KR20000073448A

KR20000073448A - 반사형 칼라 프로젝터

Info

Publication number: KR20000073448A
Application number: KR1019990016746A
Authority: KR
Inventors: 박준찬
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2000-12-05
Also published as: EP1052856A2; JP2001005097A; KR100636089B1; EP1052856A3

Abstract

입사광을 칼라별로 분기하는 구조를 개선하여 스크린에 투사되는 광의 밝기를 높일 수 있도록 된 단판식 반사형 디스플레이소자를 이용한 반사형 칼라 프로젝터가 개시되어 있다.

이 개시된 장치는 광을 생성 조사하는 광원과; 광원으로부터의 입사광을 제1, 제2 및 제3색광으로 분기시키고, 이 분기된 제1 내지 제3색광의 광축이 서로 다른 각도로 진행하도록 하는 이색미러 유니트와; 이색미러 유니트에서 분기되어 입사된 제1 내지 제3색광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터와; 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 제1 내지 제3색광 각각을 단위 화소별로 집속시키는 마이크로렌즈 어레이와; 마이크로렌즈 어레이에서 집속된 제1 내지 제3색광으로부터 칼라화상을 생성하고, 편광빔스프리터 쪽으로 반사시키는 반사형 디스플레이소자와; 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 칼라화상을 확대 투사하는 투사렌즈 유니트를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반사형 칼라 프로젝터{Reflection type color projector}

본 발명은 단판식 반사형 디스플레이소자를 이용한 반사형 칼라 프로젝터에 관한 것으로, 상세하게는 입사광을 칼라별로 분기하는 구조를 개선하여 스크린에 투사되는 광의 밝기를 높일 수 있도록 된 반사형 칼라 프로젝터에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝터는 디스플레이소자에서 생성된 화상을 별도의 광원을 이용하여 스크린에 투영함으로써 화상을 제공하는 장치이다. 이 프로젝터는 상기한 디스플레이소자의 형태에 따라 투과형과 반사형으로 구분된다.

도 1은 종래의 단판식 반사형 칼라 프로젝터의 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 글래스로드(30)와, 집속렌즈(32)와, 콜리메이팅렌즈(34)와, 입사광을 편광방향에 따라 선택적으로 반사 또는 투과시키는 편광빔스프리터(40)와, 편광변조로써 화상을 생성하는 반사형 디스플레이소자(50) 및 입사광을 스크린(미도시)에 투사시키는 투사렌즈 유니트(60)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(10)은 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 회전 가능하게 설치되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 적(R), 녹(G), 청(B) 삼색이 휠 전체에 등분 배치된다. 상기 집속렌즈(32)는 상기 글래스로드(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 디스플레이소자(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 디스플레이소자(50)에 입사된 광은 재반사되어 상기 편광빔스프리터(40)에 입사된다. 이때, 상기 편광빔스프리터(40)로 재입사되는 유효광은 상기 디스플레이소자(50)에 의해 그 편광방향이 90도 바뀌게 되고, 상기 편광빔스프리터(40)의 경면(41)을 투과하여 상기 투사렌즈 유니트(60) 쪽으로 향한다. 이 광은 상기 투사렌즈 유니트(60)를 투과하여 스크린(70)에 투사된다.

상기한 바와 같이, 구성된 종래의 반사형 칼라 프로젝터는 광경로 상에 칼라휠(20)을 구비하여 칼라를 구현함으로써, 스크린에 삼색을 순차로 조사하여 한 화면을 구현한다. 그러므로, 칼라휠(20)에서 투과율이 광원에서 출사된 광량의 1/3에 지나지 않으므로 광효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서 입사광에서 분리된 삼색을 동시에 스크린에 조사하여 한 화면을 구현할 수 있도록 구조가 개시된 반사형 칼라 프로젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 반사형 칼라 프로젝터의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 도 1에 도시된 칼라휠을 보인 개략적인 정면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 칼라 프로젝터의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 4는 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 반사형 디스플레이소자의 일부분을 확대하여 보인 개략적인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...광원 111...램프

113...반사경 120...균일 평행광 조명수단

121...글래스로드 123...이미지렌즈 유니트

125...콜리메이팅렌즈 130...이색미러 유니트

131...제1이색미러 133...제2이색미러

135...제3이색미러 140...편광빔스프리터

150...마이크로렌즈 어레이 151...제1마이크로렌즈 어레이

155...제2마이크로렌즈 어레이 160...반사형 디스플레이소자

170...투사렌즈 유니트 180...스크린

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반사형 칼라 프로젝터는, 광 을 생성 조사하는 광원과; 상기 광원으로부터의 입사광을 제1, 제2 및 제3색광으로 분기시키고, 이 분기된 제1 내지 제3색광의 광축이 서로 다른 각도로 진행하도록 하는 이색미러 유니트와; 상기 이색미러 유니트에서 분기되어 입사된 제1 내지 제3색광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터와; 상기 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 제1 내지 제3색광 각각을 단위 화소별로 집속시키는 마이크로렌즈 어레이와; 상기 마이크로렌즈 어레이에서 집속된 제1 내지 제3색광으로부터 칼라화상을 생성하고, 상기 편광빔스프리터 쪽으로 반사시키는 반사형 디스플레이소자와; 상기 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 칼라화상을 확대 투사하는 투사렌즈 유니트를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 반사형 칼라 프로젝터의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 칼라 프로젝터는 광을 생성 조사하는 광원(110)과, 상기 광원(110)으로부터의 입사광(L)을 제1, 제2 및 제3색광(L1, L2, L3)으로 분기시키는 이색미러 유니트(130)와, 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터(140)와, 상기 편광빔스프리터(140)를 경유하여 입사된 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3) 각각을 단위 화소별로 집속시키는 마이크로렌즈 어레이(150)와, 상기 마이크로렌즈 어레이(150)에서 집속된 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3)으로부터 칼라화상을 생성하고 이를 상기 편광빔스프리터(140) 쪽으로 반사시키는 반사형 디스플레이소자(160) 및, 상기 편광빔스프리터(140)를 경유하여 입사된 칼라 화상을 확대 투사하는 투사렌즈 유니트(170)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.

여기서, 상기 광원(110)과 상기 이색미러 유니트(130) 사이의 광로 상에는 상기 광원(110)에서 조사된 광이 균일한 평행광이 되도록 하는 균일 평행광 조명수단(120)이 더 포함된 것이 바람직하다.

상기 균일 평행광 조명수단(120)은 상기 광원(100)쪽에서 입사된 광을 난반사시킴에 의해 혼합하여 균일광이 되도록 하는 글래스로드(121)와, 상기 글래스로드(121)를 통과한 광을 집속 발산시키는 이미지렌즈 유니트(123)와, 상기 이미지렌즈 유니트(123)에 의해 발산된 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈(125)를 포함한다. 상기 글래스로드(121)는 광경로에 대해 수직한 입사면(121a)과 출사면(121b)을 가지는 직육면체 형상의 글래스이다. 상기 출사면(121b)에 있어서, 그 가로 대 세로 비율은 상기 반사형 디스플레이소자(160)의 가로 대 세로 비율에 비례한다. 이와 같이, 글래스로드(121)를 채용한 경우에 있어서 상기 반사경(113)은 타원경인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 글래스로드(121)는 서로 이웃되게 배치된 한 쌍의 파리눈 렌즈로 대체되어도 무방하다. 이 경우, 상기 반사경(113)으로 포물경이 사용되는 것이 바람직하다.

상기 콜리메이팅렌즈(125)는 상기 광원(110)에서 조사되어 상기 이색미러 유니트(130)로 향하는 광이 평행광이 되도록 한다.

상기 이색미러 유니트(130)는 각각 특정 파장영역의 광은 반사시키고 다른 파장영영역의 광은 투과시켜 입사된 평행광(L)을 제1, 제2 및 제3색광(L1, L2, L3)으로 분기시키는 제1, 제2 및 제3이색미러(131, 133, 135)를 포함한다. 분기된 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3)은 그 각각의 광축이 서로 다른 각도로 상기 편광빔스프리터(140) 쪽으로 진행한다.

상기 제1이색미러(131)는 반사광의 진행방향으로 입사광축에 대해 각만큼 경사지게 배치되며, 입사광 중 제1색광(L1) 예컨대 청색(B)은 반사시키고 나머지 광은 투과시킨다. 상기 제2이색미러(133)는 반사광의 진행방향으로 입사광축에 대해 각만큼 경사지게 상기 제1이색미러(131)의 배면에 배치되며, 입사광 중 제2색광(L2) 예컨대 적색(R)은 반사시키고, 나머지는 투과시킨다. 그리고, 제3이색미러(135)는 반사광의 진행방향으로 입사광축에 대해 각만큼 경사지게 상기 제2이색미러(133)의 배면에 배치되어, 입사광 중 제3색광(L3) 예컨대 녹색(G)을 반사시킨다. 여기서, 상기 제3이색미러(L3)는 입사광을 모두 반사시킬 수 있도록 된 전반사미러로 대체되어도 무방하다.

한편, 상기 제1 내지 제3이색미러(131, 133, 135)에서 반사된 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3) 각각의 광축이 상기 반사형 디스플레이소자(160) 쪽으로 갈수록 모이도록 상기 각각각은 둔각을 이루며, 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.

상기한 이색미러 유니트(130)에 있어서, 상기 제1 내지 제3이색미러(131, 133, 135)는 다른 색광의 광에 대해 반사 특성을 가지도록 배치되어도 무방하다. 또한, 상기 제1 내지 제3이색미러(131, 133, 135) 자체의 제조공정은 광응용분야에서 널리 알려져 있으므로 그 자세한 설명은 생략한다.

상기한 바와 같이, 이색미러 유니트(130)를 이용하여 입사광(L)을 각 파장영역 별로 분기함으로써, 제1이색미러(131)에서 반사된 제1색광(L1)을 유효광으로 이용함과 동시에 제1이색미러(131)를 투과한 후 제2 및 제3이색미러(133, 135)에서 반사된 제2 및 제3색광(L2, L3)도 유효광으로 이용할 수 있다. 따라서, 앞서 설명된 종래의 칼라휠 구조를 이색미러 유니트(130)로 바꿈으로써 에 비하여 광효율을 3배 향상시킬 수 있다.

상기 편광빔스프리터(140)는 상기 이색미러 유니트(130)와 상기 마이크로렌즈 유니트(150) 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 이색미러 유니트(130)에 의해 분기된 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3)의 광 중 일 편광의 광은 투과시켜 상기 반사형 디스플레이소자(160)로 향하도록 하고, 상기 반사형 디스플레이소자(160)에서 반사된 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3) 중 반사형 디스플레이소자(160)에서 편광방향이 변환된 광은 반사시켜 상기 투사렌즈 유니트(170)로 향하도록 한다.

본 실시예에서는 상기 이색미러 유니트(130)에서 조사되어 편광빔스프리터(140)를 투과한 광을 유효광으로 이용하는 것이 예시되어 있으나, 상기 편광빔스프리터(140)에서 반사된 광을 유효광으로 이용할 수 있도록 광학계의 구성을 변경할 수도 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 마이크로렌즈 어레이(150)은 제1마이크로렌즈 어레이(151)와, 상기 제1마이크로렌즈(151)와 반사형 디스플레이소자(160) 사이에 설치된 제2마이크로렌즈 어레이(155)를 포함하여 구성된다. 상기 제1마이크로렌즈 어레이(151a)는 입사된 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3)을 상기 반사형 디스플레이소자(160)의 단위화소별로 집속시킬 수 있도록 각 단위화소에 대응되는 수의 마이크로렌즈(151a)를 포함한다. 상기 제2마이크로렌즈 어레이(155)는 각 단위화소별 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3)의 광축이 서로 나란하도록 함과 아울러, 상기 반사형 디스플레이소자(160)에 수직하게 입사되도록 한다. 이를 위하여 상기 제2마이크로렌즈 어레이(155)는 각 단위화소에 대응되는 수의 마이크로렌즈(155a)를 포함하여 구성된다.

여기서, 단위화소는 제1색광 내지 제3색광(L1, L2, L3)용 화소가 각각 하나씩 모여서 된 것으로, 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3)의 조합에 의해 소정의 칼라를 형성하는 단위의 화소를 의미한다.

상기 반사형 디스플레이소자(160)는 바람직하게는 액정표시소자(이하, LCD ; Liquid Crystal Display)를 포함하여 구성된다. 이 LCD는 2차원 어레이 구조를 가지며 각각 독립적으로 구동하는 다수의 화소를 포함한다. 이 LCD는 입력된 영상신호에 따라 독립적으로 각 화소가 구동되어 입사광과 동일 편광방향의 선편광 또는 다른 편광방향의 선편광이 되도록 하고, 이를 상기 편광빔스프리터(140) 쪽으로 향하도록 한다.

상기 투사렌즈 유니트(170)는 상기 편광빔스프리터(140)와 스크린(180) 사이에 배치되어, 상기 반사형 디스플레이소자(160)를 경유하여 입사된 광을 상기 스크린(180) 쪽으로 확대 투사시킨다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 반사형 칼라 프로젝터는 광원에서 조사된 광이 이색미러 유니트를 통하여 광의 손실없이 제1 내지 제3색광으로 분기시킬 수 있으므로, 광이용 효율을 대폭 증가시킬 수 있다.

Claims

광을 생성 조사하는 광원과;

상기 광원으로부터의 입사광을 제1, 제2 및 제3색광으로 분기시키고, 이 분기된 제1 내지 제3색광의 광축이 서로 다른 각도로 진행하도록 하는 이색미러 유니트와;

상기 이색미러 유니트에서 분기되어 입사된 제1 내지 제3색광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터와;

상기 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 제1 내지 제3색광 각각을 단위 화소별로 집속시키는 마이크로렌즈 어레이와;

상기 마이크로렌즈 어레이에서 집속된 제1 내지 제3색광으로부터 칼라화상을 생성하고, 상기 편광빔스프리터 쪽으로 반사시키는 반사형 디스플레이소자와;

상기 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 칼라화상을 확대 투사하는 투사렌즈 유니트를; 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 칼라 프로젝터.
제1항에 있어서, 상기 이색미러 유니트는,

반사광의 진행방향으로 입사광축에 대해 각만큼 경사지게 배치되며, 입사광 중 제1색광은 반사시키고 나머지 광은 투과시키는 제1이색미러와;

반사광의 진행방향으로 입사광축에 대해 각만큼 경사지게 상기 제1이색미러의 배면에 배치되며, 입사광 중 제2색광은 반사시키고, 나머지는 투과시키는 제2이색미러와;

반사광의 진행방향으로 입사광축에 대해 각만큼 경사지게 상기 제2이색미러의 배면에 배치되어, 입사광 중 제3색광을 반사시키는 제3이색미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 칼라 프로젝터.
제2항에 있어서, 상기 각각각은 둔각을 이루며, 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 칼라 프로젝터.

<수학식 1>
제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이는

입사된 제1 내지 제3색광의 광을 단위화소별로 집속시킬 수 있도록 각 단위화소에 대응되는 수의 마이크로렌즈로 이루어진 제1마이크로렌즈 어레이와;

상기 제1마이크로렌즈 어레이와 상기 반사형 디스플레이소자 사이에 배치되며, 각 단위화소별 제1 내지 제3색광의 광축이 상기 반사형 디스플레이소자에 수직하게 입사되도록 하는 각 단위 화소에 대응되는 수의 마이크로렌즈로 이루어진 제2마이크로렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 칼라 프로젝터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광원과 상기 이색미러 유니트 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 광원에서 조사된 광이 균일한 평행광이 되도록 하는 균일 평행광 조명수단;을 더 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 칼라 프로젝터.
제5항에 있어서, 상기 균일 평행광 조명수단은,

상기 광원쪽에서 입사된 광을 난반사시킴에 의해 혼합하여 균일광이 되도록 하는 글래스로드와;

상기 글래스로드를 통과한 광을 집속 발산시키는 이미지렌즈 유니트와;

상기 이미지렌즈 유니트에 의해 발산된 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 칼라 프로젝터.