KR20050030087A - 칼라 필터 유닛 및 이를 채용한 프로젝션 시스템 - Google Patents

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KR20050030087A
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Abstract

칼라 필터 유닛 및 이를 채용한 프로젝션 시스템이 개시되어 있다.
이 개시된 칼라 필터 유닛은, 입사광을 칼라 대역에 따라 편광 방향을 변환하여 주는 제1 칼라선택 편광변환소자; 상기 제1 칼라선택 편광변환소자를 경유한 광을 칼라별로 분리해주는 칼라 필터;를 포함하여 분리된 칼라빔들 사이의 경계 영역에서 칼라 혼합 현상이 일어나지 않도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해 백색 광원에서 출사된 광이 분리 후 합성시 발생되는 칼라 혼합 현상으로 인한 화질 저하를 방지한다.

Description

칼라 필터 유닛 및 이를 채용한 프로젝션 시스템{Color filter unit and projection system employing the same}
본 발명은 칼라 필터 유닛 및 이를 채용한 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 백색 광원에서 출사된 광이 분리 후 합성시 발생되는 칼라 혼합 현상으로 인한 화질 저하를 방지한 칼라 필터 유닛 및 이를 채용한 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
프로젝션 시스템은 고출력 램프 광원으로부터 출사된 광을 화소단위로 on-off 제어하여 화상을 형성하는 라이트 밸브의 개수에 따라 3판식과 단판식으로 나뉜다. 단판식 프로젝션 시스템은 3판식에 비해 광학계 구조를 작게 할 수 있으나, 백색광을 시퀀셜 방법으로 R,G,B 칼라로 분리하여 사용하므로 3판식에 비해 광효율이 1/3로 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 단판식 프로젝션 시스템의 경우에는 광효율을 증가시키기 위한 노력이 진행되어 왔다.
일반적인 단판식 프로젝션 시스템의 경우 백색 광원으로부터 조사된 광을 칼라필터를 이용하여 R,G,B 삼색빔으로 분리하고, 각 칼라를 순차적으로 라이트밸브로 보낸다. 그리고, 이 칼라 순서에 맞게 라이트밸브를 동작시켜 영상을 구현하게 된다. 이와 같이 단판식 광학계는 칼라를 시퀀셜하게 이용하기 때문에 광효율이 3판식에 비해 1/3로 떨어지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 스크롤링 방법이 제안되었다. 칼라 스크롤링 방법은 백색광을 R,G,B 삼색빔으로 분리하고 이를 동시에 라이트밸브의 서로 다른 위치로 보내 준다. 그리고, 한 화소당 R,G,B 칼라가 모두 도달해야만 영상 구현이 가능하므로 특정한 방법으로 각 칼라바들을 일정한 속도로 움직여준다.
종래의 단판식 스크롤링 프로젝션 시스템은 도 1a에 도시된 바와 같이, 광원(100)에서 조사된 백색광이 제1 및 제2 렌즈 어레이(102)(104)와 편광변환기(105)를 경유하여 제1 내지 제4 다이크로익 필터(109)(112)(122)(139)에 의해 R,G,B 삼색빔으로 분기된다. 먼저, 상기 제1다이크로익 필터(109)에 의해 예를 들어 적색광(R)과 녹색빔(G)은 투과되어 제1광경로(L1)로 진행되고, 청색빔(B)은 반사되어 제2광경로(L2)로 진행된다, 그리고, 상기 제1광경로(L1)로 진행되는 적색광(R)과 녹색빔(G)은 상기 제2 다이크로익필터(112)에 의해 다시 분리된다. 상기 제2 다이크로익필터(112)에 의해 적색광(R)은 투과되어 계속 제1광경로(L1)로 직진하고, 녹색빔(G)은 반사되어 제3광경로(L3)로 진행된다.
상기 광원(100)에서 조사된 광이 적색빔(R), 녹색빔(G), 청색빔(B)으로 분리되어 각각에 대응되는 제1 내지 제3 프리즘(114)(135)(142)을 통과하면서 스크롤링된다. 상기 제1 내지 제3 프리즘(114)(135)(142)은 상기 제1 내지 제 3 광경로(L1)(L2)(L3)에 각각 배치되어 균일한 속도로 회전됨에 따라 R,G,B 삼색의 칼라바가 스크롤링된다. 상기 제2 및 제3 광경로(L2)(L3)를 따라 각각 진행되던 녹색빔과 청색빔이 제3 다이크로익필터(139)에 의해 반사 및 투과되어 합성되고, 최종적으로 상기 제4 다이크로익필터(122)에 의해 R,G,B 삼색광이 합성되어 편광빔스프리터(127)를 통과하고, 라이트 밸브(130)에 의해 화상을 형성한다.
상기 제1 내지 제 3프리즘(114)(135)(142)의 회전에 의해 R,G,B 칼라바가 스크롤링되는 과정이 도 1b에 도시되어 있다. 이는 각 칼라에 대응되는 프리즘을 동기를 맞추어 회전시킬 때 상기 라이트밸브(130)면에 형성된 칼라바의 이동을 나타낸 것이다. 상기 라이트밸브(130)에 R,G,B 칼라바가 한 주기 순환되었을 때 한 프레임이 형성된다.
상기 라이트 밸브(130)에서 각 화소에 대한 on-off 신호에 따른 화상 정보를 처리하여 화상을 형성하고 이 화상이 투사렌즈유닛(미도시)을 거쳐 확대되어 스크린에 맺힌다.
상기와 같은 구조의 프로젝션 시스템에서 칼라 화상을 형성하기 위해서는, 광원(100)에서 출사된 광을 복수개의 칼라빔으로 분리하고, 분리된 광을 다시 합성하는 과정이 필수적으로 요구된다.
그런데, 이러한 칼라 분리 및 합성 과정에서 칼라필터에 입사하는 빔의 입사 각도에 따라 칼라필터의 분광 반사 파장이 단파장 쪽으로 이동하게 되는데, 이것에 의해 칼라 혼합 현상이 발생된다. 칼라 혼합 현상으로 인해 칼라 화상의 화질이 저하되는 문제가 있다.
상기 광원(100)에서 출사된 광이 편광변환기(105)에 의해 S편광의 광으로 변환되고, S편광의 광은 제1 내지 제4 다이크로익 필터(109)(112)(122)(139)에 의해 R,G,B의 삼색빔으로 분리된다. 여기서, 제1 내지 제4 다이크로익 필터를 통해 복수개의 칼라빔으로 분리될 때, 빔의 입사각도에 대한 S편광 분광 반사율의 변화를 도 2a 내지 도 2c에 도시하였다. 도 2a는 적색빔의 분광 반사율을, 도 2b는 녹색빔의 분광 반사율을, 도 2c는 청색빔의 분광 반사율을 각각 나타낸 것이다. 이 도면들을 보면 입사빔의 입사각도가 변함에 따라 Half power frequency가 단파장 쪽으로 이동하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 2a 내지 도 2c는 빔이 공기 중에서 다이크로익 필터쪽으로 입사되는 경우를 나타낸 것이고, 도 2d는 매질을 통해 적색빔이 칼라 필터에 입사될 때, 입사빔의 입사각도 변화에 대한 분광 반사율의 변화를 나타낸 것이다. 빔이 매질을 통해 입사되었을 때, 입사빔의 입사 각도 변화에 따라 Half power frequency가 단파장 쪽으로 이동되는 정도가 공기 중을 통해 입사되는 경우에 비해 더욱 크게 나타난다.
이와 같이 각 칼라빔의 분광 대역이 입사각도에 따라 단파장쪽으로 이동하면서 원하지 않는 빔들이 섞여 나오게 되어, 칼라 화상의 화질이 저하되는 문제가 발생된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 칼라 필터에 의해 분리된 광을 합성하여 라이트밸브에서 칼라 화상을 형성할 때, 각 칼라필터의 분광 경계 영역에서 나타나는 칼라 혼합 현상으로 인해 칼라 화상의 화질이 저하되는 것을 방지한 칼라 필터 유닛 및 이를 채용한 프로젝션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 칼라 필터 유닛은, 입사광을 칼라 대역에 따라 편광 방향을 변환하여 주는 제1 칼라선택 편광변환소자; 상기 제1 칼라선택 편광변환소자를 경유한 광을 칼라별로 분리해주는 칼라 필터;를 포함하여 분리된 칼라빔들 사이의 분광 경계 영역에서 칼라 혼합 현상이 일어나지 않도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 칼라 필터 유닛은 입사광을 일편광의 광으로 만들어 주는 편광변환기와, 상기 칼라 필터 다음에 배치되고 칼라에 따라 선택적으로 편광 방향을 변환하여 칼라 필터에 의해 분리된 칼라빔의 편광 방향을 동일한 편광 방향으로 변환시켜 주는 제2 칼라선택 편광변환소자를 포함한다.
상기 칼라 필터는 칼라에 따라 서로 다른 편광 방향에 대응되는 반사 파장 영역을 가지는 것이 바람직하다.
상기 칼라 필터는 입사광 중 청색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제1 다이크로익 필터, 적색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제2 다이크로익 필터 및 녹색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제3 다이크로익 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은, 광원으로부터 출사된 광을 칼라 필터 유닛에 의해 칼라별로 분리하고, 입사광을 편광변환기에 의해 일편광의 광으로 만들어주며, 칼라별로 분리된 광을 이용하여 라이트밸브에 의해 칼라화상을 형성하는 프로젝션 시스템에 있어서,
상기 칼라 필터 유닛은,
입사광을 칼라 대역에 따라 편광 방향을 변환하여 주는 제1 칼라선택 편광변환소자; 상기 제1 칼라선택 편광변환소자를 경유한 광을 칼라별로 분리해주는 칼라 필터;를 포함하여 분리된 칼라빔들 사이의 경계 영역에서 칼라 혼합 현상이 일어나지 않도록 된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼라 필터 유닛 및 이를 채용한 프로젝션 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼라 필터 유닛은, 도 3을 참조하면 광원(10)으로부터 출사된 광을 칼라 대역(color band)에 따라 편광 방향을 변환하는 제1 칼라선택 편광변환소자(17)와, 칼라 필터(20)와, 상기 칼라 필터(20)에 의해 분리된 칼라빔들의 편광 방향을 일방향으로 변환시키는 제2 칼라선택 편광변환소자(25)를 포함한다.
상기 광원(10)은 백색광을 조사하는 것으로, 광을 생성하는 램프(11)와, 이 램프(11)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(13)을 포함한다. 상기 반사경(13)은 상기 램프(11)의 위치를 일 초점으로 하고, 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 하는 타원경으로 구성될 수 있다. 또는, 상기 램프(11)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 램프(11)에서 출사되고 상기 반사경(13)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경으로 구성될 수 있다. 도 3은 반사경(13)으로 타원경을 채용한 경우를 예로 나타낸 것이다.
또한, 상기 광원(10)에서 출사된 무편광의 백색광을 일편광의 광으로 변환하기 위한 편광변환기(14)가 구비된다.
상기 제1 칼라선택 편광변환소자(17)는 소정 파장 대역의 광의 편광 방향을 선택적으로 변환시킬 수 있는 소자이다.
상기 칼라 필터(20)는 상기 광원(10)에서 조사된 빔을 적어도 두 개의 칼라빔으로 분리하기 위한 것으로, 예를 들어 입사광축에 대해 서로 평행하게 기울어지게 배치된 적어도 두 개의 다이크로익 필터를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 입사광축에 대해 서로 다른 각도로 기울어지게 배치된 적어도 두 개의 다이크로익 필터를 포함하여 구성될 수도 있다. 또한, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 다이크로익 필터가 서로 다른 광경로에 배치되어 구성된 경우에도 칼라 필터로 적용될 수 있다.
상기 칼라 필터(20)는 칼라에 따라 서로 다른 편광 방향에 대응되는 반사 파장 영역을 가지는 것이 바람직하다.
도 3에서는 상기 칼라 필터(20)가 서로 평행하게 배치된 제1, 제2 및 제3 다이크로익 필터(20a)(20b)(20c)를 포함하여 구성된 예를 도시하였다. 상기 제1 다이크로익 필터(20a)는 입사광 중 제1 칼라빔을 반사시키고, 나머지 빔은 투과시키며, 상기 제2 다이크로익 필터(20b)는 제2 칼라빔을 반사시키고, 나머지 빔은 투과시키며, 제3 다이크로익 필터(20c)는 제3 칼라빔을 반사시키고 나머지 빔은 투과시킨다.
상기 제1, 제2 및 제3 다이크로익 필터(20a)(20b)(20c) 중 상기 제1 칼라선택 편광변환소자(17)에 의해 편광변환된 칼라빔을 반사시키는 다이크로익 필터가 광경로 상에서 가장 뒤쪽에 오도록 배치되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 제1 내지 제3 칼라빔 중 제3 칼라빔의 편광방향이 상기 제1칼라선택 편광변환소자(17)에 의해 편광변환된 경우, 제3 칼라빔을 반사시키는 제3 다이크로익 필터(20c)가 가장 뒤쪽에 배치되는 것이 바람직하다.
제2 칼라선택 편광변환소자(25)는 상기 칼라 필터(20)를 경유한 광의 편광 방향을 어느 한 방향으로 통일시켜 주기 위해 사용된다.
다음, 본 발명에 따른 칼라 필터 유닛의 작용에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4를 참조하면, 상기 광원(10)에서 출사된 무편광의 광이 상기 편광변환기(14)에 의해 예를 들어 S편광의 광으로 변환된다. 무편광의 광은 예를 들어, P편광과 S편광의 적색빔(RP)(RS), P편광과 S편광의 녹색빔(GP)(G S), P편광과 S편광의 청색빔(BP)(BS)을 포함한다.
이 무편광의 광은 상기 편광변환기(14)에 의해 일편광의 광, 예를 들어 S편광의 광 즉, RS,GS,BS로 변환된다. 그리고, 상기 제1 칼라선택 편광변환소자(17)에 의해 예를 들어, S편광의 녹색빔(GS)이 P편광의 녹색빔(GP)으로 변환되고, 나머지 적색빔(RS)과 청색빔(BS)은 S편광을 유지한다. 따라서, S편광의 적색빔(RS ), S편광의 청색빔(BS), P편광의 녹색빔(GP)이 칼라 필터(20)로 입사된다. 이때 제1 칼라선택 편광변환소자(17)를 통과한 빔의 분광 분포가 도 5(a)에 도시되어 있다.
한편, 제1 다이크로익 필터(20a)는 청색빔을 반사시키고, 나머지 광은 투과시키도록 설계되고, 제2 다이크로익 필터(20b)는 적색빔을 반사시키고 나머지 광은 투과시키도록 설계되며, 제3 다이크로익 필터(20c)는 녹색빔을 반사시키도록 설계되어 있다.
따라서, 상기 칼라 필터(20)에 의해 백색광이 적색빔, 녹색빔, 청색빔으로 분리된다.
도 5(b)는 다이크로익 필터의 분광 분포를 나타낸 것으로, 도 5(b)에 도시된 편광 변환소자의 각 파장별 편광 상태에 대응하는 분광 반사율을 가진다. 청색빔의 경우 분광 반사율이 편광 변환소자보다 장파장 영역으로 이동한 형태이고, 적색빔은 편광 변환 소자의 분광 반사율보다 단파장 영역으로 이동한 형태로 제작된다.
제1 다이크로익 필터(20a)에서 S편광 청색빔(BS)이 반사될 때 청색빔의 분광반사율은 입사각이 증가함에 따라 단파장 쪽으로 이동하게 되므로 녹색빔이나 적색빔이 청색빔에 섞이지 않는다. 또한, 입사각이 감소함에 따라 장파장 쪽으로 이동하는 경우에도, 녹색빔은 P편광만이 존재하므로 제1 다이크로익 필터(20a)에서 반사되지 않아 청색빔에 섞여 나올 염려가 없다.
다음, 제2 다이크로익 필터(20b)에서 S편광 적색빔(RS)이 반사될 때 적색빔의 분광 반사율은 입사각이 증가함에 따라 단파장 영역으로 이동하게 된다. 하지만, 녹색빔은 편광 변환 소자(17)에 의해 P편광 빔만이 존재하기 때문에 적색빔 반사용 다이크로익 필터의 분광 반사율이 단파장 영역으로 이동하여도 반사될 S편광 녹색빔이 존재하지 않기 때문에 적색빔에 녹색빔이 섞일 염려가 없다. 또한, 입사각이 감소되어 분광 반사율이 장파장 영역으로 이동하는 경우에는 녹색빔과 섞일 염려가 더욱 없다.
다음, 제3 다이크로익 필터(20c)에서 P편광 녹색빔(GP)이 반사될 때 입사빔의 입사각이 증가함에 따라 녹색빔의 분광 반사율이 단파장 영역으로 이동하게 되나 청색빔(B)은 편광 변환 소자(17)에 의해 S편광빔만 존재하기 때문에 녹색빔에 청색빔이 섞일 염려가 없다. 또한, 입사빔의 입사각이 감소함에 따라 녹색빔의 분광 반사율이 장파장 영역으로 이동하게 되더라도 적색빔(R)은 편광 변환 소자(17)에 의해 S편광빔만 존재하기 때문에 녹색빔에 적색빔이 섞일 염려가 없다.
본 발명에서는 상기와 같이 칼라 필터에 의해 분리된 칼라빔에 원하지 않는 다른 칼라가 혼합되어 나오는 현상을 방지하기 위해. 광의 편광 방향 및 칼라에 따라 다이크로익 필터를 통과한 후의 분광 분포가 달라지는 특성을 이용한다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이 제2 칼라선택 편광변환소자(25)를 이용하여 청색빔과 적색빔을 P편광으로 변환하여 R,G,B 삼색빔을 모두 P편광의 빔으로 만들어준다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 칼라 필터 유닛을 이용하여 광원으로부터 조사된 광을 칼라별 분광 경계 영역에서의 칼라 혼합 현상이 발생되지 않도록 복수개의 칼라빔으로 분리한다.
다음, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로젝션 시스템에 대해 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 광원(10)과, 이 광원으로부터 출사된 광을 칼라에 따라 분리시키는 칼라 필터 유닛과, 분리된 칼라빔들을 스크롤링 시키는 스크롤링 유닛(30)과, 상기 칼라 필터 유닛과 스크롤링 유닛(30)을 통해 입사된 광을 입력 신호에 따라 처리하여 칼라 화상을 형성하는 라이트밸브(40)를 포함한다.
본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 도 3을 참조하여 설명한 칼라 필터 유닛을 채용하고, 이 칼라 필터 유닛으로부터 분리되어 나오는 칼라빔들의 편광 변조를 통해 칼라 화상을 형성하는 시스템에 대해서는 모두 적용 가능하다.
도 7에서는 특히, 칼라 스크롤링을 통해 칼라 화상을 형성하는 예를 도시한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝션 시스템은 광원(10)으로부터 나온 무편광의 백색광을 칼라 필터 유닛을 통해 복수개의 칼라빔으로 분리한다.
칼라 필터 유닛은 칼라 대역에 따라 편광 방향을 변환하는 제1 칼라선택 편광변환소자(17)와, 제1 칼라선택 편광변환소자(17)를 경유한 광을 칼라에 따라 분리하여 복수개의 칼라빔으로 만드는 칼라 필터(20)를 포함한다.
상기 칼라 필터(20)는 예를 들어, 입사빔을 칼라에 따라 반사 및 투과시키는 다이크로익 필터를 복수개 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 칼라 필터(20)는 제1, 제2 및 제3 다이크로익 필터(20a)(20b)(20c)를 포함한다.
상기 광원(10)과 칼라 필터(30) 사이의 광경로상에 입사광을 평행광으로 만들어주는 콜리메이팅 렌즈(54)가 구비된다. 이 콜리메이팅 렌즈(54)는, 상기 광원(10)과 이 광원(10)으로부터 출사된 광이 집속되는 초점(f) 사이의 거리를 p라 할 때, 상기 초점(f)으로부터 p/5만큼 떨어진 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 배치함으로써 광학계의 구성을 소형화할 수 있다.
또한, 광원(10)과 콜리메이팅 렌즈(54) 사이의 광경로상에는 광학계의 에텐듀를 감소시키기 위한 공간필터(5)가 구비되며, 공간필터(5)는 광원(10)의 반사경(13)의 초점(f)에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 콜리메이팅 렌즈(54)를 경유한 평행광은 편광변환기(14)에 의해 일편광의 광으로 변환되어 제1 칼라선택 편광변환소자(17)로 입사된다. 예를 들어, 상기 광원(10)에서 출사된 광은 상기 편광변환기(14)에 의해 S편광의 광으로 변환되고, 제1 칼라선택 편광변환소자(17)에 의해 소정 파장의 빔, 예를 들어 녹색빔이 P편광의 광으로 변환되고 나머지 적색빔과 청색빔은 S편광의 광으로 유지된다.
이렇게 편광변환된 광은 스크롤링 유닛(30)에 입사된다.
도 8a를 참조하면, 상기 스크롤링 유닛(30)은 회전가능하며, 스크롤링 유닛(30)의 회전운동이 입사광의 직선운동으로 전환되도록 적어도 하나의 렌즈셀(30a)이 배열되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 스크롤링 유닛(30)은 적어도 하나의 렌즈셀(30a)이 나선형으로 배열되어 구성된다. 상기 적어도 하나의 렌즈셀(30a)은 입사광을 각 셀마다 다수개의 빔으로 나눈다. 여기서, 상기 렌즈셀(30a)은 실린드리컬 렌즈일 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이 상기 스크롤링 유닛(30)의 회전운동(화살표 J방향)이 입사광(L)이 지나가는 영역에 있는 렌즈어레이의 직선운동(화살표 Q방향)으로 전환되어 스크롤링이 이루어진다. 도 8a에서는 스크롤링 유닛(30)이 하나의 스파이럴 렌즈 디스크로 구성된 경우를 예시하였다.
이와 달리, 스크롤링 유닛(30)은 도 8b에 도시된 바와 같이 소정 간격 이격되게 배치된 제1 및 제2 스파이럴 렌즈 디스크(26)(27)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 스파이럴 렌즈 디스크(26)(27) 사이에 글래스 로드 또는 도광판(28)이 더 구비될 수 있다. 상기 글래스 로드 또는 도광판(28)은 상기 제1스파이럴 렌즈 디스크(26)를 통과한 광의 발산각을 조절하기 위한 것이다.
상기 스크롤링 유닛(30)에 의해 스크롤링되는 광을 라이트밸브(40)에서 화상신호에 따라 처리하여 칼라 화상을 형성하고, 이 라이트 밸브(40)에서 형성된 화상을 투사렌즈 유닛(45)을 이용하여 스크린(48)에 확대투사시킨다.
상기 스크롤링 유닛(30)을 통과한 광은 실린드리컬 렌즈셀(30a)의 입사위치에 따라 서로 다른 각도의 수렴광으로 진행되고, 상기 제1 내지 제3 다이크로익 필터(20a)(20b)(20c)에 의해 칼라에 따라 서로 다른 위치에서 반사되어 칼라별로 분리된다. 상기 스크롤링 유닛(30)과 칼라 필터(20) 사이에는 프리즘(56)이 더 구비되어 입사광을 광경로 변환없이 상기 칼라 필터(20)로 전달한다.
한편, 상기 스크롤링 유닛(30)의 앞에 제1실린더렌즈(18)가 구비되고, 상기 칼라 필터(20)와 라이트밸브(40) 사이의 광경로상에는 제2 실린더 렌즈(19), 제1 및 제2 플라이아이렌즈어레이(34)(35)와 릴레이렌즈(38)가 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 플라이아이렌즈어레이(34)(35)는 각각 렌즈셀(34a)(35a)이 2차원적으로 배열되어 형성된다.
상기 제1실린더렌즈(18)에 의해 상기 스크롤링 유닛(30)에 입사되는 광의 폭이 줄어들어 광손실이 감소된다. 또한, 상기 제2실린더렌즈(18)에 의해 스크롤링 유닛(30)을 통과한 광의 폭이 원상태로 복귀된다. 상기 제2실린더렌즈(18)는 상기 제1 및 제2 플라이아이렌즈어레이(34)(35) 사이에 배치되는 것도 가능하다.
한편, 상기 릴레이렌즈(38)와 라이트밸브(40)의 광경로상에는 입사광의 편광방향에 따라 입사광을 반사 또는 투과시키는 편광빔스프리터(39)가 구비된다. 여기서, 라이트밸브(40)가 반사형으로 구성된 예를 도시하였지만 투과형으로 구성하는 것도 가능함은 물론이다.
다음, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 작동 관계에 대해 설명한다.
상기 광원(10)에서 출사된 백색광은 상기 공간필터(5) 및 콜리메이팅 렌즈(54)를 통해 편광변환기(14)에 입사되어 일편광의 광으로 변환된다. 이어서, 제1 칼라선택 편광변환소자(18)에 의해 소정 칼라에 대해서만 편광 방향이 바뀌어 상기 스크롤링 유닛(30)에 입사된다. 이때, 제1실린더렌즈(18)에 의해 입사광의 폭이 감소된 상태로 스크롤링 유닛(30)에 입사된다.
상기 스크롤링 유닛(30)에 의해 입사광이 렌즈셀(30a)별로 다수개의 광빔으로 분리되어 칼라 필터(20)에 입사된다. 상기 제1 다이크로익필터(20a), 제2 다이크로익필터(20b) 및 제3 다이크로익필터(20c)에 의해 분리된 복수개의 칼라빔, 예를 들어 제1, 제2 및 제3 칼라빔은 각 칼라빔 사이의 경계영역에서 칼라 혼합 현상이 발생되지 않는다.
이렇게 분리된 칼라빔은 제2 칼라선택 편광변환소자(19)에 의해 어느 한 편광의 광으로 통일된다. 이어서, 상기 제2실린더 렌즈(19)는 상기 제1실린더렌즈(18)에 의해 폭이 감소된 광을 평행광으로 만들어 원상태로 복귀시킨다. 광은 상기 제2실린더렌즈(19)에 의해 그 폭이 원상태로 복귀됨으로써 상기 라이트밸브(40)의 폭에 대응되게 맺힌다.
상기 제2실린더렌즈(19)를 통과한 제1, 제2 및 제3 칼라빔은 상기 제1플라이아이렌즈어레이(34)에서 렌즈셀(34a)별로 칼라어레이로 형성되고, 상기 제2 플라이아이렌즈어레이(35)와 상기 릴레이 렌즈(38)에 의해 라이트밸브(40)에 칼라별로 중첩되어 맺힘으로써 제1, 제2 및 제3 칼라바가 형성된다(도 1b 참조).
제1 내지 제3 칼라바는 상기 스크롤링 유닛(30)의 회전에 의해 주기적으로 스크롤링되어 칼라화상이 형성된다. 여기서, 제1 내지 제3 칼라바는 R,G,B 칼라바가 된다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 상기 스크롤링 유닛(30)의 회전에 의해 칼라바가 예를 들어 (R,G,B)-->(G,B,R)-->(B,R,G) 순으로 주기적으로 스크롤링된다. 도 9a 내지 도 9c에서는 상기 스크롤링 유닛(30)이 하나의 스파이럴 렌즈 디스크로 구성된 경우를 도시하였으며, 설명을 편의상 스크롤링 유닛(30)과 라이트밸브(40) 사이에 제1 및 제2 플라이아이렌즈어레이(34)(35)와 릴레이렌즈(38)만을 도시하였다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 상기 스크롤링 유닛(30), 제1 및 제2 플라이아이렌즈어레이(34)(35), 릴레이렌즈(38)를 경유하여 라이트밸브(40)에 예를 들어, (R,G,B) 순으로 칼라바가 형성된다. 이어서, 상기 스크롤링 유닛(30)이 회전함에 따라 입사광(L)이 상기 스크롤링 유닛(30)을 통과하는 영역에 있는 렌즈어레이가 점진적으로 위로 또는 아래로 이동된다. 따라서, 스크롤링 유닛(30)을 통과하는 칼라광 각각의 초점 위치가 스크롤링 유닛(30)의 회전에 따라 변하여 도 9b에 도시된 바와 같이 (G,B,R) 순으로 칼라바가 형성될 수 있다. 계속적으로 상기 스크롤링 유닛(30)이 회전함에 따라 입사광이 스크롤링되어 도 9c에 도시된 바와 같이 (B,R,G) 순으로 칼라바가 형성된다. 이와 같은 스크롤링이 주기적으로 반복되어 진행된다.
도 8a를 참조하면, 상기 스크롤링 유닛(30)이 화살표 J 방향으로 회전됨에 따라 상대적으로 입사광(L)이 화살표 Q 방향으로 직선 운동하는 것과 같은 효과가 얻을 수 있다. 이 직선 운동은 스크롤링 유닛(30)의 회전축에 대하여 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이루어진다. 도 8a에서는 스크롤링 유닛(30)이 화살표 J방향으로 회전할 때, 스크롤링 유닛(30)에 입사되는 광이 스크롤링 유닛(30)의 회전축에 대하여 멀어지는 방향으로 직선 운동하는 것과 같은 효과를 내는 경우를 도시하였다.
본 발명에 따른 프로젝션 시스템에서는 칼라 필터 유닛에 의해 분리되는 칼라빔들의 분광 경계 영역에서의 칼라 혼합 현상이 방지되어, 라이트밸브(40)에 형성되는 칼라바 사이의 경계가 선명해진다. 따라서, 칼라 순도 및 화질이 향상되는 이점이 있다.
한편, 상기 예에서는 칼라 스크롤링에 의해 칼라 화상이 형성되는 시스템에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 여기에만 한정되는 것은 아니고 칼라 분리 및 편광 변조에 의해 칼라 화상을 형성하는 시스템에 모두 적용 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 칼라 필터 유닛은, 칼라 필터에 의해 분리된 칼라빔들에 원하지 않는 다른 칼라가 혼합되어 나오는 현상을 방지하기 위해. 광의 편광 방향 및 칼라에 따라 칼라 필터를 통과한 후의 분광 분포가 달라지는 특성을 이용한다.
이러한 특성을 이용하기 위해 칼라에 따라 편광 방향을 변환할 수 있는 칼라선택 편광변환기와 칼라선택 편광변환기에 의해 변환된 편광방향을 가지는 광에 대응되는 분광분포를 가지는 칼라필터를 구비하여, 칼라빔 사이의 경계 영역에 칼라 혼합 현상 없이 광이 분리되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 상기와 같은 칼라 필터 유닛을 채용하여 간단하고 용이하게 칼라 화상의 화질 및 순도를 향상시킬 수 있다.
도 1a는 종래의 단판식 프로젝션 시스템을 도시한 것이다.
도 1b는 칼라 스크롤링 방식에 의해 칼라 화상을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 공기 중에서의 입사빔의 파장에 따른 S편광빔의 분광 반사율의 변화를 적색빔의 입사각에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2b는 공기 중에서의 입사빔의 파장에 따른 S편광빔의 분광 반사율의 변화를 녹색빔의 입사각에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2c는 공기 중에서의 입사빔의 파장에 따른 S편광빔의 분광 반사율의 변화를 청색빔의 입사각에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2d는 매질 내에서의 입사빔의 파장에 따른 S편광빔의 분광 반사율의 변화를 적색빔의 입사각에 따라 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼라 필터 유닛의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼라 필터 유닛에 의한 광의 변환 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a)는 본 발명에 따른 칼라 필터 유닛에 구비된 제1 칼라선택 편광변환소자를 통과한 빔의 분광 분포를 나타낸 것이다.
도 5(b)는 본 발명에 따른 칼라 필터 유닛에 구비된 다이크로익 필터의 분광 분포를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 칼라 필터 유닛에 구비된 제2 칼라선택 편광변환소자를 통과한 빔의 분광 분포를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼라 필터 유닛을 채용한 프로젝션 시스템을 나타낸 것이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템에 사용된 스크롤링 유닛의 구성예를 나타낸 것이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템에서 칼라 스크롤링 방식에 의해 칼라 화상이 구현되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...광원, 14...편광변환기
17,25...칼라선택 편광변환소자, 20...칼라 필터
20a,20b,20c...다이크로익 필터, 30...스크롤링 유닛
34,35...플라이아이렌즈어레이, 38...릴레이렌즈
40...라이트밸브, 45...투사렌즈유닛
48...스크린

Claims (17)

  1. 입사광을 칼라 대역에 따라 편광 방향을 변환하여 주는 제1 칼라선택 편광변환소자;
    상기 제1 칼라선택 편광변환소자를 경유한 광을 칼라에 따라 분리해주는 칼라 필터;를 포함하여 분리된 칼라빔 들 사이의 분광 경계 영역에서 칼라 혼합 현상이 일어나지 않도록 된 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 칼라 필터 유닛은 입사광을 일편광의 광으로 만들어 주는 편광변환기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 칼라 필터 다음에 배치되고 칼라에 따라 선택적으로 편광 방향을 변환하여 칼라 필터에 의해 분리된 칼라빔들의 편광 방향을 동일한 편광 방향으로 변환시켜 주는 제2 칼라선택 편광변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 칼라에 따라 서로 다른 편광 방향에 대응되는 반사 파장 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 입사광을 칼라에 따라 분리하는 복수개의 다이크로익 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 입사광 중 청색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제1 다이크로익 필터, 적색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제2 다이크로익 필터 및 녹색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제3 다이크로익 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 녹색빔의 편광 방향이 청색빔과 적색빔의 편광 방향이 다른 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 내지 제 3 다이크로익 필터 중 제3 다이크로익 필터가 입사광의 진행 경로를 기준으로 뒤쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 복수개의 다이크로익 필터를 포함하고, 상기 제1 칼라선택 편광변환소자에 의해 편광 방향이 변환되어 다른 칼라빔과 다른 편광 방향을 가지는 칼라빔을 반사시키는 다이크로익 필터가 나머지 다른 다이크로익 필터에 비해 입사광을 기준으로 가장 뒤쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 유닛.
  10. 광원으로부터 출사된 광을 칼라 필터 유닛에 의해 칼라별로 분리하고, 입사광을 편광변환기에 의해 일편광의 광으로 만들어주며, 칼라별로 분리된 광을 이용하여 라이트밸브에 의해 칼라화상을 형성하는 프로젝션 시스템에 있어서,
    상기 칼라 필터 유닛은,
    입사광을 칼라 대역에 따라 편광 방향을 변환하여 주는 제1 칼라선택 편광변환소자;
    상기 제1 칼라선택 편광변환소자를 경유한 광을 칼라별로 분리해주는 칼라 필터;를 포함하여 분리된 칼라빔들 사이의 경계 영역에서 칼라 혼합 현상이 일어나지 않도록 된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 칼라 필터 유닛은 입사광을 일편광의 광으로 만들어 주는 편광변환기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 칼라 필터 다음에 배치되고 칼라에 따라 선택적으로 편광 방향을 변환하여 칼라 필터에 의해 분리된 칼라빔들의 편광 방향을 동일한 편광 방향으로 변환시켜 주는 제2 칼라선택 편광변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 칼라에 따라 서로 다른 편광 방향에 대응되는 반사 파장 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 입사광을 칼라에 따라 분리하는 복수개의 다이크로익 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 입사광 중 청색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제1 다이크로익 필터, 적색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제2 다이크로익 필터 및 녹색빔을 반사시키고 나머지 빔을 투과시키는 제3 다이크로익 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 녹색빔의 편광 방향이 청색빔과 적색빔의 편광 방향이 다른 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  17. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 복수개의 다이크로익 필터를 포함하고, 상기 제1 칼라선택 편광변환소자에 의해 편광 방향이 변환되어 다른 칼라빔과 다른 편광 방향을 가지는 칼라빔을 반사시키는 다이크로익 필터가 나머지 다른 다이크로익 필터에 비해 입사광을 기준으로 가장 뒤쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
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