KR20020016415A - 3판식 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 프로젝션 시스템이 가지고 있던 색배율의 문제를 파장별로 최적화된 투사렌즈 설계로 해결할 수 있게 되고, 후초점 길이(back focal length)를 최소화함으로써 해결하여 시스템을 소형화할 수 있는 3판식 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 빛을 발산하는 램프(lamp)와, 상기 램프에서 발산된 빛을 R,G,B로 분리하는 다수의 다이크로익(dichroic)과, R,G,B의 이미지를 각각 제공하는 다수의 LCD와, 상기 다수의 다이크로익에서 분리된 빛을 해당되는 LCD로 진행하도록 빛의 경로를 변경하는 미러(mirror)와, 상기 각 LCD의 출사측에 배치되어 색배율 보정을 수행하는 색배율 보정렌즈와, 상기 각각의 LCD로부터 나온 이미지를 합성하는 X-프리즘과, 상기 X-프리즘에서 합성된 이미지를 스크린에 투사하는 투사렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

3판식 프로젝션 시스템 {Three panel type projection system}

본 발명은 3판식 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 색배율을 보정하고 투사렌즈를 소형화할 수 있도록 구조를 개선한 3판식 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 현재 대부분의 프로젝션 시스템은 3판식 프로젝션 시스템을 사용하고 있는데, 3개의 독립된 이미저(imager)를 사용하여 컬러 화면을 구현하고 있다. 이와 같은 프로젝션 시스템의 가장 큰 어려움으로 남아있는 문제가 색배율의 문제이다. 상기 3개의 이미저를 투사렌즈를 이용하여 스크린에 투사하게 되는데, 각 이미저의 색차이 즉, 빛의 파장이 다르기 때문에 3판의 배율이 달라진다는 것이다.

상기 3판식은 화상정보를 R,G,B로 나누어 각각의 이미저(imager)가 하나의 화면을 나누어 표현하고 있으므로 3판이 스크린에 동시에 투사되었을 때 정확하게일치하여야 한다. 만약, 하나의 이미저라도 위치가 잘못되어 있으면 스크린 상에서 하나의 선으로 표현되어야 할 정보가 색 별로 분리되어 보일 수 있다. 이것을 미스 컨버전스라고 한다. 보통, 컨버전스를 픽셀로 나타내는데, 제품의 스펙(spec)에 미스 컨버전스를 1픽셀 이하 혹은 0.5픽셀 이하라고 표현되어 있다.

또한, 프로젝션 시스템에서 미스 컨버전스는 매우 심각한 문제로 남아있는데, 상기 미스 컨버전스를 일으키는 원인으로는 크게 두 가지로 볼 수 있다.

첫 번째는 조정의 문제이다. 프로젝션 시스템에 사용되는 이미저(imager)는 보통 1인치 이하의 LCD가 사용된다. 최근에는 SXGA 이상의 해상도를 가진 제품들도 많아졌고, 거기에 따라 하나의 픽셀 사이즈는 점점 더 줄어들어서 8 내지 12㎛ 정도에 불과하다. 결국, 3개의 이미저를 수 ㎛의 정밀도로 조정하고, 조정이 끝나고 나면 위치의 변화없이 고정해야 하는데, 본드(bond)하는 방법에 따라 수 ㎛는 쉽게 변할 수 있다.

두 번째는 색배율의 문제이다. 3개의 이미저(imager)가 각각 R,G,B 정보를 표현하고 있는데, 공통된 투사렌즈를 통하여 스크린에 투사될 때 각 이미저의 배율이 달라지는 문제이다. 보통의 경우 투사렌즈를 그린(green) 이미저에 최적화 하기 때문에 레드(red) 및 블루(blue) 이미저의 배율이 그린(green) 이미저 보다 작아진다. 그렇게 되면 스크린 상에서 화면의 크기가 달라지기 때문에 아무리 조정을 잘 하더라도 미스 컨버전스는 피할 수 없게 된다. 대체로 색배율의 차이는 1픽셀 이상이 된다. 이것의 의미는 화면의 중앙에서 3판의 컨버전스를 완벽하게 만들어도 화면의 외곽에서는 3판이 1픽셀 이상 벗어난다는 것이다.

상기에서 조정의 문제는 방법에 따라 해결할 수 있는 문제이지만 색배율의 문제는 광학계의 근본적인 문제로 남게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 3판식 프로젝션 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 참조번호 110은 빛을 발산하는 램프(lamp)를 나타내고, 120은 상기 램프(110)에서 발산된 빛을 균일하게 만드는 조명렌즈계를 나타내고, 131 및 132는 빛을 R,G,B로 분리하는 다이크로익(dichroic)을 나타내고, 141,142 및 143은 R,G,B의 이미지를 제공하는 LCD를 나타내고, 151, 152 및 153은 다이크로익(131,132)에서 분리된 빛을 각각의 LCD(141,142,143)로 진행하도록 빛의 경로를 변경하는 미러(mirror)를 나타내고, 161 및 162는 빛의 진행경로 상에 배치되어 빛을 원하는 위치에 접속시키는 릴레이 렌즈(relay lens)를 나타내고, 170은 각각의 LCD(141,142,143)로부터 나온 이미지를 합성하는 X-프리즘을 나타내고, 180은 합성된 이미지를 스크린에 투사하는 투사렌즈를 나타낸다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다.

상기 램프(110)로부터 나온 빛이 다이크로익(131,132)에 의해서 R,G,B로 분리되어 릴레이 렌즈(161,162)에 의해 각 이미저(imager) 즉, LCD(141,142,143)에 조사된다. 상기 R,G,B LCD(141,142,143)에서 표현된 화상정보는 X-프리즘(170)을 통해서 합성되어 투사렌즈(180)에 의해서 스크린에 투사된다.

상기에서 R,G,B 3개의 이미저(imager) 즉, LCD(141,142,143)는 공통된 투사렌즈(180)에 의해서 스크린에 투사되기 때문에 색배율 문제를 피할 수 없다. 스크린에서 화면의 크기가 색깔별로 다르기 때문에 아무리 3판의 조정을 정밀하게 하더라도 화면의 외곽에서는 미스 컨버전스가 발생하게 된다. 이런 문제는 아직까지 해결되지 못해서 현재 유통되고 있는 거의 모든 프로젝션 시스템은 색배율에 의한 미스 컨버전스를 가지고 있다.

상기와 같은 문제는 리어 프로젝션 시스템(rear projection system)에서 더욱 두드러 진다. 데이터 프로젝터는 대형화면을 비교적 먼 거리에서 보는 것이기 때문에 작은 양의 미스 컨버전스는 눈으로 구별되지 않지만 리어 프로젝션 시스템으로 구성된 모니터는 가까운 거리에서 보는 것이기 때문에 아주 작은 미스 컨버전스도 눈에 거슬리게 되는 문제점이 발생한다.

상기 미스 컨버전스의 문제가 프로젝션 시스템이 모니터로 개발되기 어려운 큰 이유중의 하나이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 3판의 투사렌즈를 별도로 제작하고 짧은 후초점 길이(back focal length)를 갖도록 함으로써 색배율 보정의 문제를 해결하고, 투사렌즈의 길이를 축소시킬 수 있는 3판식 프로젝션 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 3판식 프로젝션 시스템의 구성을 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 의한 3판식 프로젝션 시스템의 구성을 나타내는 도면

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 빛을 발산하는 램프(lamp)와, 상기 램프에서 발산된 빛을 R,G,B로 분리하는 다수의 다이크로익(dichroic)과, R,G,B의 이미지를 각각 제공하는 다수의 LCD와, 상기 다수의 다이크로익에서 분리된 빛을 해당되는 LCD로 진행하도록 빛의 경로를 변경하는 미러(mirror)와, 상기 각 LCD의 출사측에 배치되어 색배율 보정을 수행하는 색배율 보정렌즈와, 상기 각각의 LCD로부터 나온 이미지를 합성하는 X-프리즘과, 상기 X-프리즘에서 합성된 이미지를 스크린에 투사하는 투사렌즈를 포함하여 구성된 3판식 프로젝션 시스템을 제공한다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 3판식 프로젝션 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 참조번호 10은 빛을 발산하는 램프(lamp)를 나타내고, 20은 상기 램프(10)에서 발산된 빛을 균일하게 만드는 조명렌즈계를 나타내고, 31 및 32는 빛을 R,G,B로 분리하는 다이크로익(dichroic)을 나타내고, 41,42 및 43은 R,G,B의 이미지를 제공하는 LCD를 나타내고, 51, 52 및 53은 다이크로익(31,32)에서 분리된 빛을 각각의 LCD(41,42,43)로 진행하도록 빛의 경로를 변경하는 미러(mirror)를 나타내고, 61 및 62는 빛의 진행경로 상에 배치되어 빛을 원하는 위치에 접속시키는 릴레이 렌즈(relay lens)를 나타내고, 63,64 및 65는 및 각 LCD(41,42,43)의 출사측에 배치되어 색배율 보정을 수행하는 색배율 보정렌즈를 나타내고, 70은 각각의 LCD(41,42,43)로부터 나온 이미지를 합성하는 X-프리즘을 나타내고, 80은 합성된 이미지를 스크린에 투사하는 투사렌즈를 나타낸다.

결국, 본 발명과 종래기술의 구성상의 차이점은 각 LCD(41,42,43)의 출사측에 색배율 보정렌즈(63,64,65)를 배치시킨다는 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서는 색배율 보정을 위한 렌즈(63,64,65)를 추가하였다. R,G,B 각 LCD(41,42,43)의 출사측에 서로 다른 색배율 보정렌즈(63,64,65)를 추가하여 색배율을 보정하게 된다. 즉, 3판에서 나오는 화면이 X-프리즘(70)에 의해서 합성되기 전에 각 판의 앞에 색배율 보정렌즈(63,64,65)를 배치함으로써 각 R,G,B 화면은 공유하지 않는 색배율 보정렌즈(63,64,65)를 가지게 된다. 이 색배율 보정렌즈(63,64,65)들은 각 파장 영역에 맞게 최적화 함으로써 스크린에서 색배율 문제가 없는 화면을 얻을 수 있다.

결국, 보통의 경우 스크린 상에서 그린(green) 화면이 가장 크기 때문에 블루(blue)와 레드(red) LCD 앞의 렌즈를 최적화하여 스크린 상에서 똑같은 크기의 화면이 되도록 설계한다. 이것의 의미는 투사렌즈(80)의 일부분을 3판이 다르게 설계한다는 것이다. 실제 설계과정에서 동일한 렌즈로 가시영역의 전 영역에서 모두 좋은 성능을 내는 것은 매우 어렵고 때로는 불가능하다. 그러나, 이렇게 투사계 일부를 3판이 다르게 갖게 함으로써 설계의 용이함은 물론이고 색배율 등 목표하는 성능을 갖게 하는 광학계 구성이 가능하다.

상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에서는, 3판의 색배율을 독립적으로 설계할 수 있으므로 스크린 상에서 완벽하게 3판의 크기를 갖게 할 수 있다. 이것으로색배율에 의해서 발생하는 미스 컨버전스를 근원적으로 해결할 수 있다.

또한, 3장의 독립된 렌즈가 설계에 고려하는 파장영역이 다르므로 효과적으로 색수차를 개선할 수 있다. 이것으로 일부 색깔은 스크린 상에서 깨끗한 초점을 맺지만 다른 색깔은 수차 때문에 초점이 퍼지는 현상을 해결할 수 있다.

또한, 종래 기술에서 3판 LCD의 이미지가 합성된 후에 투사렌즈가 배치되는 경우 어쩔 수 없이 이미저(imager)와 투사렌즈의 거리가 멀어지게 된다. 후초점 길이(back focal length)가 길어야만 하는 경우 F/#에 따라 투사렌즈와 시스템 전체의 크기가 커지게 된다. 그러나, 위와 같이 이미저(41,42,43) 바로 출사측에 색배율 보정렌즈(63,64,65)가 있어서 후초점 길이가 짧아지면 F/#에 따른 크기 변화의 문제를 해결할 수 있다.

그 이외에도 해상도(MTF), 왜곡(distortion) 등 투사렌즈(80)가 확보해야 하는 많은 성능 등을 보다 효율적으로 확보할 수 있게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 3판식 프로젝션 시스템은 기존의 프로젝션 시스템이 가지고 있던 색배율의 문제를 파장별로 최적화된 투사렌즈 설계로 해결할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 후초점 길이(back focal length)가 길어질 경우 F/#에 따라 투사렌즈와 시스템의 전체 크기가 커져햐 하는 문제도 후초점 길이를 최소화함으로써 해결하여 시스템을 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 빛을 발산하는 램프(lamp)와, 상기 램프에서 발산된 빛을 R,G,B로 분리하는 다수의 다이크로익(dichroic)과, R,G,B의 이미지를 각각 제공하는 다수의 LCD와, 상기 다수의 다이크로익에서 분리된 빛을 해당되는 LCD로 진행하도록 빛의 경로를 변경하는 미러(mirror)와, 상기 각 LCD의 출사측에 배치되어 색배율 보정을 수행하는 색배율 보정렌즈와, 상기 각각의 LCD로부터 나온 이미지를 합성하는 X-프리즘과, 상기 X-프리즘에서 합성된 이미지를 스크린에 투사하는 투사렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3판식 프로젝션 시스템.