KR950007824Y1 - 액정프로젝터의 광학계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

액정프로젝터의 광학계

제1도는 종래의 정면 투사식 액정 프로젝터의 광학계를 보인 구성도.

제2도는 종래의 상향 투사식 액정 프로젝터의 광학계를 보인 구성도.

제3도는 종래의 하향 투사식 액정 프로젝터의 광학계를 보인 구성도.

제4도는 종래의 상향 투사식 액정 프로젝터의 광학계의 다른 예를 보인 구성도.

제5도는 종래의 하향 투사식 액정 프로젝터의 광학계의 다른 예를 보인 구성도.

제6도는 종래의 하향 및 상향 겸용 투사식 액정 프로젝터 광학계를 보인 구성도.

제7도는 일반적인 렌즈에 의한 상의 결상구성도.

제8a, b도는 종래 기술에 의한 액정 프로젝터의 광학계를 구성하는 렌즈에 의한 빛의 손실을 보인 설명도.

제9도는 본 고안에 의한 하향 및 상향 겸용 투사식 액정 프로젝터 광학계를 보인 구성도.

제10도는 제9도의 요부 구성을 보인 확대도.

제11도는 본 고안에 의한 상향 투사식 액정 프로젝터 광학계를 보인 구성도.

제12도는 본 고안에 의한 하향 투사식 액정 프로젝터 광학계를 보인 구성도.

제13도는 본 고안에 의한 액정 프로젝터 광학계의 기하학적 해석도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

61,71 : 투사 렌즈 62,72 : 액정 패널

63,73 : 집광 렌즈 64,74 : 램프

65,75 : 스크린

본 고안은 액정 프로젝터(PROJECTOR)의 광학계에 관한 것으로, 특히 빛의 손실을 방지하여 화면의 밝기를 향상시킬 수 있게 한 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것이다.

통상적으로 액정 프로젝터는 액정 화상 표시장치에서 형성된 화상을 광학적으로 확대 결상하여 대화면 영상을 감상할 수 있도록 한 장치로서, 칼라 화상을 구현하기 위하여는 3매의 액정 패널과 색분리 및 색합성을 할 수 있는 다이크로익 미러(dichoic mirror)등의 구조로 복잡하게 구성되어 있으나, 이하에서는 이해를 쉽게 하기 위하여 1매형 액정 프로젝터에 대하여 설명하기로 한다.

종래 기술에 의한 액정 프로젝터는, 제1도에 도시한 바와같이, 투사 렌즈(1)의 광축과, 액정 패널(panel)(2)의 광축이 동일선상에 배치되는 정면 투사식 액정 프로젝터와, 제2도에 도시한 바와 같이, 투사렌즈(11)의 광축 보다 일정거리(d)만큼 하측으로 액정 패널(「화상표시장치」라고도 함)(12)이 배치되는 상향 투사식 액정 프로젝터와, 제3도에 도시한 바와 같이, 투사렌즈(21)의 광축 보다 일정거리(d) 만큼 상측으로 액정 패널(22)이 배치되는 상향 투사식 액정 프로젝터와, 제4도 및 제5도에 도시한 바와 같이, 투사광량의 효율을 증가시키기 위하여 램프(34)(44)의 광축이 투사렌즈(31)(41)의 입사동(Enterance Pupil)의 중심을 향하도록 한 상향 투사식 및 하향 투사식 액정 프로젝터 등이 알려지고 있다.

또한, 상향 투사와 하향 투사를 겸용으로 할 수 있는 액정 프로젝터는, 제6도에 도시한 바와 같이, 투사렌즈(51)를 상, 하방으로 승강가능하도록 구성하여, 상기 투사 렌즈(51)의 승강동작에 의하여 상향, 정면, 또는 하향 투사가 가능하도록 되어 있다.

도면중 미설명 부호 1, 11, 21은 투사렌즈, 32, 42, 52는 액정 패널, 3, 13, 23, 33, 43, 53은 집광 렌즈, 4, 14, 24, 54는 램프, 5, 15, 25, 35, 45, 55는 스크린을 각각 보인 것이다.

상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 액정 프로젝터에 있어서는, 투사렌즈(1) (11)(21)(31)(41)(51)와, 액정 패널(2)(12)(22)(32)(42)(52)과, 그리고 스크린 (5)(15)(25)(35)(45)(55)의 광축이 모두 평행하게 배치된 것이 특징이다.

상기한 바와 같은 액정 프로젝터는 거의 동일한 작용을 수행하게 되는 바, 그중에서 제1도에 도시한 정면 투사식 액정 프로젝터의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시한 바와 같이, 광원(4)에서 나온 빛을 집광 렌즈(3)로 집속하여 액정 패널(2)에 입사시키면, 일반적으로 액정의 광 셔터(shutter) 기능에 의하여 액정 패널(2)에 화상이 형성되며, 이와 같이 액정 패널(2)에 형성된 화상은 투사 렌즈(1)에 의하여 스크린(5)에 확대 결상되는 것이다.

통상적으로 상기한 액정 프로젝터는 전방 또는 후방에 시청자가 위치하게 됨으로써 시청자에 의하여 투사렌즈(1)(11)(21)(31)(41)(51)를 통하여 나오는 빛이 방해를 받을 수 있기 때문에 천정에 설치하거나, 시청자의 전방측 바닥에 설치하게 된다.

이렇게 하기 위하여는 스크린(5)(15)(25)(35)(45)(55)에 결상되는 화면이 액정 프로젝터의 위쪽 또는 아래쪽으로 투사되도록 하여야 한다.

따라서, 종래 기술에 의한 액정 프로젝터는 상향 투사식, 하향 투사식, 또는 상, 하향 겸용 투사식으로서 투사 렌즈(11)(21)(31)(41)(51)의 광축과, 액정 패널(12) (22)(32)(42)(52)의 광축을 서로 다르게 하여 이 목적을 수행하고 있는 것이다.

즉, 제7에 도시한 바와 같이, 물체(object)의 중심이 렌즈의 광축에서 벗어나 있으면, 상(image)의 중심도 반대 방향으로 벗어나게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 상향 투사식, 하향 투사식, 또는 상, 하향 겸용 투사식 액정 프로젝터에 있어서는, 필연적으로 렌즈의 빛의 손실 (vignetting)을 일으킬 수 밖에 없는 문제점이 있는 것이었다.

즉, 액정 패널의 광축에서 투사 렌즈의 광축이 벗어날수록 투사 렌즈의 안으로 들어가는 빛의 양이 감소하게 되고, 이와 같은 현상은 화면의 밝기를 현저하게 떨어뜨리는 원인이 되는 것이다.

제8a도에 도시한 바와 같이, 렌즈의 광축과 액정 패널의 광축이 동일한 경우에는 렌즈의 퓨필(pupil)전체로 빛이 들어가게 되지만, 광축이 서로 어긋나게 되면, b도에 도시한 바와 같이, 빗금친 부분 만큼 입사광이 손실된다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제4도 및 제5도에 도시한 바와 같이, 집광계의 광축을 기울여 집광 광축이 렌즈의 입사동으로 들어가도록 설계된 것이 있으나, 이 방식의 경우, 단독으로는 효과를 발생시킬 수 있지만 이 방식의 상태에서 상하 겸용의 방식으로 제6도에 도시한 바와 같이 구성할 경우에는 빛의 손실이 더욱 커지게 되는 등의 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 빛의 손실을 방지하여 화면의 밝기를 향상시킬 수 있도록 한 액정 프로젝터의 광학계를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 투사렌즈와, 액정 패널과, 집광 렌즈와, 램프와, 스크린으로 구성되는 액정 프로젝터에 있어서, 입사동의 중심을 기준으로 상, 하 방향으로 회동가능한 투사 렌즈의 광축의 수직면에 대하여 상기 액정 패널의 화상면과, 스크린의 면이 각각 임의의 각을 갖도록 배치하고, 상기 램프의 광축을 투사 렌즈의 입사동의 중심을 지나도록 함과 아울러 상기액정 패널과 집광 렌즈와 램프의 광축에 대한 투사렌즈의 광축의 경사각은 투사 렌즈의 광축의 수직면에 대한 액정 패널의 화상면의 각과 동일하게 되도록 배치하여서 됨을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계가 제공된다.

상기 액정 패널과 램프, 액정 패널과 투사 렌즈의 사이에 색합성 및 색분리 수단이 각각 배치된다.

상기 색합성 및 색분리수단은 다이크로익 미러 또는 다이크로익 프리즘인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 의한 액정 프로젝터의 광학계를 첨부 도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.

제11도 및 제12도에 도시한 바와 같이, 액정 패널(62)의 화상면과, 투사렌즈 (61)의 광축의 수직면과, 스크린(65)의 면이 서로 임의의 각(α)(β)을 갖도록 배치하고, 램프(64)의 광축을 투사렌즈(61)의 입사동의 중심(0)을 지나도록 구성한 것이다.

상기 액정 패널(62)과, 집광 렌즈(63)과, 램프(64)의 광축에 대한 투사렌즈 (61)의 광축의 경사각(α)은 액정패널(62)의 화상면과, 투사렌즈(61)의 광축의 수직면이 이루는 임의의 각(α)과 동일하게 하는 것이 바람직하다.

제11도는 상향 투사식 액정 프로젝터를 보인 것이고, 제12도는 하향 투사식 액정 프로젝터를 보인 것이다.

또한, 제9도에 도시한 바와 같이, 상향 또는 하향 투사식 액정 프로젝터는, 기존의 투사 렌즈(71)와, 액정 패널(72)과, 집광 렌즈(73)과, 램프(74)와, 스크린(75)으로 구성되는 통상적인 액정 프로젝터에 있어서, 상기 투사렌즈(61)를 그의 입사동의 중심(0)을 기준으로 상, 하 방향으로 회동가능하도록 배치하여 구성한 것이다.

또한, 3판식 액정 프로젝터에 있어서는, 액정 패널과 광원, 액정 패널과 투사 렌즈의 사이에 다이크로익 미러 또는 다이크로익 프리즘과 같은 색합성 및 색분리 수단이설치되어 광의 진행 방향에 변경이 발생되므로, 이와 같은 경우에는 광의 진행방향 변경을 광축이 일직선이 되도록 전개하였을 때, 액정 패널과 투사 렌즈광축의 수직면과 스크린면이 평행하지 않도록 구성하면 된다.

이와 같이 구성되는 본 고안에 의한 액정 프로젝터의 광학계는, 액정 패널 (object)(62)(72)과, 투사렌즈(61)(71) 광축의 수직면과, 스크린(65)(75)의 면이 평행하지 않아도 기하학적인 결상이 가능하게 되는 것이며, 이때 액정 패널(62)(72)과 투사렌즈(61)(71) 광축의 수직면과 스크린(65)(75) 면이 평행하지 않도록 투사 렌즈 (61)(71)를 입사동의 중심을 기준으로 하여 회전시키는 구조로 하였을 경우, 광 손실을 일으키지 않으면서 상, 하향 투사 또는 상, 하향 겸용 투사를 가능하게 하는 것이다.

이하, 본 고안에 의한 액정 프로젝터 광학계의 기하학적 해석을 살펴보면 다음과 같다.

제13도에 도시한 바와 같이, 오브젝트(object)의 경사 기울기를 t, 이미지 (image)의 경사 기울기를 t', 결상배율을 m_a, m_b라 하면, h_a=at, h_b=bt, h_a'=-m_a·at, h_b'=-m_b·bt,conjugation equation 1/ℓ+1ℓ'=1/f에서

한편, 이미지 플레인(image plane)에서,

가 된다.

이상에서 오브젝트 플레인과, 이미지 플레인과, 옵티컬 센터 플레인(optical center plane)과의 경사각의 관계를 살펴보면,

오브젝트의 기울기

이미지의 기울기

상기 식①에서 식②를 대입하게 되면,의 관계가 성립한다.

또한, 오브젝트와 이미지 플레인의 리니어리티(linearity)를 점검하면, 오브젝트 a에 의한 이미지의 기울기는, 오브젝트 b에 의한 이미지의 기울기는이고,

∴이미지 플레인의 리니어니티는 성립하게 되는 것이다.

따라서, 상기한 조건에서 기하학적 결상관계가 성립함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 액정 프로젝터의 광학계는, 램프의 광축이 투사 렌즈의 입사동의 중심을 향하도록 하여 광 손실을 방지함으로써 화면의 밝기가 저하되는 현상을 방지하는 등의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 토사렌즈(61)와, 액정 패널(62)과, 집광 렌즈(63)와, 램프(64)와, 스크린(65)으로 구성되는 액정 프로젝터에 있어서, 입사동의 중심을 기준으로 상, 하 방향으로 회동가능한 투사렌즈(61)의 광축의 수직면에 대하여 상기 액정 패널(62)의 화상면과, 스크린(65)의 면이 각각 임의의 각(α)(β)을 갖도록 배치하고, 상기 램프(64)의 광축을 투사렌즈(61)의 입사동의 중심(0)을 지나도록 함과 아울러 상기 액정 패널(62)과 집광 렌즈(63)와 램프의 광축에 대한 투사 렌즈(61)의 광축의 경사각(α)은 투사 렌즈(61)의 광축의 수직면에 대한 액정 패널(62)의 화상면의 각(α)과 동일하게 되도록 배치하여서 됨을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
2. 제1항에 있어서, 상기 액정 패널(62)과 램프(64), 액정 패널(62)과 투사렌즈 (61)의 사이에 색합성 및 색분리 수단이 각각 배치된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
3. 제2항에 있어서, 상기 색합성 및 색분리 수단은 다이크로익 미러 또는 다이크로익 프리즘인 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.