KR20200007300A

KR20200007300A - 영상 투사 장치

Info

Publication number: KR20200007300A
Application number: KR1020180081240A
Authority: KR
Inventors: 신동엽; 배용우; 이학순; 임국찬; 정구익
Original assignee: 에스케이텔레콤 주식회사
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-01-22

Abstract

일 실시예에 따른 영상 투사 장치는 수평(horizontal) 방향의 길이보다 수직(vertical) 방향의 길이가 긴 패널(panel)부와, 상기 패널부에서 상(像)을 형성한 복수 개의 광선을 전달받아서 반사시키는 반사부를 포함하며, 상기 반사부는 상기 패널부에서 상을 형성한 복수 개의 광선 각각을 반사시키는 적어도 두 개의 지점(point) 중에서, 상기 수평 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들 간의 거리 및 상기 수직 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들 간의 거리가 반영된 형상을 갖는 반사면을 포함한다.

Description

영상 투사 장치{IMAGE PROJECTION APPARATUS}

본 발명은 영상 투사 장치에 대한 것이다.

영상 투사 장치 중 하나인 빔 프로젝터(또는 프로젝터)는 자신으로부터 일정 거리 떨어져 있는 스크린 상에 영상을 확대하여 투사하는 장치이다. 빔 프로젝터는 영상을 이루는 광선을 생성하는 광원(光源), 광원을 전달받아서 영상을 생성하는 패널(panel), 광원과 패널 사이에 위치하여 광원으로부터 방사된 광선을 패널에 집중시켜 패널에 영상이 생성되도록 하는 조명 광학계, 패널과 스크린 사이에 위치하여 패널의 영상을 확대하여 스크린에 투사하는 투사 광학계 등을 포함할 수 있다.

이와 같은 빔 프로젝터는 학교, 회사, 가정 등 다양한 장소에서 강의, 프리젠테이션, 동영상 시청 등의 여러 목적을 위해 널리 사용되고 있다. 또한, 빔 프로젝터의 사용이 일반화됨에 따라, 최근에는 휴대가 가능할 정도로 작은 초소형의 빔 프로젝터에 대한 수요도 증가하고 있다.

도 1 및 2는 텔레센트릭(telecentric) 방식의 광학계를 도시한 도면이다. 텔레센트릭 방식의 광학계는 패널 상의 각 위치에서의 주광선(主光線)이 패널의 법선(法線)과 이루는 각도(chief ray angle, 이하 CRA)가 0으로 수렴하도록 설계된 것을 특징으로 한다. 도 1 및 2를 참조하면, 패널(30)은 각각 복수의 렌즈(11, 21)를 포함하는 조명 광학계(10)와 투사 광학계(20) 사이에 존재한다. 이러한 패널(30)에 입사되는 복수의 광선속 중 주광선(主光線, 40)에 해당하는 것들은, 도면에 도시된 바와 같이 패널(30)의 표면에 거의 수직한 상태로 입사 및 방사된다.

한국공개특허공보, 제 10-2013-0019191호 (2013.02.26. 공개)

최근 빔 프로젝터에 대한 다양한 수요가 발생하고 있다.

여기서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 수직 길이가 수평 길이보다 긴 형태의 빔 프로젝터(영상 투사 장치) 및 이러한 빔 프로젝터를 제조하는 기술을 제공하는 것이다.

아울러, 화소의 열화가 최소화될 수 있고, 수차에 대한 조정 내지 보정 효과가 우수하며, 제조 시의 수율이 우수한 빔 프로젝터에 관한 기술을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 따르면, 영상 투사 장치가 수직 타입의 패널부를 채용하더라도, 화소의 열화 발생 정도가 최소화될 수 있으며, 수차 발생 또한 억제될 수 있다. 아울러, 이러한 영상 투사 장치는 수평 타입의 패널부를 채용하는 경우에 비해 sag값의 최대값을 상대적으로 작게 갖는 반사면을 갖는 반사부를 포함할 수 있으며, 따라서 반사부의 제조에 있어서 제조 공차에 따른 민감도가 줄어들 수 있다.

도 1 및 2는 텔레센트릭(telecentric) 방식의 광학계를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 수평(horizontal) 타입의 영상 투사 장치와 수직(vertical) 타입의 영상 투사 장치 각각의 유효 상원, 패널부의 배치 및 상고를 예시적으로 도시하고 있다.
도 5는은 도 3에 도시된 투사 광학계를 구성하는 렌즈를 개념적으로 도시하고 있다.
도 6은 수평(horizontal) 타입의 영상 투사 장치의 반사부에서 광이 반사되는 영역 및 수직(vertical) 타입의 영상 투사 장치의 반사부에서 광이 반사되는 영역을 예시적으로 도시하고 있다.
도 7은 수평(horizontal) 타입의 영상 투사 장치의 반사부가 갖는 반사면 및 수직(vertical) 타입의 영상 투사 장치의 반사부가 갖는 반사면의 형상을 개념적으로 도시하고 있다.
도 8은 일 실시에에 따른 영상 투사 장치의 구성을 개념적으로 도시하고 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 일 실시예에 따른 영상 투사 장치(1000)의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 영상 투사 장치(1000)는 패널부(110), 투사 광학계(120), 반사부(130) 및 스크린부(140)를 포함한다. 또한, 도 3에는 도시되지 않았지만, 영상 투사 장치(1000)는 전원부, 광원부와 조명 광학계를 더 포함할 수 있다. 다만, 도 3은 예시적인 것에 불과하므로, 영상 투사 장치(1000)가 도 3에 도시된 것으로 한정 해석되는 것은 아니다. 예컨대, 영상 투사 장치(1000)는 도 3에 도시된 구성 중 적어도 하나를 포함하지 않거나 또는 도 3에 도시되지 않은 적어도 하나의 구성을 더 포함할 수 있다. 이하에서는 각 구성에 대해 보다 자세하게 살펴보기로 한다.

이 중 전원부는 전원을 공급받아서 광원부에 전달한다.

광원부는 전원부로부터 전달받은 전원을 이용하여서 광선을 발생시킨다. 이러한 광원부는 LED 등으로 구현 가능하다.

조명 광학계는 광원부로부터 광선을 전달받은 뒤, 패널부(110)에 상이 형성되도록 패널부(110)를 향해 광선을 조사한다. 이러한 조명 광학계는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.

패널부(110)는 조명 광학계로부터 광선을 전달받으며, 상은 이렇게 전달받은 광선을 이용하여 패널부(110)에 형성된다. 패널부(110) 그 자체 또는 패널부(110)에서 상이 형성되는 부분은 도 3에 도시된 것과 같이 수직(vertical) 방향(또는 세로 방향)의 길이가 수평(horizontal) 방향(또는 가로 방향)의 길이보다 길며, 이하에서 이러한 패널부(110)는 수직 타입이라고 정의하자.

투사 광학계(120)는 패널부(110)로부터 광선을 전달받아서 굴절시킨다. 이러한 투사 광학계(120)는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있는데, 투사 광학계(120)에 대해서는 도 5에서 보다 자세하게 설명하기로 한다.

반사부(130)는 반사면을 포함한다. 투사 광학계(120)로부터 전달받은 광선은 반사부(130)의 이러한 반사면에서 반사된다. 반사부(130)에 대해서는 도 6 및 도 7에서 보다 자세하게 설명하기로 한다.

스크린부(140)는 반사부(130)의 반사면에서 반사된 광선을 전달받으며, 상은 전달받은 이러한 광선을 이용하여 스크린부(140)에서 형성된다. 이 때, 스크린부(140) 그 자체 또는 스크린부(140)에서 상이 형성되는 부분은 도 3에 도시된 것과 같이 수직(vertical) 방향(또는 세로 방향)의 길이가 수평(horizontal) 방향(또는 가로 방향)의 길이보다 길며, 이하에서 이러한 스크린부(140)는 수직 타입이라고 정의하자.

이하에서는 전술한 영상 투사 장치(1000)에서 상(像)이 형성되는 과정에 대해 살펴본다. 전원부로부터 전원을 공급받은 광원부는 광선을 발생시키고, 발생된 광선은 조명 광학계를 거쳐 패널부(110)로 전달되며, 이에 따라 패널부(110)에서는 상이 형성된다. 패널부(110)에서 상을 형성한 광선은 투사 광학계(120)를 거쳐 반사부(130)로 전달된 뒤 반사부(130)에서 반사되고, 이렇게 반사된 광선은 스크린부(140)로 전달된다. 그러면, 스크린부(140)에는 상이 형성된다.

이 때, 영상 투사 장치(1000)는 빔 프로젝터일 수 있다. 따라서, 상의 크기를 기준으로 보면, 패널부(110)에 형성된 상에 비해 스크린부(140)에 형성된 상의 크기가 크다. 이에, 도 3에 도시된 것과 같이, 패널부(110)는 '축소측'이라 지칭될 수 있고 스크린부(140)는 '확대측'이라고 지칭될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 일 실시예에 따른 패널부(110)는 수직 타입이다. 이는 패널부(110) 그 자체 또는 패널부(110)에서 상이 형성되는 부분의 경우, 수직 방향의 길이가 수평 방향의 길이보다 긴 것을 의미하며, 예컨대 수직 방향의 길이와 수평 방향의 길이의 비가 16:9일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4의 (a)에는 패널부가 수평 타입일 때 이러한 패널부에서 상이 형성되는 부분(51), 유효 상원(image circle)(52), 상고(53) 및 오프셋(54)이 도시되어 있다. 아울러 도 4의 (b)에는 일 실시예에 따르는 것으로서, 패널부(110)가 수직 타입일 때 이러한 패널부(110)에서 상이 형성되는 부분(111), 유효 상원(image circle)(112), 상고(113) 및 오프셋(114)이 도시되어 있다.

도 4의 (a)와 (b)를 비교하여 보면, 도 4의 (a)에서 상이 형성되는 부분(51)은 수평 타입의 패널부의 형상을 반영하고 있는 반면, 도 4의 (b)에서 상이 형성되는 부분(111)은 수직 타입의 패널부(110)의 형상을 반영하고 있다.

아울러, 도 4의 (a)에 도시된 유효 상원(52)보다 도 4의 (b)에 도시된 유효 상원(112)이 크다. 상고의 경우에도 도 4의 (a)에 도시된 상고(53)보다 도 4의 (b)에 도시된 상고(113)가 길다.

즉, 일 실시예에 따르면, 수직 타입의 패널부를 채용한 경우의 유효 상원의 크기가 수평 타입의 패널부를 채용한 경우의 유효 상원의 크기보다 크다. 이에 따라, 수직 타입의 패널부를 채용하더라도 화소의 열화 발생 정도가 최소화될 수 있다.

아울러, 유효 상원의 크기가 커지게 되면 그만큼 수차가 많이 발생할 가능성이 높아지는데, 일 실시예에서는 투사 광학계(120)가 채용하는 렌즈의 구성을 통해 이러한 수차 발생을 억제할 수 있다. 이하에서는 이러한 투사 광학계(120)에 대해 살펴보기로 한다.

도 5는 도 3에 도시된 투사 광학계(120)의 구성을 패널부(110) 및 반사부(130)와 함께 도시한 도면이다. 다만, 도 5는 예시적인 것에 불과하므로, 투사 광학계(120)의 구성이 도 5에 도시된 것으로 한정 해석되는 것은 아니다.

도 5를 참조하면, 투사 광학계(120)는 적어도 하나의 비구면 렌즈(122) 또는 적어도 하나의 매니스커스(meniscus) 렌즈(121)를 포함한다. 매니스커스 렌즈(121)는 비구면 렌즈(122)에 비해, 패널부(110)로부터 측정된 거리가 더 먼 쪽(도 5에서는 x축에 평행한 방향을 따라 측정된 거리)에 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 비구면 렌즈(122)와 매니스커스 렌즈(121)는 투사 거리에 따른 결상 배율을 향상시킬 수 있으며, 비점수차 보정에도 효과적인 역할을 할 수 있다. 특히, 매니스커스 렌즈(121)가 적어도 3개 포함될 경우 이들은 소정의 직선축(도 4에서는 x축)을 따라 연속적으로 인접 배치될 수 있는데, 이 경우 투사 거리에 따른 결상 배율의 향상 효과가 극대화될 수 있다.

다음으로, 반사부(130)에 대해 살펴보도록 한다. 반사부(130)는 앞서 살펴본 바와 같이, 패널부(110)에서 상을 형성한 광선을 투사 광학계(120)로부터 전달받아서 스크린부(140)를 향해 반사시키는 구성이다. 아울러, 반사면은 이러한 반사부(130)에서 광선을 반사시키도록, 반사부(130)에 형성된 부분을 일컫는다.

한편, 반사면은 다음과 같은 방법으로 반사부(130)에 형성될 수 있다. 우선, 반사부(130)의 부위 중 복수 개의 광선을 반사시킬 것으로 예상되는 지점(point)을 설정한다. 반사의 대상이 되는 광선이 복수 개라는 점에서, 전술한 지점은 적어도 두 개 설정될 수 있다. 설정된 지점들에는, 수평 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들이 존재하고 수직 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들이 존재한다. 반사면은 이와 같이 수평 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들과 수직 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들의 위치 내지 거리를 반영하여서 반사부(130)에 직사각형 모양으로 형성될 수 있으나, 다만 그 모양이 직사각형으로 한정되는 것은 아니다. 달리 말하면, 반사면은 이러한 반사면 내에서 광선을 반사시키는 모든 지점을 포함하도록 반사부(130)에 형성된다.

이하에서는 수평 타입의 패널부와 연동하여서 동작하는 반사면 및 이러한 반사면이 형성된 반사부, 그리고 수직 타입의 패널부(110)와 연동하여 동작하는 반사면(131) 및 이러한 반사면(131)이 형성된 반사부(130)를 서로 비교하면서 살펴보도록 한다.

도 6의 (a)에는 수평 타입의 패널부에서 상을 형성한 광선을 스크린부를 향해 반사시키는 반사면(56) 및 이러한 반사면(56)을 포함하는 반사부(55) 중 일부가 도시되어 있다.

아울러, 도 6의 (b)에는 수직 타입의 패널부(110)에서 상을 형성한 광선을 스크린부(140)를 향해 반사시키는 반사면(131) 및 이러한 반사면(131)을 포함하는 반사부(130) 중 일부가 도시되어 있다.

도 6의 (a)에 도시된 반사면(56)의 수직 방향(세로)의 길이(b)에 대한 수평 방향(가로)의 길이(a) 비율(aspect ratio)과 도 6의 (b)에 도시된 반사면(131)의 수직 방향(수직)의 길이(b)에 대한 수평 방향(가로)의 길이(a) 비율을 비교하여 보면, 도 6의 (a)는 수평 방향의 길이(a)가 수직 방향의 길이(b)에 비해 길지만 도 6의 (b)는 수평 방향의 길이(a)와 수직 방향이 길이(b)가 유사하다. 즉, aspect ratio의 면에서 보았을 때 도 6의 (a)에서는 어느 한 쪽이 다른 한 쪽에 비해 긴 정도가 크지만 도 6의 (b)에서는 양쪽의 길이가 유사하다. 실시예에 따라, 도 6의 (b)에서 수평 방향의 길이(a)에 대한 수직 방향의 길이(b)의 비는 0.7보다 크고 1.3보다 작을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

각각의 반사면(56, 131)을 각 반사부(55, 130)에 형성하는 과정에 대해 살펴보면, 반사면을 형성할 때 sag의 최대값은 도 6의 (a)에 비해 도 6의 (b)가 작다. 왜냐하면, 반사면에서의 sag의 최대값은 반사면에서 임의의 한쪽 방향을 기준으로 측정된 길이가 길면 길수록 커지기 때문이다. 도 7은 이를 도시하고 있다. 도 7의 (a)에는 반사면(56) 및 sag가 도시되어 있다. 이 때 sag는 제2 축으로부터 반사면(56)의 각 지점까지를 연결하는 복수 개의 화살표로 도시된다. 도 7의 (b)에도 마찬가지로 반사면(131) 및 sag가 도시되어 있다. 도 7의 (a)와 (b)를 비교하여 보면, 도 7의 (a)에 도시된 sag의 최대값(화살표 중 가장 긴 길이)보다 도 7의 (b)에 도시된 sag의 최대값이 더 작다.

여기서, sag는 다음과 같이 정의될 수 있다.

아울러, 위의 수학식 1에서 각 파라미터는 다음과 같이 정의될 수 있다.

- z : 제1 축과 평행한 Sag값

- c : 곡률(curvature)

- k : conic constant

- r : radial distance (sqrt(x^2+y^2))

- ARn : r^n 의 계수 (1<= n <= 30)

즉, 일 실시예에 따르면 수평 타입의 패널부를 채용하는 경우에 비해 sag값의 최대값을 상대적으로 작게 갖는 반사면을 갖도록, 반사부가 형성될 수 있다. 따라서, 반사부의 제조에 있어서 제조 공차에 따른 민감도가 줄어들 수 있으며, 따라서 반사부의 제조에 대한 수율이 향상될 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 영상 투사 장치(1000)의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다. 다만, 도 8은 예시적인 것에 불과하므로, 영상 투사 장치(1000)의 구성이 도 8에 도시된 것으로 한정 해석되는 것은 아니다.

도 8을 참조하면, 영상 투사 장치(1000)는 패널부(110), 반사부(130) 및 스크린부(140)를 포함한다. 또한, 영상 투사 장치(1000)는 도 8에는 도시되지 않았지만 프로젝터에 일반적으로 구비되는 구성들, 예컨대 전술한 전원부, 광원부, 투사 광학계(도 5에 도시된 것과 동일한) 및 조명 광학계를 포함할 수 있다. 아울러, 영상 투사 장치(1000)는 전술한 구성들이 실장되는 케이스(200)를 포함할 수 있다. 이 때, 케이스(200) 중 일부(300)는 투명 재질로 형성되어서 빈 공간(310)을 형성할 수 있으며, 스크린부(140)는 이러한 빈 공간(310) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 사용자는 이러한 투명 재질의 케이스(300)를 통해 스크린부(140) 및 이러한 스크린부(140)에 형성된 상(像)을 인식할 수 있다.

상(像)이 형성되는 과정을 살펴보면, 패널부(110)에서 상을 형성한 광선은 도 8에는 도시되지 않았지만 투사 광학계를 거쳐서 반사부(130)로 전달되고, 반사부(130)에서 반사된 광선은 스크린부(140)에서 상을 형성한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 영상 투사 장치가 수직 타입의 패널부를 채용하더라도 화소의 열화 발생 정도가 최소화될 수 있으며, 수차 발생 또한 억제될 수 있다. 아울러, 이러한 영상 투사 장치는 수평 타입의 패널부를 채용하는 경우에 비해 sag의 최대값을 상대적으로 작게 갖는 반사면을 갖는 반사부를 포함할 수 있으며, 따라서 반사부의 제조에 있어서 제조 공차에 따른 민감도가 줄어들 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000: 영상 투사 장치

Claims

수평(horizontal) 방향의 길이보다 수직(vertical) 방향의 길이가 긴 패널(panel)부와,
상기 패널부에서 상(像)을 형성한 복수 개의 광선을 전달받아서 반사시키는 반사부를 포함하며,
상기 반사부는,
상기 패널부에서 상을 형성한 복수 개의 광선 각각을 반사시키는 적어도 두 개의 지점(point) 중에서, 상기 수평 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들 간의 거리 및 상기 수직 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들 간의 거리가 반영된 형상을 갖는 반사면을 포함하는
영상 투사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수평 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들 간의 거리에 대한 상기 수직 방향을 기준으로 최대 이격되어 있는 지점들 간의 거리의 비율은,
0.7보다 크고 1.3보다 작은
영상 투사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 반사면은,
양의 굴절능을 갖는
영상 투사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 패널부로부터 상기 상을 형성한 복수 개의 광선을 굴절시켜서 상기 반사부로 전달하는 적어도 세 개의 매니스커스(meniscus) 렌즈를 포함하는 투사 광학계를 더 포함하는
영상 투사 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 적어도 세 개의 매니스커스 렌즈는,
상기 패널부로부터 상기 투사 광학계를 거쳐 상기 반사부까지를 연결시키는 축에 평행한 방향을 따라 연속적으로 인접 배치되는
영상 투사 장치.