KR20120000404A

KR20120000404A - 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계

Info

Publication number: KR20120000404A
Application number: KR1020100060755A
Authority: KR
Inventors: 김동하; 김만겸; 손병수
Original assignee: 스크램테크놀러지스아시아 유한회사
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-02
Also published as: WO2011161543A3; US20130188156A1; KR101188202B1; WO2011161543A2

Abstract

본 발명은 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계에 관한 것으로, 광원으로부터 동일한 각을 가지고 입사되는 빛을 한점으로 모아주는 제1 렌즈와; 제1 렌즈로부터 모아진 빛이 DMD(Digital Micromirror Device)에 설정된 각도로 입사되도록 배치되는 제2 렌즈와; 제2 렌즈로부터 입사된 빛을 반사시키는 DMD와; 제2 렌즈와 DMD 사이에 배치되어 제2 렌즈로부터 입사되는 빛을 투과시켜 DMD로 전달하고, DMD에서 반사되는 빛을 전반사(Total internal reflection)시켜 프로젝션 렌즈로 전달하는 프리즘과; 프리즘으로부터 전반사되는 반사광의 광경로에 배치되어, 스크린에 빛을 투사하는 프로젝션 렌즈를 포함한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 제2 렌즈인 대칭렌즈를 비대칭 배치시켜 광경로차를 보상한 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계를 제공함으로써, 제작이 용이한 효과를 갖는다. 특히, 종래의 비대칭렌즈에 비해 대칭렌즈를 사용함으로써 렌즈 제작시 렌즈가공 및 공차관리가 용이하며 가격이 저렴한 효과를 갖는다. 또한, 대칭렌즈와 프리즘 간에 배치설정이 용이한 효과를 갖는다.

Description

프로젝션 디스플레이 장치의 광학계{Optical System for Projection Display Apparatus}

본 발명은 프로젝션 디스플레이 장치를 위한 광학계에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계를 나타내는 것으로서, 종래기술에 따른 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계는 광원(10)과, 광원(10)으로부터 입사되는 빛(또는 광빔)을 받아서 반사시키는 DMD(Digital Micromirror Device)(20)와, DMD(20)의 반사광의 광경로에 배치되어 스크린에 빛을 투사하는 프로젝션 렌즈(30)와, 광원(10)과 DMD(20)의 사이에 배치되어 광원(10)으로부터 입사되는 빛을 DMD(20)로 보내주고 또한 DMD(20)로부터 입사되는 빛을 프로젝션 렌즈(30)로 전반사시키는 프리즘(40)과, 광원(10)과 프리즘(40) 사이에 배치되며 특히, 프리즘(40)의 빗면에 평행하도록 배치되는 비대칭 렌즈(50)를 포함하였다.

여기서, 비대칭 렌즈(50)는 다른 매질에서 다양한 속도를 갖는 빛의 특성 즉, 광원(10)에서 DMD(20)의 각 위치로 입사되는 빛(광빔)의 광경로차를 보상하기 위해 비대칭 렌즈를 사용하였다.

그런데, 이와 같이 종래 기술에 따른 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계는 광경로차를 보상하기 위한 정밀성이 요구되어 비대칭 렌즈(50)의 제작 및 비대칭 렌즈(50)와 프리즘(40) 간의 배치 설정이 매우 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정밀한 제작이 요구되는 비대칭 렌즈를 사용하지 않아도 광경로차를 보상할 수 있는 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계는, 광원으로부터 동일한 각을 가지고 입사되는 빛을 한점으로 모아주는 제1 렌즈와; 제1 렌즈로부터 모아진 빛이 DMD(Digital Micromirror Device)에 임의의 설정된 각도로 입사되도록 배치되는 제2 렌즈와; 제2 렌즈로부터 입사된 빛을 반사시키는 DMD와; 제2 렌즈와 DMD 사이에 배치되어 제2 렌즈로부터 입사되는 빛을 투과시켜 DMD로 전달하고, DMD에서 반사되는 빛을 전반사시켜 프로젝션 렌즈로 전달하는 프리즘과; 프리즘으로부터 전반사되는 반사광의 광경로에 배치되어, 스크린에 빛을 투사하는 프로젝션 렌즈를 포함한다.

여기서, 상기 제2 렌즈는 양의 굴절능(positive power)을 가지는 대칭렌즈로서, 광축에 대하여 비대칭 배치되는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 제2 렌즈는, 회전조건으로서 제2 렌즈의 중심축과 프리즘의 빗변의 법선이 이루는 각이 0 ~ 90 도 범위 내에서 회전되도록 하며, 편심조건으로서 제2 렌즈의 중심축이 프리즘 출사면으로부터 멀어지는 방향으로 편심되도록 하여 비대칭 배치되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 광원으로부터 DMD에 입사되는 빛의 광경로차를 보상하는 렌즈를 대칭렌즈로 구현하여 비대칭 배치한 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계를 제공함으로써, 제작이 용이한 효과를 갖는다. 특히, 종래의 비대칭렌즈에 비해 대칭렌즈를 사용함으로써 렌즈 제작시 렌즈가공 및 공차관리가 용이하며 가격이 저렴한 효과를 갖는다. 또한, 대칭렌즈와 프리즘 간에 배치설정이 용이한 효과를 갖는다. 이로써, 다양한 크기와 형태를 가지는 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계에 다양하게 적용될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계를 나타내는 도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계를 나타내는 도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대칭렌즈의 비대칭 배치를 나타내는 도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광원으로부터 입사되는 빛이 제1 렌즈로부터 DMD로 입사되는 과정을 나타내는 도.
도 5는 도 4의 제1 렌즈에 동일한 각으로 입사되는 빛이 DMD에 모이는 과정을 나타내는 도.
도 6는 한 점에서 출발한 빛이 도 4의 제2 렌즈에 의해 DMD에 조명되는 과정을 나타내는 도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 공지 구성에 대한 구체적인 설명 또는 당업자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계는, 광원으로부터 동일한 각을 가지고 입사되는 빛을 한점으로 모아주는 제1 렌즈(100)와; 제1 렌즈(100)로부터 모아진 빛이 DMD(Digital Micromirror Device)(300)에 설정된 각도로 입사되도록 배치되는 제2 렌즈(200)와; 제2 렌즈(200)로부터 입사된 빛을 반사시키는 DMD(300)와; 제2 렌즈(200)와 DMD(300) 사이에 배치되어 제2 렌즈(200)로부터 입사되는 빛을 투과시켜 DMD(300)로 전달하고, DMD(300)에서 반사되는 빛을 전반사시켜 프로젝션 렌즈(500)로 전달하는 프리즘(400)과; 프리즘(400)으로부터 전반사되는 반사광의 광경로에 배치되어, 스크린에 빛을 투사하는 프로젝션 렌즈(500)를 포함한다.

여기서, 상기 제2 렌즈(200)는 양의 굴절능(positive power)을 가지는 대칭렌즈로서, 광축에 대하여 비대칭 배치되는 것을 특징으로 한다.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 렌즈(200)는, 회전조건으로서 제2 렌즈(200)의 중심축(d)과 프리즘(400)의 빗변의 법선(e)이 이루는 각(θ)이 0 ~ 90 도 범위 내에서 회전되도록 하며, 편심조건으로서 제2 렌즈(200)의 중심축(d)이 프리즘 출사면(410)으로부터 멀어지는 방향(화살표방향; g)으로 편심되도록 하여 비대칭 배치되는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 상기 제1 렌즈(100)는 통상적으로 릴레이 렌즈(Relay Lens)를 의미하는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 동일한 각으로 입사되는 빛(혹은 광빔)을 DMD(300)의 같은 위치에 초점이 맺도록 배치된다.

이어서, 상기 제2 렌즈(200)도 통상적으로 릴레이 렌즈(Relay Lens)를 의미하는 것으로서, 렌즈로 입사되는 빛은 모아지도록 양의 굴절능(Positive power)을 가지는 대칭렌즈를 의미한다. 한편, 제2 렌즈(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈(100)의 동일한 위치로부터 출발한 빛을 DMD(300)의 각 영역에 고르게 퍼트려 주며, 이 때, DMD(300)에 입사되는 빛의 각도는 최대한 같게 해주는 역할을 하게 된다.

다시 말해, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈(100)의 각 지점에 일정한 각도를 갖는 각각의 빛(a, b, c)이 입사되면, 제1 렌즈(100)에 의해 동일한 각으로 입사되는 빛을 DMD(300)의 같은 위치에 초점이 맺게 하며, 제2 렌즈(200)에 의해 제1 렌즈(100)의 동일한 위치로부터 출발한 빛(a, b, c)을 DMD(300)의 각 영역에 고르게 퍼트려 준다.

상기 DMD(Digital Micromirror Device)(300)는 디지털 미소 반사 표시기를 의미하는 것으로서, 공지된 기술이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

또한, 상기 프리즘(400)은 도 3에서와 같이, 횡단면이 직삼각형으로서, 빗면(혹은, 입사면)(430)은 광원에 인접하게 배치되며 내부 전반사 표면(Total internal reflection surface)을 갖는다. 이에 따라, DMD(300)로부터 반사되는 반사광을 프로젝션 렌즈(500)로 전반사시킬 수 있다. 또한, DMD(300)와 마주보는 프리즘 면(420)은 서로 평행하도록 배치되며, 프로젝션 렌즈(500)와 마주보는 프리즘 면(410)은 프로젝션 렌즈(500)의 광축에 수직이 되도록 배치된다. 이와 같이, 프리즘(400)은 제2 렌즈(200)를 통과하여 프리즘(400)의 빗면(430)으로 입사되는 빛을 통과시켜 DMD(300)로 전달한 후, DMD(300)로부터 반사된 빛(반사광)을 프리즘(400) 내부의 빗면(430)(전반사 표면)에서 전반사 시켜 프로젝션 렌즈로 빛을 전달하게 된다.

또한, 상기 프로젝션 렌즈(500)는 프리즘(400)으로부터 전반사되어 입사되는 광을 스크린(화면)에 투사하는 것으로서, 즉, DMD(400)에서 보내준 영상을 화면에 투사하는 역할을 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 제2 렌즈(200)인 대칭렌즈를 비대칭 배치시켜 광경로차를 보상한 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계를 제공함으로써, 제작이 용이한 효과를 갖는다. 특히, 하기의 [표 1]에서와 같이, 종래의 비대칭렌즈에 비해 대칭렌즈를 사용함으로써 렌즈 제작시 렌즈가공 및 공차관리가 용이하며 가격이 저렴한 효과를 갖는다. 또한, 대칭렌즈와 프리즘 간에 배치설정이 용이한 효과를 갖는다.

	종래기술의 비대칭 렌즈(50)	본 발명의 대칭 렌즈(200)
가공	어려움	용이함
공차관리	어려움	용이함
얼라인먼트(Alignment)	어려움	용이함
가격	높음	낮음

이상, 본 발명에 대하여 도면과 실시예를 가지고 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 수정과 변형이 가능함을 이해할 것이다. 또한, 상기 도면은 발명의 이해를 돕기 위해 도시된 것으로서, 청구범위를 한정하도록 이해해서는 아니될 것이다.

10 : 광원 20 : DMD
30 : 프로젝션 렌즈 40 : 프리즘
50 : 비대칭 렌즈 100 : 제1 렌즈
200 : 제2 렌즈(대칭 렌즈) 300 : DMD
400 : 프리즘 500 : 프로젝션 렌즈

Claims

광원으로부터 동일한 각을 가지고 입사되는 빛을 제2 렌즈로 출사하는 제1 렌즈와;
상기 제1 렌즈로부터 출사된 빛이 미리 설정된 각도로 DMD(Digital Micromirror Device)에 입사되도록 배치되는 제2 렌즈와;
상기 제2 렌즈로부터 입사된 빛을 반사시키는 DMD와;
상기 제2 렌즈와 상기 DMD 사이에 배치되어 상기 제2 렌즈로부터 입사되는 빛을 투과시켜 상기 DMD로 전달하고, 상기 DMD에서 반사되는 빛을 전반사시켜 프로젝션 렌즈로 전달하는 프리즘과;
상기 프리즘으로부터 전반사되는 반사광의 광경로에 배치되어, 스크린에 빛을 투사하는 프로젝션 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 렌즈는 양의 굴절능(positive power)을 가지는 대칭렌즈로서, 광축에 대하여 비대칭 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계.
제 2 항에 있어서,
상기 비대칭 배치되는 것은, 제2 렌즈의 중심축과 프리즘의 빗변의 법선이 이루는 각이 0 ~ 90 도 범위 내에서 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 비대칭 배치되는 것은, 제2 렌즈의 중심축이 프리즘 출사면으로부터 멀어지는 방향으로 편심되도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치의 광학계.