KR20140094379A

KR20140094379A - 영상투사장치

Info

Publication number: KR20140094379A
Application number: KR1020130007141A
Authority: KR
Inventors: 박준; 여상옥; 오홍렬
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-07-30
Also published as: EP2950141A1; EP2950141B1; US20150309323A1; US9703110B2; CN104956262A; CN104956262B; KR102135345B1; WO2014115971A1; EP2950141A4

Abstract

본 발명은 광다발을 방출하는 광원, 상기 광다발을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 소자 및 상기 영상을 확대투사 하도록 상기 광다발을 굴절시키고, 서로 이격되도록 배치되고 상기 광다발의 굴절정도를 변경시키는 제1 및 제2 비구면 렌즈 및 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈 사이에 배치되는 적어도 하나의 구면렌즈를 포함하는 렌즈부와 상기 렌즈부를 통하여 전달된 광다발을 외부를 향하여 반사하는 미러를 구비하는 투사계를 포함하는 영상투사장치를 제공한다.

Description

영상투사장치{IMAGE PROJECTION APPARATUS}

본 발명은 생성된 영상을 외부로 확대투사하는 영상투사장치에 관한 것이다.

정보화시대가 급속히 발전함에 따라 대화면을 구현하는 디스플레이 기기의 중요성이 강조되고 있다. 이러한 대화면을 구현하는 기기의 일 예로서 영상을 확대 투사하는 기능을 갖춘 영상투사장치가 있다.

영상투사장치는 광원에서 발생한 광을 이용하여 영상을 구현하고, 구현된 영상을 투사하는 장치를 말하며, 대표적인 예로 프로젝터, 프로젝션 텔레비전 등이 있다.

최근에는 영상투사장치의 성능 면에서 새로운 다양한 시도들이 적용되고 있다. 이러한, 시도들 중 하나가 스크린에 인접한 상태에서 대화면을 투영하는 UST(ultra short throw ratio) 광학계의 구현이다.

그러나, 기존의 광학계로는 투사장치와 스크린 사이의 거리를 짧게하는 것이 어려우며 특히 Full HD의 화질의 구현은 매우 어려운 상황이다. 또한, Full HD를 구현하기 위하여 많은 수의 글라스 렌즈(보통 20장 이상)를 이용하게 된다. 또한, 입체영상을 출력하는 투사장치를 구현하기 위하여 투광성을 갖는 추가적인 렌즈가 포함된다.

이에 따라 대화면을 투영하기 위하여 광학계에 포함되는 렌즈 수가 확장되면 전체 광학계의 크기가 커지는 문제점이 발생될 수 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 컴팩트한 구조를 포함하고 내구성이 향상된 광학계를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치는 광다발을 방출하는 광원, 상기 광다발을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 소자 및 상기 영상을 확대투사 하도록 상기 광다발을 굴절시키는 렌즈부 및 상기 렌즈부를 통하여 전달된 광다발을 외부를 향하여 반사하는 미러를 구비하는 투사계를 포함한다. 상기 렌즈부는 서로 이격되도록 배치되고 상기 광다발의 굴절정도를 변경시키는 제1 및 제2 비구면 렌즈 및 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈 사이에 배치되는 적어도 하나의 구면렌즈를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 렌즈부는 상기 렌즈부를 하나의 조리개(stop)를 형성하고, 상기 렌즈부는 상기 조리개를 기준으로 제1 및 제2 영역을 구분되며, 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈는 상기 미러와 가까운 제1 영역에 포함된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 렌즈부는 상기 제2 영역에 배치되는 제3 비구면 렌즈를 더 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1 비구면 렌즈 및 상기 제3 비구면 렌즈 사이에 상기 조리개가 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제3 비구면 렌즈는 양면의 곡률이 서로 다른 비구면 볼록렌즈에 해당된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈의 서로 마주보는 면이 서로 반대되는 방향의 곡률을 가지는 매니스커스 렌즈(meniscus lens)로 이루어진다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈는 글라스 몰드(glass mold)로 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 광다발을 편광시키도록 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈는 편광특성을 포함하고, 상기 영상은 3차원 입체영상에 해당된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 렌즈부는 상기 미러로 광다발을 방출하고 상기 광다발을 방출하는 출사면이 구면으로 이루어지는 제1 구면 렌즈 및 상기 제1 구면렌즈의 일면에 접합하도록 형성되는 제2 구면 렌즈를 더 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1 및 제2 구면렌즈가 서로 접합하는 면은 평면으로 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈의 직경은 상기 제1 및 제2 구면 렌즈의 직경보다 작도록 형성된다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계는 입체영상을 확대투사 하도록 광다발을 굴절시키는 렌즈부 및 상기 렌즈부를 통하여 전달된 광다발을 외부를 향하여 반사하는 미러를 구비하고,상기 렌즈부는 상기 입체영상을 출력하기 위하여 기 설정된 편광성질을 포함하는 글라스 몰드 재질로 형성되고, 서로 이격되도록 배치되는 제1 및 제2 비구면 렌즈와 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈 사이에 배치되고 상기 광다발을 굴절시키는 적어도 하나의 구면 렌즈를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 렌즈부는 하나의 조리개를 형성하고 상기 렌즈부는 상기 조리개를 사이에 두고 상기 제1 비구면 렌즈와 이격되도록 배치되는 제3 비구면 렌즈를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 렌즈부는 비구면 렌즈를 포함하여 굴절정도를 조절할 수 있는 바 렌즈부를 이루는 렌즈의 개수를 감소시킬 수 있다.

또한, 글라스 몰드로 형성되고 편광특성을 갖는 비구면 렌즈를 이용하여 3차원 입체영상을 출력할 수 있으므로, 입체영상을 구현하기 위한 별도의 렌즈가 불필요하다.

따라서 영상투사장치를 구성하는 렌즈의 개수를 감소시키고 보다 컴팩트한 영상투사장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 영상투사장치의 동작을 나타내는 개념도.
도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 영상투사장치를 전면 및 후면에서 바라본 사시도들.
도 3은 도 1의 영상투사장치의 분해도.
도 4는 도 3의 투사계에서 광다발의 경로를 나타내는 개념도.
도 5는 도 4의 A부분의 확대도.
도 6은 본 발명과 관련한 영상투사장치의 다른 일 실시예를 나타내는 개념도.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 본 발명에 관련된 영상투사장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 영상투사장치의 동작을 나타내는 개념도이다.

본 발명의 영상투사장치(100)는 스크린(S)과 초근거리에 배치된 상태에서 상기 스크린(S)에 대화면의 영상을 투사한다.

영상투사장치(100)는 광원에서 발생한 광을 이용하여 영상을 구현하고, 구현된 영상을 투사하는 장치로서, 도시한 바와 같이 영상을 확대 투사하는 프로젝터(projector) 등이 될 수 있다. 이하, 본 발명과 관련된 영상투사장치(100)는 프로젝터를 기준으로 설명한다.

또한, 상기 영상투사장치(100)는 사용자의 설정에 따라 출력모드의 변경이 가능하고 별도의 추가적인 출력장치 없이 이차원 영상 뿐만 아니라 3차원 입체영상을 출력하도록 구현될 수 있다.

다만, 영상투사장치(100)는 이에 한정되지 않고, 예를 들어 프로젝션 텔레비전 등에 내장되는 투사 장치에도 적용이 가능하다. 이하, 본 명세서에서는 프로젝터를 기준으로 설명한다.

도시에 의하면, 영상투사장치(100)는 스크린(S)의 하단측(또는 상단측)에 인접 배치되며, 이 상태에서 상기 스크린(S)에 대화면의 영상을 결상시키도록 형성된다.

이하, 이러한 동작을 구현할 수 있는 영상투사장치를 예를 들어 설명한다. 도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 영상투사장치(100)를 전면 및 후면에서 바라본 사시도들이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 영상투사장치(100)가 구현될 수도 있다.

본 도면들을 참조하면, 영상투사장치(100)의 외관은 상부 및 하부 케이스(111, 112)에 의해 형성된다. 상부 및 하부 케이스(111, 112)에 의해 형성된 공간에는 각종 광학부품 및 전자부품들이 내장된다. 상부 및 하부 케이스(111, 112)의 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스들이 추가로 배치될 수도 있다.

상부 케이스(111)에는 조작부(113)가 배치될 수 있다. 조작부(113)는 사용자가 촉각적인 느낌을 가지면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다.

조작부(113)는 영상투사장치(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받는다. 기능적인 면에서, 조작부(113)는 시작, 종료 등과 같은 메뉴 등을 입력하기 위해 사용될 수 있다.

또한 조작부(113)는 영상투사장치(100)에서 투사되는 영상을 줌인(Zoom -In) 또는 줌아웃(Zoom-Out) 동작을 하기 위하여 조작될 수 있다. 조작부(113)는 영상투사장치(100)에서 투사되는 영상의 포커싱(Focusing)을 하기 위하여 조작될 수 있다.

하부 케이스(112)에는 공기 유동부(114), 인터페이스(115), 전원 공급부(116) 등이 배치될 수 있다.

공기 유동부(114)는 복수의 관통공들로 이루어져 영상투사장치(100)의 내부로 공기가 유동될 수 있도록 한다. 이를 통하여 강제 대류를 이용한 영상투사장치(100)의 냉각이 가능하게 된다.

인터페이스(115)는 영상투사장치(100)가 외부 기기와 데이터 교환 등을 할 수 있게 하는 통로가 된다. 상기 인터페이스(115)를 통하여 영상투사장치(100)에서 투사할 영상에 해당하는 영상 데이터는 외부로부터 입력받을 수 있다. 본 도면을 참조하면, 인터페이스(115)는 영상 또는 음성 데이터를 공급가능한 전자기기, 예를 들어 컴퓨터, 디브디(DVD) 플레이어 등과 전기적으로 연결될 수 있는 연결단자를 포함한다.

전원 공급부(116)는 상기 영상투사장치(100)에 전원을 공급하기 위한 하부 케이스(112)에 장착된다. 상기 전원 공급부(116)는, 예를 들어 교류인 가정용 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환하도록 형성될 수 있다. 다만, 전원공급부(116)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며, 충전 가능한 배터리로서 충전 등을 위하여 착탈 가능하게 결합될 수도 있다.

상부 및 하부 케이스(111, 112) 중 어느 하나에는 음향 출력부가 스피커(speaker)의 형태로 구현될 수 있고, 방송신호 수신용 안테나 등이 추가로 배치될 수도 있다.

도시에 의하면, 투사부(117)는 영상을 상부 케이스(111)의 상면에서 외부로 투사하도록 형성된다. 투사부(117)는, 예를 들어 복수의 렌즈들 및 미러가 소정 간격으로 배치된 투사계(140, 또는 투사광학계, 도 3 참조)를 포함한다. 투사부(117)는 조작부(113)의 조작에 의하여 복수의 렌즈들 및 미러의 간격이 조절되게 형성될 수 있다. 이를 통하여 영상투사장치(100)의 줌 또는 포커싱 기능이 구현될 수 있다.

이하, 상기 투사계(140)와 관련된 영상투사장치(100)의 내부 구조에 대하여 도 3 내지 도 5을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 도 1의 영상투사장치의 분해도이고, 도 4은 도 3의 투사계에서 광다발의 경로를 나타내는 개념도이며, 도 5는 도 4의 A 부분의 확대 개념도이다.

도시에 의하면, 하부 케이스(112)에는 제어 회로기판(121)이 장착될 수 있다. 제어 회로기판(121)은 영상투사장치(100)의 각종 기능을 동작시키기 위한 제어부의 일 예로서 구성될 수 있다.

또한, 하부 케이스(112)에는 광학계(130)가 장착될 수 있다. 광학계(130)는 영상투사장치(100)에서 광의 반사나 굴절을 이용하여 물체의 영상을 구현하기 위하여 반사경이나 렌즈 등을 적당히 배열한 광학부품들의 체계를 의미한다. 상기 광학계(130)와 하부 케이스(112) 사이에는 광학계(130)가 조립될 수 있는 구조물(미도시)이 추가로 배치될 수 있다.

광학계(130)는 광원(131), 조명계(132), 디스플레이 소자(133) 및 투사계(140)를 포함한다.

광원(131)은 전기 에너지를 공급받아 광다발 에너지로 변환시키고, 이를 통하여 광다발을 생성하도록 형성된다. 이러한 예로서, 광원(131)은 초고압 수은 램프(UHV Lamp), 발광다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 등이 될 수 있다.

광원(131)의 동작을 돕기 위하여 광원(131)에 공급되는 전기를 안정화하는 안정기와 강제 대류를 발생시키는 냉각 팬 등이 하부 케이스(112)에 장착될 수 있다.

조명계(132)는 광원(131)에서 발생한 광다발을 디스플레이 소자(133)에 조명시키도록 이루어진다. 디스플레이 소자(133)는 상기 광다발을 이용하여 영상을 형성한다. 보다 구체적으로, 디스플레이 소자(133)는 입사면에 조명되는 광다발을 반사하여 영상을 구현하는 반사형 디스플레이 패널이 될 수 있다. 본 도면들을 참조하면, 디스플레이 소자(133)의 입사면은 사각형이 될 수 있다.

디스플레이 소자(133)는 디지털로 제어되는 전자소자가 될 수 있다. 전자소자는 각각 구동가능한 복수의 마이크로 미러를 포함할 수 있다. 상기 복수의 마이크로 미러는 구현할 영상에 대응되게 광을 독립적으로 반사시킨다. 상기 전자소자는, 예를 들어 제어 신호에 따라 경사각이 온(ON) 상태와 DMD(Digital Micromirror Device)가 될 수 있다. 또한 전자소자는 액정 디스플레이소자 오프(OFF) 상태로 변화하는 마이크러 미러를 평면상에 격자로 배열한 중 광을 반사하여 영상을 구현할 수 있는 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 패널이 될 수 있다.

투사계(140)는 디스플레이 소자(133)에서 형성된 영상을 확대투사하도록 이루어진다. 도 4 및 도 5을 참조하면 투사계(140)는 렌즈부(150) 및 미러(170)가 조합되어, 이를 통하여 Full HD의 화면을 지원하게 된다. 그러나, 투사계(140)가 Full HD를 지원한다 하더라도 투사계의 전장길이가 크다면 프로젝터의 전체 크기가 커지는 문제점을 해결하지 못하게 된다. 본 발명에서는 렌즈부(150)의 형상을 통하여 이러한 문제점들을 해결한다.

구체적인 예로서, 상기 렌즈부(150)는 상기 디스플레이 소자(133)와 상기 미러(170) 사이에 조리개(stop)를 형성하는 복수의 렌즈들을 구비한다. 상기 복수의 렌즈들은 구면 렌즈 및 비구면 렌즈들을 포함하며, 투사계(140)의 중심축이 각 렌즈들의 중심과 교차하도록 배열된다.

본 발명에 따른 상기 렌즈부(150)는 상기 조리개(stop)를 중심으로 제1 및 제2 영역(150a, 150b)로 구분될 수 있다. 상기 제1 영역(150a)는 상기 미러(170)와 인접한 영역으로 정의하고, 상기 제2 영역(150b)은 상기 디스플레이 소자(133)와 인접한 영역으로 정의한다.

상기 제1 영역(150a)은 제1 및 제2 비구면 렌즈(151, 152)와 제1 및 제2 구면 렌즈군(154, 155)을 포함하고, 상기 제2 영역(150b)은 제3 비구면 렌즈(153) 및 제3 구면 렌즈군(156)을 포함한다. 상기 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153) 및 상기 제1 내지 제3 구면 렌즈군(154, 155, 156)은 투사계의 중심축을 따라 연속되게 배치될 수 있다.

즉, 상기 디스플레이 소자(133)로부터 방출된 광다발은 상기 제2 영역(150b)의 상기 제3 구면 렌즈군(156), 상기 제3 비구면 렌즈(153), 상기 제1 비구면 렌즈(151), 상기 제1 구면 렌즈군(154), 상기 제2 비구면 렌즈(152) 및 상기 제2 구면 렌즈군(155)을 순차적으로 통과하면서 기 설정된 굴절정도로 굴절되어 상기 미러(170)에 도달하게 된다.

상기 미러(170)는 근접거리에서 대화면을 구현하도록 굴절된 광다발을 외부를 향하여 반사시킨다. 이를 위하여 상기 미러(170)는 오목미러로 형성될 수 있다.

상기 제1 내지 제3 구면 렌즈군(154, 155, 156)은 각각 적어도 하나의 구면 렌즈를 포함할 수 있으며, 각 구면 렌즈군에 포함되는 구면 렌즈의 개수는 도면에 도시한 바에 한정되는 것은 아니다.

상기 디스플레이 소자(133)에서 방출된 상기 광다발은 상기 제3 구면 렌즈군(156)에 의하여 굴절된다. 상기 제3 구면 렌즈군(156)은 상기 투사계의 중심축을 따라 배열되는 복수의 구면렌즈들로 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제3 구면 렌즈군(156)은 4장의 구면렌즈들을 포함할 수 있다. 상기 구면렌즈들은 각각 다른 방향 및 곡률을 가지도록 이루어질 수 있으며, 상기 구면렌즈들 사이에는 기 설정된 틈에 의한 공기층이 형성될 수 있다.

상기 렌즈부(150)를 이루는 복수의 렌즈들에 의하여 상기 제1 및 제3 비구면 렌즈(151, 153) 사이에 상기 광다발이 상기 투사계의 중심축과 교차하는 조리개(stop)가 형성된다.

한편, 상기 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153)는 구면 렌즈들 주변부의 면 굴절정도를 연속적으로 크게 하거나 작게 하여 상의 왜곡 및 초점이 흐리는 구면수차현상을 감소시킨다.

먼저, 상기 제1 비구면 렌즈(151)는 상기 미러(170) 쪽으로 볼록하고 상기 디스플레이 소자(133) 쪽으로 오목하게 형성된다. 상기 제1 비구면 렌즈(151)는 양면이 동일한 방향으로 가공된 곡면으로 구성되는 매니스커스 렌즈(meniscus lens)로 구현될 수 있다.

상기 제1 비구면 렌즈(151)는 상기 영상이 출력되는 스크린이 대형화면일 경우 렌즈의 구경이 커짐에 따라 발생하는 구면수차를 보정하는 기능을 수행한다. 상기 렌즈부(150)에 비구면 렌즈를 채용하여 구면수차의 보정효율을 향상시킬 수 있다.

상기 제3 비구면 렌즈(153)는 양 면이 볼록하게 형성되어 마이너스 파워값을 갖는 볼록렌즈로 구현될 수 있다. 상기 제3 비구면 렌즈(153)에 의하여 상기 광다발의 굴절효율을 향상시킬 수 있다. 상기 제1 및 제3 비구면 렌즈(151, 153) 사이에도 공기층을 포함하도록 기 설정된 간격으로 틈이 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 비구면 렌즈(151, 152)는 상기 제1 구면 렌즈군(154)을 사이에 두고 서로 이격 되어 배치된다. 상기 조리개(stop)에서 전달된 광다발은 상기 제1 구면 렌즈군(154)을 통과하여 굴절되고, 상기 제2 비구면 렌즈(152)로 전달된다.

상기 제1 구면 렌즈군(154)은 복수의 구면 렌즈들로 구성된다. 예를 들어 도면에 도시한 바와 같이 4장의 구면렌즈들을 포함할 수 있다. 상기 4장의 구면렌즈들은 서로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 구면 렌즈군(154)을 구성하는 구면렌즈들 사이에 기 설정된 틈에 의한 공기층이 형성될 수 있다.

상기 제1 구면 렌즈군(154)에 의하여 굴절된 광다발은 제2 비구면 렌즈(152)에 도달한다. 상기 제2 비구면 렌즈(152)는 양면이 상기 디스플레이 소자(133)를 향하여 볼록하게 형성되는 매니스커스형 렌즈로 구현될 수 있다.

상기 제1 비구면 렌즈(152)에 의하여 굴절된 광다발은 상기 제2 구면 렌즈군(155)에 도달한다. 상기 제2 구면 렌즈군(155)에 의하여 굴절된 광은 보다 넓은 영역으로 확장되어 상기 미러(170)를 향하여 전달된다.

상기 제2 구면 렌즈군(155)은 복수의 구면 렌즈를 포함할 수 있으며 도면에 도시한 바와 같이 3장의 구면렌즈를 포함할 수 있다. 상기 광다발을 보다 넓은 영역으로 전달하기 위하여 상기 제2 구면 렌즈군(155)을 구성하는 구면 렌즈의 크기는 상기 렌즈부(150)의 구성하는 다른 렌즈들에 비하여 상대적으로 크게 형성될 수 있다.

특히 상기 제2 구면 렌즈군(155)의 최외부에 제1 및 제2 구면 렌즈(155a, 155b)가 배치된다. 상기 제1 및 제2 구면 렌즈(155a, 155b)는 서로 마주보는 면이 실질적으로 대응되도록 형성되고, 실질적으로 접합된 상태인 접합렌즈로 구현된다.

즉, 상기 제1 및 제2 구면 렌즈(155a, 155b)의 서로 마주보는 일면은 실질적으로 평평한 면으로 형성될 수 있다. 상기 제1 구면 렌즈(155a)의 상기 미러(170)와 마주보는 면은 상기 미러(170)를 향하여 돌출되는 볼록렌즈로, 상기 제2 구면 렌즈(155b)의 타면은 리세스되는 오목렌즈로 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1 및 제2 구면 렌즈(155a, 155b) 사이에는 틈이 없으며 이에 따라 제1 및 제2 구면 렌즈(155a, 155b)의 생산과 배열을 위한 제조 공정 및 관리가 단순해질 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153)은 글라스몰드 재질로 형성될 수 있다. 상기 글라스 몰드 재질은 고굴절률 및 저분산특성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153)는 기 설정된 형상(특정 곡률반경)을 포함하도록 가공된 세라믹 금형 틀에 안착시켜 성형하는 방식으로 제조될 수 있다.

상기 글라스 몰드 재질은 열에 강한 재질로서 영상투사장치의 구동에 따라 발생되는 열에 의한 변형을 최소화 할 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153)은 상기 렌즈부(150)의 복수의 구면 렌즈들 사이에 배치되어 넓은 각도로 광다발을 방출해야 하는 제1 및 제2 구면 렌즈(155a, 155b)에 비하여 크기를 상대적으로 작게 설계할 수 있다. 따라서 유효경의 한계점(약 30Pi)의 제약을 갖는 글라스 몰딩 공정에서 상기 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153)의 제작이 가능하다.

또한, 상기 글라스 몰드(Glass Mold)는 몰딩(molding) 타입으로 압력이 가해져 제작된다. 다만, 이는 기 설정된 온도 및 시간에 따른 어닐링(annealing) 공정을 거치면서 응력이 풀어지므로, 상기 글라스 몰드가 가지고 있는 편광특성이 유지될 수 있다.

즉, 내부응력으로 인해 편광특성이 인젝션 몰딩(Injection Molding) 방식으로 제작된 플라스틱 렌즈의 내부응력으로 인한 편광특성이 깨지는 문제점을 해결할 수 있다.

글라스 몰드로 형성되는 렌즈는 제조과정에서 편관특성이 변형되지 아니하므로 글라스 몰드로 형성되는 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153)는 기 설정된 형상으로 제작된 뒤에도 편광특성을 유지한다. 따라서, 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153)을 이용하여 상기 광다발을 편광시킬 수 있으며 이를 이용하여 3차원 입체영상의 출력할 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따르면, 입체영상을 출력하기 위하여 광다발을 편광시키는 별도의 더미 글라스 없이 필름타입 패턴 편광(FPR, Flim-type Patterned Retarder)방식의 입체영상출력장치를 구현할 수 있다.

즉, 외부 열에 강하고 편광특성을 갖는 비구면 렌즈를 구비하여 내구성이 향상되면서 입체영상출력이 가능한 영상투사장치를 제공할 수 있다.

도면에 도시되지 아니하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 영상투사장치는 상기 제2 구면 렌즈(155b)와 상기 미러(170) 사이 더미 글래스를 더 포함할 수 있다. 더미 글라스는 입체영상을 출력하는 경우 3D필터로 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1 내지 제3 비구면 렌즈(151, 152, 153)가 편광특성을 포함하지 않거나 입체영상을 구현하기 위한 추가적인 광다발의 보정이 필요한 경우 상기 더미 글라스를 더 포함할 수 있다. 상기 더미 글라스는 투사계의 중심축을 중심으로 대칭이 아닌 구조로 배치될 수 있다.

도 6은 본 발명과 관련한 영상투사장치의 다른 일 실시예를 나타내는 개념도이다.

도시에 의하면, 본 발명의 영상투사장치는 광학계만이 하나의 제품으로 구성되어 자동차 등에 내장될 수 있다. 이 경우에, 상기 영상투사장치는 자동차의 전면 유리상에 대화면의 영상을 투사하도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 본 영상투사장치는 광학계만이 별도로 다른 상용품, 예를 들어 휴대 단말기(mobile termianl), 노트북 컴퓨터(laptop computer), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 등에 장착될 수 있다. 이를 통하여 본 영상투사장치는 상기 상용품에 프로젝터 기능을 제공할 수 있게 된다.

상기와 같은 영상투사장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

광다발을 방출하는 광원;
상기 광다발을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 소자; 및
상기 영상을 확대투사 하도록 상기 광다발을 굴절시키는 렌즈부 및 상기 렌즈부를 통하여 전달된 광다발을 외부를 향하여 반사하는 미러를 구비하는 투사계를 포함하고,
상기 렌즈부는
서로 이격되도록 배치되고 상기 광다발의 굴절정도를 변경시키는 제1 및 제2 비구면 렌즈; 및
상기 제1 및 제2 비구면 렌즈 사이에 배치되는 적어도 하나의 구면렌즈를 포함하는 영상투사장치.
제1항에 있어서,
상기 렌즈부는 하나의 조리개(stop)를 형성하고, 상기 렌즈부는 상기 조리개를 기준으로 제1 및 제2 영역을 구분되며,
상기 제1 및 제2 비구면 렌즈는 상기 미러와 가까운 제1 영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제2항에 있어서,
상기 렌즈부는 상기 제2 영역에 배치되는 제3 비구면 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 비구면 렌즈 및 상기 제3 비구면 렌즈 사이에 상기 조리개가 형성되는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제3항에 있어서,
상기 제3 비구면 렌즈는 양면의 곡률이 서로 다른 비구면 볼록렌즈에 해당되는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비구면 렌즈의 서로 마주보는 면이 서로 반대되는 방향의 곡률을 가지는 매니스커스 렌즈(meniscus lens)에 해당되는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비구면 렌즈는 글라스 몰드(glass mold)로 형성되는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제1항에 있어서,
상기 광다발을 편광시키도록 상기 제1 및 제2 비구면 렌즈는 편광특성을 포함하고,
상기 영상은 3차원 입체영상에 해당되는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제1항에 있어서, 상기 렌즈부는,
상기 미러로 상기 광다발을 방출하고 상기 광다발을 방출하는 출사면이 구면으로 이루어지는 제1 구면 렌즈; 및
상기 제1 구면렌즈의 일면에 접합하도록 형성되는 제2 구면 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 구면렌즈가 서로 접합하는 면은 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비구면 렌즈의 직경은 상기 제1 및 제2 구면 렌즈의 직경보다 작도록 형성되는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
입체영상을 확대투사 하도록 광다발을 굴절시키는 렌즈부 및 상기 렌즈부를 통하여 전달된 광다발을 외부를 향하여 반사하는 미러를 구비하고,
상기 렌즈부는,
상기 입체영상을 출력하기 위하여 기 설정된 편광성질을 포함하는 글라스 몰드 재질로 형성되고, 서로 이격되도록 배치되는 제1 및 제2 비구면 렌즈; 및
상기 제1 및 제2 비구면 렌즈 사이에 배치되고 상기 광다발을 굴절시키는 적어도 하나의 구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
제12항에 있어서.
상기 렌즈부는 하나의 조리개를 형성하고,
상기 렌즈부는 상기 조리개를 사이에 두고 상기 제1 비구면 렌즈와 이격되도록 배치되는 제3 비구면 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.