KR20040002589A - 광원유닛 및 이것을 이용한 투영형 표시장치 - Google Patents

광원유닛 및 이것을 이용한 투영형 표시장치 Download PDF

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KR20040002589A
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Abstract

본 발명은 프로젝터 등의 표시장치에 이용되는 및 이것을 이용한 표시장치에 관한 것으로서,
램프와, 이 램프의 발광부로부터 출사하는 광선을 반사하여 집광시키는 리플렉터를 구비하는 광원유닛에 있어서, 램프의 발광부로부터 출사한 램프밸브의 단면형상에 의하여 굴절한 광선을 소정의 초점에 집광하기 위해 소정의 계산식을 만족시키는 형상으로 리플렉터를 형성하고, 혹은 상기 리플렉터는 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축의 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축으로부터 떨어지는 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대의 광축방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어진 반사면형상을 가져도 좋고, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이며, 이 광선이 닿는 상기 타원상의 점이고, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향을 나타내는 것을 특징으로 한다.

Description

광원유닛 및 이것을 이용한 투영형 표시장치{LIGHT SOURCE UNIT AND PROJECTION TYPE DISPLAY DEVICE USING THEREOF}
본 발명은 프로젝터 등의 표시장치에 이용되는 광원유닛 및 이것을 이용한 표시장치에 관한 것이다.
프로젝터 등의 표시장치에 이용되는 광원유닛의 램프밸브의 발광부로부터 나온 광선은 표면(또는 이면)에 광선반사작용을 갖는 리플렉터에 의해 유리나 플라스틱 등으로 이루어지는 로드(또는 라이트터널: 내면에 반사경면을 구비하는 케이스)의 입사면에 모여진다.
리플렉터의 반사면의 형상의 하나로서, 광축을 축으로 하는 회전타원체를 그광축에 수직인 평면에서 2등분하여 얻어지는 그 한쪽의 회전면 외면에 일치하는 오목면이 다용되고 있다. 이것은 회전타원체의 제 1 초점, 제 2 초점이 광축상에 오도록 리플렉터를 배치하고, 상기 제 1 초점과 제 2 초점에 램프의 발광부와 로드의 입사면의 중앙을 각각 배치하는 것으로 발광부로부터 출사하는 광선을 로드의 단면에 확실하게 집광하여 입광시키는 것을 목표로 한 것이다.
또 통상 램프의 램프밸브를 광축(x)을 포함하는 평면에서 절단했을 때의 단면형상은 램프의 발광부를 중심으로 하는 동심원으로는 되어 있지 않다.
이 때문에 발광부로부터 출사하는 광선은 램프밸브를 통과할 때에 굴절한다(예를 들면 발광부를 봉입하는 램프밸브가 볼록렌즈의 작용을 하여 광선이 굴절한다.).
램프밸브의 외면으로부터 출사하는 각 광선을 발광부측으로 연장해도 발광부의 허상은 일반적으로 광축상으로부터 벗어난다.
따라서 상기 제 1 초점에 일치하는 리플렉터의 위치에 배치한 램프의 발광부로부터 출사하고, 램프밸브를 통과하여 리플렉터에서 반사된 각 광선은 상기 제 2 초점에 일치하는 위치에 완전하게는 집광하지 않는다. 즉 이 광원유닛은 램프의 광선의 일부는 로드에 입광하지 않아서 램프의 광선의 이용률이 작아진다는 문제가 있었다.
본 발명의 제 1 형태에 따르면,
램프와,
이 램프가 출사하는 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
상기 리플렉터는 상기 발광부로부터 출사하여 상기 램프밸브의 단면형상에 의해 굴절한 광선을 소정의 초점에 집광하도록 형성된 반사면을 갖고,
상기 반사면은 상기 발광부의 위치(s, O)로부터 출사하여 상기 램프밸브의 내면상의 점(x1, y1)에서 굴절한 광선의, 램프밸브의 외면상의 통과점(x2, y2)을 구하고, 이 점(x2, y2)에서 굴절한 광선과 상기 반사면의 교점(x3, y3)을 구하며, 상기 계산을 (x1, y1)을 미소량씩 변화시켜서 실행했을 때 다음의 식 (1)
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
이 대략 정수(C)로 되도록 결정된 광축을 포함하는 단면형상(x3, y3(=f(x3)))을 갖고, (I, O)는 상기 초점의 위치인 광원유닛이 제공된다.
본 발명의 제 2 형태에 따르면,
광원유닛이고,
램프와,
이 램프가 출사하는 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대하여 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
상기 리플렉터는 상기 발광부로부터 출사하여 상기 램프밸브의 단면형상에 의해 굴절한 광선을 소정의 초점에 집광하도록 형성된 반사면을 갖고,
상기 반사면은 상기 발광부의 위치(s, O)로부터 출사하여 상기 램프밸브의 내면상의 점(x1, y1)에서 굴절한 광선의, 상기 램프밸브의 외면상의 통과점(x2, y2)을 구하고, 이 점(x2, y2)에서 굴절한 광선과 상기 반사면의 교점(x3, y3)을 구하며, 상기 계산을 (x1, y1)을 미소량씩 변화시켜서 실행했을 때 다음의 식 (1)
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
이 대략 정수(C)로 되도록 결정된 광축을 포함하는 단면형상(x3, y3(=f(x3)))을 갖고, (I, O)는 상기 초점의 위치인 광원유닛과,
표시투영유닛이고,
상기 광원유닛으로부터 방사된 광선을 상기 초점위치에서 받아들이고, 그 조도를 조정하여 통과시키는 조도조정부와,
상기 조도조정부를 통과한 빛을 광투과성 챠트에 유도하는 릴레이렌즈계와,
상기 챠트를 통한 빛을 스크린상에 투영하는 투사렌즈계로 구성되는 표시투영유닛을 갖는 표시장치가 제공된다.
본 발명의 제 3 형태에 따르면,
램프와,
이 램프에 의해 출사된 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축의 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 연장되는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축으로부터 떨어지는 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대의 광축방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이고, 이 광선이 닿는 상기 타원상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향인 광원유닛이 제공된다.
본 발명의 제 4 형태에 따르면,
램프와,
이 램프에 의해 출사된 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축으로부터 멀어지는 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축의 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대의 광축방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 소정의 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이고, 이 광선이 닿는 상기 타원상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향인 광원유닛이 제공된다.
본 발명의 제 5 형태에 따르면,
광원유닛이고,
램프와,
이 램프에 의해 출사된 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축의 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축으로부터 멀어지는 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 소정의 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이고, 이 광선이 닿는 상기 타원상의 점이며, 상기 광선의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향인 광원유닛과,
표시투영유닛이고,
상기 광원유닛으로부터 방사된 광선을 상기 초점위치에서 받아들이고, 그 조도를 조정하여 통과시키는 조도조정부와,
상기 조도조정부를 통과한 빛을 광투과성 챠트에 유도하는 릴레이렌즈계와,
상기 챠트를 통한 빛을 스크린상에 투영하는 투사렌즈계로 구성되는 표시투영유닛을 갖는 표시장치가 제공된다.
본 발명의 제 6 형태에 따르면,
광원유닛이고,
램프와,
이 램프에 의해 출사된 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축으로부터 멀어지는 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축에 가까워지는 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어지는 오목면형상을 갖고, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이 닿는 상기 타원상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향인 광원유닛과,
표시투영유닛이고,
상기 광원유닛으로부터 방사된 광선을 상기 초점위치에서 받아들이고, 그 조도를 조정하여 통과시키는 조도조정부와,
상기 조도조정부를 통과한 빛을 광투과성 챠트에 유도하는 릴레이렌즈계와,
상기 챠트를 통한 빛을 스크린상에 투영하는 투사렌즈계로 구성되는 표시투영유닛을 갖는 표시장치가 제공된다.
본 발명의 제 7 형태에 따르면,
램프와,
이 램프로부터 출사하는 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축의 주위에, 경계점을 사이에 두는 2개의 곡선부분 중에서 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 연장되어 상기 타원의 대응부분보다 작은 곡률을 갖는 곡선부분과, 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대방향으로 연장되어 상기 타원의 대응부분보다 큰 곡률을 갖는 곡선부분으로 이루어지는 곡선을 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 경계점은 상기 곡선과 상기 타원에 의해 공유되며, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이고, 이 광선이 닿는 상기 반사면상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점을 향하는 방향인 광원유닛이 제공된다.
도 1은 본 발명에 관련되는 제 1 실시형태의 광원유닛을 이용한 표시장치의 한 예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 관련되는 제 1 실시형태의 광원유닛의 한 예를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 관련되는 제 1 실시형태의 광원유닛에 있어서의 램프의 한 예를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 관련되는 제 2 실시형태의 광원유닛을 이용한 표시장치의 한 예를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명에 관련되는 제 2 실시형태의 광원유닛의 한 예를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 관련되는 제 2 실시형태의 광원유닛에 있어서의 램프의 한 예를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명에 관련되는 제 2 실시형태의 광원유닛에 있어서의 램프의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 201: 리플렉터1s, 201s: 반사면
2, 202: 램프2s, 202s: 발광부
10, 210: 데이터프로젝터11, 211: 광원유닛
12, 212: 유리슬롯12a: 입광면
13: RGB필터14, 214: 릴레이렌즈
15, 215: 반사미러16, 216: 반사프리즘
17, 217: 컨덴서렌즈18, 218: DMD
19, 219: 투사렌즈계21, 221: 램프밸브
213: RGP필터Q: 집광점
S: 스크린 x: 광축
(제 1 실시형태)
이하에 본 발명의 광원유닛 및 표시장치의 제 1 실시형태를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 광원유닛 및 표시장치는 DMD(디지털ㆍ마이크로미러ㆍ디바이스)를 이용한 데이터프로젝터에 적용된 것이다. 도 1에 데이터프로젝터(10)의 개략도를 도 2에 데이터프로젝터(10)에 있어서 이용되고 있는 광원유닛(11)과, 이것에 광학적으로 결합된 유리슬롯(조도조정부)(12)의 단면도를 각각 나타낸다.
본 실시형태의 광원유닛(11)은 도 2에 나타내는 바와 같이 램프(2)와, 이 램프(2)의 발광부(2s)로부터 출사하는 광선을 반사하여 유리슬롯(12)의 입광면(12i)상의 점(F)에 집광시키는 리플렉터(1)를 구비하고 있다.
램프(2)는 고압수은램프로 이루어지고, 그 아크길이는 수㎜ 정도의 크기이며, 발광부(2s)가 리플렉터(1)의 크기에 대해 매우 작게 되어 있다. 램프(2)의 발광부(2s)를 봉입하는 램프밸브(21)는 유리로 이루어지고, 그 내면과 외면은 도 3에 나타내는 바와 같은 형상으로 형성되어 있기 때문에, 램프(1)의 발광부(2s)로부터 출사한 광선에 대하여 램프밸브(21)는 볼록렌즈의 작용을 한다.
아크를 발생하기 위해 설치한 전극(도시하지 않음)의 위치에 의해 램프(2)의 발광부(2s)는 그 봉입부의 중심(O)보다도 램프의 축방향에 편재해 있다.
리플렉터(1)는 램프(1)의 발광부로부터 출사하여 램프밸브(21)를 통과할 때에 굴절한 광선을 소정의 초점(F)에 집광 가능한 형상으로 형성되어 있다.
이 리플렉터(1)의 형상의 결정방법의 한 예를 이하에 설명한다.
램프밸브(21)는 그 내면과 외측의 단면형상이 각각 다른 2개의 타원의 일부이며, 이들의 타원의 축과는 평행하게 벗어난 광축(x)의 주위로 상기 타원의 일부를 회전함으로써 얻어진 회전체로 되어 있다.
도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이 광축을 x축으로 하고, 이것과 수직으로 램프밸브(21)의 중심(원점)(O)을 지나는 타원의 세로축을 y축으로 한다.
똑같이 램프밸브(21)의 내면의 단면을 구성하는 타원의, x축방향의 직경을 2a1, y축방향의 직경을 2b1, 중심점을 (0, d1)로 한다. 또 램프밸브(21)의 외면의 단면을 구성하는 타원의, x축방향의 직경을 2a2, y축방향의 직경을 2b2, 중심점을 (0, d2)로 한다. 램프밸브(21)를 구성하는 유리의 굴절률은 n으로 한다.
또 램프(2)의 발광부 중 가장 밝은 점을 휘점(s, 0)으로 한다.
휘점(s, 0)으로부터 출사한 어느 광선은 도 2에 나타내는 바와 같이 램프밸브(21)의 내면상의 다음의 식,
(x1/a1)2+{(y1-d1)/b1}2=1ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(2)
를 만족시키는 점(x1, y1)을 향한다.
이 점(x1, y1)에서 광선은 굴절한다. 그 입사각을 i1, 굴절각을 i1'로 하면,
sini1=nㆍsini1'ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(3)
이다.
또,
(x/a)2+{(y-d)/b}2=1ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(4)
라는 형상의 타원의 각 점에 있어서의 정접은,
dy/dx=-(b/a)2ㆍ{x/(y-d)}ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(5)
이므로, 도 2로부터 입사각(i1)은,
i1=tan-1{y1/(x1-s)}-tan-1[(b1/a1)2ㆍ{x1/(y1-d1)}]ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(6)
으로 된다.
식 (5)에, 식 (1)에 표시된 램프밸브내면의 각 점(x1, y1)의 좌표를 대입하고입사각(i1)을 구한다. 또한 식 (2)로부터 굴절각(i1')을 구하면,
i1'=tan-1{(y2-y1)/(x2-x1)}-tan-1[(b1/a1)2ㆍ{x1/(y1-d1)}]
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(7)
로 된다.
램프밸브내면의 각 점(x1, y1)인 바 램프밸브(21)를 통과한 광선은 도 2에 나타내는 바와 같이 램프밸브(21)의 외면상의
(x2/a2)2+{(y2-d2)/b2}2=1ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(8)
을 만족시키는 점(x2, y2)을 향한다.
이 점(x2, y2)에서 광선은 다시 굴절하여 램프밸브(21)의 밖으로 나간다. 그 입사각을 i2, 굴절각을 i2'로 하면,
nㆍsini2=sini2'ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(9)
이다.
도 2로부터 입사각(i2)은
i2=tan-1{(y2-y1)/(x2-x1)}-tan-1[(b2/a2)2ㆍ{x2/(y2-d2)}]
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(10)
으로 된다.
식 (10)에, 식 (8)에 나타내어진 램프밸브외면의 각 점(x2, y2)의 좌표를 대입하고 입사각(i2)을 구한다. 또 식 (9)로부터 굴절각(i2')을 구하면,
i2'=tan-1{(y3-y2)/(x3-x2)}-tan-1[(b2/a2)2ㆍ{x2/(y2-d2)}]
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(11)
로 된다.
램프밸브외면의 각 점(x2, y2)을 통과한 광선은 도 2에 나타내는 바와 같이 리플렉터(1)의 반사면상의 각 점(x3, y3)에서 반사한다. 이들의 반사광이 광축상의 한 점에 집광하도록 리플렉터(1)의 반사면(1s)의 형상을 나타내는 식
y3=f(x3)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(12)
를 결정한다. 램프밸브(21)의 내면, 외면과 리플렉터(1)의 반사면(1s)이 연속면이므로, 휘점(s, 0)으로부터 발한 광선이 광축상의 점 F(1, 0)에 모인다면, 광선의 경로에 대하여 광로길이 일정의 법칙이 성립된다. 즉 C를 정수로 하고,
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
로 된다.
식 (1)에 각 변수(x1∼x3, y1∼y3)를 대입하여 정수(C)를 구한다.
그리고 x1, y1을 미소량씩 변화시키고, 각 광선에 있어서의 x2, y2, i2'를 똑같이 구하여 식 (10), 식 (11)과 식 (1)로부터 (x3, f(x3))을 구해 가면 리플렉터(1)의 단면형상이 결정된다.
그리고 이 단면형상을 광축(x)을 축으로 하여 회전해서 얻어지는 회전체를 그 수직중심면을 따라서 2등분한 한쪽의 부분의 표면에 일치하는 오목면을 리플렉터(1)의 반사면(1s)의 형상으로 하면, 휘점(s, 0)으로부터 발하는 각 광선이 광축상의 한 점(1, 0)에 모이는 조명유닛(11)이 얻어진다.
이 조명유닛(11)으로부터 출사된 광선은 상기한 바와 같이 광축상의 한 점에서 집광하고, 이 점에서 유리슬롯(12)에 받아들여진다. 그 후 회전RGB필터(컬러휠)(13)을 통과한 후 릴레이렌즈계(릴레이렌즈(14), 반사미러(15), 반사프리즘(16))에 의하여 컨덴서렌즈(17)에 인도되고 DMD(18)에 조사된다.
DMD(18)로부터의 반사광은 투사렌즈계(19)에 의하여 확대되어서 스크린(S)에 투영된다.
본 실시형태의 광원유닛에 따르면, 램프밸브(21)에 의한 광선의 굴절을 고려하여 리플렉터(1)의 반사면(1s)의 형상을 결정하고, 리플렉터(1)의 반사광이 광축상의 한 점에 있어서 확실하게 집광하도록 했으므로, 램프(2)로부터 출사하는 광선을 보다 많이 조사대상(유리슬롯(12)의 입광면(12i))에 조사할 수 있다.
이것에 의해 조사대상으로 되는 유리슬롯(12)의 입광면(12i)의 크기를 작게 할 수도 있다. 유리슬롯의 단면이 작아지면 투영각배율이 작아져서 DMD 등의 챠트에 닿는 광선의 평행도가 증가한다. 그것에 의해 프로젝터(10)의 투영렌즈계(19)의 구경을 작게 할 수 있다.
(제 2 실시형태)
이하에 본 발명의 광원유닛 및 표시장치의 제 2 실시형태를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 광원유닛 및 표시장치는 DMD(디지털ㆍ마이크로미러ㆍ디바이스)를 이용한 데이터프로젝터에 적용된 것이다. 도 4에 데이터프로젝터(210)의 개략도를 도 5에 데이터프로젝터(210)에 있어서 이용되고 있는 광원유닛(211)과, 이것에 광학적으로 결합한 유리슬롯(조도조정부(212))의 단면도를 각각 나타낸다.
본 실시형태의 광원유닛(211)은 도 5에 나타내는 바와 같이 램프(202)와, 이 램프(202)의 발광부(202s)로부터 출사하는 광선을 반사하여 유리슬롯(212)의 입광면(212i)상의 점(집광점)(Q)에 집광시키는 리플렉터(201)를 구비하고 있다.
램프(202)는 고압수은램프로 이루어지고, 그 아크길이는 수㎜ 정도의 크기이며, 발광부(202s)가 리플렉터(201)의 크기에 대해 매우 작게 되어 있다. 램프(202)의 발광부(202s)를 봉입하는 램프밸브(221)는 유리로 이루어지고, 그 내면과 외면은 도 6에 나타내는 바와 같은 형상으로 형성되어 있기 때문에, 램프(202)의 발광부(202s)로부터 출사한 광선에 대하여 램프밸브(221)는 볼록렌즈의 작용을 한다.
아크를 발생하기 위해 설치한 전극(도시하지 않음)의 위치에 의해 램프(202)의 발광부(202s)는 그 봉입부의 중심보다도 램프의 축방향에 편재해 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이 광선이 램프(202)의 발광부(202s)로부터 램프밸브(221)를 통과할 때에 굴절하여 램프밸브(221)의 외면으로부터 출사한다. 이 램프밸브의 외면으로부터 출사된 각 광선을 발광부(202s)측으로 연장하면 그 연장선과 광축(발광부(202s)와 집광점(Q)을 잇는 선)(x)의 교점(V1, V2, V3, V4, …)은 광축(x)상에 분산한다.
이 중 램프밸브(221)표면으로부터 출사하는 광선의 발광부(202s)측으로의 연장선 중에서 발광부(202s)를 통과하는 연장선의 1개를 기준광선(a)으로 한다.
도 5에 나타내는 바와 같이 발광부(202s)와 집광점(Q)의 위치에 각각 일치하는 2개의 초점을 갖는 타원(E)과 기준광선(a)의 교점(B)을 경계점으로 하고, 광축(x)의 플러스방향을 발광부(202s)로부터 집광점(Q)을 향하는 방향, 광축(x)의 마이너스방향을 상기 광축(x)의 플러스방향과는 반대방향이라고 정의한다.
리플렉터(201)의 반사면형상은 곡선의 경계점(B)으로부터 광축(x)의 플러스방향(도 5에 (+)에 나타낸)의 타원(E)의 수직중심선(A)과의 교점(C)까지 연장되는 타원(E)의 부분(파선표시)을 광축(x)의 쪽으로 실선으로 나타낸 바와 같이, 또 경계점(B)으로부터 광축(x)의 마이너스방향(도 5에 (-)로 나타낸)의 단점(D)까지 연장되는 타원(E)의 부분(파선표시)을 광축(x)으로부터 멀어지는 쪽으로 실선으로 나타낸 바와 같이 각각 시프트하여 얻어지는 곡선을, 광축(x)의 주위로 회전시켜서 얻어지는 오목면형상으로 형성되어 있다.
또한 상기 타원의 각 부분의 상기 시프트의 양은 리플렉터(201)의 반사면(201s)상의 각 위치에 있어서의 광선의 반사광이 상기 집광점(Q)에 집광하도록 설정되어 있다.
즉 리플렉터(201)의 반사면형상은 경계점(B)으로부터 광축(x)의 플러스방향에 교점(C)까지 연장되는 타원(E)의 대응부분보다 작은 곡률을 갖는 곡선부분과, 경계점(B)으로부터 광축(x)의 마이너스방향으로 단점(D)까지 연장되는 타원(E)의 대응부분보다 큰 곡률을 갖는 곡선부분으로 이루어지는 곡선을 광축(x)의 주위로 회전시켜서 얻어지는 회전체의 내면에 일치하는 오목면형상으로 된다. 이 반사면형상에 의해 발광부로부터 출사된 광선은 집광점(Q)에 수렴된다.
이 조명유닛(211)으로부터 출사된 광선은 상기한 바와 같이 광축상의 한 점에서 집광하고, 이 점에서 유리슬롯(212)에 받아들여진다. 그 후 도 4에 나타내는 바와 같이 RGP필터(213)를 통과한 후 릴레이렌즈계(릴레이렌즈(214), 반사미러(215), 반사프리즘(216))에 의하여 컨덴서렌즈(217)에 인도되어 DMD(218)에 조사된다.
DMD(218)로부터의 반사광은 투사렌즈계(219)에 의하여 확대되어 스크린(S)에 투영된다.
본 실시형태의 광원유닛(211) 및 데이터프로젝터(210)에 따르면, 램프밸브(221)에 의한 광선의 굴절을 고려하여 리플렉터(201)의 반사면(210s)의 형상을 결정하고 리플렉터(201)의 반사광이 광축(x)상의 한 점에 있어서 확실히 집광하도록 했으므로, 램프(202)로부터 출사하는 광선을 보다 많이 유리슬롯(212)의 입광면(212i)의 집광점(Q)상에 조사할 수 있다.
이것에 의해 조사대상으로 되는 유리슬롯(212)의 입광면(212i)의 크기를 작게 할 수도 있다. 유리슬롯(212)의 단면이 작아지면 투영각배율이 작아져서DMD(218)에 닿는 광선의 평행도가 증가한다. 그것에 의해 데이터프로젝터(210)의 투영렌즈계(219)의 구경을 작게 할 수 있다.
또한 상기 실시형태에서는 램프밸브(221)의 단면이 볼록렌즈형상으로 되어 있는데, 도 7에 나타내는 바와 같이 램프밸브의 단면이 오목렌즈형상인 경우에는 경계점(B)으로부터 광축(x)의 플러스방향(즉 도 5에 나타낸 (+)방향)의 타원부분을 광축(x)으로부터 멀어지도록, 또는 경계점(B)으로부터 광축(x)의 마이너스방향(즉 도 5에서 나타낸 (-)방향)의 타원부분을 광축(x)에 가까워지도록 각각 시프트시켜서 얻어지는 곡선을 광축(x)의 주위로 회전시켜서 얻어지는 회전체의 내면에 일치하는 오목면에 리플렉터(201)의 반사면을 형성한다.
이 경우 환언하면 리플렉터(201)의 반사면은 타원(E)의 경계점으로부터 광축(x)의 플러스방향 부분의 곡률이 타원(E)의 대응부분의 곡률보다 크게 되고, 또 타원(E)의 경계점으로부터 광축(x)의 마이너스방향 부분의 곡률이 타원(E)의 대응부분의 곡률보다 작게 된 곡선을 광축의 주위로 회전시켜서 얻어지는 회전체의 내면에 일치하는 오목면형상을 갖게 된다.
또 상기의 실시형태에서는 타원(E)상의 경계점(B) 한 점을 경계로 하고, 그 양측의 부분을 각각 광축(x)의 쪽으로 및 광축(x)으로부터 떨어지는 쪽으로 시프트시키고 있지만, 리플렉터에 의하여 집광시켜야 할 목표는 실제로는 한 점(Q)일 필요는 없으며, 면적을 갖는 집광면(212i)내에 집광시키면 된다. 따라서 집광면(212i)의 넓이에 따라서 타원(E)상의 경계점(B)을 포함하는 소정 길이의 경계점을 정하고, 이 경계부를 경계로 하여 타원(E)의 부분을 광축의 방향으로, 또는 광축으로부터 떨어지는 방향으로 시프트하는 것으로, 리플렉터의 형상설정에 일정한 자유도를 갖게 해도 좋다. 이 때 경계부의 길이는 발광부로부터 램프밸브를 통과하여 출사하는 각 광선 중 경계부에서 반사하는 광선이 집광면(212i)내에 도달하도록 설정한다.
또한 상기의 각 실시형태에서는 표시장치로서 DMD를 이용한 데이터프로젝터(10)를 예로 들었지만 본 발명은 이것에 한정되는 것 없이, OHP(오버ㆍ헤드ㆍ프로젝터)나 필름영사기 등 각종 표시장치의 광원으로서 이용 가능하다.
또 본 발명의 광원유닛은 표시장치 이외의 램프의 빛을 한 점에 집광시켜서 이용하는 경우 일반적으로 적용 가능하다.
그 외 구체적인 상세 등에 대해서도 적당히 변경 가능함은 물론이다.

Claims (9)

  1. 램프와,
    이 램프가 출사하는 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
    상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
    상기 리플렉터는 상기 발광부로부터 출사하여 상기 램프밸브의 단면형상에 의해 굴절한 광선을 소정의 초점에 집광하도록 형성된 반사면을 갖고,
    상기 반사면은 상기 발광부의 위치(s, O)로부터 출사하여 상기 램프밸브의 내면상의 점(x1, y1)에서 굴절한 광선의, 램프밸브의 외면상의 통과점(x2, y2)을 구하고, 이 점(x2, y2)에서 굴절한 광선과 상기 반사면의 교점(x3, y3(=f(x3)))을 구하며, 상기 계산을 (x1, y1)을 미소량씩 변화시켜서 실행했을 때 다음의 식 (1)
    ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
    이 대략 정수(C)로 되도록 결정된 광축을 포함하는 단면형상(x3, y3(=f(x3)))을 갖고, (I, O)는 상기 초점의 위치인 것을 특징으로 하는 광원유닛.
  2. 광원유닛이고,
    램프와,
    이 램프가 출사하는 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
    상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
    상기 리플렉터는 상기 발광부로부터 출사하여 상기 램프밸브의 단면형상에 의해 굴절한 광선을 소정의 초점에 집광하도록 형성된 반사면을 갖고,
    상기 반사면은 상기 발광부의 위치(s, O)로부터 출사하여 상기 램프밸브의 내면상의 점(x1, y1)에서 굴절한 광선의, 상기 램프밸브의 외면상의 통과점(x2, y2)을 구하고, 이 점(x2, y2)에서 굴절한 광선과 상기 반사면의 교점을 구하며, 상기 계산을 (x1, y1)을 미소량씩 변화시켜서 실행했을 때 다음의 식 (1)
    ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
    이 대략 정수(C)로 되도록 결정된 광축을 포함하는 단면형상(x3, y3(=f(x3)))을 갖고, (I, O)는 상기 초점의 위치인 광원유닛과,
    표시투영유닛이고,
    상기 광원으로부터 방사된 광선을 상기 초점위치에서 받아들이고, 그 조도를 조정하여 통과시키는 조도조정부와,
    상기 조도조정부를 통과한 빛을 광투과성 챠트에 유도하는 릴레이렌즈계와,
    상기 챠트를 통한 빛을 스크린상에 투영하는 투사렌즈계로 구성되는 표시투영유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 램프와,
    이 램프에 의해 출사된 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
    상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
    상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축의 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축으로부터 떨어지는 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대의 광축방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이 닿는 상기 타원상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향인 것을 특징으로 하는 광원유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광부를 봉입한 램프밸브는 볼록렌즈의 단면형상을 갖고,
    상기 리플렉터의 반사면은 상기 타원의 상기 경계점보다 광축으로부터 먼 부분을 상기 광축의 쪽으로, 또는 상기 경계점보다 광축에 가까운 부분을 광축으로부터 멀어지는 쪽으로 시프트하여 얻어지는 상기 타원의 부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전시켜서 얻어지는 회전체의 외면에 상보적인 오목면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광원유닛.
  5. 램프와,
    이 램프에 의해 출사된 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
    상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
    상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축으로부터 멀어지는 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축의 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대의 광축방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이 닿는 상기 타원상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향인 것을 특징으로 하는 광원유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 발광부를 봉입하는 램프밸브는 오목렌즈의 단면형상을 갖고,
    상기 리플렉터의 외면형상은 상기 타원의 상기 경계점보다 광축으로부터 먼 부분을 상기 광축으로부터 떨어지는 방향으로, 또는 상기 경계점보다 광축에 가까운 부분을 상기 광축에 가까워지는 방향으로 시프트하여 얻어지는 상기 타원의 부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전시켜서 얻어지는 회전체의 외면에 상보적인 오목면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광원유닛.
  7. 광원유닛이고,
    램프와,
    이 램프에 의해 출사된 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
    상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
    상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축의 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축으로부터 멀어지는 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이 닿는 상기 타원상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향인 광원유닛과,
    표시투영유닛이고,
    상기 광원유닛으로부터 방사된 광선을 상기 초점위치에서 받아들이고, 그 조도를 조정하여 통과시키는 조도조정부와,
    상기 조도조정부를 통과한 빛을 광투과성 챠트에 유도하는 릴레이렌즈계와,
    상기 챠트를 통한 빛을 스크린상에 투영하는 투사렌즈계로 구성되는 표시투영유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 광원유닛이고,
    램프와,
    이 램프에 의해 출사된 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
    상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
    상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축으로부터 멀어지는 쪽으로 상기 타원상의 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하고, 또는 다시 상기 광축에 가까워지는 쪽으로 상기 경계점으로부터 상기 광축의플러스방향과는 반대방향으로 신장하는 상기 타원의 일부를 시프트하며, 이들의 시프트한 타원부분으로 이루어지는 곡선을 상기 광축의 주위로 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과한 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이 닿는 상기 타원상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점의 방향인 광원유닛과,
    표시투영유닛이고,
    상기 광원유닛으로부터 방사된 광선을 상기 초점위치에서 받아들이고, 그 조도를 조정하여 통과시키는 조도조정부와,
    상기 조도조정부를 통과한 빛을 광투과성 챠트에 유도하는 릴레이렌즈계와,
    상기 챠트를 통한 빛을 스크린상에 투영하는 투사렌즈계로 구성되는 표시투영유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 램프와,
    이 램프로부터 출사하는 광선을 반사시키는 리플렉터를 구비하고,
    상기 램프는 상기 리플렉터의 크기에 대해 매우 작은 발광부와, 이 발광부를 봉입한 램프밸브를 구비하며,
    상기 리플렉터의 반사면은 상기 발광부의 위치와 소정의 집광점에 각각 일치하는 타원의 2개의 초점을 지나는 광축의 주위에, 경계점을 사이에 두는 2개의 곡선부분 중에서 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향으로 연장되어 상기 타원의 대응부분보다 작은 곡률을 갖는 곡선부분과, 상기 경계점으로부터 상기 광축의 플러스방향과는 반대방향으로 연장되어 상기 타원의 대응부분보다 큰 곡률을 갖는 곡선부분으로 이루어지는 곡선을 회전함으로써 얻어진 오목면형상을 갖고, 상기 경계점은 상기 곡선과 상기 타원에 의해 공유되며, 상기 경계점은 상기 발광부에 의해 출사되어 상기 램프밸브를 통과하는 광선 중에서 상기 램프밸브의 쪽으로의 연장선이 상기 발광부를 통과하는 광선이고, 이 광선이 닿는 상기 반사면상의 점이며, 상기 광축의 플러스방향은 상기 발광부의 위치로부터 상기 집광점을 향하는 방향인 것을 특징으로 하는 광원유닛.
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