KR20090025130A - Illumination system and projection system employing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학 시스템과 관련되며, 상세하게는, 프로젝터나 프로젝션 TV와 같은 다양한 투사 시스템에서 사용될 수 있는 조명장치에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to optical systems, and in particular, to lighting devices that can be used in various projection systems such as projectors or projection TVs.
최근, 컬러 발광 다이오드(light-emitting diode, 이하 LED)에 기초한 조명 시스템이 널리 사용되고 있으며, 이에 의하면, 일반적으로 적색, 녹색, 청색의 광이 조합되어 사용되며, 집광기와 LED 그룹으로부터의 광을 합성하기 위한 광학 도구들이 사용된다. In recent years, lighting systems based on color light-emitting diodes (LEDs) have been widely used, whereby generally red, green, and blue light are used in combination and synthesize light from a light collector and an LED group. Optical tools are used to do this.
도 1은 일본 공개 특허 공보 2000-180962에서 개시된 프로젝션 조명장치이다. 도면에 의하면, 조명장치는 피조명면에 균일한 광을 제공하기 위하여, 적색, 녹색, 청색의 광을 발광하는 세 개의 LED 그룹(1), LED 그룹(1)과 마주하게 배치되어 LED 그룹(1)으로부터의 광을 균일하게 혼합하는 세 개의 투명 블록(10), 큐브 형태로 되어 LED 그룹(1)으로부터의 광을 합성하는 다이크로익 프리즘(4), 다이크로익 프리즘(4)에서 합성된 광을 광변조기(8)의 작용면이 되는 피조명면으로 전달하는 콘덴서렌즈(6)를 포함한다. 이러한 프로젝션 조명장치는 큐브 형태의 다이크 로익 프리즘(4)을 사용하고 있어 중량이 크고 제조 비용이 높다.1 is a projection illumination device disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication 2000-180962. According to the drawing, the illumination device is arranged to face the LED group (1), the LED group (1), which emits red, green, and blue light, in order to provide uniform light to the illuminated surface. Three
미국 공개 특허 US 2007/0064202에 개시된 조명 시스템은 세 개의 LED 그룹과 세 개의 집광기와, 세 개의 LED 그룹에서의 광을 합성하여 피조명면 쪽으로 전달하는 릴레이 광학계를 포함하며, 릴레이 광학계는 세 개의 LED 그룹에 각각 마주하는 세 개의 콜렉터 광학계와, 세 개의 LED 그룹에서의 광을 합성하는 두 개의 다이크로익 필터와, 커플링 광학계를 포함한다. 이 조명 시스템은 다이크로익 큐브에 비해 중량이 작고 제조비용이 저렴한 다이크로익 필터를 채용하고 있다.The illumination system disclosed in US published patent US 2007/0064202 includes three LED groups and three condensers, and relay optics for synthesizing light from the three LED groups and delivering them to an illuminated surface, the relay optics comprising three LEDs. Three collector optics, each facing the group, two dichroic filters for synthesizing light in the three LED groups, and coupling optics. The lighting system uses a dichroic filter that is lighter in weight and less expensive to manufacture than a dichroic cube.
그러나, 상기 조명 시스템에서, 두 개의 다이크로익 필터가 거리를 두고 이격되어 있으며, 또한, 높은 광효율을 유지하기 위해 많은 광학 부품들을 요구하고 있어, 시스템 전체 크기를 증가시킨다는 단점이 있다. However, in the above lighting system, two dichroic filters are spaced apart from each other, and also require many optical components to maintain high light efficiency, thereby increasing the overall system size.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 시스템의 크기나 중량 그리고 제조 공정의 복잡성을 줄이고 또한 광효율이 높은 구조의 조명장치 및 이를 채용한 프로젝션 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to reduce the size and weight of a system and the complexity of a manufacturing process, and to provide a lighting apparatus having a high light efficiency and a projection system employing the same.
본 발명의 실시예에 따른 조명장치는 복수의 광원 유닛; 상기 복수의 광원 유닛 각각과 마주하게 배치된 것으로, 입력면, 측면 및 출력면을 가지는 복수의 집광기; 상기 복수의 집광기에서 출사된 광을 합성하는 것으로, 서로 교차되게 배치된 두 개의 다이크로익 필터를 포함하는 색합성 유닛; 상기 색합성 유닛에서 합성 된 광을 피조명면으로 전달하는 릴레이 광학계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Illumination apparatus according to an embodiment of the present invention comprises a plurality of light source units; A plurality of light collectors disposed to face each of the plurality of light source units and having an input surface, a side surface, and an output surface; A color synthesizing unit synthesizing light emitted from the plurality of light collectors, the color synthesizing unit including two dichroic filters disposed to cross each other; And a relay optical system for transmitting the light synthesized in the color synthesizing unit to an illuminated surface.
상기 복수의 광원 유닛 각각은, 공통된 발광면을 가지는 복수의 LED들의 어레이로 이루어질 수 있다. Each of the plurality of light source units may be configured as an array of a plurality of LEDs having a common light emitting surface.
상기 발광면과 상기 입력면은 서로 이격되어 있으며, 상기 발광면과 상기 입력면이 이격된 거리는 상기 LED 어레이의 최소 개구가 h일 때 0.0001h 이상이 될 수 있다. The light emitting surface and the input surface are spaced apart from each other, and the distance between the light emitting surface and the input surface may be 0.0001h or more when the minimum opening of the LED array is h.
상기 색합성 유닛은 한 개의 플레이트로 이루어진 적색 다이크로익 필터와 두 개의 플레이트로 이루어진 청색 다이크로익 필터로 구성될 수 있다. The color synthesizing unit may include a red dichroic filter composed of one plate and a blue dichroic filter composed of two plates.
상기 릴레이 광학계의 초점면은 상기 피조명면의 최소 개구를 H라고 할 때, 상기 피조명면으로부터 0.05H 이상의 거리에 형성될 수 있다. The focal plane of the relay optical system may be formed at a distance of 0.05H or more from the illuminated plane when the minimum opening of the illuminated plane is H.
상기 집광기는 입력면과 측면이 이루는 각이 90˚보다 크게 형성될 수 있다. The condenser may have an angle formed between the input surface and the side surface larger than 90 °.
상기 집광기의 단면 형상은 피조명면의 형상과 같게 형성될 수 있다.The cross-sectional shape of the light collector may be formed to be the same as the shape of the illuminated surface.
상기 집광기의 출력면은 볼록한 형상이 될 수 있으며, 구면 형상이 될 수 있다. The output surface of the condenser may be convex or spherical in shape.
본 발명의 실시예에 의한 프로젝션 장치는 본 발명의 실시예에 의한 조명장치; 상기 조명장치의 릴레이 광학계에서 전달된 광을 변조하여 화상을 형성하는 것으로, 작용면이 상기 피조명면에 위치하도록 배치된 광변조기; 상기 광변조기에서 형성된 화상을 투사하는 투사광학계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Projection apparatus according to an embodiment of the present invention comprises a lighting apparatus according to an embodiment of the present invention; An optical modulator for modulating the light transmitted from the relay optical system of the illumination device to form an image, the optical modulator being disposed such that an operating surface is located on the illuminated surface; And a projection optical system for projecting an image formed by the optical modulator.
상기 광변조기로 마이크로 미러 소자와 같은 반사형 표시소자가 채용될 수 있다.As the optical modulator, a reflective display device such as a micro mirror device may be employed.
본 발명의 실시예에 의한 조명장치는 교차 배치된 복수의 다이크로익 필터를 채용하여 시스템 전체의 크기와 중량을 효과적으로 줄이고 있다. 또한, 집광기의 형상 및 배치를 개선하여 집광 효율을 높이고 있으며, 릴레이 광학계의 초점면이 피조명면과 이격되게 형성되도록 하여 피조명면에서의 광 균일성을 향상시키고 있다. The lighting apparatus according to the embodiment of the present invention employs a plurality of dichroic filters intersected to effectively reduce the size and weight of the entire system. In addition, the light collecting efficiency is improved by improving the shape and arrangement of the light collector, and the focal plane of the relay optical system is formed to be spaced apart from the illuminated surface, thereby improving light uniformity on the illuminated surface.
본 발명의 실시예에 의한 프로젝션 장치는 이러한 조명장치를 채용함으로써 간략한 시스템 구성으로 고품질의 화상을 구현할 수 있다. The projection apparatus according to the embodiment of the present invention can implement a high quality image with a simple system configuration by employing such an illumination device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
도 2a는 본 발명의 실시예에 의한 조명장치를 개략적으로 보이며, 도 2b 및도 2c는 도 2a의 광원 유닛 및 피조명면 각각에 대하여 최소 개구를 설명하는 도면이다.Figure 2a schematically shows a lighting apparatus according to an embodiment of the present invention, Figures 2b and 2c is a view illustrating a minimum opening for each of the light source unit and the illuminated surface of Figure 2a.
도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 조명장치(100)는 광을 피조명면(S1)에 조명하기 위한 것으로, 복수의 광원 유닛(110), 복수의 광원 유닛(110) 각각과 마주하게 배치된 집광기(120), 상기 복수의 집광기(120)에서 출사된 광을 합성하는 색합성 유닛(130), 색합성 유닛(130)에서 합성된 광을 피조명면(S1)으로 전달하는 릴레이 광학계(140)를 포함한다. Referring to the drawings, the
광원 유닛(110)은 예를 들어, 공통된 발광면(110a)을 가지는 복수의 LED(112)들의 어레이로 이루어진다. 도면에서, 광원 유닛(110)은 세 개로 나타나 있으며, 각각은 서로 다른 컬러의 광, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색광을 발광하는 것으로 마련된다. 광원 유닛(110)에는 LED 뿐 아니라, 그 밖의 광원 소자, 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode, LD)가 채용될 수도 있다. The
집광기(120)는 복수의 광원 유닛(110) 각각과 마주하게 배치되어, 광원 유닛(110)에서의 광을 모아 균일광이 되도록 혼합하고 콜리메이팅 하여 출사시키기 위한 것이다. 집광기(120)는 광원 유닛(110)의 광이 입사되는 입력면(120a), 광을 전반사시켜 혼합하는 측면(120b), 혼합된 광을 출사하는 출력면(120c)을 포함한다. 입력면(120a)은 광원 유닛(110)의 발광면(110a)과 나란하며, 거리 d 만큼 이격되게 형성될 수 있다. 이와 같이 발광면(110a)과 집광기(120)의 입력면(120a)을 이격시키는 것은 보다 효과적으로 발광면(110a)에서 출사되는 광을 집광기(120)에 모으기 위한 것이다. 이격된 거리 d는 광원 유닛(110)의 최소 개구를 h라고 할 때, 대략 0.0001h 보다 크게 할 수 있다. 상기 거리 d는 0.01㎛ 이상이 될 수 있다. 여기서, 최소 개구란 도 2b에 도시한 바와 같이, LED(112) 어레이에 의해 형성되는 개구 치수 중 짧은 쪽 길이를 의미한다.The
집광기(120)는 굴절률이 상대적으로 큰 투명 부재로 이루어지며, 예를 들어, 아크릴 수지, 유리, 그 밖의 투명한 재료를 이용하여 형성된다. 집광기(120)를 구성하는 물질의 굴절률이 클수록 입력면(120a)에서 굴절되는 광의 굴절각은 작아지며, 측면(120b)에의 입사각은 더 커지므로, 광이 측면(120b)에서 전반사되는 효율 이 높아진다. 또한, 본 발명에서는 측면(120b)과 입력면(120a)이 이루는 각을 90˚보다 크게 형성하여, 입력면(120a)을 통해 입사된 광이 보다 큰 입사각으로 측면(120b)에 입사되게 하고 있다. 따라서, 측면(120b)에서의 전반사 효율이 더욱 높아지게 된다. The
집광기(120)에 입사된 광은 측면(120b)에서 전반사되며 혼합된 후 출력면(120c)을 통해 출사되며, 이 때, 출사되는 광의 콜리메이팅을 위해 출력면(120c)은 광의 진행 경로 쪽으로 볼록한 형상으로 형성할 수 있다. 출력면(120c)은 예를 들어, 구면 형상을 가질 수 있다.The light incident on the
집광기(120)의 입력면(120a) 출력면(120c)은 피조명면(S1)의 형상을 따라 형성되며, 예를 들어, 집광기(120)의 단면 형상은 피조명면(S1)의 형상과 같게 형성될 수 있다.The
색합성 유닛(130)은 각각의 광원 유닛(110)에서 출사되는 서로 다른 컬러의 광을 합성하는 것이다. 본 발명에서, 색합성 유닛(130)은 서로 교차되게 배열된 두 개의 다이크로익 필터로 이루어진다. 두 개의 다이크로익 필터는 예를 들어, 하나의 플레이트로 된 적색 다이크로익 필터(132), 두 개의 플레이트로 된 청색 다이크로익 필터(134)가 될 수 있다. 색합성 유닛(130)의 이러한 구성은 전체 시스템의 중량과 크기를 가능한 줄일 수 있도록 선택된 것이다.The color synthesizing
한편, 이러한 구성에 의해 광이 색합성 유닛(130)을 불균일하게 투과할 수 있다. 적색 다이크로익 필터(132)는 하나의 플레이트로 구성되어 있는 반면, 청색 다이크로익 필터(134)는 두 개의 플레이트로 나뉘어지고 서로 떨어져 있어, 청색 채널 또는 녹색 채널에서 필터의 비동작(unworking) 영역이 생길 수 있기 때문이다. 이러한 비동작 영역의 크기는 대략 플레이트의 두께 정도가 된다.On the other hand, the light can transmit the
이렇게 광의 불균일한 투과는 피조명면(S1)에서의 휘도 균일성에 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 영향을 줄이기 위해 본 발명에서는 색합성 유닛(130)에서 합성된 광을 피조명면(S1)에 전달하기 릴레이 광학계(140)의 초점면(S2)을 피조명면(S1)의 뒤쪽에 형성되도록 하고 있다. 릴레이 광학계(140)는 예를 들어, 하나 이상의 렌즈로 구성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 릴레이 광학계(140)의 초점면(S2)이 피조명면(S1)과 거리 D만큼 이격되도록 그 구성이 정해질 수 있다. 거리 D는 피조명면(S1)의 최소 개구를 H라고 할 때, 0.05H 이상이 될 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 피조명면(S1)은 예를 들어, 표시 요소들이 2차원 어레이로 배열된 광변조기의 작용면이 될 수 있으며, 여기서, 최소 개구 H는 이러한 어레이가 형성하는 개구 치수에서 짧은 쪽 길이를 의미한다. This non-uniform transmission of light may affect luminance uniformity in the illuminated surface S1, and in order to reduce this effect, the light synthesized in the
본 발명의 실시예에 의한 조명장치는 개구수(NA) 약 0.25이며 약 35% 이상의 광효율과 80% 이상의 광 균일성을 나타낸다. The lighting apparatus according to the embodiment of the present invention has a numerical aperture (NA) of about 0.25 and exhibits about 35% or more light efficiency and 80% or more light uniformity.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 프로젝션 장치(200)의 개략적인 구성을 보인다. 도면을 참조하면, 프로젝션 장치(200)는 복수의 광원 유닛(110), 복수의 광원 유닛(110) 각각과 마주하게 배치된 집광기(120), 복수의 집광기(120)에서 출사된 광을 합성하는 색합성 유닛(130), 색합성 유닛(130)에서 합성된 광을 피조명면(S1)으로 전달하는 릴레이 광학계(140), 릴레이 광학계에서 전달된 광을 변조하여 화상을 형성하는 광변조기(150), 광변조기(150)에서 형성된 화상을 투영면에 투 영하는 투사광학계(160)를 포함한다.3 shows a schematic configuration of a
그 밖에, 도시하지는 않았지만, 프로젝션 장치(200)는 광원 유닛(110)의 발광 타이밍을 제어하는 발광 제어부, 화상 신호에 따라 광변조기(150)의 구동을 제어하는 변조 소자 제어부 등의 공지의 제어 수단을 구비하게 된다.In addition, although not shown, the
여기서, 광원 유닛(110), 집광기(120), 색합성 유닛(130), 릴레이 광학계(140)는 도 2a에서 설명한 본 발명의 실시예에 의한 조명장치(100)을 구성하는 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Here, the
광변조기(150)는 광을 변조하여 화상을 형성하는 것으로 작용면이 피조명면(S1)이 되도록 배치된다. 광변조기(150)로는 반사형 표시소자가 채용될 수 있다. 반사형 표시소자는 피조명면(S1)에 2차원 어레이로 배열된 복수의 표시 요소의 반사 특성을 제어함으로써 조명되는 광을 공간 변조하여 화상을 표시하는 것이다. 예를 들어 화상 신호에 따라 경사각이 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태의 2종류의 경사각으로 변화되는 마이크로 미러를 2차원 격자 모양으로 배열한 DMD(Digital Micro mirror Device) 등의 소자가 반사형 표시소자로 채용될 수 있다. 도면에서는 광변조기(150)로 마이크로 미러 소자를 채용한 경우로 도시하고 있으며, 이에 따라, 온(ON) 상태에 해당하는 경사각을 가지는 마이크로 미러에서 반사된 광은 투사 광학계(160)에 입사되는 방향으로 반사되고, 한편, 오프(OFF) 상태에 해당하는 경사각을 가지는 마이크로 미러에서 반사된 광은 도시되지는 않았지만, 투사광학계(160)에 입사되지 않는 방향을 향함으로써 화상이 형성된다.The
투사 광학계(160)는 광변조기(150)에서 형성된 화상을 미도시된 투영면에 투영 하는 것으로, 예를 들어, 한 매 이상의 렌즈로 구성될 수 있다. The projection
도면에서는 광변조기(150)에서의 광이 직접 투사 광학계(160)를 향하는 것으로 도시되어 있지만, 필요에 따라, 예를 들어, 릴레이 광학계(140)에서 광변조기(150)를 향하는 광경로와 광변조기(150)에서의 광이 투사광학계(160)를 향하는 광경로가 겹치지 않도록 광변조기(150)와 투사광학계(160) 사이의 광경로 상에 광경로 전환부재가 더 마련될 수도 있다.Although the light in the
또한, 광변조기(150)는 반사형 표시소자로서 반사형 액정 표시 소자인 LCOS(liquid crystal on silicon)를 채용하는 것도 가능하며, 이 경우에는 릴레이 광학계(140)에서 광변조기(150)로 향하는 광경로와 광변조기(150)에서 투사광학계(160)로 향하는 광경로를 분리하는 빔 스플리터가 더 구비될 수 있다.In addition, the
이러한 본원 발명은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings for ease of understanding, but this is merely exemplary, those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. I will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
도 1은 일본 공개 특허 공보 2000-180962에서 개시된 프로젝션 조명장치를 보인다.1 shows a projection illumination device disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication 2000-180962.
도 2a는 본 발명의 실시예에 의한 조명장치를 개략적으로 보이며, 도 2b 및도 2c는 도 2a의 광원 유닛 및 피조명면 각각에 대하여 최소 개구를 설명하는 도면이다.Figure 2a schematically shows a lighting apparatus according to an embodiment of the present invention, Figures 2b and 2c is a view illustrating a minimum opening for each of the light source unit and the illuminated surface of Figure 2a.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 프로젝션 장치를 개략적으로 보인다.3 schematically shows a projection apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100...조명장치 110...광원 유닛100.
112...LED 120...집광기 112
130...색합성 유닛 132...적색 다이크로익 필터130 ...
134...청색 다이크로익 필터 140...릴레이 광학계134 ... Blue
150...광변조기 160...투사 광학계150 ...
200...프로젝션 장치200 ... projection unit
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---|---|---|---|
US12/204,373 US20090059099A1 (en) | 2007-09-05 | 2008-09-04 | Illumination device and projection system having the same |
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
RU2007133301 | 2007-09-05 | ||
RU2007133301/28A RU2349947C1 (en) | 2007-09-05 | 2007-09-05 | Lighting system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090025130A true KR20090025130A (en) | 2009-03-10 |
Family
ID=40545409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080044014A KR20090025130A (en) | 2007-09-05 | 2008-05-13 | Illumination system and projection system employing the same |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
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RU (1) | RU2349947C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111006141A (en) * | 2013-01-14 | 2020-04-14 | 罗布照明公司 | Improved homogenization system for LED lighting apparatus |
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2007
- 2007-09-05 RU RU2007133301/28A patent/RU2349947C1/en not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-05-13 KR KR1020080044014A patent/KR20090025130A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111006141A (en) * | 2013-01-14 | 2020-04-14 | 罗布照明公司 | Improved homogenization system for LED lighting apparatus |
US10883704B2 (en) | 2019-03-29 | 2021-01-05 | Robe Lighting S.R.O. | Homogenization system for an LED luminaire |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2349947C1 (en) | 2009-03-20 |
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Legal Events
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |