KR20180071085A - 광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치 - Google Patents

광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치이다. 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치는, 제1 색상의 제1 광을 출력하는 광원부와, 타원형의 곡면을 가지며, 입사되는 광을, 타원형의 곡면에서 반사하는, 타원형 반사부와, 타원형 반사부의 제1 초점 위치에 배치되며, 광원부로부터의 제1 광을, 제2 색상의 제2 광, 및 제3 색상의 제3 광으로 변환하여, 제1 광 내지 제3 광을, 타원형 반사부로, 출력하는 광학부재와, 타원형 반사부의 제2 초점 위치에 배치되며, 타원형 반사부로부터의 제1 광 내지 제3 광을, 인터그레이팅하여 출력하는 광 인터그레이터를 포함한다. 이에 의해, 고효율의 광출력이 가능하고 컴팩트한 광학장치의 제공이 가능하게 된다.

Description

광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치{Optical device and image projection apparatus including the same}
본 발명은 광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치이며, 더욱 상세하게는 고효율의 광출력이 가능하고 컴팩트한 광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치이다.
영상투사장치는 투사(projection)에 의해 영상을 투사하는 장치이다. 특히, 한편, 스크린 등으로, 영상을 투사할 수 있다.
한편, 영상의 해상도가 증가하는 추세에 따라, 영상투사시, 고효율의 광출력의 요구가 증대되고 있다. 이를 위해, 영상투사장치 내의 광학장치에 대한 효율적인 설계가 필요하며, 이에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
한편, 기존에는, 고출력의 투사을 위한 광원으로, 주로 HID(high intensity discharge), Metal halide, UHP(Ultra-High Pressure) 등의 램프가 사용되어 왔으나, 짧은 수명과 환경 규제, 낮은 효율로 인해 이에 대한 개선이 요구되어 왔다. 이에 고출력의 레이저 다이오드(LD)를 광원으로 사용하는 방법에 개발이 활발히 진행 되어왔다.
한편, 일본 특허공개공보 2011-013313에 따르면, 청색 발광 다이오드, 및 형광 휠을 사용하여, 청색광 외에, 적색광 및 청색광을 출력하는 광원장치를 예시한다. 그러나, 이 문헌에 따르면, 청색광과 적색광, 청색광의 광 경로가 구분되며, 광 경로 구분을 위해, 적어도 4개의 미러가 사용되므로, 컴팩트한 광학장치를 구현하기 힘들다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 고효율의 광출력이 가능하고 컴팩트한 광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치는, 제1 색상의 제1 광을 출력하는 광원부와, 타원형의 곡면을 가지며, 입사되는 광을, 타원형의 곡면에서 반사하는, 타원형 반사부와, 타원형 반사부의 제1 초점 위치에 배치되며, 광원부로부터의 제1 광을, 제2 색상의 제2 광, 및 제3 색상의 제3 광으로 변환하여, 제1 광 내지 제3 광을, 타원형 반사부로, 출력하는 광학부재와, 타원형 반사부의 제2 초점 위치에 배치되며, 타원형 반사부로부터의 제1 광 내지 제3 광을, 인터그레이팅하여 출력하는 광 인터그레이터를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 영상투사장치는, 영상 신호를 출력하는 제어부와, 제어부로부터의 영상 신호에 기초하여, 투사 영상을 출력하는 영상 출력부를 포함하며, 영상 출력부는, 가시광을 출력하는 광학장치를 포함하며, 광학장치는, 제1 색상의 제1 광을 출력하는 광원부와, 타원형의 곡면을 가지며, 입사되는 광을, 타원형의 곡면에서 반사하는, 타원형 반사부와, 타원형 반사부의 제1 초점 위치에 배치되며, 광원부로부터의 제1 광을, 제2 색상의 제2 광, 및 제3 색상의 제3 광으로 변환하여, 제1 광 내지 제3 광을, 타원형 반사부로, 출력하는 광학부재와, 타원형 반사부의 제2 초점 위치에 배치되며, 타원형 반사부로부터의 제1 광 내지 제3 광을, 인터그레이팅하여 출력하는 광 인터그레이터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치는, 제1 색상의 제1 광을 출력하는 광원부와, 타원형의 곡면을 가지며, 입사되는 광을, 타원형의 곡면에서 반사하는, 타원형 반사부와, 타원형 반사부의 제1 초점 위치에 배치되며, 광원부로부터의 제1 광을, 제2 색상의 제2 광, 및 제3 색상의 제3 광으로 변환하여, 제1 광 내지 제3 광을, 타원형 반사부로, 출력하는 광학부재와, 타원형 반사부의 제2 초점 위치에 배치되며, 타원형 반사부로부터의 제1 광 내지 제3 광을, 인터그레이팅하여 출력하는 광 인터그레이터를 포함함으로써, 복수의 반사 미러, 광학 렌즈 등이 필요하지 않으면서, 고효율의 광출력이 가능하게 된다. 즉, 고효율의 광출력이 가능하며, 컴팩트한 광학장치 및 이를 구비하는 영상투사장치를 제공할 수 있게 된다.
특히, 타원형 반사부의 제1 초점 위치에, 광학부재가 배치되며, 제2 초점 위치에, 광 인터그레이터가 배치됨으로써, 광손실 없이, 고효율의 광출력이 가능하며, 컴팩트한 광학장치의 제공이 가능하게 된다.
한편, 타원형 반사부가 수평으로 배치되는 경우, 제1 초점 위치와 제2 초점 위치는, 광원부에서 광학부재로 입사되는 제1 광의 진행 방향과, 평행한 위치에 대응할 수 있으며, 이에 따라, 고효율의 광출력이 가능하며, 컴팩트한 광학장치의 제공이 가능하게 된다.
한편, 타원형 반사부가 수직으로 배치되는 경우, 제1 초점 위치와 제2 초점 위치는, 광원부에서 광학부재로 입사되는 제1 광의 진행 방향과, 교차하는 위치에 대응할 수 있으며, 이에 따라, 고효율의 광출력이 가능하며, 컴팩트한 광학장치의 제공이 가능하게 된다.
한편, 광학장치는, 광 인터그레이터의 출력단에, 배치되는 모터에 의해 회전하는 컬러 휠을 더 구비할 수 있으며, 이에 따라, 제1 광 내지 제3 광의 색 순도가 향상될 수 있게 된다.
한편, 광학부재는, 모터에 의해 회전하는 형광체 휠을 포함할 수 있으며, 이에 따라, 제1 광 내지 제3 광의 색 순도가 향상될 수 있게 된다.
결국, 광의 집진 성능이 좋은, 타원형 반사부와, 타원형 반사부부터의 제1 광 내지 제3 광을, 인터그레이팅하여 출력하는 광 인터그레이터로 인하여, 고출력의 적색광, 청색광, 녹색광이 출력되게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치의 외관을 예시한다.
도 2는 도 1의 영상투사장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 3은 도 2의 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 4는 광학장치 구조의 일예이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학장치 구조를 도시한 도면다.
도 5c는 컬러 휠의 일예를 도시한 도면이다.
도 5d 내지 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학장치 구조를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술되는 광학장치는, 가시광을 출력할 수 있는 장치이다. 이러한 광학장치는, 영상투사장치에 적용될 수 있다. 또는, 본 명세서에서 기술되는 광학장치는, 차량용 헤드라이트, 또는 조명장치에 적용되는 것도 가능하다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 영상투사장치는, 외부에 영상을 투사할 수 있는 장치이다. 예를 들어, 프로젝터(projector)일 수 있다.
한편, 본 발명에서 기술되는 영상투사장치는, 하나의 부품으로서 다른 기기 내에 장착되는 것도 가능하다. 예를 들어, 이동 단말기에 장착되는 것이 가능하며, 또는 에어컨, 냉장고, 조리기기, 로봇 청소기 등의 가전기기 내에 포함되는 것도 가능하며, 또는 자동차 등의 차량 내에 장착되는 것도 가능하다.
이하에서는 이러한 영상투사장치에 대해 상세히 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치의 외관을 예시한다.
도면을 참조하면, 영상투사장치(100)는, 스크린(200) 상에 투사 영상을 출력할 수 있다.
도면에서는, 스크린(200)이 평평한 면을 가지는 것으로 예시하나, 곡면을 가지는 것도 가능하다.
사용자는, 스크린(200) 상에 투사된 투사 영상을 시청할 수 있게 된다.
도 2는 도 1의 영상투사장치의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 영상투사장치(100)는, 메모리(120), 제어부(170), 통신부(130), 광출력부(180), 및 전원 공급부(190) 등을 구비할 수 있다.
한편, 광출력부(180)는, 구동부(185)와, 광학장치(210)를 구비할 수 있다.
구동부(185)는, 광학장치(210)를 구동할 수 있다. 특히, 광학장치(210) 내의 광원을 구동할 수 있다.
광학장치(210)는, 광 출력, 특히 가시광 출력을 위해, 광원, 렌즈 등의 광학 부품을 구비할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에서는, 고효율의 광출력이 가능하고 컴팩트한 광학장치를 제공한다. 이에 대해서는, 도 4 이하를 참조하여 상술한다.
메모리(120)는 제어부(170)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입력되거나 출력되는 데이터들(예를 들어, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.
통신부(130)은 영상투사장치(100)에 유선 또는 무선으로 연결되는 모든 외부기기 또는 네트워크와의 인터페이스 역할을 수행한다. 통신부(130)은 이러한 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 영상투사장치(100) 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 영상투사장치(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.
특히, 통신부(130)은, 인접하는 이동 단말기(미도시)로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 또는 문자 데이터, 영상 데이터 등 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
이를 위해, 통신부(130)은, 근거리 통신 모듈(미도시)를 구비할 수 있다. 근거리 통신 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), NFC(Near Field Communication) 등이 이용될 수 있다.
제어부(170)는, 영상투사장치(100)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 영상투사장치(100) 내의 각 유닛의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(170)는, 메모리(120)에 저장되는 비디오 영상, 또는 통신부(130)을 통해 외부로부터 수신되는 비디오 영상을, 투사 영상으로서, 외부에 출력되도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 제어부(170)는, R,G,B 등의 가시광을 출력하는 광학장치(210)를 제어하는 구동부(185)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 표시할 비디오 영상에 대응하는 R,G,B 신호를, 구동부(185)에 출력할 수 있다.
전원 공급부(190)는 제어부(170)의 제어에 의해 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
전원 공급부(190)는, 영상투사장치(100) 전반에 걸쳐 해당 전원을 공급한다. 특히, 시스템 온 칩(System On Chip,SOC)의 형태로 구현될 수 있는 제어부(170)와, 영상 표시를 위한 광출력부(180), 및 오디오 출력을 위한 오디오 출력부(미도시)에 전원을 공급할 수 있다.
도 3은 도 2의 제어부의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 의한 제어부(170)는, 역다중화부(310), 영상 처리부(320), 프로세서(330), OSD 생성부(340), 믹서(345), 프레임 레이트 변환부(350), 및 포맷터(360)를 포함할 수 있다. 그 외 오디오 처리부(미도시), 데이터 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
역다중화부(310)는, 입력되는 스트림을 역다중화한다.
영상 처리부(320)는, 역다중화된 영상 신호의 영상 처리를 수행할 수 있다. 이를 위해, 영상 처리부(320)는, 영상 디코더(225), 및 스케일러(235)를 구비할 수 있다.
영상 디코더(225)는, 역다중화된 영상신호를 복호화하며, 스케일러(235)는, 복호화된 영상신호의 해상도를 광출력부(180)에서 출력 가능하도록 스케일링(scaling)을 수행한다. 영상 디코더(225)는 다양한 규격의 디코더를 구비하는 것이 가능하다.
프로세서(330)는, 영상투사장치(100) 내 또는 제어부(170) 내의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(330)는, 제어부(170) 내의 역다중화부(310), 영상 처리부(320), OSD 생성부(340) 등의 동작을 제어할 수 있다.
OSD 생성부(340)는, 사용자 입력에 따라 또는 자체적으로 OSD 신호를 생성할 수 있다.
믹서(345)는, OSD 생성부(340)에서 생성된 OSD 신호와 영상 처리부(320)에서 영상 처리된 복호화된 영상 신호를 믹싱할 수 있다. 믹싱된 영상 신호는 프레임 레이트 변환부(350)에 제공될 수 있다.
프레임 레이트 변환부(Frame Rate Conveter, FRC)(350)는, 입력되는 영상의 프레임 레이트를 변환할 수 있다. 한편, 프레임 레이트 변환부(350)는, 별도의 프레임 레이트 변환 없이, 그대로 출력하는 것도 가능하다.
한편, 포맷터(Formatter)(360)는, 믹서(345)에서 믹싱된 신호, 즉 OSD 신호와 복호화된 영상 신호를 입력받아, 영상 출력부(180)로 입력을 위한, 신호 변환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 낮은 전압 차분 신호(LVDS)를 출력할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 제어부(170)의 블록도는 본 발명의 일실시예를 위한 블록도이다. 블록도의 각 구성요소는 실제 구현되는 제어부(170)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다.
특히, 프레임 레이트 변환부(350), 및 포맷터(360)는 제어부(170) 내에 마련되지 않고, 각각 별도로 구비되거나, 하나의 모듈로서 별도로 구비될 수도 있다.
도 4는 광학장치 구조의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 4의 광학장치(210x)는, 제1 광(L1)을 출력하는 광원부(11), 구형의 반사면(OSc)을 가지는 구면 반사경(20), 광학부재(25), 광가이드부(30), 컬러휠(35), 및 광학 렌즈(40)를 구비한다.
구면 반사경(20)에 개구부(OP)가 형성되어, 광원부(11)로부터의 제1 광(L1)이, 개구부(OP)를 통해, 광학부재(25)에 전달되며, 광학부재(25)에 도포된 형광체를 통해, 다른 색상의 제2 광(L2), 및 제3 광(L3)이, 제1 광(L1)과 함께 출력되며, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)가, 구면 반사경(20)의 구형의 반사면(OSc)에서 반사되어, 광학부재(25), 광가이드부(30), 컬러휠(35), 및 광학 렌즈(40)를 거쳐 출력된다.
이러한, 광학장치(210x)의 구조에 의하면, 광원부(11)에서 입사되는 제1 광(L1)이, 광학부재(25)에 수직으로 입사되어, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)이 출력되나, 광학부재(25)에, 광원부(11)에서 입사되는 지점인, 물체점과, 구면 반사경(20)에서 출력되어, 광가이드부(30)로 입사되는 지점인, 상점 사이에, 차이가 발상하게 되어, 광의 손실이 발생하게 된다.
또한, 구면 반사경(20)에 개구부(OP)가 형성되므로, 구면 반사경(20)의 개구부(OP)) 부근에서, 반사되는, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)이, 광가이드부(30)로 제대로 입사될 수 없어, 광 손실이 발생하게 된다.
이에 따라, 도 4의 광학장치(210x)에 의하면, 컴팩트한 광학장치 구현은 가능하나, 광 손실이 발생하는, 광학 장치로 동작하게 된다.
이에, 본 발명에서는, 컴팩트한 광학장치를 구현하면서도, 광효율이 저하되지 않고, 향상된 광학 장치를 제공한다. 또한, 복수의 미러 사용 없이, 광 경로를 단순하게 설정할 수 있는, 컴팩트한 광학장치를 제공한다.
이에 대해서는, 도 5a 이하를 참조하여 기술한다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학장치 구조를 도시한 도면다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 광학장치(210a)는, 제1 색상의 제1 광(L1)을 출력하는 광원부(410)와, 타원형의 곡면(Osa)을 가지며, 입사되는 광을, 타원형의 곡면(Osa)에서 반사하는, 타원형 반사부(420)와, 타원형 반사부(420)의 제1 초점 위치(P1)에 배치되며, 광원부(410)로부터의 제1 광(L1)을, 제2 색상의 제2 광(L2), 및 제3 색상의 제3 광(L3)으로 변환하여, 제1 광(L1) 내지 제3 광(L3)을, 타원형 반사부(420)로, 출력하는 광학부재(425)와, 타원형 반사부(420)의 제2 초점 위치(P2)에 배치되며, 타원형 반사부(420)로부터의 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)을, 인터그레이팅하여 출력하는 광 인터그레이터(430)를 포함할 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 복수의 반사 미러, 광학 렌즈 등이 필요하지 않으면서, 고효율의 광출력이 가능하게 된다. 즉, 고효율의 광출력이 가능하며, 컴팩트한 광학장치를 제공할 수 있게 된다.
한편, 광원부(410a)로부터의 제1 광(L1)은, 광학부재(425)로 입사될 수 있다.
이때, 입사되는 제1 광(L1)과 광학부재(425) 사이의 각도(θ)는, 예각일 수 있으며, 바람직하게는, 대략 45˚일 수 있다.
이와 같이, 입사되는 제1 광(L1)과 광학부재(425) 사이의 각도(θ)가, 수직 등이 아닌 예각인 경우, 타원형 반사부(420)로 광 출력의 각도가, 입사 각도와 달라, 광 손실 등이 줄어들게 된다.
한편, 광학부재(425a)에는, 제2 색상의 제2 광(L2), 및 제3 색상의 제3 광(L3)으로 변환을 위한, 제1 형광체(Phr)와 제2 형광체(Phg)가 도포될 수 있다.
한편, 제1 색상의 제1 광(L1)은, 청색광일 수 있으며, 제1 형광체(Phr)와 제2 형광체(Phg)는, 각각 적색 형광체와, 녹색 형광체일 수 있다.
이에 따라, 제2 색상의 제2 광(L2), 및 제3 색상의 제3 광(L3)은, 각각 적색광, 및 녹색광일 수 있다.
한편, 광원부(410a)는, 레이저 다이오드를 구비할 수 있다. 특히, 청색광의 레이저광 또는 UV 등을 출력할 수 있다.
한편, 광원부(410a)에서 출력되는, 레이저광은, 광학부재(425a)에 입사될 수 있으며, 이때, 레이저광은 여기원으로서, 광학부재(425a)에 도포된 제1 형광체(Phr)와 제2 형광체(Phg)에 입사되어, 다른 파장의 제2 광(L2), 제3 광(L3)이 출력되도록 할 수 있다.
한편, 광원부(410a)로, 고휘도의 다색 광원을 구현하기 위해, 레이저 다이오드(LD) 대신에 복수의 발광 다이오드(LED)를 사용하는 것도 가능하다.
한편, 도 5a의 광학장치(210a) 내의 타원형 반사부(420)는, 입사되는 제1 광(L1)과, 타원형 반사부(420)의 초점 위치(P1,P2), 평행하도록, 수평으로 배치될 수 있다.
즉, 제1 초점 위치(P1)와 제2 초점 위치(P2)는, 광원부(410)에서 광학부재(425)로 입사되는 제1 광(L1)의 진행 방향과, 평행한 위치에 대응할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 타원형의 곡면(Osa)에서 반사하는, 타원형 반사부(420)는, 광학부재(425)로부터, 입사되는 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)을, 반사시켜 출력한다.
특히, 타원형 반사부(420)가 수평하게 배치되며, 타원형의 곡면(Osa)에 대응하는 제1 초점 위치(P1)에, 광학부재(425)가 배치되고, 제2 초점 위치(P2)에, 광 인터그레이터(430)가 배치되므로, 타원형의 곡면(Osa)에서 입사되는, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)이 손실없이, 그대로, 광 인터그레이터(430)로 출력되게 된다. 따라서, 효율의 광출력이 가능하며, 컴팩트한 광학장치(210)의 제공이 가능하게 된다.
한편, 광 인터그레이터(430)는, 입사되는 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)을, 인터그레이팅(intergrating)하여 출력할 수 있다.
이를 위해, 광 인터그레이터(430)는, 입사되는 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)을 집속시켜, 광의 균질도를 향상시킬 수 있다.
한편, 광 인터그레이터(430)는, 라이트 로드(Light Rod), 라이트 터널(Light Tunnel), 또는 라이트 퍼널(Light Funnel)일 수 있다.
한편, 도면에서는, 광 인터그레이터(430)가, 라이트 퍼널인 것을 예시하며, 특히, 출력방향으로 갈수록, 단면적이 증가하는 것을 예시한다. 즉, 도면과 같이, 라이트 퍼널 내의 내부 면 사이가, 평행이 아니라, 일부 교차하는 예각(θ1)의 각도를 가질 수 있다.
이러한 광 인터그레이터(430)로 인하여, 광학 효율이 향상된, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)의 출력이 가능하게 된다.
다음, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학장치를 도시한 도면이다.
도 5b의 광학장치(210b)는, 도 5a의 광학장치(210a)와 유사하나, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)의 색순도 향상을 위해, 광 인터그레이터(430)의 출력단에 배치되며, 모터(427)에 의해 회전하는 컬러 휠(435)을 더 포함하는 것에 그 차이가 있다.
컬러 휠(435)에 대해서는 도 5c를 참조하여 기술한다.
도 5c는 컬러 휠의 일예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 컬러 휠(435)은, 청색광 반사 영역(Arb), 적색광(L2)을 출력하기 위해, 적색 형광체(Phr)가 도포된, 적색광 출력 영역(Arr), 녹색광(L3)을 출력하기 위해, 녹색 형광체(Phg)가 도포된, 녹색광 출력 영역(Arg)을 포함할 수 있다.
한편, 청색광(L1), 적색광(L2_, 녹색광(L3) 외에, 추가로 노란색광(L2) 출력을 위해, 컬러 휠(435)은, 노란색 형광체(Phy)가 도포된 노란색광 출력 영역(Ary)을 포함할 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 컬러 휠(435)은, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)의 색순도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 5d 내지 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학장치 구조를 도시한 도면이다.
다음, 도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학장치를 도시한 도면이다.
도 5d의 광학장치(210c)는, 도 5a의 광학장치(210a)와 유사하나, 복수의 타원형 반사부(420a,420b)를 구비하는 것에 그 차이가 있다.
도 5a의 광학장치(210a)는, 타원의 1/4에 대응하는 타원형 반사부(420)를 구비하였으나, 도 5d의 광학장치(210c)는, 도 5a에 비해, 타원의 1/2에 대응하는 복수의 타원형 반사부(420a,420b)를 구비하는 것에 그 차이가 있다.
한편, 도 5d의 광학장치(210c) 내의 복수의 타원형 반사부(420a,420b) 사이에는, 서로 이격되어, 개구부(OPa)가 형성될 수 있다.
한편, 광학부재(425)와, 입사되는 제1 색상의 제1 광(L1)의 각도가, 도 5a의 설명에서 기술한 바와 같이, 예각, 대략 45도 이므로, 도 4와 달리, 개구부(OPa) 방향으로, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)이 출력되지 않으며, 이에 따라, 도 4에 비추어, 광 손실이 적어지게 된다.
그리고, 복수의 타원형 반사부(420a,420b)에서 반사되는 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)은, 제2 초점 위치(P2)에 배치되는, 광 인터그레이터(430)로 입사되게 된다. 따라서, 고효율의 광출력이 가능하며, 컴팩트한 광학장치의 제공이 가능하게 된다.
한편, 도 5d의 광학장치(210c)는, 광 인터그레이터(430)의 출력단에 배치되며, 모터(427)에 의해 회전하는 컬러 휠(435)을 더 포함할 수 있다.
다음, 도 6a의 광학장치(210d)는, 도 5a의 광학장치(210a)와 유사하나, 타원형 반사부(420c)가 수직으로 배치되는 것에 그 차이가 있다.
즉, 제1 초점 위치(P1)와 제2 초점 위치(P2)는, 광원부(410)에서 광학부재(425)로 입사되는 제1 광(L1)의 진행 방향과, 교차(또는 수직)하는 위치에 대응할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 타원형의 곡면(Osb)에서 반사하는, 타원형 반사부(420c)는, 광학부재(425)로부터, 입사되는 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)을, 반사시켜 출력한다.
특히, 타원형 반사부(420c)가 수평하게 배치되며, 타원형의 곡면(Osb)에 대응하는 제1 초점 위치(P1)에, 광학부재(425)가 배치되고, 제2 초점 위치(P2)에, 광 인터그레이터(430)가 배치되므로, 타원형의 곡면(Osb)에서 입사되는, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)이 손실없이, 그대로, 광 인터그레이터(430)로 출력되게 된다. 따라서, 효율의 광출력이 가능하며, 컴팩트한 광학장치(210)의 제공이 가능하게 된다.
다음, 도 6b의 광학장치(210e)는, 도 6a의 광학장치(210d)와 유사하나, 컬러 휠(435)을 더 포함하는 것에 그 차이가 있다.
즉, 도 6b 광학장치(210e)는, 광 인터그레이터(430)의 출력단에 배치되며, 모터(427)에 의해 회전하는 컬러 휠(435)을 더 포함할 수 있다.
다음, 도 6c의 광학장치(210f)는, 도 6b의 광학장치(210e)와 유사하나, 광학부재(425)가, 모터(420b)에 의해 회전하는 형광체 휠(425b)을 포함하는 것에 그 차이가 있다.
모터(420b)에 의해 회전하는 형광체 휠(425b) 상에, 제1 형광체(Phr)와 제2 형광체(Phg)가 도포됨으로써, 순도가 향상되는, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)의 출력이 가능할 수 있다.
한편, 형광체 휠(425b)은, 도 5c의 컬러 휠(435)과 동일하게 구성될 수 있다.
다음, 도 7a의 광학장치(210g)는, 도 5a의 광학장치(210a)와 유사하나, 타원형 반사부(420)가 아닌, 포물선 등의 곡면(Occ)을 가지는 반사부(420d)가 사용되는 것에 그 차이가 있다.
제1 위치(f1)에, 광학부재(425)가 배치되고, 제2 위치(f2)에, 광 인터그레이터(430)가 배치됨으로써, 도 5a의 광학장치(210a)와 유사하게, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)의 광 손실을 저감하면서, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)을 광 인터그레이터(430)로 입사시킬 수 있게 된다.
다음, 도 7b의 광학장치(210h)는, 도 5b의 광학장치(210b)와 유사하나, 타원형 반사부(420)가 아닌, 포물선 등의 곡면(Occ)을 가지는 반사부(420d)가 사용되는 것에 그 차이가 있다.
제1 위치(f1)에, 광학부재(425)가 배치되고, 제2 위치(f2)에, 광 인터그레이터(430)가 배치됨으로써, 도 5b의 광학장치(210a)와 유사하게, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)의 광 손실을 저감하면서, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)을 광 인터그레이터(430)로 입사시킬 수 있게 된다.
특히, 광 인터그레이터(430)의 출력단에 배치되며, 모터(427)에 의해 회전하는 컬러 휠(435)을 더 포함함으로써, 제1 광 내지 제3 광(L1~L3)(La)의 색 순도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 5a 내지 도 7b의 다양한 광학장치는, 복수의 반사 미러, 광학 렌즈 등이 필요하지 않으으므로, 컴팩트(compact)한 구조로 구현이 가능하면서, 광 손실이 저감된 고효율의 광출력이 가능하게 된다.
이에 따라, 도 5a 내지 도 7b의 다양한 광학장치는, 도 1의 영상투사장치(100)에 채용될 수 있다. 또는, 또는, 차량용 헤드라이트, 또는 조명장치에 적용되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 광학장치 및 영상투사장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (11)

  1. 제1 색상의 제1 광을 출력하는 광원부;
    타원형의 곡면을 가지며, 입사되는 광을, 상기 타원형의 곡면에서 반사하는, 타원형 반사부;
    상기 타원형 반사부의 제1 초점 위치에 배치되며, 상기 광원부로부터의 상기 제1 광을, 제2 색상의 제2 광, 및 제3 색상의 제3 광으로 변환하여, 상기 제1 광 내지 상기 제3 광을, 상기 타원형 반사부로, 출력하는 광학부재;
    상기 타원형 반사부의 제2 초점 위치에 배치되며, 상기 타원형 반사부로부터의 상기 제1 광 내지 제3 광을, 인터그레이팅하여 출력하는 광 인터그레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학부재에, 상기 제1 광을, 제2 색상의 제2 광, 및 제3 색상의 제3 광으로 변환하는, 제1 형광체와 제2 형광체가 배치되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 초점 위치와 상기 제2 초점 위치는, 상기 광원부에서 상기 광학부재로 입사되는 상기 제1 광의 진행 방향과, 평행한 위치에 대응하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학부재는,
    상기 광원부에서 상기 광학부재로 입사되는 상기 제1 광의 진행 방향에 교차하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 인터그레이터의 출력단에 배치되며, 모터에 의해 회전하는 컬러 휠;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타원형 반사부는, 개구부를 포함하며,
    상기 개구부를 통해, 상기 제1 색상의 상기 제1 광이 상기 광학부재로 입사되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 초점 위치와 상기 제2 초점 위치는, 상기 광원부에서 상기 광학부재로 입사되는 상기 제1 광의 진행 방향과, 교차하는 위치에 대응하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 광학부재는,
    모터에 의해 회전하는 형광체 휠을 포함하며,
    상기 형광체 휠 상에, 상기 제1 형광체와 상기 제2 형광체가 도포된 것을 특징으로 하는 광학장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광 인터그레이터는,
    라이트 로드(Light Rod), 라이트 터널(Light Tunnel), 또는 라이트 퍼널(Light Funnel)인 것을 특징으로 하는 광학장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광 인터그레이터가 라이트 퍼널(Light Funnel)인 경우, 상기 라이트 퍼널은 출력방향으로 갈수록, 단면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  11. 영상 신호를 출력하는 제어부;
    상기 제어부로부터의 영상 신호에 기초하여, 투사 영상을 출력하는 영상 출력부;를 포함하며,
    상기 영상 출력부는, 가시광을 출력하는 광학장치를 포함하며,
    상기 광학장치는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 광학장치인 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
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