KR20070059504A

KR20070059504A - 프로젝션 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20070059504A
Application number: KR1020050118411A
Authority: KR
Inventors: 황주성
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2007-06-12
Also published as: KR100760299B1; US20070126987A1; CN1979332A

Abstract

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 복수의 광원유닛, 상기 광원으로부터 제공된 광을 집속하는 조명계와, 상기 조명계로부터 빛을 제공받아 영상을 구현하는 회절소자와, 상기 회절소자에 의해 구현된 영상을 확대 투사하는 투영렌즈계와, 투사된 영상이 표시되는 스크린을 갖는 프로젝션 시스템에 있어서, 상기 광원유닛은 상이한 색상의 광을 제공하는 복수의 광원을 포함하고, 상기 조명계는, 상기 광원유닛으로부터 제공된 광을 합성하는 광합성부와, 합성된 광 중 어느 하나의 편광은 반사시키고, 반사된 광과 수직인 편광은 투과시키는 편광분할기와, 상기 광분할기와 상기 회절소자 사이에 배열되는 위상차슬릿을 포함한다. 이에 의해 광노이즈를 감소시킨 초소형 프로젝션 시스템을 제공하는 것이다.

Description

프로젝션 시스템{PROJECTION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른프로젝션 시스템의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 회절소자를 나타낸 도면이고,

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 위상차슬릿을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11, 13, 15 : 광원 21 : 광합성부

23 : 편광분기 25, 27 : 집광렌즈

30 : 회절소자 33, 34 : 위상차슬릿

40 : 스캔부 50 : 투영렌즈계

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회절소자를 사용하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝션 시스템은 디스플레이소자에 의해 구현된 영상을 스크린으로 확대 투사하여 대형 이미지를 제공하는 것이다. 이러한 프로젝션 시스템은 빛을 발광하는 광원과, 광원으로부터 발광된 빛을 집속하는 조명계와, 조명계로부터 제공된 빛으로 영상을 구현하는 디스플레이소자와, 디스플레이소자에서 구현된 빛을 스크린에 투사하는 투영렌즈계를 포함하는 광학계에 의하여 화상이 스크린에 구현된다.

디스플레이소자 중 2차원 공간 광변조기로는 DMD(DIGITAL MICROMIRROR DEVICE) 소자 또는 LCD(LIQUID CRYSTAL DISPLAY) 소자 등이 사용되며, 1차원 즉 라인 빔형상으로 영상을 구현하는 공간 광변조기로는 회절소자가 사용된다. 이 경우, 회절소자는 GLV(Grating Light Valve), SOM(Spatial Optical Modulator) 및 GEMS(Grating Electro-Mechanical System) 등이 사용된다. 광원으로부터 출사된 광은 각각의 미러를 통해 회절소자에서 회절되어 투영렌즈계로 입사된다.

종래의 프로젝션 시스템의 경우, RGB 각 광원에 대하여 개별적인 미러를 구비해야 하므로 시스템의 부피가 증가하고, 광학 디바이스들의 배열 및 조정이 어려워 조립 공정에 많은 시간이 소요되고, 이로 인하여 불량률이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 회절소자가 산화되거나 외부 물질과 접촉되는 것을 방지하기 위하여 통상적으로 회절소자 상에 커버 글라스(cover glass)를 구비하는데, 커버 글라스의 표면에서 반사되어 빛은 영상의 콘트라스트를 저하시킨다. 그리고, 회절소자에 의하여 회절되어야 하는 방향과 상이한 방향으로 빛의 회절이 이루어지는 경우, 최종적으로 스크린에 얼룩으로 인한 광노이즈가 발생된다.

따라서, 본 발명의 목적은 광노이즈를 감소시킨 초소형 프로젝션 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라 복수의 광원유닛, 상기 광원으로부터 제공된 광을 집속하는 조명계와, 상기 조명계로부터 빛을 제공받아 영상을 구현하는 회절소자와, 상기 회절소자에 의해 구현된 영상을 확대 투사하는 투영렌즈계와, 투사된 영상이 표시되는 스크린을 갖는 프로젝션 시스템에 있어서, 상기 광원유닛은 상이한 색상의 광을 제공하는 복수의 광원을 포함하고, 상기 조명계는, 상기 광원유닛으로부터 제공된 광을 합성하는 광합성부와, 합성된 광 중 어느 하나의 편광은 반사시키고, 반사된 광과 수직인 편광은 투과시키는 편광분할기와, 상기 광분할기와 상기 회절소자 사이에 배열되는 위상차슬릿을 포함하는 프로젝션 시스템에 의해 달성된다.

회절소자에 의하여 원하지 않는 방향으로 발생하는 회절을 방지하기 위하여 상기 위상차 슬릿은 상기 회절소자에 대응되는 부분에 형성되어 있는 투광영역과, 상기 투광영역의 양 옆에 인접하게 위치하며 광의 위상을 λ/2만큼 변화시키는 위상변환영역을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 위상변환영역에 의하여 광의 편광 상태가 변하는 것을 것이 바람직하다. 즉, P편광은 S편광으로, S편광은 P편광으로 전환되어 사용자가 원하는 편광상태를 얻을 수 있다.

회절소자로 입사되는 입사광과 회절광이 분리되어 있는 각도는 약 3~5°로 매우 작기 때문에 회절된 광이 위상변환영역으로 진행할 수 있기 위하여 상기 위상 차슬릿은 상기 편광분할기에 부착되어 있는 것이 바람직하다.

1차원 공간광변조기인 회절소자로부터 구현된 영상을 2차원의 영상으로 재현하기 위하여 상기 회절소자에 의하여 회절된 광을 상기 투영렌즈계로 스캔하는 스캔부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명한다.

여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 참조번호를 부여 하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.

이하 도1 및 도2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템을 설명한다. 도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략도이며, 도2는 위상차 슬릿이 형성되어 있는 회절소자를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이 프로젝션 시스템은 복수의 광원(11, 13, 15), 광합성부(21), 편광분할기(23), 회절소자(30), 스캔부(40) 및 투영렌즈계(50)를 포함한다. 또한, 프로젝션 시스템은 회절된 광을 집광하기 위하여 스캔부(40)의 입사면에 인접하게 배열되는 제1집광렌즈(25) 및 스캔된 광을 집광하여 투영렌즈계(50)로 유도하는 제2집광렌즈(27) 및 투영렌즈계(50)에 의하여 투사된 빛이 표시되는 스크린(미도시)를 더 포함한다.

광원(11, 13, 15)은 상이한 색상의 광을 제공하며, 균일성이 좋고 광효율이 높은 레이저가 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 목적 중의 하나는 소형 프로젝션 시스템을 제공하는 것이므로, 광원(11, 13, 15)으로 사용되는 레이저 역시 소 형으로 제작되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따른 광원(11, 13, 15)은 적색, 녹색 및 청색광을 제공하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 디스플레이소자에 특성에 따라 또는 입력되는 영상신호에 따라 적색, 녹색, 청색이 아닌 시안, 마젠타, 옐로우의 광이 제공될 수도 있다.

광합성부(21)는 복수의 광원(11, 13, 15)으로부터 입사된 광을 혼합한다. 이러한 광합성부(21)는 큐브 형태의 디크로익(dichroic) 프리즘 또는 디크로익 필터일 수 있다. 광합성부(21)를 구비함으로써 종래의 프로젝션 시스템에서 복수개로 마련되었던 미러 및 프리즘을 생략할 수 있다. 즉, 종래에 따른 프로젝션 시스템은 각 광원으로부터 출사되는 광을 각각의 회절소자로 유도하기 위한 개별적인 미러 또는 렌즈를 구비하였으며, 회절된 적색, 녹색, 청색광을 합성하기 위하여 프리즘 어레이를 구비하였다. 하지만, 본 실시예에 따른 광합성부(21)를 통해 복수의 광원은 하나의 구성요소를 통하여 하나의 회절소자(30)로 입사될 수 있으므로 프로젝션 시스템의 소형화에 기여할 수 있다.

편광분할기(23)는 광혼합부(21)로부터 입사된 광 중 어느 하나의 광축을 갖는 편광은 반사시키고, 반사된 편광과 수직인 편광을 투과시킨다. 즉, 편광분할기(23)는 입사광을 수직선편광(이하, P편광 이라함)을 투과시키고, 수평선편광(이하, S편광 이라함)은 투과시킨다.

다른 실시예에 따르면, 레이저가 아닌 즉, 편광되지 않은 빛이 입사되는 경우 우선 빛을 선평광 시킨 후 이를 분리할 수도 있다. 이러한 편광분리를 위하여 편광분할기(23)는 입사면 및 출사면 사이에 경사지게 형성된 편광분리면을 갖는 다수의 편광빔분할기(polarizing beam splitter) 프리즘들로 구성된다. 입사광은 편광빔분할기(polarizing beam splitter) 프리즘의 경사진 편광분리면에서 P편광과 S편광으로 분리되어 P편광은 그대로 출사되는 반면에 S편광을 편광분할기(23)에 부분적으로 부착되어 있는 1/2 파장판(미도시)에 의해 P편광으로 변환되어 출사된다. 이러한 편광분할기(23)에 의해 입사광이 모두 하나의 선편광인 P편광으로 출사된다. 편광분할기(23)는 와이어 격자 편광기(wire grid polarizer)로 마련될 수 있다.

회절소자(30)는 도2에 도시되어 있듯이 격자 형상으로 이루어진 회절 어레이(31)와 이러한 회절 어레이(31) 상에 마련되어 있는 위상차슬릿(33)을 포함한다. 본 실시예에 따른 위상차슬릿(33)은 회절 어레이(31)와 일체형의 하우징에 마련되어 있으며, 바람직하게는 위상차슬릿(33)이 상기 하우징의 일면으로 구성될 수 있다.

회절 어레이(31)는 GLV(Grating Light Valve), SOM(Spatial Optical Modulator) 및 GEMS(Grating Electro-Mechanical System)등으로 구성될 수 있으며, 외부로부터 인가되는 전기적 영상신호에 따라 광의 회절 효율을 변조한다.

위상차슬릿(33)은 회절어레이(31)에 대응되는 부분에 형성되어 있는 투광영역(33b)과, 투광영역(33b)의 양 옆에 인접하게 형성되어 있는 위상변환영역(33a)을 포함한다.

입사된 P편광(Ⅰ)은 회절어레이(31)에서 회절되면 스트라이프 형상의 회절어 레이(31)의 길이방향에 수직인 방향으로 회절된다. 이렇게 회절된 광(Ⅱ)은 위상변환영역(33a)을 통과하면서 입사방향에 대하여 위상이 λ/2만큼 변하기 때문에 편광상태가 P편광에서 S편광으로 변한다. 이런 S편광은 스캔부(40)로 입사되어 최종적으로 스크린에 도달한다.

회절되지 못하고 위상차슬릿(33)에 반사된 빛(Ⅲ) 또는 회절 어레이(31)의 길이방향에 수평한 방향으로 회절된 빛(Ⅲ)은 투광영역(33b)을 통과하게 되므로 편광상태가 변하지 않은 채, 즉 P편광 상태를 유지하면서 편광분할기(23)로 투과된다.

즉, 프로젝션 시스템에서 요구되는 편광 상태를 가진 광만이 스캔부(40)로 입사된다. 본 실시예에 따른 상기 편광상태는 S편광으로 회절된 P편광 또는 반사된 P편광은 다시 편광분할기(23)를 투과한다.

스캔부(40)는 회절소자(30)에 의해 선형으로 입사되는 광을 좌우방향으로 스캔하여 투영렌즈계(50)로 제공한다. 본 실시예에 따른 회절소자(30)는 선형 즉 1차원의 공간광변조기이기 때문에 2차원의 스크린에 영상을 구현하기 위하여 이를 스캔할 수 있는 광학 디바이스가 요구된다.

스캔부(40)는 갈바노(Galvano) 미러일 수 있으며, 선형의 영상을 좌우로 스캔하여 2차원 영상을 구현할 수 있는 것이면 이에 한정되지 않는다.

상술한 제1 및 제2집광렌즈(25, 27)는 입사된 광을 집광하여 광효율을 높이고 원하는 지점으로 광을 유도하는 역할을 한다. 이러한 집광렌즈(25, 27)로는 볼록 렌즈가 사용될 수 있으며, 대물렌즈, 접안렌즈 등 그 종류는 특정되지 않는다. 집광렌즈(25, 27) 이외에도, 개별적인 광학 디바이스 간에는 입사광을 평행광으로 콜리메이트 하기 위한 콜리메이터를 더 포함할 수도 있다.

투영렌즈계(50)는 회절소자(30)에 의해 구현된 영상을 스크린으로 확대 투사하도록 복수의 렌즈 등으로 마련된다. 투영렌즈계(50)는 구면, 비구면 형태의 다양한 렌즈를 구비하며, 색차 및 수차를 보정하기 위하여 상이한 초점거리 및 반지름을 갖는 렌즈들은 포함하고 있다.

도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 위상차슬릿을 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 위상차슬릿(34)은 제1실시예에 따른 회절소자(30)와 일체형으로 형성되지 아니하며 개별적인 판 형상으로 마련된다.

본 실시예에 따른 위상차슬릿(34) 역시 회절 어레이에 대응되는 부분에 형성되어 있는 투광영역(34b)과 투광영역(34b)의 양쪽에 인접하게 형성되어 있는 위상변환영역(34a)으로 구성되어 있다. 회절 어레이로부터 입사된 P편광은 위상변환영역(34a)에서 위상이 λ/2만큼 변화하여 S편광으로 편광상태가 바뀌고, 투광영역(34b)을 통과한 광은 그대로 P편광 상태로 편광분할기로 투과된다.

이러한 위상차슬릿(34)은 회절소자 및 편광분할기 사이에 독립적으로 위치할 수도 있으며, 편광분할기에 부착될 수도 있다. 회절소자로 입사된 광과 회절된 광 사이의 각도는 약 3~5°로 매우 작다. 따라서, 위상변환영역(34a)을 통과해야 할 빛들이 투광영역(34b)으로 입사되어 불필요한 노이즈를 생성할 수 있다. 이러한 광노이즈를 방지하고, 광효율을 증가시키기 위하여 위상차슬릿(34)을 편광분할기에 인접하게 매우 바람직하게는 편광분할기의 일면에 부착할 수 있다.

본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 복수의 광원(11, 13, 15)을 하나의 광합성부(21)를 통하여 혼합한 뒤에, 위상차슬릿(33, 34)를 통해 선택적으로 편광된 회절광을 스캔함으로써 영상을 구현한다. 이러한 구성을 통해 광노이즈가 감소되면서도, 소형인 프로젝션 시스템의 구현이 가능하다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광노이즈를 감소시킨 초소형 프로젝션 시스템이 제공된다.

Claims

복수의 광원유닛, 상기 광원으로부터 제공된 광을 집속하는 조명계와, 상기 조명계로부터 빛을 제공받아 영상을 구현하는 회절소자와, 상기 회절소자에 의해 구현된 영상을 확대 투사하는 투영렌즈계와, 투사된 영상이 표시되는 스크린을 갖는 프로젝션 시스템에 있어서,

상기 광원유닛은 상이한 색상의 광을 제공하는 복수의 광원을 포함하고,

상기 조명계는, 상기 광원유닛으로부터 제공된 광을 합성하는 광합성부와, 합성된 광 중 어느 하나의 편광은 반사시키고, 반사된 광과 수직인 편광은 투과시키는 편광분할기와, 상기 광분할기와 상기 회절소자 사이에 배열되는 위상차슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서,

상기 위상차 슬릿은 상기 회절소자에 대응되는 부분에 형성되어 있는 투광영역과, 상기 투광영역의 양 옆에 인접하게 위치하며 광의 위상을 λ/2만큼 변화시키는 위상변환영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서,

상기 위상변환영역에 의하여 광의 편광 상태가 변하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
상기 위상차슬릿은 상기 편광분할기에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서,

상기 회절소자에 의하여 회절된 광을 상기 투영렌즈계로 스캔하는 스캔부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.