KR20050045863A

KR20050045863A - 프로젝터

Info

Publication number: KR20050045863A
Application number: KR1020040091004A
Authority: KR
Inventors: 요시다간지; 가라사와조지
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2005-05-17
Also published as: US20050128439A1; JP2005141152A; CN100390659C; US7168812B2; JP4141938B2; KR100691071B1; EP1530378A2; TWI287165B; EP1530378A3; TW200527112A; CN1617043A

Abstract

본 발명의 목적은 미광에 의해 화상의 열화가 발생하기 어려운 프로젝터를 제공하는 것이다. 제 2 다이크로익 미러(23b)와 액정 라이트 밸브(26b) 사이에 자세 조절 기구(33)에 의해 그 자세가 미세 조정 가능하게 되어 있는 감광 필터(31)를 배치하고 있으므로, 감광 필터(31)를 적당히 기울이는 것만으로, 필드 렌즈(23f)의 다중 통과 등에 기인하는 집광에 대응하는 미광을 광로외로 배제할 수 있다. 이로써, 스크린 전면에 걸쳐서 균일한 밝기(화이트 레벨에서의 조도)의 화상을 투사할 수 있고, 스크린 전체에 색 불균일이 없는 화상을 투사할 수 있다.

Description

프로젝터{PROJECTOR}

본 발명은 액정 표시 패널 이외의 표시 장치를 이용하여 화상을 투사하는 프로젝터에 관한 것이다.

종래의 프로젝터로서 예를 들어 녹색의 광로상에 이 녹색을 흡수하거나, 또는 반사하는 감광(減光) 필터(neutral density filter)를 배치함으로써, 이 녹색의 광량을 감소시켜 목적으로 하는 화이트 밸런스(white balance)를 달성하는 것이 존재한다(특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 공보 제 1998-311968 호

그러나, 상기와 같은 프로젝터에 있어서, 그 조립후에 감광 필터의 투과율을 미세 조정하고 싶은 경우가 있지만, 이 경우 감광 필터 등을 교환할 수밖에 없다.

또한, 감광 필터를 반사형의 감광 필터로 치환하는 것도 가능하지만, 반사광에 의해 미광(迷光; stray light)이 발생할 가능성이 있고, 이러한 미광이 휘도 불균일 발생의 원인이 되어버린다.

여기에서, 본 발명은 조립후의 미세 조정이 용이하고, 미광에 의해 화상의 열화가 발생하기 어려운 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 제 1 프로젝터는, ⓐ 조명광을 사출하는 조명 장치와, ⓑ 조명 장치로부터의 조명광에 의해 조명되는 광변조 장치와, ⓒ 광변조 장치로부터의 화상광(畵像光)을 투사하는 투사 광학계와, ⓓ 광변조 장치의 전단에 배치되어 상기 광변조 장치에 입사하는 조명광의 강도를 감쇠시키는 반사형의 감광 필터와, ⓔ 감광 필터를 광축에 대하여 소정각만큼 경사시켜 유지하는 유지 수단을 구비한다.

상기 프로젝터에서는, 유지 수단이, 광변조 장치에 입사하는 조명광의 강도를 감쇠시키는 반사형의 감광 필터를 광축에 대하여 소정각만큼 경사시켜 유지하므로, 감광 필터의 표면에서의 반사광이 광로외로 벗어나게 되고, 이러한 반사에 기인하여 미광이 발생해서 투사상에 휘도 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 후단의 투사 광학계에 걸쳐서의 광로상에 배치된 렌즈 요소 등으로부터의 복귀광에 기인하여 의도하지 않는 집광(集光)이 발생할 경우에 있어서도, 이러한 미광에 기인하는 집광이 경사 상태로 유지된 감광 필터에서의 반사에 의해 광로외로 인도된다. 따라서, 렌즈 요소 등을 거친 다중 반사에 의한 복귀광에 의해 미광이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 조명의 불균일, 즉 휘도 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 감광 필터를 반사형으로 함으로써, 감광 필터에 열이 축적하는 것을 방지할 수 있고, 감광 필터의 특성을 장기간 안정적으로 유지할 수 있으므로, 휘도 불균일이 적은 투사 화상을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 제 2 프로젝터는, ⓐ 각 색의 조명광을 사출하는 조명 장치와, ⓑ 각 색의 조명광에 의해 각각 조명되는 각 색의 광변조 장치와, ⓒ 각 색의 광변조 장치로부터의 각 색의 화상광을 합성하여 사출시키는 광합성 부재와, ⓓ 광합성 부재를 거친 화상광을 투사하는 투사 광학계와, ⓔ 각 색의 광변조 장치중 적어도 하나의 전단에 배치되어 상기 적어도 하나의 광변조 장치에 입사하는 조명광의 강도를 감쇠시키는 반사형의 감광 필터와, ⓕ 감광 필터를 광축에 대하여 소정각만큼 경사시켜 유지하는 유지 수단을 구비한다.

상기 프로젝터에서는, 유지 수단이, 적어도 1개의 광변조 장치에 입사하는 조명광의 강도를 감쇠시키는 반사형의 감광 필터를 광축에 대하여 소정각만큼 경사시켜 유지하므로, 감광 필터의 표면에서의 반사에 기인하여 미광이 발생해서 휘도 불균일이나 색 불균일을 발생시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 후단의 투사 광학계에 걸쳐서의 광로상에 배치된 렌즈 요소 등으로부터의 복귀광에 기인하여 의도하지 않는 집광이 발생할 경우에 있어서도, 이러한 미광에 기인하는 집광이 경사 상태로 유지된 감광 필터에서의 반사에 의해 광로외로 인도된다. 따라서, 렌즈 요소 등으로부터의 복귀광에 의해 미광이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 투사상에 휘도 불균일이나 색 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 감광 필터를 반사형으로 함으로써, 감광 필터에 열이 축적하는 것을 방지할 수 있고, 감광 필터의 특성을 장기간 안정적으로 유지할 수 있고, 휘도 불균일이 적은 칼라 투사 화상을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 구체적인 태양에서는, 상기 프로젝터에 있어서, 감광 필터가 평판 형상이다. 이 경우, 균일한 광 감소를 달성할 수 있는 동시에, 감광 필터 자체에서의 반사 등에 의해 수렴하는 미광이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 구체적인 태양에서는, 유지 수단이 감광 필터의 광축에 대한 경사각을 조정하기 위한 조정 수단을 더 구비한다. 이 경우, 감광 필터에서의 반사광이 인도되는 방향을 미세 조정할 수 있고, 미광의 발생을 확실하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 감광 필터에 의한 감광도(減光度)의 미세 조정이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 구체적인 태양에서는, 감광 필터의 광축에 대한 경사각이 8° 이상이다. 이 경우, 미광을 광로외로 확실하게 인도할 수 있기 때문에, 투사상에 휘도 불균일이나 색 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 구체적인 태양에서는, 광변조 장치의 전단에 조명광의 광변조 장치로의 입사각을 조절하는 필드 렌즈(field lens)를 더 구비하며, 감광 필터가 상기 필드 렌즈의 전단에 배치된다. 이 경우, 필드 렌즈 등을 거친 복귀광에 기인하여 의도하지 않는 수렴광 등이 발생할 경우에 있어서도, 이러한 수렴광을 광로외로 인도할 수 있고, 투사 화상의 각 부의 밝기를 균일하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 구체적인 태양에서는, 각 색의 광변조 장치의 전단에 조명광의 광변조 장치로의 입사각을 조절하는 필드 렌즈를 각각 구비하며, 감광 필터가 상기 필드 렌즈중 적어도 하나의 전단에 배치된다. 이 경우, 필드 렌즈 등을 거친 복귀광에 기인하여 의도하지 않는 수렴광 등이 발생할 경우에 있어서도, 이러한 수렴광을 광로외로 인도할 수 있고, 투사 화상의 각 부의 밝기를 균일하게 할 수 있고, 색 불균일이나 밝기의 불균일의 발생을 방지할 수 있다.

[제 1 실시형태]

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 프로젝터의 구조에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 제 1 실시형태의 프로젝터의 광학계를 설명하는 도면이다. 이 프로젝터(10)는, 광원광(光源光)을 발생하는 광원 장치(21)와, 광원 장치(21)로부터의 광원광을 RGB의 3색으로 분할하는 광분할 광학계(23)와, 광분할 광학계(23)로부터 사출된 각 색의 조명광에 의해 조명되는 광변조부(25)와, 광변조부(25)로부터의 각 색의 화상광을 합성하는 크로스 다이크로익 프리즘(cross dichroic prism)(27)과, 크로스 다이크로익 프리즘(27)에 의해 합성된 화상광을 스크린(도시하지 않음)에 투사하기 위한 투사 광학계인 투사 렌즈(29)를 구비한다. 더욱이, 프로젝터(10)는, 광변조부(25)에 결합되어 있는 각 색의 표시 장치(이후에 상술됨)에 대하여 구동 신호를 발생하는 화상 처리부(40)와, 화상 처리부(40) 등을 적절하게 동작시킴으로써 장치 전체를 총괄적으로 제어하는 제어 장치(50)를 구비한다.

광원 장치(21)는, 광원 램프(21a)와, 한쌍의 플라이아이(fly-eye) 광학계(21b, 21c)와, 편광 변환 부재(21d)와, 중첩 렌즈(21e)를 구비한다. 여기에서, 광원 램프(21a)는, 예를 들어 고압 수은 램프로 이루어지고, 광원광을 시준(視準; collimating)하기 위한 오목 거울을 구비한다. 또한, 한쌍의 플라이아이 광학계(21b, 21c)는 매트릭스형으로 배치된 복수의 요소 렌즈로 이루어지고, 이들 요소 렌즈에 의해 광원 램프(21a)로부터의 광원광을 분할하여 개별적으로 집광·발산시킨다. 편광 변환 부재(21d)는 플라이아이(21c)로부터 사출된 광원광을 예를 들어 도 1의 지면에 수직한 S 편광 성분만으로 변환하여 다음 단의 광학계에 공급한다. 중첩 렌즈(21e)는 편광 변환 부재(21d)를 거친 조명광을 전체로 하여 적절하게 수렴시켜서, 각 색의 표시 장치의 중첩 조명을 가능하게 한다. 즉, 양쪽 플라이아이 광학계(21b, 21c)와 중첩 렌즈(21e)를 거친 조명광은 이하에 상술하는 광분할 광학계(23)를 거쳐, 광변조부(25)에 설치된 각 색의 표시 장치(25a, 25b, 25c)를 균일하게 중첩 조명한다.

광분할 광학계(23)는 제 1 및 제 2 다이크로익 미러(dichroic mirror)(23a, 23b)와, 3개의 필드 렌즈(23f, 23g, 23h)와, 반사 미러(23i, 23j, 23k)를 구비하고, 광원 장치(21)와 함께 조명 장치를 구성한다. 제 1 다이크로익 미러(23a)는 RGB의 3색중 R광을 반사하고 G광 및 B광을 투과시킨다. 또한, 제 2 다이크로익 미러(23b)는 입사한 GB의 2색중 G광을 반사하고 B광을 투과시킨다. 이 광분할 광학계(23)에 있어서, 제 1 다이크로익 미러(23a)에 의해 반사된 R광은 S 편광인 상태로 반사 미러(23i)를 거쳐서 입사 각도를 조절하기 위한 필드 렌즈(23f)로 입사하고, λ/2 위상차 판(23d)을 거쳐서 S 편광으로부터 P 편광으로 변환된다. 또한, 제 1 다이크로익 미러(23a)를 통과하여 제 2 다이크로익 미러(23b)에 의해 반사된 G광은 평행 평판상의 감광 필터(31)를 거쳐서 입사 각도를 조절하기 위한 필드 렌즈(23g)로 입사한다. 더욱이, 제 2 다이크로익 미러(23b)를 통과한 B광은 S 편광인 상태로 광로차를 보상하기 위한 릴레이(relay) 렌즈(LL1, LL2) 및 반사 미러(23j, 23k)를 거쳐서 입사 각도를 조절하기 위한 필드 렌즈(23h)로 입사하고, λ/2 위상차 판(23d)을 거쳐서 S 편광으로부터 P 편광으로 변환된다. 여기에서는 R광, B광과 G광이 상이한 편광에 의해 구성되어 있지만, R광, B광, G광이 동일한 편광에 의한 구성이어도 상관없다.

여기에서, 감광 필터(31)는 유리의 평행 평판의 한쪽면에 유전체 다층막을 균일하게 형성한 것이며, G광에 대하여 소망의 투과율을 갖는다. 이 감광 필터(31)는 유전체 다층막을 이용한 반사형의 필터이므로, 광 감소시에 광을 흡수하지 않기 때문에, 온도 상승이 거의 발생하지 않지만, 불필요한 반사광이 부차적으로 발생한다. 이러한 부차적 반사광은, 이하에 상술하지만, 감광 필터(31)를 광축에 대하여 미소각만큼 경사시킴으로써 광로외로 벗어나게 할 수 있어, 미광의 원인이 되는 것을 방지할 수 있다. 감광 필터(31)의 경사각은 유지 수단인 자세 조절 기구(33)에 의해 미세 조정할 수 있다. 이로써, 감광 필터(31)에 의한 감광도를 미세 조정할 수 있다.

광변조부(25)를 구성하는 각 색의 표시 장치(25a, 25b, 25c)는 각각이 광변조 장치인 3개의 액정 라이트 밸브(liquid crystal light valve)(26a, 26b, 26c)를 구비한다. 제 1 다이크로익 미러(23a)에 의해 반사된 R광은 필드 렌즈(23f) 및 λ/2 위상차 판(23d)을 거쳐서 R색 표시 장치(25a)에 설치한 액정 라이트 밸브(26a)로 입사한다. 제 1 다이크로익 미러(23a)를 투과하여 제 2 다이크로익 미러(23b)에 의해 반사된 G광은 자세 조절 기구(33), 필드 렌즈(23g)를 거쳐서 G색 표시 장치(25b)에 설치한 액정 라이트 밸브(26b)로 입사한다. 제 1 및 제 2 다이크로익 미러(23a, 23b) 양쪽을 투과한 B광은 필드 렌즈(23h) 및 λ/2 위상차 판(23d)을 거쳐서 B색 표시 장치(25c)에 설치한 액정 라이트 밸브(26c)로 입사한다. 각 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)는 입사한 조명광의 공간적 강도 분포를 변조하는 공간 광변조형의 표시 장치이며, 각 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)에 각각 입사한 3색의 조명광은 각 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)에 전기적 신호로서 입력된 구동 신호 또는 화상 신호에 따라 변조된다.

크로스 다이크로익 프리즘(27)은 광합성 부재이며, R광 반사용의 유전체 다층막(27a)과 B광 반사용의 유전체 다층막(27b)을 직교시킨 상태로 내장한 것이며, R색 표시 장치(25a)로부터의 R광을 유전체 다층막(27a)에 의해 반사하여 진행 방향우측으로 사출시키고, G색 표시 장치(25a)로부터의 G광을 유전체 다층막(27a, 27b)을 거쳐서 직진 사출시키고, B색 표시 장치(25a)로부터의 B광을 유전체 다층막(27b)에 의해 반사하여 진행 방향 좌측으로 사출시킨다. 이 때, R색 및 B색 표시 장치(25a, 25c)로부터 사출되는 화상광을 양쪽 유전체 다층막(27a, 27b)에 수직한 입사면에 대하여 수직 방향으로 진동하는 S 편광으로 하고, G색 표시 장치(25b)로부터 사출되는 화상광을 상기 입사면내에서 진동하는 P 편광으로 함으로써, 유전체 다층막(27a, 27b)에 의한 R, B광의 반사 효율을 높이면서, 양쪽 유전체 다층막(27a, 27b)에 의한 G광의 투과 효율을 높이고 있다.

화상 처리부(40)는 프로젝터(10) 전체의 동작을 총괄적으로 제어하는 제어 장치(50)로부터의 지시에 근거하여 동작하고, 커넥터(61)를 통해 퍼스널 컴퓨터로부터의 디지털 화상 신호나 비디오 재생 장치 등으로부터의 비디오 화상 신호가 입력된다. 화상 처리부(40)는 이들 화상 신호를 각 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)를 적절하게 동작시키기 위한 제어 신호로 변환하여 액정 구동부(41)로 출력한다. 액정 구동부(41)에서는, 이러한 제어 신호에 근거하여, 각 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)를 화소 단위로 표시 동작시키기 위한 구동 신호를 이들 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)에 각각 출력한다. 이로써, 각 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)에 투사 화상의 각 색의 휘도에 대응하는 2차원적인 편광 특성 분포를 형성할 수 있다.

도 2는 광변조부(25)나 그 주변의 광학 부품의 구체적인 배치를 설명하는 도면이다. 예를 들면, G색 표시 장치(25b)에 있어서, 액정 라이트 밸브(26b)의 입사측에는, 그 입사면에 대향하여 제 1 편광 필터(26e)가 배치되어 있어, 액정 라이트 밸브(26b)를 정확하게 특정 방향의 편광 성분(구체적으로는 S 편광)에 의해 조명할 수 있다. 또한, 액정 라이트 밸브(26b)의 사출측에는, 그 사출면에 대향하여 제 2 편광 필터(26f)가 배치되어 있어, 액정 라이트 밸브(26b)를 통과한 특정 방향에 직교하는 방향의 편광 성분만을 판독할 수 있다. 여기에서, 액정 라이트 밸브(26b)와 제 2 편광 필터(26f) 사이에는, 한쌍의 광학 보상 소자(26g, 26g)가 배치되어 있어, 액정층에 전계를 형성했을 때에 입사측과 사출측에 잔류하는 위상차를 보상하여 블랙(black) 레벨의 표시를 향상시킨다. 또한, 도면에서는 생략했지만, R색 표시 장치(25a)나 B색 표시 장치(25c)도, λ/2 위상차 판(23d)이 추가적으로 삽입되는 점을 제외하고 G색 표시 장치(25b)와 동일한 구조를 갖는다.

도 1에서도 설명한 바와 같이, 제 2 다이크로익 미러(23b)의 G광 사출측으로, 필드 렌즈(23g)의 전단에는 감광 필터(31)가 배치되어 있다. 이 감광 필터(31)는 자세 조절 기구(33)에 의해 광축(OA)에 대한 경사각을 조정할 수 있게 되어 있고, 이 자세 조절 기구(33)는 감광 필터(31)를 일단부측에서 피봇하는 피봇 부재(pivoted member)(34)와, 감광 필터(31)를 타단부측에서 고정하는 고정 장치(35)를 구비한다. 이 자세 조절 기구(33)에 유지된 감광 필터(31)는 피봇 부재(34)에 지지되어 광축(OA)에 대하여 예컨대 8°정도 경사진 상태로 되어 있고, 고정 장치(35)의 설정에 의해 그 각도 8°를 중심으로 하여 경사각을 미세 조정할 수 있도록 되어 있다. 이와 같이, 감광 필터(31)의 경사각을 조절함으로써, 이것에 설치한 유전체 다층막 자체의 투과율에 편차가 있는 경우나 감광 필터(31)에 도달하는 광학계의 수차(收差)나 흡수 등에 기인하여 투과율에 편차가 있는 경우라도, 그러한 투과율의 편차를 상쇄해서 목표로 하는 화이트 밸런스를 달성할 수 있는 동시에 고품위의 화상을 투사할 수 있다.

도 3은 자세 조절 기구(33)를 설명하는 사시도이다. 자세 조절 기구(33)는 감광 필터(31)를 유지하는 프레임(37)의 측부인 기단측을 광축(OA)에 수직한 축(AX1)을 중심으로 회전가능하게 지지하는 피봇 부재(34)와, 프레임(37)의 측방향의 선단부를 변위가능하게 고정하는 고정 장치(35)로 이루어진다. 후자의 고정 장치(35)는 프레임(37)의 선단측에 있어서 도시하지 않은 본체 부재에 장착되어 고정된 스테이(stay)(35a)와, 스테이(35a)에 형성한 긴 구멍(35f)을 통해 암나사 부재(37a)에 체결되는 나사(35b)를 구비한다. 도시의 상태에 있어서, 감광 필터(31)는 광축(OA)에 대하여 8°정도 경사진 상태로 되어 있고, 이 상태에서 나사(35b)를 암나사 부재(37a)내로 조임으로써, 스테이(35a)와 암나사 부재(37a)가 고정되어서, 프레임(37), 즉 감광 필터(31)가 광축(OA)에 대하여 8° 내지 15°정도 경사진 상태로 유지된다. 반대로, 나사(35b)를 암나사 부재(37a)에 대하여 풀면, 암나사 부재(37a)가 스테이(35a)에 대하여 이동가능하게 되어, 프레임(37), 즉 감광 필터(31)가 축(AX1)을 회전축으로 하여 회전한다. 이로써, 감광 필터(31)의 광축(OA)에 대한 경사각을 각도 8° 내지 15°의 범위에서 변화시킬 수 있다. 이렇게 변화된 상태에서, 다시 나사(35b)를 암나사 부재(37a)내로 조임으로써, 프레임(37), 즉 감광 필터(31)가 광축(OA)에 대하여 임의의 각도(α)만큼 경사진 상태로 유지된다.

도 4는 자세 조절 기구(33)의 변형예를 설명하는 사시도이다. 이 자세 조절 기구(33)는 감광 필터(31)를 유지하는 프레임(37)의 하부인 기단측을 광축(OA)에 수직한 축(AX2)을 중심으로 회전가능하게 지지하는 피봇 부재(134)와, 프레임(37)의 상측의 선단부를 변위가능하게 고정하는 고정 장치(135)로 이루어진다. 후자의 고정 장치(135)는 프레임(37)의 선단측에 있어서 도시하지 않은 본체 부재에 장착되어 고정된 스테이(135a)와, 스테이(135a)에 형성한 긴 구멍(135f)을 통해 암나사 부재(137a)에 체결되는 나사(135b)를 구비한다. 도시의 상태에 있어서, 감광 필터(31)는 광축(OA)에 대하여 8°정도 경사진 상태로 되어 있고, 이 상태에서 나사(135b)를 암나사 부재(137a)내로 조임으로써, 스테이(135a)와 암나사 부재(137a)가 고정되어서, 프레임(37), 즉 감광 필터(31)가 광축(OA)에 대하여 8° 내지 15°정도 경사진 상태로 유지된다. 반대로, 나사(135b)를 암나사 부재(137a)에 대하여 풀면, 암나사 부재(137a)가 스테이(135a)에 대하여 이동가능하게 되어, 프레임(37), 즉 감광 필터(31)가 축(AX2)을 회전축으로 하여 회전한다. 이로써, 감광 필터(31)의 광축(OA)에 대한 경사각을 각도 8° 내지 15°의 범위에서 변화시킬 수 있다. 이렇게 변화된 상태에서, 다시 나사(135b)를 암나사 부재(137a)내로 조임으로써, 프레임(37), 즉 감광 필터(31)가 광축(OA)에 대하여 임의의 각도(α)만큼 경사진 상태로 유지된다.

도 5는 감광 필터(31)의 투과율의 각도 의존성을 모의한 결과를 설명하는 그래프이다. 여기에서, 가로축은 파장(㎚)을 나타내고, 세로축은 투과율(%)을 나타낸다. 그래프에서도 명확한 바와 같이, 감광 필터(31)를 투과하는 조명광(본 실시예에서는 G광)의 파장과 목표로 하는 감광율(感光率)을 사전 설정함으로써, 감광 필터(31)의 경사각이 결정된다. 도 1 등에 도시하는 프로젝터(10)를 조립할 경우, 조립의 최종 단계에서 도 3 등에 도시하는 자세 조절 기구(33)를 이용하여 감광 필터(31)의 경사각을 미세 조정함으로써, 스크린에 투사되는 화상의 화이트 밸런스를 정밀하게 설정할 수 있다. 이하의 표 1은 감광 필터(31)의 경사각을 미세 조정하면서 감광 필터(31)의 투과율의 변화를 계측한 결과를 나타낸다.

[표 1] 경사각 가변 실험의 결과

경사각도	0°	2°	4°	6°	8°	10°	12°	14°
투과율(중심)	79%	75%	73%	71%	68%	67%	65%	64%

이 결과로부터도 명확한 바와 같이, 감광 필터(31)의 경사각이 적을 경우(예를 들면, 8° 이하), 경사각의 증가에 따라 투과율이 크게 감소한다. 한편, 감광 필터(31)의 경사각이 클 경우(예를 들면, 8° 초과), 경사각의 증가에 따른 투과율의 감소가 적어진다. 즉, 감광 필터(31)를 8° 이상 경사시킴으로써, 투과율의 미세 조정을 비교적 간단하게 실행할 수 있다.

도 6은 감광 필터(31)의 경사와 휘도 분포의 관계를 설명하는 그래프이다. 그래프에 있어서, 가로축은 감광 필터(31)상의 위치를 표시하고, 세로축은 각 위치에 있어서의 겉보기의 투과율을 표시한다. 점선으로 도시하는 바와 같이 감광 필터(31)를 광축에 대하여 수직으로 하여 경사를 없앤 경우, 화면의 중앙에서 투과율, 즉 투사상의 휘도가 증가하고, 화면의 양단부에서 투과율, 즉 투사상의 휘도가 감소한다. 한편, 실선으로 도시하는 바와 같이 감광 필터(31)를 광축에 대하여 수직한 상태로부터 미소각만큼 경사시킨 경우, 중앙과 양단부에서 투과율, 즉 투사상의 휘도가 균일화된다. 즉, 감광 필터(31)를 광축에 대하여 소정 이상으로 경사시킨 경우, 화면의 중앙에 조명광이 집중하여 중앙의 투사 화상이 밝아지는 현상, 즉 투사 화상의 중앙에 있어서 녹색을 띤 색 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이하의 표 2는 복수의 감광 필터(31)의 경사각을 적절하게 설정한 경우에 있어서의 투과율의 계측값의 변화를 설명하는 표이다. 여기에서, 「필터 1」과 「필터 2」는 감광 필터(31)로서 투과율이 상이한 별개의 필터를 사용한 것을 의미한다. 또한, 각 필터에 있어서, 「중앙」, 「우단부」 및 「좌단부」의 각 행은 화면의 각 위치에 대응하는 투과율을 의미한다.

[표 2] 감광 필터 경사 각도 가변 실험의 결과

		0°	2°	4°	6°	8°	10°	12°	14°
필터 1	중앙	83.9%	81.6%	79.3%	76.5%	73.7%	72.8%	72.5%	72.0%
	우단부	78.7%	77.6%	76.4%	74.8%	73.4%	73.1%	72.4%	72.1%
	좌단부	79.2%	77.7%	76.1%	74.7%	73.0%	72.3%	72.0%	71.6%
필터2	중앙	78.9%	76.2%	73.4%	70.7%	67.9%	66.8%	65.2%	64.7%
	우단부	74.0%	72.0%	69.9%	68.9%	67.3%	67.0%	65.1%	64.7%
	좌단부	73.7%	71.7%	69.7%	68.7%	67.7%	66.7%	64.7%	64.3%

도 7은 표 2의 계측값을 도포화한 그래프이다. 그래프에 있어서, 가로축은 감광 필터(31)의 경사 각도를 나타내고, 세로축은 각 위치에 있어서의 겉보기의 투과율을 나타낸다. 그래프로부터도 분명한 바와 같이, 「필터 1」 및 「필터 2」중 어떠한 것을 사용한 경우에 있어서도, 그들 경사 각도가 8° 이상이 되면 전면의 투과율이 거의 동등해지는 것을 알 수 있다. 즉, 감광 필터(31)의 경사 각도를 8° 이상으로 함으로써, 화면 전체에 걸쳐서 균일한 광 감소를 달성할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 감광 필터(31)의 자세와 투과율 분포의 관계를 설명하는 도면이다. 도 8a는 감광 필터(31)를 경사시키지 않은 경우의 조명 특성을 설명하는 도면이며, 도 8b는 감광 필터(31)를 적절하게 경사시킨 경우의 조명 특성을 설명하는 도면이다.

도 8a에 도시하는 바와 같이, 감광 필터(31)를 광축(OA)에 직교하도록 배치한 경우, 당초 조명광(L1)이 입사하는 감광 필터(31)의 후단에는, 정(positive)의 파워(power)를 갖는 필드 렌즈(23f)가 배치되어 있으므로, 액정 라이트 밸브(26b), 제 1 편광 필터(26e) 등에서 불필요한 광으로서 반사된 복귀광(L2)은 필드 렌즈(23f)에 의해 집광되어 감광 필터(31)로 입사한다. 감광 필터(31)는 복귀광(L2)을 반사하여 집광시키면서 다시 필드 렌즈(23f)로 미광(L3)을 입사시킨다. 필드 렌즈(23f)에 입사하는 미광(L3)의 수렴의 정도는 당초 조명광(L1)의 수렴의 정도보다도 커지고 있으므로, 미광(L3)은 액정 라이트 밸브(26b)의 중앙 영역만을 조명하게 된다. 이러한 현상이 반복되어서 다중 반사가 발생하고, 결과적으로 중앙 영역의 조명이 강해지게 된다. 따라서, 크로스 다이크로익 프리즘(27)을 통해 투사 렌즈(29)에 의해 도시하지 않은 스크린상로 투사되는 화상광중 G광은 스크린의 중앙에서 휘도가 높아져서 주변에서 광이 감소한다(도 6의 그래프의 점선 참조). 즉, 스크린에 투사된 화상중 중앙 부분은 G색의 밝기가 높아져서 전체로서 보면 색 불균일이 발생하게 된다.

한편, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 감광 필터(31)를 광축(OA)에 직교하는 상태로부터 경사시킨 경우에도, 액정 라이트 밸브(26b), 제 1 편광 필터(26e) 등에서 불필요한 광으로서 반사된 복귀광(L2)은 필드 렌즈(23f)에 의해 집광되어 감광 필터(31)로 입사한다. 그러나, 감광 필터(31)는 복귀광(L2)을 반사하여 더욱 집광시키지만, 반사 방향이 광축(OA)으로부터 벗어난 방향이므로, 필드 렌즈(23f)로 입사한 미광(L3)은 서서히 광로로부터 벗어난다. 따라서, 크로스 다이크로익 프리즘(27)을 통해 투사 렌즈(29)에 의해 도시하지 않은 스크린상에 투사되는 화상광중 G광은 스크린 전면에 걸쳐서 균일한 휘도를 갖는다(도 6의 그래프의 실선 참조). 즉, 스크린 전체에 색 불균일이 없는 화상을 투사할 수 있다.

이하, 제 1 실시형태에 따른 프로젝터(10)의 동작에 대해서 설명한다. 광원 장치(21)로부터의 광원광은 광분할 광학계(23)에 설치한 제 1 및 제 2 다이크로익 미러(23a, 23b)에 의해 색분할되어, 대응하는 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)에 조명광으로서 각각 입사한다. 각 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)는 외부로부터의 화상 신호에 의해 변조되어서 2차원적 굴절율 분포를 가져서, 조명광을 2차원 공간적으로 화소 단위로 변조한다. 이렇게, 각 액정 라이트 밸브(26a 내지 26c)에 의해 변조된 조명광, 즉 화상광은 크로스 다이크로익 프리즘(27)에 의해 합성되어 투사 렌즈(29)로 입사한다. 투사 렌즈(29)로 입사한 화상광은 도시하지 않은 스크린에 투영된다. 이 경우, 제 2 다이크로익 미러(23b)와 액정 라이트 밸브(26b) 사이에 자세 조절 기구(33)에 의해 그 자세가 미세 조정가능하게 되어 있는 감광 필터(31)를 배치하고 있으므로, 감광 필터(31)를 적절하게 경사지게 하는 것만으로, 필드 렌즈(23f)의 다중 통과 등에 기인하는 집광에 대응하는 미광을 광로외로 확실하게 배제할 수 있다. 이로써, 스크린 전면에 걸쳐서 균일한 밝기(화이트 레벨에서의 조도)의 화상을 투사할 수 있고, 스크린 전체에 색 불균일이 없는 화상을 투사할 수 있다.

[제 2 실시형태]

제 2 실시형태에 따른 프로젝터는 반사형의 광변조 소자인 디지털 미러 디바이스(Digital Mirror Device; DMD)를 사용한 프로젝터이다.

도 9는 제 2 실시형태의 프로젝터의 광학계를 설명하는 도면이다. 이 프로젝터(210)는, 광원 장치(221)와, 칼라 휠(color wheel)(271)과, 감광 필터(231)와, 디지털 미러 디바이스(DMD)(225)와, 투사 렌즈(229)를 시스템 광축(SA)을 따라 순차로 배치하여 구성되어 있다.

광원 장치(221)는 광원 램프와 리플렉터(reflector)로 이루어진다. 광원 장치(221)로부터의 광원광은 칼라 휠(271)로 입사한다. 칼라 휠(271)을 거쳐서 시계열적(時系列的)으로 전환하는 각 색의 조명광으로 색분할되어, 감광 필터(231)를 거쳐서 디지털 미러 디바이스(225)로 입사한다. 디지털 미러 디바이스(225)는 이것에 입사하는 각 색의 조명광을 주어진 화상 신호에 따라 각 화소에 대응하는 마이크로 미러에 의해 반사함으로써, 화상을 나타내는 화상광을 투사 렌즈(229)의 방향으로 사출하는 기능을 갖는 반사 방향 제어형의 공간 광변조 장치이다. 디지털 미러 디바이스(225)로부터 사출되는 화상광은 투사 렌즈(229)를 통해 스크린(도시하지 않음)상에 투사된다. 또한, 감광 필터(231)는 칼라 밸런스나 휘도의 조정에 이용된다. 이상의 프로젝터에 있어서, 감광 필터(231)는 자세 조절 기구(33)에 유지되어 있고, 시스템 광축(SA)에 대하여 미소각만큼 경사진 상태로 되어 있다. 이로써, 색 불균일의 원인이 되는 미광을 광로외로 배제할 수 있다.

이상, 실시형태에 의거하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 제 1 실시형태에 있어서, 감광 필터(31)를 배치하는 위치는 제 2 다이크로익 미러(23b)와 액정 라이트 밸브(26b) 사이로 한정하지 않고, 제 1 다이크로익 미러(23a)와 제 2 다이크로익 미러(23b) 사이로 할 수 있고, 또한 제 1 다이크로익 미러(23a)와 광원 장치(121) 사이로 할 수도 있다. 또한, 제 2 다이크로익 미러(23b)와 액정 라이트 밸브(26b) 사이에 감광 필터(31)를 배치할 뿐만 아니라, 다른 액정 라이트 밸브(26a, 26c)의 전단에도 감광 필터를 배치할 수 있다.

또한, 프로젝터(10)로서, 백색 광원으로부터의 광원광을 미러 등에 의해 집광하여 로드 인티그레이터(rod integrator)의 입사단으로 입사시켜, 로드 인티그레이터의 사출단에서 균일한 조명광을 얻는 동시에, 이 조명광에 의해 로드 인티그레이터의 사출단에 대면 배치한 단일의 칼라 표시형의 액정 라이트 밸브를 직접 조명할 수도 있다. 이러한 경우에도, 상기 실시형태와 같은 감광 필터(31)나 자세 조절 기구(33)를 결합함으로써, 색 불균일의 발생을 방지하면서 각부에 있어서 균일한 밝기를 갖는 화상을 투사할 수 있다.

본 발명에 따르면, 미광에 의해 화상의 열화가 발생하기 어려운 프로젝터를 제공할 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태에 따른 프로젝터의 구조를 설명하는 블록도,

도 2는 광변조부나 그 주변의 광학 부품의 구체적인 배치를 설명하는 도면,

도 3은 감광 필터를 위한 자세 조절 기구를 설명하는 사시도,

도 4는 도 3의 자세 조절 기구의 변형예를 설명하는 도면,

도 5는 감광 필터의 투과율의 각도 의존성에 대한 그래프,

도 6은 감광 필터의 경사와 휘도 분포의 관계를 설명하는 그래프,

도 7은 복수의 감광 필터의 경사각을 적당하게 설정한 경우의 투과율 계측값을 나타내는 그래프,

도 8a 및 도 8b는 감광 필터의 자세와 투과율 분포의 관계를 설명하는 도면,

도 9는 제 2 실시형태에 따른 프로젝터의 구조를 설명하는 블록도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 프로젝터 21 : 광원 장치

21a : 광원 램프 21e : 중첩 렌즈

23 : 광분할 광학계 23a : 제 1 다이크로익 미러

23b : 제 2 다이크로익 미러 23f, 23g, 23h : 필드 렌즈

25 : 광변조부 25a : R색 표시 장치

25b : G색 표시 장치 25c : B색 표시 장치

26a 내지 26c : 액정 라이트 밸브 27 : 크로스 다이크로익 프리즘

29 : 투사 렌즈 31 : 감광 필터

33 : 자세 조절 기구 34 : 피봇 부재

35 : 고정 장치 35a : 스테이

35b : 나사 35f : 긴 구멍

37 : 프레임 OA : 광축

Claims

조명광을 사출하는 조명 장치와,

상기 조명 장치로부터의 조명광에 의해 조명되는 광변조 장치와,

상기 광변조 장치로부터의 화상광(image of light)을 투사하는 투사 광학계와,

상기 광변조 장치의 전단에 배치되어서 상기 광변조 장치에 입사하는 조명광의 강도를 감쇠시키는 반사형의 감광 필터와,

상기 감광 필터를 광축에 대하여 소정각만큼 경사시켜 유지하는 유지 수단을 구비하는

프로젝터.
각 색의 조명광을 사출하는 조명 장치와,

각 색의 조명광에 의해 각각 조명되는 각 색의 광변조 장치와,

상기 각 색의 광변조 장치로부터의 각 색의 화상광을 합성하여 사출시키는 광합성 부재와,

상기 광합성 부재를 거친 화상광을 투사하는 투사 광학계와,

상기 각 색의 광변조 장치중 적어도 하나의 전단에 배치되어 상기 적어도 하나의 광변조 장치에 입사하는 조명광의 강도를 감쇠시키는 반사형의 감광 필터와,

상기 감광 필터를 광축에 대하여 소정각만큼 경사시켜 유지하는 유지 수단을 구비하는

프로젝터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 감광 필터는 평판 형상인 것을 특징으로 하는

프로젝터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 유지 수단이 상기 감광 필터의 광축에 대한 경사각을 조정하기 위한 조정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는

프로젝터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 감광 필터의 광축에 대한 경사각이 8° 이상인 것을 특징으로 하는

프로젝터.
제 1 항에 있어서,

상기 광변조 장치의 전단에, 조명광의 광변조 장치로의 입사각을 조절하는 필드 렌즈(field lens)를 더 구비하며, 상기 감광 필터는 상기 필드 렌즈의 전단에 배치되는 것을 특징으로 하는

프로젝터.
제 2 항에 있어서,

상기 각 색의 광변조 장치의 전단에, 조명광의 광변조 장치로의 입사각을 조절하는 필드 렌즈를 각각 구비하며, 상기 감광 필터는 상기 필드 렌즈중 적어도 하나의 전단에 배치되는 것을 특징으로 하는

프로젝터.