WO2020153573A1 - 프로젝터 - Google Patents

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WO2020153573A1
WO2020153573A1 PCT/KR2019/013112 KR2019013112W WO2020153573A1 WO 2020153573 A1 WO2020153573 A1 WO 2020153573A1 KR 2019013112 W KR2019013112 W KR 2019013112W WO 2020153573 A1 WO2020153573 A1 WO 2020153573A1
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color filter
laser light
light
projector
phosphor
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PCT/KR2019/013112
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English (en)
French (fr)
Inventor
강신규
복기소
안재훈
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3161—Modulator illumination systems using laser light sources

Definitions

  • the present invention relates to a projector that improves the structure of an optical system that separates light from a laser diode light source into a color light source.
  • the projector is used as an audio and visual imaging device that can directly connect video equipment such as a computer or camcorder and project it on the screen to provide various presentations or multimedia education.
  • the projector synthesizes an image according to an image signal and light emitted from a light source, and the image is adjusted to a certain ratio and projected on a screen to be viewed externally.
  • a light source for such a projector a movement to use a light emitting diode, a laser diode, or an organic light emitting diode has recently been made.
  • the laser diode provides light having a single wavelength, efficiency and luminance can be improved, and thus research on a projector that the laser diode uses as a light source has been conducted.
  • a phosphorescent disk containing a phosphor can be rotated to selectively convert the wavelength of light.
  • a wheel-shaped phosphor disk may have an abnormal flow, and thus has a problem affecting noise and product reliability.
  • the present invention aims to provide a projector of high brightness while reducing the number and size of parts by improving the structure of the optical system and the structure of the color wheel to solve the above-mentioned problems.
  • a light source that emits laser light
  • a first color filter including a reflecting portion reflecting the laser light emitted from the light source and a transmitting portion transmitting therethrough;
  • a phosphorescent plate that converts the laser light reflected from the first color filter into phosphorescence;
  • a second color filter including color films of different colors through which the phosphorescence passes;
  • a display element that is provided with laser light transmitted from the first color filter and phosphorescent light passing through the second color filter to emit an image.
  • the first color filter and the second color filter may be formed on one disc.
  • the color film may be disposed at a position corresponding to the reflective portion of the first color filter.
  • the first color filter may include a reflective portion and a transmissive portion disposed at a first distance from the center of the original plate, and the color film of the second color filter may be disposed at a second distance from the center of the original plate.
  • the reflective portion of the first color filter may be disposed to overlap the color film of the second color filter.
  • the phosphor plate includes a phosphor material located at the same distance from the center on a rotating disc, and the type of the phosphor material may include one or two types.
  • the phosphorescent plate may include a mirror coated with a phosphor material that converts and reflects the laser light into the phosphorescence.
  • the first dichroic filter may further include a laser light reflected from the first color filter and one of the phosphor light reflected from the phosphor plate and the other reflected.
  • the second color filter may further include a second dichroic filter that transmits laser light transmitted through the first color filter and transmits phosphorescence passing through the second color filter.
  • the light source may include a laser diode that emits blue light.
  • the phosphorescent plate may include a phosphorescent material that converts the light source to yellow or green.
  • a first mirror that reflects the laser light passing through the first color filter and provides it to the display device may be further included.
  • the second mirror may further include a second mirror that reflects the laser light reflected from the first color filter and provides it to the phosphorescent plate.
  • the number of lenses used in the optical system can be reduced by shortening the optical path, thereby reducing the volume.
  • the structure of the phosphorescent plate can be used as a fixed type rather than a wheel shape, thereby simplifying the volume and structure of the optical system.
  • the color filter can be implemented as a single wheel to eliminate synchronization difficulties that occur when using multiple wheels.
  • FIG. 1 is a block diagram of a projector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a projector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing the optical system of the projector of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the color wheel of the projector of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing an embodiment of a phosphorescent plate of the projector of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a conventional optical system.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a projector 100 related to the present invention.
  • the projector 100 may include a wireless communication unit 10, a sensing unit 40, a projection unit 50, a position adjustment unit 60 and a power supply unit 90.
  • the components shown in FIG. 3 are not essential to the implementation of the projector 100, so the projector 100 described herein may have more or fewer components than those listed above.
  • the wireless communication unit 10 may transmit and receive signals using a mobile communication module or a short-range communication module. Specifically, the wireless communication unit 10 may transmit and receive a specific command or specific information with an external terminal. Alternatively, the wireless communication unit 10 may receive an image such as a photo or video from an external terminal. In addition, a function for controlling the projector 100 wirelessly, such as a remote control, may be provided using a short-range communication module.
  • the wireless communication unit 10 may receive a broadcast signal and/or broadcast-related information from an external broadcast management server through a broadcast channel using a broadcast reception module. In addition, the wireless communication unit 10 may acquire the current position of the projector 100 using the location information module.
  • the sensing unit 40 may detect the presence or absence of an object approaching a predetermined detection surface or an object present in the vicinity without mechanical contact using an electromagnetic field force or infrared light.
  • the projection unit 50 functions to project an image signal and may also be referred to as an optical system.
  • the projection unit 50 may be embodied in a form including a light source 51 providing light, a light source 51 and a transmissive display device. Further, the projection unit 50 may include a projection lens 59 for adjusting the size of the projected image on the projection area.
  • the position adjustment unit 60 functions to adjust the direction in which the projector 100 projects an image. Specifically, the position adjustment unit 60 functions to adjust the position of the projection unit 50. To this end, the position adjustment unit 60 may include a vertical movement unit 61 and a horizontal movement unit 62. The vertical moving unit 61 moves the projection unit 50 up and down, and the horizontal moving unit 62 can move the projection unit 50 from side to side. The camera 20 of the projector 100, the sensing unit 40 and/or the projection unit 50 may be moved up, down, left, and right by the position adjustment unit 60.
  • the memory 70 may store an image to be projected, surrounding space information, and/or projection area information.
  • the control unit 80 is combined with the wireless communication unit 10, the sensing unit 40, the projection unit 50, the position adjustment unit 60 and/or the memory 70 to analyze the surrounding space structure, analyze the projection area, , Perform image correction, project an image, or send and receive signals with an external terminal. That is, the controller 80 may control any one or a combination of the above components in order to implement various embodiments described below.
  • the power supply unit 90 receives external power and internal power under control of the control unit 80 and supplies power required for the operation of each component.
  • the power supply unit 90 may include a removable battery.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a projector 100 according to an embodiment of the present invention, the housing 20 of the projector 100 and the projection lens 59 exposed on the front surface of the housing 20 are shown. Since a heating element such as a light source 51 is disposed in the housing 20 on the side of the housing, a vent hole 25 may be formed to discharge generated heat. Through the control unit 30 exposed to the outside of the housing, the focus or projection direction of the lens can be adjusted.
  • a wireless communication unit 10 Inside the housing 20, a wireless communication unit 10, a sensing unit 40, a projection unit 50, a memory 70, a control unit 80, and a power supply unit 90 are provided.
  • the light emitted from the light source 51 is synthesized with the image information in the display element 58 and is emitted through the projection lens 59 and an image appears on the screen or the wall surface.
  • the optical system 50 of the projector 100 of the present invention uses a laser diode as the light source 51, and the light emitted from the laser diode emits laser light having the same wavelength, and thus has a high energy density, a constant phase, and straightness. It can increase the luminance.
  • the life of the laser diode itself is longer than that of a conventional lamp or light emitting diode, there is an advantage that the life is increased, the manufacturing cost is low, and the size is small, so that the size of the projector 100 can be reduced. It is advantageous in terms of efficiency to use a laser diode that emits blue light because the light of a specific wavelength has blue light and has higher efficiency than green light.
  • the phosphor wheel 6 is a view showing a conventional optical system. Conventionally, light emitted from the light source 1 is separated using a phosphor wheel (6).
  • the phosphor wheel 6 is a disc including a first area where the phosphor is applied and a second area where the phosphor is not applied at a distance from the center of rotation. When the phosphor wheel 6 rotates, laser light passes. The area to be changed is changed.
  • the laser light When the laser light is provided in the first area where the phosphor is applied, it is reflected and converted into green or yellow light phosphor, and in the second area where the phosphor is not applied, the laser light passes through and is supplied to the display device 8 for making an image. do.
  • the phosphorescent material applied to the phosphorescent wheel 6 can be converted to phosphorescence of one color in case of one type, but can be converted into yellow light and green light including two types. Red light has a large difference in wavelength from blue light, making conversion difficult, and can be converted into yellow light or yellow light and green light.
  • the reflected phosphor is transmitted to the color wheel 5 using a condenser lens such as a relay lens or a collimator lens.
  • the color wheel 5 is a disc-shaped member that supplies light of a color necessary for image realization and includes different color films for each area at the same distance from the center.
  • the color film serves to convert the supplied light to light of a specific wavelength, and color films of different colors may be arranged by separating regions from the color wheel 5.
  • the light that has passed through the color film is synthesized by the display element 8 and injected into the screen.
  • the projection lens 59 may be passed to enlarge an image projected onto the screen.
  • the display element 8 is a device that displays an image by arranging a micro-sized mirror on a silicon wafer and controlling light reflection through the mirror. Each mirror acts as one pixel and can selectively reflect light supplied from the light source 1 to realize an image.
  • the conventional structure of FIG. 6 includes the phosphor wheel 6 as well as the color wheel 5, which increases the volume of the entire optical system and increases the number of condensing lenses by increasing the optical path, thereby increasing the number of parts.
  • accurate images can be supplied only when the periods of the color wheel 5 and the phosphor wheel 6 are matched, and precision is also required in control.
  • the present invention includes a first color filter 551 passing through the laser light emitted from the light source 51.
  • the first color filter 551 includes a transmission portion 55f for transmitting laser light and a reflection portion 55e for reflection, and the transmitted light passing through the transmission portion 55f is provided to the display element 58 to supply blue light.
  • the reflected light reflected by the reflector 55e is subsequently converted into yellow light, green light, and red light through the phosphorescent plate 56 and the second color filter 552. Therefore, the size of the reflective portion 55e can be formed larger than that of the transparent portion 55f.
  • the first color filter 551 may be formed on a disk and rotated, and may be implemented on the same disk as the second color filter 552 to be described later.
  • the second color filter 552 includes color films 55b, 55c, and 55d for supplying red, green, yellow, and blue light through the phosphorescence of which wavelength is converted through the phosphorescence plate 56, and on the original plate Color films 55b, 55c, and 55d are respectively disposed in regions partitioned in an absent shape.
  • the second color filter ( 552) is easy to synchronize so that light is supplied through the yellow, green, and red color films 55b, 55c, and 55d.
  • FIG. 4 is a view showing a color wheel 55 in which the first color filter 551 and the second color filter 552 of the present invention are implemented as one.
  • the first color filter 551 and The second color filter 552 may be formed in an integrated form, or may be implemented by dividing each according to the distance from the center as shown in FIG. 4( b ).
  • the red, green and yellow color films 55b, 55c, and 55d of the second color filter 552 pass phosphorescence as yellow light, green light, and red light, and at the same time, the blue light laser light It serves as a reflector 55e of the first color filter 551 to reflect.
  • the reflector 55e may be implemented by superimposing the dichroic filter on the color films 55b, 55c, and 55d, and the second color when the laser light passes through the transmissive portion 55f of the first color filter 551. Since no light is supplied on the filter 552, a transmission portion 55f that transmits blue light may be disposed.
  • the first color filter 551 and the second color filter 552 may be arranged to be located at different distances from the rotation center.
  • the first filter disposed at a first distance from the center is composed of a reflecting portion 55e and a transmitting portion 55f
  • the second filter is disposed at a second distance from the center and red, yellow, and green color films 55b, 55c, 55d).
  • the first color filter 551 is illustrated on the drawing as the second color filter 552 positioned on the outside, the positions of the two color filters may be changed.
  • the color films 55b, 55c, and 55d are disposed at positions corresponding to the reflector 55e, and light reflected from the reflector 55e is converted into phosphorescence through a phosphorescent plate. Phosphorescence passes through the color films 55b, 55c, and 55d of the second color filter 552 again, and the light passing through the transmission portion 55f is not supplied to the second color filter 552, so the corresponding area is empty. I can put it.
  • One color filter may be disposed on the color wheel 55, respectively, as shown in FIG. 4, and each color film is divided into two regions in a point-symmetrical structure on the original plate, the reflecting portion 55e and the transmitting portion 55f. It can be divided into two areas.
  • the light reflected from the reflective portion 55e of the first filter is supplied to the phosphorescent plate 56.
  • the laser light is directly supplied to the phosphorescent plate 56, and the reflected light changes the wavelength so that the dichroic filter (53a, dichroic filter) through which only light in a specific wavelength band passes through the phosphorescent plate 56 It is disposed between and the light source 51, the laser light supplied from the light source 51 passes through and the light reflected by the phosphorescent plate 56 may reflect.
  • the reflected light reflected from the first color filter 551 of this embodiment has the same wavelength as the laser light, a dichroic filter cannot be used, and as shown in FIG. 3, the first color filter 551 is a light source 51
  • the direction of the laser light supplied from the light source 51 and the direction of progress of the reflected reflected light are arranged to face the oblique direction rather than the opposite direction.
  • the light is folded using the mirror 53b and supplied to the phosphorescent plate 56, and the phosphorescent plate 56 converts and reflects the wavelength of the reflected light.
  • 5 is a view showing an embodiment of the phosphorescent plate 56 of the present invention, as shown in (a) and (b) of FIG. 5, phosphorescent wheels 56a, 56b may be used, or (c) of a fixed type A phosphorescent plate 56c can be used.
  • Phosphorescent wheels 56a, 56b may be divided into two types of phosphors as shown in (a), or may be applied by dividing the sections, and only one phosphor is used as (b) to form one color of phosphorescence and the other colors are used for phosphorescence It can be implemented by passing through the second color filter 552.
  • the transmissive portion 563 is necessary in addition to the area where the phosphors 561 and 562 are applied, it cannot be realized as a fixed structure and must be formed on a moving structure such as a rotating disk.
  • the phosphorescent wheels 56a, 56b are bulky and require a motor for a rotating structure, and the periods of the phosphorescent wheels 56a, 56b and the color wheels 55 must match.
  • a dynamic phosphor plate 56c can be used because a dynamic member is not required.
  • the fixed phosphorescent plate 56c since only one phosphorescent material 561 reflects light, it can be converted into only one color of phosphorescence. For example, reflected light may be supplied to a plate coated with a phosphor material 561 that converts to yellow phosphorescence.
  • the reflected light supplied to the phosphorescent plate 56 is transmitted using the first dichroic filter 53a, and the reflected phosphor from the phosphorescent plate 56 is reflected. Can be supplied to the second color filter 552.
  • the position where the phosphorescence is supplied to the second color filter 552 and the position where the light supplied from the light source 51 is supplied may be symmetrically arranged at the rotation center of the color wheel 55.
  • the second dichroic filter 53b may be used as shown in FIG. 3 so that the transmitted light transmitted from the first color filter 551 is also supplied to the display element 58.
  • the condenser lens 52 Since light should be supplied straight, it can be disposed between each member of the condenser lens 52, such as a collimator lens or a relay lens. As shown in FIG. 3, the first condenser lens 52a through which the laser light supplied from the light source 51 passes, and the light passing through the transmissive part 55f of the first color filter 551 to the display element 58 It may include a second condensing lens (52b) passing before being supplied.
  • the third condensing lens 52c through which the reflected light reflected from the first color filter 551 is transmitted, the fourth condensing lens 52d through which the reflected light from the phosphor plate 56 passes, and the first dichroic filter 53a ) May include a fifth condensing lens 52e that transmits) and a sixth condensing lens 52f that collects light passing through the second color filter 552 and supplies it to the display device 58.
  • the present invention can reduce the number of lenses used in the optical system 50 by shortening the optical path, thereby reducing the volume.
  • the structure of the phosphorescent plate 56 can be used as a fixed type rather than a wheel shape, so that the volume and structure of the optical system 50 can be simplified.
  • the color filter can be implemented as a single wheel to eliminate synchronization difficulties that occur when using multiple wheels.

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Abstract

레이저광을 사출하는 광원; 상기 광원에서 사출된 레이저광을 반사하는 반사부와 투과하는 투과부를포함하는 제1 컬러필터; 상기 제1 컬러필터에서 반사된 레이저광을 인광으로 변환하는 인광 플레이트(phosphor); 상기 인광이 통과하는 다른 색상의 컬러필름을 포함하는 제2 컬러필터; 및 상기 제1 컬러필터에서 투과한 레이저광과 상기 제2 컬러필터를 통과한 인광이 제공되어 이미지를 사출하는 표시소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터는 광경로를 단축하여 광학계에 이용되는 렌즈의 개수를 줄일 수 있어 부피를 줄일 수 있다.

Description

프로젝터
본 발명은 레이저 다이오드 광원의 빛을 색광원으로 분리하는 광학계의 구조를 개선한 프로젝터에 관한 것이다.
프로젝터는 컴퓨터 또는 캠코더와 같은 영상기기등을 직접 연결하여 스크린에 투사시켜 각종 프리젠테이션이나 멀티미디어 교육을 할 수 있게 하는 시청각용 영상기기로 사용된다.
상기 프로젝터는 광원에서 사출되는 빛과 영상 신호에 따른 영상을 합성하여 상기 영상이 일정 비율로 조절되어 스크린에 투사되어 외부로 보여진다. 이러한 프로젝터의 광원으로 최근에는 발광다이오드나 레이저 다이오드 또는 유기발광다이오드 등을 이용하려는 움직임이 이루어지고 있다. 특히 레이저 다이오드는 단일 파장의 빛을 제공하기 때문에 효율이 우수하고 휘도가 개선될 수 있어 레이저 다이오드가 광원으로서 이용하는 프로젝터에 대한 연구가 이루어지고 있다.
청색광 레이저 다이오드를 광원으로 사용하여 인광물질을 포함하는 인광디스크를 회전하여 선택적으로 빛의 파장을 변환할 수 있다. 다만, 이러한 휠형태의 인광 디스크는 이상유동이 발생할 수 있어 소음 및 제품의 신뢰성에 영향을 미치는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 광학계의 구조 및 컬러휠의 구조를 개선하여 부품의 개수와 크기를 줄이면서도 높은 밝기의 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
레이저광을 사출하는 광원; 상기 광원에서 사출된 레이저광을 반사하는 반사부와 투과하는 투과부를포함하는 제1 컬러필터; 상기 제1 컬러필터에서 반사된 레이저광을 인광으로 변환하는 인광 플레이트; 상기 인광이 통과하는 다른 색상의 컬러필름을 포함하는 제2 컬러필터; 및 상기 제1 컬러필터에서 투과한 레이저광과 상기 제2 컬러필터를 통과한 인광이 제공되어 이미지를 사출하는 표시소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터를 제공한다.
상기 제1 컬러필터와 상기 제2 컬러필터는 하나의 원판 상에 형성될 수 있다.
상기 컬러필름은 상기 제1 컬러필터의 반사부에 상응하는 위치에 배치될 수 있다.
상기 제1 컬러필터는 상기 원판의 중심에서 제1 거리에 배치된 반사부와 투과부를 포함하고, 상기 제2 컬러필터의 상기 컬러필름은 상기 원판의 중심에서 제2 거리에 배치될 수 있다.
상기 제1 컬러필터의 상기 반사부는 상기 제2 컬러필터의 상기 컬러필름과 중첩 배치될 수 있다.
상기 인광 플레이트는 회전하는 원판 상에 중심에서 동일거리에 위치하는 인광물질을 포함하고, 상기 인광물질의 종류는 하나 또는 두 종류를 포함할 수 있다.
상기 인광 플레이트는 상기 레이저광을 상기 인광으로 전환하여 반사하는 인광물질이 도포된 미러를 포함 할 수 있다.
상기 제1 컬러필터에서 반사된 레이저광과 상기 인광 플레이트에서 반사된 인광 중 하나는 통과시키고 다른 하나는 반사하는 제1 이색성 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 컬러필터에서 투과된 레이저광은 투과하고 상기 제2 컬러필터를 통과한 인광은 투과하는 제2 이색성 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 광원은 청색광을 사출하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 인광 플레이트는 상기 광원을 황색 또는 녹색으로 전환하는 인광물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 컬러필터를 통과한 레이저광을 반사하여 상기 표시소자로 제공하는 제1 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 컬러필터에서 반사된 레이저광을 반사하여 상기 인광 플레이트로 제공하는 제2 미러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 프로젝터의 적어도 일 실시예에 따르면, 광경로를 단축하여 광학계에 이용되는 렌즈의 개수를 줄일 수 있어 부피를 줄일 수 있다.
또한, 인광 플레이트의 구조를 휠 형상이 아닌 고정형으로 이용할 수 있어, 광학계의 부피 및 구조를 단순화 할 수 있다.
또한, 컬러필터를 하나의 휠로 구현하여 복수개의 휠을 사용하는 경우 발생하는 동기화의 어려움을 해소할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 프로젝터의 광학계를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 프로젝터의 컬러휠을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 프로젝터의 인광 플레이트의 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 종래의 광학계를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
도 1은 본 발명과 관련된 프로젝터(100)를 설명하기 위한 블록도이다.
프로젝터(100)는 무선 통신부(10), 센싱부(40), 투사부(50), 위치조정부(60) 및 전원 공급부(90) 등을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 구성요소들은 프로젝터(100)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서 본 명세서 상에서 설명되는 프로젝터(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
무선 통신부(10)는 이동 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈을 이용하여 신호를 송수신할 수 있다. 구체적으로, 무선 통신부(10)는 특정 명령 또는 특정 정보를 외부 단말기와 송수신할 수 있다. 또는, 무선 통신부(10)는 외부 단말기로부터 사진, 동영상과 같은 영상을 수신할 수 있다. 또한 근거리 통신 모듈을 이용하여 리모콘과 같이 무선으로 프로젝터(100)를 제어할 수 있는 기능을 제공할 수 있다.
또한, 무선 통신부(10)는 방송 수신 모듈을 이용하여 방송 채널을 통하여 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신할 수 있다. 또한, 무선 통신부(10)는 위치정보 모듈을 이용하여 프로젝터(100)의 현재 위치를 획득할 수 있다.
센싱부(40)는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선등을 이용하여 기계적 접촉 없이 검출할 수 있다.
투사부(50)는 영상 신호를 투사하는 기능을 하며 광학계라고도 할 수 있다. 투사부(50)는 빛을 제공하는 광원(51), 광원(51)을 투과성 디스플레이 장치 등을 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 또한, 투사부(50)는 투사 영역 상의 투사 영상의 크기를 조절하기 위한 투사렌즈(59)을 포함할 수 있다.
위치조정부(60)는 프로젝터(100)가 영상을 투사하는 방향을 조절하는 기능을 한다. 구체적으로, 위치조정부(60)는 투사부(50)의 위치를 조절하는 기능을 한다. 이를 위해, 위치조정부(60)는 수직이동부(61) 및 수평이동부(62)를 포함할 수 있다. 수직이동부(61)는 투사부(50)를 상하로 이동시키고, 수평이동부(62)는 투사부(50)를 좌우로 이동시킬 수 있다. 프로젝터(100)의 카메라(20), 센싱부(40) 및/또는 투사부(50) 위치조정부(60)에 의해 상하좌우로 이동할 수 있다.
메모리(70)는 투사할 영상, 주변 공간 정보 및/또는 투사 영역 정보를 저장할 수 있다.
제어부(80)는 무선 통신부(10), 센싱부(40), 투사부(50), 위치조정부(60) 및/또는 메모리(70)와 조합되어 주위 공간 구조를 분석하고, 투사 영역을 분석하고, 영상 보정을 수행하고, 영상을 투사하거나 외부 단말기와 신호를 송수신할 수 있다. 즉, 제어부(80)는 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들을 구현하기 위해 위 구성요소들 중 어느 하나 또는 복수를 조합하여 제어할 수 있다.
전원 공급부(90)는 제어부(80)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원 공급부(90)는 착탈 가능한 배터리를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터(100)를 도시한 사시도로서, 프로젝터(100)의 하우징(20)과 하우징(20)의 전면에 노출된 투사렌즈(59)가 도시되어 있다. 하우징의 측면에는 하우징(20) 내에 광원(51) 등 발열 부품이 배치되므로 발생하는 열을 배출하기 위해 벤트홀(25)이 형성될 수 있다. 하우징의 외측으로 노출된 조작부(30)를 통해 렌즈의 초점이나 투사 방향 등을 조절할 수 있다.
하우징(20) 내부에는 무선통신부(10), 센싱부(40), 투사부(50), 메모리(70), 제어부(80) 및 전원공급부(90) 등이 구비된다. 광원(51)에서 사출된 빛이 표시소자(58)에서 이미지 정보와 합성되어 투사렌즈(59)를 통해 사출되고 스크린이나 벽면에 영상이 나타난다.
도 3은 본 발명의 프로젝터(100)의 광학계(50)를 도시한 도면이다. 본 발명의 프로젝터(100) 광학계(50)는 광원(51)으로 레이저 다이오드를 이용하며, 레이저 다이오드에서 사출되는 빛은 동일한 파장을 가지는 레이저광을 사출하기 때문에 에너지 밀도가 높으며, 위상이 일정하고 직진성을 가지고 있어 휘도를 높일 수 있다. 또한, 레이저 다이오드 자체의 수명이 종래의 램프나 발광 다이오드 보다 길기 때문에 수명이 증가하는 장점이 있고 제조비용이 싸고, 크기도 작게 구현 가능하여 프로젝터(100)의 크기를 줄일 수 있다. 레이저광은 특정 파장의 빛으로 녹색광보다 청색광이 효율이 높아 청색광을 사출하는 레이저 다이오드를 이용하는 것이 효율 측면에서 유리하다.
청색의 레이저광 만으로는 다양한 색상을 낼 수 없으므로 이를 인광 플레이트(56)를 이용하여 다른 파장(색상)을 가지는 인광으로 전환할 필요가 있다. 다만, 청색은 광원(51)에서 사출되는 레이저광을 그대로 이용하기 위해 광원(51)에서 사출하는 빛을 둘로 나눌 필요가 있다.
도 6은 종래의 광학계를 도시한 도면으로 종래에는 광원(1)에서 사출된 빛을 인광휠(6, phosphor wheel)을 이용하여 분리한다. 인광휠(6)은 회전 중심에서 소정거리 떨어진 위치에 인광물질이 도포된 제1 영역과 인광물질이 도포되지 않은 제2 영역을 포함하는 원판으로서, 인광휠(6)이 회전하면 레이저광이 통과하는 영역이 변화된다.
레이저광이 인광물질이 도포된 제1 영역에 제공되는 경우 반사되며 녹색광이나 황색광의 인광으로 전환되고 인광물질이 도포되지 않은 제2 영역에서는 레이저광이 통과하여 영상을 만드는 표시소자(8)로 공급된다. 인광휠(6)에 도포된 인광물질은 한가지 종류인 경우 한가지 색상의 인광으로 전환할 수 있으나, 두 가지 종류를 포함하여 황색광과 녹색광으로 전환할 수 있다. 적색광은 청색광과 파장의 차이가 크므로 전환이 어렵고, 황색광 또는 황색광과 녹색광으로 전환할 수 있다.
반사된 인광은 릴레이 렌즈(relay lens)나 콜리메이터 렌즈(Collimator lens)와 같은 집광렌즈를 이용하여 컬러휠(5)로 전달한다. 컬러휠(5)은 이미지 구현을 위해 필요한 색상의 빛을 공급하는 원판형 부재로 중심에서 동일한 거리에 영역별로 다른 컬러필름을 포함한다. 컬러필름은 공급된 빛을 특정파장의 빛으로 전환하는 역할을 하며, 컬러휠(5)에서 영역을 구분하여 각각 다른 색상의 컬러필름이 배치될 수 있다.
컬러필름을 통과한 빛은 표시소자(8)를 통해 영상을 합성하고 스크린으로 사출 한다. 스크린으로 사출되는 영상을 확대하기 위해 투사렌즈(59)를 통과시킬 수 있다. 표시소자(8)는 실리콘 웨이퍼상에 미세한 크기의 거울을 배열하고 이 거울을 통해 빛이 반사되는 것을 제어하여 영상을 표시하는 장치이다. 각 미러가 하나의 픽셀 역할을 하며 광원(1)에서 공급되는 빛을 선택적으로 반사시켜 영상을 구현할 수 있다.
도 6의 종래 구조는 컬러휠(5) 뿐만 아니라 인광휠(6)을 더 포함하여 전체 광학계의 부피가 커지고 광경로가 길어져 집광렌즈의 개수도 증가하여 부품의 개수도 증가하는 문제가 있다. 또한, 컬러휠(5)과 인광휠(6)의 주기를 맞춰야 정확한 영상을 공급할 수 있어, 제어에 있어서도 정밀성이 필요하다.
이러한 문제를 해소하기 위해 본 발명은 광원(51)에서 사출된 레이저광을 통과하는 제1 컬러필터(551)를 포함한다. 제1 컬러필터(551)는 레이저광을 통과시키는 투과부(55f)와 반사시키는 반사부(55e)을 포함하며, 투과부(55f)를 통과하는 투과광은 청색광을 공급하기 위해 표시소자(58)로 제공되며 반사부(55e)에서 반사된 반사광은 추후 인광 플레이트(56)와 제2 컬러필터(552)를 통해 황색광, 녹색광 및 적색광으로 전환된다. 따라서 반사부(55e)의 크기는 투과부(55f)보다 크게 형성할 수 있다.
제1 컬러필터(551)는 원판상에 형성하여 회전하는 휠형태로 구현할 수 있으며, 후술할 제2 컬러필터(552)와 동일 원판상에 구현할 수도 있다. 제2 컬러필터(552)는 인광 플레이트(56)를 통해 파장이 전환된 인광이 통과하여 적색, 녹색 황색 및 청색의 빛을 공급하기 위한 컬러필름(55b, 55c, 55d) 을 포함하고, 원판 상에 부재꼴로 구획된 영역에 각각 컬러필름(55b, 55c, 55d) 이 배치되어 구현할 수 있다. 제1 컬러필터(551)와 제2 컬러필터(552)가 하나의 휠로 구현하면 휠의 개수가 늘어나지 않고, 제1 컬러필터(551)에서 레이저광이 반사하여 반사광이 될 때 제2 컬러필터(552)는 황색, 녹색 및 적색의 컬러필름(55b, 55c, 55d) 을 통해 빛이 공급되도록 동기화가 용이하다.
도 4는 본 발명의 제1 컬러필터(551)와 제2 컬러필터(552)가 하나로 구현된 컬러휠(55)을 도시한 도면으로 도 4의 (a)와 같이 제1 컬러필터(551)와 제2 컬러필터(552)가 통합된 형태로 형성할 수도 있고 도 4의 (b)와 같이 중심으로부터 거리에 따라 각각 구분하여 구현할 수 있다.
도 4의 (a)을 참조하면 제2 컬러필터(552) 의 적색, 녹색 및 황색의 컬러필름(55b, 55c, 55d)은 인광을 황색광, 녹색광 및 적색광으로 통과시키고 동시에 청색광의 레이저광은 반사시키는 제1 컬러필터(551)의 반사부(55e)로서 역할을 한다. 반사부(55e)는 이색성 필터를 컬러필름(55b, 55c, 55d) 상에 중첩 배치하여 구현할 수 있으며, 레이저광이 제1 컬러필터(551)의 투과부(55f)를 통과할 때에 제2 컬러필터(552) 상에서 빛이 공급되지 않으므로 청색광을 투과시키는 투과부(55f)가 배치될 수 있다.
도 4의 (b)는 제1 컬러필터(551)와 제2 컬러필터(552)를 회전 중심에서 다른 거리에 위치하도록 배치할 수 있다. 중심에서 제1 거리에 배치된 제1 필터는 반사부(55e)와 투과부(55f)로 구성되고, 제2 필터는 중심에서 제2 거리에 배치되고 적색, 황색 및 녹색 컬러필름(55b, 55c, 55d)을 포함한다. 도면상에 제1 컬러필터(551)가 바깥쪽에 제2 컬러필터(552)가 안쪽에 위치하는 것으로 도시되어 있으나 두 컬러필터의 위치는 바뀔 수 있다.
컬러필름(55b, 55c, 55d)은 반사부(55e)에 대응된 위치에 배치되며, 반사부(55e)에서 반사된 빛이 인광 플레이트를 통해 인광으로 변환된다. 인광은 다시 제2 컬러필터(552)의 컬러필름(55b, 55c, 55d)을 통과하고, 투과부(55f)를 투과한 빛은 제2 컬러필터(552)로 공급되지 않으므로 그에 대응되는 영역은 비워둘 수 있다.
컬러휠(55) 상에 컬러필터가 각각 하나씩 배치될 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 원판상에 점대칭 구조로 각 컬러필름을 2개의 영역에, 반사부(55e)와 투과부(55f)를 2개 영역으로 구획할 수 있다.
제1 필터의 반사부(55e)에서 반사된 빛은 인광 플레이트(56)로 공급된다. 도 6의 종래의 실시예는 레이저광이 바로 인광 플레이트(56)에 공급되어 반사되는 빛은 파장이 변화하여 특정한 파장대역의 빛만 통과시키는 이색성 필터(53a, dichroic filter)를 인광 플레이트(56)와 광원(51) 사이에 배치하여 광원(51)에서 공급된 레이저광은 통과하고 인광 플레이트(56)에서 반사한 빛은 반사할 수 있다. 그러나 본 실시예의 제1 컬러필터(551)에서 반사된 반사광은 레이저광과 동일한 파장을 가지므로 이색성 필터를 이용할 수 없어 도 3에 도시된 바와 같이 제1 컬러필터(551)는 광원(51)과 마주보는 방향이 아닌 비스듬한 방향을 향하도록 배치하여 광원(51)에서 공급된 레이저광의 진행방향과 반사된 반사광의 진행 방향은 서로 다른 방향을 향한다.
광학계(50)의 크기를 줄이기 위해 미러(53b)를 이용하여 빛을 꺾어 인광 플레이트(56)로 공급하고 인광 플레이트(56)는 반사광의 파장을 변환하여 반사한다. 도 5는 본 발명의 인광 플레이트(56)의 실시예를 도시한 도면으로 도 5의 (a)와 (b)와 같이 인광휠(56a, 56b)을 이용할 수도 있고, (c)와 같이 고정형의 인광 플레이트(56c)를 이용할 수 있다.
인광휠(56a, 56b)은 (a)와 같이 두 종류의 인광물질이 구획을 나누어 도포할 수도 있고 (b)와 같이 하나의 인광물질만 이용하여 한가지 색상의 인광을 형성하고 다른 색상은 인광을 제2 컬러필터(552)를 통과시켜 구현할 수 있다.
종래에는 광원(1)에서 출사된 레이저광이 바로 인광휠(6)로 공급되므로 광원(51)에서 통과된 빛 중 일부는 인광으로 전환되지 않고 투과되어야 한다. 따라서, 인광물질(561, 562)이 도포된 영역 이외에 투과부(563)가 반드시 필요하므로 고정구조로는 구현할 수 없고 회전하는 원판과 같이 움직이는 구조 상에 형성해야 한다.
인광휠(56a, 56b)은 부피가 크고 회전구조를 위해 모터가 필요하며 인광휠(56a, 56b)과 컬러휠(55)의 주기가 일치해야 한다. 그러나 본 발명은 제1 컬러필터(551)에서 레이저광의 일부가 투과부(55f)를 통해 걸러지고 반사광만 공급되므로 동적인 부재를 이용할 필요 없어 고정형 인광 플레이트(56c)를 이용할 수 있다. 고정형 인광 플레이트(56c)의 경우 한가지 인광물질(561)에만 반사광이 입사되므로 한 색상의 인광으로만 전환할 수 있다. 예를 들면 황색의 인광으로 전환하는 인광물질(561)을 도포한 판에 반사광이 공급될 수 있다.
인광 플레이트(56)에서 반사된 빛은 파장의 길이가 달라지므로 제1 이색성 필터(53a)를 이용하여 인광 플레이트(56)로 공급되는 반사광은 투과하고 인광 플레이트(56)에서 반사된 인광은 반사되어 제2 컬러필터(552)로 공급될 수 있다. 제2 컬러필터(552)로 인광이 공급되는 위치와 광원(51)에서 공급된 빛이 공급되는 위치는 컬러휠(55)의 회전 중심에서 대칭으로 배치될 수 있다.
제2 컬러필터(552)를 통과한 인광은 황색, 녹색 및 적색으로 변환되어 표시소자(58)로 공급된다. 제1 컬러필터(551)에서 투과된 투과광도 표시소자(58)에 같이 공급되도록 도 3에 도시된 바와 같이 제2 이색성 필터(53b)를 이용할 수 있다.
빛이 직진으로 공급되어야 하기 때문에 콜리미네이터 렌즈나 릴레이 렌즈와 같이 집광렌즈(52) 각 부재 사이 사이에 배치할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 광원(51)에서 공급되는 레이저광이 통과하는 제1 집광렌즈(52a), 제1 컬러필터(551)의 투과부(55f)를 통과한 빛이 표시소자(58)로 공급되기 전에 통과하는 제2 집광렌즈(52b)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 컬러필터(551)에서 반사된 반사광이 투과하는 제3 집광렌즈(52c) 인광 플레이트(56)에서 반사된 인광이 통과하는 제4 집광렌즈(52d), 제1 이색성 필터(53a)를 투과하는 제5 집광렌즈(52e) 및 제2 컬러필터(552)를 투과한 빛을 집광하여 표시소자(58)로 공급하는 제6 집광렌즈(52f)를 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 광경로를 단축하여 광학계(50)에 이용되는 렌즈의 개수를 줄일 수 있어 부피를 줄일 수 있다.
또한, 인광 플레이트(56)의 구조를 휠 형상이 아닌 고정형으로 이용할 수 있어, 광학계(50)의 부피 및 구조를 단순화 할 수 있다.
또한, 컬러필터를 하나의 휠로 구현하여 복수개의 휠을 사용하는 경우 발생하는 동기화의 어려움을 해소할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (13)

  1. 레이저광을 사출하는 광원;
    상기 광원에서 사출된 레이저광을 반사하는 반사부와 투과하는 투과부를포함하는 제1 컬러필터;
    상기 제1 컬러필터에서 반사된 레이저광을 인광으로 변환하는 인광 플레이트(phosphor plate);
    상기 인광이 통과하는 다른 색상의 컬러필름을 포함하는 제2 컬러필터; 및
    상기 제1 컬러필터에서 투과한 레이저광과 상기 제2 컬러필터를 통과한 인광이 제공되어 이미지를 사출하는 표시소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러필터와 상기 제2 컬러필터는 하나의 원판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컬러필름은 상기 제1 컬러필터의 반사부에 상응하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 컬러필터는 상기 원판의 중심에서 제1 거리에 배치된 반사부와 투과부를 포함하고,
    상기 제2 컬러필터의 상기 컬러필름은 상기 원판의 중심에서 제2 거리에 배치된 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 컬러필터의 상기 반사부는 상기 제2 컬러필터의 상기 컬러필름과 중첩 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인광 플레이트는 회전하는 원판 상에 중심에서 동일거리에 위치하는 인광물질을 포함하고,
    상기 인광물질의 종류는 하나 또는 두 종류인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인광 플레이트는 상기 레이저광을 상기 인광으로 전환하여 반사하는 인광물질이 도포된 고정형 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러필터에서 반사된 레이저광과 상기 인광 플레이트에서 반사된 인광 중 하나는 통과시키고 다른 하나는 반사하는 제1 이색성 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 컬러필터에서 투과된 레이저광은 투과하고 상기 제2 컬러필터를 통과한 인광은 투과하는 제2 이색성 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 청색광을 사출하는 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인광 플레이트는 상기 광원을 황색 또는 녹색으로 전환하는 인광물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러필터를 통과한 레이저광을 반사하여 상기 표시소자로 제공하는 제1 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러필터에서 반사된 레이저광을 반사하여 상기 인광 플레이트로 제공하는 제2 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
PCT/KR2019/013112 2019-01-22 2019-10-07 프로젝터 WO2020153573A1 (ko)

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