KR20020002966A - 액정 프로젝터의 투사렌즈계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스템의 두께를 줄일 수 있도록 하는 액정 프로젝터의 투사렌즈계에 관한 것이다.

본 발명의 액정 프로젝터의 투사렌즈계는 복수개의 렌즈들로 이루어지며 투사렌즈계 내에 광경로를 변환시키기 위한 광경로변환수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 투사렌즈계의 전장길이를 줄임으로써 액정 프로젝터 시스템 두께를 줄일 수 있게 된다.

Description

액정 프로젝터의 투사렌즈계{Projection Lens System of Liquid Crystal Display Projector}

본 발명은 액정 프로젝터에 관한 것으로서, 특히 투사렌즈계의 전장길이를 줄여 전체 시스템의 두께를 줄일 수 있도록 한 액정 프로젝터의 투사렌즈계에 관한 것이다.

최근들어, 화면크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 기존의 브라운관 디스플레이를 대체하여 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이가 주목을 받고 있다. 이러한 평판 디스플레이 소자에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 프로젝터 등이 있으며 현재에는 대화면용으로 프로젝션을 이용한 디스플레이 방식이 주류를 이루고 있다. 또한, 대화면을 표시하면서 공간을 적게 차지하여 벽에 걸 수 있는 벽걸이 디스플레이 시스템에 대한 많은 요구가 있다.

프로젝터로는 소화면 구성원으로 액정패널을 이용한 액정 프로젝터가 대표적이다. 액정 프로젝터는 광원에서 나오는 광을 액정패널에 투사시키고 액정패널의 영상을 투사렌즈계를 이용하여 스크린에 결상시킴으로써 스크린에 결상된 상을 감상하게 한다. 액정패널의 영상을 직접 배면 스크린에 투사시켜서 프로젝터를 구성하면 스크린과 투사렌즈계 사이에 투사거리를 확보해야 하므로 스크린 뒤쪽으로 많은 공간이 필요하게 되어 시스템의 크기가 매우 커지게 되는 문제점이 있다. 종래의 액정 프로젝터는 통상 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 가지고 있다.

도 1에 도시된 액정 프로젝터는 조명계(11), 액정패널(12), 투사렌즈계(13)로 이루어진 광학엔진부(10)와, 전반사미러(14), 배면 스크린(15)을 구비한다. 광학엔진부(10)에서 조명계(11)는 광을 발생하여 액정패널(12)에 조사되도록 한다. 액정패널(12)은 조명계(11)로부터 입사되는 광의 투과율을 영상신호에 따라 조절함으로써 영상을 표시한다. 투사렌즈계(13)는 액정패널(12)로부터 입사된 영상을 확대투사하여 배면스크린(15)에 결상시킴으로써 시청자는 배면스크린(15)에 결상된 화상을 볼 수 있게 된다. 이 경우, 투사렌즈계(13)에 의해 투사된 영상은 전반사미러(14)에 의해 전반사되어 광의 진행 경로가 꺽이면서 배면 스크린(15) 쪽으로 진행하여 배면 스크린(15)에 결상된다. 여기서, 투사된 영상이 전반사경(14)에 의해 광의 진행경로가 꺽이지 않고 배면스크린(15)의 뒤쪽에서 바로 투사되는 경우 시스템의 두께는 매우 커지게 되므로 전반사미러(14)을 이용하여 광의 경로를 바꿈으로써 시스템 두께를 줄일 수 있게 되었다.

전반사미러(14)은 투사렌즈계(13)의 광축(A)과 적당한 각도를 유지하도록 설치된다. 그러나, 시스템의 두께를 더욱 줄이기 위해 전반사미러(14)의 경사도를 작게하여 투사렌즈계(13)를 구성하는 경우 반사면의 법선에 대한 광의 입사각 및 반사각이 동일한 원리에 의해 광학엔진부(10)의 일부 또는 전부가 배면스크린(15), 즉 시스템의 앞쪽에 위치하게 되어 배면투사 시스템이 구성되지 않게 된다. 또한, 전반사미러(14)의 경사각을 작게하고 투사렌즈계(13)를 비스듬히 투사되도록 배치하는 경우 광학계를 시스템 내에 배치시킬 수 있어 시스템의 두께를 줄일 수 있다. 그러나, 투사렌즈계(13)에서 배면스크린(15)까지의 거리가 각 위치별로 달라지게되므로 배면스크린(15)에 결상되는 위치마다 배율이 달라지게 되어 키스톤(Keystone)이 발생되고 왜곡된 영상이 결상되는 문제점이 있다. 아울러, 투사방향이 위쪽방향이므로 배면스크린(15)에서 위치별로 밝기가 다르게 되는 문제점이 있다.

이로 인하여, 종래의 액정 프로젝터는 영상이 배면스크린에 왜곡없이 투사되도록 광경로를 조절해야 하므로 투사렌즈계의 투사각도 및 배치와 전반사미러의 배치각도에 제한이 생기게 되어 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있다. 또한, 액정 프로젝션에서 광학엔진부가 가지는 고유의 길이에 의해서도 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있다. 이에 따라, 종래의 액정 프로젝션 TV 시스템은 전체적으로 시스템이 커지고 두께가 두꺼워지며 많은 공간을 차지하므로 최근들어 많이 요구되고 있는 벽걸이용 디스플레이 등과 같은 박형 디스플레이를 구현하기 어려웠다.

따라서, 본 발명의 목적은 투사렌즈계의 전장길이를 줄여 시스템의 두께를 줄일 수 있도록 한 액정 프로젝터의 투사렌즈계를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 프로젝션 텔레비젼 시스템 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 프로젝션 텔레비젼 시스템 구성을 나타낸 도면.

도 3은 도 2에 도시된 광학엔진부의 단면도.

도 4는 도 3에 도시된 투사렌즈계의 다른 실시 예에 따른 구성을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10, 18 : 광학엔진부 11: 조명계

12, 22 : 액정패널 13, 30 : 투사렌즈계

14, 40 : 전반사경 15, 50 : 배면스크린

21 : 냉각팬 23 : 편광분리프리즘

24 : 다이크로익 프리즘 32 : 전반사미러

34 : 제1군 36 : 제2군

35, 37, 39 : 이동수단

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 투사렌즈계는 복수개의 렌즈들로 이루어지며 투사렌즈계 내에 광경로를 변환시키기 위한 광경로변환수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터를 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 액정 프로젝터는 광을 발생하는 조명계와 조명계로부터 광을 받아 영상신호에 의해 영상을 표시하는 액정패널을 포함하는 제1 광학부(20)와, 제1 전반사미러(32)을 포함하여 액정패널로부터의 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈계(30)로 구성된 광학엔진부(18)와, 투사렌즈계(30)로부터의 광경로를 배면스크린(50)쪽으로 꺽어주는 제2 전반사미러(40)과, 제2 전반사미러(40)으로부터의 영상을 결상시키는 배면스크린(50)을 구비한다. 제1 광학부(20)에서 조명계는 광을 발생하여 액정패널 패널로 조사되게 한다. 액정패널은 조명계로부터 입사되는 광의 투과량을 영상신호에 따라 조절하여 영상을 표시하게 된다. 제1 전반사미러(32)에 의해 "L"자 형태를 가지는 투사렌즈계(30)는 액정패널 패널로부터 입사된 영상을 확대투사하여 배면스크린(50)에 결상시키게 된다. 투사렌즈계(30)가 "L"형태를 가짐에 따라 그의 전장길이가 축소됨으로써 광학엔진부(18)의 전장길이가 축소되게 된다. 제2 전반사미러(40)은 투사렌즈계(30)로부터의 광 진행경로를 배면스크린(50) 쪽으로 꺽어주어 광진행방향을 변환하게 된다.

"L"자형 투사렌즈계(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 광의 입사측에 배치된 제1 렌즈군과, 제1 렌즈군으로부터의 광경로를 변환시키기 위한 전반사미러(32)와,광의 출사측에 배치된 제2 렌즈군으로 구성된다. 그리고, 도 3에 도시된 광학엔진부(18)에서 제1 광학부(20)는 반사형 액정패널(22)과, 도시하지 않은 조명계로부터의 입사광을 반사형 액정패널(22)로 진행하게끔 반사시킴과 아울러 반사형 액정패널(22)로부터의 입사광을 다이크로익 프리즘(24)쪽으로 투과시키는 편광분리프리즘(23)과, 액정패널(22)과 도시하지 않은 2매의 액정패널로부터의 3원색(적, 녹, 청)의 영상을 합성하여 투사렌즈계(30)로 출사하는 다이크로익 프리즘(24)과, 열에 민감한 액정패널(22)을 냉각시키기 위한 냉각팬(21)을 구비한다. 도 3에서 제1 렌즈군과 제2 렌즈군의 광축사이의 각(θ)은 제1 렌즈군과 제2 렌즈군이 상호간섭없이 배치됨과 아울러 투사렌즈군의 전장길이가 최대한 작게 설정될 수 있도록 50°내지 90°가 적당하다. 이 경우, 제1 렌즈군과 제2 렌즈군 광축사이의 각(θ)은 배면스크린(26)의 양끝부로부터 스크린 중심까지의 거리(y0) 대 스크린 중심으로부터 광축사이의 거리(y)의 비(y0:y)와 상관관계를 가지게 된다. 다시 말하여, 제1 렌즈군과 제2 렌즈군 광축사이의 각(θ)이 90°에 가까워지는 경우 y0:y는 0에 가까워지게 되고, 50°에 가까워지는 경우 y0:y는 1에 가까워지게 된다. 그리고, 배면스크린의 중심축과 광축이 일치하지 않는 만큼 액정패널(22)은 그의 광축이 투사렌즈계(30) 광축에 대하여 수직방향으로 이동된 비대칭 형태로 배치되게 된다. 이는 배면스크린(50) 상에 균형잡힌 영상이 표시되도록 액정패널(22)의 중심영상이 배면스크린(50)의 중심(B)에 대응되도록 액정패널(22)를 배치해야하기 때문이다. 그리고, 투사렌즈계(30)의 광축이 배면스크린(50)의 중심 아래를 수직으로 지나가게 한다.

그리고, 투사렌즈계(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 그의 이동수단을 추가로 구비한다. 프로젝터에서 언더스캔을 하는 경우 시스템의 최외곽면과 액티브(Active) 영역이 포커싱(Focusing) 및 핀트(Pint)가 맞지 않아 배면스크린에 결상된 화상의 선명도가 떨어지는 경우가 발생하게 된다. 이 경우, 투사렌즈계(30)의 초점거리를 조절하기 위하여, 투사렌즈계(30)에서 전반사미러(32)를 기준으로 분리된 제1 렌즈군(34)과 제2 렌즈군(36) 각각에 광축상에서 이동가능하게 하는 이동수단(35, 37)을 설치하게 된다. 이에 따라, 배면스크린(50)에 투영된 화상이 포커스 등이 맞이 않아 선명도가 떨어지는 경우 투사렌즈계(30)의 제1 렌즈군(34)과 제2 렌즈군(36)을 광축상에서 이동하여 포커스를 조정함으로써 선명한 화상을 표시할 수 있게 된다. 또한, 투사렌즈계(30)의 제1 및 제2 렌즈군(34, 36) 각각을 이동시키는 수단 대신 투사렌즈계(30) 전체를 광축상에서 이동가능하게 하는 이동수단(39)을 설치할 수도 있다. 이 경우에도 투사렌즈계(30)를 광축을 따라 이동함으로써 포커스 불일치 등에 의한 선명도 저하를 방지할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 투사렌즈계는 전반사미러를 더 구비하여 "L"자 형태로 구성되어 투사렌즈계의 전장길이, 즉 광학엔진부의 전장길이가 축소되게 함으로써 그 만큼 시스템의 두께를 줄일 수 있게 한다. 또한, 투사렌즈계의 이동수단을 다 구비하여 포커스 불일치 등에 의한 선명도 저하를 방지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 투사렌즈계는 "L"자 형태로 구성되어 투사렌즈계의 전장길이가 축소되게 하여 그를 포함하는 광학엔진부, 나아가 전체 시스템의 두께를 줄일 수 있게 한다. 또한, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 투사렌즈계는 투사렌즈계 전체 또는 전반사미러를 기준으로 분리된 제1 렌즈군과 제2 렌즈군 각각의 이동수단을 채용함으로써 포커스 불일치 등에 의한 선명도 저하를 방지할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (4)

1. 복수개의 렌즈들과,

   상기 렌즈들 사이에서 광경로를 변환시키기 위한 광경로변환수단을 구비하는 것을 특징으로 액정 프로젝터의 투사렌즈계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 렌즈들은 광의 입사측에 위치하는 제1 렌즈군과, 광이 출사되는 쪽에 위치하는 제2 렌즈군으로 구성되고,

   상기 광경로변환수단은 상기 제1 렌즈군으로부터의 입사광을 전반사시키기 위한 전반사미러인 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 투사렌즈계.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군을 그의 광축상에서 위치조절가능하게 하는 위치조절수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 투사렌즈계.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 투사렌즈계를 광축상에서 위치조절가능하게 하는 위치조절수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 투사렌즈계.