KR20070019388A - Ｄｌｐ 광학 엔진 - Google Patents

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KR20070019388A
KR20070019388A KR1020050074317A KR20050074317A KR20070019388A KR 20070019388 A KR20070019388 A KR 20070019388A KR 1020050074317 A KR1020050074317 A KR 1020050074317A KR 20050074317 A KR20050074317 A KR 20050074317A KR 20070019388 A KR20070019388 A KR 20070019388A
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Abstract

DLP 광학 엔진이 개시된다. 광원을 제공하는 램프 유닛과, 램프 유닛과 광학적으로 연결되며, 램프 유닛으로부터 입사된 광이 영상신호로 변환되도록 하는 광학부품들이 내장되며, 영상신호를 송출하는 주요렌즈를 포함하는 광학엔진 유닛과, 주요렌즈로부터 송출된 영상신호를 온빔(on beam) 또는 오프빔(off beam)으로 반사하는 DMD 소자와, 온빔(on beam)의 경로를 조절하는 프리즘과, 프리즘과 결합되며, 경로가 조절된 온빔(on beam)을 송출하는 투사렌즈와, 프리즘을 커버하는 엔진커버를 포함하되, 엔진커버에는 투사렌즈 중 오프빔(off beam)이 송출되는 영역을 차폐하는 차광부가 결합되는 DLP 광학엔진은, 별도의 장치 없이 엔진커버의 형상을 간단히 변경하는 것만으로 흑색(black)화면 구현시 투사렌즈에 침투하는 광을 완전히 차단함으로써, 저렴하고 용이하게 화면의 계조(contrast)를 향상시키고 선명한 화질을 구현할 수 있다.
DLP, 광학엔진, 엔진커버, 차광부

Description

ＤＬＰ 광학 엔진{DLP OPTICAL ENGINE}
도 1은 종래 기술에 따른 DLP 시스템을 나타낸 도면
도 2은 종래 기술에 따른 DLP 광학엔진의 커버를 나타낸 사시도.
도 3는 본 발명의 바람직한 일 실시예 따른 DLP 광학엔진의 커버를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예 따른 DLP 광학엔진의 분해사시도.
도 5는 도 4의 DLP 광학엔진을 조립한 경우 'A'부분에 대한 확대도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 온빔(on beam)영역 3 : 오프빔(off beam)영역
10 : 램프 유닛 20 : 광학엔진 유닛
22 : 주요렌즈 24 : DMD 소자
26 : 프리즘 28 : 투사렌즈
30 : 엔진커버 32 : 차광부
본 발명은 광학시스템에 관한 것으로, 상세하게는 DLP 광학시스템에 관한 것 이다.
DLP(Digital Light Processing) 장치는 현재 차세대 프로젝션 TV, 프로젝터용 패널로서 크게 각광을 받고 있다. 그 이유는 현재 사용 중인 LCD, CRT 패널보다 계조(contrast)가 뛰어나며 광학적 구조가 매우 간단하여 세트의 크기와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있기 때문이다.
DLP 장치는 도 1과 같이, MEMS 기술을 이용하여 만들어진 극히 미세한 거울에 램프에서 나온 빛을 반사하여 각각의 거울에 해당되는 픽셀의 밝기를 제어하는 구조로 이루어진다. 이때, 빛의 밝기만으로는 단지 계조(contrast) 밖에 표현할 수 없기 때문에 거울에서 반사되어 나온 빛은 컬러 휠(color wheel)을 통해 계조(contrast)와 색상을 모두 가지게 된다.
각 픽셀의 밝기는 각각의 픽셀에 해당하는 거울(1)이 광원 소스(3)에서 나온 빛을 프로젝션 렌즈(5)에 비추는 시간에 따라 결정되며, 이 과정은 PWW(Pulse Width Modulation)로 이루어지게 된다.
DLP 장치는 텍사스 인스트루먼트 사가 개발한 DMD(Digital Micro mirror Device) 소자를 사용하고 있다. DMD(Digital Micro mirror Device)라 함은, 미세 구동거울을 집적한 반도체 광 스위치로서, SRAM(Static Random Access Memory)의 1셀의 상부에 미세한 알루미늄합금 거울이 설치되어 있으며, 상기 미세 거울은 하부의 메모리의 정전계작용에 의하여 작동하게 된다.
이러한, DMD 방식 또한 단판식과 적색, 녹색, 청색을 분리하여 관리하는 3판식으로 나눌 수 있으나, 상기 방식 모두 기존 방식과 대비하여 완전한 디지털 방식 으로 색 재현성이 매우 뛰어난 장점이 있다.
이 외에도, 긴 수명과 높은 선명도, 입력된 디지털 영상 신호를 별도의 보정없이 바로 재현 가능하므로 원화질을 그대로 재현할 수 있는 점등이 높이 평가되고 있는 방식이다.
DLP 방식의 광학엔진은 외부 광원인 램프를 사용하는데, 개략적인 구성을 설명하면, 빛을 발하는 램프 유닛과, 외부로부터 입력된 영상 신호에 근거하여 램프 유닛으로부터 유입된 빛을 적당한 영상신호로 변환하는 광학엔진 유닛과, 광학엔진 유닛으로부터 송출된 영상신호를 반사하는 DMD 소자와, DMD 소자로부터 반사된 신호의 일부를 송출하는 투사렌즈와, 각 구성부품들의 지지를 위한 지지대로 이루어진다.
램프 유닛은 모든 색을 포함하는 백색광을 제공하는 광원으로써 사용되며, 주로 메탈 할라이드 램프(Metal Halide Lamp)가 사용된다. 참고적으로, 메탈 할라이드 램프는 저가의 금속 필라멘트 램프보다 완전하며 밝은 백색광을 제공하기 위하여 가스를 통하여 전기를 방전하는 방식으로 빛을 내는 램프이다.
광학엔진 유닛은 램프 유닛에서 생성되는 백색광을 외부로부터 입력된 영상 신호에 대응되도록 색을 분리, 조합하여 화상을 형성한 뒤 이를 투사시키는 역할을 하게 된다.
DMD 소자는 광학엔진 유닛으로부터 송출된 영상신호를 외부로부터 입력된 신호에 따라 온빔(on beam) 또는 오프빔(off beam)으로 반사하며, 이는 프리즘에 의해 경로가 변경되어 투사렌즈를 통해 밖으로 투사된다.
DMD 소자는 입력된 신호를 필요에 따라 온빔(on beam) 또는 오프빔(off beam)으로 반사하는 기능을 하며, 온빔(on beam)일 때에는 백색(white)화면을 구현하고, 오프빔(off beam)일 때에는 흑색화면을 구현하게 되는데, 온빔(on beam)일 때 DMD 소자의 반사각과 오프빔(off beam)일 때 DMD 소자의 반사각 사이의 값도 존재할 수 있다.
또한, DMD 소자가 온빔(on beam)에서 오프빔(off beam)으로 작용할 때에는 DMD 소자에서 광을 반사하는 기능을 하는 미러(mirror)가 온빔(on beam)에 상응하는 각도에서 오프빔(off beam)에 상응하는 각도로 변동하는 과정에서 중간값에 해당하는 각도의 상태를 거치게 되므로, 실제로는 오프빔(off beam) 상태라 하더라도 미러에 의해 일부의 광이 프리즘을 거쳐 투사렌즈를 통해 송출된다.
따라서, 종래의 DLP 광학엔진은 흑색(black)화면을 구현할 경우, 즉 DMD 소자에서 전체 신호를 오프빔(off beam)으로 반사하고자 하는 경우에도, 온빔(on beam)의 일부가 투사렌즈를 통해 투사되는 부분이 존재하게 되어 완벽한 흑색화면이 구현되지 못하고, 이에 따라 화면의 계조(contrast)가 저하되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 흑색(black)화면 구현시 투사렌즈에 침투하는 광을 완전히 차단하여, 화면의 계조(contrast)를 향상시키고 선명한 화질을 구현하는 DLP 광학엔진을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광원을 제공하는 램프 유닛과, 램프 유닛과 광 학적으로 연결되며, 램프 유닛으로부터 입사된 광이 영상신호로 변환되도록 하는 광학부품들이 내장되며, 영상신호를 송출하는 주요렌즈를 포함하는 광학엔진 유닛과, 주요렌즈로부터 송출된 영상신호를 온빔(on beam) 또는 오프빔(off beam)으로 반사하는 DMD 소자와, 온빔(on beam)의 경로를 조절하는 프리즘과, 프리즘과 결합되며, 경로가 조절된 온빔(on beam)을 송출하는 투사렌즈와, 프리즘을 커버하는 엔진커버를 포함하되, 엔진커버에는 투사렌즈 중 오프빔(off beam)이 송출되는 영역을 차폐하는 차광부가 결합되는 DLP 광학엔진이 제공된다.
본 발명 DLP 광학엔진은 오프빔(off beam)을 흡수하는 광흡수부를 더 포함할 수 있다. 또한, 엔진커버는 램프 유닛과, 광학엔진 유닛을 커버할 수 있다.
차광부는 엔진커버와 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 엔진커버는 금속판을 성형하여 제조되며, 차광부는 엔진커버의 일부를 절곡하여 프리즘과 투사렌즈 사이에 개재되도록 형성되는 것이 바람직하다.
투사렌즈는 온빔(on beam)이 송출되는 온빔(on beam)영역과 오프빔(off beam)이 송출되는 오프빔(off beam)영역을 포함하며, 차광부의 일 변은 온빔(on beam)영역과 오프빔(off beam)영역의 경계를 통과하는 선일 수 있다. 차광부의 형상은 일 변을 포함하는 삼각형인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 DLP 광학엔진의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 종래 기술에 따른 DLP 광학엔진의 커버를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예 따른 DLP 광학엔진의 커버를 나타낸 사시도이다. 도 2 및 도 3를 참조하면, 엔진커버(29, 30), 차광부(32)가 도시되어 있다.
본 발명은 반사되는 빔에 소정 각도의 경로차이를 발생시키는 DMD 소자를 이용한 DLP 광학엔진에 있어서, 흑색(black) 영상의 구현시 일부 광이 침투하여 화면의 계조(contrast)를 저하시키는 문제를 해결하기 위해, 엔진커버(30)의 형상을 일부 변형하여 침투하는 광을 차폐시킴으로써 보다 완벽한 흑색영상을 구현할 수 있도록 한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 엔진커버(30)에는 투사렌즈의 일부를 차폐할 수 있는 차광부(32)가 형성되며, 도 2와 같이 판재를 성형하여 제작되는 엔진커버(30)의 경우에는 판재의 일부가 차광부(32)로 기능할 수 있도록 차광부(32)를 엔진커버(30)와 일체로 형성하는 것이 좋다.
또한, 가공의 용이성 및 경제성을 고려할 때, 엔진커버(30)는 금속판을 성형하여 제조하는 것이 바람직하며, 이 경우 차광부(32)는 엔진커버의 일부를 절곡하여 프리즘과 투사렌즈 사이에 개재되도록 형성하는 것이 좋다. 다만, 본 발명이 엔진커버의 재질로서 반드시 금속판에 한정되는 것은 아니며, 가공이 용이하고 저렴한 다른 재질로도 제조될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이하, 본 발명에 따른 차광부(32)가 구비된 엔진커버(30)가 적용된 DLP 광학엔진에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DLP 광학엔진의 분해사시도이 다. 도 4를 참조하면, 램프 유닛(10), 광학엔진 유닛(20), 주요렌즈(22), DMD 소자(24), 프리즘(26), 투사렌즈(28), 엔진커버(30), 차광부(32)가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 DLP 광학엔진은 램프 유닛(10), 광학엔진 유닛(20), DMD 소자(24), 프리즘(26),투사렌즈(28)를 포함하여 구성되며, 각 구성요소는 엔진커버(30)에 의해 커버된다. 램프 유닛(10)은 광원을 제공하는 기능을 하고, 광학엔진 유닛(20)은 램프 유닛(10)으로부터 입사된 광을 변환할 수 있도록 램프 유닛(10)과 광학적으로 연결된다.
광학적 현상은 광의 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에서 출사된 광을 다른 쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다.
광학엔진 유닛(20)은 램프 유닛(10)으로부터 입사된 광이 영상신호로 변환되도록 하는 광학부품들이 내장되며, 주요렌즈(primary lens)(22)에 의해 변환된 영상신호가 송출된다. 램프 유닛(10) 및 광학엔진 유닛(20)은 종래기술과 크게 다르지 않으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
주요렌즈(22)로부터 송출된 영상신호는 DMD 소자(24)에 의해 반사된다. DMD 소자(24)는 입력된 신호를 필요에 따라 온빔(on beam) 또는 오프빔(off beam)으로 반사하는 기능을 하며, 온빔(on beam)일 때에는 백색(white)화면을 구현하고, 오프빔(off beam)일 때에는 흑색화면을 구현하게 된다. 온빔(on beam)일 때 DMD 소자(24)의 반사각과 오프빔(off beam)일 때 DMD 소자(24)의 반사각 사이의 값도 존재할 수 있다.
또한, DMD 소자(24)가 온빔(on beam)에서 오프빔(off beam)으로 작용할 때에는 DMD 소자(24)에서 광을 반사하는 기능을 하는 미러(mirror)가 온빔(on beam)에 상응하는 각도에서 오프빔(off beam)에 상응하는 각도로 변동하는 과정에서 중간값에 해당하는 각도의 상태를 거치게 되므로, 실제로는 오프빔(off beam) 상태라 하더라도 미러에 의해 일부의 광이 프리즘(26)을 거쳐 투사렌즈(28)를 통해 송출된다. 본 발명은 이와 같이 오프빔(off beam) 상태일 때 투사렌즈(28)를 통해 송출되는 일부 광을 간편하게 차단하기 위해 엔진커버(30)에 차광부(32)를 형성한 것이다.
DMD 소자(24)를 통해 반사된 온빔(on beam)은 투사렌즈(28)를 통해 효과적으로 송출될 수 있도록 프리즘(26)에 의해 경로가 조절된다. 즉, 프리즘(26)은 DMD 소자(24)로부터 반사되는 온빔(on beam)을 수광할 수 있도록 DMD 소자(24)와 광학적으로 연결되며, 투사렌즈(28)는 프리즘(26)에 의해 경로가 조절된 온빔(on beam)이 효과적으로 송출될 수 있도록 프리즘(26)과 결합된다.
이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 프리즘(26)의 한쪽 면(입광면)에는 DMD 소자(24)가 결합되며, 다른 쪽 면(출광면)에는 투사렌즈(28)가 결합되어 있다.
이와 같이 본 발명 DLP 광학엔진의 구성요소인 램프 유닛(10), 광학엔진 유닛(20), DMD 소자(24), 프리즘(26), 투사렌즈(28)는 지지대에 고정됨으로써 서로 연결될 수 있으며, 지지대를 포함한 광학엔진 케이스의 일부를 구성하는 엔진커버(30)가 결합된다.
본 발명은 엔진커버(30)의 형상을 도 4에 도시된 바와 같이 간단히 변경하여 투사렌즈(28) 중 오프빔(off beam)이 송출되는 영역을 차폐하는 차광부(32)를 형성하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명 DLP 광학엔진은 전술한 구성으로 이루어져 있으나, 각 구성요소의 명칭은 수행하는 기능에 따라 편의상 붙인 것으로서, 반드시 본 실시예의 명칭에 한정되는 것은 아니다. 따라서, DLP 광학엔진을 광원을 제공하는 부분과, 광원을 수광하여 영상신호를 송출하는 부분으로 구분하면, 전자는 본 발명에 따른 램프 유닛(10)에 해당하며 후자는 광학엔진 유닛(20), DMD 소자(24), 프리즘(26), 투사렌즈(28)를 포함한다.
본 발명 DLP 광학엔진은 오프빔(off beam)을 흡수하는 광흡수부를 더 포함할 수 있다. 즉,DMD 소자(24)로부터 반사되는 오프빔(off beam)의 경우 투사렌즈(28)를 통해 송출되지 않는 부분이므로, 그 일부라도 재반사를 통해서 투사렌즈(28)를 통해 송출되지 않도록 하기 위해서는 적절한 광흡수부를 부가하여 오프빔(off beam)이 완전히 흡수되어 재반사되지 않도록 하는 것이 좋다.
또한, 전술한 바와 같이 엔진커버(30)는 차광부(32)를 형성하는 역할도 하지만, 광학엔진의 케이스의 일부로서도 기능하므로 프리즘(26) 뿐만 아니라 램프 유닛(10), 광학엔진 유닛(20) 등 광학엔진의 각 구성부품을 모두 커버하도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 4의 DLP 광학엔진이 조립된 경우, 도 4의 'A' 부분을 확대하여 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 온빔(on beam)영역(1), 경계점(2), 오프빔(off beam)영역(3), 램프 유닛(10), 광학엔진 유닛(20), DMD 소자(24), 프리즘(26), 투 사렌즈(28), 엔진커버(30), 차광부(32)가 도시되어 있다.
DMD 소자(24)로부터 반사된 온빔(on beam)은 투사렌즈(28)의 온빔(on beam)영역(1)을 통해 송출되며, 오프빔(off beam)은 도 7에 도시된 오프빔(off beam) 영역으로 반사되어 광흡수부 등에 의해 흡수된다. 다만, 전술한 바와 같이 오프빔(off beam)의 일부는 투사렌즈(28)를 통해 송출될 수 있으며, 이로 인해 완벽한 흑색(black)화면이 구현되지 못하고, 화면의 계조(contrast)가 저하되는 결과를 초래한다.
본 발명에 따른 차광부(32)는 투사렌즈(28) 중 오프빔(off beam)이 송출되는 오프빔(off beam) 영역(3)을 차폐하여 오프빔(off beam)의 일부가 투사렌즈(28)를 통해 송출되는 것을 방지하며, 따라서, 이를 위해 차광부(32)는 온빔(on beam)영역(1)과 오프빔(off beam)영역(3)의 경계점(2)을 통과하는 선을 포함하는 형태로 형성된다. 차광부(32)의 일부가 온빔(on beam)영역(1)에 위치하게 되면 온빔(on beam)이 감쇄되는 결과가 되기 때문에, 차광부(32)가 온빔(on beam)영역(1)에 영향을 미치지 않도록 하기 위함이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 실시예의 차광부(32)는 온빔(on beam)영역(1)과 오프빔(off beam)영역(3)의 경계점(2)을 통과하는 사선을 한 변으로 하는 삼각형의 형태로 형성되어 있다. 오프빔(off beam)을 완전히 차단하고, 온빔(on beam)에 영향을 미치지 않으며, 가공의 용이성 및 경제성을 고려할 때 도 5와 같은 삼각형의 형태가 가장 최적의 차광부(32)의 형태이다.
다만, 본 발명이 반드시 차광부(32)의 형태로서 도 7에 도시된 것과 같은 삼 각형의 형태에 한정하는 것은 아니며, 오프빔(off beam)을 차단하고 온빔(on beam)에 영향을 미치지 않으며, 가공이 용이하고 저렴한 다른 형태의 차광부(32)도 포함할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 별도의 장치 없이 엔진커버의 형상을 간단히 변경하는 것만으로 흑색(black)화면 구현시 투사렌즈에 침투하는 광을 완전히 차단함으로써, 저렴하고 용이하게 화면의 계조(contrast)를 향상시키고 선명한 화질을 구현할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광원을 제공하는 램프 유닛과;
    상기 램프 유닛과 광학적으로 연결되며, 상기 램프 유닛으로부터 입사된 광이 영상신호로 변환되도록 하는 광학부품들이 내장되며, 상기 영상신호를 송출하는 주요렌즈를 포함하는 광학엔진 유닛과;
    상기 주요렌즈로부터 송출된 상기 영상신호를 온빔(on beam) 또는 오프빔(off beam)으로 반사하는 DMD 소자와;
    상기 온빔(on beam)의 경로를 조절하는 프리즘과;
    상기 프리즘과 결합되며, 경로가 조절된 상기 온빔(on beam)을 송출하는 투사렌즈와;
    상기 프리즘을 커버하는 엔진커버를 포함하되,
    상기 엔진커버에는 상기 투사렌즈 중 상기 오프빔(off beam)이 송출되는 영역을 차폐하는 차광부가 결합되는 DLP 광학엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오프빔(off beam)을 흡수하는 광흡수부를 더 포함하는 DLP 광학엔진.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엔진커버는 상기 램프 유닛과, 상기 광학엔진 유닛을 커버하는 DLP 광 학엔진.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차광부는 상기 엔진커버와 일체로 형성되는 DLP 광학엔진.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엔진커버는 금속판을 성형하여 제조되며, 상기 차광부는 상기 엔진커버의 일부를 절곡하여 상기 프리즘과 상기 투사렌즈 사이에 개재되도록 형성되는 DLP 광학엔진.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투사렌즈는 상기 온빔(on beam)이 송출되는 온빔(on beam)영역과 상기 오프빔(off beam)이 송출되는 오프빔(off beam)영역을 포함하며, 상기 차광부의 일 변은 상기 온빔(on beam)영역과 상기 오프빔(off beam)영역의 경계를 통과하는 선인 DLP 광학엔진.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차광부의 형상은 상기 일 변을 포함하는 삼각형인 DLP 광학엔진.
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