KR20050118964A - 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

프로젝션 시스템이 개시되어 있다.

이 개시된 프로젝션 시스템은, 광원; 상기 광원에서 조사된 광을 칼라별로 분리하는 칼라 필터; 상기 칼라 필터를 통과한 칼라 광의 진행 경로를 변환시키는 광경로 변환기; 상기 광경로 변환기에 의해 경로가 변환된 광을 집광시키기 위해 양의 굴절력을 가지는 렌즈; 상기 렌즈를 통과한 광을 화상 신호에 따라 처리하여 칼라 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 칼라 화상을 스크린을 향해 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해 광의 균일도 및 집광 효율을 향상시키며 광학 부품을 최소화하여 프로젝션 시스템의 소형화가 가능하다.

Description

프로젝션 시스템{Projection system}

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집광 효율이 높고, 조명의 균일도를 향상시킨 소형화된 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

화상 형성 장치는 고출력 램프 광원으로부터 출사된 광을 화소단위로 on-off 제어하여 칼라화상을 형성하는 디스플레이 소자의 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 광학계의 경우 백색 광원으로부터 조사된 빔을 칼라필터를 이용하여 R,G,B 삼색빔으로 분리하고, 각 칼라빔을 순차적으로 디스플레이 소자로 보낸다. 그리고, 이 칼라 순서에 맞게 디스플레이 소자를 동작시켜 화상을 구현하게 된다.

디스플레이 소자로는 액정표시소자 또는 가동미러장치(deformable mirror device}가 있다.

가동미러장치는 액정표시소자에 비해 단가가 싸고, 열에 강하며, 해상도가 높은 장점이 있다. 하지만, 가동미러장치를 사용하기 위해서는 빔이 가동미러장치를 향해 수직에 가까운 각도를 가지고 입사되어야 하는 제한이 따른다. 이러한 제한으로 인해 광학 부품수가 증가되고, 광학 부품수가 증가됨에 따라 휘도가 감소되는 문제가 초래된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 광학 부품수를 줄이기 위한 노력이 계속되고 있다.

종래 화상 표시 장치가 미국 특허 No. 6,129,437호에 개시되어 있으며, 도 1은 여기에 개시된 화상 표시 장치의 구성도를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 화상 표시 장치는 아크(51)와 타원 미러(52)를 가진 백색 광원(50)과, 상기 백색 광원(50)으로부터 출사된 광을 칼라별로 분리시키는 칼라 필터(53)와, 칼라 필터(53)를 통과한 광이 통과하는 콘덴싱 렌즈(1)와, 콘덴싱 렌즈(1)를 통과한 광을 반사시키는 반사 미러(2)와, 상기 반사 미러(2)에 의해 반사된 광을 입력된 화상 신호에 따라 변조시켜 칼라 화상을 형성하는 디스플레이 소자(56)와, 제1 내지 제4 렌즈(571,572,573,574)를 포함하고 상기 칼라 화상을 스크린(58)에 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛(57)을 포함한다. 여기서, 미설명 부호 60은 글라스 로드 또는 플라이아이 인티그레이터를 나타낸다.

상기 반사미러(2)는 상기 디스플레이 소자(56)로부터 투사 렌즈 유닛(57)을 향하는 반사광의 광경로 외에 배치되는 오목 형상의 단일 미러이고, 또한 반사미러를 상기 백색 광원, 콘덴싱 렌즈를 포함하는 조명 광학계의 광축에 대해 편심되게 배치된다.

상기 구조에서는 광원(50)에서 출사된 광을 디스플레이 소자(56)에 입사시키기 위해 오목하게 형성된 반사미러(2)를 사용한다. 하지만, 오목 미러를 사용하여 빔을 상기 디스플레이 소자(56)에 적당한 각도로 입사시키는 것이 용이치 않을 뿐만 아니라, 미러를 사용하여 광을 집속시키기 때문에 발산량이 많고, 따라서 광효율과 균일도가 저하되는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 반사 미러와 렌즈를 구비하여 용이하게 빔을 디스플레이 소자에 원하는 각도로 입사시키고, 집광 효율과 조명 균일도를 향상시킨 프로젝션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은, 광원; 상기 광원에서 조사된 광을 칼라별로 분리하는 칼라 필터; 상기 칼라 필터를 통과한 칼라 광의 진행 경로를 변환시키는 광경로 변환기; 상기 광경로 변환기에 의해 경로가 변환된 광을 집광시키기 위해 양의 굴절력을 가지는 렌즈; 상기 렌즈를 통과한 광을 화상 신호에 따라 처리하여 칼라 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 칼라 화상을 스크린을 향해 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 렌즈는 적어도 일면이 비구면으로 형성된다.

상기 광경로 변환기는 평판 미러 또는 오목 미러로 된 것을 특징으로 한다.

상기 렌즈가 상기 광경로 변환기에서 반사된 광만이 통과되도록 상기 광경로 변환기와 디스플레이 소자 사이의 광경로 상에 배치되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로젝션 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템은, 도 2a를 참조하면 광원(100)과, 이 광원(100)으로부터 출사된 광을 칼라별로 분리시키는 칼라 필터(105)와, 입사광을 입력된 신호에 따라 처리하여 칼라 화상을 형성하는 디스플레이 소자(115)와, 상기 칼라 화상을 스크린(120)에 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛(117)을 포함한다.

상기 광원(100)은 광을 생성하는 램프(101)와, 이 램프(101)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(102)을 포함한다. 상기 반사경(102)은 상기 램프(101)의 위치를 일 초점으로 하고, 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 하는 타원경으로 구성될 수 있다. 또는, 상기 램프(101)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 램프(101)에서 출사되고 상기 반사경(102)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경으로 구성될 수 있다.

상기 칼라 필터(105)와 디스플레이 소자(115) 사이의 광경로상에는 칼라 필터(105)를 통과한 광이 디스플레이 소자(117)를 향해 입사되도록 광경로를 변환시키는 광경로 변환기(110)와 상기 광경로 변환기(110)에서 반사된 광을 상기 디스플레이 소자(115)를 향해 소정 각도를 가지고 집속되도록 하는 양의 굴절력을 가지는 렌즈(112)가 구비된다.

상기 칼라 필터(105)와 광경로 변환기(110) 사이의 광경로 상에는 칼라 필터(105)를 통과한 광을 균일광으로 만들기 위한 균일광 조명 수단과 광을 집속시키기 위한 콘덴싱 렌즈(109)가 배치된다.

상기 균일광 조명 수단으로는 글라스 로드, 플라이아이 렌즈 어레이 또는 인티그레이터가 사용될 수 있다.

한편, 상기 광경로 변환기(110)는 예를 들어, 평평한 반사 미러, 오목 반사 미러 또는 홀로그램 소자일 수 있다. 도 2a에는 광경로 변환기(110)가 평평한 반사 미러로 구성된 경우를 도시한 것이다.

또한, 상기 양의 굴절력을 가지는 렌즈(112)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있다. 상기 렌즈(12)는 양면 볼록 렌즈, 일면 볼록 렌즈로 구성될 수 있다. 도 2a에서는 상기 렌즈(12)를 양면 볼록 렌즈로 구성한 경우를 예시하였다. 상기 렌즈(112)를 비구면으로 형성하는 경우, 렌즈 양면을 비구면으로 형성하거나 어느 일면만을 비구면으로 형성할 수 있다.

여기서, 상기 광원(100)에서부터 광경로 변환기(110)까지에 이르는 광의 축이 상기 투사 렌즈 유닛(117)의 광축과 평행한 것이 바람직하다. 상기 광경로 변환기(110)에서 반사된 광이 상기 디스플레이 소자(115)에서 다시 반사되어 투사 렌즈 유닛(117)으로 입사될 때, 상기 광원(100)의 광축과 나란하게 입사되도록 상기 광경로 변환기(110)의 반사각도를 조절한다.

한편, 상기 양의 굴절력을 가지는 렌즈(112)는 상기 광경로 변환기(110)의 전방에 인접하게 배치되어 광경로 변환기(110)에서 반사된 광을 디스플레이 소자(115)를 향해 집속시킨다. 여기서는, 상기 칼라 필터(105)를 통과한 광이 상기 렌즈(112)를 통과해 광경로 변환기(110)에 입사되고, 상기 광경로 변환기(110)에서 반사된 광이 다시 렌즈(112)를 통과해 디스플레이 소자(115)로 입사된다.

이와 같이 광경로 변환기(110)로 입사되는 광과 광경로 변환기(110)에서 반사되는 광 양쪽이 상기 렌즈(112)를 통해 지나가도록 렌즈(112)를 배치할 수 있는 한편, 도 2b에 도시된 바와 같이 렌즈(112)를 광경로 변환기(110)에서 반사된 광만이 지나가도록 배치할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이 광경로 변환기(110)에서 반사된 광만이 상기 양의 굴절력을 가지는 렌즈(112)를 통과하도록 한다면 광의 간섭을 줄일 수 있어 효과적이다.

다음, 도 3은 양의 굴절력을 가지는 렌즈(112')를 일면이 볼록한 렌즈로 구성한 예를 도시하였다. 이때, 볼록면을 비구면으로 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로젝션 시스템을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 프로젝션 시스템은 도 2a와 비교하였을 때, 광경로 변환기가 평판 미러 대신에 오목 미러(111)로 되어 있는 점에서 다르며, 나머지 부재들은 동일하게 구성될 수 있다. 도 2a와 동일 참조 번호를 사용하는 부재에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

광경로 변환기로서 오목 미러가 구비되는 경우에는 평판 미러가 사용되는 경우에 비해 상기 렌즈(112)의 굴절력이 작게 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 프로젝션 시스템에서는 광원으로부터 출사된 광을 디스플레이 소자(115)에 대해 소정 각도로 입사되도록 하기 위해 광경로 변환기(110)(111)와 양의 굴절력을 가지는 렌즈(112)(112')를 한 쌍으로 마련하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 작용 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 도 2a를 참조하면, 광원(100)에서 출사된 백색광이 칼라 필터(105)에 의해 예를 들어, 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B) 순으로 순차적으로 필터링 된다. 필터링된 광은 상기 균일광 조명 수단(107)에 의해 균일광으로 되고 디스플레이 소자(115)의 형태와 같은 단면 형상을 가지며, 콘덴싱 렌즈(109)에 의해 상기 광경로 변환기(110)로 집광된다.

상기 광경로 변환기(110)에서 반사된 광은 상기 양의 굴절력을 가지는 렌즈(112)에 의해 집광된다. 미러로 된 광경로 변환기(110)에서 반사된 광은 일반적으로 발산되는데, 상기 렌즈(112)를 통해 집광되어 광효율이 증대되고, 광의 균일도가 증대된다.

또한, 종래의 화상 표시 장치에서와 같이 오목 미러를 사용하는 경우 수차 문제가 발생되는데, 본 발명에서는 광경로 변환기(110)와 함께 렌즈를 사용하기 때문에 렌즈에 의해 수차 문제, 집광 효율, 광의 균일도 문제가 쉽게 해결될 수 있다.

더욱이, 상기 양의 굴절력을 가지는 렌즈(112)의 적어도 일면을 비구면으로 형성하는 경우 효과적으로 집광 효율과 균일도를 향상시킬 수 있다.

상기 광경로 변환기(110)와 렌즈(112)에 의해 광을 디스플레이 소자(115)에 원하는 각도로 입사시킬 수 있으며, 디스플레이 소자(115)에서 화상 신호에 따라 화소마다 on-off 되어 칼라 화상이 형성된다. 이 칼라 화상은 투사 렌즈 유닛(117)을 통해 스크린(120)에 확대 투사된다.

본 발명에서는 광원에서 출사된 광의 경로를 변환시키기 위해 미러를 구비하고, 미러에서 반사된 광이 발산되는 것을 양의 굴절력을 가지는 렌즈를 이용하여 집속시킴으로써 집광 효율과, 균일도를 높인다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 광경로 변환기와 양의 굴절력을 가지는 렌즈를 구비하여 광의 균일도 및 집광 효율을 향상시키며 광학 부품을 최소화하여 소형화가 가능하도록 되어 있다.

특히, 본 발명에서는 양의 굴절력을 가지는 렌즈를 사용하여 광을 디스플레이 소자를 향해 집광시키기 때문에 수차, 광효율 및 균일도 문제를 쉽게 그리고 효과적으로 개선할 수 있다.

프로젝션 시스템의 조명계 중 옵셋 구조로 되어 있는 프론트 타입의 프로젝터에 적용하기가 용이하다.

도 1은 종래의 미국 특허 No. 6,129,437호의 화상 표시 장치를 나타낸 것이다.

도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2b는 도 2a에서 양의 굴절력을 가지는 렌즈의 위치를 변경한 예를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 변형예를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝션 시스템을 나타낸 것이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

100...광원, 105...칼라 필터

107...균일광 조명 수단, 109...콘덴싱 렌즈

110...평판 미러, 111...오목 미러

112,112'...렌즈, 115...디스플레이 소자

117...투사 렌즈 유닛, 120...스크린

Claims (10)

1. 광원;

   상기 광원에서 조사된 광을 칼라별로 분리하는 칼라 필터;

   상기 칼라 필터를 통과한 칼라 광의 진행 경로를 변환시키는 광경로 변환기;

   상기 광경로 변환기에 의해 경로가 변환된 광을 집광시키기 위해 양의 굴절력을 가지는 렌즈;

   상기 렌즈를 통과한 광을 화상 신호에 따라 처리하여 칼라 화상을 형성하는 디스플레이 소자;

   상기 칼라 화상을 스크린을 향해 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 렌즈는 적어도 일면이 비구면으로 형성된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광경로 변환기는 평판 미러로 된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광경로 변환기는 오목 미러로 된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 렌즈는 적어도 일면이 구면으로 형성된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 렌즈가 상기 광경로 변환기에서 반사된 광만을 통과시키도록 상기 광경로 변환기와 디스플레이 소자 사이의 광경로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 렌즈가 상기 광경로 변환기로 입사되는 광과 상기 광경로 변환기에서 반사된 광을 통과시키도록 상기 광경로 변환기와 디스플레이 소자 사이의 광경로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
8. 제 1항, 제 2항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 렌즈는 적어도 한 면이 볼록면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
9. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 칼라 필터와 광경로 변환기 사이의 광경로 상에는 칼라 필터를 통과한 광을 균일광으로 만들기 위한 균일광 조명 수단과 콘덴싱 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
10. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광원에서 광경로 변환기까지의 광축과 상기 투사 렌즈 유닛의 광축이 평행한 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.