KR20060013032A - 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치 - Google Patents

Abstract

조명광의 집광효율을 높임과 아울러 특정 편광의 광을 조명할 수 있도록 된 구조의 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치가 개시되어 있다.

개시된 조명유니트는 반사면을 가지는 콜리메이터와 반사면 내에 위치되며 소정 파장의 광을 조사하는 광원을 구비한 하나 또는 복수의 광모듈을 포함하는 제1 및 제2광원유니트와; 제1 및 제2광원유니트 각각에서 조명된 광이 균일한 소정 편광의 광이 되도록 변환하는 제1 및 제2편광회복 인터그레이터와; 서로 다른 위치에서 입사된 광이 동일 경로로 진행하도록 입사광의 편광성분에 따라 진행 경로를 변환하는 편광빔스프리터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 개시된 화상투사장치는 상기한 조명유니트와; 편광빔스프리터에서 출사된 균일광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자와; 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치{Illuminating unit and projection type image display apparatus employing the same}

도 1은 종래의 조명유니트 및 이를 채용한 투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트를 보인 개략적인 도면.

도 3은 도 2에 도시된 광모듈의 일 실시예를 보인 사시도.

도 4는 도 3의 측면도.

도 5는 도 2의 광모듈을 어레이화한 광원유니트를 보인 개략적인 사시도.

도 6은 도 2에 도시된 제1 및 제2편광회복 광인터그레이터를 보인 분리사시도.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명유니트를 보인 개략적인 도면.

도 8은 도 7에 도시된 합성프리즘의 제1실시예에 따른 트리크로익 프리즘을 보인 개략적인 도면.

도 9는 도 7의 합성프리즘의 제2실시예에 따른 엑스 큐브 프리즘을 보인 개략적인 도면.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110, 210, 301...제1광원유니트 120, 220, 302...제2광원유니트

130, 231...광모듈 141...제1콘덴싱렌즈 유니트

145...제2콘덴싱렌즈 유니트

150, 303...제1편광회복 인터그레이터

160, 304...제2편광회복 인터그레이터

171...어퍼쳐 173...인터그레이터 로드

175...1/4 파장판 177...편광자

180, 280, 305...편광빔스프리터 190, 290...릴레이렌즈 유니트

235...합성프리즘 236...트리크로익 프리즘

237...엑스 큐브 프리즘 300...조명유니트

310...빔스프리터 320...화상형성소자

330...투사렌즈유니트 340...스크린

본 발명은 광을 조명하는 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것으로서, 상세하게는 조명광의 집광효율을 높임과 아울러 특정 편광의 광을 조명할 수 있도록 된 구조의 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 조명유니트는 일방향으로 광을 조사하는 광원과, 이 광원에서 조사된 빔을 전달하는 조명광학계로 구성되는 것으로, 자체적으로 발광 능력이 없는 액정표시소자 또는 디지털 마이크로미러 소자 등의 화상형성소자를 이용하여 화상을 구현하는 화상투사장치 등에 널리 채용된다.

최근 들어, LED(Light-emitting Diode) 등의 소형 발광소자를 광원으로 채용한 조명유니트 및 화상투사장치가 개발되고 있다. 한편, 이 LED는 일반적인 광원으로 이용되는 메탈 할라이드 램프나 수은 램프에 비하여 광량이 매우 적은 문제점이 있으므로, 화상투사장치에 채용하기 위해서는 집광효율 개선이 요구되고 있다.

이와 관련하여, 2004년 3월 4일자로 공개된 일본국 특개2004-70017호에 "투사장치의 조명 광학계 구조 및 투사장치"가 개시되어 있다.

이 개시된 투사장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 다른 편광의 광을 각각 조명하는 제1 및 제2조명계(I)(Ⅱ)와, 이 제1 및 제2조명계(I)(Ⅱ)에서 조명된 광을 합성하여 일 방향으로 향하도록 하는 편광프리즘(21)과, 광의 진행경로를 변환하는 전반사프리즘(23)과, 이 전반사프리즘(23)의 일측에 마련되어 화상을 형성하는 라이트 밸브(25) 및, 형성된 화상을 스크린(29)에 투사하는 투사렌즈유니트(27)를 포함한다.

여기서, 제1조명계(I)는 적, 청, 녹색 파장의 광을 각각 조명하는 것으로 서로 다른 위치에 배치된 제1 내지 제3LED 광원(11)(12)(13)과, 이 제1 내지 제3 LED 광원(11)(12)(13)에서 조사된 광이 동일 경로로 진행하도록 하는 파장합성기(14)와, 제1 및 제2렌즈 어레이(15)(16)로 이루어져 입사광이 균일광이 되도록 하는 광 인터그레이터(17)와, 이 광 인터그레이터(17)를 경유한 광이 일 편광의 광이 되도 록 하는 편광변환소자(18)를 포함한다. 제2조명계(Ⅱ)는 상기 제1조명계(Ⅰ)와 동일 구성을 가진다. 다만, 제2조명계(Ⅱ)의 편광변환소자(18')에서 변환된 편광의 방향은 제1조명계(I)의 편광변환소자(18)에서 변화된 편광의 방향과 다른 방향을 가진다.

따라서, 제1조명계(I)에서 조사된 일 편광의 광은 상기 편광프리즘(21)을 통과하여 전반사프리즘(23) 방향으로 향하고, 제2조명계(Ⅱ)에서 조사된 다른 편광의 광은 상기 편광프리즘(21)에서 반사되어 전반사프리즘(23) 방향으로 향한다.

이와 같이, 구성된 종래의 투사장치는 제1 및 제2조명계(I)(Ⅱ)를 이용하여, 광량을 증가시킬 수 있다는 이점이 있다. 하지만, 제1 및 제2조명계(I)(Ⅱ)를 구성함에 있어서, 제1 내지 제3 LED 광원에서 조명되는 광을 콜리메이팅하기 위한 구체적인 수단이 결여되어 있어서 집광손실이 크다는 문제점이 있다. 또한, 복수의 LED를 조합하여 제1 내지 제3 LED 광원을 구성함에 있어서, LED의 어레이화가 어렵다는 단점이 있다. 또한, 별도의 편광변환소자를 이용하여 편광을 변환하는 경우, 조명계의 구성이 복잡해진다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, LED 등의 광원을 이용하면서도 콜리메이팅 광을 조명하고, 조명광의 집광효율을 높일 수 있도록 된 구조의 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명유니트는, 반사면을 가지는 콜리메이터와 상기 반사면 내에 위치되며 소정 파장의 광을 조사하는 광원을 구비한 하나 또는 복수의 광모듈을 포함하는 제1광원유니트와; 상기 제1광원유니트에서 조명된 광이 균일한 제1편광의 광이 되도록 변환하는 제1편광회복 인터그레이터와; 상기 제1광원유니트와 다른 위치에 배치되는 것으로, 반사면을 가지는 콜리메이터와 상기 반사면 내에 위치되며 소정 파장의 광을 조사하는 광원을 구비한 하나 또는 복수의 광모듈을 포함하는 제2광원유니트와; 상기 제2광원유니트에서 조명된 광이 균일한 제2편광의 광이 되도록 변환하는 제2편광회복 인터그레이터와; 서로 다른 위치에서 입사된 제1 및 제2편광의 광이 동일 경로로 진행하도록 입사광의 편광성분에 따라 진행 경로를 변환하는 편광빔스프리터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상투사장치는, 상기한 조명유니트와; 편광빔스프리터에서 출사된 균일광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자와; 상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트는 서로 다른 위치에 배치되어 각각 광을 생성 조사하는 제1 및 제2광원유니트(110)(120)와, 제1 및 제2광원유니트(110)(120) 각각에서 조명된 광이 균일하면서도 소정 편광의 광이 되 도록 하는 제1 및 제2편광회복 인터그레이터(150)(160)와, 편광방향에 따라 입사광을 투과 또는 반사시켜 상기 제1 및 제2광원유니트(110)(120)에서 조사된 광이 동일 경로로 진행되도록 하는 편광빔스프리터(180)를 포함한다.

상기 제1 및 제2광원유니트(110)(120) 각각은 소정 파장의 광을 조사하는 하나 또는 복수의 광모듈(130)을 포함한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 광모듈(130)은 콜리메이터(131)와, 소정 파장의 광을 조사하는 광원(137)을 구비한다. 상기 콜리메이터(131)는 포물면 형상의 제1반사면(133)과, 사각형상의 단면을 가지는 글래스로드(glass rod)(132)를 포함한다. 광원(137)은 적어도 하나의 발광다이오드(LED), 레이저 다이오드 등으로 구성되는 소형 광원으로, 그 발광부분이 상기 제1반사면(133)의 초점(F) 및 그 주변에 위치된다. 상기 제1반사면(133)은 상기 글래스로드(132)의 일부를 포물면 형태로 가공하고, 그 외면에 반사코팅을 함에 의하여 형성된다. 또한, 상기 콜리메이터(131)는 상기 제1반사면(133)과 대면되는 위치의 상기 광원(137)에서 직접 조사된 광이 통과하는 영역(G)을 제외한 영역에 반사 코팅에 의하여 형성된 제2반사면(134)을 더 구비할 수 있다.

따라서, 상기 광원(137)에서 조사된 광 중 소정 방사각 범위 내의 광은 상기 제1반사면(133)에서 반사 된 후 평행광이 된다. 이 평행광은 글래스로드(132) 내부를 통과한 후 출광면(135)을 통하여 진행한다. 한편, 상기 광원(137)의 발광부분은 하나의 점을 이루는 것이 아니라 소정 면적을 가지므로, 이 발광부분 전체가 상기 제1반사면(133)의 초점 위치에 배치될 수는 없다. 따라서, 상기 광원(137)에서 조 사되고 상기 제1반사면(133)에서 반사된 광의 일부는 상기 제2반사면(134)으로 진행된다. 이때, 상기 제2반사면(134)은 입사된 광을 반사시켜 출광면(135) 쪽으로 향하도록 한다.

본 실시예에 따른 광모듈(130)은 광원(137)에서 조명된 광을 렌즈 대신 제1반사면(133)을 이용하여 콜리메이팅 시킴으로써, 렌즈를 사용시 야기되는 에텐듀(etendue) 등의 원리적 제약에 따른 효율이 저하되는 등의 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

상기한 실시예에 있어서, 글래스로드(132)를 이용한 콜리메이터(131)에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 글래스로드(132) 대신 속이 빈 광터널(미도시)의 일측에 포물 반사면을 형성하고, 그 내부를 반사 처리함으로써 반사면을 형성하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 조명유니트는 상기 제1 및 제2광원유니트(110)(120)를 구성함에 있어서, 광효율을 높이기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 광모듈(130)을 포함하는 것이 바람직하다. 도 5를 참조하면, 복수의 광모듈(130)은 조사하는 광의 파장에 따라 제1 내지 제3광모듈 어레이(130R)(130B)(130G)로 구별할 수 있다. 제1 내지 제3광모듈 어레이(130R)(130B)(130G) 각각은 적, 청, 녹색 파장의 광을 조사하는 광모듈을 각각 포함한다. 상기 제1 내지 제3광모듈 어레이(130R)(130B)(130G)를 동시 또는 순차로 구동하여, 광을 조사함에 의하여, 적, 청, 녹색 파장의 광을 조사함과 아울러, 이들의 조합으로 이루어진 풀 칼라의 광을 조명할 수 있다. 따라서, 후술하는 화상투사장치에 적용시, 칼라 구현을 위한 칼라 휠(color wheel)장치 없이도, 칼라 광을 조명할 수 있다.

또한, 본 발명예 따른 조명유니트는 상기 제1광원유니트(110)와 상기 제1편광회복 인터그레이터(150) 사이와, 상기 제2광원유니트(120)와 상기 제2편광회복 인터그레이터(160) 사이 각각에 배치된 제1 및 제2콘덴싱렌즈 유니트(141)(145)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 제1 및 제2콘덴싱렌즈 유니트(141)(145) 각각은 1매 이상의 렌즈로 구성되는 것으로, 입사된 평행광을 집속 전달한다.

상기 제1편광회복 인터그레이터(150)는 상기 제1광원유니트(110)와 상기 편광빔스프리터(180) 사이에 배치된다. 이 제1편광회복 인터그레이터(150)는 상기 제1광원유니트(110)에서 조명된 무편광의 광을 균일한 제1편광의 광 예컨대, S편광의 광이 되도록 변환한다. 그리고, 상기 제2편광회복 인터그레이터(160)는 상기 제2광원(120)과 상기 편광빔스프리터(180) 사이에 배치되는 것으로, 제2광원유니트(120)에서 조명된 무편광의 광을 균일한 제2편광의 광 예컨대, P편광의 광이 되도록 변환한다.

이를 위하여, 상기 제1 및 제2편광회복 인터그레이터(150)(160) 각각은 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2광원유니트(110)(120) 쪽으로부터 상기 편광빔스프리터(180) 방향으로 순차적으로 배열된 어퍼쳐(171), 인터그레이터 로드(173), 1/4 파장판(175) 및 편광자(177)를 포함한다.

상기 인터그레이터 로드(173)는 직육면체 형상의 글래스 로드로서, 소정 각도로 입사된 광을 글래스와 주변 공기 사이의 굴절률 차이를 이용하여, 내부 전반사시킴으로써 단면의 광량 분포가 균일한 광이 출사되도록 한다. 한편, 인터그레이 터 로드(173)는 상기한 글래스 로드 이외에도 내부면이 전반사 코팅된 속이 빈 사각 기둥 형상의 광터널로 구성될 수 있다.

상기 1/4 파장판(175)은 상기 인터그레이터 로드(173)의 출사단(173b)에 마련되며, 입사광의 위상을 지연시킴으로써 편광특성을 바꾸어준다. 즉, 입사된 광이 직선 편광의 광인 경우는 원편광의 광이 되도록 하고, 입사된 광이 원편광의 광인 경우는 직선 편광의 광이 되도록 한다. 따라서, 일 특정 편광의 광이 1/4 파장판(175)을 두 번 통과하는 경우 다른 특정 편광의 광이 된다. 예를 들어, P편광의 광이 상기 1/4 파장판(175)을 두 번 통과하는 경우는 S편광의 광이 된다. 마찬가지로, S편광의 광인 경우는 P편광의 광이 된다. 1/4 파장판(175)의 구조 및 위상 지연 동작 그 자체는 널리 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 편광자(177)는 1/4 파장판(175)의 일면에 마련되는 것으로, 입사광 중 특정 편광의 광은 투과시키고, 다른 편광의 광은 반사시킨다. 예컨대, P편광의 광은 투과시키고, S편광의 광은 반사시킨다. 물론, 격자 방향을 변경함으로써, S편광의 광은 투과시키고, P편광의 광은 반사시키도록 설정할 수 있다.

상기 어퍼쳐(171)는 상기 인터그레이터 로드(173)의 입사단(173a)에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2광원유니트(110)(120) 각각에서 입사된 광은 투과시키고, 상기 인터그레이터 로드(173) 쪽에서 입사된 광은 되반사시킨다. 이를 위하여, 상기 어퍼쳐(171)는 상기 인터그레이터 로드(173)와 마주하는 일부가 개구되어 있다. 그리고, 상기 인터그레이터 로드(173)와 마주하는 면이 전반사 코팅된 것이 바람직하다.

이하, 상기 제1편광회복 인터그레이터(150)의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 상기 제1광원유니트(110)에서 조명된 무편광의 광은 상기 어퍼쳐(171)를 통과하여 상기 인터그레이터 로드(173)에 입사된다. 이 입사된 광은 인터그레이터 로드(173)를 통과하면서 균일한 광이 되고, 상기 1/4 파장판(175)을 통과한 후 일 편광의 광 예컨대 S편광의 광은 상기 편광자(177)를 투과하여 상기 편광빔스프리터(180)로 향한다. 한편, 다른 편광의 광 예컨대 P편광의 광은 상기 편광자(177)에서 반사되고, 상기 1/4파장판(175)을 투과한 후 상기 인터그레이터 로드(173)를 경유하여 상기 어퍼쳐(171) 쪽으로 향한다. 이때, 1/4파장판(175)은 입사된 P편광의 광의 위상을 지연시킴으로써, 원편광의 광이 되도록 한다. 상기 어퍼쳐(171)는 반사된 원편광의 광을 상기 인터그레이터 로드(173) 방향으로 되반사시킨다. 이 되반사된 광은 상기 1/4파장판(175)을 다시 통과하면서 편광??향이 변환된 직선 편광의 광 예컨대 S편광의 광이 되고, 상기 편광자(177)를 투과하여 편광빔스프리터(180)로 향하게 된다. 따라서, 상기 제1편광회복 인터그레이터(150)에 입사된 무편광의 광은 균일한 특정편광의 광으로 변환된 상태로 상기 편광빔스프리터(180)에 입사된다.

제2편광회복 인터그레이터(160)의 동작도 상기 제1편광회복 인터그레이터(150)와 실질상 동일하다. 다만, 상기 편광빔스프리터(180)에 대한 상기 제1 및 제2편광회복 인터그레이터(150(160)의 광학적 배치를 고려하여, 상기 편광빔스프리터(180)로 향하는 광의 편광 방향이 서로 다르게 설정된다. 예를 들어, 상기 제1편광회복 인터그레이터(150)를 경유하여 조명된 광이 S편광의 광인 경우, 제2편광 회복 인터그레이터(160)를 경유하여 조명된 광은 P편광의 광이다. 물론, 그 역도 가능하다.

이와 같이, 제1 및 제2편광회복 인터그레이터(150)(160)를 구비하여 편광을 변환함으로써, 제1 및 제2광원유니트(110)(120)에서 조명된 광을 모두 이용하면서도, 광손실을 최소화할 수 있으므로 조명 효율을 높을 수 있다. 또한, 균일광 조명을 위한 구조와 편광변환을 위한 구조를 통합하여 일체로 구성함으로써, 전체 구성을 보다 컴팩트화 할 수 있다.

상기 편광빔스프리터(180)는 특정 편광의 광은 투과시키고, 다른 편광의 광은 반사시킴으로써, 입사광의 진행경로를 변환한다. 도 2와 같이 배치된 경우, 상기 제1광원유니트(110) 쪽에서 입사된 광은 투과시키고, 제2광원유니트(120) 쪽에서 입사된 광은 반사시킴으로써, 두 광을 합성시켜 동일한 경로로 진행하도록 한다. 이 편광빔스프리터(180)는 도시된 바와 같은 큐빅형 구조로 되거나, 평판형 구조(미도시)로 구성된다.

또한, 본 발명예 따른 조명유니트는 상기 편광빔스프리터(180)에서 합성된 광을 소망하는 결상 위치로 릴레이하는 1매 이상의 렌즈로 구성된 릴레이렌즈 유니트(190)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 조명유니트는 서로 다른 위치에 배치되어 각각 광을 생성 조사하는 제1 및 제2광원유니트(210)(220)와, 제1 및 제2광원유니트(210)(220) 각각에서 조명된 광이 균일하면서도 소정 편광의 광이 되도록 하는 제1 및 제2편광회복 인터그레이터(250)(260)와, 편광방향에 따라 입사광 을 투과 또는 반사시켜 상기 제1 및 제2광원유니트(210)(220)에서 조사된 광이 동일 경로로 진행되도록 하는 편광빔스프리터(280)를 포함한다. 본 실시예는 제1실시예와 비교하여 볼 때, 제1 및 제2광원유니트(210)(220)의 구조를 변경한 것에 특징이 있다. 한편, 이를 제외한 다른 구성요소들 즉, 제1 및 제2편광회복 인터그레이터(250)(260), 편광빔스프리터(280), 콘덴싱렌즈 유니트(241)(245) 및 릴레이렌즈 유니트(190)의 광학적 구성 및 배치는 앞서 설명된 바와 실질상 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1 및 제2광원유니트(210)(220) 각각은 소정 파장의 광을 조사하는 복수의 광모듈(230)과, 복수의 광모듈(230)에서 조명된 광을 합성하는 합성프리즘(235)을 포함한다. 여기서, 광모듈(230) 각각의 구성 자체는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 광모듈(130)과 실질상 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 제1 및 제2광원유니트(210)(220) 각각을 구성하는 광모듈(230)은 조사하는 파장에 따라 제1 내지 제3광모듈(231R)(231G)(231B)로 구분할 수 있다. 즉, 제1광모듈(231R)은 적색 파장의 광을 조명하는 하나 또는 복수의 광모듈로 구성된다. 그리고, 제2 및 제3광모듈(231G)(231B) 각각은 녹색, 청색 파장의 광을 조명하는 하나 또는 복수의 광모듈로 구성된다.

상기 합성프리즘(235)은 상기 제1 내지 제3광모듈(231R)(231G)(231B) 사이에 배치되는 것으로, 파장에 따라 입사광을 선택적으로 투과시켜 상기 제1 내지 제3광모듈(231R)(231G)(231B)에서 조사된 서로 다른 파장의 광이 상기 편광빔스프리터 (280) 방향으로 향하도록 한다.

상기 합성프리즘(235)의 실시예로서 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 구조의 트리크로익 프리즘(trichroic prism)(236)이 있다.

도면을 참조하면, 상기 트리크로익 프리즘(236)은 상호 접합된 3매의 제1 내지 제3프리즘(P1)(P2)(P3)을 구비한다. 제1프리즘과 제2프리즘(P1)(P2) 사이와, 제2프리즘(P2)과 제3프리즘(P3) 사이 각각에는 입사광을 파장에 따라 선택적으로 투과, 반사시키기 위한 제1 및 제2선택적 반사막(236a)(236b)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1선택적 반사막(236a)은 제1광모듈(231R)에서 조사된 적색 파장인 제1광(R)은 반사시키고, 제2 및 제3광모듈(231G)(231B) 각각에서 조사된 녹색 파장인 제2광(G)과 청색 파장인 제3광(B)은 투과시킨다. 제2선택적 반사막(236b)은 제3광(B)은 반사시키고, 제1 및 제2광(R)(G)은 투과시킨다.

따라서, 상기 제2프리즘(P2)으로 입사된 제1광(R)은 제3프리즘(P3)과 마주하는 면에서 임계각 전반사원리에 의하여 전반사되어 상기 제1선택적 반사막(236a)으로 입사된다. 이 제1광(R)은 상기 제1선택적 반사막(236a)에서 반사되고, 상기 제2 및 제3프리즘(P2)(P3)을 투과하여 진행한다. 그리고, 제2광(G)은 상기 제1 및 제2선택적 반사막(236a)(236b)을 투과하여, 상기 제1광(R)과 동일한 경로로 진행한다. 마지막으로, 제3광(B)은 상기 제3프리즘(P3)의 출사면(236c)에서 임계각 전반사원리에 의하여 전반사되어 상기 제2선택적 반사막(236b) 방향으로 향하고, 제2선택적 반사막(236b)에서 반사되어 제1 및 제2광(R)(G)과 동일한 경로로 진행한다.

한편, 상기 합성프리즘(235)의 다른 실시예로는 도 9에 도시된 바와 같은 구 조의 엑스 큐브 프리즘(238)이 있다. 도면을 참조하면, 개시된 엑스 큐브 프리즘(238)은 제1 내지 제3광(R)(G)(B) 각각이 입사된 제1 내지 제3입사면(238a)(238b)(238c)과, 이들 광이 통합되어 출사되는 출사면(238d) 및, X자 형태로 배열된 제1 및 제2선택적 반사면(239a)(239b)을 포함한다. 제1선택적 반사면(239a)은 제1입사면(238a)을 통하여 입사된 제1광(R)은 반사시키고, 제2 및 제3입사면(238b)(238c) 각각을 통하여 입사된 제2 및 제3광(G)(B)은 투과시키는 면이다. 한편, 제2선택적 반사면(239b)은 제3입사면(238c)을 통하여 입사된 제3광(B)은 반사시키고, 나머지 제1 및 제2광(R)(G)은 투과시키는 면이다. 따라서, 제1 내지 제3입사면(238a)(238b)(238c)을 통하여 입사된 제1 내지 제3광(R)(G)(B) 각각은 제1 내지 제3선택적 반사면(239a)(239b)을 경유하면서 선택적으로 투과 또는 반사되면서 합성되고, 상기 출사면(238d)으로 출사된다.

상기한 바와 같이, 제1 내지 제2광원유니트(210)(220)로서 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1 내지 제3광모듈(230R)과 합성프리즘(235)을 구비함으로써, 조명광의 광량을 보다 더 증가시킬 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화상투사장치는 균일광을 조명하는 조명유니트(300)와, 입사된 균일광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자(320)와, 이 화상형성소자(320)에서 형성된 화상을 스크린(340)에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트(330)를 포함한다.

상기 조명유니트(300)는 제1 및 제2광원유니트(301)(302)와, 제1 및 제2편광회복 인터그레이터(303)(304) 및 편광빔스프리터(305)를 포함하여, 서로 다른 위치 에 배치된 제1 및 제2광원유니트(301)(302)에서 조사된 광을 합성하여 조명하는 것으로, 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명된 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 조명유니트의 구성과 실질상 동일하다. 그러므로, 본 실시예에 있어서는, 상기 조명유니트(300)에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 조명유니트(300)를 구성하는 복수의 광모듈은 순차적으로 온/오프 구동되면서, 적색, 녹색, 청색 파장의 광을 순차적으로 조사한다. 따라서, 1패널 구조의 화상형성소자를 이용한 화상투사장치를 구성함에 있어서, 칼라 화상 구현에 이용되는 칼라휠(미도시) 등의 구성을 상기 조명유니트(300)가 대체할 수 있다.

상기 화상형성소자(320)는 입사된 균일한 조명광을 화소단위로 선택적으로 반사시켜 화상을 형성한다. 이 화상형성소자(320)는 반사형 액정표시소자 또는 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스) 등으로 구성된다. 여기서, 반사형 액정표시소자는 입사광의 편광특성을 이용하여 화상을 구현하는 것으로, 특정 편광의 광을 이용한다. 본 실시예의 경우, 제1 및 제2광원유니트(301)(302에서 조사된 광을 합성하기 위한 수단으로 특정 편광의 광을 이용함으로써, 별도의 편광변환소자 내지는 폴라라이저의 채용이 불필요하다.

상기 DMD는 독립적으로 구동되는 2차원 배열 구조의 마이크로미러 어레이를 포함하는 것으로, 입력된 화상신호에 따라 각 화소별 반사광의 각도를 독립적으로 설정함에 의하여 화상을 형성한다.

한편, 상기한 바와 같이, 화상형성소자(302)로서, 반사 타입을 채용한 경우, 광로를 변환하기 위한 수단으로서 상기 조명유니트(300), 상기 화상형성소자(320) 및 상기 투사렌즈유니트(330) 사이에 배치되는 빔스프리터(310)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이 빔스프리터(310)는 상기 조명유니트(300) 쪽에서 입사된 빔은 상기 화상형성소자(320) 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자(320) 쪽에서 입사된 빔은 스크린(340) 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환한다. 이 빔스프리터(310)는 임계각 전반사 특성을 이용하여 빔의 경로를 변환하는 구조의 임계각 프리즘, 소정 광량비로 빔을 분할하는 구조의 일반적인 빔스프리터, 또는 편광 방향에 따라 빔의 경로를 변환하는 편광빔스프리터 등으로 구성될 수 있다.

상기 투사렌즈유니트(330)는 상기 빔스프리터(310)에 마주하게 배치되어, 상기 화상형성소자(320)에서 형성되고, 상기 빔스프리터(310)를 경유하여 입사된 화상을 확대하여 스크린(340) 쪽으로 투사시킨다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 조명유니트는 제1 및 제2광원유니트를 이용하여 광을 생성하고, 이 생성된 광을 합성하여 조명함으로써 광량을 증가시킬 수 있다는 이점이 있다. 또한, 제1 및 제2광원유니트를 구성하는 광모듈의 구조적인 특성을 이용하여 그 크기를 소형화할 수 있고, 콜리메이팅된 광을 조명할 수 있어서 집광 효율을 높일 수 있다. 그리고, 균일광 조명을 위한 구조와 편광변환을 위한 구조를 통합하여 일체로 구성함으로써, 전체 구성을 보다 컴팩트화 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 화상투사장치는 상기한 조명유니트를 채용함으로써, 전체 크기를 소형화 할 수 있다. 또한, 광량이 증대되고 콜리메이팅 성능이 개선된 광을 이용하여 화상을 형성함으로써, 화상이 일정 비율로 확대되어 스크린에 투영되므로 스크린에 맺히는 화상의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 서로 다른 파장의 광을 조명하는 제1 내지 제3광모듈을 이용하여 칼라 광을 조명함으로써, 별도의 칼라 휠 장치 없이도, 칼라 화상을 구현할 수 있다는 이점이 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (5)

1. 반사면을 가지는 콜리메이터와 상기 반사면 내에 위치되며 소정 파장의 광을 조사하는 광원을 구비한 하나 또는 복수의 광모듈을 포함하는 제1광원유니트와;

   상기 제1광원유니트에서 조명된 광이 균일한 제1편광의 광이 되도록 변환하는 제1편광회복 인터그레이터와;

   상기 제1광원유니트와 다른 위치에 배치되는 것으로, 반사면을 가지는 콜리메이터와 상기 반사면 내에 위치되며 소정 파장의 광을 조사하는 광원을 구비한 하나 또는 복수의 광모듈을 포함하는 제2광원유니트와;

   상기 제2광원유니트에서 조명된 광이 균일한 제2편광의 광이 되도록 변환하는 제2편광회복 인터그레이터와;

   서로 다른 위치에서 입사된 제1 및 제2편광의 광이 동일 경로로 진행하도록 입사광의 편광성분에 따라 진행 경로를 변환하는 편광빔스프리터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2편광회복 인터그레이터 각각은,

   입사광이 균일광이 되도록 하는 인터그레이터 로드와;

   상기 인터그레이터 로드의 출사단에 마련되어 입사광의 위상을 바꾸어주는 1/4 파장판과;

   상기 1/4파장판의 일면에 마련되는 것으로, 소정 편광의 광은 투과시키고, 다른 편광의 광은 반사시키는 편광자와;

   상기 인터그레이터 로드의 입사단에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2광원유니트 각각에서 입사된 광은 투과시키고, 상기 편광자에서 반사되고 상기 1/4 파장판을 경유하여 입사된 광을 되반사시키는 어퍼쳐;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2광원유니트 각각의 광모듈은,

   적색, 녹색, 청색 파장의 평행광을 각각 조사하는 제1 내지 제3광모듈을 포함하고,

   상기 제1 및 제2광원유니트는,

   상기 제1 내지 제3광모듈 사이에 배치되는 것으로, 파장에 따라 입사광을 선택적으로 투과시켜 상기 제1 내지 제3광모듈에서 조사된 서로 다른 파장의 광이 상기 편광빔스프리터 방향으로 향하도록 하는 합성 프리즘;을 더 구비한 것을 특징으로 하는 조명유니트.
4. 제3항에 있어서,

   상기 합성 프리즘은,

   엑스 큐브 프리즘 또는 트리크로익 프리즘인 것을 특징으로 하는 조명유니트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 조명유니트와;

   편광빔스프리터에서 출사된 균일광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자와;

   상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.

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