KR20010056985A - 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전체 광학계의 크기를 줄일 수 있도록 한 화상투사 장치에 관한 것이다.

본 발명의 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치는 광빔을 순차적으로 분리하여 투과시키도록 실린더 모양의 칼라필터와, 칼라필터를 고정하고 회전시키는 회전체를 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 화상투사 장치는 종래의 칼라 휠보다 상대적으로 작은 공간을 차지하는 칼라드럼을 사용함에 따라서 화상투사 장치의 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있다.

Description

칼라드럼을 이용한 화상투사 장치{Projector Using a Color Drum}

본 발명은 소형의 화상표시소자를 광학계를 이용하여 스크린에 확대 투사시키는 화상투사 장치에 관한 것으로, 특히 전체 광학계의 크기를 줄일 수 있도록 한 화상투사 장치에 관한 것이다.

화상투사 장치는 내부적으로 구현된 소화상을 투사렌즈를 이용하여 확대 투사하여 대화면의 스크린에 원하는 크기의 화상을 구현하는 표시 장치이다. 화상투사 장치는 스크린에 화상이 투사되는 방식에 따라 전면투사 방식과 후면투사 방식으로 나뉘어진다. 후면투사 방식을 이용한 투사장치의 대표적인 예로서 프로젝션 텔레비젼을 들 수 있다.

화상투사 장치는 소화상을 확대시켜서 대화면으로 표시함으로써 한 화면을 먼 지점에서 여러사람이 볼 수 있는 장점이 있다. 이런 장점 때문에 투사장치는 오락, 화상회의등 여러 분야에 걸쳐 이용되고 있고, 응용분야에 따라 여러 종류의 화상투사 장치가 보급 되고 있다.

일반적인 전면투사 방식의 화상투사장치는 화상정보를 제공하는 소형의 화상표시소자와, 구현된 소화상을 스크린 상에 확대하여 투사시키는 투사렌즈계와, 광원으로 사용되는 램프 및 점등장치와, 램프에서 발생한 광의 진행경로를 조절하기위한 조명렌즈계와, 신호처리를 하는 회로부로 크게 구성되어 있다. 현재 화상투사 장치에 대한 연구는 효율좋은 광학계의 구성 또는 램프의 변경 등을 통하여 고휘도를 구현하려는 추세와, 밝기는 다소 떨어지더라도 소형화, 경량화를 통해 휴대 및 설치의 간편성 등을 강조하려는 추세가 병행되고 있다.

화상투사 장치는 그 내부에서 화상표시소자로 사용되는 표시소자의 종류에 따라 투과형과 반사형 장치로서 나눌 수 있으며, 현재 화상표시소자들이 3매 또는 1매가 사용되는 투사장치가 개발되고 있다. 대부분의 경우 3매 사용의 화상투사 장치들은 고휘도를 구현하기 위함을 목적으로 하고 1매를 사용하는 것들은 소형, 경량화를 목적으로 보급되고 있다.

화상표시소자가 1매 사용되는 화상투사 장치들은 색을 구현하기 위해서 칼라필터를 사용하는 방법과, 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 분리하여 특정한 각도로 입사시키는 방법 및 삼원색을 순차적으로 화상표시소자에 보내주는 방법 등을 이용하고 있다. 위의 방법들중에서 삼원색을 순차적으로 화상표시소자에 보내주는 화상투사 장치는 시간적으로 삼원색(적, 녹, 청)을 분리해 주는 칼라 휠을 사용하고 있다. 그런데 현재의 칼라 휠은 크기가 크기 때문에 화상투사 장치를 소형화하는 것이 곤란하다.

이하 도 1 내지 도 2d룰 참조하여 칼라 휠을 이용한 종래의 화상투사 장치를살펴보기로 한다.

도 1은 종래의 칼라 휠을 사용한 화상투사 장치의 내부 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 화상투사 장치는 광을 발생하는 램프(2)와, 광을 전방의 초점을 향해 집중시키는 반사경(4)과, 집중하는 광의 광폭을 좁히기 위한 제 1 조명렌즈(6)와, 광의 특정한 색광만을 투과시키는 칼라 휠(24)의 광필터와, 광필터를 통과한 광빔중 불필요한 광빔을 차단하기 위한 필드조리개(10)와, 발산되는 광의 폭을 좁혀주는 제 2 및 제 3 조명렌즈(7,14)와, 발산폭이 좁혀진 광을 다른방향으로 전부 반사시키는 전반사거울(16)과, 반사된 광을 집중시켜 반사형 화상표시소자(20)에 조명해주는 제 4 조명렌즈(18)와, 제 4 조명렌즈를 거친 광을 영상신호에 따라 반사시켜 화상정보가 실린 화상빔을 구현하는 반사형 화상표시소자(20)와, 구현된 화상빔을 임의의 거리로 확대 투사시키는 투사렌즈(22)를 구비한다. 도 1의 화상투사 장치에서 램프(2)는 반사경(4)의 제 1 초점에 해당하는 지점에 위치하여 광을 발생한다. 반사경(4)은 램프(2)에서 발생하는 광을 전방의 제 2 초점으로 반사하여 집중시킨다. 이 경우 제 1 조명렌즈(6)는 반사경(4)에 의해 집중하는 광의 광폭을 좁히기 위해 제 2 초점에 해당하는 지점의 소정 거리 앞에 설치된다. 제 1 조명렌즈(6)에 의해 광폭이 줄어든 광은 필드조리개(10)로 향한다. 제 1 조명렌즈(6)와 필드조리개(10) 사이에 위치하는 칼라 휠(24)의 색필터부분은 칼라 휠(24)의 회전에 따라서 적색, 녹색, 청색의 색광들을 순차적으로 투과시킨다. 칼라 휠(24)의 필터부를 통과한 광빔 중 소정 광폭을 벗어난 불필요한 광빔은 필드조리개(10)에서 제거된다. 제 2 및 제 3 조명렌즈(7,14)는 제 2 초점을 지나 발산하는 광빔의 광폭을 좁혀 전반사거울(16)의 소정 영역에 모두 입사되게끔 한다. 전반사거울(16)에 입사된 광빔은 모두 반사되어 제 4 조명렌즈(18)을 거쳐 반사형 화상표시소자(20)에 입사한다. 제 4 조명렌즈(18)는 전반사거울(16)에 의해 반사된 광빔이 발산되지 않고, 특정 집중각으로 반사형 화상표시소자(20)에 집중되어 입사되게끔 한다. 화상표시소자(20)는 입사광을 영상신호에 따라 반사시킴으로써 화상정보가 실린 화상광을 투사렌즈(22)에 전송한다. 투사렌즈(22)는 화상광을 확대하여 임의의 거리앞에 설치된 스크린 상에 투사시킨다.

이와 같은 구조를 갖는 종래의 화상투사 장치는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이 대형 칼라 휠(24)을 사용함에 따라 칼라 휠(24)이 차지하는 공간이 크고, 조명부의 길이가 길어지게 되므로 전체 시스템의 크기가 커지는 단점이 있다. 또한 종래의 화상투사 장치는 조명부에서 제 1 조명렌즈(6)만을 사용하여 광을 필드조리개(10)로 입사시키기 때문에 집중광과 평행광의 입사후 중앙에 집중되어 광량이 증가하는 등의 광분포가 균일하지 않아 최종적인 화상의 밝기 균일성이 나빠지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전체 광학계의 크기를 줄일 수 있는 화상투사 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 화상투사 장치의 구성을 도시한 도면.

도 2a 내지 도2d는 종래의 화상투사 장치를 입체적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치의 구성을 도시한 도면.

도 4a 내지 도 4b는 종래의 조명렌즈와 본 발명에 사용된 조명렌즈의 작동원리를 비교하여 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 사용되는 칼라드럼의 구성과 작동원리를 도시한 도면.

도 6a 내지 도 6d는 도 3에 도시된 화상투사 장치를 입체적으로 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상투사 장치의 구성을 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 램프 4 : 반사경

6 : 제 1 조명렌즈 7,8 : 제 2 조명렌즈

10 : 필드조리개 12 : 칼라드럼

13 : 칼라드럼 회전체 14,15 : 제 3 조명렌즈

16 : 전반사거울 18 : 제 4 조명렌즈

20 : 반사형 화상표시소자 21 : 투과형 화상표시소자

22 : 투사렌즈 24 ; 칼라 휠

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치는 광빔을 순차적으로 분리하여 투과시키도록 실린더 모양의 칼라필터와, 칼라필터를 고정하고 회전시키는 회전체를 구비한다.

또한, 본 발명의 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치는 회전에 의해 광을 순차적으로 분리하여 투과시키는 칼라드럼과, 광을 집광시키는 볼록렌즈형태를 한 제 1 조명렌즈와, 광의 분포를 균일하게 하는 오목렌즈형태를 한 제 2 조명렌즈와, 색광의 발산을 억제하는 제 3 조명렌즈와, 색광의 입사진행방향을 다른 방향으로 바꾸는 전반사거울과, 색광을 특정한 각을 갖게 하면서 화상표시소자로 조명하는 제 4 조명렌즈와, 영상신호에 대응하는 화상을 표시하는 화상표시부와, 색광을 임의의 거리로 확대 투사 시키는 투사렌즈를 구비한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치의 내부 구조를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 화상투사 장치는 광을 발생하는 램프(2)와, 광을 전방의 초점을 향해 반사시키는 반사경(4)과, 반사한 광을 집중시키는제 1 조명렌즈(6) 및 집중한 광의 광분포를 균일하게 하는 제 2 조명렌즈로 이루어진 제 1 조명부와, 불필요한 광을 제거하기 위한 필드조리개(10)와, 회전에 의해 삼원색의광을 순차적으로 분리하여 투과시키는 칼라드럼(12)과, 전반사거울(16)로 입사하는 광빔의 발산을 방지하기 위한 제 3 조명렌즈(15)와, 입사된 광빔을 반사시켜 진행방향을 다른 방향으로 전환시키는 전반사거울(16)과, 반사된 광빔의 발산을 억제하면서 광빔이 화상표시소자(20)에 집중 조명되도록 하는 제 4 조명렌즈(18)와, 조명된 광빔을 영상신호에 따라 반사시켜 화상정보가 실린 화상광을 생성시키는 화상표시소자(20)와, 생성된 화상광을 임의의 거리로 확대 투사시키는 투사렌즈(22)를 구비한다.

도 3의 화상투사 장치에서 반사경의 제 1 초점 근방에 위치한 램프(2)는 광을 발생시킨다. 반사경(4)은 램프(2)로부터의 광을 반사시켜 전방의 제 2 초점을 향해 집광시킨다. 제 1 조명부에서 제 1 조명렌즈(6)는 반사경(4)에 의해 집광되는 광의 광폭을 줄이기 위해 램프(2)측을 향해 볼록한 형태를 갖는 메니스커스 타입의 볼록렌즈이며, 제 2 초점에 해당하는 지점으로부터 램프(2)방향으로 소정 거리 앞에 위치하게 된다. 제 1 조명렌즈(6)와 필드조리개(10)사이에 마련된 제 2 조명렌즈(8)는 램프(2)방향으로 오목하게 형성된 오목렌즈이며, 광이 중앙으로 집중하는 것을 방지한다. 도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 종래의 제 1 조명렌즈(6)와 본 발명에서 제 1 조명부에 형성된 렌즈부(6,10)가 비교하여 도시 되어 있다.

도 4a에 있어서 램프(2)에서 나온 광이 반사경(4)에 의해 반사되어 제 1 조명렌즈(6)로 입사하게 된다. 이때 광의 입사방향이 제 1 조명렌즈(6)를 향해 집중하는 광과 광축과 나란하게 진행하여 제 1 조명렌즈(6)에 입사하는 광의 사이에 대부분의 광이 분포하게 된다. 그런데, 종래의 조명부에서는 제 1 조명렌즈(6)만을 사용하여 필드조리개(10)로 광을 입사시킴으로써 집중광과 평행광의 광분포가 균일하지 않아 실제 화면상에서의 밝기의 균일성이 좋지 않았다. 반면에, 도 4b에 도시된 본 발명의 제 1 조명부에서는 제 1 조명렌즈(6)와 필드조리개(10)의 사이에 오목렌즈인 제 2 조명렌즈(8)를 설치하여 오목렌즈의 초점거리를 조절함으로써 집중광과 평행광에 따른 광분포 차이를 줄일 수 있게 한다. 그 결과 화면에서의 밝기의 균일성을 확보할수 있게 된다. 다시 말하면, 제 2 조명렌즈(8)의 중심에 입사하는 광은 렌즈를 통과하더라도 그 방향이 변하지 않는다. 그러나 외곽에 입사하는 광은 오목렌즈의 발산하는 굴절력에 의해 광의 진행경로가 외곽방향으로 변경된다. 이러한 원리를 이용하여 광이 중앙에 집중하는 정도를 오목렌즈의 굴절력을 변화시켜 조절할 수 있기 때문에 종래의 화상투사 장치에 비해서 본 발명의 화상투사 장치는 보다 균질한 화면을 보여 줄 수 있게 된다. 필드조리개(10)는 제 1 조명부에서 나온 광의 불필요한 광을 차단하여 유효광만이 칼라드럼(12)으로 향하게 한다. 칼라드럼(12)은 입사되는 광을 회전에 의해서 순차적으로 특정한 색광으로 변화시키게 된다. 상세히 하면, 칼라드럼(12)은 도 5에 도시된 바와 같이, 회전체(13)에 의해서 실린더 형태의 드럼이 회전을 할 수 있도록 구성된다. 칼라드럼(12)은 적색, 녹색, 청색의 광을 투과 시킬 수 있도록 3부분으로 나뉘어져 그 표면이 코팅 혹은, 착색되어 있는 광학적인 필터이다. 이와는 달리, 칼라드럼(12)이 적색, 녹색, 청색의 코팅외에 광을 그대로 투과시키는 부분을 포함하여 4부분으로 분리될 수도 있다. 칼라드럼(12)은 도 5a 내지 도 5c에서와 같이 외부에서 입사된 광중에서 그 입사면에 해당하는 광학필터의 특성에 맞는 색광만 투과시키고, 칼라드럼(12)이 회전함에 따라 순차적으로 특정한 색광이 투과되게 한다. 칼라드럼(12)을 통해 투과된 특정한 색광은 제 2 조명부에 해당하는 제 3 조명렌즈(15)에 입사되게 된다. 제 3 조명렌즈(15)는 입사된 색광이 발산하는 것을 억제하여, 전반사거울(16)의 소정 영역에 모두 입사되도록 한다. 전반사거울(16)은 발산이 억제된 색광을 입사 진행방향과는 다른 방향으로 반사시켜서 제 4 조명렌즈(18)로 입사시킨다. 제 4 조명렌즈(18)는 반사된 색광의 발산을 억제하면서, 화상표시소자(20)에 입사되도록 한다. 화상표시소자(20)는 제 4 조명렌즈(18)에 의해서 입사된 색광을 영상신호에 따라 반사시켜 화상정보가 실린 화상광을 생성시키고, 화상광을 투사렌즈(22)로 입사되게 한다. 투사렌즈(22)는 화상표시소자(20)로부터 반사된 색광을 임의의 거리에 확대 투사시킨다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 화상투사 장치는 크기가 작은 칼라드럼(12)을 이용함으로써 도 6a 내지 도 6d에 도시된 것처럼 종래에 비하여 소형화 될 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치를 나타낸 것이다. 도 7의 화상투사 장치는 도 3에 도시된 화상투사 장치가 반사형 화상 표시소자(20)를 사용하는 것과는 달리 투과형 화상표시소자(21)를 이용한다.

도 7에서 램프(2)로부터 발생된 광이 반사경(4)을 거쳐 제 1 조명부와 필드조리개(10)를 거치고 칼라드럼(12)과 제 2 조명부에 의해서 입사 진행방향이 변경되어 화상표시소자(21)에 입사하는 동작원리는 도 3에 도시된 화상투사 장치와 같다. 이렇게 제 2 조명부에서 나온 색광을 투과형 화상표시소자(21)에 입사시켜 화상정보를 가진 화상광으로 변조시킨다. 화상광은 투사렌즈(22)로 입사되며, 투사렌즈(22)는 화상광을 임의의 거리에 확대 투사시키게 된다.

이와 같이 본 발명의 화상투사 장치는 칼라 휠 대신 소형의 칼라드럼을 사용함으로써 화상투사 장치의 크기를 줄일 수 있게 된다. 또한 본 발명의 화상투사 장치는 제 1 조명부에서 메니스커스 형태의 볼록렌즈와 오목렌즈를 함께 사용해 광분포를 균일하게 해줌으로써 화면상에서 중심이 밝거나 어두워지는 불균일을 줄일 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화상투사 장치는 종래의 칼라 휠 보다 상대적으로 작은 공간을 차지하는 칼라드럼을 사용함에 따라서 화상투사 장치의 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 화상투사 장치는 화면상에 있어서 중심이 밝거나 어두워지는 불균일을 줄이기 위한 조명 광학계를 이용하여 화질을 향상시킬 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (4)

1. 광을 발생하는 광원과,

   상기 광을 집광시키는 제 1 광학부와,

   상기 집광된 광을 광분포가 균일하도록 분산시키는 제 2 광학부와,

   상기 광으로 부터 순차적으로 색광을 분리하여 투과시키는 실린더형태의 칼라드럼과,

   상기 분리된 색광을 이용하여 영상신호에 따른 화상을 표시하는 화상표시소자와,

   상기 화상을 확대하여 투사하는 투사렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 광학부는 최소한 한 개 이상의 메니스커스 형태의 볼록렌즈로 구성되고,

   상기 제2 광학부는 메니스커스 형태의 오목렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 칼라드럼을 투과한 색광의 입사각이 커지는 것을 방지하기 위한 제 3광학부와,

   상기 제 3 광학부에 의해 조명되는 색광의 입사 진행방향을 다른 방향으로 바꾸는 전반사거울과,

   상기의 색광을 화상표시소자로 집광시키는 제 4 광학부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 칼라드럼은 실린더형태로 구성되어 적색, 녹색, 청색의 색광을 순차적으로 분리해내는 칼라필터와,

   상기 칼라필터를 회전시키는 회전체로 구성된 것을 특징으로 하는 칼라드럼을 이용한 화상투사 장치.