KR20090092917A - 광학 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝터에 관한 것으로, 특히 투사렌즈에 편광렌즈를 적용하여 영상의 컨트라스트 비(Contrast Ratio)를 높일 수 있도록 한 편광판이 구비된 광학 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 광학 시스템은 빛을 발산하는 광원램프; 상기 광원 램프로부터 조사된 빛을 소정의 영상으로 광변조하는 광변조 수단; 상기 영상을 스크린에 투사하는 투사계; 상기 광변조 수단을 통해 발생된 빛의 주변광을 선택적으로 차단하는 주변광 차단부; 및, 사용자 요청에 따라 상기 주변광 차단부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

광학 시스템{Optical system}

본 발명은 프로젝터에 관한 것으로, 특히 투사렌즈에 편광렌즈를 적용하여 영상의 컨트라스트 비(Contrast Ratio)를 높일 수 있도록 한 편광판이 구비된 광학 시스템에 관한 것이다.

최근, 대화면 고화질 디스플레이 장치가 주요한 화제로 떠오르고 있으며, 이러한 대화면 고화질 디스플레이 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 텔레비전, LCD(Liquid Crystal Display) 텔레비전, 프로젝션(Projection) 텔레비전, PDP(Plasma Display Panel) 텔레비전 등이 출시되고 있다.

그 중, 대화면 고화질의 요건을 충족시켜 주는 디스플레이 장치 중의 하나로서 상기 프로젝션 텔레비전에 대한 수요와 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

상기 프로젝션 텔레비전에는 LCD를 이용한 LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 방식과, DMD(Digital Micromirror Device)를 이용한 DLP(Digital Light Porsessing) 방식이 있다.

최근에는 LCD나 DMD를 이용한 저가형 프로젝션 텔레비전이 각광을 받고 있는 추세이다. 특히, 대화면과 함께 고화질을 요구하는 소비자의 욕구가 증대됨에 따라, 그 수요가 해마다 증가하고 있으며 현재 방송 중인 디지털 텔레비전 시장에서 특히 호평받고 있는 추세이다.

또한, 최근 개인용 컴퓨터의 보급과 함께 컴퓨터를 이용한 프리젠테이션을 하는 일이 많아짐에 따라 LCD나 DMD가 이용되는 프로젝터의 사용도 많아지고 있다.

일반적으로, 프로젝션 텔레비전은 캐비닛 내부에 장착되는 광학 엔진(Optical Engine)에 의하여 생성되는 빛이 반사되어 스크린에 영상이 투시되는 방식을 취하고 있다.

상세히, DMD를 이용한 광학 엔진은 백색광을 방출하는 램프와, 상기 램프로부터 방출되는 빛을 적, 녹, 청색의 빛으로 분리하는 컬러 휠 장치와, 상기 컬러 휠 장치를 통과한 빛을 모아주는 조명계와, 조명계를 거친 빛을 받아 원하는 화면을 만드는 DMD와, 상기 DMD로부터 생성된 영상이 스크린에 확대 투사되도록 하는 투사 렌즈로 이루어진다.

이러한 프로젝션 텔레비전은 광원으로부터 나오는 빛을 DMD로 집결시켜 빛의 손실없이 전달하고, DMD면에서 나오는 빛을 투사 광학계에서 선명하고 왜곡이 없게 투사해야 한다.

영상 투사 장치의 성능 중에서 중요한 것이 화면의 명·암 대비를 나타내는 C/R(Contrast Ratio)이다. C/R 값의 차가 크고 값이 클수록 스크린상에 나타나는 화면이 선명하게 보인다. C/R은 다음과 같이 표시할 수 있다.

C/R = 화이트(White) 휘도 / 블랙(Black) 휘도

종래 광학 시스템에서는 조리개의 개방 정도(면적)가 고정되어 빛의 부분적인 감소나 증가를 기대할 수 없었다. 또한 DLP 표면에서 반사되는 빛에는 영상 표시를 위한 빛 이외의 주변광이 존재하게 된다.

상기 주변광은 영상의 C/R을 저하시키는 원인이 되며, 현재 상기 주변광을 효과적으로 차단시키기 위한 방법이 제공되고 있지만, 종래의 기술은 주변광을 차단하는 기능에 제약이 있다.

즉, C/R 조절에 레벨이 존재하여 C/R의 변화가 선형적(Linear)이지 않고, 여러 개의 부품으로 구성되어 기구적 구조가 복잡한 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 편광의 원리를 적용하여 간단한 기구적 구조로 효과적인 주변광 차단 기능을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 광학 시스템은 빛을 발산하는 광원램프; 상기 광원 램프로부터 조사된 빛을 소정의 영상으로 광변조하는 광변조 수단; 상기 영상을 스크린에 투사하는 투사계; 상기 광변조 수단을 통해 발생된 빛의 주변광을 선택적으로 차단하는 주변광 차단부; 및, 사용자 요청에 따라 상기 주변광 차단부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

바람직하게 상기 투사계는 영상을 왜곡 없이 확대하여 상기 스크린에 투사하는 소정의 렌즈들을 포함하는데 그 특징이 있다.

더 바람직하게 상기 주변광 차단부는 상기 소정의 렌즈들 사이 중 기존의 조리개가 위치한 영역에 형성되는데 그 특징이 있다.

더 바람지하게 상기 주변광 차단부는 복수 개의 편광 렌즈를 중첩되게 설치하고, 그 중 한 개의 편광 렌즈를 회전시켜 빛의 주변광을 선택적으로 차단하는데 그 특징이 있다.

더 바람직하게 상기 주변광 차단부는 상기 특정 영역에 고정되는 제 1 편광 렌즈와; 상기 제 1 편광 렌즈의 일측에 구비되며 외부면에 치형이 연이어 형성된 제 2 편광렌즈와; 상기 제 2 편광 렌즈의 외주측에 상기 치형과 맞물려 회전력을 전달하는 구동기어가 포함된 모터를 포함하여 구성되는데 그 특징이 있다.

더 바람직하게 상기 제 2 편광판에 형성된 치형은 상기 제 2 편광판의 전체 영역 중 0도~90도 영역에만 형성되는데 그 특징이 있다.

더 바람직하게 상기 주변광 차단 제어부는 0~90도 범위 내에서 상기 제 2 편광판을 정/역회전시켜 상기 주변광을 선택적으로 조절하는데 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 광학 시스템은 편광 렌즈의 특성을 이용하여 빛의 주변광을 선택적으로 차단함으로써, 종래와는 달리 저렴한 가격으로 공급할 수 있음은 물론 영상의 컨트라스트 비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광학 시스템의 구성을 나타낸 블록도.

도 2는 도 1의 주변광 차단부를 상세하게 나타낸 블록도.

<< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >>

10: 광원 20: 광변조수단

30: 투사계 40: 스크린

50: 주변광 차단부 60: 제어부

상술한 본 발명의 양상은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 바람직한 실시 예를 통해 당업자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 광학 시스템은 광원(10), 광변조수단(20), 투사계(30), 스크린(40), 주변광 차단부(50) 및 제어부(60)를 포함한다.

광원(10)의 예로는 램프 등이 있다. 광원에서 조사된 빛은 소정의 렌즈를 포함하는 렌즈군을 통하여 광변조 수단(20)으로 집광되는 것이 바람직하다.

광변조 수단(20)은 광원으로부터 조사되는 빛을 소정의 영상으로 광변조한다. 이 영상이 확대되어 결상되면 사용자가 시청할 수 있게 된다.

투사계(30)는 영상을 스크린(40)에 투사한다. 투사계(30)를 통해 광변조수단(20)에서 생성된 영상이 왜곡 없이 확대되어 투사된다.

투사계(30)에는 영상을 확대하기 위하여 소정의 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다. 렌즈 노이즈를 제거하기 위하여 렌즈의 위치, 종류가 달라질 수 있다. 또한 투사계(30)는 반사계를 포함할 수 있다.

스크린(40)에는 투사된 영상이 결상된다. 투사된 영상이 결상되는 것은 반드시 스크린에 한정되는 것은 아니다.

또한 여기에서 상기 광변조 수단(20)의 일 예로는 DMD가 이용된다. DMD는 실리콘 칩 위에 초소형 알미늄 재질의 마이크로미러를 다수 형성하여 이루어질 수 있다.

VGA 표시용 DMD의 경우, DMD 1 패널에 형성된 마이크로미러의 총 수는 786,432(10,024*768=786,432)개이다. 각각의 마이크로미러 밑에는 두 개의 전국이 있고, 한쪽의 전극에 전하를 가하면 그 방향으로 마이크로미러가 기울어진다. 마이크로미러의 각도에 따라 빛 반사의 온/오프를 제어하여 RGB 영상을 구현한다.

투사계(30)는 스크린에 가까운 렌즈부터 제 1 내지 제 5 렌즈(1,2,3,4,5)로 구성되는 전군 렌즈, 제 6 내지 제 9 렌즈(6,7,8,9)로 구성되는 후군 렌즈 및 프리즘을 포함한다. -파워를 가지는 후군 렌즈는 프리즘을 통해 입사하여 DMD 패널에서 반사되어 통과하는 광의 각종 수차들을 1차적으로 줄여 주는 역할을 한다.

그리고, 제 2 및 제 5 렌즈(4,5)의 강한 + 파워 작용에 의해 수차는 재 보정된다. 한편 제 1 렌즈에 의해 왜곡 수차 보정이 대부분 이루어지고, 제 2 및 제 3렌즈에 의해 코마수차, 비점수차 및 구면수차 등의 2차 보정이 이루어진다. 여기에서 전군렌즈는 화각을 크게 하기 위하여 - 파워를 가지도록 구성된다.

주변광 차단부(50)는 상기 투사계(30) 내에서 기존의 조리개가 형성된 위치에 구비되며, 복수 개의 편광 렌즈를 중첩되게 설치하고, 그 중 한 개의 편광 렌즈는 고정시키며, 다른 하나의 편광 렌즈를 회전시켜 상기 광변조수단(20)을 통해 입력되는 빛의 주변광을 선택적으로 차단한다.

여기에서 상기 편광 렌즈는 렌즈 속에 1 제곱 센티미터당 30만 개의 미세한 실선이 일방향으로 배열되어 빛을 편광화하는 것으로, 입사되는 빛 중 난해하게 반사되거나 굴절된 빛은 차단시켜 일정량만 투사시키는 렌즈이다.

따라서, 편광 렌즈의 센터 영역에는 공간이 형성되어 상기 광 변조 수단(20)을 통해 변조된 광을 투과시키고, 상기 센터 영역 이외의 영역에는 주변광을 선택적으로 차단하기 위해 미세한 실선이 일방향으로 배열된다.

이에 따라 상기 형상의 두 개의 편광 렌즈를 중첩시키고, 그 중 한 개의 편광 렌즈는 고정시키며, 다른 하나의 편광 렌즈를 회전시키면, 각 편광 렌즈에 형성된 실선의 방향이 상호 어긋나면서 상기 투과되는 주변광의 량이 점차적으로 감소되며 실선의 방향이 90도로 교차되면 어떠한 주변광도 투과되지 못하게 된다.

본 실시 예에 따른 주변광 차단부(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 고정되는 제 1 편광 렌즈(51)와, 상기 제 1 편광 렌즈(51)의 일측에 구비되며 외주면에 치형(52)이 연이어 형성된 제 2 편광 렌즈(53)와, 상기 제 2 편광 렌즈(53)의 치형(52)과 맞물려 회전력을 전달하는 구동 기어가 구비된 서보 모터(54)로 이루어진다.

이에 따라 상기 광변조수단(20)을 통해 입력되는 빛은 편광 렌즈의 센터 영역을 통해 투과되고, 상기 빛의 주변광은 제 2 편광 렌즈(53)를 투과하면서 편광되며, 제 2 편광 렌즈(53)를 통해 2차 편광이 이루어져 광량이 감소하는데, 상기 제 2 편광 렌즈(53)를 회전시킴으로써, 상기 주변광의 량을 차단할 수 있게 된다.

따라서, 상기 제 2 편광 렌즈(53)에 형성된 치형(52)은 0~90도 범위 영역에만 존재하게 되며, 상기 서보 모터(54)를 선택적으로 정회전 또는 역회전시켜 상기 제 2 편광 렌즈를 회전시키고, 그에 따라 상기 제 1 편광 렌즈(51)와 제 2 편광 렌즈(53)의 상태에 따라 상기 주변광을 선택적으로 차단할 수 있다.

주변광 차단 제어부(60)는 사용자 요청에 따라 상기 서보 모터(54)를 구동하여 상기 제 2 편광 렌즈(53)를 선택적으로 정회전 또는 역회전시켜 주변광을 효과적으로 차단한다.

본 발명에 따른 광학 시스템은 편광 렌즈의 특성을 이용하여 빛의 주변광을 선택적으로 차단함으로써, 종래와는 달리 저렴한 가격으로 공급할 수 있음은 물론 영상의 컨트라스트 비를 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 빛을 발산하는 광원램프;

   상기 광원 램프로부터 조사된 빛을 소정의 영상으로 광변조하는 광변조 수단;

   상기 영상을 스크린에 투사하는 투사계;

   상기 광변조 수단을 통해 발생된 빛의 주변광을 선택적으로 차단하는 주변광 차단부; 및,

   사용자 요청에 따라 상기 주변광 차단부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광학 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 투사계는 영상을 왜곡 없이 확대하여 상기 스크린에 투사하는 소정의 렌즈들을 포함함을 특징으로 하는 광학 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 주변광 차단부는 상기 소정의 렌즈들 사이 중 기존의 조리개가 위치한 영역에 형성됨을 특징으로 하는 광학 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 주변광 차단부는 복수 개의 편광 렌즈를 중첩되게 설치하고, 그 중 한 개의 편광 렌즈를 회전시켜 빛의 주변광을 선택적으로 차단함을 특징으로 하는 광학 시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 주변광 차단부는 상기 특정 영역에 고정되는 제 1 편광 렌즈와; 상기 제 1 편광 렌즈의 일측에 구비되며 외부면에 치형이 연이어 형성된 제 2 편광렌즈와; 상기 제 2 편광 렌즈의 외주측에 상기 치형과 맞물려 회전력을 전달하는 구동기어가 포함된 모터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광학 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제 2 편광판에 형성된 치형은 상기 제 2 편광판의 전체 영역 중 0도~90도 영역에만 형성됨을 특징으로 하는 광학 시스템.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 주변광 차단 제어부는 0~90도 범위 내에서 상기 제 2 편광판을 정/역회전시켜 상기 주변광을 선택적으로 조절함을 특징으로 하는 광학 시스템.