KR20080021426A - 마이크로 프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대가 용이하기 위하여, (ⅰ) 녹색(G), 적색(R), 청색(B)의 레이저 광 빔의 출사구가 하방을 향하며 전후 방향으로 일렬로 배치된 광원들, 상기 각 광원들의 하방에 배치되고 상기 각 광 빔들의 폭을 조절하는 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들, 상기 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들의 하방에 배치되고 광 빔들이 후방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 제1 내지 제3 미러들, 상기 반사된 광 빔들이 상방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 반사 미러, 상기 상방을 향하는 각 광 빔의 광 강도 분포를 균일화 시키는 균일화 수단, 및 상기 균일화된 광 빔들 중 소정 방향의 편광만 후방을 향하도록 약 90도 반사시키는 PBS(polarizing beam splitter)를 포함하는 조명 광학계; (ⅱ) 복수 개의 행과 열을 이루는 픽셀들을 구비하며, 외부에서 입력된 화상 신호에 대응하여 선택된 특정 픽셀에 입사하는 상기 조명 광학계에서 나온 G, R, B 광 빔들의 편광 방향을 회전시키면서 반대 방향으로 반사시키는 화상 표시패널; 및 (ⅲ) 상기 화상을 형성한 광 빔이 외부의 스크린에 투사되도록 일렬로 배치된 복수 개의 렌즈들을 구비하는 투사 광학계;를 포함하는 마이크로 프로젝터를 제공한다.

Description

마이크로 프로젝터{Micro projector}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터의 개략적인 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터의 측면에서 바라본 광학계의 개략적인 배치도이다.

도 3a는 G 광원에서 출사되어 제1 포커싱 렌즈를 통과하는 광 빔의 경로를 도시하는 도면이다.

도 3b는 R 광원에서 출사되어 제2 포커싱 렌즈를 통과하는 광 빔의 경로를 도시하는 도면이다.

도 3c는 B 광원에서 출사되어 제3 포커싱 렌즈를 통과하는 광 빔의 경로를 도시하는 도면이다.

도 4는 G 광원, R 광원, B 광원에서 출사된 광 빔의 형상(shape)과 그 편광 방향을 도시하는 도면이다.

도 5는 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터의 방열부를 도시하는 사시도이다.

도 6는 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터의 균일화 수단을 통과하는 광 빔의 경로를 도시하는 도면이다.

도 7은 도 6에 도시된 균일화 수단의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 유효 영 역에 입사하는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔을 도시하는 도면이다.

도 8은 LCoS(liquid crystal on silicon) 패널의 개략적인 단면도이다.

도 9a는 PBS(Polarizing Beam Splitter) 및 화상 표시패널을 입사하는 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

도 9b는 화상 표시패널에서 픽셀이 암 상태(black state)인 경우에 도 9a에서 입사된 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

도 9c는 화상 표시패널에서 픽셀이 명 상태(white state)인 경우에 도 9a에서 입사된 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

도 10는 투과형 화상 표시패널을 사용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 프로젝터의 측면에서 바라본 광학계의 개략적인 배치도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

1: 마이크로 프로젝터 2: 메뉴 버튼부

3: 출사구 10: 투사 광학계

20: 조명 광학계 21, 22, 23: G 광원, R 광원, B 광원

24, 25, 26: 제1, 제2, 제3 포커싱 렌즈

27, 28, 29: 제1, 제2, 제3 미러 30: λ/2 필터

31: 반사 미러 32: 마이크로 플라이 아이 렌즈

33: 제4 포커싱 렌즈 34: 콜리메이션 렌즈

35: 균일화 수단 36: PBS(polarizing beam splitter)

37: λ/4 필터 38: 편광자

40, 140: 화면 표시패널 41: 제1 편광판

42: 제2 편광판 45: 제2 반사 미러

50: 방열부

본 발명은 마이크로 프로젝터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 휴대용 멀티미디어 기기, 예를 들면 디지털 카메라, 디지털 캠코더, PMP(portable multimedia player), 랩톱 컴퓨터, 휴대폰과 연결하여 외부의 스크린에 영상을 확대하여 표시하며, 휴대가 용이한 초소형의 마이크로 프로젝터에 관한 것이다.

프로젝터는 광 빔이 화상 표시패널에 반사하는지 투과하는지 여부에 따라 반사형 프로젝터와 투사형 프로젝터로 구분된다. 또한, 프로젝터는 사용되는 화상 표시패널의 개수에 따라 단판식, 2판식, 3판식 프로젝터로 구분될 수 있다. 또한, 광원의 종류에 따라 램프 광원을 사용하는 프로젝터와 레이저 광원을 사용하는 프로젝터로 구분될 수 있다.

램프 광원을 사용하는 프로젝터는 크기가 상당히 커서 휴대하기가 힘들다. 이를 극복하기 위하여 최근에는 레이저 광원을 이용한 프로젝터의 개발이 많이 진행되고 있다.

레이저 광원을 사용하는 프로젝터는 일본 특허공개공보 2000-347291, 2001-264662, 일본 특개평 11-64789 및 대한민국 특허등록공보 0519348호 등에 개시되어 있다.

최근에 디지털 카메라, 디지털 캠코더, PMP, PSP, 랩톱 컴퓨터 및 휴대폰과 같은 휴대용 멀티미디어 기기가 많이 사용되고 있는데, 이 같은 휴대용 멀티미디어 기기의 활용도가 높아지면서 다른 사람과 함께 활용할 경우가 많아지고 있다. 특히, 휴대용 멀티미디어 기기는 이동성이 좋기 때문에 휴대용 멀티미디어 기기의 활용도를 높이기 위해서는 프로젝터의 휴대성 및 이동성도 좋아야 한다. 따라서, 휴대성을 높이기 위하여 프로젝터도 호주머니에 보관할 수 있을 정도의 초소형으로 제작될 필요성이 높아지고 있다.

본 발명은 휴대하기에 용이한 크기의 마이크로 프로젝터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 (ⅰ) 녹색(G), 적색(R), 청색(B)의 레이저 광 빔의 출사구가 하방을 향하며 전후 방향으로 일렬로 배치된 광원들, 상기 각 광원들의 하방에 배치되고 상기 각 광 빔들의 폭을 조절하는 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들, 상기 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들의 하방에 배치되고 광 빔들이 후방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 제1 내지 제3 미러들, 상기 반사된 광 빔들이 상방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 반사 미러, 상기 상방을 향하는 각 광 빔의 광 강도 분포를 균일화 시키는 균일화 수단, 및 상기 균일화된 광 빔들 중 소정 방향의 편광만 후방을 향하도록 약 90도 반사시키는 PBS(polarizing beam splitter)를 포함 하는 조명 광학계; (ⅱ) 복수 개의 행과 열을 이루는 픽셀들을 구비하며, 외부에서 입력된 화상 신호에 대응하여 선택된 특정 픽셀에 입사하는 상기 조명 광학계에서 나온 G, R, B 광 빔들의 편광 방향을 회전시키면서 반대 방향으로 반사시키는 화상 표시패널; 및 (ⅲ) 상기 화상을 형성한 광 빔이 외부의 스크린에 투사되도록 일렬로 배치된 복수 개의 렌즈들을 구비하는 투사 광학계;를 포함하는 마이크로 프로젝터를 개시한다.

상기와 같은 구성의 마이크로 프로젝터는 부피가 작아 휴대하기가 용이하다.

이하에서는, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터의 개략적인 사시도이다. 마이크로 프로젝터(1)는 전체적으로 육면체의 형상이며, 외부 스크린으로 광 빔이 출사되는 출사구(2)가 마이크로 프로젝터(1)의 전면 상부에 배치된다. 그리고 마이크로 프로젝터(1)의 상면에는 프로젝터(1)를 조작하기 위한 메뉴 버튼부(2)가 배치된다. 도면에는 도시되지 않았으나, 휴대용 멀티미디어 기기로부터 화상 신호를 입력받는 입력 포트는 마이크로 프로젝터(1)의 후면에 배치된다.

도 2는 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터(1)의 측면에서 바라본 광학계의 개략적인 배치도이다. 도 2를 참고하면, 마이크로 프로젝터(1)의 광학계는 크게 조명 광학계(20)와 투사 광학계(10)로 구분된다. 조명 광학계(20)는 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23), 제1 내지 제3 포커싱 렌즈(24, 25, 26), 제1 내지 제3 미러(27, 28, 29), 반사 미러(31), 균일화 수단(35), PBS(Polarizing Beam Splitter)(36), 및 화상 표시패널(40)을 포함한다. 투사 광학계(10)는 화상 표시 패널(40)을 거쳐 나온 광 빔이 통과하는 일련의 렌즈들을 포함한다.

광원은 레이저 광원으로서, G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)을 가진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 G 광원(21)은 다이오드 펌핑 고체상 레이저(Diode Pumping Solid State, DPSS)이며, R 광원(22) 및 B 광원(23)은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)이다. LD와 DPSS는 다른 레이저 광원에 비하여 크기가 작은 장점이 있다. DPSS에서 나오는 G 광 빔은 LD에 나오는 R 및 B 광 빔에 비하여 직진성이 좋으므로 광 빔의 폭이 작다.

도 3a 내지 3c에는 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)에서 출사되는 G, R, B 광 빔의 폭이 자세히 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이 G 광원(21)은 R 광원(22)이나 B 광원(23) 보다 그 광 빔의 폭이 좁다. 그런데, 각 광 빔은 후술할 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 소정 크기로 입사해야 한다. 따라서 도 3a에 도시된 바와 같이, G 광원(21)의 광 빔 폭을 소정 크기로 늘려야 하며, 이를 위하여 제1 포커싱 렌즈(24)가 사용된다. 제1 포커싱 렌즈(24)는 G 광원(21)의 출사구 측 즉, 하방에 배치되된다. 제1 포커싱 렌즈(24)는 G 광 빔이 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)의 영역 전체에 골고루 입사하도록 G 광 빔의 폭을 넓히는 역할을 한다.

한편, R 광원(22)과 B 광원(23)은 G 광원(21)에 비하여 광 빔의 폭이 넓다. 마찬가지로, 도 3b 및 3c에 도시된 바와 같이, R 광 빔과 G 광 빔의 폭을 소정 크기로 조절하기 위하여 각각 제2 포커싱 렌즈(25)와 제3 포커싱 렌즈(26)가 사용된다. 제2 포커싱 렌즈(25)는 R 광원(22)의 출사구 측에 배치되며, 제3 포커싱 렌즈(26)는 B 광원(23)의 출사구 측에 배치된다. 여기서, 소정 크기는 각 광 빔이 후술할 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 전체적으로 정확히 입사되도록 하는 크기를 의미한다.

이때, 각 광원들은 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)의 순서로 균일화 수단(35)으로부터 멀리 배치된다. 즉, G 광원(21)이 균일화 수단(35)으로 부터 가장 멀리 배치된다. 왜냐하면, 상대적으로 폭이 좁은 G 광 빔의 폭을 제1 포커싱 렌즈(24)를 이용하여 소정 크기로 넓히기에 충분한 진행거리를 확보하기 위함이다. 그리고, R 광 빔과 B 광 빔의 폭을 고려하였을 때 R 광 빔의 진행거리가 B 광 빔의 진행거리보다 커야 하기 때문에 R 광원(22)을 B 광원(23)보다 균일화수단으로부터 멀리 배치한다. 그러나, 상기 각 광원의 배치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 채택할 광원의 종류에 따라 배치는 변경될 수 있음을 이해하여야 한다.

제1 내지 제3 포커싱 렌즈(24, 25, 26)의 하방에는 제1 내지 제3 미러(27, 28,29)가 각각 배치된다. 제1 미러(27)는 G 광 빔을 약 90도 만큼 시계 반대방향으로 반사시킨다. 즉, 하방으로 향하던 G 광 빔을 후방으로 향하게 한다. 제2 미러(28)는 다이크로익(dichroic) 필터로서, R 광 빔을 약 90도 만큼 후방으로 반사시키고, G 광 빔은 투과시킨다. 제3 미러(29)는 다이크로익 필터로서, B 광 빔을 약 90도 만큼 후방으로 반사시키고, G 광 빔과 R 광 빔은 투과시킨다. 그럼으로써 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)으로부터 나온 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 모두 반사 미러(31)쪽으로 진행한다.

도 4는 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)에서 출사된 각 광 빔의 형상(shape)과 그 편광을 도시하는 도면이다. 도면을 참조하면, G 광원(21)은 대략 원형의 형상을 가지며, 진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이다. R 광원(22)은 타원형의 형상을 가지며, 진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이다. B 광원(23)은 타원형의 형상을 가지며, 진행 방향에 수직한 단면에서 좌우 방향으로 진동하는 편광이다.

그런데, 후술할 PBS(36)에서 광 손실을 감소시키기 위해서는 도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 입사되는 광 빔의 편광이 진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이어야 한다. 따라서, 좌우 방향의 B 광 빔의 편광을 상하 방향의 편광으로 변환할 필요가 있으며, 이를 위하여 B 광원(23)의 하방에는 λ/2 필터(half wave plate)(30)가 배치된다. 그럼으로써, G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔의 편광은 모두 진행방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이 되어 PBS(36)에서의 광 손실을 줄일 수 있다.

G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 후술할 제어부(미도시)의 출력 신호에 의하여 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)으로부터 출사된다. 제어부의 출력 신호는 외부로부터 입력 채널을 통하여 입력되는 화상 신호에 따라 결정된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터(1)는 상기한 조명 광학계(20)와 투사 광학계(10) 외에 제어부와 방열부(50)를 더 구비한다. 제어부는 외부로부터 입력되는 화상 신호에 따라 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)의 동작을 제어하고, 화상 표시패널(40)의 동작을 제어한다. 방열부(50)는 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)에서 발생된 열을 방출하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 방열부는 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)을 둘러싸도록 구성되며, 방열 면적 을 늘리기 위하여 방열부(50)의 표면에는 방열핀(50a)들이 구비된다.

반사 미러(31)는 각 광원으로부터 출사되어 제1 내지 제3 미러들(27, 28, 29) 각각에 반사되는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔을 약 90도 만큼 시계 반대방향으로 굴절시킨다. 즉, 후방으로 향하는 각 광 빔을 상방으로 향하게 한다. 이때, 반사 미러(31)는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔을 모두 반사시키는 미러이다.

반사 미러(31)에서 반사된 각 광 빔은 균일화 수단(35)에 입사된다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 균일화 수단(35) 및 상기 균일화 수단(35)을 통과하는 광 빔의 경로를 도시하는 도면이다. 균일화 수단(35)의 일 실시예로서 마이크로 플라이 아이 렌즈(micro fly-eye lens)(32), 제4 포커싱 렌즈(33) 및 콜리메이션 렌즈(collimation lens)(34)가 사용된다. 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)는 반사 미러(31)의 상방에 배치되며, 제4 포커싱 렌즈(33)는 마이크로 플라이 아이 렌즈(32) 상방에 배치되며, 콜리메이션 렌즈(34)는 제4 포커싱 렌즈(33)의 상방에 배치된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 각 광 빔은 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)의 유효영역(32a) 전체로 정확히 입사되어야 한다. 이것은 각 광원의 하방에 배치된 포커싱 렌즈(24, 25, 26)들을 조절함으로써 달성될 수 있다.

마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 입사되는 광 빔의 광 강도 분포는 도 6에 도시된 바와 같이 중심부에서 크고, 주변부에서 작다. 입사된 광 빔은 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 의하여 분할된다. 분할된 각 광 빔은 제4 포커싱 렌즈(33)를 통과하면서 콜리메이션 렌즈(34) 전체에 걸쳐 입사된다. 즉, 중심부 및 양 주변부에서 분할된 광 빔들이 제4 포커싱 렌즈(33)에 의하여 모두 콜리메이션 렌즈(34) 전체에 걸쳐 입사됨으로써 콜리메이션 렌즈(34)를 통과하는 광 빔의 광 강도 분포를 전체적으로 균일해 진다. 따라서, PBS(36)에 입사되는 광 빔의 광 강도 분포는 균일해진다.

본 발명에서는 균일화 수단(35)이 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)를 구비하고 있으나, 이와 달리 회절광학소자(diffraction optical element, DOE)(미도시)를 구비할 수 있다. DOE는 입사된 광을 회절시켜 분리하는 역할을 수행한다. 이를 위하여 DOE는 회절격자를 구비하며, 회절격자의 형상은 당업자가 다양하게 변형할 수 있음을 이해하여야 한다.

화상 표시패널(40)은 외부로부터 입력된 화상 신호에 따라 광 빔을 변조하여 화상을 형성하는 역할을 한다. 화상 표시패널(40)의 예로서, DMD(Digital Micromirror Display) 패널, LCD 패널, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 패널, 회절 광학 표시 소자등이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 표시패널(40)은 LCoS 패널이다.

도 8은 LCoS 패널의 개략적인 단면도이다. 도면을 참조하면, LCoS 패널(40)은 ITO 유리(indium tin oxide glass)(41), 액정(42), 알루미늄 픽셀(43), 및 CMOS 기판(44)을 구비한다. ITO 유리(41)를 통하여 입사한 광은 각 픽셀의 액정(42)의 분자 배열에 따라 편광 방향을 90도 회전한 상태로 반사되어 나올 수도 있고, 편광 방향을 유지한 상태로 반사되어 나올 수도 있다. 그리고 액정(42)의 분자 배열은 CMOS 기판(44)을 통하여 각 픽셀의 전극들(미도시)에 인가되는 전압에 따라 제어된 다. 즉, 제어부가 외부로부터 입력된 화상 신호에 대응하여 특정 픽셀에 전압을 인가하고, 상기 전압의 인가 여부에 따라 특정 픽셀에 대응하는 액정(42)의 분자 배열이 바뀌면서 광 빔의 편광 방향이 제어된다.

LCoS 패널(40)은 투과형 LCD와 달리 액정을 통하여 입사된 광 빔이 반사되어 다시 출사된다. 즉, CMOS를 투과하지 않기 때문에 개구율이 높다. 따라서 LCoS 패널(40)은 투과형 LCD에 비해 광 투과율이 높고, 휘도가 좋다.

도 9a 내지 8c를 참조하여 PBS(36)와 화상 표시패널(40)이 균일화 수단(35)으로부터 나온 각 광 빔을 투사 광학계(10)로 진행시키는 동작 원리를 설명한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 균일화된 광 강도를 가지고 진행방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광을 가진 각 광 빔들이 PBS(36)에 입사된다. PBS(36)는 균일화 수단(35)을 통하여 나온 광 빔들 중 소정 방향의 편광, 본 발명의 실시예의 경우 광 빔의 진행방향에 수직한 단면에서의 상하 방향으로 진동하는 편광만 약 90도 만큼 시계 방향으로 반사시킨다. 즉, 상하 방향으로 진동하는 편광만 후방으로 향하게 하고, 나머지 편광은 투과시킨다. 반사된 상하 방향으로 진동하는 편광은 화상 표시패널(40)로 입사한다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 화상 표시패널(40)의 픽셀 중 암 상태(black state)인 픽셀에 입사하는 광 빔은 편광 방향을 동일하게 유지한 상태로 화상 표시패널(40)에 반사되어 나온다. 그 결과, 다시 PBS(36)에 반사되므로 투사 광학계(10)쪽으로 광 빔이 진행되지 못한다. 따라서 암 상태인 픽셀에 대응하는 외부 스크린에는 G, R, B 광이 형성되지 않는다.

도 9c에 도시된 바와 같이, 화상 표시패널(40)의 픽셀 중 명 상태(white state)인 픽셀에 입사하는 광 빔은 편광 방향이 90도 회전된 상태로 화상 표시패널(40)에 반사되어 나온다. 그 결과, 반사되어 나온 광 빔은 진행방향에 수직한 단면에서의 좌우 방향으로 진동하는 편광이므로 PBS(36)를 투과하여 투사 광학계(10)쪽으로 광 빔이 진행된다. 따라서 명 상태인 픽셀에는 대응하는 외부 스크린에는 G, R, B 광이 형성된다.

이때, 전압이 인가된 픽셀이 명 상태가 되도록 설정할 수도 있으며, 이와 달리 전압이 인가된 픽셀이 암 상태가 되도록 설정할 수도 있다.

한편, 균일화 수단(35)을 통과한 광 빔은 원칙적으로 PBS(36)의 입사면(36a)에 수직하게 입사되어야 한다. 그러나 실제로는 입사면(36a)에 수직하지 않은 스큐 레이(skew ray)가 발생하게 되고, 이 스큐 레이는 PBS(36)의 반사면(36b)에서 편광 방향이 약간 회전한 상태로 반사되어 나온다. 이를 보정하기 위하여, PBS(36)와 화상 표시패널(40) 사이의 광 빔 경로에는 λ/4 필터(37)가 추가적으로 배치될 수 있다.

또한, PBS(36)와 투사 광학계(10) 사이에는 편광자(polarizer)(38)가 추가적으로 배치될 수 있다. 편광자(38)는 광 빔의 진행방향에 수직한 단면에서 좌우 방향으로 진동하는 편광만 통과시킨다. 즉, 원하는 편광 이외의 편광을 걸러준다. 따라서, λ/4 필터(37) 및/또는 편광자(38)는 화상의 콘트라스트(contrast)를 개선해준다.

지금까지는, 화상 표시패널(40)로서 반사형 화상 표시패널(40)에 대하여 설 명하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서 투과형 화상 표시패널(140), 예를 들면 투과형 LCD 패널(140)이 사용될 수 있다.

도 10는 투과형 화상 표시패널을 사용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 프로젝터(100)의 측면에서 바라본 광학계의 개략적인 배치도이다. 투과형 LCD 패널(140)은 제4 포커싱 렌즈(33)와 콜리메이션 렌즈(34) 이후의 광 빔 경로에 배치되고, PBS(36) 위치에 제2 반사 미러(45)가 배치된다. 즉, 투과형 LCD 패널(140)은 콜리메이션 렌즈(34)와 제2 반사 미러(45) 사이의 광 빔 경로에 배치된다. 그리고, 투과형 LCD 패널(140)의 상부와 하부에는 제1 편광판(41) 및 제2 편광판(42)가 배치된다. 제1 편광판(41)과 제2 편광판(42)은 직교하도록 배치된다.

따라서, 외부에서 입력된 화상 신호에 대응하여 선택된 특정 픽셀들에 입사하는 광 빔들은 상기 특정 픽셀들에 대응하는 액정의 배열이 변화됨으로써 그 광 빔의 편광 방향이 회전하게 되어 제2 편광판(42)를 통과한다. 그 결과 소정의 화상을 형상하는 광 빔들이 투사 광학계(110)로 진행한다.

투사 광학계(110)는 화상을 형성한 광 빔을 외부 스크린에 투사하는 역할을 수행하며, 일렬로 배치된 다수의 렌즈들을 구비한다. 투사 광학계(110)에 채용되는 렌즈의 종류, 개수 및 배치는 본 특허의 보호범위를 벗어나지 않고서도 당업자에 의해 다양한 변경이 가능함을 이해하여야 한다.

이어서 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터(1)가 외부 스크린에 화상을 확대 투사하는 과정을 설명한다.

마이크로 프로젝터(1)가 그 입력 포트를 통하여 외부 멀티미디어 기기와 연 결 되면, 멀티미디어 기기로부터 나온 화상 신호가 마이크로 프로젝터의 제어부에 입력된다. 제어부는 입력된 화상 신호에 따라 화상 표시패널(40)에 화상을 형성하기 위한 출력 신호를 내보낸다. 그러면, 화상을 형성하기 위해 동작되어야 하는 특정 픽셀에 대응하는 액정(42)의 배열이 변화된다. 한편, G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)은 제어부에 의하여 화상 표시패널(40)과 연동되어 작동되고, 각 광원(21, 22, 23)으로부터 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔이 순차적으로 출사된다.

각 광 빔은 제1 내지 제3 포커싱 렌즈(24, 25, 26)를 각각 통과한 후, 제1 내지 제3 미러(27, 28, 29)에서 각각 반사되어 반사 미러(31)에서 입사된다. 반사 미러(31)에 반사된 각 광 빔은 균일화 수단(35)에 의하여 균일한 광 강도를 가지게 된다. 균일한 광 강도를 가진 각 광 빔은 PBS(36)에서 소정 방향의 편광만 반사되어 LCoS와 같은 반사형 화상 표시패널(40)로 입사된다.

LcoS(40)에서 화상 신호에 따라 특정 픽셀들에 입사된 광 빔들은 편광 방향이 90도 회전한 상태로 정반대 방향으로 반사되어 PBS(36) 통과하고, 투사 광학계(10)로 입사된다. 입사된 각 광 빔은 투사 광학계(10)를 통과하면서 확대되고, 그럼으로써 외부 스크린에 확대된 화상이 투사된다. 이때, 외부 스크린에는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 극히 짧은 시간에 순차적으로 투사된다. 즉, 외부 스크린에는 G 화상, R 화상, B 화상이 극히 짧은 시간 간격으로 순차적으로 투사된다. 그 결과 투사된 R 화상, G 화상, B 화상이 중첩됨으로써 하나의 화상을 형성한다. 또한, 이와 같이 형성된 각 화상이 연속적으로 투사됨으로써 움직이는 영상이 형성된다.

본 발명의 마이크로 프로젝터는 G, R, B의 레이저 광원 및 LCoS 패널을 구비하며, 조명 광학계와 투사 광학계의 배치를 최적화시킨다. 따라서, 마이크로 프로젝터의 부피를 줄일 수 있고, 휴대하기가 용이하다.

또한, LCoS 패널을 사용함으로써, 개구율을 높여 휘도를 증가시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (17)

1. 녹색(G), 적색(R), 청색(B)의 레이저 광 빔의 출사구가 하방을 향하며 전후 방향으로 일렬로 배치된 광원들, 상기 각 광원들의 하방에 배치되고 상기 각 광 빔들의 폭을 조절하는 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들, 상기 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들의 하방에 배치되고 광 빔들이 후방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 제1 내지 제3 미러들, 상기 반사된 광 빔들이 상방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 반사 미러, 상기 상방을 향하는 각 광 빔의 광 강도 분포를 균일화 시키는 균일화 수단, 및 상기 균일화된 광 빔들 중 소정 방향의 편광만 후방을 향하도록 약 90도 반사시키는 PBS(polarizing beam splitter)를 포함하는 조명 광학계;

   복수 개의 행과 열을 이루는 픽셀들을 구비하며, 외부에서 입력된 화상 신호에 대응하여 선택된 특정 픽셀에 입사하는 상기 조명 광학계에서 나온 G, R, B 광 빔들의 편광 방향을 회전시키면서 반대 방향으로 반사시키는 화상 표시패널; 및

   상기 화상을 형성한 광 빔이 외부의 스크린에 투사되도록 일렬로 배치된 복수 개의 렌즈들을 구비하는 투사 광학계;를 포함하는 마이크로 프로젝터.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 각 광원들은 G 광원, R 광원, B 광원의 순서로 상기 균일화 수단으로부터 멀리 배치된 마이크로 프로젝터.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 R 및 B 광원은 레이저 다이오드(LD)이고, 상기 G 광원은 다이오드 펌핑 고체상 레이저(Diode Pumping Solid State)인 마이크로 프로젝터.
4. 제2 항에 있어서,

   상기 제1 미러는 상기 G 광 빔을 반사시키는 미러이며, 상기 제2 미러는 상기 R 광 빔만을 반사시키는 다이크로익(dichroic) 필터이며, 상기 제3 미러는 상기 B 광 빔만을 반사시키는 다이크로익 필터인 마이크로 프로젝터.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 반사형 화상 표시패널은 LCoS(liquid crystal on Silicon)인 마이크로 프로젝터.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 PBS와 상기 LCoS 사이의 광 빔 경로에는 λ/4 필터가 더 배치되는 마이크로 프로젝터.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 PBS와 상기 투사 광학계 사이의 광 빔 경로에는 편광자(polarizer)가 더 배치되는 마이크로 프로젝터.
8. 제1 항에 있어서, 상기 균일화 수단은,

   상기 반사 미러와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 반사 미러에 반사된 각 G, R, B 광 빔들을 분할하는 마이크로 플라이 아이 렌즈(micro fly-eye lens); 및

   상기 마이크로 플라이 아이 렌즈와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 분할된 광 빔을 집광하여 상기 PBS에 입사되는 광 빔의 광강도 분포를 균일화시키는 제4 포커싱 렌즈와 콜리메이션(collimation) 렌즈;를 포함하는 마이크로 프로젝터.
9. 제1 항에 있어서, 상기 균일화 수단은,

   상기 반사 미러와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 반사 미러에 반사된 각 G, R, B 광 빔들을 분할하는 회절광학소자(diffraction optical element); 및

   상기 회절광학소자와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 분할된 광 빔을 집광하여 상기 PBS에 입사되는 광 빔의 광강도 분포를 균일화시키는 제4 포커싱 렌즈와 콜리메이션(collimation) 렌즈;를 포함하는 마이크로 프로젝터.
10. 제1 항에 있어서,

    상기 B 광원과 상기 제3 미러 사이의 광 빔 경로에 배치되며, 편광 방향을 90도 회전시키는 λ/2 필터를 더 포함하는 마이크로 프로젝터.
11. 제1 항에 있어서,

    외부로부터 입력되는 화상 신호에 따라 상기 광원들의 광 빔 조사를 제어하고, 상기 화상 표시패널을 제어하는 제어부를 더 포함하는 마이크로 프로젝터.
12. 녹색(G), 적색(R), 청색(B)의 레이저 광 빔의 출사구가 하방을 향하며 전후 방향으로 일렬로 배치된 광원들, 상기 각 광원들의 하방에 배치되고 상기 각 광 빔들의 폭을 조절하는 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들, 상기 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들의 하방에 배치되고 광 빔들이 후방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 제1 내지 제3 미러들, 상기 반사된 광 빔들이 상방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 제1 반사 미러, 상기 상방을 향하는 각 광 빔의 광 강도 분포를 균일화 시키는 균일화 수단을 포함하는 조명 광학계;

    복수 개의 행과 열을 이루는 픽셀들을 구비하며, 상기 조명 광학계에서 나온 G, R, B 광 빔들 중 외부에서 입력된 화상 신호에 대응하여 선택된 특정 픽셀들에 입사하는 광 빔의 편광 방향을 회전시키면서 투과시키는 투과형 화상 표시패널; 및

    상기 화상 표시패널을 투과한 광 빔들이 전방을 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 제2 반사 미러를 구비하며, 상기 제2 반사 미러에 반사된 광 빔들이 전방의 외부 스크린에 투사되도록 일렬로 배치된 복수 개의 렌즈들을 구비하는 투사 광학계;를 포함하는 마이크로 프로젝터.
13. 제12 항에 있어서,

    상기 투과형 화상 표시패널은 투과형 LCD 패널인 마이크로 프로젝터.
14. 제13 항에 있어서,

    상기 투과형 LCD 패널의 하방과 상방에는 교차하는 방향으로 서로 배치되는 제1 편광판 및 제2 편광판을 구비하는 마이크로 프로젝터.
15. 제12 항에 있어서, 상기 균일화 수단은,

    상기 반사 미러와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 반사 미러에 반사된 각 G, R, B 광 빔들을 분할하는 마이크로 플라이 아이 렌즈(micro fly-eye lens), 및

    상기 마이크로 플라이 아이 렌즈와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 분할된 광 빔을 집광하여 상기 PBS에 입사되는 광 빔의 광강도 분포를 균일화시키는 제4 포커싱 렌즈와 콜리메이션(collimation) 렌즈를 포함하는 마이크로 프로젝터.
16. 제12 항에 있어서,

    상기 B 광원과 상기 제3 미러 사이의 광 빔 경로에 배치되며, 편광 방향을 90도 회전시키는 λ/2 필터를 더 포함하는 마이크로 프로젝터.
17. 제1 항 또는 제12 항에 있어서,

    상기 G 광원, R 광원, B 광원에서 발생하는 열을 방출하도록 상기 G 광원, R 광원, B 광원을 둘러싸는 방열부를 더 포함하는 마이크로 프로젝터.

Images