KR20090101594A

KR20090101594A - 레이저 프로젝터

Info

Publication number: KR20090101594A
Application number: KR1020080026825A
Authority: KR
Inventors: 박종명; 강호중
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2009-09-29

Abstract

본 발명은 레이저 광의 투사 방향을 공간적으로 변경시켜 줌으로써, 스펙클을 제거하여 선명한 화질을 제공하는 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 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 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 스펙클(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 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적 변화시켜 줌으로써, 스펙클을 효율적으로 제거할 수 있는 레이저 프로젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 레이저 광을 생성하여 출사하는 광학 조명계와; 상기 광학 조명계에서 출사된 레이저 광을 이용하여 스크린상에 영상을 투사하는 디스플레이 패널과; 상기 디스플레이 패널을 통과한 레이저 광을 포커싱하여 상기 스크린상에 투사하는 투사계와; 상기 디스플레이 패널과 투사계 사이에 형성되고, 상기 디스플레이 패널을 통과한 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시켜 상기 레이저 광의 스펙클을 감소시키는 경로 변환부;를 포함하여 이루어진다.

상기 경로 변환부는 상기 레이저 광이 스크린의 제1 픽셀에 투사 시, 상기 제1 픽셀의 영역내에서 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시킬 수 있다.

이때, 상기 경로 변환부는 상기 제1 픽셀의 영역내에서 미리 정해진 패턴 또는 랜덤(Random)한 패턴으로 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 경로 변환부는 중심축을 기준으로 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 각도의 범위내에서 상/하/좌/우/대각선 회전함으로써, 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 경로 변환부는 상기 레이저 광을 투과할 수 있는 플레이트(Plate) 형상의 물질로 형성되고, 상기 레이저 광의 투사 방향을 회전시키는 투과판과; 상기 투과판을 회전시키는 회전 모터;를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 레이저 프로젝터는 레이저 광의 투사 방향을 공간적으로 변경시켜 줌으로써, 스펙클을 제거하여 선명한 화질을 제공하는 효과가 있다.

도 2는 본 발명에 따른 투과형 레이저 프로젝터를 나타낸 제1 실시예 개략적 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반사형 레이저 프로젝터를 나타낸 제2 실시예 개략적 구성도이다.

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

도 5는 본 발명에 따른 레이저 광의 투사 방향 변화량을 구하기 위한 투과판의 조건을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 경로 변환부에 의해 시간에 따라 변화된 레이저 광의 투사 방향을 나타낸 도면이다.

도 7은 도 6의 레이저 광의 투사 방향 변화에 따른 스펙클의 강도 분포를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

110, 210: 레이저 광원 120, 220: 다이크로익 미러

130, 240: 조명 렌즈 140, 250: 반사판

150: 투과형 LCD 160: 프리즘

230: 광터널 250: 반사형 디스플레이 패널

170: 경로 변환부 171: 투과판

172: 회전 모터 180: 투사 렌즈

190: 스크린

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 레이저 프로젝터(100)는 광학 조명계인 레이저 광원(110), 다이크로익 미러들(120a, 120b, 120c), 조명렌즈(130) 및 반사판(140)과, 디스플레이 패널인 투과형 LCD 패널(150a, 150b, 150c)과, 본 발명에 따른 경로 변환부(170)와, 투사계인 프리즘(160) 및 투사렌즈(170)를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 레이저 프로젝터(100)에는 필요에 따라 전술한 구성요소 이외의 것이 포함되어 구성될 수 있을 것이나, 상기 전술한 구성요소 이외의 것은 본 발명에 직접적 연관이 있는 것은 아니므로 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 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 레이저 프로젝터(100)의 구성 요소들에 대해 차례로 살펴본다.

레이저 광원(110)은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 레이저 다이오드들로 구성되고, 상기 레이저 다이오드들로부터 생성된 레이저 광을 출사한다.

상기 다이크로익 미러들(120a, 120b, 120c)은 특정 파장을 갖는 빛만을 선택적으로 반사 또는 투과시켜 원하는 파장대의 빛을 얻을 수 있는 미러이다.

이러한 다이크로익 미러들(120a, 120b, 120c)은 도 1를 예를 들면, 제1 다이크로익 미러(120a)는 상기 레이저 광원(110)에서 출사되는 레이저 광에서 적색 레이저 광은 반사하고, 녹색 레이저 광 및 청색 레이저 광은 투과할 수 있다.

또한, 제2 다이크로익 미러(120b)는 녹색 레이저 광은 반사시키고, 청색 레이저 광은 투과시킬 수 있고, 제3 다이크로익 미러(120c)는 청색 레이저 광을 반사시킨다.

도 2에는 도시되지 않았으나, 상기 레이저 광원(110)과 다이크로익 미러들(120a, 120b, 120c) 사이에는 상기 레이저 광의 편광 방향을 하나의 편광 방향의 빛으로 변환하는 편광 빔 스프릿터(Polarizing Beam Splitter)와, 상기 레이저 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈가 더 구비될 수 있다.

상기 제1 다이크로익 미러(120a)를 통해 반사된 적색 레이저 광은 조명렌즈(140)를 통해 포커싱되고, 상기 조명렌즈(140)에 의해 포커싱된 적색 레이저 광은 반사판(140)을 통해 투과형 적색 LCD(Liquid Crystal Display)(150a)에 입사된다.

또한, 제2 다이크로익 미러(120b)를 통해 반사된 녹색 레이저 광은 투과형 녹색 LCD(Liquid Crystal Display)(150b)에 입사된다.

또한, 상기 제3 다이크로익 미러(120c)를 통해 반사된 청색 레이저 광은 조명렌즈(140)를 통해 포커싱되고, 상기 조명렌즈(140)에 의해 포커싱된 청색 레이저 광은 반사판(140)을 통해 투과형 청색 LCD(Liquid Crystal Display)(150c)에 입사된다.

상기 투과형 적색/녹색/청색 LCD들(150a, 150b, 150c)은 전기적인 신호에 의하여 적색/녹색/청색 레이저 광에 대한 영상을 표시하고, 상기 적색/녹색/청색 레이저 광의 영상은 프리즘(160)에 의하여 합성되어 진행된다.

본 발명에 따른 경로 변환부(170)는 상기 프리즘(160)을 통과한 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시켜 상기 레이저 광의 스펙클을 감소시킨다. 이하, 본 발명에 따른 경로 변환부(170)는 상세히 후술한다.

한편, 투사렌즈(180)는 상기 경로 변환부(170)를 통과한 레이저 광을 스크린(190)으로 확대 투사한다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(100)는 이하의 도 3과 같이 반사형 레이저 프로젝터(200)로 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사형 레이저 프로젝터(200)는 레이저 광원(210)과, 다이크로익 미러들(220)과, 광터널(230)과, 조명렌즈(240)와, 반사판(250)과, 디스플레이 패널(260)과, 본 발명에 따른 경로 변환부(170)와, 투사렌즈(180)를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사형 레이저 프로젝터(200)에는 필요에 따라 전술한 구성요소 이외의 것이 포함되어 구성될 수 있을 것이나, 상기 전술한 구성요소 이외의 것은 본 발명에 직접적 연관이 있는 것은 아니므로 설명의 간명함을 위해 이에 대한 자세한 설명은 이하 생략된다.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사형 레이저 프로젝터(200)의 구성 요소들에 대해 차례로 살펴본다.

레이저 광원(210)은 적색(R)/녹색(G)/청색(B) 레이저 다이오드(210a, 210b, 210c)를 포함하여 구성되며, 적색/청색/녹색 레이저 광을 출사한다.

다이크로익 미러들(220)은 상기 레이저 광원(310)으로부터 출사된 레이저 광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성한다.

도 3을 예를 들면, 이러한 다이크로익 미러들(220)는 적색(210a) 레이저 광과 녹색(210b) 레이저 광이 교차하는 위치에 제1 다이크로익 미러(220a)가 위치하고, 녹색(210b) 레이저 광과 청색(210c) 레이저 광이 교차하는 위치에 제2 다이크로익 미러(220b)가 위치할 수 있다.

이때, 제1 다이크로익 미러(320a)는 도 3과 같이, 적색(210a) 레이저 광을 반사하고, 녹색(210b) 레이저 광은 투과시킬 수 있다. 또한, 제2 다이크로익 미러(220b)는 청색(210c) 레이저 광은 반사시키고, 녹색(210b) 레이저 광은 투과시킬 수 있다.

이와 같이, 적색(210a) 레이저 광, 녹색(210b) 레이저 광 및 청색(210c) 레이저 광은 두 개의 다이크로익 미러(220a, 220b)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.

도 3에는 도시되지 않았으나, 상기 레이저 광원(210)과 다이크로익 미러들(220) 사이에는 상기 레이저 광을 집광하는 집광렌즈, 상기 레이저 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈가 더 구비될 수 있다.

한편, 광터널(230)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(230)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.

상기와 같이, 광터널(230)을 통과한 레이저 광은 조명렌즈(240)에 의해 포커싱되고, 상기 포커싱된 레이저 광은 반사판(250)에 의해 디스플레이 패널(260)로 반사된다.

디스플레이 패널(260)은 반사판(250)을 통해 상기 광터널(230)에서 혼합된 레이저 광을 입사받고, 상기 레이저 광을 이용하여 스크린(190)에 영상을 투사한다.

상기와 같은 디스플레이 패널(260)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 유닛등으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 경로 변환부(170)는 상기 디스플레이 패널(260)로부터 레이저 광을 입사받고, 상기 입사된 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시켜 상기 레이저 광의 스펙클을 감소시킨다. 이하, 본 발명에 따른 경로 변환부(170)는 상세히 후술한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 경로 변환부(170)에 대해 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 경로 변환부(170)는 투과판(171) 및 회전 모터(172)를 포함하여 구성된다.

회전 모터(172)는 상기 투과판(171)과 결합되어, 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 각도의 범위내에서 상기 투과판(171)을 상↔하/좌↔우/대각선으로 회전시킨다.

투과판(171)은 프리즘(160) 또는 디스플레이 패널(260)을 통과한 광을 투과할 수 있는 플레이트(Plate) 형상의 물질로 형성될 수 있다.

상기와 같은 투과판(171)은 회전 모터(172)에 의해 중심축을 기준으로 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 각도의 범위내에서 상↔하/좌↔우/대각선 회전함으로써, 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시킨다.

이때, 투과판(171)은 상기 레이저 광의 투사 방향을 너무 크게 변화시켰을 경우, 스크린(190)에 투사되는 영상이 왜곡될 수 있다.

따라서, 투과판(171)은 상기 레이저 광이 스크린(190)의 제1 픽셀에 투사 시, 사용자가 영상의 왜곡을 느끼지 못하도록 하기 위해 상기 제1 픽셀의 영역내에서 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시키는 것이 바람직하다.

이때, 투과판(171)은 상기 제1 픽셀의 영역내에서 미리 정해진 패턴 또는 랜덤(Random)한 패턴으로 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시킬 수 있다.

상기와 같은, 레이저 광의 투사 방향 변화량은 이하의 수학식 1인 스넬(snell)의 공식과 도 5를 이용하여 구할 수 있다.

이때, n₁은 공기면 굴절율이고, n₂는 투과판(171)의 내부 굴절율이고, θ₁은 수직 방향에 대한 투과판(171)의 기울어진 각도(이때, 각도는 0° ~ 90°)이고, θ₂는 투과판(171)의 내부 굴절 각도이고, x는 투과판(171)의 내부에서 굴절된 레이저 광의 길이이고, D는 구하고자 하는 레이저 광의 투사 방향 변화량이고, T는 투과판(171)의 두께이다.

상기와 같이, 도 5 및 수학식 1을 참조하면, D는 이하의 수학식 2 및 3을 이용하여 구할 수 있다.

상기 수학식 2 및 3을 조합하면, 구하고자 하는 D는 이하의 수학식 4와 같고, 이하의 수학식 4를 이용하여 스크린상의 제1 픽셀내에서 레이저 광의 투사 방향 변화량인 D를 구할 수 있다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 경로 변환부(170)를 이용하여 스펙클을 저감시키는 과정에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 6의 (a)와 도 7의 (a)는, 투과판(171)이 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 각도 범위로 회전 중 Time 1에서의 레이저 광 투사 방향의 변화량과, 상기 Time 1에 따른 레이저 광이 스크린(190)에 투사 시에 상기 레이저 광에 따른 스펙클의 강도 분포를 나타내고 있다.

먼저, 도 6의 (b)와 도 7의 (b)는, 투과판(171)이 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 각도 범위로 회전 중 Time 2에서의 레이저 광 투사 방향의 변화량과, 상기 Time 2에 따른 레이저 광이 스크린(190)에 투사 시에 상기 레이저 광에 따른 스펙클의 강도 분포를 나타내고 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 투과판(171)이 시간에 따라 연속적으로 레이저 광의 투사 방향을 변화시키면, 이에 따라 상기 스크린(190)상에 스펙클의 강도 분포 또한 변화하게 된다.

상기와 같은 시간에 따라 연속적으로 변화되는 스펙클의 강도 분포들은 도 7의 (c)와 같이 상기 스크린(190)상에 보여질 때는 상기 스펙클 강도 분포들의 평균으로 보여지기 때문에 스펙클이 감소된 것과 같은 효과를 나타낸다.

결과적으로, 본 발명에 따른 경로 변환부(170)에 의해 레이저 광은 시간에 따라 투사 방향이 연속적으로 변화되고, 상기 투사 방향이 변화된 레이저 광들 각각이 상기 스크린(190)상에 중첩되는 스펙클 강도 분포를 형성하게 되어 스펙클이 감소된 것과 같은 효과를 나타낸다.

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.

Claims

레이저 광을 생성하여 출사하는 광학 조명계;

상기 광학 조명계에서 출사된 레이저 광을 이용하여 스크린상에 영상을 투사하는 디스플레이 패널;

상기 디스플레이 패널을 통과한 레이저 광을 포커싱하여 상기 스크린상에 투사하는 투사계; 및

상기 디스플레이 패널과 투사계 사이에 형성되고, 상기 디스플레이 패널을 통과한 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시켜 상기 레이저 광의 스펙클을 감소시키는 경로 변환부;를 포함하여 이루어지는 레이저 프로젝터.
제1 항에 있어서,

상기 경로 변환부는, 상기 레이저 광이 스크린의 제1 픽셀에 투사 시, 상기 제1 픽셀의 영역내에서 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
제2 항에 있어서,

상기 경로 변환부는, 상기 제1 픽셀의 영역내에서 미리 정해진 패턴 또는 랜덤(Random)한 패턴으로 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
제1 항에 있어서,

상기 경로 변환부는, 중심축을 기준으로 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 각도의 범위내에서 상/하/좌/우/대각선 회전함으로써, 상기 레이저 광의 투사 방향을 시간에 따라 연속적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
제4 항에 있어서, 상기 경로 변환부는,

상기 레이저 광을 투과할 수 있는 플레이트(Plate) 형상의 물질로 형성되고, 상기 레이저 광의 투사 방향을 회전시키는 투과판; 및

상기 투과판을 회전시키는 회전 모터;를 포함하여 이루어지는 레이저 프로젝터.