KR20130043975A - 등화 렌즈를 구비한 빔 프로젝터 - Google Patents

등화 렌즈를 구비한 빔 프로젝터 Download PDF

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KR20130043975A
KR20130043975A KR1020110108198A KR20110108198A KR20130043975A KR 20130043975 A KR20130043975 A KR 20130043975A KR 1020110108198 A KR1020110108198 A KR 1020110108198A KR 20110108198 A KR20110108198 A KR 20110108198A KR 20130043975 A KR20130043975 A KR 20130043975A
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른, 외부 스크린상에 영상을 형성하는 광을 외부로 투사하는 빔 프로젝터는, 다수의 픽셀 소자들을 구비하고, 구동 신호에 따라 상기 픽셀 소자들을 제어함으로써, 영상을 형성하는 표시 패널과; 제1 광축상에 배치된 등화 렌즈 및 미러를 구비하고, 상기 등화 렌즈를 투과한 광을 상기 미러를 통해 상기 표시 패널로 출력하는 조명 광학계와; 제2 광축상에 배치된 적어도 하나의 렌즈를 구비하고, 상기 표시 패널로부터 반사된 광을 외부로 출력하는 투사 광학계를 포함하고, 상기 등화 렌즈의 정렬 축은 상기 제2 광축과 기설정된 경사를 이룬다.

Description

등화 렌즈를 구비한 빔 프로젝터{BEAM PROJECTOR WITH EQUALIZATION LENS}
본 발명은 프로젝터에 관한 것으로서, 특히 LED(light emitting diode), 램프 등의 광원, 조명 광학계 및 투사 광학계를 구비한 소형 빔 프로젝터(Pico/Micro Beam Projector)에 관한 것이다.
최근 들어, 휴대폰, 컴퓨터, MP3 플레이어, 소형 디지털 카메라와 같은 디스플레이 장치에서 저장된 자료나 동영상을 외부에 영상으로 투사하여 표시하는 소형 빔 프로젝터에 관한 기술 개발이 급속히 이루어지고 있다. 통상의 소형 빔 프로젝터는 상대적으로 작은 부피 및 무게를 갖는 DMD(Digital Micro-Mirror Device)나 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 소형 평판형 표시 패널을 구비한다.
또한, 통상적인 빔 프로젝터는 조명 광학계와 투사 광학계를 구비한다. 조명 광학계는 광원으로부터 표시 패널까지의 광경로에 정렬된 광학계를 말하고, 투사 광학계는 표시 패널로부터 외부 스크린까지의 광경로에 정렬된 광학계를 말한다.
소형 디스플레이 장치 내에 실장하기 위하여, 점차 요구되는 빔 프로젝터의 크기는 작아지고 있다. 예를 들어, 조명 광학계를 구성하는 광학 소자의 주변부를 절단함으로써 빔 프로젝터의 두께를 어느 정도 감소시킬 수 있다. 그러나 이러한 경우에, 광원에서 출력된 광의 일부가 이러한 컷팅에 의해 표시 패널에 도달하지 못하게 되고, 이로 인해 조명 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 특정 실시 예들의 목적은 종래기술과 관련된 문제점들 및/또는 단점들 중의 적어도 하나를 적어도 부분적으로 해결, 경감 또는 제거하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 조명 효율을 감소시키지 않으면서 그 두께를 감소시킬 수 있는 소형 빔 프로젝터를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른, 외부 스크린상에 영상을 형성하는 광을 외부로 투사하는 빔 프로젝터는, 다수의 픽셀 소자들을 구비하고, 구동 신호에 따라 상기 픽셀 소자들을 제어함으로써, 영상을 형성하는 표시 패널과; 제1 광축상에 배치된 등화 렌즈 및 미러를 구비하고, 상기 등화 렌즈를 투과한 광을 상기 미러를 통해 상기 표시 패널로 출력하는 조명 광학계와; 제2 광축상에 배치된 적어도 하나의 렌즈를 구비하고, 상기 표시 패널로부터 반사된 광을 외부로 출력하는 투사 광학계를 포함하고, 상기 등화 렌즈의 정렬 축은 상기 제2 광축과 기설정된 경사를 이룬다.
본 발명에 따른 빔 프로젝터는, 조명 광학계를 스크린 측으로 이동시킴으로써 그 두께를 줄이고, 조명 광학계의 이동에 따른 조명 영역의 이동을 미러의 회전을 통해 보정하고, 미러의 회전에 따른 조명 영역의 이동을 등화 필터의 회전을 통해 보정함으로써, 조명 효율을 감소시키지 않으면서 그 두께를 감소시킬 수 있다는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소형 빔 프로젝터의 기본적인 구성을 나타내는 도면,
도 2는 등화 렌즈를 상세히 나타낸 도면,
도 3은 투사 광학계의 상세 구성을 나타낸 도면,
도 4는 조명 광학계를 이동시킨 경우에 표시 패널에 조명되는 광의 영역을 나타내는 도면,
도 5는 미러의 회전을 설명하기 위한 도면,
도 6은 미러를 회전시킨 경우에 표시 패널에 조명되는 광의 영역을 나타내는 도면,
도 7은 등화 렌즈의 회전을 설명하기 위한 도면,
도 8은 등화 렌즈를 회전시킨 경우에 표시 패널에 조명되는 광의 영역을 나타내는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예들에서 제1, 제2 등과 같은 서수를 사용하고 있으나, 이는 단지 동일한 명칭의 대상들을 서로 구분하기 위한 것이고, 그 순서는 임의로 정할 수 있으며, 후순위의 대상에 대해 선행하는 설명을 준용할 수 있다.
이하, 본 발명의 기본적 구성에 대해 설명하고, 상기 기본적 구성의 부피를 줄일 수 있는 개량된 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소형 빔 프로젝터의 기본적인 구성을 나타내는 도면이다. 상기 빔 프로젝터(10)는 광을 출력하는 제1 및 제2 광원(110, 140)과, 상기 제1 및 제2 광원(110, 140)으로부터 출력된 광으로 표시 패널(300)을 조명하는 조명 광학계(100)와, 상기 광을 픽셀 단위로 반사하여 영상을 형성하는 표시 패널(300)과, 미러(200)와, 상기 표시 패널(300)로부터 반사된 광을 외부 스크린으로 투사하는 투사 광학계(400)를 포함한다. 본 예에서, 제1 광축(105)은 z축과 평행하고, 보조 광축(107) 및 제2 광축(405)의 각각은 x축과 평행하다. 그러나 제1 및 제2 광축(105, 405)이 항상 90도로 직교하여야 하는 것은 아니고, 보조 광축(107)이 x축과 항상 평행하여야 하는 것도 아니며, 이는 하나의 예에 불과함에 주의하여야 한다.
상기 조명 광학계(100)는 제1 광축(105)과 보조 광축(107)을 갖고, 제1 및 제2 광원(110, 140)과, 제1 내지 제4 시준화 렌즈(collimation lens, 120, 130, 150, 160)와, 필터(170)와, 등화 렌즈(equalization lens, 180)와, 릴레이 렌즈(relay lens, 190)를 포함한다. 상기 제2 광원(140)과 제3 및 제4 시준화 렌즈(150, 160)는 상기 보조 광축(107)상에 정렬되고, 상기 조명 광학계(100)의 나머지 광학 소자들은 상기 제1 광축(105)상에 정렬된다. 본 예에서, 그 출력광들이 혼합되어 백색광을 생성할 수 있는 복수의 광원을 사용하는 것으로 예시하고 있으나, 다양한 색상의 광을 출력하는 하나의 광원(예를 들어, 파장 가변형 광원)을 사용할 수도 있고, 또는 3원색(RGB)에 따른 3개의 광원을 사용할 수도 있고, 칼라 필터와 함께 백색 광원을 사용할 수도 있다. 통상적으로 광축은 이를 중심으로 해당 광학계를 회전시켜도 광학적으로 변동이 없는 축을 말한다. 광축상에 정렬된다는 것은 해당 광학계를 구성하는 광학 소자의 곡률 중심이 상기 광축상에 위치하거나, 광학 소자의 대칭점(즉, 대칭 중심) 또는 중심점이 상기 광축상에 위치하는 것을 의미한다.
상기 제1 광원(110)은 제1 광축(105)을 따라 진행하는 제1 원색광을 출력한다. 예를 들어, 상기 제1 광원(110)으로는 녹색광을 출력하는 LED를 사용할 수 있다. 본 예에서, 상기 제1 광원(110)은 상기 제1 광축(105)을 중심으로 소정 각도로 발산하는 제1 원색광을 출력한다. 이와 다르게, 상기 제1 광원(110)에 시준화 렌즈가 통합되어 있을 수 있고, 이러한 경우에 상기 제1 시준화 렌즈를 제거하여도 된다.
상기 제1 및 제2 시준화 렌즈(120, 130)는 상기 제1 광원(110)으로부터 출력된 발산하는 제1 원색광을 수신하고, 상기 제1 원색광을 시준화(즉, 평행화)하여 출력한다. 이때, 시준화는 광의 발산각을 감소시키는 것을 말하고, 이상적으로는 광이 수렴하거나 발산하지 않고 평행하게 진행하도록 만드는 것을 말한다. 본 예에서, 상기 제1 광원(110)으로부터 출력된 제1 원색광의 점진적 시준화(즉, 제1 및 제2 시준화 렌즈(120, 130)가 제1 원색광을 점진적으로 평행화함), 또는 서로 수직한 2방향에서의 분할적 시준화(즉, 제1 시준화 렌즈(110)가 제1 원색광을 제1 방향(예를 들어, y축 방향)에서 시준화하고, 제2 시준화 렌즈(130)가 제1 원색광을 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향(예를 들어, x축 방향)에서 시준화함)를 위해 한 쌍을 이루는 제1 및 제2 시준화 렌즈(120, 130)를 사용하고 있으나, 하나의 시준화 렌즈를 사용할 수도 있다.
상기 제2 광원(140)은 보조 광축(107)을 따라 진행하는 제2 및 제3 원색광을 출력한다. 예를 들어, 상기 제2 광원(140)으로는 적색광 및 청색광을 출력하는 2개의 LED를 사용할 수 있다.
상기 제3 및 제4 시준화 렌즈(150, 160)는 상기 제2 광원(140)으로부터 출력된 발산하는 제2 및 제3 원색광을 수신하고, 상기 제2 및 제3 원색광을 시준화하여 출력한다.
본 예와 다르게, 제2 및 제 3 원색광원이 별도로 존재할 수 있고, 이 경우 각각의 시준화 렌즈가 각각의 원색광원 앞에 존재할 수 있다. 예를 들어 보조 광축(107)에 놓인 제3 원색광원에 대해서는 투과하고 보조 광축(107)과 거의 수직으로 놓임과 동시에 제1 광축(105)과 거의 나란한 방향에 놓인 제2 원색광원에 대해서는 반사하는 또 하나의 필터가 제 1 광축(105)에 놓인 필터(170) 앞(즉, 보조 광축(107)상에서 제3 원색광원과 상기 필터(170)의 사이에 위치함)에 위치할 수 있다.
상기 필터(170)는 상기 제4 시준화 렌즈(160)로부터 입력된 제2 및 제3 원색광을 반사하여 상기 제1 광축(105)을 따라 진행하도록 하며, 상기 제2 시준화 렌즈(130)로부터 입력된 제1 원색광을 그대로 투과시킨다. 예를 들어, 상기 필터(170)로서 파장에 따라 투과 또는 반사를 선택적으로 수행하는 파장 선택 필터(wavelength selective filter)(또는 색선별 필터(dichroic filter)), 색선별 거울(dichroic mirror), 프리즘을 사용하거나, 빔 스플리터(beam splitter), 하프 미러(half mirror) 등의 파장 무의존성 필터를 사용할 수도 있다. 상기 필터(170)에 의해 상기 제1 내지 제3 원색광은 동일한 제1 광축(105)을 따라 진행하게 된다.
도 2는 등화 렌즈를 상세히 나타낸 도면이다. 상기 등화 렌즈(180)는 상기 필터(170)로부터 입력된 광을 세기 등화하여 출력한다. 즉, 상기 등화 렌즈(180)는 x-y 평면상에서 상기 광의 세기 분포를 균일하게 만든다. 상기 등화 렌즈(180)로는 통상의 파리눈 렌즈(fly eye lens)를 사용할 수 있다. 상기 등화 렌즈(180)에 의해 상기 광의 가로 세로비(aspect ratio)가 표시 패널(300)의 것과 정합되고, 상기 광의 색균일도가 향상된다.
상기 등화 렌즈(180)는 전체적으로 직사각형을 이루도록 행렬 구조로 배치된 다수의 마이크로 렌즈들(182)로 이루어진다. 이때, 상기 마이크로 렌즈들(182)의 행방향 정렬축(185)은 x축과 평행하고, 상기 마이크로 렌즈들(182)의 열방향 정렬축(186)은 y축과 평행하다. 각 마이크로 렌즈(182)는 전체적으로 직사각 형태를 갖는다. 상기 등화 렌즈(180)에 입사하는 광의 세기 분포는 가우시안 분포, 즉 제1 광축(105)을 기준으로 중심부의 세기는 높고, 주변부의 세기는 낮은 형태를 갖는다. 상기 등화 렌즈(180)는 입사 광의 세기 분포를 균일화하여 출력한다.
상기 릴레이 렌즈(190)와 집광 렌즈(410)는 상기 등화 렌즈(180)로부터 입력된 광이 상기 표시 패널(300)의 표면상에 집속되도록 만든다.
상기 미러(200)는 상기 릴레이 렌즈(190)로부터 광을 수신하고, 상기 광을 상기 표시 패널(300) 측으로 반사한다. 상기 미러(200)로서 평면 미러를 사용할 수 있고, 상기 미러(200)는 기판 상에 반사도가 높은 유전체층 또는 금속층을 증착한 구조를 가질 수 있다.
상기 집광 렌즈(410)는 오버필(overfill)을 감안하여 미러(200)로부터 반사된 광이 표시 패널(300)에 정합되도록 한다. 즉, 상기 집광 렌즈(410)는 상기 표시 패널(300)의 면적보다 큰 면적에 상기 반사된 광이 입사되도록 한다. 상기 프로젝터(10)를 구성하는 각 렌즈의 광학면에는 입사된 광의 반사율을 최소화하기 위한 무반사 코팅(anti-reflection coating: AR coating)이 적용될 수 있다. 이러한 무반사 코팅층은 그 표면에 입사하는 광의 반사를 최소화하도록 구성되고, 고굴절률의 층(예를 들어, Nb2O5 층)과 저굴절률의 층(예를 들어, SiO2 층)을 교대로 적층한 구성을 조건으로 하여, 임의 재질의 층들로 구성될 수 있다. 특히, 상기 집광 렌즈(410)의 스크린 측 광학면으로부터 반사된 광은 영상에 큰 노이즈를 야기할 수 있으므로, 상기 스크린 측 광학면에 무반사 코팅을 적용하는 것이 바람직하다.
상기 표시 패널(300)은 픽셀 단위로 영상을 표시하며, 상기 표시 패널(300)은 기설정된 해상도에 대응하는 픽셀 소자들을 구비하고, 상기 픽셀 소자들의 온/오프 구동을 통해 영상을 표시한다. 본 예에서는, 상기 표시 패널(300)로서 MxN(예를 들어, 1280x720, 854x480 등) 행렬 구조로 배열된 마이크로 미러들을 포함하는 DMD를 사용한다. 선택적으로, 상기 표시 패널(300)로서 LCoS(Liquid Crystal On Silicon) 패널을 사용할 수 있다.
상기 각 마이크로 미러는 구동 신호에 따라 온 상태에 대응하는 위치와 오프 상태에 대응하는 위치로 회전하며, 온 상태일 때 스크린에 표시될 수 있는 각도로 입사한 광을 반사하고, 오프 상태일 때 스크린에 표시되지 않는 각도로 입사한 광을 반사한다. 상기 표시 패널(300)은 상기 픽셀 소자들에 구동 신호를 제공하는 회로기판을 더 포함할 수 있다.
상기 투사 광학계(400)는 제2 광축(405)을 갖고, 집광 렌즈(410)와, 투사 렌즈(projection lens, 420)를 포함한다. 상기 집광 렌즈(410)와, 투사 렌즈(420)는 상기 제2 광축(405)상에 정렬된다.
상기 집광 렌즈(410)는 상기 조명 광학계(100)로부터 광을 수신하고, 상기 광이 상기 표시 소자(300)에 균일한 각도로 입사하도록 한다. 또한, 상기 표시 패널(300)로부터 반사된 광을 수신하고, 상기 광의 빔 면적을 감소시켜서 출력한다. 상기 표시 패널로부터 반사된 광은 그 빔 면적(beam spot size)이 크기 때문에, 상기 투사 렌즈(420)로 전달되지 못하는 광으로 인한 광손실이 클 수 있다. 상기 집광 렌즈(410)는 상기 표시 패널(300)로부터 반사된 광을 집광하여 그 빔 면적을 줄임으로써, 상기 투사 렌즈(420)에 최대한 많은 양의 광이 전달되도록 한다.
상기 투사 렌즈(420)는 상기 집광 렌즈(410)로부터 상기 빔 면적이 조절된 광을 수신하고, 스크린의 기설정된 면적에 광을 투사하고, 스크린상에 상기 광의 초점이 형성되도록 한다. 즉, 상기 투사 렌즈(420)는 그 광학 소자들의 일부 또는 전체가 자동 또는 수동으로 이동됨으로써 그 초점 거리의 조절이 가능하고, 상기 표시 패널(300)상에 표시되는 영상을 스크린상에 확대하여 표시한다.
도 3은 투사 광학계의 상세 구성을 나타낸 도면이다. 이하, 광학면의 형태에 대한 설명은 하기 표 1을 기준으로 하고 있으나, 상기 프로젝터(10)를 구성하는 각 렌즈의 광학면은 구면이거나 비구면일 수 있다.
하기 표 1은 상기 투사 광학계(400)를 구성하는 광학 소자들의 수치 데이터를 나타낸다. 하기 표 1은, 제i 광학면(Si)의 곡률 반경, 제i 광학면의 두께 또는 공기 간격(또는, 제i 광학면에서 제(i+1) 광학면까지의 거리)인 D, 제i 광학면의 d 선(587.5618㎚)에서의 굴절률인 N, 제i 광학면의 아베수인 V를 나타낸다. 또한, 곡률반경 및 두께의 단위는 ㎜이다. 광학면의 번호 i는 스크린 측에서 표시 소자(300) 측으로 차례로 붙인 것이다.
Surface
number		 Radius of curvature (mm) between
surfaces		 D (mm) N V
1 -2.50 1-2 1.30 1.5311 55.80
2 -4.65 2-3 0.10 1.0000 　
3 13.00 3-4 1.78 1.5311 55.80
4 -4.84 4-5 1.99 1.0000 　
5 7.56 5-6 0.97 6.3200 23.00
6 3.07 6-7 1.88 1.0000 　
7 　 7-8 2.50 1.6204 60.34
8 -8.12 8-9 8.04 1.0000 　
9 10.80 9-10 3.00 1.6584 50.85
10 40.80 10-11 0.60 1.0000 　
11 　 11-12 0.65 1.5069 63.10
12 　 12-
표시 소자		 0.71 1.0000 　
상기 표 1에서, 제1 내지 제6 광학면(S1~S6)은 비구면이고, 해당 광학면이 평면인 경우는 곡률 반경이 기재되어 있지 않고, 공기의 굴절률은 1이다.
비구면 정의식은 하기 수학식 1로 표시된다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서, z는 광학면의 중심(또는 정점)으로부터 광축(405)에 따른 거리, h는 광축(405)에 수직한 방향으로의 거리, c는 광학면의 중심에서의 곡률(곡률반경의 역수), k는 코닉 계수(conic coefficient), A, B, C, D, E, F 및 G(=0)는 비구면 계수들을 나타낸다.
상기 표 1의 각 비구면에 대한 비구면 계수들을 예시하고 있다.
Aspheric parameters
Surface k A B C D E F
1 -0.5868604 0.02061595 -0.001949 0.00021047 -1.59E-05 7.49E-07 -1.28E-08
2 -1.16E+00 1.06E-02 -0.000804 4.41E-05 -3.03E-06 8.95E-08 2.92E-10
3 -1.72E+00 -3.78E-03 0.0002273 -5.05E-06 -2.94E-06 3.28E-07 -1.69E-08
4 -5.72E-01 6.52E-05 0.0001916 -2.90E-05 1.84E-06 -2.62E-08 -4.35E-09
5 -2.58E-01 -1.65E-03 0.0001027 -9.10E-06 7.09E-07 -2.79E-08 4.08E-10
6 -8.46E-01 -7.19E-03 0.0004096 -2.58E-05 1.35E-06 -4.42E-08 6.09E-10
상기 투사 광학계(400)를 구성하는 투사 렌즈(420)는 스크린 측으로부터 표시 패널(300) 측으로 차례로 배치된 제1 및 제4 렌즈(422, 424, 426, 428)를 포함한다.
상기 제1 렌즈(422)는 모두 표시 패널 측으로 볼록한 제1 및 제2 광학면(S1, S2)을 갖고, 제1 및 제2 광학면(S1, S2)의 각각은 비구면이다.
상기 제2 렌즈(424)는 양면 볼록한 제3 및 제4 광학면(S3, S4)을 갖고, 제3 및 제4 광학면(S3, S4)의 각각은 비구면이다. 상기 제1 및 제2 렌즈(422, 424)의 조합으로서 2매 접합 렌즈를 사용할 수도 있다.
상기 제3 렌즈(426)는 모두 스크린 측으로 볼록한 제5 및 제6 광학면(S5, S6)을 갖고, 제5 및 제6 광학면(S5, S6)의 각각은 비구면이다.
상기 제4 렌즈(428)는 평면-볼록한 제7 및 제8 광학면(S7, S8)을 갖고, 제8 광학면(S7, S8)은 구면이다. 상기 제3 및 제4 렌즈(426, 428)의 조합으로서 2매 접합 렌즈를 사용할 수 있다. 본 예와 다르게, 상기 제4 렌즈(428)의 적어도 한 광학면이 비구면일 수 있다.
상기 투사 광학계(400)를 구성하는 집광 렌즈(410)는 1매의 렌즈로 구성되며, 상기 집광 렌즈(410)는 모두 스크린 측으로 볼록한 제9 및 제10 광학면(S9, S10)을 갖고, 제9 및 제10 광학면(S9, S10)의 각각은 구면이다. 본 예와 다르게, 상기 집광 렌즈(410)의 적어도 한 광학면이 비구면일 수 있다.
상기 표시 소자(300)의 중심축은 상기 투사 광학계(400)의 제2 광축(405)과 일치하지 않고, 그 사이에 기설정된 오프셋이 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 오프셋은 상기 표시 패널(300)의 길이의 절반을 기준으로, 상기 절반 길이에 대한 백분율로 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 표시 소자(300)의 중심축과 상기 투사 광학계(400)의 제2 광축(405)이 서로 일치하는 경우에는 오프셋이 0%가 되고, 상기 표시 소자(300)의 끝단에 상기 투사 광학계(400)의 제2 광축(405)이 위치하는 경우에 오프셋은 100%가 된다.
상기 프로젝터(10)의 부피를 줄이기 위해서는, 상기 프로젝터(10) 내 모든 광학 소자들을 밀집할 필요가 있다. 본 발명에서는, 상기 조명 광학계(100)를 상기 투사 렌즈(420)(즉, 스크린 측으로) 측으로 x축을 따라 이동시킴으로써(즉, 상방 화살표(12) 방향으로 이동시킴으로써), 상기 프로젝터(10)의 두께를 줄일 수 있다.
도 4는 조명 광학계를 투사 렌즈 측으로 x축을 따라 이동시킨 경우에, 표시 패널에 조명되는 광의 영역(즉, 조명 영역)을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 조명 광학계(100)가 상기 투사 렌즈(420) 측으로 x축을 따라 이동됨에 따라, 상기 조명 영역(350)이 상기 표시 패널(300)과 일치하지 못하고 한쪽으로 치우쳐 어긋나 있는 것을 알 수 있다.
도 5는 미러의 회전을 설명하기 위한 도면이다. 조명 광학계(100)의 이동 전에, 상기 미러(200)는 제1 광축(105)과 기설정된 경사각을 이루고 있다. 이때, 상기 미러(200)의 반사면(202)은 y축과 평행하다. 조명 광학계(100)의 이동에 따른 조명 영역의 이동을 보정하기 위해(즉, 이동 전의 위치로 되돌리기 위해) 상기 미러(200)는 표시 패널(300) 측 끝단을 중심으로 상기 경사각이 감소하도록 y축을 기준으로 시계 방향으로 회전된다. 회전된 후 제1 광축(105)에 대한 미러(200)의 경사각 β는 50~60도의 범위 내로 설정될 수 있다.
도 6은 미러를 회전시킨 경우에 표시 패널에 조명되는 광의 영역을 나타내는 도면이다. 미러(200)가 제1 광축(105)과의 경사각을 감소시키는 방향으로 회전됨에 따라, 상기 조명 영역(350a)의 중심이 상기 표시 패널(300)의 중심과 일치하도록 상기 조명 영역(350a)이 원래의 위치로 이동하나, 상기 조명 영역(350a)은 그 중심을 기준으로 반시계 방향으로 회전되어 있어서 상기 표시 패널(300)과 일치하지 못함을 알 수 있다.
본 발명은 조명 광학계(100)의 이동에 따른 조명 영역의 이동을 미러(200)의 회전을 통해 보정하고, 미러(200)의 회전에 따른 조명 영역의 이동을 등화 필터(180)의 회전을 통해 보정하는 방법을 제안한다.
도 7은 등화 렌즈의 회전을 설명하기 위한 도면이다. 조명 광학계(100)의 이동 및 미러(200)의 회전 전에, 상기 등화 렌즈(200)를 구성하는 마이크로 렌즈들(182)의 정렬 축들(185, 186)(즉, 행방향 및 열방향 정렬축들)은 제2 광축(405)과 수직이거나 평행하다. 회전된 후, 마이크로 렌즈들(182)의 각 정렬 축은 제2 광축(405)과 경사를 이루게 된다. 회전된 후 제2 광축(405)에 대한 마이크로 렌즈들(182)의 열방향 정렬축(186)의 경사각 γ는 5~15도의 범위 내로 설정될 수 있다. 이때, 열방향 정렬축(186)과 행방향 정렬축(185)은 직각을 이루므로, 제2 광축(405)에 대한 행방향 정렬축(185)의 경사각은 75~85도의 범위 내로 설정된다. 조명 광학계(100)가 상기 투사 렌즈(420) 측으로 x축을 따라 이동되고, 미러(200)가 제1 광축(105)과의 경사각을 감소시키는 방향으로 회전된(또는 기울어진) 상태에서, 등화 렌즈는 z축을 기준으로 반시계 방향으로 회전된다. 본 예에서는, 초기에 그 정렬축이 그 측단과 평행하거나(4개의 측단들 중 대향된 2개) 수직인(4개의 측단들 중 나머지 대향된 2개) 직사각형의 등화 렌즈를 회전시키는 것을 예시하고 있다. 본 예와 다르게, 초기부터 그 정렬축이 그 측단과 경사를 이루는 직사각형의 등화 렌즈를 사용할 수도 있고, 이러한 경우에 상기 등화 렌즈는 회전되지 않을 수 있다.
도 8은 상기 등화 렌즈를 회전시킨 경우에 표시 패널에 조명되는 광의 영역을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 등화 렌즈가 z축을 기준으로 반시계 방향으로 회전됨에 따라, 상기 광의 조명 영역이 상기 표시 패널과 일치하게 됨을 알 수 있다.
본 발명에서, 제1 광축(105)에 대한 미러(200)의 경사각은 50~60도의 범위 내로 설정될 수 있고, 제2 광축(405)에 대한 등화 렌즈의 정렬축의 경사각은 5~15도의 범위 내로 설정될 수 있다.
10: 프로젝터, 100: 조명 광학계, 200: 미러, 300: 표시 패널, 400: 투사 광학계

Claims (7)

  1. 외부 스크린상에 영상을 형성하는 광을 외부로 투사하는 프로젝터에 있어서,
    다수의 픽셀 소자들을 구비하고, 구동 신호에 따라 상기 픽셀 소자들을 제어함으로써, 영상을 형성하는 표시 패널과;
    제1 광축상에 배치된 등화 렌즈 및 미러를 구비하고, 상기 등화 렌즈를 투과한 광을 상기 미러를 통해 상기 표시 패널로 출력하는 조명 광학계와;
    제2 광축상에 배치된 적어도 하나의 렌즈를 구비하고, 상기 표시 패널로부터 반사된 광을 외부로 출력하는 투사 광학계를 포함하고,
    상기 등화 렌즈의 정렬 축은 상기 제2 광축과 기설정된 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 등화 렌즈는 상기 정렬 축을 따라 배치된 다수의 마이크로 렌즈들을 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 등화 렌즈의 정렬 축과 상기 제2 광축이 이루는 경사각은 50도에서 60도까지의 범위 내에 있음을 특징으로 하는 프로젝터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미러와 상기 제1 광축이 이루는 경사각은 50도에서 60도까지의 범위 내에 있음을 특징으로 하는 프로젝터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 투사 광학계는,
    외부로 투사되는 광의 초점을 조절하는 투사 렌즈와;
    상기 투사 렌즈와 상기 표시 패널의 사이에 배치되고, 상기 표시 패널로부터 반사된 광의 빔 폭을 감소시켜서 상기 투사 렌즈로 출력하는 집광 렌즈를 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
  6. 제1항에 있어서,
    서로 다른 색상의 가시광을 출력하는 제1 및 제2 광원을 더 포함하고,
    상기 조명 광학계는,
    상기 제1 광원으로부터 입력된 제1 원색광을 투과하고, 상기 제2 광원으로부터 입력된 제2 원색광을 반사함으로써, 상기 제1 및 제2 원색광이 상기 제1 광축을 따라 진행하도록 하는 필터를 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조명 광학계는,
    상기 필터로부터 입력된 광을 집속하는 릴레이 렌즈를 더 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
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