KR20030038083A - 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템 - Google Patents

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Abstract

칼라휠 없이 칼라 화상을 구현할 수 있고 소형화된 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템이 개시되어 있다.
이 개시된 조명계는, 서로 다른 파장의 광빔을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광소자들; 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들에 대하여 소정 각도로 기울어져 X형으로 배치되고 입사광을 파장에 따라 투과 또는 반사시키도록 된 제1 및 제2 홀로그램 소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 개시된 프로젝션 시스템은, 서로 다른 파장의 광빔을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광소자들; 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들에 대하여 소정 각도로 기울어져 X형으로 배치되고 입사광을 파장에 따라 투과 또는 반사시키도록 된 제1 및 제2 홀로그램 소자; 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자에 의해 한 방향으로 입사되는 빔을 입력된 화상 신호에 따라 처리하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에 의해 형성된 화상을 스크린쪽으로 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 조명계 및 프로젝션 시스템은 넓은 칼라 게멋을 구현하여 고선명, 고화질의 화상을 제공할 수 있고, 빔의 단면적을 압축하여 소형화시킬 수 있다.

Description

조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템{Illumination system and projection system employing it}
본 발명은 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 특히 칼라휠 없이 칼라 화상을 구현할 수 있고 소형화가 가능하도록 된 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 프로젝터는 광원(100)과, 이 광원(100)으로부터 출사된 빔을 집속시키는 제1 릴레이 렌즈(102), 입사광을 R,G,B 삼색빔으로 분리시키는 칼라휠(105), 상기 칼라휠(105)을 통과한 빔을 균일하게 만들어 주는 플라이 아이 렌즈(107), 상기 플라이 아이 렌즈(107)를 경유한 빔을 집속시키는 제2 릴레이 렌즈(110), 상기 칼라휠(105)을 통해 순차적으로 입사되는 R,G,B 삼색에 의해 칼라 화상을 형성하는 디스플레이 소자(112) 및 상기 디스플레이 소자(112)에 의해 형성된 화상을 확대하여 스크린(118)으로 향하게 하는 투사렌즈계(115)를 포함하여 구성된다.
상기 광원(100)은 크세논(xenon) 램프, 금속-할로겐(metal-halide) 램프, UHP(Ultra High Performance) 램프 등이 사용되는데 이러한 램프는 불필요한 적외선과 자외선이 많이 방출된다. 이로 인해 많은 열이 발생됨에 따라 열을 식혀주기 위한 냉각팬이 사용되는데 이 냉각팬은 소음 발생의 원인이 된다. 또한, 램프 광원의 스팩트럼 분포를 보면 전 파장에 대하여 넓게 분포되어 있어 좁은 칼라 게멋(gamut)을 가지므로 칼라 선택의 폭이 줄고, 색순도가 불량할 뿐 아니라, 수명이 짧아 램프의 안정적인 사용이 제한되는 문제점이 있다.
한편, 종래의 프로젝션 시스템에서는 상기 칼라휠(105)을 구동 모터(미도시)에 의해 고속으로 회전시켜 R(Red),G(Green),B(Blue)를 순차적으로 상기 디스플레이 소자(112)에 조명하는 방식으로 칼라화상을 구현한다. 상기 칼라휠(105)은 R,G,B 삼색 필터가 휠 전체에 등분 배치되어, 한 화면이 형성되는 동안 카라휠이 회전하게 되고 상기 디스플레이 소자(112)의 응답 속도에 따라 상기 칼라휠(105)의 회전시 한 칼라씩 순차적으로 사용하게 되므로 2/3의 광손실이 발생된다. 또한, 바람직한 칼라 구현을 위해서 상기 칼라휠(105)의 각 칼라의 경계부분에서 소정 간격의 갭이 형성되어 있어 이 부분에서도 광손실이 야기된다.
뿐만 아니라, 상기 칼라휠(105)은 고속으로 회전하므로 소음이 발생하고 기계적인 운동으로 인해 안정성에 불리할 뿐만 아니라, 구동 모터의 기계적인 한계 때문에 일정한 속도 이상의 속도를 얻기는 어려우므로 칼라 브레이크업(breakup) 현상이 초래된다. 더욱이 칼라휠 자체의 단가가 매우 고가이므로 제조비용 상승의 일요인이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 서로 다른 파장의 광빔을 조사하는 발광소자로부터의 빔을 간단한 구조에 의해 단일 경로로 합성함으로써 칼라휠 없이 칼라 화상을 구현하고 소형화가 가능하도록 된 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 종래의 프로젝터의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조명계 및 프로젝션 시스템의 개략적인 구성도이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5...조명계, 10,13,15...발광소자
20,23,25...평행광 형성수단, 30,35...홀로그램 소자
40...균일광 형성수단 45...디스플레이 소자
48...투사 렌즈 유닛 50...스크린
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명계는, 서로 다른 파장의 광빔을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광소자들; 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들에 대하여 소정 각도로 기울어져 X형으로 배치되고 입사광을 파장에 따라 투과 또는 반사시키도록 된 제1 및 제2 홀로그램 소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들이 어레이 구조로 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자는 LED, 레이저 다이오드, 유기 EL 및 FED 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들로부터 조사된 빔을 평행하게 해주기 위한 평행광 형성수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평행광 형성수단은, 콜리메이팅 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 어레이인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명계를 채용한 프로젝션 시스템은, 서로 다른 파장의 광빔을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광소자들; 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들에 대하여 소정 각도로 기울어져 X형으로 배치되고 입사광을 파장에 따라 투과 또는 반사시키도록 된 제1 및 제2 홀로그램 소자; 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자에 의해 한 방향으로 입사되는 빔을 입력된 화상 신호에 따라 처리하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에 의해 형성된 화상을 스크린쪽으로 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 조명계(5)는, 도 2를 참조하면 서로 다른 파장을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광소자들(10)(13)(15); 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들(10)(13)(15)에 대하여 X형으로 배치된 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 내지 제3 발광소자들(10)(13)(15)은 LED(Light Emitted Diode), LD(Laser Diode), 유기 EL(Electro Luminescent) 또는 FED(Field EmissionDisplay) 등이 사용될 수 있다. 또한, 필요한 광량을 확보하기 위해 복수개의 발광소자가 2차원적인 어레이 구조로 배열될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 발광소자 또는 발광소자 어레이(10)(13)(15)는 서로 다른 파장의 빔을 조사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1발광소자 또는 발광소자 어레이(10)는 레드(R) 파장의 빔을 조사하고, 상기 제2발광소자 또는 발광소자 어레이(13)는 그린(G) 파장의 빔을 조사하며 상기 제3 발광소자 또는 발광소자 어레이(15)는 블루(B) 파장의 빔을 조사하도록 구성할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 발광소자들(10)(13)(15)은 ??형으로 배치되고, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)는 상기 제1 내지 제 3 발광소자들(10)(13)(15) 각각에 대하여 소정 각도로 기울어져 X형으로 배치된다. 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)는 각각 소정 파장의 입사광만을 투과 또는 반사시키도록 되어 있다. 예를 들어, 상기 제1 홀로그램 소자(30)는 레드(R) 파장의 빔을 반사시키고, 다른 파장의 빔은 투과시키는 한편, 상기 제2 홀로그램 소자(35)는 블루(B) 파장의 빔을 반사시키고, 다른 파장의 빔은 투과시키도록 구성될 수 있다. 이에 따르면, 상기 제1 발광소자(10)로부터 조사된 R빔은 상기 제1 홀로그램 소자(30)에 의해 반사되어 A방향으로 나아가고, 상기 제3 발광소자(15)로부터 조사된 B빔은 상기 제2 홀로그램 소자(35)에 의해 반사되어 A방향으로 나아간다. 또한, 상기 제2 발광소자(13)로부터 조사된 G빔은 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)를 투과하여 A방향으로 직진한다. 이와 같이 하여, 상기 제1 내지 제3 홀로그램 소자(10)(13)(15)로부터 조사된 R,G,B 삼색빔은 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)에 의해 간단하게 단일 경로로 합성된다.
여기서, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)는 회절 패턴에 의해 입사빔의 반사각을 조절할 수 있다. 따라서, 미러나 다이크로익 필터 등과 달리 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)의 배치 각도를 임의로 조절할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)를 X형으로 배치할 때 그 기울기 각도를 조절할 수 있으며, 이에 따라 빔의 단면적을 압축할 수 있다. 미러나 다이크로익 필터 등은 입사빔에 대하여 45도 각도를 유지해야만 입사빔의 광경로를 90도 각도로 반사시킬 수 있는데 반해, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)는 45도보다 작은 각도로 배치하여도 회절 패턴에 따라 반사각이 90도가 되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)를 기울기 각도가 45도보다 작게 되도록 배치함으로써 입사빔의 단면적에 비해 출사빔의 단면적이 감소되도록 할 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명에 따른 조명계는 소형화될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 발광소자 또는 발광소자 어레이(10)(13)(15) 다음에 이들 발광소자로부터 조사되는 광빔을 평행하게 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 어레이와 같은 평행광 형성수단(20)(23)(25)이 더 구비될 수 있다.
다음은, 본 발명에 따른 조명계를 채용한 프로젝션 시스템에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 서로 다른 파장의 빔을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광소자(10)(13)(15); 상기 제1, 제2 및 제3 발광소자(10)(13)(15)에 대하여 X형으로 배열된 제1 및 제2 홀로그램소자(30)(35); 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)를 통해 동일 경로로 입사되는 소정 파장의 빔을 입력된 영상 신호에 따라 처리하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자(45); 상기 디스플레이 소자(45)에 의해 형성된 화상을 스크린(50)쪽으로 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛(48);을 포함한다.
상기 제1 내지 제3 발광소자(10)(13)(15)는 앞서 설명한 바와 같이 서로 다른 파장의 빔을 조사하는 광원으로서, LED, LD, 유기 EL 또는 FED 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 발광소자(10)(13)(15)로부터 조사된 빔을 평행하게 해주는 콜리메이팅 렌즈 어레이나 프레넬 렌즈 어레이와 같은 평행광 형성수단이 더 구비될 수 있다.
서로 다른 방향에서 출사된 삼색빔이 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)에 의해 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사되어 같은 방향으로 진행하게 된다. 그런 다음, 상기 디스플레이 소자(45)에 입사된 빔은 화상을 형성하기 위한 입력 신호에 따라 화소 단위로 on-off 된다. 상기 디스플레이 소자(45)는 예를 들어 화상 신호에 따라 마이크로미러의 on-off 스위칭 동작에 의해 칼라 화상을 구현하는 가동 미러 장치이거나 입사빔을 편광 변조시킴으로써 칼라 화상을 구현하는 액정 표시 소자일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)와 상기 디스플레이 소자(45) 사이의 광경로상에 빔의 세기를 균일하게 하기 위한 인티그레이팅 로드나 플라이아이 렌즈와 같은 균일광 형성수단(40)이 더 배치된다. 그리고, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)로부터 출사된 빔을 상기 균일광 형성수단(40)으로 집속시키는제1 릴레이 렌즈(38)와 상기 균일광 형성수단(40)으로부터 출사된 빔을 상기 디스플레이 소자(45)쪽으로 집속시키는 제2 릴레이 렌즈(42)가 더 구비될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 발광소자 또는 발광소자 어레이(10)(13)(15)에서 R,G,B 삼색빔이 순차적으로 출사되고, 서로 다른 방향으로부터의 빔이 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)에 의해 동일 경로로 향하게 된다. 이때, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)를 통과하여 출사된 빔은 상기 홀로그램 소자(30)(35)의 기울기 각도를 조절함으로써 상기 제1 내지 제3 발광소자(10)(13)(15)로부터 출사된 빔의 단면적보다 압축되도록 할 수 있다. 이로써, 상기 조명계(5)의 부피를 줄일 수 있고, 전체적으로 프로젝션 시스템을 소형화할 수 있다.
상기 제1 및 제2 홀로그램 소자(30)(35)에 의해 단일 경로로 합성된 빔은 상기 제1 릴레이 렌즈(38), 균일광 형성수단(40) 및 제2 릴레이 렌즈(42)를 경유하여 균일한 상태로 상기 디스플레이 소자(45)로 입사된다. 그리고, 상기 디스플레이 소자(45)에 의해 화상 신호에 따라 화소별로 on-off 스위칭되어 칼라 화상을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 칼라 화상은 상기 투사 렌즈 유닛(48)에 의해 확대되어 스크린(50)에 맺힌다.
본 발명에 따른 조명계는 원하는 파장대의 좁은 스팩트럼을 갖는 광을 조사하는 발광소자 또는 발광소자 어레이를 이용하여 색순도가 향상되고, 보다 넓은 분포를 갖는 칼라 게멋을 확보할 수 있다. 또한, 홀로그램 소자를 이용한 간단한 구조에 의해 빔의 단면적을 압축시킴과 아울러 서로 다른 방향에서 출사되는 빔을 동일 경로로 향하도록 함으로써 조명계를 컴팩트화하고 광손실을 줄일 수 있다. 더욱이, 발광소자 또는 발광소자 어레이를 광원으로 이용하여 종래의 램프 광원에 비해 열의 발생이 적고 수명이 연장되는 이점도 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 조명계를 채용한 프로젝션 시스템에서는 발광소자 또는 발광소자 어레이를 가진 조명계에 의한 타임 시퀀셜(time sequential) 구동이 가능하므로 칼라휠이 필요없고 이에 따라 칼라휠을 구동시키기 위한 모터로 인한 소음 문제가 해소된다. 또한, 칼라휠의 회전속도보다 빠른 on-off 스위칭 작동이 가능하기 때문에 높은 프레임 레이트(frame rate)를 구현할 수 있으며 전력 소모도 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 조명계를 채용한 프로젝션 시스템은 고선명 및 고화질의 화면을 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 서로 다른 파장의 광빔을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광소자들;
    상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들에 대하여 소정 각도로 기울어져 X형으로 배치되고 입사광을 파장에 따라 투과 또는 반사시키도록 된 제1 및 제2 홀로그램 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들이 어레이 구조로 된 것을 특징으로 하는 조명계.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 발광소자는 LED, 레이저 다이오드, 유기 EL 및 FED 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 조명계.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들로부터 조사된 빔을 평행하게 해주기 위한 평행광 형성수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 조명계.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 평행광 형성수단은,
    콜리메이팅 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 조명계.
  6. 서로 다른 파장의 광빔을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광소자들;
    상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들에 대하여 소정 각도로 기울어져 X형으로 배치되고 입사광을 파장에 따라 투과 또는 반사시키도록 된 제1 및 제2 홀로그램 소자;
    상기 제1 및 제2 홀로그램 소자에 의해 한 방향으로 입사되는 빔을 입력된 화상 신호에 따라 처리하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자;
    상기 디스플레이 소자에 의해 형성된 화상을 스크린쪽으로 확대 투사시키는투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들이 어레이 구조로 된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 발광소자는 LED, 레이저 다이오드, 유기 EL 및 FED 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 발광소자들로부터 조사된 빔을 평행하게 해주기 위한 평행광 형성수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 평행광 형성수단은,
    콜리메이팅 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 홀로그램 소자로부터 출사된 빔의 세기를 균일하게 하기 위한 균일광 형성수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 균일광 형성수단은 인티그레이팅 로드 또는 플라이아이 렌즈인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 균일빔 형성수단의 전후에 입사빔을 소정 위치로 집속시키기 위한 릴레이 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
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