KR20040102301A - 보조광원을 채용하는 조명 장치 및 프로젝션 시스템 - Google Patents

보조광원을 채용하는 조명 장치 및 프로젝션 시스템 Download PDF

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KR20040102301A
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조건호
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Abstract

보조 광원을 채용하는 조명 장치 및 프로젝션 시스템이 개시된다. 개시된 조명 장치는, 백색광을 방출하는 주 광원부 및, 백색광 중 광강도가 낮은 소정 파장 대역의 보조광을 주 광원부의 광강도가 낮은 공간 영역으로 도입시켜 백색광의 광강도를 보강하는 보조 광원부를 구비한다. 공간적인 광강도 분포와 파장대역별 광강도 분포를 균일하게 제어할 수 있으며 색재현 영역을 확대하고 높은 광효율로 양질의 영상을 제공할 수 있다.

Description

보조광원을 채용하는 조명 장치 및 프로젝션 시스템{Illumination apparatus and Projection system employing assistant light source}
본 발명은 조명 장치 및 이를 구비하는 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보조광원을 채용하는 조명 장치 및 이를 구비하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
일반적인 프로젝션 시스템에 채용되는 광원의 구조가 도 1에 간략히 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 광원(2)은 램프(5)와 램프(5)를 둘러싼 포물경(9)으로 이루어진다. 램프(5)로는 수은, 제논, 메탈 할라이드 등을 사용하는데, 도 1에 도시된 바와 같이 광원(2)의 구조상 램프(5)와 포물경(9) 사이의 공간에 의해 빔이 확산된다.
도 2의 (a)는 도 1에 도시된 광원의 광분포를 보이는 도면, (b)는 (a)의 X축 광강도를 보이는 그래프, (c)은 Y축 광강도를 보이는 그래프이다. 도 2의 (a)을 참조하면, 광원의 램프가 있는 위치, 즉 중심 전극이 있는 위치에서는 광이 출사되지 않으므로 이 부분이 주변보다 어둡게 나타나고 있다.
도 2의 (b) 및 (c)을 참조하면, 일반적인 광원의 광분포는 가우시안 분포를 나타내지 않고 중심 전극이 위치하는 부분의 광강도가 1/5정도 감소된 비대칭 광강도 분포를 나타내는 것을 볼 수 있다. 특히 광원의 광경로 상에서 공간적인 광강도 분포에서 광강도가 상대적으로 낮은 영역을 데드 존(dead zone)이라 한다. 종래의 광원의 광 강도 분포는 이러한 공간적인 광강도 불균형과 더불어 소정 파장 대역의 광이 다른 파장 대역의 광 강도보다 낮은 파장 대역에서의 불균형도 발생하고 있다.
파장 대역 상에 손실이 있는 광의 광 강도를 보완하기 위해, 국내공개특허 제2002-77819호에서는 조명광 합성수단을 채용한 화상표시장치를 개시하고 있다. 도 3은 상기 국내공개특허에 개시된 화상표시장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 화상표시장치(1)는 광원(2)에서 조사된 광을 액정 디스플레이 패널(3R, 3G 및, 3B)에 의해 변조한 다음 스크린(4)상에 화상을 표시한다. 광원(2)은 주 광원(6)과 보조 광원(8)을 포함한다. 주 광원(6)은 UHP 램프(5)와 포물경(9)으로 이루어지고, 보조광원(7)으로는 LD(Laser Diode) 또는 LED(Light Emitting Diode)가 채용된다. 참조부호 10a 및 10b는 플라이 아이 렌즈이고, 12는 편광소자, 13 및 14는 릴레이 렌즈, 16은 조명광 합성수단, 17은 컬러 필터, 20은 미러, 21은 콘덴서 렌즈, 22는 편광빔 스플리터, 22a는 검광면, 23은 이색 프리즘이다.
도 4는 도 3의 화상표시장치(1)에서 나타나는 파장 대역에 따른 광 강도의 변화를 보이는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 종래의 화상표시장치(1)에서 주 광원(6)에서 방출되는 광이 640~660nm 정도의 파장 대역에서 손실되므로, 보조광원(7)을 별도로 채용하여 손실 주광이 발생하는 파장대역의 광을 보상하고자 한다. 하지만, 주광 대비로 광강도가 큰 보조광원(6)을 별도로 채용하는 것은 화상표시장치(1) 전체의 경비를 증가시킨다.
특히, 화상표시장치(1)에서는 조명광 합성수단(16)으로서 주 광원(6)에서 입사하는 손실 파장 대역의 일부 주광만을 통과시키고 보조 광원(7)에서 입사하는 보상광은 전부 투과시킬 수 있도록 컬러 필터(17)를 별도로 마련하여야 한다. 하지만, 컬러 필터(17)는 제작이 현실적으로 용이하지 않다. 또한 컬러 필터(17)를 구비하는 화상표시장치(1)는 손실 파장대역의 광강도 분포만을 고려할 뿐 UHP 램프(5)에서 출사되는 주광의 공간적인 광강도 분포는 고려하지 않고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 별도의 컬러 필터를 구비하지 않고도 광강도를 보강할 수 있는 보조광원을 구비하는 조명 장치와 이를 구비함으로써 높은 광효율로 스크린 상에 넓은 색재현 영역을 구현할 수 있는 프로젝션 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 프로젝션 시스템의 조명 장치의 구조를 간략히 나타낸 단면도,
도 2의 (a)는 도 1에 도시된 광원의 광분포를 보이는 도면이고, 도 2의 (b)는 X축의 광강도 분포를 보이는 그래프, 도 2의 (c)는 Y축의 광강도 분포를 보이는 그래프이다.
도 3은 국내공개특허 제2002-0077819호에 개시된 화상표시장치의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 화상표시장치에서 나타나는 파장에 따른 광강도의 변화를 보이는 그래프,
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 보이는 단면도,
도 5b는 도 5a의 조명 장치에서 조명 위치에 따른 광 강도 분포를 나타내는 그래프,
도 5c는 도 5a의 조명 장치의 파장에 따른 광 강도 분포를 보이는 그래프,
도 6a는 본 발명의 제2실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도,
도 6b는 도 6a의 조명장치가 나타내는 공간적인 광강도 분포를 보이는 그래프,
도 6c는 도 6a의 조명장치가 나타내는 파장에 따른 광강도 분포를 보이는 그래프,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 보이는 단면도,
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 보이는 단면도,
도 9a는 본 발명의 제5실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 보이는 단면도,
도 9b는 도 9a에 도시된 조명 장치에서 나타낸 공간적인 광강도 분포를 보이는 그래프,
도 10a는 도 7에 도시된 제1반사 프리즘을 나타낸 사시도,
도 10b는 도 8의 제2반사 프리즘을 나타내는 사시도,
도 10c는 제3반사 프리즘을 나타낸 사시도,
도 10d는 제4반사 프리즘을 나타낸 사시도,
도 10e는 제5반사 프리즘을 나타낸 사시도,
도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 12는 본 발명의 제7실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 13은 도 11a 및 도 11b에 도시된 반사 미러를 나타낸 평면도,
도 14는 본 발명의 제8실시예에 따른 조명 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 구성을 개략적으로 보이는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
40, 50, 60, 120, 130 ; 보조 광원
41 ; 주 광원
42, 52 ; 광 파이버 43 ; 램프
44 ; 인터그레이터 44a ; 제1인터그레이터
44b ; 제2인터그레이터 45 ; 반사경
47, 67 ; 콜리메이팅 렌즈
48, 58, 68, 78, 88, 128, ; 조명 장치
49 ; 자외선 차단 필터 52a ; 제1광파이버
52b ; 제2광파이버 66; 제1반사 프리즘
76 ; 제2반사 프리즘 76a ; 제1반사면
76b ; 제2반사면 77a ; 제1콜리메이팅 렌즈
77b ; 제2콜리메이팅 렌즈
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
백색광을 방출하는 주 광원부; 및
소정 파장 대역의 보조광을 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간 영역으로 도입시켜 상기 백색광의 광강도와 색재현범위를 보강하는 보조 광원부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,
조명 장치와, 상기 조명 장치로부터의 입사광을 복수의 색광으로 분리시키는 광분리 장치와, 상기 광분리 장치로부터의 입사광을 인가되는 화상 신호에 따라 변조하여 화상을 형성하는 화상 형성 장치 및, 상기 화상 형성 장치로부터의 입사광을 스크린으로 확대 투사시키는 투사 장치를 구비하며,
상기 조명 장치는,
백색광을 방출하는 주 광원부; 및
소정 파장 대역의 보조광을 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간 영역으로 도입시켜 상기 백색광의 광강도와 색재현범위를 보강하는 보조 광원부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템을 제공한다.
상기 주 광원부는, 상기 백색광을 생성하는 램프; 및 상기 램프를 감싸며 상기 백색광을 반사시켜 일 광경로로 집속시키는 반사경;을 구비한다.
상기 반사경은 타원경 또는 포물경을 채용할 수 있다.
상기 램프로는 수은, 제논, 또는 메탈 할라이드 램프를 채용할 수 있다.
상기 주 광원부의 상기 백색광의 광경로 상에 자외선을 차단하는 자외선 필터를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 자외선 필터의 중앙부에 상기 보조광을 콜리메이팅하는 콜리메이팅 렌즈가 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 보조 광원부는 상기 보조광을 방출하는 보조 램프를 포함하며, 보조 램프로는 LD 또는 LED를 구비한다.
상기 보조 램프는 상기 램프에 직접 부착될 수 있다.
또는, 상기 보조 광원부는 상기 보조 램프와 연결되어 상기 보조광을 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간영역으로 가이드하는 광 가이드 소자를 구비할 수 으며, 상기 광 가이드 소자로는 웨이브가이드 또는 광 파이버를 채용할 수 있다.
상기 보조 광원부는 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간 영역에 위치하여 상기 보조광의 광경로를 변화시키는 광경로 변환 수단을 더 구비할 수 있으며, 상기 광경로 변환 수단로은 프리즘을 채용할 수 있다. 여기서, 상기 프리즘은 상기 적어도 하나 이상의 굴절면을 가진다.
상기 보조 램프와 상기 광경로 변환 수단 사이의 광경로 상에 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 보조 광원부는 상기 주 광원부로부터 입사하는 백색광을 반사시키는 반사면과, 상기 보조 램프로부터 입사하는 보조광을 통과시켜 상기 주 광원의 백색광 중 광강도가 낮은 부분으로 진행시키는 개구를 가지는 반사 소자를 더 구비할 수 있으며, 상기 반사 소자로는 반사 미러, 컬러 트림 필터, 또는 구면 반사경을 채용한다.
상기 보조광이 포함된 백색광의 광경로 상에 상기 백색광의 광강도를 균일하게 하는 인터그레이터를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하 보조광원을 채용하여 광원의 공간적인 광강도 분포 및 파장대역에 따른 광강도 분포를 균일하게 보강할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치와 이를 채용하는 프로젝션 시스템에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 상이한 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 5a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명 장치(48)는 광원(211)과, 광원(211)으로부터 출사하는 광빔을 균일한 광 강도 프로파일로 형성시키는 제1 및 제2인터그레이터(44a, 44b)를 포함하는 인터그레이터(44)와, 광원(211)과 인터그레이터(44) 사이의 광경로 상에 위치하며 자외선을 차단하는 자외선 차단 필터(49)와, 자외선 차단 필터(49)의 중심부에 위치하며 보조광을 콜리메이팅하는 콜리메이팅 렌즈(47)를 포함한다.
광원(211)은 주 광원부(41)와 보조 광원부(213)로 이루어진다. 주 광원부(41)는 백색광을 생성하는 램프(43)와, 램프(43)가 중심부에 위치하고 램프(43)로부터 방출되는 백색광을 일방향의 광경로로 진행하도록 반사시키는 반사경(45)을 포함한다. 램프(43)로는 수은, 제논, 메탈 할라이드 램프를 사용하며, 반사경(45)으로는 포물경 또는 타원경을 사용한다. 여기서, 램프(45)에서 방출되는 백색광은 일반적으로 레드광의 파장대역의 광강도가 낮으며 전극부(E)가 위치하는 부분의 광강도가 주변 영역에 비해 현저히 떨어진다.
보조 광원부(40)는 소정 파장 대역의 단색광을 밀집된 광속으로 방출하는 보조 광원(40)과, 보조광을 가이드하는 광 가이드 소자(42)를 구비한다. 보조 광원(40)으로는 LD(Laser Diode) 또는 LED(Light Emitting Device)를 사용하며, 광 가이드 소자로는 웨이브 가이드 또는 광 파이버를 사용한다.
보조 광원(40)은 램프(43)의 전극부(E)에 직접 장착되거나, 주 광원(40)의 외부에 위치하며, 광가이드 소자(42)에 의해 전극부(E)까지 연결될 수 있다. 광 가이드 소자(42)는 보조 광원(40)으로부터 방출된 보조광을 광 가이드 소자(42)를 따라 진행시켜 전극부(E)에서 주광과 동일한 광경로로 출사시킨다.
도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명 장치에서 조명 위치에 따른 광 강도 분포를 나타낸 그래프이다. 도 5b를 참조하면, 주광은 A-A' 사이에 두 번의 피크 강도를 나타내고 전극부(E)가 위치하는 부분에서 광 강도의 골을 나타낸다. 이와 같은 주광의 광강도의 골을 보완하도록 보조 광원을 도입한 결과 전극부(E)가 위치하는 부분으로 보조광이 진행하면서 공간적으로 불균일한 광강도가 보강되는 것을 볼 수 있다.
도 5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명 장치에서 파장에 따른 광 강도 분포를 보이는 그래프이다. 도 5c를 참조하면, 주광은 블루 광과 그린 광의 파장대역에서 피크를 나타내고 있는 반면, 레드광의 파장대역에서는 낮은 광 강도를 나타내는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 주광의 파장대역별 광강도의 불균일한 분포에 의해 스크린 상에 투사되는 주광만으로 형성된 영상은 레드광의 색재현성이 떨어진다. 하지만, 보조광원으로서 레드광을 출사하는 LD 또는 LED를 구비하면, 도 5a에 도시된 바와 같이 레드광의 파장대역에서 광 강도가 보강되어 레드, 그린 및, 블루광의 파장대역에서 광 강도가 고르게 분포할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 제2실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 6b는 도 6a의 조명장치가 나타내는 공간적인 광강도 분포를 보이는 그래프이며, 도 6c는 도 6a의 조명장치가 나타내는 파장에 따른 광강도 분포를 보이는 그래프이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 조명 장치(58)는 도 5a에 도시된 조명 장치(48)와 유사하나, 다만 보조 광원부(223)으로 제1 및 제2보조 광원(50a, 50b)을 채용하고 제1 및 제2보조 광원(50a, 50b)으로 전극부(E)까지 제1 및 제2보조광을 가이드하는 제1 및 제2광 파이버(52a, 52b)를 구비하는 점이 상이하다.
조명 장치(58)에 상이한 파장 대역의 제1 및 제2보조광을 방출하는 제1 및 제2보조광원(50a, 50b)을 구비함으로써 도 6b에 도시된 바와 같이 손실 주광이 발생하는 전극부(E) 영역으로 제1 및 제2보조광을 중첩시켜 진행시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2보조광원(50a, 50b)으로 블루광과 레드광을 출사하는 LD 또는 LED를 마련하는 경우, 도 6c에 도시된 바와 같이 블루광의 파장대역과 및 레드광의 파장 대역을 보강할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 조명 장치(68)는 주 광원부(41)와 주 광원부(41)이 방출하는 주광의 광경로에 직교하도록 보조광을 방출하는 보조 광원부(233)를 구비하는 광원(231)이 마련된다. 보조 광원부(233)의 보조 광원(60)은 주 광원부(41)의 일측에 위치하며 가능한한 주 광원(41)과 근접하도록 배치되는 것이 바람직하다.
보조 광원부(233)에는 보조 광원(60)의 전방 광경로 상에 위치하며 발산하는 보조광을 집속시켜 평행광으로 형성하는 콜리메이팅 렌즈(67)가 배열되고, 보조광의 광경로 방향을 수직축에서 수평축으로 전환시켜 주광과 보조광을 동일한 광경로로 진행시키는 제1반사 프리즘(66)이 광경로 변환 수단으로 배치된다.
도 10a는 도 7에 도시된 제1반사 프리즘(66)의 사시도이다. 도 10a를 참조하면, 제1반사 프리즘(66)으로 하나의 보조광원으로부터 입사하는 단일 보조광을 반사시킬 수 있도록 45도 각도의 반사면을 가지는 직각 프리즘이 채용된다.
도 7에서, 반사 프리즘(66)의 폭(W)은 주 광원(41)의 데드 존을 커버할 수있는 폭이 가장 적당하다. 즉, 주 광원(41)의 전극부(E)에 방출되는 주광의 강도는 매우 약하므로 제1반사 프리즘(66)에서 반사되는 광은 무시할만하며, 데드 존을 포괄할 수 있는 폭을 가지는 반사 프리즘(66)을 채용함으로써 데드 존의 광강도를 보완할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 조명 장치에서 보조광을 주 광원(41)의 전극부(E)까지 입사시킴으로써 상술한 공간적인 광강도 분포를 제어하고 보조 광원(60)을 적절히 선택함으로써 파장 대역별 광강도 분포도 제어할 수 있다. 도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 조명 장치(78)는 도 7에 도시된 조명 장치(68)와 유사하나, 보조광원부(243)에 제1 및 제2보조광원(70a, 70b)이 더 마련되는 점이 상이하다. 제1 및 제2보조광원(70a, 70b)은 주광빔을 사이에 두고 대향하도록 배치되고, 주 광원(41)으로부터 방출되는 주광의 광경로와 직교하도록 제1 및 제2보조광을 방출한다. 제1 및 제2보조광원(70a, 70b)의 사이의 광경로 상에는 제1보조광을 반사시키는 45도 각도의 제1면(76a)과 제2보조광을 반사시키는 45도 각도의 제2면(76b)을 가지는 제2반사 프리즘(76)이 배치된다. 제1 및 제2보조 광원(70a, 70b)과 제1 및 제2반사 프리즘(76) 상이 광경로 상에는 제1 및 제2콜리메이팅 렌즈(77a, 77b)를 더 배치하여 보조광을 균질한 평행광으로 형성한다.
도 10b는 도 8의 제2반사 프리즘(76)의 사시도이다. 도 10b를 참조하면, 제2반사 프리즘(76)으로 이등변 삼각 프리즘이 채용되어 제1 및 제2보조광을 90도의 반사각으로 반사시킴으로써 주광과 동일 방향으로 진행시킬 수 있다.
도 9a는 본 발명의 제5실시예에 따른 조명 장치(88)를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 9a를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 조명 장치(78)와 유사하게 광원(251)에는 제1 및 제2보조광원(80a, 80b)이 구비된다. 다만, 제1 및 제2보조광원(80a, 80b)이 반사경(45)의 좌측 끝단(A)과 우측 끝단(A')에 근접하게 배치되고, 제3반사 프리즘(86)이 반사경(45)에 부착되는 자외선 차단 필터(49)에 고정되는 점이 상이하다. 본 발명의 제4실시예에 따른 조명 장치(88)의 구조는 도 8에 도시된 구조(78)에 비해 반사경(45)과 프리즘(86) 사이의 거리가 짧아 광손실이 상대적으로 감소되며 자외선 차단 필터(49)에 의해 자외선이 차단되어 전체적으로는 휘도가 향상되는 장점을 가진다. 다른 형태의 실시예에도 자외선 차단 필터(49)를 더 구비함으로써 스크린 상의 색재현 영역을 확대하고, 광효율을 높일 수 있다.
도 9b는 도 9a에 도시된 조명 장치(88)에서 나타나는 공간적인 광강도 분포를 보이는 그래프이다. 도 9b를 참조하면, 제1 및 제2보조광은 도 9a의 반사 프리즘(86)의 제1 및 제2면(86a, 86b)에서 반사되면서 전극부(E) 주변에서 제1 및 제2보조광의 피크를 나타낼 수 있다. 이러한 광강도 분포로부터 복수의 보조광원을 구비하는 조명장치(88)는, 단일 보조광원을 구비하는 조명장치, 예를 들어 도 5a 및 도 7에 도시된 조명 장치(48)(68)가 나타내는 광강도 분포에 비해 공간적으로 더 균일한 광강도 분포를 형성함을 알 수 있다.
도 10c 내지 도 10e는 본 발명의 조명장치에 채용될 수 있는 다양한 형태의 반사 프리즘을 나타내는 사시도이다. 도 10c는 제3반사프리즘(96)으로서 사면체의 피라미드형 반사 프리즘을 도시하고 있다. 제3반사 프리즘(96)은 제1 내지 제3면이 45도 각도로 경사지게 형성되어, 주 광원을 중심으로 120도의 등각으로 이격되도록배열된 세 개의 보조 광원이 배열되는 경우 상기 세 개의 보조광원으로부터 입사하는 제1 내지 제3보조광을 반사시켜 주광과 동일 방향으로 진행시킬 수 있다.
도 10d는 제4반사프리즘(106)으로서 오면체의 피라미드형 반사 프리즘을 나타내는 사시도이다. 제4반사 프리즘(106)은 네 개의 보조 광원을 채용하는 경우 광경로 변환 수단으로 채용된다. 이러한 방식으로 n 개의 보조 광원을 채용하는 경우 도 10e에 도시된 바와 같은 n(n>5) 개의 반사면을 가지는 제5반사 프리즘(116)을 본 발명의 실시예에 따른 조명장치에 채용할 수 있다. 하지만, 어떠한 반사 프리즘의 형태이든 입사광을 주광과 동일 방향으로 진행시키도록 반사면이 바닥면에 대해 45도 경사지게 형성되어야 함에 유의해야 한다.
도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 조명 장치(128)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 조명 장치(128)에는, 수평축으로 주광을 방출하는 주 광원부(41)와, 주 광원부(41)의 일측에 배치되어 주광에 직교하게 수직축으로 보조광을 방출하는 보조 광원부(120)와, 보조광을 통과시키는 개구(H1)가 형성되고 주광을 반사시켜 수평축에서 수직축으로 광경로를 변환시켜 보조광과 동일 방향으로 진행시키는 반사 미러(126)를 구비하는 보조 광원부(263)가 포함된다.
주광과 보조광이 진행하는 광경로 상에는 광을 집속하는 집속 렌즈(127)가 더 배열되고 집속 렌즈(127)를 통과한 광은 로드 타입 인터그레이터(128)에 의해 균질한 광강도를 가지는 광으로 형성된다.
도 12는 본 발명의 제7실시예에 따른 조명 장치(138)를 개략적으로 나타낸단면도이다. 도 12에 도시된 조명 장치(138)는, 도 11에 도시된 동일한 보조 광원부(263)를 구비하는 반면, 주 광원부(131)로는 상이한 형태의 광학 소자를 구비한다.
도 12를 참조하면, 주 광원부(131)로는 램프(133)에서 생성되는 주광을 반사시키는 타원경(135)이 구비되어 포물경보다 더 작은 발산각으로 광을 방출한다. 타원경(135)에 반사된 주광은 반사 미러(126)에 45°를 넘는 입사각으로 입사한 다음 반사된다. 여기서, 보조 광원(120)은 광손실을 감소시키도록 주 광원(135)에 근접하여 배치되는 것이 바람직하다.
도 13은 도 11 및 도 12에 도시된 반사 미러(126)의 평면도이다. 반사 미러(126)에 형성되는 개구(H1)는 보조광의 광속의 폭과 유사한 크기의 폭(S)을 가지도록 형성되어 보조광을 효과적으로 직진시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 제8실시예에 따른 조명 장치(281)의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 14를 참조하면, 광원(138)은 주 광원부(41)와, 주 광원(41)의 전방 광경로의 일측에 배치되는 보조 광원부(283)를 구비한다. 보조 광원부(283)는 보조광을 직진시킬 수 있도록 형성된 개구(H2)와 주 광원(41)에서 출사된 주광을 반사시켜 보조광과 동일한 방향으로 진행시키는 반사면을 구비하는 구면 반사경(136)을 포함한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템에 도 7의 본 발명의 제3실시예에 따른 조명 장치(68)가 구비되어 있으나, 본 발명의 제2내지 제8실시예에 따른 조명 장치가 채용될 수 있음은 물론이며 본 발명의 기술적 사상에 의한 어떠한 조명 장치도 설치될 수 있음에 유념해야 한다.
도 15를 참조하면, 프로젝션 시스템은 조명 장치(231)와, 조명 장치(231)로부터 조사된 광을 파장대역별로 각 색광으로 분리시키는 광분리 장치(235)와, 분리된 색광을 인가되는 영상신호에 따라 화상으로 형성하는 화상형성 장치(237)와, 화상형성 장치(237)로부터 입사하는 광을 스크린으로 확대 투사시키는 투사 장치(239)를 포함한다.
조명 장치(237)는 도 7에 도시된 바와 같이 일반적으로 광손실이 일어나는 파장대역의 단일광을 방출하는 보조광원(60)으로 구비함으로써 광강도를 보상한다.
광분리 장치(235)는, 조명 장치(231)로부터 입사하는 색광을 입사각에 따라 각각 상이한 각도로 반사시키는 복수개의 이색 필터(333)를 구비한다. 이색 필터(333)는 소정 파장대역의 광은 투과시키고 원하는 파장 대역의 광만을 반사시킬 수 있으므로 분리하고자 하는 색광의 개수에 따라 동일한 개수로 마련된다. 일반적으로 레드 광, 그린 광 및, 블루 광을 분리할 수 있도록 제1 내지 제3 이색미러(333a, 333b, 333c)가 구비된다.
광분리 장치(235)는, 조명 장치(231)와 이색 필터(333) 사이에 광원(68)으로부터의 입사광을 집속시키는 제1콜리메이팅 렌즈(3111)와, 제1콜리메이팅 렌즈(3111)에 의해 집속되어 입사하는 광의 발산각을 조절하는 슬릿(317)과, 슬릿(317)을 통과하여 발산하는 광을 다시 집속시켜 평행광으로 진행시키는 제2콜리메이팅 렌즈(317)를 구비하여 복수의 색광이 혼합된 백색광을 균일한 광강도 프로파일을 가지도록 형성시킬 수 있다.
제2콜리메이팅 렌즈(319_와 컬러 필터(333)의 사이에는 광속의 폭을 감소시키는 제1실린더리컬 렌즈(319)와 제1실린더리컬 렌즈(319)를 통과하여 입사하는 광을 스크롤링하여 출사광의 광경로를 소정 주기로 변화시키는 스크롤링 렌즈(321)를 구비한다. 스크롤링 렌즈(321)는 적어도 하나의 실린더리컬 렌즈(321a)가 나선형으로 배열된 스파이럴 렌즈 디스크가 채용될 수 있다. 스파이럴 렌즈 디스크는 렌즈셀의 회전운동에 의해 광이 통과하는 위치의 렌즈가 직선 운동하는 효과를 나타내도록 함으로써 광이 화상형성 장치에 상이한 위치로 입사하는 것을 가능하게 한다.
광분리 장치(235)를 통과한 광은 화상형성장치(237)로 진행한다. 화상형성장치(237)는 컬러 필터를 통과한 광을 광속폭을 증가시켜 원상태로 회복시키는 제2실린더리컬 렌즈(335)를 구비하며, 제2실린더리컬 렌즈(335)를 통과하여 입사하는 각 색광의 제1 및 제2플라이 아이 렌즈(337a, 337b)의 각 셀에 집속된다. 제1 및 제2플라이 아이 렌즈(337a, 337b)는 각 색광을 각 렌즈 셀별로 통과시키며, 전방의 광경로 상에 구비되는 릴레이 렌즈(341)는 각색광을 각 컬러별로 중첩시켜 라이트 밸브(347)로 진행시킨다.
릴레이 렌즈(341)와 편광자(343)를 통과한 광은 편광빔스프리터(345)에 의해 일 편광광만이 라이트 밸브(347)를 향하게 되는데, 일편광광은 투과시키고 타편광광은 반사시키는 편광면을 가짐으로써 단일 편광의 광을 스크린(353)으로 투사시킬 수 있다. 라이트 밸브(347)는 입사하는 광을 인가되는 영상 신호에 따라 편광방향을 변조시켜 편광빔스프리터(345)로 반사시킨다. 편광빔스프리터(345)에서 반사된광은 애널라이저(349)와 투사 렌즈(351)가 광축에 나란히 배열된 투사 장치(239)를 통과하여 스크린(353)에 투사된다.
본 발명의 보조 광원을 채용한 조명 장치는 광의 조사 위치에 따른 공간적인 광강도 분포와 파장에 따른 광강도 분포를 모두 제어할 수 있으며, 프로젝션 시스템에 설치되는 경우 화상의 색재현 영역을 확대하고 높은 광효율로 양질의 화상을 제공할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보조 광원을 구비하는 조명 장치 및 이를 구비하는 프로젝션 시스템의 장점은 광 강도 분포를 균일하게 하여 높은 광효율로 확대된 색재현영역을 가지는 영상을 실현할 수 있다.

Claims (36)

  1. 백색광을 방출하는 주 광원부; 및
    소정 파장 대역의 보조광을 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간 영역으로 도입시켜 상기 백색광의 광강도와 색재현범위를 보강하는 보조 광원부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주 광원부는,
    상기 백색광을 생성하는 램프; 및
    상기 램프를 감싸며 상기 백색광을 반사시켜 일 광경로로 집속시키는 반사경;을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사경은 타원경 또는 포물경인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 램프는 수은, 제논, 또는 메탈 할라이드 램프인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 주 광원부의 상기 백색광의 광경로 상에 자외선을 차단하는 자외선 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 자외선 필터의 중앙부에 상기 보조광을 콜리메이팅하는 콜리메이팅 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 광원부는 상기 보조광을 방출하는 보조 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 보조 램프는 LD 또는 LED인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 보조 램프는 상기 램프에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 보조 광원부는 상기 보조 램프와 연결되어 상기 보조광을 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간영역으로 가이드하는 광 가이드 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 가이드 소자는 웨이브가이드 또는 광 파이버인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 보조 광원부는 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간 영역에 위치하여 상기 보조광의 광경로를 변화시키는 광경로 변환 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광경로 변환 수단은 프리즘인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프리즘은 적어도 하나 이상의 굴절면을 가지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 보조 램프와 상기 광경로 변환 수단 사이의 광경로 상에 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 보조 광원부는 상기 주 광원부로부터 입사하는 백색광을 반사시키는 반사면과, 상기 보조 램프로부터 입사하는 보조광을 통과시켜 상기 주 광원의 백색광중 광강도가 낮은 부분으로 진행시키는 개구를 가지는 반사 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 반사 미러, 컬러 트림 필터, 또는 구면 반사경인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조광이 포함된 백색광의 광경로 상에 상기 백색광의 광강도를 균일하게 하는 인터그레이터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  19. 조명 장치와, 상기 조명 장치로부터의 입사광을 복수의 색광으로 분리시키는 광분리 장치와, 상기 광분리 장치로부터의 입사광을 인가되는 화상 신호에 따라 변조하여 화상을 형성하는 화상 형성 장치 및, 상기 화상 형성 장치로부터의 입사광을 스크린으로 확대 투사시키는 투사 장치를 구비하며,
    상기 조명 장치는,
    백색광을 방출하는 주 광원부; 및
    소정 파장 대역의 보조광을 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간 영역으로 도입시켜 상기 백색광의 광강도와 색재현 범위를 보강하는 보조 광원부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 주 광원부는,
    상기 백색광을 생성하는 램프; 및
    상기 램프를 감싸며 상기 백색광을 반사시켜 일 광경로로 집속시키는 반사경;을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 반사경은 타원경 또는 포물경인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 램프는 수은, 제논, 또는 메탈 할라이드 램프인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 주 광원부의 상기 백색광의 광경로 상에 자외선을 차단하는 자외선 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 자외선 필터의 중앙부에 상기 보조광을 콜리메이팅하는 콜리메이팅 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 보조 광원부는 상기 보조광을 방출하는 보조 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 보조 램프는 LD 또는 LED인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 보조 램프는 상기 램프에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 보조 광원부는 상기 보조 램프와 연결되어 상기 보조광을 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간영역으로 가이드하는 광 가이드 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 광 가이드 소자는 웨이브가이드 또는 광 파이버인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 보조 광원부는 상기 주 광원부의 광강도가 낮은 공간 영역에 위치하여 상기 보조광의 광경로를 변화시키는 광경로 변환 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 광경로 변환 수단은 프리즘인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 프리즘은 적어도 하나 이상의 굴절면을 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 보조 램프와 상기 광경로 변환 수단 사이의 광경로 상에 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  34. 제 26 항에 있어서,
    상기 보조 광원부는 상기 주 광원부로부터 입사하는 백색광을 반사시키는 반사면과, 상기 보조 램프로부터 입사하는 보조광을 통과시켜 상기 주 광원의 백색광중 광강도가 낮은 부분으로 진행시키는 개구를 가지는 반사 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 반사 미러, 컬러 트림 필터, 또는 구면 반사경인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  36. 제 19 항에 있어서,
    상기 보조광이 포함된 백색광의 광경로 상에 상기 백색광의 광강도를 균일하게 하는 인터그레이터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
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