KR100234303B1 - 반사형 프로젝트장치 - Google Patents

Abstract

광원에서 출사된 광을 모두 이용하여 스크린에 투사되는 광의 밝기를 높일 수 있도록 된 반사형 프로젝트장치가 개시되어 있다.

이 개시된 장치는, 광을 생성 투사하는 광원과; 광경로 상에 배치되어 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 제1광선과 제2광선으로 분기시키는 제1편광빔스프리터와; 광경로 상에 회전 가능하게 설치되어, 제1광선과 제2광선 각각으로부터 순차적으로 칼라을 선택 투과시키는 칼라휠과; 광경로 상에 배치되어 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 제1 및 제2광선의 진행경로를 변환하는 제2 및 제3 편광빔스프리터와; 제2편광빔스프리터 주변에 배치되어, 입사된 제1광선으로부터 각 화소별로 편광방향을 선택하여 화상을 생성하는 제1반사형 액정표시소자와; 제3편광빔스프리터 주변에 배치되어, 입사된 제2광선으로부터 각 화소별로 편광방향을 선택하여 화상을 생성하는 제2반사형 액정표시소자와; 제1 및 제2반사형 액정표시소자 각각에서 반사되고, 제2 및 제3편광빔스프리터를 경유하여 일방향으로 입사된 광이 스크린으로 향하도록 입사광을 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.

Description

반사형 프로젝트장치

본 발명은 반사형 화상생성수단을 이용한 반사형 프로젝트장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광원에서 출사된 광의 이용효율을 높여 스크린에 투사되는 광의 밝기를 높일 수 있도록 된 반사형 프로젝트장치에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝터장치는 화상생성수단에서 생성된 화상을 별도의 광원을 이용하여 스크린에 투영함으로써 화상을 제공하는 장치이다. 이 프로젝터장치는 상기한 화상생성수단의 형태에 따라 투광형과 반사형으로 구분된다.

도 1은 종래의 반사형 프로젝터장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다. 도시된 바와 같이, 광을 생성 조사하는 광원(10)과, 입사광선중 소정 색을 선택 투과시키는 칼라휠(30)과, 상기 칼라휠(30)의 전,후방 광축 상에 각각 배치된 집속렌즈유니트(21)(23)와, 입사광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터(40)와, 입사광을 선택적으로 반사시켜 화상을 생성하는 반사형 표시소자(50) 및 입사광을 스크린(미도시)에 투사시키는 투사렌즈유니트(60)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(10)은 메탈 할라이드, 크세논 등의 광을 생성하는 램프(11)와, 이 램프(11)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 오목반사경(13)으로 구성된다.

상기 칼라휠(30)은 상기 집속렌즈유니트(21)(23) 사이의 광경로 상에 배치되며, 등분 배치된 적(R), 녹(G), 청(B) 삼색의 칼라필터(31)와, 이 칼라필터(31)를 회전구동시키는 구동모터(33)로 구성된다.

상기 반사형 표시소자(50)의 응답속도에 따라서 상기 칼라휠(30)의 적, 녹, 청 중 어느한 색이 광경로 상에 배치되며, 적, 녹, 청 삼색이 순차로 중첩되어 한 화면을 구성한다.

상기 집속렌즈유니트(21)(23)은 상기 광원(10) 쪽에서 입사된 광을 집속 및 발산시켜 상기 편광빔스프리터(40)에 평행광이 입사되도록 한다.

상기 편광빔스프리터(40)는 상기 집속렌즈유니트(23)와 반사형 표시소자(50) 사이의 광경로 상에 배치되며, 그 경면에서 입사광의 편광성분에 따라 투과 및 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시킨다. 즉, 상기 광원(10)쪽에서 입사되는 광은 그 편광성분 즉, P편광인지 S편광인지에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킨다. 도 1은 상기 편광빔스프리터(40)를 투과한 광을 유효광으로 이용한 예를 나타내었다. 상기 반사형 표시소자(50)로는 2차원 어레이 구조를 갖는 응답속도 특성이 뛰어난 강유전체 액정표시소자(FLCD: Ferroelectric Liquid Crystal Display)가 채용된다. 이 반사형 표시소자(50)는 2차원 어레이 구조의 다수의 반사영역을 가지며, 각각 독립적으로 구동되어 입사광의 편광방향을 변조시킴에 의해 화상을 형성한다.

상기 반사형 표시소자(50)에 입사된 광은 재반사되어 상기 편광빔스프리터(40)에 입사된다. 이때, 상기 편광빔스프리터(40)로 재입사되는 광은 상기 반사형 표시소자(50)에 의해 그 편광방향이 90도 바뀌게 되고, 상기 편광빔스프리터(40)에서 전반사되어 상기 투사렌즈 유니트(60) 쪽으로 향한다. 이 광은 상기 투사렌즈 유니트(60)를 투과하여 스크린(미도시)에 투사된다.

상기한 바와 같이, 구성된 종래의 반사형 프로젝트장치는 광경로 상에 칼라휠(30)를 구비하여 칼라를 구현함으로써, 스크린에 삼색을 순차로 조사하여 한 화면을 구현한다. 그러므로, 이론상 광원에서 출사된 광량의 1/3에 해당하는 광효율을 가지므로, 밝기가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 편광빔스프리터(40)에서 입사광선 중 1/2 광만을 유효광으로 사용하므로 광 이용효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서 광효율이 개선되도록 광원에서 조사된 P편광의 광과 S편광의 광을 모두 이용하여 광이용효율을 높일 수 있도록 구조가 개선된 반사형 프로젝트장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

110...광원 111...램프

113...오목반사경 121...제1편광빔스프리터

123...반사미러 131,133...제1집속렌즈유니트

135,137...제2집속렌즈유니트 140...칼라휠

141...칼라필터 143...구동원

151...제2편광빔스프리터 153...제3편광빔스프리터

161...제1반사형 액정표시소자 163...제2반사형 액정표시소자

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광을 생성 투사하는 광원과; 광경로 상에 배치되어 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 제1광선과 제2광선으로 분기시키는 제1편광빔스프리터와; 광경로 상에 회전 가능하게 설치되어, 제1광선과 제2광선 각각으로부터 순차적으로 칼라을 선택 투과시키는 칼라휠과; 광경로 상에 배치되어 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 제1 및 제2광선의 진행경로를 변환하는 제2 및 제3 편광빔스프리터와; 상기 제2편광빔스프리터 주변에 배치되어, 입사된 제1광선으로부터 각 화소별로 편광방향을 선택하여 화상을 생성하는 제1반사형 액정표시소자와; 상기 제3편광빔스프리터 주변에 배치되어, 입사된 제2광선으로부터 각 화소별로 편광방향을 선택하여 화상을 생성하는 제2반사형 액정표시소자와; 상기 제1 및 제2반사형 액정표시소자 각각에서 반사되고, 상기 제2 및 제3편광빔스프리터를 경유하여 일방향으로 입사된 광이 스크린으로 향하도록 입사광을 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 반사형 프로젝트장치는 광을 생성 투사하는 광원(110)과, 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시키는 제1, 제2 및 제3편광빔스프리터(121)(151)(153)와, 광경로 상에 회전 가능하게 설치되어 순차적으로 칼라을 선택 투과시키는 칼라휠(140)과, 화상을 생성하는 제1 및 제2반사형 액정표시소자(161)(163) 및 입사광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트(170)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(110)은 광을 생성하는 램프(111)와, 이 램프(111)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 오목반사경(113)을 포함한다. 상기 오목반사경(113)은 상기 램프(111)의 위치를 일 초점으로 하고 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 하는 타원경이거나, 상기 램프(111)의 위치를 일 초점으로 하고 이 램프(111)에서 출사되고 상기 오목반사경(113)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경일 수 있다.

상기 제1편광빔스프리터(121)는 상기 광원(110)에서 조사된 광을 편광성분 즉, S편광인지 P편광인지에 따라 투과 또는 반사시켜 제1광선과 제2광선으로 분기시킨다. 즉, 제1광선은 상기 제1편광빔스프리터(121)를 투과하여 진행하는 광선이고, 상기 제2광선은 상기 제1편광빔스프리터(121)에서 반사되어 진행하는 광선이다.

상기 제2광선이 상기 제1광선에 평행하게 진행하도록 상기 제1편광빔스프리터(121) 주변에 반사미러(123)가 설치된다.

상기 제1광선은 상기 칼라휠(140)을 경유하여 상기 제2편광빔스프리터(151)에 입사되고, 상기 반사미러(123)에 의해 상기 제1광선과 평행하게 진행하는 제2광선은 상기 칼라휠(140)을 경유하여 상기 제3편광빔스프리터(153)에 입사된다.

상기 칼라휠(140)은 등분 배치된 적(R), 녹(G), 청(B) 삼색의 칼라필터(141)와, 이 칼라필터(141)를 회전구동시키는 구동원(143)으로 구성된다. 따라서, 제1 및 제2광선 각각이 통과하는 광경로 상에 위치된 칼라필터(141)의 색에 따라 투과하는 광의 칼라가 결정된다.

상기 제2편광빔스프리터(151)는 입사된 제1광선이 상기 제1반사형 액정표시소자(161)로 향하도록 안내하고, 상기 제1반사형 액정표시소자(161)에서 생성된 화상이 상기 투사렌즈유니트(170)로 향하도록 안내한다.

상기 제3편광빔스프리터(153)는 입사된 제2광선이 상기 제2반사형 액정표시소자(163)로 향하도록 안내하고, 상기 제2반사형 액정표시소자(163)에서 생성된 화상이 상기 투사렌즈유니트(170)로 향하도록 안내한다.

여기서, 상기 제1 및 제2광선이 투과하는 광경로 각각에는 상기 제2 및 제3편광빔스프리터(161)(163) 각각에 평행광이 입사되도록 하는 집속렌즈유니트(130)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 집속렌즈유니트(130)는 상기 제1편광빔스프리터(121)와 상기 제2편광빔스프리터(151) 사이의 광경로 상에 배치된 제1집속렌즈유니트(131)(133)와, 상기 반사미러(123)와 상기 제3편광빔스프리터(153) 사이의 광경로 상에 배치된 제2집속렌즈유니트(135)(137)로 구성되며, 상기한 바와 같이, 제2 및 제3편광빔스프리터(151)(153)에 평행광이 입사되도록 하는 역할 이외에 상기 칼라휠(140) 투과시 제1 및 제2광선을 집속시키는 역할도 수행한다.

상기 제1반사형 액정표시소자(161)는 이차원 어레이 구조를 갖는 수십만 이상의 화소로 구성되어 있으며, 각 화소에 인가된 신호에 의해 편광방향을 변조시킨다. 이 제1반사형 액정표시소자(161)는 상기 제2편광빔스프리터(151)의 일 출사면에 대향되게 배치되며, 각 화소별로 독립적으로 구동된다. 즉, 구동전압의 인가 유무에 따라 각 화소별로 선택적으로 편광방향이 바뀐채로 상기 제2편광빔스프리터(153)로 진행한다. 따라서, 상기 제1반사형 액정표시소자(161)에서 반사되고 상기 제2편광빔스프리터(151)로 입사된 광중, 편광방향이 바뀐 광 만이 상기 투사렌즈 유니트(170) 쪽으로 진행하게 된다. 도 2에 있어서, 상기 제1반사형 액정표시소자(161)가 상기 제2편광빔스프리터(151)의 경면을 투과한 광에 대해 편광방향을 바꿀 수 있도록 배치된 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 제2편광빔스프리터(151)의 경면에서 반사된 광에 대해 편광방향으로 바꿀 수 있도록 배치될 수도 있다.

상기 제2반사형 액정표시소자(163)는 상기 제1반사형 액정표시소자(161)와 동일한 구성을 가지며, 상기 제3편광빔스프리터(153) 주변에 배치된다. 도 2에 있어서, 상기 제2반사형 액정표시소자(163)가 상기 제3편광빔스프리터(153)의 경면에서 반사된 광의 경로 상에 배치된 예가 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 제3편광빔스프리터(153)의 경면을 투과한 광의 경로 상에 배치될 수 도 있다. 물론, 이 경우 상기 제3편광빔스프리터(153)의 편광 특성 또한 바뀌어야 한다.

상기 제1 및 제2반사형 액정표시소자(161)(163) 각각은 상기 칼라휠(140)의 회전에 맞물려 칼라화상을 구현할 수 있도록 응답속도 특성이 뛰어난 강유전체 액정표시소자(FLCD: Ferroelectric Liquid Crystal Display)인 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2반사형 액정표시소자(161)(163)는 각 프레임의 화상을 생성시 두 필드로 나뉘어 구동된다.

예를 들어, 상기 제1반사형 액정표시소자(161)는 각 프레임의 첫 번째 필드에서 화상을 생성하고, 두 번째 필드에는 상기 투사렌즈 유니트(170) 방향으로 향하는 광이 없도록 모든 화상영역에 전압이 인가되지 않는다. 반면, 상기 제2반사형 액정표시소자(163)는 각 프레임의 두 번째 필드에서 화상을 생성하고, 첫 번째 필드에는 모든 화상영역에 전압이 인가되지 않는다. 여기서, 각 프레임에 대하여, 상기 제1반사형 액정표시소자(161)의 첫 번째 필드에 의해 형성된 화상과, 상기 제2반사형 액정표시소자(163)의 두 번째 필드에 의해 형성된 화상이 동일하도록 상기 제1 및 제2반사형 액정표시소자(161)(163)는 상호 동기되어 구동된다.

이와 같이, 상호 동기되어 구동되는 제1 및 제2반사형 액정표시소자(161)(163)를 이용하여, 한 프레임의 두 필드 모두에 대해 화상을 스크린에 투영시킴으로써, 광효율을 대폭 증대 시킬 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 동작을 설명한다.

여기서, 상기 제1 내지 제3편광빔스프리터(121)(151)(153)로 모두 입사광선 중 P편광의 광은 투과시키고, S편광의 광은 반사시키는 편광특성을 갖는 편광빔스프리터를 채용하고, 제1반사형 액정표시소자(161)는 제2편광빔스프리터(151)의 경면을 투과한 광선에 대해 동작하고, 제2반사형 액정표시소자(163)는 제3편광빔스프리터(153)의 경면에서 반사된 광선에 대해 동작하는 예를 나타내였다.

광원(110)에서 조사된 광은 그 편광성분에 따라 제1편광빔스프리터(121)에서 투과 또는 반사되어 제1 및 제2광선으로 분기된다.

서로 다른 편광의 제1 및 제2광선 각각은 칼라휠(140)을 투과하면서, 순차적으로 서로 다른 칼라를 선택한다. 한 프레임의 화면은 상기 칼라휠(140)의 일회전에 따라 순차로 광축상에 위치되는 적(R), 녹(G), 청(B) 색의 칼라를 중첩시킴에 의해 구현된다.

상기 제1광선 즉, P편광의 광은 상기 제2편광빔스프리터(151)의 경면을 투과하여 상기 제1반사형 액정표시소자(161)에 입사된다. 이 제1반사형 액정표시소자(161)에 입사된 광선은 각 화소별로 그 편광방향이 선택되어, 화상을 구현하고자 하는 화소에 대해서 그 편광성분이 S편광으로 바뀌게 되고, 상기 제2편광빔스프리터(151)로 재입사된다. 이 입사된 광선은 상기 제2편광빔스프리터(151)에서 반사되어 상기 투사렌즈유니트(170)쪽으로 향한다.

상기 제2광선 즉, S편광의 광은 상기 제1광선과 나란하게 진행하여 상기 제3편광빔스프리터(153)의 경면에서 반사되어 상기 제2반사형 액정표시소자(163)에 입사된다. 이 제2반사형 액정표시소자(163)에 입사된 광선은 각 화소별로 그 편광방향이 선택되어, 화상을 구현하고자 하는 화소에 대해서 그 편광성분이 P편광으로 바뀌게 되고, 상기 제3편광빔스프리터(153)로 재입사된다. 이 입사된 광선은 상기 제3편광빔스프리터(153) 및 제2편광빔스프리터(151)를 투과하여 상기 투사렌즈유니트(170)쪽으로 향한다. 상기 투사렌즈유니트(170)는 입사된 광을 스크린(미도시)쪽으로 확대 투과시킨다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치는 칼라휠을 사용하여 간단한 구조의 광학계로 칼라화상을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 두 편광성분의 광을 모두 이용함으로써 광 이용효율을 높일 수 있다.

Claims (4)

1. 광을 생성 투사하는 광원과;

   광경로 상에 배치되어 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 제1광선과 제2광선으로 분기시키는 제1편광빔스프리터와;

   광경로 상에 회전 가능하게 설치되어, 제1광선과 제2광선 각각으로부터 순차적으로 칼라을 선택 투과시키는 칼라휠과;

   광경로 상에 배치되어 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시켜 제1 및 제2광선의 진행경로를 변환하는 제2 및 제3 편광빔스프리터와;

   상기 제2편광빔스프리터 주변에 배치되어, 입사된 제1광선으로부터 각 화소별로 편광방향을 선택하여 화상을 생성하는 제1반사형 액정표시소자와;

   상기 제3편광빔스프리터 주변에 배치되어, 입사된 제2광선으로부터 각 화소별로 편광방향을 선택하여 화상을 생성하는 제2반사형 액정표시소자와;

   상기 제1 및 제2반사형 액정표시소자 각각에서 반사되고, 상기 제2 및 제3편광빔스프리터를 경유하여 일방향으로 입사된 광이 스크린으로 향하도록 입사광을 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2반사형 액정표시소자는 강유전성 액정표시소자인 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2광선이 진행하는 광경로 상에 배치되어 상기 제2 및 제3편광빔스프리터 각각에 평행광선이 입사되도록 하는 집속렌즈유니트가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2반사형 액정표시소자 각 프레임의 화상생성시 두 필드로 나누어 구동되며,

   각 프레임에 대한 일 필드에서는 상기 제1반사형 액정표시소자에 의해 화상이 생성되고, 다른 필드에서는 상기 제2반사형 액정표시소자에 의해 화상이 생성되도록 상기 제1 및 제2 반사형 액정표시소자 각각은 선택적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.

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