KR20050111490A

KR20050111490A - 화상투사장치

Info

Publication number: KR20050111490A
Application number: KR1020040036638A
Authority: KR
Inventors: 이영철; 이원용; 소콜로프키릴; 이계훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-05-22
Filing date: 2004-05-22
Publication date: 2005-11-25
Also published as: US7267441B2; US20050259224A1; BRPI0501836A; CN1700055A; JP4707453B2; NL1028966A1; NL1028966C2; JP2005338827A; CN100394251C; KR100601678B1

Abstract

개시된 화상투사장치는, 서로 다른 색상을 가지는 제1 내지 제3광을 각각 조사하는 제1 내지 제3광원유닛과, 제1 내지 제3광의 광경로를 결합하는 광경로결합부재와, 제1 내지 제3광을 화상정보에 따라 순차적으로 변조하는 광변조소자와, 변조된 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛을 포함한다. 광경로결합부재는, 제1, 제2광이 입사되는 제1, 제2입사면과, 제1입사면과 대면된 제1출사면과, 제1광을 반사시키고 제2광을 투과시켜 제1출사면으로 안내하는 제1선택적반사면을 구비하는 제1프리즘; 제3광이 입사되는 제3입사면과, 제1출사면으로부터 출사되는 제1, 제2광이 입사되는 제4입사면과, 제4입사면과 대면된 제2출사면과, 제3광을 반사시키고 제1, 제2광을 투과시켜 제2출사면으로 안내하는 제2선택적반사면을 구비하는 제2프리즘;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

화상투사장치{Projection diaplay}

본 발명은 칼라화상표시를 위해 적색(R:red), 녹색(G:green), 청색(B:blue)광을 화상정보에 대응되도록 변조시켜 스크린에 확대투사하는 화상투사장치(projection display)에 관한 것이다.

화상투사장치에 광을 화상정보에 대응되도록 변조시키는 광변조소자와, 이를 조명하기 위한 조명유닛을 구비한다. 조명유닛에는 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프 등이 사용되었다. 이들 램프는 그 수명이 기껏해야 수 천 시간 정도이다. 그러므로, 가정용으로 사용되는 경우에 램프를 자주 교환하여야 하는 불편함이 있다. 또한, 이들 램프로부터 방출되는 백색광을 적색(R:red), 녹색(G:green), 청색(B:blue)광으로 분광시키기 위한 칼라휠 등이 필요하므로 조명유닛이 대형화되는 문제점이 있다.

근래에 LED 등의 소형광원을 채용한 화상투사장치가 개발되고 있다. 일본공개특허공보 특개 2001-305658호와 2003-186110호에는 LED를 사용하는 화상투사장치가 개시되어 있다. LED는 일반적으로 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프에 비해 광량이 적다. 따라서, 투사형 화상표시장치의 조명광원으로서는 다수의 LED가 어레이화된 LED 어레이가 사용된다. 스크린에 유효하게 투사되는 광량을 증가시키기 위해서는 LED에서 방출된 광이 광변조소자로 조사되기 전에 콜리메이팅시키게 되는데, 이 경우에는 렌즈를 사용하는 광학계의 원리적인 제약에 의해 집광효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 조명광학계의 장수명화와 단순화가 가능한 화상투사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화상투사장치는, 서로 다른 색상을 가지는 제1 내지 제3광을 각각 조사하는 제1 내지 제3광원유닛; 상기 제1 내지 제3광의 광경로를 결합하는 광경로결합부재; 상기 제1 내지 제3광을 화상정보에 따라 순차적으로 변조하는 광변조소자; 상기 변조된 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛;을 포함하며, 상기 광경로결합부재는, 상기 제1, 제2광이 입사되는 제1, 제2입사면과, 상기 제1입사면과 대면된 제1출사면과, 상기 제1광을 반사시키고 상기 제2광을 투과시켜 상기 제1출사면으로 안내하는 제1선택적반사면을 구비하는 제1프리즘; 상기 제3광이 입사되는 제3입사면과, 상기 제1출사면으로부터 출사되는 제1, 제2광이 입사되는 제4입사면과, 상기 제4입사면과 대면된 제2출사면과, 상기 제3광을 반사시키고 상기 제1, 제2광을 투과시켜 상기 제2출사면으로 안내하는 제2선택적반사면을 구비하는 제2프리즘;을 포함한다.

상기 제1 내지 제3광원유닛과 상기 제1 내지 제3입사면 사이 중에서 적어도 어느 한 곳에는 광의 진행방향을 바꾸는 편향프리즘이 설치될 수 있다. 이 때, 상기 편향프리즘의 입측과 출측에는 에어갭이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1 내지 제3광원유닛은, 포물면 형태의 제1반사면을 구비하는 콜리메이터와, 제1반사면의 초점 부근에 위치되는 소형광원을 포함하는 하나 이상의 광모듈을 구비한다. 상기 콜리메이터는, 상기 제1반사면과 대면되는 위치에 마련되는 평면형태의 반사면으로서, 상기 소형광원으로부터 광이 통과되는 광창이 마련된 제2반사면을 더 구비할 수 있다. 상기 콜리메이터는, 상기 광창의 가장자리에 상기 제2반사면에 대해 경사지게 마련되는 제3반사면을 더 구비할 수 있다. 상기 제2반사면은 상기 제1반사면의 주축에 대해 경사지게 마련되고, 상기 소형광원은 그 광축이 상기 주축에 대해 상기 제2반사면의 상기 주축에 대한 경사각도와 동일한 경사각도를 갖도록 설치될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화상투사장치는, 서로 다른 색상을 가지는 제1 내지 제3광을 각각 조사하는 제1 내지 제3광원유닛; 상기 제1 내지 제3광의 광경로를 결합하는 광경로결합부재; 상기 광경로결합부재의 출측에 설치되어 균일한 광강도를 갖는 면광을 형성하는 인테그레이터; 상기 인테그레이터로부터 출사되는 제1 내지 제3광을 화상정보에 따라 순차적으로 변조하는 광변조소자; 상기 변조된 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛;을 포함하며, 상기 제1 내지 제3광원유닛은, 포물면 형태의 제1반사면을 구비하는 콜리메이터와, 상기 제1반사면의 초점 부근에 위치되는 소형광원을 포함하는 하나 이상의 광모듈을 포함한다.

상기 광경로결합부재는, V자 형태로 배치되어 각각 제1광과 제3광을 반사시키는 제1, 제2다이크로익 필터;를 포함하며, 상기 제1, 제2광원유닛은 상기 제1다이크로익 필터의 투과측과 반사측에 각각 설치되고, 상기 제3광원유닛은 상기 제2다이크로익 필터의 반사측에 설치된다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 화상투사장치의 제1 실시예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 화상투사장치는 각각 제1 내지 제3광(R:적색광)(G:녹색광)(B:청색광)을 각각 방출하는 제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B), 제1 내지 제3광(R)(G)(B)의 광경로를 결합하는 광경로결합부재(120), 제1 내지 제3광(R)(G)(B)을 화상정보에 따라 순차적으로 변조하는 광변조소자(170), 변조된 제1 내지 제3광(R)(G)(B)을 스크린(S)에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛(180)을 포함한다. 본 실시예의 화상투사장치는 하나의 광변조소자(170)를 사용하는 단판식 화상투사장치이다. 본 실시예의 광변조소자(170)는 DMD(digital micromirror device)이다. 제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B)은 도 7에 도시된 바와 같이 다수의 광모듈(101 또는 102)을 어레이화한 것이다.

도 2는 광모듈의 일 실시예를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 측면도이다. 도 2와 도 3을 보면, 광모듈(101)은 콜리메이터(30)와 소형광원(10)을 포함한다. 소형광원(10)은 하나 이상의 LED, LASER 등을 포함한다. 콜리메이터(30)는 포물면 형태의 제1반사면(21)을 구비한다. 소형광원(10)은 제1반사면(21)의 초점(F) 부근에 위치된다. 본 실시예에서는 사각 단면을 가진 글래스 로드(24)의 일측부를 포물면 형태로 가공하고 그 외면에 반사코팅을 함으로써 제1반사면(21)을 형성한다. 콜리메이터(30)는 평면형태의 제2반사면(22)을 더 구비할 수 있다. 제2반사면(22)은 제1반사면(21)과 대면되게 위치된다. 제2반사면(22)에는 소형광원(10)으로부터 광이 입사될 수 있도록 광창(G)이 형성된다. 제2반사면(22)은 광창(G)을 제외한 글래스 로드(24)의 제1반사면(21)과 대면되는 평면을 반사처리함으로써 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 소형광원(10)이 그 광축(11)이 주축(26)에 대해 수직되도록 배치되어 있으나, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 콜리메이터(30)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 광창(G)의 가장자리에 제2반사면(22)에 대해 경사진 제3반사면(23)을 더 구비할 수 있다.

제1반사면(21)을 정의함에 있어서, "포물면 형태"라는 용어를 사용하고 있다. "포물면 형태"는 원추계수(conic coefficient) K = 1인 엄밀한 포물면 만을 의미하는 것은 아니다. 적어도 본 명세서에서 사용되는 "포물면 형태"라는 용어는 K가 -0.4 내지 -2,5 범위, 바람직하게는 -0.7 내지 -1.6 범위의 비구면을 의미한다. 제1반사면(21)의 K값은 소형광원(10)으로부터 방사되는 광을 조명하고자 하는 대상체에 유효하게 조명할 수 있는 방사각도 범위로 콜리메이팅시키기 위하여 상술한 범위 내에서 적절히 선정될 수 있다. 이하에서는 주축(26)을 포함하는 임의의 단면형상이 포물선 형상(K = -1)인 제1반사면(21)을 예로써 설명한다.

소형광원(10)은 주축(26)을 기준으로 대략 0∼180도 정도의 방사각(A)을 갖는 광을 방출한다. 제1반사면(21)은 포물면이고, 소형광원(10)은 제1반사면(21)의 초점(F) 부근에 위치된다. 따라서, 소형광원(10)로부터 방사된 광 중에서 그 방사각(A)이 제1반사면(21)의 개구각(B) 보다 큰 광(L1)은 제1반사면(21)에서 반사되어 주축(26)에 평행한 광이 된다. 이 광(L1)은 전반사 현상에 의하여 글래스 로드(24) 내부로 전파되어 출광면(25)을 통하여 출사된다. 소형광원(10)로부터 방사된 광 중에서 그 방사각(A)이 제1반사면(21)의 개구각(B) 보다 작은 광(L2)은 제1반사면(21)에 입사되지 않고 바로 글래스 로드(24) 내부로 전파된다. 이와 같이 콜리메이터(30)는 소형광원(10)로부터 대략 0∼180도 정도의 방사각(A)으로 입사된 광을 대략 0∼개구각(B) 범위의 방사각을 갖도록 콜리메이팅시킨다.

소형광원(10)은 정확히 그 발광점이 초점(F)에 위치되도록 배치될 수는 없다. 따라서, 소형광원(10)으로부터 방사된 광 중의 일부는 제1반사면(21)에서 반사되어 제2반사면(22)쪽으로 진행될 수 있다. 제2반사면(22)은 이러한 광(L3)을 반사시켜 출광면(25)쪽으로 향하도록 함으로써 광이용효율을 향상시킨다. 제3반사면(23)은 제1반사면(21)의 개구각(B)보다 작은 방사각도를 갖는 광을 반사시켜 제1반사면(21)으로 입사시킴으로써 콜리메이팅 효율을 향상시킨다.

렌즈를 사용하는 광학계의 원리적 제약에 따른 효율저하에 관하여 도 12a, 12b를 보면서 LED와 LED 어레이를 사용하는 경우를 예로 들어 보다 상세히 설명한다. 근축영역에서는 상의 크기와 각도와의 곱이 보존된다. 따라서, LED의 발광면적과 발광각도의 입체각과의 곱이 보존량이 되며, 이를 에텐듀(etendue)라 한다. 이 보존량이 광변조소자의 면적과 투사렌즈의 F치로부터 계산되는 입체각의 곱보다 작은 경우에 집광효율이 높아진다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 하나의 LED를 사용하는 경우, LED의 발광면적(Φ_L)과 입체각(U_L)과의 곱은 광변조소자의 발광면적(Φ _P)과 입체각(U_P)과의 곱과 같도록 할 수 있다. 다수개의 LED를 어레이화하여 사용하는 경우에는 도 12b에 도시된 바와 같이LED 어레이의 발광면적(∑Φ_L)이 하나의 LED를 사용하는 경우의 발광면적(Φ_L)보다 커지게 된다. 이 때 LED와 LED 어레이의 발광각도의 입체각(U_L)이 동일하고 강변조소자의 면적(Φ_P)은 동일하다. 따라서, 에턴듀가 보존되기 위해서는 LED 어레이를 사용하는 경우에 강변조소자의 발광각도의 입체각(U_P')은 하나의 LED를 사용하는 경우에 비해 커지게 된다. 따라서, 도 12b에 도시된 바와 같은 손실이 발생되어 집광효율을 저하시키게 되며, 결과적으로 화상투사장치의 밝기가 저하된다.

본 실시예에 따른 광모듈(101)에 따르면, 렌즈에 의하지 않고 제1반사면(21)에 의하여 소형광원(10)으로부터 방출되는 광을 콜리메이팅시킨다. 따라서, 렌즈를 사용하는 광학계의 원리적 제약에 따른 효율의 저하없이 광을 양호한 효율로 콜리메이팅시킬 수 있다. 광모듈(101)은 매우 작은 크기로 제작될 수 있기 때문에 다수개를 어레이화하더라도 광원유닛(110)의 크기는 종래의 램프보다 소형화된다. 또한, 광을 콜리메이팅시킴으로써 투사렌즈유닛(180)을 통하여 유효하게 투사될 수 있는 광량이 증가되어 광이용효율을 향상시킬 수 있다.

도 5는 광모듈의 다른 실시예를 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5의 측면도이다. 도 5와 도 6을 보면, 광모듈(102)은 제2반사면(22)이 제1반사면(21)의 주축(26)에 대해 각도 D 만큼 경사져있다. 소형광원(10)은 그 광축(11)이 제2반사면(22)에 대해 거의 수직이 되도록 설치된다. 결과적으로 소형광원(10)의 광축(11)은 제1반사면(21)의 주축(26)에 대해 각도 D 만큼 경사지게 된다. 이와 같은 구성에 따르면 광모듈(102)의 개구의 크기를 줄이는 효과가 있다. 도 6을 보면, 참조부호 AP1은 제2반사면(22)이 주축(26)과 나란한 도 2 내지 도 4에 도시된 광모듈(101)의 개구의 크기를 표시한 것이며, 참조부호 AP2는 본 실시예에 따른 광모듈(102)의 개구의 크기를 표시한 것이다. AP1와 AP2를 비교해 보면, 본 실시예에 따른 광모듈(102)의 개구의 크기가 도 2 내지 도 4에 도시된 광모듈(101)의 개구의 크기보다 작다는 것이 명백하다. 이와 같이 개구의 크기를 줄이면, 다수의 광모듈(101 또는 102)을 어레이화할 때 유리하다. 즉, 좁은 공간 내에 많은 광모듈(102)을 어레이화할 수 있어 제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B)의 광량을 증가시킬 수 있다. 또, 동일한 광량을 갖는 때에는 제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B)의 크기를 줄일 수 있다. 도 7에 도시된 본 실시예의 제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B)은 광모듈(102)을 어레이화한 것이다.

상술한 실시예에서는 글래스 로드(24)를 이용한 광모듈(101, 102)에 대하여 설명하였다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 내부가 빈 광터널의 일측부에 포물면을 형성하고 그 내부를 반사처리함으로써 제1, 제2반사면(21)(22)을 형성하는 것도 가능하다.

도 8은 광경로결합부재를 상세히 도시한 구성도이다. 도 8을 보면, 광경로결합부재(120)는 제1, 제2프리즘(120a)(120b)을 구비한다. 제1프리즘(120a)은 제1, 제2광(R)(G)이 입사되는 제1, 제2입사면(121)(122), 제1입사면(121)과 대면된 제1출사면(123), 제1광(R)을 반사시키고 제2광(G)을 투과시켜 제1출사면(124)으로 안내하는 제1선택적반사면(123)을 구비한다. 제2프리즘(120b)은 제3광(B)이 입사되는 제3입사면(125), 제1출사면(124)으로부터 출사되는 제1, 제2광(R)(G)이 입사되는 제4입사면(126), 제4입사면(126)과 대면된 제2출사면(128), 제3광(B)을 반사시키고 제1, 제2광(R)(G)을 투과시켜 제2출사면(128)으로 안내하는 제2선택적반사면(127)을 구비한다.

제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B)으로부터 조사된 제1, 내지 제3광(R)(G)(B)은 각각 제1 내지 제3입사면(121)(122)(125)으로 입사된다. 도 1을 보면, 제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B)은 서로 나란하게 배치된다. 제1, 제3광원유닛(110R)(110B)과 제1, 제3입사면(121)(125) 사이에는 제1, 제3광(R)(B)을 각각 제1, 제3입사면(121)(125)으로 입사시키기 위하여 광의 진행방향을 바꾸는 편향프리즘(190)이 설치된다. 이 때, 편향프리즘(190)의 입측과 출측에는 에어갭(AG)이 형성되는 것이 바람직하다. 도 1을 보면, 편향프리즘(190)과 제1, 제3입사면(121)(125) 사이에 투광체로 된 광안내부재(191)가 마련된다. 이 경우에는 편향프리즘(190)과 광안내부재(191)는 서로 약간 이격되는 것이 바람직하다. 또, 광안내부재(191)와 제1, 제3입사면(121)(125)도 약간 이격되는 것이 바람직하다. 에어갭(AG)은 광손실을 방지하기 위한 것이다. 에어갭(AG)이 없는 경우에는 도 9a에 도시된 바와 같이 광원유닛(110)으로 되돌아가는 광(L5)이나 광안내부재(191)를 투과하여 외부로 빠져나가는 광(L6)이 발생될 수 있다. 에어갭(AG)을 형성하면, 도 9b에 도시된 바와 같이 에어갭(AG)과 편향프리즘(191)과의 굴절률 차이에 의한 전반사조건이 성립되어 광이 외부로 빠져나가지 않는다.

이와 같은 구성에 의하여, 제1광(R)은 제1선택적반사면(123)에서 반사되고 제2선택적반사면(127)을 투과하여 제2출사면(128)으로 출사된다. 제2광(G)은 제1, 제2선택적반사면(123)(127)을 투과하여 제2출사면(128)으로 출사된다. 제3광(B)은 제2선택적반사면(127)에서 반사되어 제2출사면(128)으로 출사된다. 이와 같은 구성에 의하여 제1 내지 제3광(R)(G)(B)의 광경로가 결합된다.

광경로결합부재(120)로부터 출사된 광은 인테그레이터(140)로 입사된다. 인테그레이터(140)는 균일한 광강도를 갖는 면광을 형성한다. 인테그레이터(140)로서는, 사각단면을 가진 글래스로드 또는 내부 반사면을 가진 광터널이 채용될 수 있다. 도 1을 보면, 화상투사장치는 광경로결합부재(120)로부터 출사되는 광을 집광시켜 인테그레이터(140)로 입사시키기 위한 하나 이상의 콘덴싱 렌즈(130)를 더 구비할 수 있다. 인테그레이터(140)로부터 출사된 광은 TIR(total internal reflection)프리즘(160)을 거쳐 광변조소자(170)로 입사된다. 릴레이렌즈(150)는 인테그레이터(140)로부터 출사되는 광을 광변조소자(170)의 개구에 맞추어 확대 또는 축소한다. 광변조소자(170)는 제1 내지 제3광(R)(G)(B)을 화상정보에 대응되게 순차적으로 변조시킨다. 변조된 광은 TIR프리즘(160)에 의하여 투사렌즈유닛(180)으로 안내된다. 투사렌즈유닛(180)은 변조된 광을 스크린(S)에 확대투사한다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 화상투사장치에 따르면 소형광원(10)을 채용함으로써 광원유닛(110)의 장수명화를 구현할 수 있다. 렌즈에 의하지 않고 소형광원(10)으로부터 방출된 광을 콜리메이팅시킴으로써 집광효율을 향상시킬 수 있다. 다수의 광모듈(101 또는 102)을 어레이화함으로써 밝기를 향상시킬 수 있음은 물론, 광원유닛(110)의 소형화를 도모할 수 있다. 두 개의 프리즘(120a)(120b)을 이용하여 광(R)(B)(G)의 경로를 결합함으로써 구조적으로 단순화된 화상투사장치의 구현이 가능하다.

도 10은 본 발명에 따른 화상투사장치의 제2 실시예를 도시한 구성도이다. 본 실시예의 화상투사장치는 도 1에 도시된 제1실시예의 일 변형예로서 그 작용 효과는 도 1에 도시된 제1실시예와 거의 동일하다. 광경로결합부재(120)는 길이가 약간 길어진 제2프리즘(120c)을 구비하는 것을 제외하고는 도 8에 도시된 것과 동일하다. 도 10을 보면, 제1광원유닛(110R)은 제1입사면(121)으로 직접 제1광(R)을 직접 조사하도록 위치된다. 제2광원유닛(110G)은 제2입사면(122)으로 제2광(G)을 직접 조사한다. 제3광원유닛(110B)은 편향프리즘(190)과 광안내부재(191)를 거쳐 제3입사면(125)으로 제3광(B)을 조사한다. 제1, 제2광원유닛(110R)(110G)과 제1, 제2입사면(121)(122) 사이 및 제3광원유닛(110B)과 편향프리즘(190) 사이에는 콘덴싱 렌즈(130)가 위치된다. 이 경우에, 제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B)으로부터 출사된 광이 인테그레이터(140)의 입구에 집광되기 위해서는 제1 내지 제3광원유닛(110R)(110G)(110B)의 출측으로부터 제2출사면(128)에 이르기까지의 제1 내지 제3광(R)(G)(B)의 광경로의 길이는 동일한 것이 바람직하다. 제3광원유닛(B)과 제3입사면(125) 사이에 편향프리즘(190)과 광안내부재(191)를 삽입하고 제2프리즘(120c)을 채용한 것은 제1 내지 제3광(R)(G)(B)의 광경로의 길이를 동일하게 하기 위한 것이다.

도 11은 본 발명에 따른 화상투사장치의 제3 실시예를 도시한 구성도이다. 본 실시예의 화상투사장치는 도 10에 도시된 제2실시예에서 광경로결합부재(120)의 구성을 변형한 일 변형예로서 그 작용 효과는 도 1에 도시된 제1실시예와 거의 동일하다. 도 11을 보면, 광경로결합부재(120)는 V자 형태로 배치된 제1, 제2다이크로익 필터(120d)(120e)를 포함한다. 제1, 제2광원유닛(110R)(110G)은 제1다이크로익 필터(120d)의 투과측(TS)과 반사측(RS)에 각각 설치되고, 제3광원유닛(110B)은 제2다이크로익 필터(120e)의 반사측(RS)에 설치된다. 제1다이크로익 필터(120d)는 제1광(R)을 반사시키고 제2광(G)을 투과시킨다. 제2다이크로익 필터(120e)는 제1, 제2광(R)(G)을 투과시키고 제3광(B)을 반사시킨다. 이와 같은 구성에 의하여 광경로결합부재(120)를 통과하면 제1 내지 제3광(R)(G)(B)은 동일한 광경로로 결합된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 화상투사장치에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 소형광원을 채용함으로써 광원유닛의 장수명화를 구현할 수 있다.

둘째, 비구면 형태의 반사면을 갖는 콜리메이터를 채용하여, 렌즈에 의하지 않고 소형광원으로부터 방출된 광을 콜리메이팅시킴으로써 집광효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 다수의 광모듈을 어레이화함으로써 밝기를 향상시킬 수 있음은 물론, 광원유닛의 소형화를 도모할 수 있다.

셋째, 프리즘 또는 다이크로익 필터를 이용하여 3색광의 경로를 결합함으로써 단순한 구성의 단패널식 화상투사장치의 구현이 가능하다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 화상투사장치의 제1 실시예를 도시한 구성도.

도 2는 광모듈의 일 실시예를 도시한 사시도.

도 3은 도 2의 측면도.

도 4는 광모듈의 다른 실시예를 도시한 측면도,.

도 5는 광모듈의 또 다른 실시예를 도시한 사시도.

도 6은 도 5의 측면도.

도 7은 광모듈을 어레이한 광원유닛의 일 예를 도시한 사시도.

도 8은 광경로결합부재의 일 실시예를 도시한 구성도.

도 9a와 도 9b는 에어갭의 작용을 설명하는 도면.

도 10은 본 발명에 따른 화상투사장치의 제2 실시예를 도시한 구성도.

도 11은 본 발명에 따른 화상투사장치의 제3 실시예를 도시한 구성도.

도 12a, 도 12b는 렌즈를 사용하는 광학계의 원리적 제약을 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10......소형광원 11......광축

21......제1반사면 22......제2반사면

23......제3반사면 24......글래스 로드

25......출광면 26......주축

30......콜리메이터 101, 102......광모듈

110......광원유닛 120......광경로결합부재

120a, 120b(120c)......제1, 제2프리즘

120d, 120e......제1, 제2다이크로익 필터

130......콘덴싱 렌즈 140......인테그레이터

150......릴레이 렌즈 160......TIR 프리즘

170......광변조소자 180......투사렌즈유닛

Claims

서로 다른 색상을 가지는 제1 내지 제3광을 각각 조사하는 제1 내지 제3광원유닛; 상기 제1 내지 제3광의 광경로를 결합하는 광경로결합부재; 상기 제1 내지 제3광을 화상정보에 따라 순차적으로 변조하는 광변조소자; 상기 변조된 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛;을 포함하며,

상기 광경로결합부재는,

상기 제1, 제2광이 입사되는 제1, 제2입사면과, 상기 제1입사면과 대면된 제1출사면과, 상기 제1광을 반사시키고 상기 제2광을 투과시켜 상기 제1출사면으로 안내하는 제1선택적반사면을 구비하는 제1프리즘;

상기 제3광이 입사되는 제3입사면과, 상기 제1출사면으로부터 출사되는 제1, 제2광이 입사되는 제4입사면과, 상기 제4입사면과 대면된 제2출사면과, 상기 제3광을 반사시키고 상기 제1, 제2광을 투과시켜 상기 제2출사면으로 안내하는 제2선택적반사면을 구비하는 제2프리즘;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제1항에 있어서,

상기 광경로결합부재의 출측에 설치되어 균일한 광강도를 갖는 면광을 형성하는 인테그레이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 내지 제3광을 집광시켜 상기 인테그레이터로 입사시키는 하나 이상의 콘텐싱 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제3항에 있어서,

상기 하나 이상의 콘텐싱렌즈는 상기 제2출사면과 상기 인테그레이터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제3항에 있어서,

상기 제1 내지 제3광원유닛과 상기 제1 내지 제3입사면 사이에는 하나 이상의 상기 콘덴싱 렌즈 중 적어도 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 내지 제3광원유닛과 상기 제1 내지 제3입사면 사이 중에서 적어도 어느 한 곳에는 광의 진행방향을 바꾸는 편향프리즘이 설치된 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제6항에 있어서,

상기 편향프리즘의 입측과 출측에는 에어갭이 형성된 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 내지 제3광원유닛은 서로 나란하게 배치되며,

상기 편향프리즘은 상기 제1, 제3광원유닛과 상기 제2, 제3입사면 사이에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제1항에 있어서,

상기 광변조소자는 DMD인 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3광원유닛은,

포물면 형태의 제1반사면을 구비하는 콜리메이터와, 상기 제1반사면의 초점 부근에 위치되는 소형광원을 포함하는 하나 이상의 광모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제10항에 있어서, 상기 콜리메이터는,

상기 제1반사면과 대면되는 위치에 마련되는 평면형태의 반사면으로서, 상기 소형광원으로부터 광이 통과되는 광창이 마련된 제2반사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제11항에 있어서,

상기 제2반사면은 상기 제1반사면의 주축에 대해 경사지게 마련되고, 상기 소형광원은 그 광축이 상기 주축에 대해 상기 제2반사면의 상기 주축에 대한 경사각도와 동일한 경사각도를 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제11항에 있어서, 상기 콜리메이터는,

상기 광창의 가장자리에 상기 제2반사면에 대해 경사지게 마련되는 제3반사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
서로 다른 색상을 가지는 제1 내지 제3광을 각각 조사하는 제1 내지 제3광원유닛; 상기 제1 내지 제3광의 광경로를 결합하는 광경로결합부재; 상기 광경로결합부재의 출측에 설치되어 균일한 광강도를 갖는 면광을 형성하는 인테그레이터; 상기 인테그레이터로부터 출사되는 제1 내지 제3광을 화상정보에 따라 순차적으로 변조하는 광변조소자; 상기 변조된 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛;을 포함하며, 상기 제1 내지 제3광원유닛은,

포물면 형태의 제1반사면을 구비하는 콜리메이터와, 제1반사면의 초점 부근에 위치되는 소형광원을 포함하는 하나 이상의 광모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제14항에 있어서, 상기 콜리메이터는,

상기 제1반사면과 대면되는 위치에 마련되는 평면형태의 반사면으로서, 상기 소형광원으로부터 광이 통과되는 광창이 마련된 제2반사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제15항에 있어서,

상기 제2반사면은 상기 제1반사면의 주축에 대해 경사지게 마련되고, 상기 소형광원은 그 광축이 상기 주축에 대해 상기 제2반사면의 상기 주축에 대한 경사각도와 동일한 경사각도를 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제15항에 있어서, 상기 콜리메이터는,

상기 광창의 가장자리에 상기 제2반사면에 대해 경사지게 마련되는 제3반사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광경로결합부재는, V자 형태로 배치되어 각각 제1광과 제3광을 반사시키는 제1, 제2다이크로익 필터;를 포함하며,

상기 제1, 제2광원유닛은 상기 제1다이크로익 필터의 투과측과 반사측에 각각 설치되고, 상기 제3광원유닛은 상기 제2다이크로익 필터의 반사측에 설치되는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제18항에 있어서,

상기 제1 내지 제3광을 집광시켜 상기 인테그레이터로 입사시키는 하나 이상의 콘텐싱 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제19항에 있어서,

상기 제1 내지 제3광원유닛과 상기 제1 내지 제3입사면 사이에는 하나 이상의 상기 콘덴싱 렌즈 중 적어도 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제14항에 있어서,

상기 광변조소자는 DMD인 것을 특징으로 하는 화상투사장치.