KR20090098467A - 레이저 프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 렌즈를 이용하여 굴절율을 변화시켜 레이저 광의 광 경로를 변환함으로써 스펙클을 효율적으로 제거할 수 있고, 사용자가 원하는 각도로 영상의 투사 각도를 조절할 수 있는 레이저 프로젝터에 관한 것이다.

Description

레이저 프로젝터{Laser projector}

본 발명은 영상 투사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 광을 사용하는 레이저 프로젝터에 관한 것이다.

최근 디스플레이 분야의 급격한 발전으로 인해 소비자들은 소형화 및 밝고 선명한 영상을 좀더 큰 화면에 보기를 원하고 있다. 이러한 소비자들의 욕구를 충족시키기 위한 수단의 하나로써 레이저 광을 이용한 디스플레이 장치의 개발이 활발하게 진행되고 있다.

도 1은 종래 기술의 레이저 디스플레이 시스템의 구성도이고, 도 2는 종래 기술의 다른 레이저 디스플레이 시스템의 구성도이다.

레이저를 광원으로 사용하면 화상의 색상이 선명하고 순색에 가까우며 색을 재현하는 범위가 넓은 장점이 있고 또한 콘트라스트가 높아서 선명한 화상을 얻을 수 있다.

도 1을 참조하면, 레이저를 광원으로 하는 투사 표시장치는 램프를 대신하여 레이저(11)를 광원으로 사용하고, 상기 레이저 광을 조명 광학계(12)에 의해 디스플레이 패널(13)에 조사시킨다.

그리고, 디스플레이 패널(13)에서 전기적 신호에 의해 빛의 양을 조절하여 화상을 표시하고, 상기 화상을 투사 광학계(14)에 의해 스크린(15)에 투사시켜 큰 화면으로 표시하게 된다.

이와 같은 종래 기술의 레이저 표시 장치에서 AOM(Acousto-Optic Modulator)을 채택하여 레이저 광의 투과량을 조절할 수 있도록한 다른 구조의 레이저 표시 장치의 구성은 이하의 도 2과 같다.

도 2를 참조하면, 레이저(21)를 광원으로 하고 광학계(22)에 의해 레이저광을 AOM(23)에 집속시킨다.

AOM(23)은 영상 신호와 연계된 전기적 신호에 의해 빛의 투과량을 조절하고 AOM(23)에 의해 조절된 레이저광은 폴리건 미러(polygon mirror)(24)로 진행되고, 폴리건 미러(24)는 회전하면서 화면의 수평 이미지를 구현하게 된다.

폴리건 미러(24)에서 반사된 광은 검류계(galvanometer)(25)로 진행되어 일정 각도를 상하로 반복 진행하면서 화면의 수직 이미지를 구현하게 된다.

그리고 폴리건 미러(24)와 검류계(25)의 회전과 각도 조합에 의해 스크린(26) 위에 레이저광을 스캔하여 화면을 표시하게 된다.

이와 같은 종래 기술의 레이저 표시 장치는 레이저를 사용함으로써 색의 선명도를 높이고 색재현성이 우수하고 자연색에 가까운 영상을 표시할 수 있으며 콘트라스트가 높아서 선명한 화질을 재현할 수가 있게 된다.

그러나, 레이저가 갖고 있는 특성인 간섭성(coherence)에 의해 스크린상에서 레이저의 간섭 현상이 일어나서 화면상에서 작은 알갱이들이 반짝거리는 듯한 스펙 클(Speckle) 현상이 나타난다.

이러한 스펙클 현상은 화질을 저하시키는 요인으로써 콘트라스트와 해상도를 저하시키게 된다.

이와 같은 스펙클 현상을 제거하기 위해 확산자(diffuser)와 같은 광학 소자를 사용하는 경우도 있으나 확산자의 경우 빛의 투과율을 현저히 떨어뜨리게 되는 문제점을 안고 있다.

본 발명의 목적은, 레이저의 광 경로를 연속적으로 변환하여, 스펙클을 효율적으로 제거할 수 있는 레이저 프로젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 사용자가 영상의 투사 각도를 원하는 각도로 조절할 수 있는 레이저 프로젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 레이저 광을 출사시키는 광원과; 상기 광원으로부터 출사된 레이저 광을 조사하여 영상을 스크린으로 투사하는 디스플레이 소자와; 상기 디스플레이 소자와 스크린 사이에 형성되고, 내부 굴절률을 실시간적으로 변화시킴에 따라 상기 디스플레이 소자에서 투사된 레이저 광의 경로를 연속적으로 변화시켜 스펙클을 제거하는 광 경로 변환부;를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 광 경로 변환부는 액체 렌즈로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는 상기 광 경로 변환부와 스크린 사이에 형성되고, 상기 광 경로 변환부를 통과한 레이저 광의 투사 각도를 조절하는 투사각 조절부;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 투사각 조절부는 미리 설정된 각도만큼 상기 레이저 광의 투사 각도를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는 사용자의 키 입력에 따른 신호를 발생하는 조작부;를 더 포함하고, 상기 투사각 조절부는 상기 조작부에서 발생된 신호에 상응하게 상기 광 경로 변환부를 통과한 레이저 광의 투사 각도를 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 액체 렌즈를 이용하여 굴절율을 변화시켜 레이저 광의 광 경로를 변환함으로써 스펙클을 효율적으로 제거할 수 있고, 사용자가 원하는 각도로 영상의 투사 각도를 조절할 수 있는 효과가 있다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 프로젝터를 나타낸 일 실시예 개략적 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(300)는, 레이저 광원(310)과, 다이크로익 미러들(320)과, 광터널(330)과, 반사판(340)과, 디스플레이 소자(350)와, 광 경로 변환부(360)와, 조작부(370)와, 투사각 조절부(380)를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(300)에는 필요에 따라 전술한 구성요소 이외의 것(집광 렌즈, 회절 렌즈, 투사 렌즈 등)이 포함되어 구성될 수 있을 것이나, 상기 전술한 구성요소 이외의 것은 본 발명에 직접적 연관이 있는 것은 아니 므로 설명의 간명함을 위해 이에 대한 자세한 설명은 이하 생략된다.

한편, 상기 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐져서 구성되거나, 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있음을 유념해야 한다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(300)의 구성 요소들에 대해 차례로 살펴본다.

레이저 광원(310)은 적색(R)/녹색(G)/청색(B) 레이저 다이오드(310a, 310b, 310c)를 포함하여 구성되며, 적색/청색/녹색 레이저 광을 출사한다.

다이크로익 미러들(320)은 상기 레이저 광원(310)으로부터 출사된 레이저 광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성한다.

도 3을 예를 들면, 이러한 다이크로익 미러들(320)는 적색(310a) 레이저 광과 녹색(310b) 레이저 광이 교차하는 위치에 제1 다이크로익 미러(320a)가 위치하고, 적색(310a) 레이저 광과 청색(310c) 레이저 광이 교차하는 위치에 제2 다이크로익 미러(320b)가 위치할 수 있다.

이때, 제1 다이크로익 미러(320a)는 도 3과 같이, 적색(310a) 레이저 광을 투과하고, 녹색(310b) 레이저 광은 반사시킬 수 있다. 또한, 제2 다이크로익 미러(320b)는 청색(310c) 레이저 광은 반사시키고, 적색(310a) 레이저 광은 투과시킬 수 있다.

이와 같이, 적색(310a) 레이저 광, 녹색(310b) 레이저 광 및 청색(310c) 레이저 광은 두 개의 다이크로익 미러(320a, 320b)를 통과하면서 합성되어 결상하여 야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.

한편, 광터널(330)은 유리(Bulky Glass) 재질의 로드 렌즈(Rod lens)로 구성될 수 있으며, 로드 렌즈는 공기보다 굴절률이 높은 고 굴절률의 특성을 가지므로 그 내부에서 전반사가 이루어진다.

또는, 광터널(330)은 미러(Mirror)로 둘러싸여 입/출사구가 개방된 형태의 라이트 터널(Tunnel)로 이루어질 수 있으며, 가령 네 개의 미러면으로 둘러싸여 터널의 형태를 이루도록 구성된다.

이러한 구조상에서 개구된 터널의 내부를 진행하는 분리 광들은 미러에 의하여 불규칙하게 전반사되며 균일하게 혼합된다.

디스플레이 소자(350)는 반사판(340)을 통해 상기 광터널(330)에서 혼합된 레이저 광을 입사받고, 상기 레이저 광을 이용하여 스크린에 영상을 투사한다.

상기와 같은 디스플레이 소자(350)는 입사광을 각 화소 단위로 선택적으로 반사시킴에 의해 화상을 형성하는 디지털 마이크로 미러 소자, 반사형 액정표시소자(Liquid Crystal on Silicon; 이하 'LCS') 등의 반사형 화상 형성 유닛, 레이저 광을 스캔 및 x축(수평) 또는 y축(수직)으로 반사하여 스크린에 영상이 투영되도록 하는 스캐너가 될 수 있다.

광 경로 변환부(360)는 상기 디스플레이 소자(350)와 스크린 사이에 형성되고, 내부의 굴절율을 연속적으로 변화시킴에 따라 상기 디스플레이 소자(350)에서 투사된 레이저의 광 경로를 연속적으로 변환하여 스펙클을 제거한다.

상기와 같은, 광 경로 변환부(360)는 전압에 따라 내부 렌즈의 두께를 가변 시킬 수 있음에 따라 굴절율을 변화시킬 수 있는 액체 렌즈로 형성할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 광 경로 변환부(360)의 동작 과정에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 광 경로 변환부를 나타낸 일 실시예 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광 경로 변환부(360)는, 액체 렌즈(361)와, 전원 공급기(362) 및 콘트롤러(363)을 포함하여 구성된다.

액체 렌즈(361)는 내부가 물과 기름층으로 채워져 있고, 전원 공급기(362)에서 공급되는 전압량에 따라 상기 액체 렌즈(361)의 상부 및 하부에 압력을 가하여 상기 물 또는 기름층의 두께가 변화하게 된다. 상기와 같이 물 또는 기름층의 두께가 변하게 되면서, 내부의 굴절률 또한 실시간적으로 변하게 된다. 이러한 액체 렌즈(361)는 현재 공지된 액체 렌즈를 사용할 수 있다.

상기와 같이, 디스플레이 소자(350)에서 투사된 레이저 광이 상기 액체 렌즈(361)를 통과하면서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 액체 렌즈(361)의 굴절율 변화에 의해 상기 레이저 광의 진행 경로가 연속적으로 변하게 된다.

이러한, 레이저 광의 경로 변화는 서로 다른 간섭 무늬를 만들게 되고, 이렇게 연속적인 간섭 무늬 변화에 의해 생긴 레이저 스펙클 패턴들이 상기 스크린 상에 보여질 때는 상기 레이저 스펙클 패턴들의 평균으로 보여지기 때문에 스펙클이 제거된 것과 같은 효과를 나타낸다.

결과적으로, 디스플레이 소자(350)에서 출사된 레이저 광은 광 경로 변환부(360)에 의해 경로가 연속적으로 변화되고, 상기 변화된 레이저 광들 각각이 상 기 스크린 상에 중첩되는 스펙클 패턴을 형성하게 되어 스펙클이 제거된 것과 같은 효과를 나타낸다.

전원 공급기(362)는 레이저 프로젝터(300)의 각 구성 요소의 구동을 위한 전원을 공급하고, 상기 액체 렌즈(361)에 굴절율 변화를 위한 전압량을 공급한다.

콘트롤러(363)는 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(300)의 각 구성 요소의 동작을 제어하고, 상기 전원 공급기(362)를 제어하여 상기 액체 렌즈(361)에 굴절율 변화에 필요한 전압량을 공급한다.

조작부(370)는 사용자가 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(300)의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 발생시킨다. 이때, 조작부(370)는 키 패드(key pad), 방향키, 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

투사각 조절부(380)는 상기 광 경로 변환부(360)와 스크린 사이에 형성되고, 상기 광 경로 변환부(360)를 통과한 레이저 광의 투사 각도를 조절한다.

상기와 같은 투사각 조절부(380)는 도 5에 도시된 바와 같이 굴절판으로 형성할 수 있고, 메모리(도시되지 않음)에 미리 설정된 각도만큼 상기 굴절판을 상/하/좌/우 회전시켜 상기 레이저 광의 투사 각도를 변환한다.

또한, 투사각 조절부(380)는 조작부(370)를 통해 사용자로부터 상기 레이저 광의 투사 각도 조절을 위한 키 신호가 입력되면, 상기 입력된 키 신호에 상응하게 상기 굴절판을 회전시켜 상기 레이저 광의 투사 각도를 변환한다.

예를 들어, 사용자가 조작부(370)의 키들 중 좌측 방향키를 2초 누르면, 투 사각 조절부(380)는 상기 좌측 방향키의 2초 눌림에 해당하는 이동 거리만큼 상기 굴절판을 좌측으로 회전시켜 상기 레이저 광의 투사 각도를 변환할 수 있다.

상기와 같이, 스크린으로 투사되는 레이저 광의 투사 각도를 조절할 수 있음에 따라 사용자가 원하는 방향으로 영상을 투사할 수 있다.

이상 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다.

본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

도 1은 종래 기술의 레이저 디스플레이 시스템의 구성도이다.

도 2는 종래 기술의 다른 레이저 디스플레이 시스템의 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 프로젝터를 나타낸 일 실시예 개략적 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 광 경로 변환부를 나타낸 일 실시예 구성도이다.

도 5는 본 발명에 따른 투사각 조절부를 나타낸 일 실시예 구성도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

300: 레이저 프로젝터 310: 레이저 광원

320: 다이크로익 미러 330: 광터널

340: 반사판 350: 디스플레이 소자

360: 광 경로 변환부 361: 액정 렌즈

362: 전원 공급기 363: 콘트롤러

370: 조작부 380: 투사각 조절부

Claims (5)

1. 레이저 광을 출사시키는 광원;

   상기 광원으로부터 출사된 레이저 광을 조사하여 영상을 스크린으로 투사하는 디스플레이 소자; 및

   상기 디스플레이 소자와 스크린 사이에 형성되고, 내부 굴절률을 실시간적으로 변화시킴에 따라 상기 디스플레이 소자에서 투사된 레이저 광의 경로를 연속적으로 변화시켜 스펙클을 제거하는 광 경로 변환부;를 포함하여 이루어지는 레이저 프로젝터.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 광 경로 변환부는, 액체 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 광 경로 변환부와 스크린 사이에 형성되고, 상기 광 경로 변환부를 통과한 레이저 광의 투사 각도를 조절하는 투사각 조절부;를 더 포함하여 이루어지는 레이저 프로젝터.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 투사각 조절부는, 미리 설정된 각도만큼 상기 레이저 광의 투사 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
5. 제3 항에 있어서,

   사용자의 키 입력에 따른 신호를 발생하는 조작부;를 더 포함하고,

   상기 투사각 조절부는, 상기 조작부에서 발생된 신호에 상응하게 상기 광 경로 변환부를 통과한 레이저 광의 투사 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.

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