KR20170004618A

KR20170004618A - 프로젝터의 광학엔진

Info

Publication number: KR20170004618A
Application number: KR1020150095219A
Authority: KR
Inventors: 김범진; 김준수; 송민규; 박상욱
Original assignee: (주)디지탈옵틱
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2017-01-11

Abstract

프로젝터의 광학엔진이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 프로젝터의 광학엔진은, 홀더삽입홈을 구비하는 베이스와, 홀더삽입홈에 이동 가능하게 삽입되고 렌즈와 결합하는 홀더와, 홀더를 일 방향으로 탄성 가압하는 탄성부재를 포함하고, 홀더는 홀더삽입홈에서 2차원적으로 위치 변경이 가능하고 탄성부재의 탄성 가압력에 의해서 변경된 위치를 유지할 수 있다.

Description

프로젝터의 광학엔진{OPTICAL ENGINE OF PROJECTOR}

본 발명은 프로젝터의 광학엔진에 관한 것으로서, 구체적으로는 렌즈의 위치를 조정할 수 있는 광학엔진에 관한 것이다.

광학 프로젝터는 소형의 영상을 광학 수단을 이용하여 대화면으로 구현하기 위한 장치이고, 광학 프로젝터에서 영상을 투사하는 기구를 광학엔진이라고 한다. 광학 프로젝터는 영상을 구현하는 소자의 종류에 따라서 CRT(Cathode Ray Tube) 프로젝션, LCD(Liquid Crystal Display) 프로젝션 및 DLP(Digital Light Processing) 프로젝션 방식으로 구분할 수 있다.

이 중에서 DLP 프로젝션 방식은 LCD 프로젝션 방식에 대비되는 새로운 디스플레이 방식으로, 반사형 소자 수십만 개를 하나의 칩에 집적한 DMD(Digital Mirror Device) 반도체 칩을 이용하여 빛을 선택적으로 반사하여 고휘도, 고해상도의 영상을 표현하는 기술이다. 이와 같이, DLP 프로젝션 방식은 상을 만들기 위해서 수많은 미세한 디엠디 소자들의 표면에서 반사된 빛을 회로판을 통해 빛의 차단 및 개방을 결정하는 디지털 장치를 사용하며, 신호에 따라서 반사 각도를 조절하여 이미지를 구현한다. 따라서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 때 발생하는 잡음이나 이미지 품질의 저하가 없고 소자마다 다른 특성을 보정하지 않기 때문에 원래의 화면을 완벽하게 재현할 수 있다.

광학 프로젝터의 내부에는 엘이디(Laser Emission Diode)와 같은 광원과, 광원에서 나온 빛을 굴절 및 반사시키기 위한 렌즈 및 프리즘과, 이미지를 생성하기 위한 DMD 반도체 칩이 구비되어 있다. 그러나 광원에서 나온 빛은 각종 오차로 인해서 DMD 반도체 칩의 정위치에 전달되지 않게 된다. 이로 인해, 프로젝터에 의해 형성된 이미지가 왜곡되는 문제점이 발생한다.

대한민국 공개특허공보 제2003-0037402호

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 렌즈의 위치를 조정하여 광원에서 나온 빛이 DMD 반도체 칩의 정위치에 입사하게 할 수 있는 광학엔진을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 프로젝터의 광학엔진은, 홀더삽입홈을 구비하는 베이스와, 홀더삽입홈에 이동 가능하게 삽입되고 렌즈와 결합하는 홀더와, 홀더를 일 방향으로 탄성 가압하는 탄성부재를 포함하고, 홀더는 홀더삽입홈에서 2차원적으로 위치 변경이 가능하고 탄성부재의 탄성 가압력에 의해서 변경된 위치를 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 광학엔진은 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 탄성부재는 베이스에 걸리게 되는 걸림부재와 홀더를 가압하는 가압부재를 구비하고, 베이스는 걸림부재가 걸리는 걸림돌기를 구비할 수 있다.

가압부재는 곡선 형상을 가질 수 있다. 그리고 탄성부재는 한 쌍으로 구비되어 홀더의 양 측면을 대칭적으로 가압할 수 있다.

홀더는 렌즈의 둘레를 감싸는 구조를 가질 수 있다. 그리고 홀더의 둘레에는 조정지그와 접촉하는 지그삽입홈 및 지그단턱이 형성될 수 있다.

본 발명은 렌즈의 위치를 조정하여 광원에서 나온 빛이 DMD 반도체 칩의 정위치에 입사하게 할 수 있는 광학엔진을 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학엔진을 예시하는 사시도이다.
도 3은 도 1에서 베이스에 홀더가 결합되기 이전의 상태를 예시하는 사시도이다.
도 4는 홀더에 렌즈가 결합된 상태를 예시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학렌즈의 홀더를 예시하는 사시도이다.
도 6은 탄성부재를 예시하는 사시도이다.
도 7은 홀더가 베이스에 결합된 상태를 예시하는 단면도이다.
도 8은 홀더가 베이스에 결합된 상태를 예시하는 평면도이다.
도 9는 홀더에 조정지그가 결합된 상태를 예시하는 사시도이다.
도 10은 백색 조명이 수평 방향으로 가득 차지 않은 상태에 대한 도면이다.
도 11은 백색 조명이 수직 방향으로 가득 차지 않은 상태에 대한 도면이다.
도 12는 홀더의 위치 조정에 의해서 백색 조명이 수직 및 수평으로 가득 찬 상태에 대한 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학엔진(100)을 예시하는 사시도로서, 커버(도시하지 않음)가 분리되어 그 내부 구조를 예시한다. 그리고 도 3은 도 1 및 도 2에 예시된 광학엔진(100)의 베이스(140)에서 홀더(170)가 분리된 상태를 예시한다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 광학엔진(100)은, 렌즈(130)와 결합된 홀더(170)가 베이스(140)의 홀더삽입홈(144)의 내부에서 그 위치를 상하 및 좌우로 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다. 그리고 홀더(170)의 일 면은 한 쌍의 탄성부재(160, 도 6 참조)에 의해서 일 방향으로 탄성 가압력을 받고, 홀더(170)의 타면은 베이스(140)와 접촉하고 있다. 따라서 홀더(170)의 위치를 변경하더라도 탄성부재(160)에 의해서 그 변경된 위치를 유지할 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 광학엔진(100)은 프로젝터가 생성한 이미지를 보면서 홀더(170)의 위치를 조정할 수 있기 때문에 최상의 화질을 얻을 수 있게 된다. 홀더(170)를 최종적으로 위치 설정한 후 UV 본드 등에 의해서 베이스(140)에 고정할 수 있다.

본 실시예에 따른 광학엔진(100)은 베이스(140)와, 베이스(140)의 내부에 구비된 홀더삽입홈(144)에 삽입되고 렌즈(130)와 결합하고 있는 홀더(170)와, 홀더(170)의 좌우 측면을 일 방향으로 탄성 가압하는 탄성부재(160)를 포함한다. 그리고 베이스(140)의 내부에는 광원(112, 114, 116) 및 광학계(120, 122, 124, 126, 128, 130)가 위하고 있다.

베이스(140)는 광학엔진(100)의 외체를 형성하는 것으로 광원(112, 114, 116), 광학계(120, 122, 124, 126, 128, 130), 탄성부재(160) 및 홀더(170)가 위치할 수 있는 내부공간을 구비한다. 그리고 베이스(140)의 일 측면에는 투사유닛(150)이 결합된다.

세 개의 광원(112, 114, 116)은 각각 R, G, B 광을 조사할 수 있는 엘이디(LED)에 해당할 수 있다. 세 개의 광원 중에서 제1 광원(112)은 제2 광원(114) 및 제3 광원(116)과는 다른 측면에 위치하고 상호 수직으로 배치될 수 있다.

다이크로익 필터(120, 122)는 특정 파장 대역의 광을 투과 및 반사시키는 것으로, 예를 들면 G광은 투과시키고 R, B광은 반사할 수 있다. 그리고 FEL 렌즈(124)는 R, G, B 광원(112, 114, 116)의 빛을 균일하게 하는 역할을 한다.

FEL 렌즈(124)의 전방에는 렌즈(130)와 결합되어 있는 홀더(170)가 위치한다. 홀더(170)에 결합되는 렌즈(130)에는 그 종류에 제한이 없는 것으로, 본 발명은 홀더(170)에 결합되는 렌즈(130)에 의해 제한되지 않는다. 렌즈(130)는 예를 들어 빛을 모아주어 DMD 패널로 입사되는 조명의 마진에 영향을 끼치며 균일도를 향상하는 역할을 할 수 있다.

렌즈(130)를 투과한 빛은 투사계렌즈(126)를 통과한 후 프리즘(128)으로 입사한다. 투사계렌즈(126)는 플라스틱 또는 유리(glass)에 의해 형성될 수 있다. 프리즘(128)은 입사한 빛을 굴절시켜서 그 측면에 결합되어 있는 DMD 패널(도시하지 않음)에 입사하게 하고, DMD 패널에서 출사한 빛을 반사시켜서 투사유닛(150)으로 향하도록 한다. 투사유닛(150)의 내부에는 다수 개의 렌즈(도시하지 않음)가 구비되어 있어서 입사된 빛을 원하는 비율로 확대 할 수 있다.

도 3을 참고하면, 홀더삽입홈(144)은 FEL 렌즈(124)와 투사계렌즈(126) 사이에 구비되어 있는 것으로, 그 내부에는 홀더(170가 상하 및 좌우 방향으로 일정 간격 위치 이동이 가능하게 삽입된다. 그리고 홀더삽입홈(144)의 내부에는 홀더(170)를 탄성 가압하는 한 쌍의 탄성부재(160)도 위치하게 된다.

홀더삽입홈(144)은 홀더(170)에 대응하는 형상을 가질 수 있는데, 본 실시예에 따른 광학엔진(100)에서 홀더(170)가 직사각 또는 정사각 형상을 갖기 때문에 홀더삽입홈(144)도 직사각 또는 정사각 형상을 가질 수 있다. 또한, 홀더삽입홈(144)은 전방(투사계렌즈(126) 방향) 및 후방(FEL 렌즈(124) 방향) 그리고 상부가 모두 개방된 구조를 갖는다. 따라서 개방된 상부를 통해서 홀더삽입홈(144)에 삽입된 홀더(170)는 탄성부재(160)에 의해서 후방으로 가압된 상태에서 그 양 단부가 걸리는 구조를 갖는다.

이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참고하면서 본 실시예에 따른 광학엔진(100)의 홀더(170) 및 탄성부재(160)에 대해서 설명하기로 한다.

도 4는 홀더(170)에 렌즈(130)가 결합된 상태를 예시하는 사시도이고, 도 5는 도 4에 예시된 홀더(170)의 사시도이다. 그리고 도 6은 탄성부재(160)를 예시하는 사시도이다.

도 4 내지 도 5를 참고하면, 홀더(170)는 렌즈(130)의 둘레를 모두 감싸는 사각형의 프레임(frame) 형상을 갖는다. 홀더(170)의 중앙에는 관통공(172)이 형성되어 있고 그 중앙에 삽입된 렌즈(130)의 일면 및 타면이 관통공(172)을 통해서 외부로 노출된다.

홀더(170)의 상면에는 V 형상을 갖는 지그삽입홈(174)이 길이 방향으로 형성되어 있다. 지그삽입홈(174)에는 조정지그(180, 도 9 참조)가 삽입되어 홀더(170)의 위치가 조정된다. 그리고 홀더(170)의 하면에서 좌우 대칭으로 지그단턱(176)이 형성되어 있다. 지그단턱(176)에도 도 9에 예시된 바와 같이 조정지그(182)가 위치하면서 상부의 조정지그(180)와 함께 홀더(170)의 상하 및 좌우 방향 위치를 조정한다.

홀더(170)의 관통공(172) 좌우 양측에는 가압면(178)이 형성되어 있다. 가압면(178)은 탄성부재(160)의 가압부재(166)와 접하면서 탄성 가압력을 받는 부분에 해당한다.

홀더(170)는 플라스틱 또는 금속 등에 의해서 형성될 수 있다. 또한, 렌즈(130)는 홀더(170)의 상하면에 각각 형성된 렌즈결합홈(179)에 그 일부가 삽입됨으로써 홀더(170)에 결합하게 된다.

도 6을 참고하면, 탄성부재(160)는 탄성을 갖는 금속 또는 플라스틱 수지 등에 의해서 형성되는 것으로, 홀더(170)를 일 방향(도 3에서는 FEL 렌즈(124) 방향)으로 탄성 가압한다. 조정지그(180, 182)에 의해서 위치 변경한 홀더(170)는 탄성부재(160)에 의해서 그 변경된 위치를 유지할 수 있게 된다.

탄성부재(160)는 상호 대향되게 위치하는 걸림부재(162) 및 가압부재(166)를 구비한다. 그리고 걸림부재(162) 및 가압부재(166)의 사이에는 일정한 간격에 해당하는 걸림홈(164)이 형성되어 있다.

걸림부재(162)의 길이는 가압부재(166)에 비해 짧게 형성되어 있다. 걸림부재(162)는 베이스(140)에 형성된 걸림돌기(146, 도 3 참조)에 걸리는 부분에 해당한다. 걸림부재(162)가 걸림돌기(146)에 걸리게 됨으로써, 탄성부재(160)가 베이스(140)에 결합되는 것이다. 걸림돌기(146)는 걸림홈(164)에 억지 끼워 맞춤(press fitting)에 의해서 결합할 수 있다.

가압부재(166)는 걸림부재(162)와 일정 간격 이격되어 평행하게 위치한다. 가압부재(166)는 일정한 곡률 반경을 갖는 호(arc) 형상을 갖는다. 가압부재(166)는 홀더(170)에 의해서 타 방향으로 가압되어 그 곡선이 다소 펴지게 되는데, 그 반작용으로 인해서 홀더(170)에 탄성부재(160)에 의한 탄성 가압력이 가해지는 것이다. 가압부재(166)의 하단부는 홀더(140)의 내부와 접할 수 있다.

본 실시예에 따른 가압부재(166)는 탄성을 갖는 재질(금속 또는 플라스틱 등)을 곡선으로 형성함으로써 홀더(170)에 탄성력을 부여하는 것으로 예시하였지만, 본 발명은 탄성부재의 형상 및 종류에 의해서 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄성부재는 코일 스프링(coil spring) 또는 블록 형상을 갖는 탄성고무 등 다양한 형태에 의해서 구현될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 광학엔진(100)은 동일한 크기 및 형상을 갖는 한 쌍의 탄성부재(160)를 구비하는 것으로 예시하였지만, 본 발명은 탄성부재의 개수 및 위치에 의해서 제한되지 않는다.

이하에서는 도 7 내지 도 8을 참고하면서 홀더(170)와 베이스(140)의 결합에 대해서 설명하기로 한다.

도 7 및 도 8은 홀더(170)가 베이스(140)에 결합된 상태를 각각 예시하는 종단면도 및 평면도이다.

도 7을 참고하면, 홀더삽입홈(144)의 내부에는 상부단턱(136) 및 하부단턱(134)이 형성되어 있다. 상부단턱(136) 및 하부단턱(134)에는 각각 홀더(170)의 상단부 및 하단부가 걸리게 된다. 그리고 탄성부재(160)의 걸림부재(162)는 걸림돌기(146)에 걸려 있고 가압부재(166)는 홀더(170)의 가압면(178)과 접하면서 홀더(170)를 FEL 렌즈(124) 방향으로 탄성 가압하고 있다.

도 7의 상태에서 홀더(170)는 간격 a 만큼 상향 이동할 수 있고 간격 b 만큼 하향 이동할 수 있다. 홀더(170)가 상부 또는 하부로 이동한 경우에도, 홀더(170)의 상단은 상부단턱(136)에 걸려 있고 하단은 하부단턱(134)에 걸려 있으며, 탄성부재(160)에 의해서 FEL 렌즈(124) 방향으로 탄성 가압된다. 따라서 홀더(170)가 상부 또는 하부로 이동하더라도 탄성부재(160)에 의한 탄성 가압력에 의해서 이동한 지점의 위치를 유지할 수 있다.

도 8을 참고하면, 홀더(170)는 홀더삽입홈(144)의 내부에서 좌우 방향으로 각각 간격 c 또는 간격 d 만큼 이동할 수 있다. 홀더(170)는 탄성부재(160)에 의해서 FEL 렌즈(124) 방향으로 탄성 가압되고 있기 때문에, 홀더(170)가 좌측 또는 우측으로 이동하더라도 이동한 지점의 위치를 유지할 수 있다.

이와 같이, 홀더(170)는 홀더삽입홈(144)의 내부에서 2차원적으로 이동할 수 있다. 즉, 홀더(170)는 빛의 경로(도 7에서 x축에 평행하거나 거의 평행한 방향)에 수직인 평면 상을 2차원적으로 이동할 수 있고 x 축 방향으로는 이동하지 않는다. 이와 같이 하나의 평면 상을 이동하는 홀더(170)의 위치를 조정함으로써 렌즈(130)의 위치를 조정할 수 있고 결과적으로 원하는 최상의 이미지를 얻을 수 있게 된다.

도 9는 홀더(170)에 조정지그(180, 182)가 결합된 상태를 예시하는 사시도이다.

도 9를 참고하면, 조정지그(180)는 홀더(170)의 상면에 형성되어 있는 지그삽입홈(174)에 삽입되어 있다. 지그삽입홈(174)은 V 형상을 갖는데, 이에 대응하여 조정지그(180)의 선단부도 동일한 형상을 갖는다. 두 개의 다른 조정지그(182)는 홀더(170)의 하면에 형성되어 있는 지그단턱(176)에 걸려 있다. 이와 같이, 홀더(170)에 조정지그(180, 182)를 위치시킨 후 조정지그(180, 182)의 위치를 조정함으로써 홀더(170)의 위치를 정확하게 설정할 수 있게 된다. 조정지그(180,182)는 조정용 마이크로미터(도시하지 않음)에 의해 그 위치가 정밀하게 조정될 수 있다.

도 10 및 도 11은 광학엔진(100) 내부의 각종 오차로 인해서 광원이 DMD 패널(도시하지 않음)의 정위치에 도달하지 않기 때문에 발생하는 현상에 대한 도면이다. 도 10은 백색 조명이 수평 방향으로 가득 차지 않은 상태를 나타내고, 도 11은 백색 조명이 수직 방향으로 가득 차지 않은 상태를 나타낸다.

도 10 및 도 11의 상태에서 홀더(170)를 이용하여 렌즈(130)의 위치를 조정하면, 도 12와 같이 백색 조명이 가득찬 이미지를 얻을 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 광학엔진
140: 베이스 144: 홀더삽입홈
134: 하부단턱 136: 상부단턱
146: 걸림돌기 160: 탄성부재
162: 걸림부재 164: 걸림홈
166: 가압부재 170: 홀더
172: 관통공 178: 가압면
180, 182: 조정지그

Claims

홀더삽입홈을 구비하는 베이스;
상기 홀더삽입홈에 이동 가능하게 삽입되고 렌즈와 결합하는 홀더; 및
상기 홀더를 일 방향으로 탄성 가압하는 탄성부재를 포함하고,
상기 홀더는 상기 홀더삽입홈에서 2차원적으로 위치 변경이 가능하고 상기 탄성부재의 탄성 가압력에 의해서 변경된 위치를 유지할 수 있는 광학엔진.
제1항에 있어서,
상기 탄성부재는 상기 베이스에 걸리게 되는 걸림부재와 상기 홀더를 가압하는 가압부재를 구비하고,
상기 베이스는 상기 걸림부재가 걸리는 걸림돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학엔진.
제2항에 있어서,
상기 가압부재는 곡선 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광학엔진.
제1에 있어서,
상기 탄성부재는 한 쌍으로 구비되어 상기 홀더의 양 측면을 대칭적으로 가압하는 것을 특징으로 하는 광학엔진.
제1항에 있어서,
상기 홀더는 상기 렌즈의 둘레를 감싸는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광학엔진.
제5항에 있어서,
상기 홀더의 둘레에는 조정지그와 접촉하는 지그삽입홈 및 지그단턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학엔진.