KR20080004024A - 프로젝션 시스템 - Google Patents

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KR20080004024A
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윤찬영
정지혁
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, 적은 수의 광학부품을 사용하고 크기를 소형화할 수 있는 프로젝션 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 적색, 녹색, 및 청색 광원을 포함하는 조명계과; 상기 조명계로부터 출력되는 광이 입사되며, 상기 조명계의 적색, 녹색, 및 청색 광 중 적어도 하나의 색의 광을 선택적으로 투과 또는 반사되는 두 개의 플레이트로 이루어지는 X 플레이트와; 상기 X 플레이트로부터 출력된 광을 이용하여 화상 정보를 투사하는 투사계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
LED, 프로젝션, 적분기, 다이크로익 미러, 패널.

Description

프로젝션 시스템{Projection system}
도 1은 종래의 단판식 프로젝션 광학계의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 3판식 프로젝션 광학계의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 프로젝션 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1다이크로익 미러의 투과율 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2다이크로익 미러의 투과율 그래프이다.
도 6은 본 발명의 X 플레이트를 지나는 청색광 경로를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 X 플레이트를 지나는 적색광 경로를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 프로젝션 시스템의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 X 플레이트의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 X 플레이트의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
10 : 조명계 11 : 청색 LED
12 : 녹색 LED 13 : 적색 LED
14 : 적분기 15 : 제1조명렌즈
16 : 제2조명렌즈 20 : X 플레이트
21 : 제1다이크로익 미러 22 : 제2다이크로익 미러
30 : 투사계 31 : 패널
32 : 프리즘 33 : 투사렌즈
40 : 스크린
본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, 적은 수의 광학부품을 사용하고 크기를 소형화할 수 있는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
최근 대화면, 고화질 디스플레이 장치는 가장 중요한 이슈(issue) 중 하나로 떠오르고 있으며, 현재까지 이러한 대화면 디스플레이 장치로 개발되어 상용화 된 것에는 대표적으로 직시형 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 프로젝션 TV, 프로젝터 등이 있다.
이중에서 프로젝션 TV와 프로젝터는 공통적으로 광학 엔진이라는 장치를 포함하며, 이 광학엔진 내에는 신호 처리된 영상정보를 표시해주는 CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micro-mirror Device) 등의 디스플레이 소자가 사용된다.
상기 LCD를 이용한 프로젝터는 다시 투과형 LCD를 이용하는 시스템과 반사형 LCD(LCoS)를 이용하는 시스템으로 나뉜다.
도 1은 투과형 단판식 프로젝션 광학계의 일례를 나타내는 것으로, 이러한 프로젝션 광학계의 구성은, 램프(1), 컬러휠(3), 적분기(2), 조명렌즈(4), 패 널(5), 투사렌즈(6), 및 스크린(7)으로 구성된다.
상기 램프(1)는 백색광을 생성하는 광원이고, 상기 컬러휠(3)은 이러한 램프(1)의 광원에서 적색, 녹색, 및 청색 광을 순차적으로 분할하는 역할을 한다.
이때, 상기 적분기(2)는 램프(1)와 컬러휠(3) 사이에서, 상기 램프(1)에서 출사된 빛이 균일한 광도를 가지면서 원하는 형태로 셰이핑하는데 사용된다.
그리고, 상기 조명렌즈(4)는 적분기(2)에서 나온 빛을 패널(5)로 조명시키고, 이러한 패널(5)은 상기 램프(1)의 광이 컬러휠(3)에 의하여 생성된 영상정보를 받게 되며, 이러한 영상정보는 투사렌즈(6)를 통하여 스크린(7)에 결상된다.
이러한 단판식 프로젝션 시스템은 컬러휠에 의해 소음이 발생하며, 표현할 수 있는 컬러 영역에 제한이 있어 색순도가 좋지 않은 문제점이 있었다.
한편, 도 2는 3판식 투과형 LCD의 광학계를 도시하고 있다. 이는 램프(1)와, 다수의 다이크로익 미러(dichroic mirror: 8)와, 이중프리즘(9)과 액정 패널(5)로 이루어지는 투사계와, 렌즈(4) 및 미러(8')로 이루어진다.
이러한 3판식 광학계는, 도시하는 바와 같이, 다수의 미러, 세 개의 패널, 및 다수의 다이크로익 미러를 포함하는 많은 광학 부품으로 이루어지므로, 그 구조가 복잡하고, 설계가 용이하지 않으며, 공간을 많이 차지할 뿐 아니라, 제작 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적은 수의 광학 부품을 사용하여 구조가 단순하고 설계가 용이하여 소형화가 가능한 프로젝션 시스템을 제공하고자 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적색, 녹색, 및 청색 광원을 포함하는 조명계과; 상기 조명계로부터 출력되는 광이 입사되며, 상기 조명계의 적색, 녹색, 및 청색 광 중 적어도 하나의 색의 광을 선택적으로 투과 또는 반사되는 두 개의 플레이트로 이루어지는 X 플레이트와; 상기 X 플레이트로부터 출력된 광을 이용하여 화상 정보를 투사하는 투사계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 X 플레이트는, 두 개의 다이크로익 렌즈가 서로 교차되어 구성되는 것이 바람직하다.
보다 상세하게, 상기 X 플레이트는, 청색 및 녹색 광이 투과되고 적색광이 반사되는 제1다이크로익 미러와, 청색 광이 반사되고 녹색 및 적색 광이 투과되는 제2다이크로익 미러가 서로 교차되어 구성되는 것이 바람직하다.
상기 조명계는, 상기 X 플레이트를 통과하는 녹색광이 출사되는 녹색 LED와; 상기 X 플레이트의 제1면을 투과하고 제2면에서 반사되는 적색광이 출사되는 적색 LED와; 상기 X 플레이트의 제1면에서 반사되고 제2면을 투과하는 청색광이 출사되는 청색 LED를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 조명계는, 상기 녹색 LED, 적색 LED, 및 청색 LED에서 출사되는 광이 입사되어 균일화되는 적분기와; 상기 적분기를 통과한 빛이 포커싱되는 조명렌즈를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 조명렌즈는, 상기 적분기와 X 플레이트 사이에 위치하는 제1조명렌즈와; 상기 X 플레이트와 투사계 사이에 위치하는 제2조명렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 조명렌즈는, 상기 적분기와 X 플레이트 사이에 위치하는 복수의 조명렌즈로 구성될 수도 있다.
상기 투사계는, 상기 X 플레이트를 통과한 빛이 입사되는 패널과; 상기 X 플레이트를 통과한 빛의 경로가 조절되는 프리즘과; 상기 패널에서 출력된 광이 포커싱되는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 X 플레이트는, 제1다이크로익 미러와; 상기 제1다이크로익 미러의 중앙측에서 수직 방향의 양측으로 설치된 제2다이크로익 미러를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 X 플레이트는, 광을 투과하는 중심부와; 상기 중심부의 양측에 설치되는 제1다이크로익 미러와; 상기 중심부의 양측에 상기 제1다이크로익 미러와 수직 방향으로 설치되는 제2다이크로익 미러를 포함하여 구성될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 발명은, 조명계(10)와, X 플레이트(20), 및 투사계(30)로 이루어진다.
상기 조명계(10)는 청색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 적색 LED(13)로 이루어지는 광원으로 구성되며, 이러한 광원에서 출사된 광은 적분기(14)와 조명렌즈(15) 를 통과한다.
즉, 상기 청색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 적색 LED(13)에서 출사된 광은 적분기(14)를 통과하면서 균일한 조도를 가지게 된다. 또한, 이러한 적분기(14)를 통과하면서 원하는 형상으로 형상화될 수 있다.
이러한 적분기(14)는 막대형의 로드 렌즈(rod lens) 또는 상자형의 미러로 이루어지는 광 터널 등이 이용될 수 있다.
이와 같이, 적분기(14)에서 균일한 조도를 가지거나, 원하는 형상으로 형상화된 출력광은 조명렌즈(15)를 통하여 포커싱되고, 이러한 조명렌즈(15)를 통과한 광은 투사계(30)로 인가되기 위하여 X 플레이트(20)로 입사된다.
상기 적분기(14)와 조명렌즈(15)는, 도 3과 같이, 상기 청색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 적색 LED(13)의 광 경로에 각각 구성될 수 있다.
이와 같은 삼원색의 LED(11, 12, 13)로 이루어지는 광은 X 플레이트(20)를 지나면서 합성되어 백색광을 포함한 컬러를 갖는 광이 출력될 수 있다. 이러한 X 플레이트(20)를 통과한 광은 하나로 합성되어, 다른 하나의 조명렌즈(16)를 통과하여 투사계(30)에 이르게 된다.
상기 X 플레이트(20)는 두 개의 다이크로익 미러(21, 22)가 교차되어 X 자형을 이루도록 구성되는 것으로, 상기 두 개의 다이크로익 미러(21, 22)는 특정 파장을 갖는 빛만을 선택적으로 반사, 투과시켜 원하는 파장대의 빛을 얻을 수 있는 미러로서, 보통 빛의 간섭을 이용한다.
이러한 X 플레이트(20)를 이루는 두 개의 다이크로익 미러(21, 22)는, 도 4 에서와 같이, 청색과 녹색을 투과하고 적색은 반사하는 제1다이크로익 미러(21)와, 도 5와 같이, 청색은 반사하고 녹색과 적색은 투과하는 제2다이크로익 미러(22)로 이루어진다.
상술한 바와 같이, 상기 두 개의 다이크로익 미러(21, 22)는 모두 녹색 광이 투과되므로, 녹색 LED(12)에서 출사된 광은 상기 X 플레이트(20)를 그대로 통과하여 투사계(30)에 이르게 된다. 따라서, 상기 녹색 LED(12)는 투사계(30)와 일직선으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 청색 LED(11) 및 적색 LED(13)에서 출사된 광은 도 3과 같이 배치된 상태에서, X 플레이트(20)를 투과 또는 반사되어 투사계(30)로 이르게 된다.
즉, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 청색 LED(11)에서 출사된 광 중에서 제1다이크로익 미러(21)측으로 입사된 선폭의 광은 투과되며, 이후 제2다이크로익 미러(22)측에서 반사되어 투사계(30)로 향하게 된다.
그리고 제2다이크로익 미러(22)로 입사되는 선폭의 광은 반사되어 투사계(30)로 향하게 된다.
따라서, 청색 LED(11)에서 출사된 광은 경로가 변경되어 모두 투사계(30)로 향하게 되는 것이다.
또한, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 적색 LED(13)에서 출사된 광 중에서 제2다이크로익 미러(22)측으로 입사된 선폭의 광은 투과되고, 이후 제1다이크로익 미러(21)측에서 반사되어 투사계(30)로 향하게 된다.
마찬가지로, 제1다이크로익 미러(21)로 바로 입사되는 선폭의 광은 반사되어 투사계(30)로 향하게 되는 것이다.
이와 같이, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 광은 두 개의 다이크로익 미러(21, 22)로 이루어지는 X 플레이트(20)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.
이러한 X 플레이트(20)를 통과한 광은 투사계(30)의 프리즘(32)으로 먼저 입사된다. 이때, 상기 프리즘(32)에서는 상기 X 플레이트(20)를 통과한 광이 굴절되어 패널(31)에 이르게 된다.
상기 패널(31)에서는 상기 청색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 적색 LED(13)로부터 출사된 빛이 도달할 때, 적절한 스위칭 또는 반사 등의 과정에 의하여 프로젝션 되기 위한 영상정보가 출력되고, 이러한 영상정보는 다시 상기 프리즘(32)을 통과하여 투사렌즈(33)를 거쳐 스크린(40)에 결상되게 된다.
이러한 패널(31)은 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 및 LCD(liquid crystal device) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 상기 패널(31)은 마이크로 스위칭 소자라고 할 수 있다.
상기 투사렌즈(33)는 상술한 패널(31)로부터의 이미지를 대략 80 내지 130배 정도 확대하여 스크린(40)으로 보낸다.
한편, 도 8에서와 같이, 상기 청색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 적색 LED(13)와 적분기(14)를 통과한 광은 복수의 조명렌즈(15)를 통과하여 X 플레이트(20)를 통과하도록 배치될 수 있다.
상기 도 3에서는 청색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 적색 LED(13)와 적분 기(14)를 통과한 광이 제1조명렌즈(15), X 플레이트(20), 제2조명렌즈(16)를 차례로 지나게 되나, 설계되어야 할 공간에 따라 이러한 배치가 용이하지 않을 수도 있다.
이러한 경우에는 도 8과 같이, 복수개 또는 두 개의 조명렌즈(15)를 근접 배치하여 설계의 효율성을 꾀할 수 있다.
한편, 상기 X 플레이트(20)의 구성은, 도 8에서와 같이, 하나의 다이크로익 미러(일례로 제1다이크로익 미러: 21)의 중간측에 이러한 제1다이크로익 미러(21)에 수직 방향으로 제2다이크로익 미러(22)를 배치할 수 있다.
또한, 도 9에서와 같이, 중앙측에 광이 모두 투과되는 중심부(23)를 위치시키고, 이 중심부(23)로부터 서로 수직인 제1다이크로익 미러(21)와 제2다이크로익 미러(22)를 X자 형을 이루도록 배치하여 구성할 수도 있다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
첫째, 적은 수의 부품으로 광학계를 구성할 수 있다.
둘째, 광학 부품이 차지하는 공간이 적어지므로 전체 시스템을 소형화할 수 있다.
셋째, 컬러휠을 이용하지 않으므로 소음이 없다.
넷째, 투사계로 입사되는 빔의 입사각을 줄일 수 있어, 전체 시스템 크기가 축소될 수 있고, 제작 비용이 절감될 수 있다.

Claims (12)

  1. 적색, 녹색, 및 청색 광원을 포함하는 조명계과;
    상기 조명계로부터 출력되는 광이 입사되며, 상기 조명계의 적색, 녹색, 및 청색 광 중 적어도 하나의 색의 광을 선택적으로 투과 또는 반사되는 두 개의 플레이트로 이루어지는 X 플레이트와;
    상기 X 플레이트로부터 출력된 광을 이용하여 화상 정보를 투사하는 투사계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 X 플레이트는, 두 개의 다이크로익 렌즈가 서로 교차되어 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 X 플레이트는,
    청색 및 녹색 광이 투과되고 적색광이 반사되는 제1다이크로익 미러와, 청색 광이 반사되고 녹색 및 적색 광이 투과되는 제2다이크로익 미러가 서로 교차되어 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 조명계는,
    상기 X 플레이트를 통과하는 녹색광이 출사되는 녹색 LED와;
    상기 X 플레이트의 제1면을 투과하고 제2면에서 반사되는 적색광이 출사되는 적색 LED와;
    상기 X 플레이트의 제1면에서 반사되고 제2면을 투과하는 청색광이 출사되는 청색 LED를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 조명계는,
    상기 녹색 LED, 적색 LED, 및 청색 LED에서 출사되는 광이 입사되어 균일화되는 적분기와;
    상기 적분기를 통과한 빛이 포커싱되는 조명렌즈를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 조명렌즈는,
    상기 적분기와 X 플레이트 사이에 위치하는 제1조명렌즈와;
    상기 X 플레이트와 투사계 사이에 위치하는 제2조명렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 조명렌즈는, 상기 적분기와 X 플레이트 사이에 위치하는 복수의 조명렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 적분기는, 로드 렌즈 또는 광 터널인 것을 특징으로 하는 LED 프로젝션 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 투사계는,
    상기 X 플레이트를 통과한 빛이 입사되는 패널과;
    상기 X 플레이트를 통과한 빛의 경로가 조절되는 프리즘과;
    상기 패널에서 출력된 광이 포커싱되는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 패널은, DMD, LCoS, 및 LCD 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 X 플레이트는,
    제1다이크로익 미러와;
    상기 제1다이크로익 미러의 중앙측에서 수직 방향의 양측으로 설치된 제2다이크로익 미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 X 플레이트는,
    광을 투과하는 중심부와;
    상기 중심부의 양측에 설치되는 제1다이크로익 미러와;
    상기 중심부의 양측에 상기 제1다이크로익 미러와 수직 방향으로 설치되는 제2다이크로익 미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
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