KR19980076499A

KR19980076499A - 반사형 프로젝트 장치

Info

Publication number: KR19980076499A
Application number: KR1019970013221A
Authority: KR
Inventors: 고한일
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1998-11-16
Also published as: KR100224902B1

Abstract

광효율이 향상되도록 편광빔스프리터에서 분기된 두 편광성분의 광을 모두 이용할 수 있도록 된 반사형 프로젝트장치가 개시되어 있다.

이 개시된 반사형 프로젝트장치는 광을 생성 투사하는 광원과; 광원쪽에서 입사된 광을 파장에 따라 선별 투과시키도록 광경로 상에 선택적으로 위치되는 다수의 칼라필터와, 이 칼라필터를 회전구동시키는 구동부를 구비한 칼라휠과; 광원쪽에서 입사된 광을 발산/집속 또는 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 광혼합수단과; 광혼합수단을 투과한 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 릴레이렌즈유니트와; 입사광을 편광성분에 따라 투과 및 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시키는 편광빔스프리터와; 편광빔스프리터의 두 출사면 각각에 이웃되게 배치되어 입사된 광을 각각 집속 및 발산시켜 입사광의 광폭을 축소시키는 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트와; 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트 각각에 이웃되게 배치되어 각 화소별로 독립적으로 구동되어 선택적으로 편광성분을 바꾸어주는 제1 및 제2표시소자와; 편광빔스프리터의 다른 한 출사면에 이웃되게 배치되어 상기 제1 및 제2표시소자에서 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트 각각과, 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈유니트를; 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

반사형 프로젝트장치

본 발명은 반사형 화상생성수단을 이용한 반사형 프로젝트장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광효율이 향상되도록 편광빔스프리터에서 분기된 두 편광성분의 광을 모두 이용할 수 있도록 된 반사형 프로젝트장치에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝터장치는 화상생성수단에서 생성된 화상을 별도의 광원을 이용하여 스크린에 투영하므로써 화상을 제공하는 장치이다. 이 프로젝터장치는 상기한 화상생성수단의 형태에 따라 투광형과 반사형으로 구분된다.

도 1은 종래의 반사형 프로젝터장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다. 도시된 바와 같이, 광을 생성 조사하는 광원(10)과, 입사광선중 소정 색을 선택 투과시키는 칼라휠(20)과, 입사광을 혼합시켜 균일광선이 되도록 하는 스크램블러(30)와, 집속렌즈(32)와, 콜리메이팅렌즈(34)와, 입사광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터(40)와, 입사광을 선택적으로 반사시켜 화상을 생성하는 표시소자(50) 및 입사광을 스크린(미도시)에 투사시키는 투사렌즈유니트(60)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(10)은 광을 생성하는 메탈 할라이드, 크세논등의 램프(11)와, 이 램프(11)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(13)으로 구성된다. 상기 칼라휠(20)은 상기 광원(10)과 상기 스크램블러(30) 사이의 광경로 상에 구동모터(21)에 의해 회전가능하게 설치되며, 적(R), 녹(G), 청(B) 삼색 칼라필터가 휠 전체에 등분 배치된다. 이 칼라휠(20)은 후술하는 표시소자의 응답속도에 대응되게 회전하며, 상기 표시소자의 응답속도에 따라서 R, G, B 중 어느 한 칼라필터가 상기 광경로 상에 배치된다.

상기 스크램블러(30)는 입사광을 난반사시킴에 의해 혼합함으로써 균일광이 되도록 한다. 상기 집속렌즈(32)는 상기 스크램블러(30)를 통과한 광을 집속 및 발산시켜 광의 투과폭을 확대한다. 상기 콜리메이팅렌즈(34)는 입사되는 발산광을 수렴시켜 평행광이 되도록 한다.

상기 편광빔스프리터(40)는 상기 콜리메이팅렌즈(34)와 표시소자(50) 사이의 광경로 상에 배치되며, 그 경면(41)에서 입사광의 편광성분에 따라 투과 및 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시킨다. 즉, 상기 광원(10)쪽에서 입사되는 광은 그 편광성분 즉, P편광인지 S편광인지에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킨다. 도 1은 상기 편광빔스프리터(40)를 투과한 광을 유효광으로 이용한 예를 나타내었다. 상기 표시소자(50)로는 2차원 어레이 구조를 갖는 응답속도 특성이 뛰어난 강유전체 액정표시소자(FLCD: Ferroelectric Liquid Crystal Display)가 채용된다. 이 표시소자(50)는 2차원 어레이 구조의 다수의 반사영역을 가지며, 각각 독립적으로 구동되어 입사광의 편광방향을 변조시킴에 의해 화상을 형성한다.

상기 표시소자(50)에 입사된 광은 재반사되어 상기 편광빔스프리터(40)에 입사된다. 이때, 상기 편광빔스프리터(40)로 재입사되는 광은 상기 표시소자(50)에 의해 그 편광방향이 90도 바뀌게 되고, 상기 편광빔스프리터(40)의 경면(41)에서 전반사되어 상기 투사렌즈 유니트(60) 쪽으로 향한다. 이 광은 상기 투사렌즈 유니트(60)를 투과하여 스크린(미도시)에 투사된다.

상기한 바와 같이, 구성된 종래의 반사형 프로젝트장치는 편광빔스프리터에서 분기된 광 중 일 편광성분의 광만을 유효광을 사용하므로 광효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 입사광에 대하여 고정도의 평행성이 확보되지 않는 경우, 편광성분에 따른 투과/반사 특성이 저하되므로, 광원과 편광빔스프리터 사이에 위치되는 평행광을 형성하기 위한 광학계의 위치정렬이 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서 광효율이 향상되도록 편광빔스프리터에서 분기된 두 편광성분의 광을 모두 이용할 수 있도록 함과 아울러, 편광빔스프리터에 평행성이 좋은 광 즉, 광축과 비교적 나란한 각도로 입사되도록 된 구조를 갖는 반사형 프로젝트장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110...광원111...램프113...반사경

120...칼라휠130...광혼합수단131......스크램블러140...릴레이렌즈유니트141...집속렌즈

143...콜리메이팅렌즈 150...편광빔스프리터

160...제1콘덴서렌즈유니트161...제1수속렌즈

163...제1발산렌즈165...제1표시소자

170...제2콘덴서렌즈유니트171...제2수속렌즈

173...제2발산렌즈175...제2표시소자180...투사렌즈유니트

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치는, 광을 생성 투사하는 광원과; 상기 광원쪽에서 입사된 광을 파장에 따라 선별 투과시키도록 광경로 상에 선택적으로 위치되는 다수의 칼라필터와, 이 칼라필터를 회전구동시키는 구동부를 구비한 칼라휠과; 상기 광원쪽에서 입사된 광을 발산/집속 또는 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 광혼합수단과; 상기 광혼합수단을 투과한 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 릴레이렌즈유니트와; 입사광을 편광성분에 따라 투과 및 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시키는 편광빔스프리터와; 상기 편광빔스프리터의 두 출사면 각각에 이웃되게 배치되어 입사된 광을 각각 집속 및 발산시켜 입사광의 광폭을 축소시키는 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트와; 상기 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트 각각에 이웃되게 배치되어 각 화소별로 독립적으로 구동되어 선택적으로 편광성분을 바꾸어주는 제1 및 제2표시소자와; 상기 편광빔스프리터의 다른 한 출사면에 이웃되게 배치되어 상기 제1 및 제2표시소자에서 상기 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트 각각과, 상기 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈유니트를; 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 반사형 프로젝트장치는 광원(110)과, 칼라 화상 구현에 필요한 칼라를 선택하는 칼라휠(120)과, 입사광을 발산/집속 또는 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 광혼합수단(130)과 상기 광혼합수단(130)을 투과한 광을 집속시켜 평행광이 되도록 함과 아울러 광폭을 증가시키는 릴레이렌즈유니트(140)와, 입사광의 진행경로를 변환시키는 편광빔스프리터(140)와, 입사광을 집속 및 발산시켜 입사광의 광폭을 축소시키는 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트(160)(170)와, 각 화소 단위로 동작되어 화상을 생성하고 이를 반사시키는 제1 및 제2표시소자(165)(175)와, 입사광을 스크린(미도시)으로 투사시키는 투사렌즈유니트(180)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(110)은 광을 생성하는 램프(111)와, 이 램프(111)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(113)을 포함한다. 상기 반사경(113)은 상기 램프(111)의 위치를 일 초점으로 하고, 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 하는 타원경이거나, 상기 램프(111)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 램프(111)에서 출사되고 상기 반사경(113)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경일 수 있다.

상기 칼라휠(120)은 상기 광원(110)과 상기 광혼합수단(130) 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 광원(110)쪽에서 입사된 광을 파장에 따라 선별 투과시키도록 광경로 상에 선택적으로 위치되는 적(R), 녹(G), 청(B) 삼색 칼라필터 또는 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M) 삼색 칼라필터와, 이 칼라필터를 회전구동시키는 구동부를 포함한다. 상기 칼라필터들은 휠 전체에 등분 배치된다. 상기 칼라휠(120)은 상기한 스크린(미도시)에 한 화면이 형성되는 동안 3회전하며, 상기 표시소자(165)(175)의 응답속도에 대응되게 삼색 칼라필터 중 어느 한 칼라필터가 상기 광경로 상에 배치된다.

상기 광혼합수단(130)은 상기 칼라휠(120)과 상기 릴레이렌즈유니트(140) 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 광원(110)쪽에서 입사된 광을 발산/집속 또는 난반사시켜 균일광이 되도록 한다. 도시된 바와 같이, 상기 광혼합수단(130)으로 입사광을 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 스크램블러(131)를 채용하는 것이 바람직하다. 상기 스크램블러(131)는 광경로에 대해 수직한 입사면과 출사면을 가지는 직육면체 형상의 글래스이다. 상기 스크램블러(131)의 출사면(131a)에 있어서, 그 가로 대 세로 비율은 후술하는 표시소자(165)(175)의 가로 대 세로 비율에 비례한다.

상기 릴레이렌즈유니트(140)는 상기 광혼합수단(130)을 투과한 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하며, 입사광을 발산시키는 집속렌즈(141)와, 상기 집속렌즈(141)와 상기 편광빔스프리터(150) 사이의 광경로 상에 배치되어 입사되는 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈(143)를 포함한다. 따라서, 상기 광원(110)쪽에서 입사된 광은 광폭이 커진채로 평행하게 상기 편광빔스프리터(150)에 입사된다. 따라서, 상기 편광빔스프리터(150)의 입사면에 대해 대체로 수직한 채로 입사되므로, 광이 흩어지는 것을 방지할 수 있다.

상기 편광빔스프리터(150)는 그 경면(151)에서 입사광의 편광성분에 따라 투과 및 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시킨다. 즉, 상기 광원(10)쪽에서 입사되는 광은 그 편광성분 즉, P편광인지 S편광인지에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킨다. 여기서, 상기 편광빔스프리터(150)에서 반사된 광은 상기 제1콘덴서렌즈유니트(160)쪽으로 향하고, 상기 편광빔스프리터(160)를 투과한 광은 상기 제2콘덴서렌즈유니트(170)쪽으로 향한다.

상기 제1콘덴서렌즈유니트(160)는 상기 편광빔스프리터(150)와 상기 제1표시소자(165) 사이의 광경로 상에 배치되며, 입사광을 수속하는 제1수속렌즈(161)와, 상기 제1표시소자(165)의 크기에 맞도록 상기 제1표시소자(165)로 향하는 광을 발산시키는 제1발산렌즈(163)를 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 편광빔스프리터(150) 쪽에서 입사되어 상기 제1콘덴서렌즈유니트(160)를 투과한 광은 광폭이 상기 제1표시소자(165)의 크기에 맞도록 축소된 채로 평행하게 상기 제1표시소자(165)에 입사된다.

상기 제1표시소자(175)는 제1강유전체 액정표시소자(이하, FLCD ; Ferroelectric Liquid Crystal Display)인 것이 바람직하다. 이 제1FLCD는 수십만 이상의 화소로 구성되어 있으며, 각 화소에 인가된 신호에 의해 편광방향을 변조시키거나, 편광방향을 시간적으로 90도 회전시킬 수 있다.

상기 제2콘덴서렌즈유니트(170)는 상기 편광빔스프리터(150)와 상기 제2표시소자(175) 사이의 광경로 상에 배치되며, 입사광을 수속하는 제2수속렌즈(171)와, 상기 제2표시소자(175)의 크기에 맞도록 상기 제2표시소자(175)로 향하는 광을 발산시키는 제1발산렌즈(173)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제2콘덴서렌즈유니트(170)의 역할 및 광학적 배치는 실질상 상기 제1콘덴서렌즈유니트(160)와 동일하므로 그 자세한 설명을 생략한다. 상기 제2표시소자(175)는 상기 제2콘덴서렌즈유니트(170)에 이웃하게 배치되며, 실질상 상기한 제1표시소자(165)와 동일한 광학적 구성을 가지므로 그 자세한 설명은 생략한다.

상기 제1표시소자(165)에서 반사된 광중 인가된 신호에 의해 각 화소에 대해 선택적으로 편광방향이 바뀐 광은 상기 제1콘덴서렌즈유니트(160)를 경유하고, 상기 편광빔스프리터(150)의 경면(151)을 투과하여 상기 투사렌즈유니트(180) 방향으로 향한다. 그리고, 상기 제2표시소자(175)에서 반사된 광중 인가된 신호에 의해 각 화소에 대해 선택적으로 편광방향이 바뀐 광은 상기 제2콘덴서렌즈유니트(170)를 경유하고, 상기 편광빔스프리터(150)의 경면(151)에서 반사되어 상기 투사렌즈유니트(180) 방향으로 향한다.

상기 투사렌즈유니트(180)는 상기 편광빔스프리터(150)와 스크린(미도시) 사이에 배치되어, 상기 제1 및 제2표시소자(165)(175) 쪽에서 입사된 중첩된 광이 화면에 해당하는 화상을 구현하도록 확대 투사시켜 스크린(미도시)으로 향하도록 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 동작을 설명한다.

광원(110)에서 조사된 광은 칼라필터(120)를 투과하면서 칼라가 선택되고, 광혼합수단(130) 예컨대, 스크램블러(131)을 통과하면서 균일광이 된 채로 상기 릴레이렌즈유니트(140)에 입사된다. 상기 릴레이렌즈유니트(140)는 입사광의 폭을 확대시킴과 아울러 평행광이 되도록 한다. 이 평행광은 편광빔스프리터(150)에 입사된다. 편광빔스프리터(150)에 입사된 광은 경면(151)에서 편광성분에 따라 분기되어 투과 또는 반사된다. 상기 편광빔스프리터(151)에서 반사된 일 편광의 광은 제1콘덴서렌즈유니트(160)를 경유하여 제1표시소자(165)에 입사되고, 상기 편광빔스프리터(151)를 투과한 다른 편광의 광은 제2콘덴서렌즈유니트(170)를 경유하여 제2표시소자(175)에 입사되다. 상기 제1 및 제2표시소자(165)(175) 각각은 2차원 어레이 구조를 가지는 다수의 화소를 가지며, 각 화소별 구동신호에 따라 편광방향이 결정된 채로 상기 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트(160)(170)를 경유하여 상기 편광빔스프리터(150)로 재반사된다. 상기 편광빔스프리터(150)는 두 입사광의 각 화소별 편광성분에 따라 광을 투과 또는 반사시켜 투사렌즈유니트(180)쪽으로 향하는 광은 중첩시킨다. 이 중첩된 광은 상기 투사렌즈유니트(180)를 경유하여 스크린(미도시)에 동시에 투영된다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치는 편광빔스프리터에서 분기된 각 편광성분의 광을 모두 유효광으로 이용함으로써, 광량을 증대시킬 수 있다. 또한, 릴레이렌즈유니트를 채용하여 편광빔스프리터에 입사되는 광의 광폭을 증가시킴으로써 광의 평행성을 높일 수 있다.

Claims

광을 생성 투사하는 광원과;

상기 광원쪽에서 입사된 광을 파장에 따라 선별 투과시키도록 광경로 상에 선택적으로 위치되는 다수의 칼라필터와, 이 칼라필터를 회전구동시키는 구동부를 구비한 칼라휠과;

상기 광원쪽에서 입사된 광을 발산/집속 또는 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 광혼합수단과;

상기 광혼합수단을 투과한 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 릴레이렌즈유니트와;

입사광을 편광성분에 따라 투과 및 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시키는 편광빔스프리터와;

상기 편광빔스프리터의 두 출사면 각각에 이웃되게 배치되어 입사된 광을 각각 집속 및 발산시켜 입사광의 광폭을 축소시키는 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트와;

상기 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트 각각에 이웃되게 배치되어 각 화소별로 독립적으로 구동되어 선택적으로 편광성분을 바꾸어주는 제1 및 제2표시소자와;

상기 편광빔스프리터의 다른 한 출사면에 이웃되게 배치되어 상기 제1 및 제2표시소자에서 상기 제1 및 제2콘덴서렌즈유니트 각각과, 상기 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈유니트를; 포함하여 된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 광혼합수단은 입사광을 난반사시켜 균일광이 되도록 광경로에 대해 수직한 입사면과 출사면을 가지는 글래스로 된 직육면체 형상의 스크램블러인 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 릴레이렌즈유니트는 상기 광혼합수단을 투과한 광을 발산시키는 집속렌즈와, 상기 집속렌즈와 상기 편광빔스프리터 사이의 광경로 상에 배치되어 입사되는 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 제1표시소자는 상기 제1콘덴서렌즈유니트를 경유하여 입사된 광을 각 영역에 따라 독립적으로 선택된 편광방향을 가지는 선편광 광이 되도록 하고 이를 반사시키는 제1강유전체 액정표시소자를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 제2표시소자는 상기 제2콘덴서렌즈유니트를 경유하여 입사된 광을 각 영역에 따라 독립적으로 선택된 편광방향을 가지는 선편광 광이 되도록 하고 이를 반사시키는 제2강유전체 액정표시소자를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 제1콘덴서렌즈유니트는 상기 편광빔스프리터와 상기 제1표시소자 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광을 수속하는 제1수속렌즈와, 상기 제1수속렌즈와 상기 제1표시소자 사이에 배치되어 상기 제1표시소자의 크기에 맞도록 상기 제1표시소자로 향하는 광을 발산시키는 제1발산렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 제2콘덴서렌즈유니트는 상기 편광 빔스프리터와 상기 제2표시소자 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광을 수속하는 제2수속렌즈와, 상기 제2수속렌즈와 상기 제2표시소자 사이에 배치되어 상기 제2표시소자의 크기에 맞도록 상기 제2표시소자로 향하는 광을 발산시키는 제2발산렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.