KR20160005972A - 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝터의 광학 시스템에 관한 것으로, 조명 광학계로부터 출사된 광이 내부 반사부를 통해 DMD 소자로 입사되고 DMD 소자로부터 반사된 광이 내부 반사부를 통해 투사 광학계로 전달되는 피코 프로젝터용 광학 시스템에 있어서, 상기 내부 반사부는, 1매의 프리즘 구조물; 및 상기 프리즘 구조물의 입사면에 대향하도록 위치되어 상기 조명 광학계로부터 입사된 광을 상기 프리즘 구조물의 입사면으로 반사시키는 반사 부재를 포함하며, 상기 프리즘 구조물은 상기 반사 부재로부터 반사되어 입사된 광을 상기 DMD 소자를 향해 굴절시키고, 상기 DMD 소자로부터 반사된 광을 상기 투사 광학계를 향하도록 광 경로를 변환하고, 상기 조명 광학계의 광축은 상기 투사 광학계의 광축에 대해 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하며, 조명 광학계와 투사 광학계가 일렬로 배치되면서 프로젝터의 너비를 줄임으로써, 설치에 더 유리한 펜 타입의 프로젝터로 활용되는 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템에 관한 것이다.

Description

펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템{OPTICAL SYSTEM FOR PEN TYPE PICO PROJECTOR}

본 발명은 생성된 화상을 스크린 등에 확대 투영하는 프로젝터에 사용되는 광학 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 휴대폰 등의 소형 휴대기기 등에 장착될 수 있는 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템에 관한 것이다.

정보화시대가 급속히 발전함에 따라 대화면을 구현하는 디스플레이 기기의 중요성이 강조되고 있다. 이러한 대화면을 구현하는 기기의 일 예로서 영상을 확대 투사하는 기능을 갖춘 프로젝터가 있다. 이러한 프로젝터는 광원에서 발생한 광을 이용하여 영상을 구현하고, 구현된 영상을 투사하는 장치들을 말한다.

최근에는 프로젝터의 휴대성을 증대시키기 위해 휴대폰, PDA와 같은 휴대기기에 프로젝터를 장착하는 기술 개발이 이루어지고 있는데, 소위 피코 프로젝터 또는 나노 프로젝터로 알려진 초소형의 프로젝터 기능을 탑재한 휴대기기가 선보이고 있다.

이러한 소형의 프로젝터를 휴대기기 내에 실장하기 위하여, 점차 요구되는 프로젝터의 크기는 작아지고 있으며, 또한 소형 프로젝터를 휴대기기 내에 실장하지 않고 휴대용으로 제작할 경우 사용자의 사용이 용이한 형태로 제작되도록 요구되어진다.

도 1은 이와 같은 소형 프로젝터의 광학 시스템을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 피코 프로젝터의 광학 시스템은 프로젝터에 광을 제공하도록 구성된 조명 광학계(10), 조명 광학계(10)로부터 입사된 광을 DMD 패널 또는 LCD 패널과 같은 이미지 소스(30)에 입사시키는 동시에 이미지 소스(30)로부터 반사된 빛을 투사 광학계(40)로 입사시키도록 이미지 소스(30)의 입사면 전방에 배치되는 필드렌즈(21) 및 필드렌즈(21)와 조명 광학계(10) 사이에 경사지게 배치되어 조명 광학계(10)로부터 출사된 광을 필드렌즈(21)와 이미지 소스(30)를 향해 반사시키는 반사부재(22)로 구성된 반사부(20) 및 필드렌즈(21)를 통과하여 전달된 광을 스크린(미도시)으로 투사하기 위한 투사 광학계(40)를 포함하여 구성된다.

이러한 종래의 소형 프로젝터는 그 크기가 보통의 프로젝터보다 작아지긴 했지만, 도 1에 도시된 바와 같이 조명 광학계(10)에서 출사되는 광의 축(O)과 투사 광학계(40)의 광축(A)이 서로 수직인 상태로 조명 광학계(10)와 투사 광학계(40)가 배치됨에 따라 프로젝터의 길이 사이즈(L)와 너비 사이즈(W)가 거의 비슷한 장방형의 형상으로 형성될 수 밖에 없으며, 이는 휴대용으로서 노트북에 직접 연결할 경우 노트북의 측면에 배치되더라도 그 너비 사이즈로 인해 설치 공간을 상당히 차지하는 문제가 발생하여, 휴대용으로서 사용하기 불편한 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 프로젝터의 전체적인 크기를 휴대용으로서 사용되기 적합한 크기로 활용할 수 있도록 조명 광학계와 투사 광학계를 배치한 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템은 조명 광학계로부터 출사된 광이 내부 반사부를 통해 DMD 소자로 입사되고 DMD 소자로부터 반사된 광이 내부 반사부를 통해 투사 광학계로 전달되는 피코 프로젝터용 광학 시스템에 있어서, 상기 내부 반사부는, 1매의 프리즘 구조물; 및 상기 프리즘 구조물의 입사면에 대향하도록 위치되어 상기 조명 광학계로부터 입사된 광을 상기 프리즘 구조물의 입사면으로 반사시키는 반사 부재를 포함하며, 상기 프리즘 구조물은 상기 반사 부재로부터 반사되어 입사된 광을 상기 DMD 소자를 향해 굴절시키고, 상기 DMD 소자로부터 반사된 광을 상기 투사 광학계를 향하도록 광 경로를 변환하고, 상기 조명 광학계의 광축은 상기 투사 광학계의 광축에 대해 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템은 틸트 릴레이 렌즈 대신 폴드 미러로 구성함에 따라, 릴레이 렌즈를 1매만 사용하게 되어 제조 비용을 절감할 수 있으며, 조명 광학계와 투사 광학계가 일렬로 배치되면서 프로젝터의 너비를 줄임으로써, 설치에 더 유리한 펜 타입의 프로젝터로 활용되며, 특히 프로젝터를 휴대용으로서 사용할 경우 노트북 또는 태블릿과 같은 외부 장치에 부착시 외부 장치의 미관을 해치지 않으면서 프로젝터의 양호한 성능을 구현할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 종래의 프로젝터의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 피코 프로젝터의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피코 프로젝터의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 피코 프로젝터용 광학 시스템은 도 2에 도시한 바와 같이, 프로젝터에 광을 제공하도록 구성된 조명 광학계(110), 조명 광학계(110)로부터 입사된 광을 DMD 소자(130)에 입사시키는 동시에 DMD 소자(130)로부터 반사된 광을 투사 광학계(140)로 입사시키도록 구성된 내부 반사부(120) 및 내부 반사부(120)로부터 전달된 광을 전방의 미도시된 스크린으로 투사하기 위한 투사 광학계(140)를 포함하여 구성된다.

조명 광학계(110)는 광학 시스템에 필요한 광을 생성하기 위해 RGB LED를 포함한다. 이러한 조명 광학계(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 블루 LED(111b)와 레드 LED(111r)는 하나의 칩에 동시적으로 형성되고 그린 LED(111g)는 다른 하나의 칩에 형성된다. 본 발명의 실시예에서 블루 LED(111b)와 레드 LED(111r)가 하나의 칩으로 형성되었지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 임의의 조합이 하나의 칩으로 형성될 수 있으며, 3방향에서 광원을 설치하는 경우 RGB LED는 각각의 칩에 하나씩 형성될 수도 있다. 그러나 본 실시예에서는 블루 LED(111b)와 레드 LED(111r)를 제1 광원부(AS), 그린 LED(111g)는 제2 광원부(BS)로 구성하고, 제1 광원부(AS)와 제2 광원부(BS)를 도 2에 도시한 바와 같이 2방향에서 설치함으로써 광원에 의해 차지되는 영역을 감소시켜 프로젝터의 크기를 감소할 수 있다.

제1 광원부(AS)의 전방에는 2매의 렌즈가 한 쌍으로 이루어진 제1 콜리메이션 렌즈부(112a)가 형성되어, 제1 광원부(AS)로부터 출사되는 광을 광 경로상의 후단에 위치된 다이크로익 필터부(113)에 시준한다.

또한, 전술한 바와 유사한 하나의 칩 패키지로 형성된 제2 광원부(BS)의 전방에도 2매의 렌즈가 한 쌍으로 이루어진 제2 콜리메이션 렌즈부(112b)가 형성되어, 제2 광원부(BS)로부터 출사되는 광 경로상의 후단에 위치된 다이크로익 필터부(113)에 시준한다.

다이크로익 필터부(113)는 2개의 다이크로익 필터(Dichroic Filter, 이색성 필터), 즉 제1 다이크로익 필터(113a)와 제2 다이크로익 필터(113b)를 포함하여 구성된다.

제1 다이크로익 필터(113a)의 일표면은 적색광의 파장을 굴절 및 반사하고 적색광 이외의 청색 또는 녹색광의 파장은 통과하도록 처리된다. 따라서 제1 광원부(AS)로부터 조사되는 청색광은 제1 다이크로익 필터(113a)를 통과하고 적색광은 제1 다이크로익 필터(113a)에서 반사되어 그 전방에 위치한 플라이아이 렌즈(114)로 입사되게 된다.

제2 다이크로익 필터(113b)의 일표면은 청색광의 파장을 굴절 및 반사하고 청색광 이외의 적색 또는 녹색광의 파장은 통과하도록 처리된다. 따라서 제1 광원부 중 블루 LED(111b)로부터 조사되고 제1 다이크로익 필터(113a)를 통과한 청색광은 제2 다이크로익 필터(113b)에서 반사되어 그 전방에 위치한 플라이아이 렌즈(114)로 입사되게 된다.

이때, 제1 다이크로익 필터(113a)는 적색광에 해당하는 파장만을 반사하고 다른 광은 통과시키며 또한 제2 다이크로익 필터(113b)는 청색광에 해당하는 파장만을 반사하고 다른 광은 통과시킴에 따라 제2 광원부(BS)로부터 조사되는 녹색광은 제1 다이크로익 필터(113a) 및 제2 다이크로익 필터(113b)를 모두 통과하여 광경로 상의 전방에 위치한 광균일화 수단으로서의 플라이아이 렌즈(114)로 입사되게 된다.

플라이아이 렌즈(114)는 복수개의 렌즈 셀 어레이로 형성된 렌즈로서 광을 균일하게 전달하는 광균일화 수단으로서 기능한다. 본 발명에 따른 플라이아이 렌즈(114)는 DMD 소자(130)의 형상에 대응하여 대략 사각형상을 지닌 복수개의 렌즈 셀 어레이로 구성되며 따라서 플라이아이 렌즈(114)를 통과한 광은 대략 사각형상의 광프로파일을 가지면서 균일하게 전달된다.

다음으로, 플라이아이 렌즈(114)를 통과한 사각형상의 광프로파일을 가지는 광은 광경로상의 후단에 위치된 릴레이 렌즈(115)를 통과하여 내부 반사부(120)로 입사된다.

내부 반사부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 1매의 프리즘 구조물(121)과 반사 부재(122)로 이루어진다. 프리즘 구조물(121)은 전술한 조명 광학계(110)로부터 입사된 광의 경로를 전환하기 위한 구조물로서, 후술하는 반사 부재(122)에 의해 반사되는 광이 입사면에 입사되면 그 광을 굴절시켜 DMD 소자(130)로 입사시키며, DMD 소자(130)로부터 반사된 광을 내부의 반사면으로 반사시켜 투사 광학계(140)로 입사시킨다.

반사 부재(122)는 프리즘 구조물(121)의 입사면의 경사면에 대향하여 경사지도록 배치되며, 조명 광학계(110)로부터 입사된 광을 반사시켜 프리즘 구조물(121)의 입사면으로 입사시킨다. 이때, 반사 부재(122)는 폴드 미러로 구성될 수 있다. 이러한 폴드 미러는 프로젝터의 공간 효율을 높이기 위해, 광원으로부터 입사되어 릴레이 렌즈(115)를 통과한 광의 방향을 변경하여 DMD 소자(130)측으로 입사시키도록 기울어져 형성된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 조명 광학계(110)는 전술한 바와 다르게 RGB LED를 각각의 칩에 하나씩 형성하여 배치할 수 있다. 즉, 도 3 에 도시된 바와 같이 블루 LED(111b)를 제1 광원부(AS)로, 그린 LED(111g)를 제2 광원부(BS)로, 레드 LED(111r)를 제3 광원부(CS)로 구성하여 배치시킬 수 있으며, 바람직하게는 제1 광원부(AS)와 제3 광원부(CS)를 아래측에 차례로 배치하고, 제2 광원부(BS)를 우측에 배치함으로써 각각의 광원을 2방향에서 배치할 수 있다.

이때, 각각의 광원부의 전방에는 도 3에 도시된 바와 같이 각기 대응되는 콜리메이션 렌즈부(112a, 112b, 112c)가 배치되는 것이 바람직하며, 제1 다이크로익 필터(113a)는 적색광을 갖는 제3 광원부(CS)의 파장을 굴절 및 반사할 수 있도록 제3 광원부(CS)의 전방에 배치되고, 제2 다이크로익 필터(113b)는 청색광을 갖는 제1 광원부(AS)의 파장을 굴절 및 반사할 수 있도록 제1 광원부(AS)의 전방에 배치된다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 피코 프로젝터는 조명 광학계(110)만 전술한 내용과 다르게 구성되었으며, 나머지 구성은 도 2에 도시된 바와 같으므로 이하 설명은 생략하도록 한다.

본 발명에 따른 피코 프로젝터는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 조명 광학계(110)의 광축(O)과 투사 광학계(140)의 광축(A)이 서로에 대해 평행을 이루도록 정렬되는 것이 바람직하며, 이에 따라 피코 프로젝터의 길이 사이즈(L, 광축 방향과 평행하는 프로젝터의 크기)가 길어지는 대신 너비 사이즈(W, 광축 방향과 수직을 이루는 프로젝터의 크기)가 줄어들게 되어 길이가 긴 펜 타입(Pen Type)의 피코 프로젝터로 형성될 수 있게 되어 노트북 또는 테블릿과 같은 외부 장치에 부착시 외부 장치의 미관을 해치지 않으면서 프로젝터의 양호한 성능을 구현할 수 있다.

즉, 도 1에 도시된 종래의 프로젝터의 경우, 프로젝터의 너비 사이즈(W)가 34mm 내지 44mm의 크기(길이 사이즈(L)는 41mm 내지 43mm)로 형성되는 반면, 도 2 또는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 펜타입 피코 프로젝터는 너비 사이즈(W)가 17mm 내지 18mm(길이 사이즈(L)는 43mm 내지 52mm)로 줄어들어 설치 공간을 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 피코 프로젝터는 종래에 프리즘의 전방에 배치되는 틸트 릴레이 렌즈 대신에 폴드 미러를 사용하는 반사 부재(122)로 구성함에 따라, 릴레이 렌즈(115)를 1매만 사용하게 되어 제조 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 조명 광학계(110)와 투사 광학계(140)가 일렬로 배치도록 하여 프로젝터의 너비(W)를 줄임으로써 사각형태의 프로젝터에 비해 설치에 더 유리한 펜타입의 프로젝터로 구성할 수 있으며, 이로 인해 휴대 기기에 실장하는 공간의 크기를 더 효율적으로 활용할 수 있고 특히, 프로젝터 자체를 휴대용으로서 사용하게 되면 노트북 또는 태블릿과 같은 외부 장치에 부착시 외부 장치의 미관을 해치지 않으면서 프로젝터의 양호한 성능을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 외부 장치의 측면에서 좁은 너비만큼만을 설치 공간으로 사용하게 되어 설치 공간을 좀 더 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 조명 광학계 111 : LED
AS : 제1 광원부 BS : 제2 광원부
CS : 제3 광원부 112 : 콜리메이션 렌즈부
113 : 다이크로익 필터부 114 : 플라이아이 렌즈
115 : 릴레이 렌즈 120 : 내부 반사부
121 : 프리즘 구조물 122 : 반사 부재
130 : DMD 소자 140 : 투사 광학계
O : 조명 광학계의 광축 A : 투사 광학계의 광축

Claims (3)

1. 조명 광학계로부터 출사된 광이 내부 반사부를 통해 DMD 소자로 입사되고 DMD 소자로부터 반사된 광이 내부 반사부를 통해 투사 광학계로 전달되는 피코 프로젝터용 광학 시스템에 있어서,
   상기 내부 반사부는,
   1매의 프리즘 구조물; 및
   상기 프리즘 구조물의 입사면에 대향하도록 위치되어 상기 조명 광학계로부터 입사된 광을 상기 프리즘 구조물의 입사면으로 반사시키는 반사 부재를 포함하며,
   상기 프리즘 구조물은 상기 반사 부재로부터 반사되어 입사된 광을 상기 DMD 소자를 향해 굴절시키고, 상기 DMD 소자로부터 반사된 광을 상기 투사 광학계를 향하도록 광 경로를 변환하고,
   상기 조명 광학계의 광축은 상기 투사 광학계의 광축에 대해 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사 부재는 반사각 조절이 가능한 폴드 미러인 것을 특징으로 하는 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 광학계는,
   RGB LED 중 두개의 LED로 이루어진 제1 광원부;
   상기 제1 광원부에 포함되지 않은 하나의 LED로 이루어진 제2 광원부;
   상기 제1 광원부와 제2 광원부로부터 출사된 광을 혼합하기 위한 다이크로익 필터부;
   상기 다이크로익 필터부로부터 출사된 광을 균일화하기 위한 플라이아이 렌즈; 및
   상기 플라이아이 렌즈를 통과한 광을 릴레이시키는 릴레이 렌즈를 포함하고,
   상기 릴레이 렌즈로부터 릴레이된 광이 상기 반사 부재로 입사되는 것을 특징으로 하는 펜 타입 피코 프로젝터용 광학 시스템.

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