KR20130134410A - 광학 렌즈 및 이를 포함하는 영상 기기 - Google Patents

광학 렌즈 및 이를 포함하는 영상 기기 Download PDF

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Abstract

실시 예는 광학 렌즈 및 이를 포함하는 영상 기기에 관한 것이다.
실시 예에 따른 광학 렌즈는, 입사면과 출사면을 갖는 베이스 부재; 및 상기 베이스 부재 내부에 배치되고, 상기 베이스 부재의 열 팽창률보다 큰 열 팽창률을 갖는 액체를 포함하는 액상부;를 포함하고, 상기 액상부에 팽창에 의해서 상기 베이스 부재의 입사면의 형상이 변화된다.

Description

광학 렌즈 및 이를 포함하는 영상 기기{OPTICAL LENS AND DISPLAY DEVICE THEREOF}
실시 예는 광학 렌즈 및 이를 포함하는 영상 기기에 관한 것이다.
프로젝터는 영상 기기의 하나로서, 비디오, 그림, 컴퓨터 데이터를 어느 화면 또는 평평한 화면 위에 확대하여 표시하는 기기이다.
종래의 LCD 프로젝터는 필라멘트를 갖는 램프를 광원으로 사용하였고, 상기 램프와 LCD 패널 사이에 렌즈 어레이와 콘덴서 렌즈가 배치되어 있었다. 여기서, 상기 렌즈 어레이는 상기 램프의 필라멘트의 상이 상기 LCD 패널에 투영되는 것을 막는 역할을 하였다.
종래의 LCD 프로젝터에서 사용되는 상기 렌즈 어레이는 광원이 상기 램프인 경우에만 상술한 소정의 역할을 할 수 있다. 따라서, LCD 프로젝터의 광원이 램프에서 다른 종류의 광원, 예를 들면 LED로 대체되는 경우에는 상기 렌즈 어레이는 불필요한 구성일 뿐만 아니라, 상기 렌즈 어레이에 의해서 LCD 프로젝터의 기능이 떨어질 수 있는 문제점도 있다.
실시 예는 내부에 설치된 광원의 종류에 따라 구조 및 기능이 달라지는 광학 렌즈와 이를 포함하는 영상 기기를 제공한다.
실시 예에 따른 광학 렌즈는, 입사면과 출사면을 갖는 베이스 부재; 및 상기 베이스 부재 내부에 배치되고, 상기 베이스 부재의 열 팽창률보다 큰 열 팽창률을 갖는 액체를 포함하는 액상부;를 포함하고, 상기 액상부에 팽창에 의해서 상기 베이스 부재의 입사면의 형상이 변화된다.
실시 예에 따른 영상 기기는, 광원; 상기 광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과 상기 광이 출사되는 출사면을 갖는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재 내부에 배치되고 상기 베이스 부재의 열 팽창률보다 큰 열 팽창률을 갖는 액체를 갖는 액상부를 포함하는 광학 렌즈; 상기 광학 렌즈의 출사면에서 방출된 광을 제공받아 집광하는 콘덴서 렌즈; 및 상기 콘덴서 렌즈에서 방출되는 광이 투영되는 스크린 패널;을 포함하고, 상기 액상부의 팽창에 의해서 상기 광학 렌즈의 초점이 가변된다.
실시 예에 따른 광학 렌즈는 영상 기기의 내부 광원이 램프에서 LED로 또는 LED에서 램프로 교체되더라도 그대로 사용할 수 있는 이점이 있다.
따라서, 실시 예에 따른 광학 렌즈를 갖는 영상 기기는 내부 광원을 다양한 종류로 교체하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 영상 기기의 내부 구성도이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 영상 기기의 내부 구성도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 광학 렌즈의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 실시 예에 따른 영상 기기의 광원의 파워에 따른 광학 렌즈(500)의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a) 내지 (e)는 도 3에 도시된 광학 렌즈를 제조하는 제1 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (d)는 도 3에 도시된 광학 렌즈를 제조하는 제2 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a) 내지 (e)는 도 3에 도시된 광학 렌즈를 제조하는 제3 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 영상 기기를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 영상 기기의 내부 구성도이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 영상 기기는 광원(100), 반사체(300), 광학 렌즈(500), 콘덴서 렌즈(condenser lens, 700) 및 스크린 패널(screen panel, 900)을 포함할 수 있다.
광원(100)은 소정의 광을 사방으로 방출하는 소자로서, 광원(100)은 발광 다이오드(LED)일 수 있다. LED(100)는 청색광을 방출하는 청색 LED, 녹색광을 방출하는 녹색 LED, 적색광을 방출하는 적색 LED, 백색광을 방출하는 백색 LED 및 자외선을 방출하는 UV LED 중 어느 하나일 수 있다.
광원(100) 주위에는 반사체(300)가 배치된다. 따라서, 광원(100)에서 방출되는 광 중 반사체(300)로 향하는 광은 반사체(300)의 반사면에서 반사되어 광학 렌즈(500)로 향한다.
광원(100)은 램프일 수도 있다. 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 영상 기기의 내부 구성도이다.
도 2의 영상 기기에서 도 1의 영상 기기와 다른 점은 광원에 있다.
도 2에 도시된 광원(100’)은 램프이다. 상기 램프(100’)는 필라멘트(110’)를 갖는다. 필라멘트(110’)에서 소정의 광이 방출된다.
상기 램프(100’)에서 방출되는 광 중 일부는 직접적으로 광학 렌즈(500)로 입사되고, 나머지 일부는 반사체(300)에서 반사되어 광학 렌즈(500)로 입사된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반사체(300)는 광원(100, 100’)으로부터 입사되는 광을 반사한다. 구체적으로, 반사체(300)는 광원(100, 100’)으로부터 입사되는 광을 평행광으로 변경시킬 수 있다. 반사체(300)에서 반사된 광은 광학 렌즈(500)로 입사된다.
반사체(300)는 광원(100, 100’)으로부터 입사되는 광을 반사하기 위한 반사면을 가질 수 있다. 반사면은 평면일 수도 있고, 곡면일 수도 있다. 반사면이 곡면인 경우, 반사면은 타원면, 파라볼릭면 등 다양한 면일 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광학 렌즈(500)는 반사체(300)와 콘덴서 렌즈(700) 사이에 배치된다.
실시 예에 따른 광학 렌즈(500)는 광원(100, 100’)의 종류 또는 광원(100, 100’)에서 방출되는 복사열의 양에 따라 기능 및 형상이 달라질 수 있다. 여기서, 도 1에 도시된 광학 렌즈(500)와 도 2에 도시된 광학 렌즈(500)는 서로 다른 구성이 아닌 하나의 구성이다. 도 1에 도시된 광학 렌즈(500)와 도 2에 도시된 광학 렌즈(500)의 형상이 다른 이유는 외부에서 가해지는 복사열의 차이에 의한 것일 수 있다 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 광학 렌즈(500)의 단면도이다. 구체적으로, 도 3의 (a)는 도 1에 도시된 광학 렌즈(500)의 단면도이고, 도 3의 (b)는 도 2에 도시된 광학 렌즈(500)의 단면도이다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 광학 렌즈(500)는 베이스 부재(510)와 액상부(530)를 포함할 수 있다.
베이스 부재(510)는 소정의 두께를 갖는 판 형상을 가질 수 있다. 베이스 부재(510)는 광원(100)과 반사체(300)로부터 광이 입사되는 입사면과 광이 방출되는 출사면을 갖는다.
베이스 부재(510)의 재질은 투명 수지일 수 있다. 구체적으로, 베이스 부재(510)의 재질은 PMMA(polymetylmethacrylate)일 수 있다.
베이스 부재(510)의 입사면은 액상부(530)의 팽창에 의해서, 형상이 변형될 수 있다. 구체적으로, 액상부(530)가 광원(100)으로부터의 복사열에 의해 그 부피가 팽창되면, 베이스 부재(510)의 입사면은 액상부(530)의 팽창에 대응하여 바깥 방향으로 돌출된다. 베이스 부재(510)의 입사면에서, 돌출된 부분의 개수는 액상부(530)의 개수와 대응된다.
베이스 부재(510) 내부에는 액상부(530)가 배치된다. 액상부(530)는 베이스 부재(510)의 내부에 복수로 배열될 수 있다. 복수의 액상부(530)들은 베이스 부재(510)의 입사면에 인접한 일 평면 상에 배열될 수 있다. 액상부(530)로부터 베이스 부재(510)의 입사면까지의 거리는 베이스 부재(510)의 출사면까지의 거리보다 짧을 수 있다. 즉, 액상부(530)는 베이스 부재(510)의 출사면보다 입사면에 더 가깝게 배치될 수 있다.
액상부(530)는 소정의 액체를 포함한다. 상기 액체는 광원(100)으로부터의 복사열에 의해 그 부피가 팽창된다. 상기 액체의 열 팽창률은 베이스 부재(510)의 수지의 열 팽창률보다 크다. 따라서, 액상부(530)는 베이스 부재(510)보다 열에 의한 팽창률이 더 크다. 구체적으로, 상기 액체는 에탄올일 수 있다.
액상부(530)의 팽창에 의해서, 베이스 부재(510)의 입사면의 형상이 변화된다. 입사면의 변화에 의해서, 광학 렌즈(500)의 초점이 변화될 수 있다.
구체적인 일 예로서, 액상부(530)의 액체가 에탄올이고, 베이스 부재(510)가 PMMA인 경우, 에탄올(530)의 열 팽창 계수는 1.08*10-3/K이고, PMMA(510)의 열 팽창 계수는 2*10-4/K이므로, 에탄올(530)의 열 팽창 계수가 PMMA(510)의 열 팽창 계수보다 5배 정도 더 크다. 따라서, 동일 시간 대비, 에탄올(530)이 PMMA(510)보다 더 빨리 팽창될 수 있다.
액상부(530)의 액체의 열 팽창률과 베이스 부재(510)의 수지의 열 팽창률의 차이가 작으면 액상부(530)의 액체의 주입량을 높이고, 차이가 크면 액상부(530)의 액체의 주입량을 낮춰 조절하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 LED(100)와 도 2에 도시된 램프(100’)가 동일한 광 출력을 갖는다고 가정하면, 도 2의 램프(100’)에서 방출되는 열은 도 1에 도시된 LED(100)에서 방출되는 열보다 클 수 있다. 이 경우 일정 시간이 경과되면, 도 2에 도시된 광학 렌즈(500)의 형상은 도 3의 (b)와 같이 변화될 수 있고, 도 1에 도시된 광학 렌즈(500)의 형상은 도 3의 (a)와 같이 거의 변화가 없을 수 있다.
이렇게 도 2에 도시된 광학 렌즈(500)의 형상이 변하면, 도 2에 도시된 램프(100’)의 필라멘트(110’)의 상은 스크린 패널(900)에 맺히지 않고, 콘덴서 렌즈(700)와 스크린 패널(900) 사이에 맺히게 된다. 스크린 패널(900)에 필라멘트(110’)의 상이 맺히지 못하므로, 필라멘트(110’)의 상에 의한 스크린 패널(900)의 얼룩을 제거할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 실시 예에 따른 영상 기기의 광원(100’)의 파워에 따른 광학 렌즈(500)의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 상부에 그려진 도면은 도 2에 도시된 광원(100’)에 전원이 인가된 직후의 초기 상태를 나타내고, 도 4의 하부에 그려진 도면은 도 2에 도시된 광원(100’)에 전원이 충분한 시간동안 인가된 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 전원이 인가된 직후인 제1 광원(100a’)에서 방출되는 빛의 밝기는 전원이 충분히 인가된 때인 제2 광원(100b’)에서 방출되는 빛의 밝기보다 어둡고, 제1 광원(100a’)에서 방출되는 복사열은 제2 광원(100b’)에서 방출되는 복사열보다 작다.
도 4를 참조하면, 광원이 켜진 직후부터 광원이 일정한 파워를 내는 시간 사이에서는, 광원에서 방출되는 복사열은 많아지므로, 액상부에 의한 광학 렌즈(500)의 변화율도 커진다. 따라서, 초점이 스크린 패널(900)에서 멀어지는 방향 또는 콘덴서 렌즈(700)측 방향으로 이동한다. 이렇게 초점이 이동하게 되면, 광원이 켜진 직후부터 광원이 일정한 빛과 복사열을 낼 때까지의 시간 동안에 스크린 패널(900)의 밝기를 거의 일정하게 유지 또는 밝기의 변화율이 거의 없는 이점이 있다. 스크린 패널(900)의 밝기가 거의 일정하게 유지하면, 사용자가 실시 예에 따른 영상 기기를 켜고 난 후, 많은 대기 시간없이 영상 기기를 바로 사용할 수 있는 이점이 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 콘덴서 렌즈(700)는 광을 원하는 방향으로 집중시키는 렌즈이다. 구체적으로, 콘덴서 렌즈(700)는 광학 렌즈(500)로부터 입사되는 광을 스크린 패널(900)의 중심에 집중시킬 수 있다. 콘덴서 렌즈(700)로는 프레넬 렌즈 또는 볼록 렌즈가 사용될 수 있다. 스크린 패널(900)은 광원(100, 100’)에서 방출된 광이 투사되는 판이다.
도 5의 (a) 내지 (e)는 도 3에 도시된 광학 렌즈(500)를 제조하는 제1 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 틀(1000)을 준비한다. 여기서, 틀(1000)의 내면에는 반구 형상의 돌출부(1100)들이 형성될 수 있다. 틀(1000)의 주입구를 통해 액상의 수지, 예를 들면 액상의 PMMA를 틀(1000) 내부로 주입한다.
도 5의 (b)를 참조하면, 틀(1000) 내부로 주입된 액상의 수지가 그 형태를 유지할 정도의 고체 상태로 굳어지면, 틀(1000)을 제거한다. 틀(1000)을 제거하면, 고체 상태의 수지, 즉 도 3에 도시된 광학 렌즈(500)의 제1 파트(500a)를 얻을 수 있다. 제1 파트(500a)는 홈(500a-1)을 갖는데, 홈(500a-1)은 틀(1000)의 돌출부(1100)에 의해 형성된 것이다.
도 5의 (c)를 참조하면, 제1 파트(500a)의 홈(500a-1)에 액체(530)를 주입한다.
도 5의 (d)를 참조하면, 제1 파트(500a)에서 홈(500a-1)이 형성된 일 면 위에 미리 제작된 제2 파트(500b)를 형성한다. 즉, 액체(530)를 홈(500a-1)에 가둔다. 여기서, 제2 파트(500b)는 제1 파트(500b)의 재질과 동일한 재질일 수 있다.
도 5의 (e)를 참조하면, 제1 파트(500a)와 제2 파트(500b)를 열 또는 접착제를 통해 연결시킴으로써, 도 3에 도시된 광학 렌즈(500)를 제작할 수 있다.
도 6의 (a) 내지 (d)는 도 3에 도시된 광학 렌즈(500)를 제조하는 제2 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 틀(1000’)의 주입구로 액상의 수지(예를 들면, PMMA)를 주입하고, 액상의 수지가 경화되기 전에 미세한 주사 바늘(2000)로 액상의 수지 내부에 액체(530)를 주입한다. 주사 바늘(2000)은 틀(1000’)을 관통하고, 주사 바늘(2000)의 끝은 액상의 수지 내부에 위치하도록 한다. 여기서, 액상의 수지의 온도는 액체(530)의 끓는점보다 낮게 할 필요가 있다. 예를 들면, 액체(530)로서 에틸 알코올의 끓는점은 78.4도이므로, 액상의 수지의 온도를 상기 에틸 알코올의 끓는점보다 낮도록 한다. 액상의 수지의 온도가 150도 이상인 경우에는 액체(530)로서 실리콘 오일을 사용할 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 액상의 수지가 경화되기 전에, 즉 액상의 수지가 굳어지기 전에 주사 바늘(2000)을 제거한다. 주사 바늘(2000)의 제거로, 틀(1000’)에는 주사 바늘(2000)이 관통했던 홀(1100’)이 형성된다. 홀(1100’)은 액상의 수지를 관통하여 액체(530)와 연결되므로, 액체(530)는 외부 공기와 접촉한다.
도 6의 (c)를 참조하면, 액체(530)가 외부 공기와 접촉하지 않고 액상의 수지 내부에 고립되도록 틀(1000’)로 소정의 압력과 열을 가한다. 소정의 압력과 열을 가함으로써, 액상의 수지는 액체(530)를 둘러싸게 된다.
도 6의 (d)를 참조하면, 틀(1000’)을 제거하여 도 3에 도시된 광학 렌즈(500)를 제작할 수 있다.
도 7의 (a) 내지 (e)는 도 3에 도시된 광학 렌즈(500)를 제조하는 제3 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 틀(1000)을 준비한다. 여기서, 틀(1000)의 내면에는 반구 형상의 돌출부(1100)들이 형성될 수 있다. 틀(1000)의 주입구를 통해 액상의 수지, 예를 들면 액상의 PMMA를 틀(1000) 내부로 주입한다.
도 7의 (b)를 참조하면, 액상의 수지를 경화시킨 뒤, 틀(1000)을 제거하여 제1 파트(500a)를 얻는다. 제1 파트(500a)의 일 면은 틀(1000)의 돌출부(1100)에 의한 홈(500a-1)을 갖는다. 제1 파트(500a)의 일 면 위에 미리 제작된 제2 파트(500b)를 형성한다. 제2 파트(500b)는 제1 파트(500a)의 재질과 동일한 것일 수 있다.
도 7의 (c)를 참조하면, 약간의 열 또는 압력을 가하여, 제1 파트(500a)와 제2 파트(500b)를 결합시킨다. 이에 의해, 홈(500a-1)은 외부로부터 완벽히 고립된다.
도 7의 (d)를 참조하면, 미세한 주사 바늘(2000)을 이용하여 홈(500a-1) 내부에 액체(530)를 주입한다.
도 7의 (e)를 참조하면, 주사 바늘(2000)을 제거하고, 약간의 열 또는 압력을 가하여 주사 바늘(2000)이 관통하였던 구멍을 메운다. 이러한 과정을 통해 도 3에 도시된 광학 렌즈(500)를 제작할 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 광원
300: 반사체
500: 광학 렌즈
700: 콘덴서 렌즈(condenser lens)
900: 스크린 패널(screen panel)

Claims (10)

  1. 입사면과 출사면을 갖는 베이스 부재; 및
    상기 베이스 부재 내부에 배치되고, 상기 베이스 부재의 열 팽창률보다 큰 열 팽창률을 갖는 액체를 포함하는 액상부;를 포함하고,
    상기 액상부에 팽창에 의해서 상기 베이스 부재의 입사면의 형상이 변화되는 광학 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상부는 상기 베이스 부재의 출사면보다 상기 베이스 부재의 입사면에 더 가깝게 배치된 광학 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액상부는 복수로 상기 베이스 부재 내부의 일 평면 상에 배열된 광학 렌즈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 부재의 입사면은, 상기 액상부의 액체의 부피 팽창에 의해 바깥으로 돌출되는 광학 렌즈.
  5. 광원;
    상기 광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과 상기 광이 출사되는 출사면을 갖는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재 내부에 배치되고 상기 베이스 부재의 열 팽창률보다 큰 열 팽창률을 갖는 액체를 갖는 액상부를 포함하는 광학 렌즈;
    상기 광학 렌즈의 출사면에서 방출된 광을 제공받아 집광하는 콘덴서 렌즈; 및
    상기 콘덴서 렌즈에서 방출되는 광이 투영되는 스크린 패널;을 포함하고,
    상기 액상부의 팽창에 의해서 상기 광학 렌즈의 초점이 가변되는 영상 기기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드 또는 필라멘트를 갖는 램프인 영상 기기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 베이스 부재의 입사면의 형상은, 상기 광원으로부터의 복사열의 크기에 따라 가변하는 영상 기기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 액상부는 상기 베이스 부재의 출사면보다 상기 베이스 부재의 입사면에 더 가깝게 배치된 영상 기기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 액상부는 복수로 상기 베이스 부재 내부의 일 평면 상에 배열된 영상 기기.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 베이스 부재의 입사면은, 상기 액상부의 액체의 부피 팽창에 의해 바깥으로 돌출되는 영상 기기.
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