KR200207594Y1 - 액정 프로젝터의 광로 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 액정 프로젝터의 광로 변환장치에 관한 것으로, 종래에는 키스톤 현상의 발생을 방지한 상태로 화면을 상향시키기 위해서는 투사렌즈를 상향(또는 하향)으로 수평이동시켜야 하는 바, 투사렌즈의 비그네팅에 의한 화면의 밝기 분포가 변화되어 화질을 저하시키는 문제가 발생되는 것이었는 바, 광원(41)에서 발산되어 집광렌즈(42)로 향하는 광로에 스크린(45)에 맺히는 상을 상,하향시키도록 광로를 변경하는 반사부재(46)와, 상기 반사부재를 회전시키는 반사부재 회전수단을 설치하여 구성한 본 고안을 제공하여 투사렌즈의 광로를 변경하지 않고, 조명계의 광로를 변환시켜 화면을 상향 또는 하향조정하면서도 화질의 저하를 방지할 수 있어 제품의 신뢰도를 향상하도록 한 것이다.

Description

액정 프로젝터의 광로 변환장치

제1도는 일반적인 단판식 액정 프로젝터의 광학계 구성도.

제2도는 일반적인 3판식 액정 프로젝터의 광학계 구성도.

제3도는 LCD면 또는 스크린 화면의 밝기 분포의 전형적인 형태를 보인 그래프.

제4도는 종래 광학계에서 투사렌즈의 평행이동에 의한 화면의 이동상태도.

제5도는 종래 투사렌즈 이동에 따른 비그네팅 현상 및 보정상태 설명도로서,

제5(a)도는 프로젝트의 광로도이고,

제5(b)도는 투사렌즈 이동에 따른 광손실 설명도이며,

제5(c)도는 투사렌즈 이동 및 램프 틸팅에 의한 집광상태 설명도이다.

제6도는 본 고안에 의한 광로변환장치가 적용된 광로도.

제7도는 본 고안 장치의 일실시례를 보인 개략적인 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

41 : 광원 42 : 집광렌즈

45 : 스크린 46 : 반사경

47 : 반사경고정판 48 : 회전기어

49 : 회전축핀 50 : 안내홈

51 : 구동기어

본 고안은 투사광학계에 관한 것으로, 특히 투사렌즈의 광로를 변화시키지 않고 조명계의 광로를 변경하여 스크린에 맺히는 상을 상,하향 조정시 나타나는 키스톤 현상을 방지하도록 한 액정 프로젝터의 광로변환장치에 관한 것이다.

종래 단판형 액정 프로젝터의 광학계는 제1도에 도시한 바와 같이, 광원(1)과, 광원(1)에서 발산되는 광을 반사하는 반사경(2)과, 광을 LCD(4)로 집속하는 집광렌즈(3)와, 상기 광원(1)과 집광렌즈(3) 사이에 설치되는 UV/IR 커트 필터(5)와, 상기 LCD(4)에서 스크린(7)으로 화상을 투사하는 투사렌즈(6) 등으로 구성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 단판형 액정 프로젝터는 광원(1)으로부터 방사된 빛이 반사경(2)에 의하여 집광된 형태로 LCD(4)로 향하게 되고, 이러한 빛은 집광렌즈(3)를 통해 LCD(4)를 투과하여 투사렌즈(6)로 수렴되어 투사렌즈(6)를 통해 스크린(7)에 확대투사된다. 여기서 광원(1)으로부터 방사되는 비가시광선인 UV/IR의 광선은 광학부품에 열을 가하기 때문에 광원 다음의 위치에 필터(5)를 설치하여 전기광선을 컷팅하도록 하고 있다.

제2도는 3개의 모노크롬 LCD판넬을 사용하는 3판식 액정 프로젝터의 구성도로서, 하나의 백색광원(11)으로부터 방사된 광을 다이크로익 필터(Dichroic Filter)(13)를 통하여 R.G.B의 광으로 분리하여 각각의 LCD(14)(15)(16)로 조사하고, LCD를 통과한 R.G.B의 화상정보를 다이크로익 필터(17)를 통해 합성하여 투사렌즈(18)를 통하여 스크린에 확대투사되도록 하고 있다. 즉, 3판식 액정 프로젝터는 컬러화된 빛의 경로를 제외하고 투사되는 동작은 단판형 프로젝터와 동일하다.

제3도는 광원으로부터 방사되어 조명 광학계를 통하여 LCD면에 조사되는 빛의 전형적인 광의 밀도 분포를 보인 것으로, LCD 화상면의 중심을 기준으로 가우시안(Gaussian)분포를 갖음을 알 수 있고, LCD면에서의 광분포는 투사렌즈에 의하여 분포의 큰 변화없이 스크린 상에 결상됨을 알 수 있다. 통상적으로 대화면에 대하여 사람은 주로 중심부를 주시하게 되므로 중심부의 밝기가 화면의 밝기로 인식되는 경향이 강하게 된다.

상기한 바와 같은 액정 프로젝터를 사용함에 있어 화면을 상향시키는 경우가 빈번하게 발생되는데 이때 투사기의 앞부분을 높여 주는 경우에 있어서는 화면의 상단부가 커지는 이른바 키스톤(keystone)현상이 발생된다. 이러한 키스톤 현상을 방지하면서 화면을 상향시켜주기 위해서 투사렌즈를 상향시켜 주는 수단을 사용하게 된다.

이에 대한 부연설명을 제4도를 참조하여 설명한다. 도면에 도시한 바와 같이, 집광계(21)(22)와 LCD(23)의 위치는 고정되어 있고, 투사렌즈(24)까지의 광의 빔 프로파일은 동일하기 때문에 투사렌즈(24)의 이동에 의하여 광빔이 의해 비그네팅(Vignetting)이 발생되어 스크린(25)에서의 밝기 분포가 변화되는 현상이 발생하게 된다. 즉, 투사렌즈(24)의 중심으로부터 멀어지는 부분의 화상의 밝기가 저하되어 어두운 경계가 나타나거나 화면 중심의 밝기가 저하되는 등의 현상이 발생된다.

물론 유효경 및 뉴머리컬 아펙쳐(F/No의 역수 개념)가 큰 경우에는 상기와 같은 비그네팅 현상이 발생되지 않으나, 투사렌즈를 이와 같이 하는 경우에 있어서는 비용의 증가되고, 성능이 저하되는 문제가 있어서 효율이 떨어지는 것이었다. 이러한 경우는 하향 투사시에도 마찬가지이다.

상기한 바와 같이 종래에는 키스톤 현상의 발생을 방지한 상태로 화면을 상향시키기 위해서는 투사렌즈를 상향(또는 하향)으로 수평이동시켜야 하는 바, 투사렌즈의 비그네팅에 의한 화면의 밝기 분포가 변화되어 화질을 저하시키는 문제가 발생되는 것이었다.

이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 고안은 조명계의 광로를 변환시킴으로써 화면 밝기 분포를 균일하게 하여 화질의 저하가 없는 투사 광학계를 구현하려는데 목적이 있는 것이다.

이러한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 광원에서 발산되어 집광렌즈로 향하는 광로에 스크린에 맺히는 상을 상,하향시키도록 광로를 변경하는 반사부재와, 상기 반사부재를 회전시키는 반사부재 회전수단을 설치하여 구성함을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광로 변환장치가 제공된다.

상기 반사부재 회전수단은 반사부재가 고정되는 반사부재고정판과, 상기 반사부재고정판의 회전중심에 설치되는 회전기어와, 상기 회전기어의 중심축에 설치되는 회전축핀과, 상기 회전축핀이 안내되어 반사부재고정판을 안내하는 안내홈과, 상기 회전기어를 회전시키는 구동기어로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 상기한 바와 같은 본 고안을 첨부도면에 도시한 일실시례에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

첨부도면 제6도는 본 고안에 의한 광로변환장치가 적용된 광로도이고, 제7도는 본 고안 장치의 일실시례의 개략적인 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 고안에 의한 액정 프로젝터의 광학계는 화면을 상향 또는 하향시킬 수 있는 광경로 변환장치가 적용되어 있다.

이와 같은 광경로 변환장치를 필요로 하는 배경은 조명계의 빔 프로파일의 변화 및 투사렌즈에 입사되는 현상에 의한 것으로, 이를 간략하게 부연설명하면 다음과 같다.

제5(a)도는 일반적인 프로젝터의 광로도를 보인 것이고, 제5(b)도는 투사렌즈의 수평이동에 대하여 광의 비그네팅이 나타나는 현상을 보인 광로도로서, 이는 종래 기술에 대한 문제점에서 간략하게 살펴본 바 있다. 부호 31은 발광부, 32는 집광렌즈, 33은 LCD, 34는 투사렌즈 출사동, 35는 스크린을 나타낸 것이다.

또한, 제5(c)도는 상기의 비그네팅 현상을 최소화하기 위해 조명계의 빔 프로파일 변화시켜준 것으로서, 투사렌즈의 출사동(34) 중심과 LCD(33)면의 중심을 연결하는 선상으로 조명계의 광원 및 반사경(31)을 LCD(33)중심을 기준으로 하여 회전시킨 상태의 동작도이다. 이에서 알 수 있듯이, LCD(33)를 기준으로 빔 프로파일의 변화는 발생되지만 투사렌즈에 의한 비그네팅은 감소하게 되며, 따라서 스크린에서의 밝기 분포의 변화가 방지되는 것이다.

본 고안은 제5(c)도와 같은 원리에 근거하여 제6도에 도시한 바와 같이, 광원(41)과 LCD(43) 사이에 광원(41)에서 발생되는 광의 경로를 변경하는 수단으로 반사경(46)을 광로에 설치한 구성이다.

즉, 제6도에서 점선은 상향 투사가 없는 경우이고, 실선은 상향투사를 한 경우로서, 반사경(46)을 투사렌즈(44)로부터 실선의 광축과, 광원으로부터의 중심축이 만나는 위치로 평행이동시킨 상태에서 시계방향으로 실선과 점선이 이루는 각의 반각(半角)만큼 회전시킴으로써 광원(41)이 점선의 위치에 있는 것과 동일한 효과를 갖게 되는 것이다.

이러한 광경로 변환장치에서의 반사경(46)을 소정의 각도로 회전시켜 주는 회전수단의 구체적인 실시례를 제7도에 도시하였는 바, 반사경(46)이 고정되는 반사경고정판(47)과, 상기 반사경고정판(47)의 회전중심에 설치되는 회전기어(48)와, 상기 회전기어(48)의 중심축에 설치되는 회전축핀(49)과, 상기 회전축핀(49)이 안내되어 반사경고정판(47)를 직선적으로 안내하는 안내홈(50)과, 상기 회전기어(48)를 회전시키는 구동기어(51)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 반사경 회전수단에 의해 반사경이 회전되는 동작을 설명한다.

제6도의 점선상태와 같이 반사경이 광원과 90°의 반사각을 유지하고 있는 상태에서 스크린에 맺히는 상을 상향투과시키려면 구동기어(51)를 상측으로 이동시킴으로써 회전기어(48)는 시계방향으로 회전시키면서 회전축핀(49)이 안내홈(50)을 따라 하측으로 이동되어 반사경고정판(47)과 함께 반사경(46)은 실선상태와 같이 회전되면서 하강된다. 이때 스크린4(5)에서 상향투사되기 위해 변경되는 광축의 각도가 θ라 할 때, 반사경의 회전각도는 θ/2가 된다.

이는 기하학적 해석을 통하여 도출되는 각도이며, 광축의 경사각 10°내의 범위에 대하여 근사적으로는 반사경의 평행이동량을 LCD면으로부터 반사경의 반사면의 거리로 나눈값의 1/2에 해당되는 라디안(radian)의 회전각이 된다. 이는 회전기어의 회전반경에 의하여 결정될 수 있기 때문에 평행이동 및 회전각이 동시에 만족될 수 있는 것이다.

한편, 투사렌즈의 이동량과 반사경과의 이동과의 관계는 세트상에서 계산된 값에 대하여 다단계의 불연속적 위치를 지정하고, 각각의 이동량에 대한 표식을 함으로써 수동에 의하여 매칭시킬 수 있는 방법을 채용할 수 있으며, 보다 정밀하게는 모터 및 센서에 의하여 전동 및 자동조절하는 메카니즘을 채용하여 해결될 수 있다.

이상과 같이 본 고안에 의한 액정 프로젝터의 광로 변환장치에 의하면 투사렌즈의 광로를 변경하지 않고, 조명계의 광로를 변환시켜 화면을 상향 또는 하향조정하면서도 화질의 저하를 방지할 수 있어 제품의 신뢰도를 향상하도록 한 것이다.

Claims (2)

1. 광원에서 발산되어 집광렌즈로 향하는 광로에 스크린에 맺히는 상을 상,하향시키도록 광로를 변경하는 반사부재와, 상기 반사부재를 회전시키는 반사부재 회전수단을 설치하여 구성함을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광로 변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 반사부재 회전수단은 반사부재가 고정되는 반사부재고정판과, 상기 반사부재고정판의 회전중심에 설치되는 회전기어와, 상기 회전기어의 중심축에 설치되는 회전축핀과, 상기 회전축핀이 안내되어 반사부재고정판을 안내하는 안내홈과, 상기회전기어를 회전시키는 구동기어로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광로 변환장치.