KR20180031578A

KR20180031578A - 프로젝터

Info

Publication number: KR20180031578A
Application number: KR1020170117360A
Authority: KR
Inventors: 정석홍
Original assignee: 정석홍
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2018-03-28

Abstract

본 발명의 목적은 본체의 설치 방향에 제한되지 않고 프로젝팅 디스플레이 영상의 프로젝팅 방향을 자유롭게 설정하며, 투사되는 프로젝팅 디스플레이 영상의 손실과 왜곡을 방지하는 경제적인 프로젝터를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터는, 광원에서 나오는 광을 변조하는 광변조부, 디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부, 상기 광변조부와 상기 영상신호 처리부 중 적어도 하나를 내장하는 본체, 상기 영상신호 처리부에 연결되어 전기적으로 조정되는 디스플레이 장치에서 형성된 디스플레이 영상광을 변조하여 프로젝팅부를 통하여 투사하는 영상변조부, 상기 본체와 분리되어 상기 디스플레이 장치와 상기 영상변조부를 내장하는 헤드부, 및 상기 본체와 상기 헤드부를 기계적으로 연결하며, 상기 광변조부와 상기 디스플레이 장치를 광학적으로 연결하여 상기 광변조부에서 나온 광을 상기 디스플레이 장치에 전달하는 플렉서블한 광 전달부를 포함한다.

Description

프로젝터 {PROJECTOR}

본 발명은 프로젝터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본체의 설치 방향에 제한되지 않고 프로젝팅 디스플레이 영상의 투사 방향을 자유롭게 설정하는 프로젝터에 관한 것이다.

통상의 프로젝터에 대하여 설명한다. 프로젝터는 디스플레이 장치의 영상을 외부의 화면(스크린)에 투사시켜서 디스플레이 하는 장치이다. 영상을 구현하는 디스플레이 장치가 필수적이며, 디스플레이 장치에는 DLP, LCD, LCOS 방식이 있다.

DLP(Digital Light Processing) 방식은 광원에서 나오는 빛이 컬러필터를 거치고, DMD(Digital Micromirror Device)칩을 통해 반사되며, 최종 투사렌즈를 거쳐서 스크린에 디스플레이 영상을 투사하는 방식이다.

LCOS는 'Liquid Crystal on Silicon'의 약자이며, LCOS의 기본 구조는 액정 디스플레이와 유사하다. 액정 디스플레이(liquid crystal display) 소자에서 하단을 유리가 아닌 실리콘 웨이퍼로 바꾸고, 실리콘 웨이퍼 위에 회로를 설계한 구조이다. 빛을 후면에서 투과하는 LCD 방식과 달리 LCOS 방식은 소자의 하단에서 빛을 반사시켜서 영상을 만들어 낸다.

LCD 방식은 액정 디스플레이 패널(LCD panel)을 이용해서 영상을 투사하는 방식이며, 보통 3장의 LCD 패널을 이용해서 LCD 후면에서 빛을 투과시킨 후 프로젝팅 렌즈를 통해 영상을 구현하는 방식이다.

도 1은 통상의 LCD 방식 프로젝터의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 통상의 프로젝터는 광원(10), 광원(10)에서 나온 광(光)을 분리하는 색분리경(20), 광(光)을 반사시키는 반사경(30), 색분리경(20)과 반사경(30)에서 나온 광을 받아서 광을 투과시켜서 영상을 형성하는 디스플레이 장치(50)(예, LCD), 디스플레이 장치와 전기적으로 연결되어 있으면서 디스플레이 장치(50)의 영상 내용을 조정하는 영상신호 처리부(52), 디스플레이 장치(50)에서 나온 영상광을 통합해서 프로젝팅부(80)로 보내주는 프리즘(60)과, 프리즘(60)에서 나온 통합된 영상광을 받아서 확대 투사시키는 프로젝팅부(80), 및 상기 구성요소들을 정해진 위치에 내장 및 고정시키는 역할을 하는 본체(예, 케이스)(90)를 포함한다.

광원(10)에서 나온 광이 디스플레이 장치(50)를 거쳐서 원활하게 프로젝팅 디스플레이 영상을 외부로 투사시킬 수 있도록 광원(10), 색분리경(20), 반사경(30), 디스플레이 장치(50), 프리즘(60) 및 프로젝팅부(80)는 광학적으로 정렬 배치되어 있다.

광학적인 배치가 정렬되어 있다는 의미는 광을 성공적으로 전달받거나 전달하기 위하여 관련된 부품들의 배치(예, 위치와 방향)가 정렬 고정되어 있다는 의미이다. 따라서 프로젝터 기기의 방향과 프로젝팅 디스플레이 영상의 방향은 항상 고정되어 있다.

광의 상태 변동과정에 대해서 설명한다. 광원(10)에서 백색광이 나오고, 광이 색분리경(20)을 통과한 후 단색광 또는 분리광으로 변동되며, 다시 반사경(30)에 반사된 후 단색광 또는 분리광 상태로 변동된다. 즉 디스플레이 장치(50)를 통과하기 전까지는 단순한 광정보 상태의 변동만이 진행된다.

광이 디스플레이 장치(50)를 통과한 후 단색의 디스플레이 영상 상태가 되며, 이 영상광이 프리즘(60)을 통과한 후 복합색의 디스플레이 영상 상태가 된다. 최종적으로, 영상광이 프로젝팅부(80)를 통과한 후 프로젝팅 디스플레이 영상 상태가 되어, 외부로 투사된다.

도 2는 통상의 LCD 방식 프로젝터에 적용되는 영상 처리의 구성도이다. 프로젝터가 영상을 투사시키는 광학적 변동과정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.

광원(10)에서 발생된 백색광이 제1색분리경(22)에 비춰지면, 빨간색(Red) 빛은 제1색분리경(22)을 투과하여 제1반사경(32)쪽으로 비춰지고, 나머지 빛은 제1색분리경(22)에 의해 반사되어 제2색분리경(24) 쪽으로 투사된다.

제1반사경(32)쪽으로 비춰진 빨간색 빛은 제1반사경(32)에 의해 반사되어 제1LCD(51)쪽으로 투사된다. 제2색분리경(24) 쪽으로 투사된 빛 중에서 파란색(Blue) 빛은 제2색분리경(24)를 투과하여 제2반사경(34) 쪽으로 투사되고, 녹색(Green) 빛은 제2색분리경(24)에 의해 반사되어 제2LCD(53) 쪽으로 투사된다. 제2반사경(34) 쪽으로 투사된 파란색 빛은 제2반사경(34)에 의해 반사되어 제3반사경(36) 쪽으로 투사된 후 제3반사경(36)에 의해서 반사되어 제3LCD(55)쪽으로 투사된다.

제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)으로 투사된 각색(빨간색, 녹색, 파란색)의 빛은 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)를 통과하면서 영상신호 처리부(52)에 의해서 전기적으로 조정되는 LCD의 영상 신호에 따라서 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)의 각 화소별로 광을 셔터링(shuttering)하기 때문에 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)를 통과하여, 전체적으로 각 색의 영상을 디스플레이 하게 된다.

각색의 디스플레이 영상은 프리즘(60)에 투사된 후, 빨간색과 파란색의 영상의 방향이 녹색 영상과 같은 방향으로 바뀌고, 각색의 영상이 통합되어서 정상적인 디스플레이 영상을 구성한다.

통합된 디스플레이 영상은 프로젝팅부(80)로 투사되고, 프로젝팅부(80) 내에 구성되어 있는 프로젝팅 렌즈를 통과함으로써 확대되어, 최종적으로 프로젝터 외부로 확대된 프로젝팅 디스플레이 영상으로 투사된다.

통상의 프로젝터의 경우, 그 구성요소 전체가 하나의 고정된 본체(케이스)(90)에 내장 및 고정 배치되어 있다. 따라서 프로젝터에서 투사되는 영상의 방향을 바꾸기 위하여, 프로젝터 기기 자체의 방향을 바꾸어야 한다. 즉 본체(90)의 설치 방향에 제한되지 않고, 프로젝팅 디스플레이 영상의 투사방향을 자유롭게 설정하는 것이 불가능하다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 제안된 선행특허에는 일본 공개특허공보 특개2014-115558(2014. 06. 26)의 "프로젝터" 및 대한민국특허 출원번호 10-2015-0155673(2015. 11. 06)의 "영상 투사 방향이 자유로운 프로젝터"가 있다.

도 3은 일본 공개특허 공보 특개 2014-115558에 개시된 프로젝터의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 프로젝터는 광을 화상정보에 따라 변조하는 광변조부를 가지고 있는 프로젝터 본체부(10, 20, 30, 50, 52, 60, 90), 광변조부에서 나오는 광을 도광하는(광을 전달하는) 광섬유(70), 광섬유에서 나온 광을 투사화상으로 최종적으로 투사시키는 프로젝팅부(투사광학계)(80)를 포함한다.

즉, 프로젝터는 자유로운 방향으로 프로젝팅할 수 있도록 기존의 프로젝터에서 프로젝팅부(투사광학계)(80)를 분리시키고, 프로젝터 본체부와 프로젝팅부(투사광학계)(80)를 플렉서블한 성질을 보유하고 있으면서 광을 전달할 수 있는 광섬유(70)로 연결시키고 있다.

광섬유(70)가 플렉서블(flexible)한 성질을 가지고 있기 때문에 프로젝터 본체(90)의 위치 및 방향 상태와 상관없이 프로젝팅부(투사광학계)(80)의 방향을 변동시켜서, 영상의 투사 방향을 변동시키는 것이 가능하다.

이 프로젝터의 경우, 광섬유(70)로 광을 전달하기 직전의 광의 상태가 단순한 광이 아닌 디스플레이 영상정보가 형성된 영상광이다. 이 영상광이 영상정보의 손실 없이 광섬유(70)를 통하여 프로젝팅부(투사광학계)(80)로 전달하는 데에는 상당한 문제점이 있다.

이론적으로는 가능할 것으로 여겨지나 실제로 기기를 구성할 경우에는 다음과 같은 구체적인 문제점들을 가지고 있다. 따라서 정상적인 프로젝팅 디스플레이 영상을 구현하여 투사하는 것이 사실상 어렵다.

도 4는 광섬유(Optical Fiber)의 구조를 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 광섬유(Optical Fiber)(70)는 굴절율이 서로 다른 두 가지의 물질(Core, Clad) 사이의 굴절율 차이를 이용하여 임계각을 만들어 주고, 이로 인한 빛의 전반사를 이용한 것이다.

광섬유(70)의 단면은 원형 형태이며, 중심부는 코어(Core)이고, 클래드(Clad)가 코어(Core)를 둘러싸고 있다. 일반적으로, 코어의 직경은 약 50㎛, 클래드의 직경은 약 125㎛ 정도로 매우 가느다란 구조이다. 코어는 광신호를 운송하며 클래드는 광신호를 코어에 가두는 역할을 한다. 일반적으로 코어의 굴절률(refractive index)이 클래드의 굴절률보다 1% 정도 크다.

광섬유의 원리는 빛의 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질(n1>n2)로 입사하는 경우, 광입사각이 어떤 임계각 보다 크게 되면 입사되는 모든 광선은 굴절하여 투과되지 않고 전부 반사하게 되며 이 원리를 이용한 것이다.

광섬유(70)의 특징은 광 상태(예, 광 파장 및 광 위상)의 왜곡 없이, 그리고 100%에 가깝게 광을 전달할 수 있다. 따라서 한 가닥의 광섬유(70)를 통해서 단일 종류(단일파장)의 광을 전달할 경우, 광의 종류(예, 광 파장)의 변동 없이 전달하는 것이 가능하다.

예를 들면, 광섬유(70)를 통해서 녹색광(예, 파장 길이가 약 550nm)을 전달할 경우, 광섬유(70)의 광출사면을 통해서도 동일한 녹색광(예, 파장 550nm)이 나오는 것은 가능하다.

그러나 디스플레이 장치(50)를 통과한 이후의 광은 단일광이 아니고 디스플레이 장치(50)의 화소수(pixel수) 만큼 많은 단일광이 결합되어 만들어진 영상광이다. 이 영상광이 정상적인 상태를 유지하기 위해서는 각 화소(pixel)에서 만들어진 각각의 광들의 정보(Color)가 그대로 유지되어야 하고, 또한 각 광들의 상호간 위치가 변동이 없어야 한다.

광섬유(70)가 광을 전달하는 데 있어서 완벽하게 동일한 전달기능을 수행할 수 있다면 각 광들의 상호간 위치는 변동이 없을 수도 있겠으나, 광섬유(70)가 곡선으로 구부러진 상태일 경우에는 광섬유 자체에 장력(tension)이 작용하여 미세하게 늘어나는 부분과 미세하게 압축되는 부분이 생길 수 밖에 없다. 즉, 완벽하게 동일한 광 전달상태를 유지할 수 없게 된다.

따라서, 디스플레이 영상광을 한 가닥의 광섬유 내부로 전달시킬 경우에는 각 화소 광들의 상대적인 위치가 그대로 유지되지 않고 섞이게 된다. 즉 위치가 변동된다. 디스플레이 장치에서 나오는 영상광의 상호 위치 정보 상태와 광섬유를 통해서 출사된 영상광들의 위치 정보 상태가 달라지게 된다. 즉 영상 내용이 달라지게 된다.

도 5는 풀(Full) HD 디스플레이 장치에서 화소의 구성도이다. 도 5를 참조하면, 투사되는 영상의 화질은 디스플레이 장치의 해상도(resolution)에 따라 결정되며, 디스플레이 패널에 적용되는 가로세로 픽셀(pixel)숫자로 구분한다.

PPI(Pixel Per Inch)로 표기하는 해상도는 가로 세로 1인치의 넓이의 한 축에 픽셀이 몇 개 집적됐는지를 표기한다. 일반적으로 사용되고 있는 디스플레이 장치의 해상도(화소수)는 Full HD 이며 1,920*1,080개이다. 즉 전체 화소 갯수는 2,073,600개이다.

하나의 화소(Pixel)의 크기(size)는 약 100㎛ * 100㎛이며, 각 화소(Pixel)는 R(Red), G(Green), B(Blue)의 부화소(Sub-pixel) 3개로 구성되어 있다. 하나의 부화소(Sub-pixel)의 크기(size)는 약 25㎛ * 70㎛이며, 하나의 부화소는 직사각형 형상이다.

도 6은 디스플레이 장치의 화소(pixel)와 광섬유의 형상을 비교하여 도시한 비교도이다. 도 6을 참조하면, 디스플레이 영상정보를 다수의 광섬유 다발로 구성된 광섬유(70)로 전송할 경우에도, 디스플레이 영상정보의 왜곡 없이 그대로 광섬유(70)를 통해서 전달하고자 할 경우에는, 적어도 디스플레이 영상의 각 화소 하나를 광섬유(70) 하나 또는 그 이상의 광섬유 다발로 전달할 수 있어야 하고, 디스플레이 화소의 직사각형 형태의 영상정보를 그대로 유지해야 한다. 그런데 원형태의 광섬유(70)를 통해서 직사각형 형상의 부화소(Sub-pixel)의 광정보를 영상정보의 손실 없이 전송하는 것이 불가능하다.

또한, 광섬유(70)에서 광이 전달되는 영역은 코어(Core) 영역으로 제한되기 때문에 클래드(Clad) 영역으로는 광정보가 정상적으로 전달되지 못하게 된다. 디스플레이 화소(Pixel) 하나에 다수개의 광섬유(70) 가닥을 대응시키는 것도 필요한 광섬유(70) 가닥의 수가 지나치게 많이 필요하기 때문에 현실적으로 불가능하다. 이러한 제약은 매우 심각한 것이며, 실제로 구현해서 상품화시키기는 어렵다.

또한, 광섬유(70)의 구조상 광입사면과 광출사면이 존재하며, 디스플레이 장치에서 만들어져 나온 영상광이 광섬유(70)의 광입사면으로 입사될 때, 일부의 영상광은 반사되고, 영상광이 광출사면으로 나오는 경우에도 광출사면의 구조상 광의 회절 현상이 발생한다. 따라서 최종 투사되는 프로젝팅 디스플레이 영상의 화질이 디스플레이 장치에서 만들어진 영상광의 화질에 비해서 떨어진다.

또한, 광섬유(70)는 매우 비싸다. 광섬유(70)를 제작하는 방법상 고가의 장비와 정밀한 제조방법이 필요하며, 한 가닥의 광섬유(70) 자체의 직경도 수십 ㎛로 매우 미세한 제품이기 때문에 가격이 매우 비싸다. 단위길이 1미터당 약 수 만원에서 수십 만원의 가격을 형성하며, 광섬유(70)의 길이가 길수록 제작비용이 커져서 제품 대비 가치가 적어지게 된다. 즉 경제성이 낮아진다.

본 발명의 목적은 본체의 설치 방향에 제한되지 않고 프로젝팅 디스플레이 영상의 프로젝팅 방향을 자유롭게 설정하며, 투사되는 프로젝팅 디스플레이 영상의 손실과 왜곡을 방지하는 경제적인 프로젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터는, 광원에서 나오는 광을 변조하는 광변조부, 디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부, 상기 광변조부와 상기 영상신호 처리부 중 적어도 하나를 내장하는 본체, 상기 영상신호 처리부에 연결되어 전기적으로 조정되는 디스플레이 장치에서 형성된 디스플레이 영상광을 변조하여 프로젝팅부를 통하여 투사하는 영상변조부, 상기 본체와 분리되어 상기 디스플레이 장치와 상기 영상변조부를 내장하는 헤드부, 및 상기 본체와 상기 헤드부를 기계적으로 연결하며, 상기 광변조부와 상기 디스플레이 장치를 광학적으로 연결하여 상기 광변조부에서 나온 광을 상기 디스플레이 장치에 전달하는 플렉서블한 광 전달부를 포함한다.

상기 광 전달부는 플렉서블한 성질을 가지는 광 파이프 또는 광섬유로 형성될 수 있다.

상기 광 파이프는 플라스틱 재질로 형성되고, 상기 광 파이프의 내부면은 반사 코팅층을 구비할 수 있다.

상기 본체는 상기 광변조부와 상기 영상신호 처리부를 내장할 수 있다.

상기 본체는 분리된 제2본체를 더 구비하며, 상기 본체는 상기 영상신호 처리부를 내장하고, 상기 제2본체는 상기 광변조부를 내장할 수 있다.

DLP 방식에서, 상기 광변조부는 집광렌즈(Condensing Lens), 컬러필터(Color Filter) 및 성형렌즈(Shaping Lens)를 더 포함할 수 있다.

상기 헤드부는 분리된 제2헤드부를 더 구비하며, 상기 광 전달부는 복수로 형성되고, 상기 디스플레이 영상변조는 복수로 형성되어 상기 헤드부와 상기 제2헤드부에 각각 배치되며, 복수의 광 전달부는 복수의 디스플레이 영상변조부에 각각 대응하여 연결될 수 있다.

상기 광원은 단일 색(Color)을 띠는 엘이디(LED) 광원으로써, 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) LED를 포함할 수 있다.

상기 광 전달부의 광입사면은 하나로 구성되어 있으며, 상기 광 전달부의 중간부분에 복수로 분리하여, 광출사면을 복수로 형성할 수 있다.

상기 광 전달부의 광입사면은 복수로 형성되거나, 상기 광 전달부의 중간부분이나 광출사면의 면적에 비해서, 더 큰 면적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터는, 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) LED를 포함하는 광원, 디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부, 상기 영상신호 처리부를 내장하는 본체, 상기 본체에서 분리되어 상기 광원을 내장하는 제2본체, 상기 영상신호 처리부에 연결되어 전기적으로 조정되는 디스플레이 장치에서 형성된 디스플레이 영상광을 변조하여 프로젝팅부를 통하여 투사하는 영상변조부, 상기 본체 및 상기 제2본체와 분리되어 상기 디스플레이 장치와 상기 영상변조부를 내장하는 헤드부, 및 상기 제2본체와 상기 헤드부를 기계적으로 연결하며, 상기 광원과 상기 디스플레이 장치를 광학적으로 연결하여 상기 광원에서 나온 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 광을 상기 디스플레이 장치에 전달하는 플렉서블한 광 전달부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터는, 광원에서 발생된 백색광을 R, B, G 광으로 분리하는 제1색분리경, 제2색분리경 및 반사경의 광변조부와 디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부 중 적어도 하나를 내장하는 본체, 분리된 상기 R, G, B 광을 통과시키면서 영상신호 처리부에 의하여 전기적으로 조정되어 상기 R, G, B 광의 디스플레이 영상을 구현하는 제1LCD, 제2LCD, 제3LCD, 및 상기 영상을 외부로 투사하는 프로젝팅부를 내장하는 헤드부, 및 상기 본체의 상기 제1색분리경, 상기 제2색분리경 및 상기 반사경에서 분리된 상기 R, G, B 광을 상기 헤드부의 상기 제1LCD, 상기 제2LCD, 상기 제3LCD에 광학적으로 대응하여 연결하며, 플렉서블한 광 전달부를 포함한다.

상기 본체는 분리된 제2본체를 더 구비하며, 상기 본체는 상기 영상신호 처리부를 내장하고, 상기 제2본체는 상기 제1색분리경, 상기 제2색분리경 및 상기 반사경의 상기 광변조부를 내장할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터는, R, B, G LED를 포함하는 광원, 디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부, 상기 영상신호 처리부를 내장하는 본체, 상기 본체에서 분리되어 상기 R, B, G LED를 내장하는 제2본체, 상기 R, B, G LED의 R, G, B 광을 통과시키면서 영상신호 처리부에 의하여 전기적으로 조정되어 상기 R, G, B 광의 디스플레이 영상을 구현하는 제1LCD, 제2LCD, 제3LCD, 및 상기 영상을 외부로 투사하는 프로젝팅부를 내장하는 헤드부, 및 상기 제2본체와 상기 헤드부를 기계적으로 연결하며, 상기 제2본체의 상기 R, B, G LED의 상기 R, G, B 광을 상기 헤드부의 상기 제1LCD, 상기 제2LCD, 상기 제3LCD에 광학적으로 대응하여 연결하여 상기 R, B, G LED에서 나온 상기 R, G, B를 상기 디스플레이 장치의 헤드부의 상기 제1LCD, 상기 제2LCD, 상기 제3LCD에 대응하여 전달하는 플렉서블한 광 전달부를 포함한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는 본체(또는 제2본체)와 헤드부(또는 제2헤드부)를 분리 형성하여 광 전달부를 통하여 기계적 및 광학적으로 연결하므로 본체(또는 제2본체)의 설치 방향에 제한되지 않고 헤드부(또는 제2헤드부)를 통한 프로젝팅 디스플레이 영상의 프로젝팅 방향을 자유롭게 설정할 수 있다.

이때, 광 전달부는 본체(및/또는 제2본체)에 내장되는 광변조부와 헤드부(및/또는 제2헤드부)에 내장된 디스플레이 장치를 광학적으로 연결하여 광변조부에서 나온 광을 디스플레이 장치에 전달하므로 투사되는 프로젝팅 디스플레이 영상의 손실과 왜곡을 방지할 수 있다.

즉 본 발명의 일 실시예는 영상변조부(디스플레이 장치와 프로젝팅부)를 헤드부(또는 제2헤드부)에 배치하며, 광원, 광변조부(색분리경, 반사경) 및 영상신호 처리부를 본체(또는 제2본체)에 배치하고, 플렉서블한 광 전달부를 통하여 광변조부에서 나오는 광을 영상변조부의 디스플레이 장치로 원활히 공급하므로 본체(및/또는 제2본체)의 위치에 제한되지 않고 헤드부(및/또는 제2헤드부)를 통한 프로젝팅 디스플레이 영상을 다양한 방향으로 자유롭게 투사할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 영상변조부(디스플레이 장치와 프로젝팅부)를 헤드부에 배치하며, R, G, B LED 광원을 제2본체에 배치하고, 플렉서블한 광 전달부를 통하여 R, G, B LED 광원에서 나오는 R, G, B 광을 제1LCD, 제2LCD, 제3LCD에 대응하여 공급하므로 제2본체의 위치에 제한되지 않고 헤드부를 통한 프로젝팅 디스플레이 영상을 다양한 방향으로 자유롭게 투사할 수 있다.

도 1은 통상의 프로젝터(LCD 방식)의 구성도이다.
도 2는 통상의 프로젝터(LCD 방식)에 적용되는 영상 처리의 구성도이다.
도 3은 일본 공개특허공보 특개 2014-115558(2014. 06. 26)에 개시된 프로젝터의 구성도이다.
도 4는 광섬유(Optical Fiber)의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 풀(Full) HD 디스플레이 장치에서 화소의 구성도이다.
도 6은 디스플레이 장치의 화소(Pixel)와 광섬유의 형상을 비교하여 도시한 비교도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝터(LCD 방식)의 구성도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제2실시예 내지 제5실시예에 따른 프로젝터의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 프로젝터에 적용되는 광 전달부(광 파이프)의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예의 프로젝터에 적용되는 광 전달부(광 파이프)의 다른 구성도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예의 프로젝터에 적용되는 영상처리의 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝터(LCD 방식)의 구성도이다. 도 7을 참조하면, 제1실시예의 프로젝터(1)는 광원(10)에서 나오는 광을 변조하는 광변조부(230)와 디스플레이(display) 상태를 조정하는 영상신호 처리부(52)를 내장하는 본체(예, 케이스)(90), 영상신호 처리부(52)에 연결되는 디스플레이 장치(50)에서 형성된 디스플레이 영상광을 확대 투사하는 프로젝팅부(80)를 내장하는 헤드부(예, 케이스)(92), 및 광변조부(230)와 디스플레이 장치(50)를 광학적으로 연결해주고 광변조부(230)에서 나온 광을 디스플레이 장치(50)로 전달해 주는 광 전달부(40)를 포함한다.

제1실시예의 프로젝터(1)에서, 광변조부(230)는 광원(10)에서 나온 광을 변조하는 색분리경(20)과 반사경(30)을 포함한다. 영상신호 처리부(52)는 디스플레이 장치(50)와 전기적으로 연결되어 있으면서 디스플레이 장치(50)의 화면 디스플레이(display) 상태를 조정한다.

본체(90)는 광원(10), 광변조부(230) 및 영상신호 처리부(52)를 내장하고, 고정된 위치에 배치해준다. 광 전달부(40)는 본체(90)와 헤드부(92)를 기계적으로 연결한다. 그리고 광 전달부(40)는 광변조부(230)와 디스플레이 장치(50)를 광학적으로 연결해주고 광변조부(230)에서 나온 광을 디스플레이 장치(50)로 전달한다.

헤드부(92)는 디스플레이 영상변조부(680), 즉 디스플레이 장치(50), 프리즘(60) 및 프로젝팅부(80)를 내장하고, 고정된 위치에 배치해 준다. 디스플레이 장치(50)는 광 전달부(40)에서 나온 광을 받아서 디스플레이 영상 광을 형성시킨다. 프리즘(60)은 디스플레이 장치(50)에서 형성된 디스플레이 영상광을 받아서 통합해서 프로젝팅부(80)로 보내준다. 프로젝팅부(80)는 프리즘(60)에서 나온 디스플레이 영상광을 받아서 확대 투사한다. 디스플레이 영상변조부(680), 즉 디스플레이 장치(50), 프리즘(60) 및 프로젝팅부(80)는 디스플레이 영상을 변조하고, 디스플레이 영상을 외부로 프로젝팅 한다. DLP 프로젝터의 경우, 프리즘은 생략 가능하다.

본체에 고정 배치되는 부품 즉, 광원, 색분리경, 반사경 및 영상신호 처리부는 경우에 따라서 본체와 분리하여, 별도로 구성될 수도 있다. 또한, 광원으로 빨간색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)과 같은 단색 LED(미도시)를 적용할 경우, 색분리경과 반사경의 광변조부는 필요하지 않다.

DLP 프로젝터의 경우, 도시하지 않았으나 광변조부는 광원에서 나오는 빛을 통과시키는 집광렌즈(Condensing Lens), 컬러필터(Color Filter) 및 성형렌즈(Shaping Lens)를 포함할 수도 있다.

광 전달부(40)는 플렉서블(flexible)한 성질을 가지고 있고 광변조부(230)에서 나온 광을 디스플레이 장치(50)로 전달한다. 광 전달부(40)는 플렉서블하고 내부가 비어있으며, 파이프(pipe)의 내부면(42)에 광을 반사하는 반사 코팅층이 형성되어 있는 광파이프(light pipe)로 형성된다. 또한 광섬유(Optical Fiber)가 플렉서블한 광 전달부(40)로 적용될 수 있다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 제2실시예 내지 제5실시예에 따른 프로젝터의 구성도이다.

도 8을 참조하면, 제2실시예의 프로젝터(2)는 제2본체(94)를 더 포함한다. 이 경우, 본체(90)에는 영상신호 처리부(52)가 고정 배치되어 디스플레이 장치(50)에 전기적으로 연결되고, 제2본체(94)에 광원(10)과 색분리경(20) 및 반사경(30)과 같은 광변조부(230)가 고정 배치되어 광 전달부(40)에 연결된다.

제2실시예의 프로젝터(2)는 서로 관련성이 적은 영상신호 처리부(52)와 광변조부(230)를 각각 본체(90)와 제2본체(94)에 배치하므로 디스플레이 장치(50)에 광 전달부(40)로 연결되는 광변조부(230)의 다양한 구성을 가능하게 한다.

도 9를 참조하면, 제3실시예의 프로젝터(3)는 광변조부(230)를 구비하지 않을 수도 있다. 이와 같이, 광변조부가 없는 경우, 광원(10)은 광이 단일색의 빨간색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 LED(R, G, B LED, 미도시)를 적용하고 있다.

이 경우, 각색 R, G, B LED의 광원(10)과 이에 1대1 대응하는 각 광 전달부(40)를 구성하고, 각 광 전달부(40)에서 나오는 각 색광을 각 LCD(Red용, Green용, Blue용 LCD, 예를 들면, 도 13의 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55))에 1대 1 대응해서 광을 공급해 준다.

즉, 광 전달부(40)가 복수로 구비되어, 광원(10)의 R, G, B LED를 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55) 각각에 대응하도록 광학적으로 연결한다. 따라서 광원(10) 즉 R, G, B LED에서 나온 R, G, B 광은 왜곡되지 않고, 광 전달부(40) 각각을 통하여 디스플레이 장치(50)의 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)로 전달될 수 있다.

도 10을 참조하면, 제4실시예의 프로젝터(4)는 하나의 본체(90)에 연결되는 서로 다른 두 개 이상의 디스플레이 장치(50, 51)와 서로 다른 프리즘(60, 61) 및 서로 다른 프로젝팅부(80, 81)로 구성된 서로 다른 디스플레이 영상변조부(680, 681)를 포함하고 있다.

이때, 광 전달부(40)는 광학적으로 분할되어 서로 다른 디스플레이 장치(50, 51)에 광학적으로 연결된다. 도시하지 않았으나 두 개 이상으로 구비되는 광 전달부가 각각의 디스플레이 장치에 광학적으로 연결될 수도 있다.

즉 헤드부(92)는 분리된 제2헤드부(96)를 더 구비한다. 헤드부(92)와 별도로 제2헤드부(96)는 디스플레이 영상변조부(681), 즉 디스플레이 장치(250), 프리즘(61) 및 프로젝팅부(81)를 내장하고, 고정된 위치에 배치해 준다. 디스플레이 장치(250)는 광 전달부(40)에서 나온 광을 받아서 디스플레이 영상 광을 형성시킨다. 프리즘(61)은 디스플레이 장치(250)에서 형성된 디스플레이 영상광을 받아서 통합해서 프로젝팅부(81)로 보내준다. 프로젝팅부(81)는 프리즘(61)에서 나온 디스플레이 영상광을 받아서 확대 투사한다

통상의 프로젝터는 광변조부와 디스플레이 영상변조부를 하나의 동일한 본체에 내장하고 고정된 위치에 배치한다.

이에 비하여, 제4실시예의 프로젝터(4)는 광을 변조하는 광변조부(230)와 디스플레이 영상을 변조하는 영상변조부(680, 681)를 서로 구분하여 헤드부(92)와 제2헤드부(96)에 내장하여 고정 배치하고, 플렉서블하면서 광을 전달할 수 있는 광 전달부(40)를 통하여 광학적으로 연결하므로 프로젝팅 디스플레이 영상의 투사 방향을 자유롭게 설정할 수 있다.

도시하지 않았으나, DLP 방식과 같은 프로젝터는 프리즘이 없어도 프로젝팅 할 수 있으며, 광원의 종류에 따라서 색분리경이 필요하지 않을 수도 있다. 즉, R, G, B 개별 광원을 적용하고, 개별적으로 광 전달부를 적용할 경우에는 별도의 색분리경이 필요하지 않게 된다.

도시하지 않았으나, 본체에서 광원을 분리하여 별도의 위치에 구축할 수도 있다. 이 경우, 광원에서 발생하는 열을 냉각시켜주기 위해 필요한 휀(fan)도 본체에 구비할 필요가 없어진다. 따라서 휀(fan)의 소음과 광원의 열기가 방지될 수도 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예의 프로젝터에 적용되는 광 전달부(광 파이프)의 구성도이다. 도 11을 참조하면, 광 전달부(40)는 내부면이 비어 있는 광 파이프(pipe) 구조로 형성되거나, 광섬유(Optical Fiber)로 형성될 수 있으며, 유연성을 가지는 플라스틱 재질이나 금속재질로 구성 가능하다.

광 파이프의 내부면(42)은 광 반사코팅 처리를 하여 광의 반사능력을 향상시킬 수 있다. 광 파이프의 광전달 능력을 높게 하는 것이 바람직하다. 광원(10)에서 나온 광은 광 전달부(40)의 광입사면(41)로 들어가서 광 전달부(40) 내부면(42)에 반사되는 것을 반복하여, 최종적으로 광출사면(43)으로 출사된다.

도 12는 본 발명의 일 실시예의 프로젝터에 적용되는 광 전달부(광 파이프)의 다른 구성도이다. 도 12를 참조하면, 광 전달부(240)는 하나의 광 전달부(광 파이프)(240)의 광입사면(41)을 복수개로 구성하거나, 광입사면(241)의 크기를 확대시켜서 이에 대응하는 광원(10)의 개수도 복수개로 대응시키는 것이 가능하다. 따라서 광출사면(43)으로 나오는 광량(量)이 증가될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예의 프로젝터에 적용되는 영상처리의 구성도이다. 도 13을 참조하면, 광원(10), 색분리경(22, 24), 반사경(322) 및 영상신호 처리부(52)가 본체(90)에 광학적으로 고정 배치되어 있다.

제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55), 프리즘(60) 및 프로젝팅부(80)가 헤드부(92)에 광학적으로 고정배치 되어 있으며, 색분리경(22, 24)과 반사경(322)에서 나온 각각의 광을 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)에 광학적으로 전달할 수 있도록 광 전달부(40)가 각각 광학적으로 연결 배치되어 있다.

즉, 본 발명의 프로젝터는 광원(10), 광변조부(230)(색분리경(22, 24)과 반사경(322)), 광원(10)과 광변조부(230)를 고정 배치하는 역할을 하는 본체(케이스)(90), 디스플레이 영상변조부(680)(제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55), 프리즘(60) 및 프로젝팅부(80))와, 광변조부(230)와 디스플레이 영상변조부(680)를 광학적으로 연결해주는 광 전달부(40)로 구성되어 있다.

본 발명의 일 실시예의 프로젝터(1, 2, 3, 4)가 영상을 투사시키는 광학적 변동과정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.

광원(10)에서 발생된 백색광이 제1색분리경(22)에 비춰지면 빨간색(Red) 빛은 제1색분리경(22)을 투과하여 제1LCD(51)와 광학적으로 연결되어 있는 광 전달부(40)로 입사되고, 나머지 빛은 제1색분리경(22)에서 반사되어 제2색분리경(24) 쪽으로 투사된다.

제2색분리경(24) 쪽으로 투사된 빛 중에서 파란색(Blue) 빛은 제2색분리경(24)를 투과하여 반사경(322)쪽으로 투사되고, 녹색(Green) 빛은 제2색분리경(24)에서 반사되어 제2LCD(53)와 광학적으로 연결되어 있는 또 다른 광 전달부(40)로 입사된다. 반사경(322) 쪽으로 투사된 파란색 빛은 반사경(322)에서 반사되어 제3LCD(55)와 광학적으로 연결되어 있는 또 다른 광 전달부(40)로 입사된다. 즉, R, G, B 광 각각은 이에 대응하는 각각의 광 전달부(40)로 입사되어, 제1LCD(51), 제2LCD(53) 및 제3LCD(55)에 각각 투사된다.

영상신호 처리부(52)는 디스플레이 장치인 각각의 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)와 전기적으로 연결되어 있다. 광원(10), 제1, 제2색분리경(22, 24), 반사경(322) 및 영상신호 처리부(52)는 본체(90)에서 광학적으로 정해진 위치에 배치 및 고정되어 있다.

제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)로 투사된 빨간색, 녹색, 파란색의 빛은 각각의 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)를 통과하면서 영상신호 처리부(52)에 의해서 전기적으로 조정되는 LCD의 영상 신호에 따라서 LCD의 각 화소별로 On/Off 셔터링(shuttering)되기 때문에 각 색의 디스플레이 영상을 구현한다.

각색의 디스플레이 영상광은 프리즘(60)쪽으로 투사된 후, 빨간색과 파란색의 영상이 녹색 영상과 같은 방향으로 방향이 바뀌고 각색의 영상이 통합되어 정상적인 디스플레이 영상 정보를 구성한다.

통합된 영상은 프로젝팅부(80)로 투사되고 프로젝팅부(80) 내에 구성되어 있는 프로젝팅 렌즈를 통과함으로써 확대되어 최종적으로 확대된 디스플레이 영상으로 프로젝터 외부로 투사된다.

디스플레이 장치인 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55), 프리즘(60) 및 프로젝팅부(80)는 별도의 헤드부(예, 케이스)(92)에 광학적으로 고정 배치되어 있다.

일례로써, 광 전달부(40)는 유연성이 있는 복수의 광 파이프(또는 광섬유)로 구성되며, 제1, 제2색분리경(22, 24)과 반사경(322)에서 나오는 각 색(R, G, B)의 광은 디스플레이 장치인 제1, 제2, 제3LCD(51, 53, 55)에 수직으로 입사될 수 있도록 광학적으로 배치 및 정렬되어 있다.

광학적인 배치가 정렬되어 있다는 의미는 빛을 성공적으로 전달 받거나 전달하기 위하여 관련된 부품들의 배치(위치와 방향)가 정렬되어 있다는 의미이다.

도 13에서는 광 전달부(40)가 복수개로 구성되어 있으나, 프로젝터의 방식에 따라 단일로도 구현될 수 있다. 광 파이프가 유연하기 때문에 프로젝팅 디스플레이 영상의 방향을 자유롭게 설정할 수 있다.

광 전달부(40)에서 나오는 광(光)이 디스플레이 장치(LCD)로 원활히 전달되기 위하여, 광(光)의 방향을 직진광으로 만드는 것이 바람직하다. 이를 위해서 광 전달부(40)의 광입사면에 집광렌즈(예, 볼록렌즈)를 추가로 설치할 수도 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1, 2, 3, 4: 프로젝터 10: 광원
20: 색분리경 22, 24: 제1, 제2색분리경
30: 반사경 322: 반사경
40, 240: 광 전달부 41: 광입사면
42: 내부면 43: 광출사면
50, 250: 디스플레이 장치 51, 53, 55: 제1, 제2, 제3LCD
52: 영상신호 처리부 60, 61: 프리즘
80, 81: 프로젝팅부 90: 본체(케이스)
92: 헤드부(케이스) 94: 제2본체
96: 제2헤드부 230: 광변조부
680, 681: 디스플레이 영상변조부

Claims

광원에서 나오는 광을 변조하는 광변조부;
디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부;
상기 광변조부와 상기 영상신호 처리부 중 적어도 하나를 내장하는 본체;
상기 영상신호 처리부에 연결되어 전기적으로 조정되는 디스플레이 장치에서 형성된 디스플레이 영상광을 변조하여 프로젝팅부를 통하여 투사하는 영상변조부;
상기 본체와 분리되어 상기 디스플레이 장치와 상기 영상변조부를 내장하는 헤드부; 및
상기 본체와 상기 헤드부를 기계적으로 연결하며, 상기 광변조부와 상기 디스플레이 장치를 광학적으로 연결하여 상기 광변조부에서 나온 광을 상기 디스플레이 장치에 전달하는 플렉서블한 광 전달부
를 포함하는 프로젝터.
제1항에 있어서,
상기 광 전달부는
플렉서블한 성질을 가지는 광 파이프 또는 광섬유로 형성되는 프로젝터.
제1항에 있어서,
상기 광 파이프는 플라스틱 재질로 형성되고,
상기 광 파이프의 내부면은 반사 코팅층을 구비하는 프로젝터.
제1항에 있어서,
상기 본체는
상기 광변조부와 상기 영상신호 처리부를 내장하는 프로젝터.
제1항에 있어서,
상기 본체는 분리된 제2본체를 더 구비하며,
상기 본체는
상기 영상신호 처리부를 내장하고,
상기 제2본체는
상기 광변조부를 내장하는 프로젝터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
DLP 방식에서,
상기 광변조부는
집광렌즈(Condensing Lens), 컬러필터(Color Filter) 및 성형렌즈(Shaping Lens)를 더 포함하는 프로젝터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 헤드부는 분리된 제2헤드부를 더 구비하며,
상기 광 전달부는 복수로 형성되고,
상기 디스플레이 영상변조는 복수로 형성되어 상기 헤드부와 상기 제2헤드부에 각각 배치되며,
복수의 광 전달부는
복수의 디스플레이 영상변조부에 각각 대응하여 연결되는 프로젝터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원은
단일 색(Color)을 띠는 엘이디(LED) 광원으로써, 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) LED를 포함하는 프로젝터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 전달부의 광입사면은 하나로 구성되어 있으며,
상기 광 전달부의 중간부분에 복수로 분리하여, 광출사면을 복수로 형성하는 프로젝터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 전달부의 광입사면은 복수로 형성되거나,
상기 광 전달부의 중간부분이나 광출사면의 면적에 비해서, 더 큰 면적으로 형성되는 프로젝터.
적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) LED를 포함하는 광원;
디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부;
상기 영상신호 처리부를 내장하는 본체;
상기 본체에서 분리되어 상기 광원을 내장하는 제2본체;
상기 영상신호 처리부에 연결되어 전기적으로 조정되는 디스플레이 장치에서 형성된 디스플레이 영상광을 변조하여 프로젝팅부를 통하여 투사하는 영상변조부;
상기 본체 및 상기 제2본체와 분리되어 상기 디스플레이 장치와 상기 영상변조부를 내장하는 헤드부; 및
상기 제2본체와 상기 헤드부를 기계적으로 연결하며, 상기 광원과 상기 디스플레이 장치를 광학적으로 대응하여 연결하며, 상기 광원에서 나온 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 광을 상기 디스플레이 장치에 전달하는 플렉서블한 광 전달부
를 포함하는 프로젝터.
광원에서 발생된 백색광을 R, B, G 광으로 분리하는 제1색분리경, 제2색분리경 및 반사경의 광변조부와 디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부 중 적어도 하나를 내장하는 본체;
분리된 상기 R, G, B 광을 통과시키면서 영상신호 처리부에 의하여 전기적으로 조정되어 상기 R, G, B 광의 디스플레이 영상을 구현하는 제1LCD, 제2LCD, 제3LCD, 및 상기 영상을 외부로 투사하는 프로젝팅부를 내장하는 헤드부; 및
상기 본체의 상기 제1색분리경, 상기 제2색분리경 및 상기 반사경에서 분리된 상기 R, G, B 광을 상기 헤드부의 상기 제1LCD, 상기 제2LCD, 상기 제3LCD에 광학적으로 대응하여 연결하며, 플렉서블한 광 전달부
를 포함하는 프로젝터.
제12항에 있어서,
상기 본체는 분리된 제2본체를 더 구비하며,
상기 본체는
상기 영상신호 처리부를 내장하고,
상기 제2본체는
상기 제1색분리경, 상기 제2색분리경 및 상기 반사경의 상기 광변조부를 내장하는 프로젝터.
R, B, G LED를 포함하는 광원;
디스플레이 상태를 조정하는 영상신호 처리부;
상기 영상신호 처리부를 내장하는 본체;
상기 본체에서 분리되어 상기 R, B, G LED를 내장하는 제2본체;
상기 R, B, G LED의 R, G, B 광을 통과시키면서 영상신호 처리부에 의하여 전기적으로 조정되어 상기 R, G, B 광의 디스플레이 영상을 구현하는 제1LCD, 제2LCD, 제3LCD, 및 상기 영상을 외부로 투사하는 프로젝팅부를 내장하는 헤드부; 및
상기 제2본체와 상기 헤드부를 기계적으로 연결하며, 상기 제2본체의 상기 R, B, G LED의 상기 R, G, B를 상기 헤드부의 상기 제1LCD, 상기 제2LCD, 상기 제3LCD에 광학적으로 대응하여 연결하여 상기 R, B, G LED에서 나온 상기 R, G, B 광을 상기 디스플레이 장치의 헤드부의 상기 제1LCD, 상기 제2LCD, 상기 제3LCD에 대응하여 전달하는 플렉서블한 광 전달부
를 포함하는 프로젝터.