KR20020076431A - 단판식 프로젝션시스템의 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단판식 프로젝션 시스템의 광학계에 관한 것으로서, 광을 조사하는 램프와, 상기 램프로부터 조사된 광을 균일하게 하는 플라이아이렌즈와, 상기 플라이아이렌즈로부터 균일화된 광을 S파에서 P파로 변환시키는 폴라라이징 컨버젼 시스템과, 상기 폴라라이징 컨버젼 시스템에 의해 광변환 된 광을 각각의 R/G/B광으로 분리하고 그 분리된 광들을 소정의 간격을 두고 평행하게 조사시키는 광분리수단과, 상기 광분리수단에 의해 분리 조사되는 광을 모아주는 릴레이렌즈와, 상기 광분리수단에 의해 분리되어 출사되는 각각의 광 축 상에 설치되어 그 분리된 광들을 소정의 각도로 편향시키는 다수의 폴리건미러와, 상기 폴리건미러를 통해 편향되어 조사되는 광을 받아 컬러 화상에 필요한 광으로 투광 조절하여 되 반사시키는 액정패널과, 상기 폴리건미러에 의해 편향된 광들을 상기 액정패널로 통과시키고 상기 액정패널에 의해 광 변환된 광을 받아 소정의 방향으로 반사시키는 폴라라이징 빔 스프리터로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성함에 따라 램프로부터 출사되는 광이 손실되는 것을 줄이게 되어 최대 광효율을 1로 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 광효율을 향상시킴에 따라 액정패널의 구동효율을 동시에 향상시킬 수 있게 된다.

Description

단판식 프로젝션시스템의 광학계{Optical Apparatus of One Panel Projection System}

본 발명은 단판식 액정프로젝터의 광학계에 관한 것으로서, 특히, 광분리기에 의해 각각의 R,G,B광으로 분리해 내고, 그 분리된 각각의 광을 폴리건미러를 이용해 동시에 주사하도록 구현함에 따라 광효율을 향상시키는 단판식 프로젝션 시스템의 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, 액정프로젝터는 액정패널을 광스위칭소자로 하여, 액정패널상의 화상을 투사 광학계에 의해 스크린 상에 확대 투사하는 기계를 의미하는 것으로서, 상기 액정패널은 크게 투과형(Transmissive) 타입과, 반사형(Reflective)타입으로 분류된다. 투과형 타입으로는 저온 폴리 실리콘 LCD(Poly-Si LCD)이 많이 사용되고 있으며, 반사형 타입으로는 LCOS와 DMD(Digital Mirror Device)등이 주로 적용되고 있다.

상기 LCOS(Liquid Crystal On Silicon)는 1.0″이하의 소형 사이즈에 XGA(Extended Graphics Array)급 이상의 고해상도 디스플레이를 실현 할 수 있는 장점을 가진 마이크로디스플레이의 일종으로서 최근 들어서 기술개발과 상품화가 급진전되고 있는 표시소자이며, LCOS에서 풀 컬러를 표시하기 위해 기존에는 모노액정판을 3개 사용한 3판식 액정프로젝터나, 컬러분리수단을 구비시켜 1개의 액정판을 사용한 단판식 액정프로젝터가 사용되어 왔다.

상기 3판방식의 액정프로젝터는 모노액정패널을 R,G,B의 광로에 3장을 사용하여 램프로부터 발광된 백색광을 다이크로익미러를 통해 R,G,B로 분리한 후 각 광로에 배치되어 있는 모노액정패널을 통과하여 다시 다이크로익미러에 의해 재합성시켜 투사렌즈를 통해 스크린에 투사하는 방식이다.

상기 단판식 액정프로젝터는 액정패널을 1장 사용하여 램프에서 발산된 백색광을 R,G,B광으로 분리하여 상기 액정패널을 통과시켜 액정패널에 맺혔던 화상을투사렌즈를 통해 확대 투사하는 방식에 의한 것으로서, 종래에는 그 컬러를 분리시키는 수단으로 컬러 휠(Color Wheel), 컬러스위치(Color Switch), 필립스 프리즘(Philips Prism)등이 사용된다.

상기 컬러 휠은 도 1에 도시된 바와 같이 R/G/B컬러분리영역이 하나의 원판 형태로 이루어져 도시되지 않은 구동수단에 의해 고속으로 회전되어 램프로부터 조사되는 백색광을 R/G/B광을 분리시켜 액정패널에 순차적으로 조사시키도록 구성된다.

그러나, 상기 컬러 휠은 상술한 바와 같이 각각의 R/G/B컬러분리영역을 통해 R/G/B광으로 분리된 후 액정패널에 순차적으로 조사됨에 따라 이상적인 조건에서도 그 최대 광효율이 1/3에 불과하다는 문제점이 있다.

즉, R/G/B광 중 선택된 하나의 광만 투과되고 나머지 광은 반사되어 다시 램프로 돌아가게 됨에 따라 결국 2/3의 빛이 손실이 되어 광효율이 그 만큼 낮아지게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 광원으로부터 조사되는 광을 각각의 R/G/B광으로 분리시킨 후 그 분리된 광을 폴리건미러를 사용하여 동시에 주사시키도록 함에 따라 광효율 향상시키는 단판식 프로젝션 시스템의 광학계를 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 단판식 프로젝션 시스템의 광학계는 광원을 조사하는 램프와, 상기 램프로부터 조사된 광을 균일하게 하는 플라이아이렌즈와, 상기플라이아이렌즈로부터 균일화된 광을 S파에서 P파로 변환시키는 폴라라이징 컨버젼 시스템과, 상기 폴라라이징 컨버젼 시스템에 의해 광변환 된 광을 각각의 R/G/B광으로 분리하고 그 분리된 광들을 소정의 간격을 두고 평행하게 조사시키는 광분리수단과, 상기 광분리수단에 의해 분리 조사되는 광을 모아주는 릴레이렌즈와, 상기 광분리수단에 의해 분리되어 출사되는 각각의 광 축 상에 설치되어 그 분리된 광들을 소정의 각도로 편향시키는 다수의 폴리건미러와, 상기 폴리건미러를 통해 편향되어 조사되는 광을 받아 컬러 화상에 필요한 광으로 투광 조절하여 되 반사시키는 액정패널과, 상기 폴리건미러에 의해 편향된 광들을 상기 액정패널로 통과시키고 상기 액정패널에 의해 광 변환된 광을 받아 소정의 방향으로 반사시키는 폴라라이징 빔 스프리터로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 프로젝션 시스템에 적용되는 컬러 휠의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 단판식 프로젝션 시스템의 광학계의 구성을 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 램프3 : 플라이아이렌즈

5 : 폴라라이징컨버젼시스템7a,7b,7c : 릴레이렌즈

10 : 광분리수단11 : 엑스큐브

11a,11b : 반사면13,15 : 미러

21 : 액정패널23 : 폴라라이징빔스프리터

25 ; 투사렌즈

이하, 첨부도면 도 2를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

상기 도면에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 의한 단판식 프로젝션 시스템의 광학계는 광원을 조사하는 램프(1)와, 상기 램프(1)로부터 출사되는 광을 균일하게 해주는 플라이아이렌즈(3)와, 상기 플라이아이렌즈(3)를 통해 균일화된 광을 S파에서 P파로 전환시키는 폴라라이징 컨버젼 시스템(5)과, 상기 폴라라이징 컨버젼 시스템(5)에 의해 변환된 광을 받아 각각의 R/G/B광으로 분리시킨 후 그 분리된 광을 평행하게 조사시키는 광분리수단(10)과, 상기 광분리수단(10)에 의해 분리된 각각의 광을 모아주는 릴레이렌즈(7a,7b,7c)와, 상기릴레이렌즈(7a,7b,7c)를 통해 조사되는 광을 받아 고속으로 회전되어 소정의 방향으로 편향시키는 다수개의 폴리건미러(9a,9b,9c)와, 상기 폴리건미러(9a,9b,9c)를 통해 편향되어 조사되는 광을 받아 컬러화상에 필요한 광으로 재현하는 액정패널(21)과, 상기 폴리건미러(9a,9b,9c)를 통해 입사되는 광 축상의 액정패널(21) 전면측에 설치되어 상기 폴리건미러(9a,9b,9c)를 통해 편향된 P파성분의 광을 상기 액정패널(21)로 통과시키고, 상기 액정패널(21)에 의해 광 변환되어 되 반사되는 S파광을 소정의 방향으로 반사시키는 폴라라이징빔스프리터(23)와, 상기 폴라라이징빔스프리터(23)를 통해 반사되어 나오는 광을 받아 도시되지 않은 스크린 상에 확대 조사시키는 투사렌즈(25)로 구성된다.

상기 광분리수단(10)은 상기 램프(1)로부터 조사되는 광 중 특정광은 통과시키며 또 다른 특정광을 반사시키도록 복수개의 반사면(11a,11b)이 크로스되게 구성된 엑스큐브(11)와, 상기 각 반사면(11a,11b)을 통해 반사된 빛을 받아 소정의 방향으로 또다시 반사시키도록 상기 각각의 반사면(11a,11b)과 평행하게 설치된 복수개의 미러(13,15)로 구성된다.

상기 폴리건미러(9a,9b,9c)는 그 회전축(9a′,9b′,9c′)의 위치가 소정의 간격(d)을 두도록 설치되어 편향 조사되는 각각의 광들이 폴리건미러에 의해 차단되는 것을 방지하도록 한다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 단판식 프로젝션 시스템용 광학계의 동작원리에 대해서 설명한다.

먼저, 광원(1)으로부터 고휘도의 백색광이 조사되고, 그 광은 플라이아이렌즈(3)를 통과하면서 균일하게 된다.

그후 폴라라이징 컨버젼 시스템(Polarizing Conversion System)(5)에 의해 S파 광이 P파광으로 변환되고, 그 변환된 P파광은 광분리수단(10)에 의해 각각의 R/G/B광으로 분리된다.

그에 대해 상세히 설명하면, 먼저, 상기 폴라라이징 컨버젼 시스템(5)으로부터 P파광으로 변환된 광 중 G광은 엑스큐브(11)를 그대로 통과하고, R광은 반사면(11a)에 의해 일점쇄선으로 표시된 화살표 방향을 따라 반사되어 상기 반사면(11a)과 평행하게 설치된 미러(15)를 통해 소정의 방향으로 다시 반사된다.

또한, B광은 반사면(11b)에 의해 점선 화살표 방향으로 반사되고, 그 반사된 빛은 상기 반사면(11b)과 평행하게 설치된 미러(13)에 의해 다시 반사된다.

상술한 바와 같이 엑스큐브(11)에 의해 분리된 각 R/G/B광은 소정의 간격(d)을 두고 그 각각의 광축이 평행하게 분리 조사되고, 그 조사된 R/G/B 광은 릴레이렌즈(7a,7b,7c)를 통과하면서 집광된다.

그 집광된 광은 고속으로 회전하는 폴리건미러(9a,9b,9c)에 의해 소정의 방향으로 편향되어 조사된다. 이때, 상기 폴리건미러(9a,9b,9c)는 그 각 회전축(9a′,9b′,9c′)이 소정의 간격(d)을 이루도록 설치됨에 따라 편향 조사되어 나가는 각각의 R/G/B광이 가려지는 것이 방지된다.

상기 각각의 폴리건미러(9a,9b,9c)에 의해 편향 조사된 P파광은 폴라라이징 빔 스프리터(23)를 통과하여 액정패널(21)로 입사된다.

상기 액정패널(21)로 입사된 광은 상기 액정패널(21)에 의해 투광 조절된 후되 반사되어 나옴으로써 컬러화상에 필요한 광으로 재현되어 나오게 된다. 그 재현된 광은 다시 상기 폴라라이징 빔 스프리터(23)에 의해 소정의 방향으로 반사되어 투사렌즈(25)로 입사되고, 상기 투사렌즈(25)로 입사된 광은 그 상이 확대 투사되어 스크린 상에 맺혀 화상을 표현하게 되는 것이다.

상기와 같이 광분리수단(10)에 의해 분리된 각각의 R/G/B광을 폴리건미러(9a,9b,9c)를 통하여 한꺼번에 액정패널(21)에 주사하게 됨에 따라 컬러 휠을 사용하여 광을 분리하여 하나의 광을 순차적으로 주사시켜 그 최대 광효율이 1/3에 불과했던 종래의 구조에 비해 광효율을 1로 향상시키게 되는 것이다.

더불어, 상기와 같이 분리된 R/G/B광을 한번에 주사하도록 구현함에 따라 컬러 휠에 의해 각 광을 따로 따로 주사시켰던 구조에 비해 액정패널의 응답속도를 빠르게 할 수 있게 되어 그 만큼 액정패널의 구동효율을 높일 수 있게 된다.

참고로, 상기 컬러화상에 필요한 광으로 재현된다는 의미는 상기 액정패널(21)의 각 화소가 시그널이 온·오프됨에 의해 조절되게 된다.

즉, 상기 시그널 온 상태의 화소로 입사된 광은 S파로 변환됨에 따라 상기 폴라라이징빔스프리터(23)에 의해 반사되어 투사렌즈(25)로 입사되고, 시그널 오프 상태의 화소로 입사된 광은 그 위상이 변환되지 않고 P파광으로 되반사 됨에 따라 상기 폴라라이징빔스프리터(23)를 통과하게 됨으로써 투사렌즈(25)로 입사되지 않게 되어 이미지를 표현하는 것을 의미한다.

상술한 구조에서 상기와 같이 폴리건미러(9a,9b,9c)를 사용하여 R/G/B광을 동시에 주사하도록 구현함에 따라 상기 액정에 도달하는 각각의 광로의 길이 차가발생하게 되는데, 이는 그 광로 상에 광로차를 보완할 수 있는 별도의 수단을 추가로 구성하여 해소시킬 수 있게 될 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 단판식 액정프로젝터의 광학계에 의하면, 엑스큐브를 이용하여 램프로부터 조사되는 광을 각각의 R/G/B광으로 분리시킨 후 그 분리된 광을 다수개의 폴리건미러를 이용하여 액정패널에 동시에 주사하도록 구현함에 따라 램프로부터 출사되는 광이 손실되는 것을 줄이게 되어 최대 광효율을 1로 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 광효율을 향상시킴에 따라 액정패널의 구동효율을 동시에 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 광원을 조사하는 램프;

   상기 램프로부터 조사된 광을 균일하게 하는 플라이아이렌즈;

   상기 플라이아이렌즈로부터 균일화된 광을 S파에서 P파로 변환시키는 폴라라이징 컨버젼 시스템;

   상기 폴라라이징 컨버젼 시스템에 의해 광변환 된 광을 각각의 R/G/B광으로 분리하고 그 분리된 광들을 소정의 간격을 두고 평행하게 조사시키는 광분리수단;

   상기 광분리수단에 의해 분리 조사되는 광을 모아주는 릴레이렌즈;

   상기 광분리수단에 의해 분리되어 출사되는 각각의 광 축 상에 설치되어 그 분리된 광들을 소정의 각도로 편향시키는 다수의 폴리건미러;

   상기 폴리건미러를 통해 편향되어 조사되는 광을 받아 컬러 화상에 필요한 광으로 투광 조절하여 되 반사시키는 액정패널;

   상기 폴리건미러에 의해 편향된 광들을 상기 액정패널로 통과시키고 상기 액정패널에 의해 광 변환된 광을 받아 소정의 방향으로 반사시키는 폴라라이징 빔 스프리터로 구성된 것을 특징으로 하는 단판식 프로젝션 시스템의 광학계.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각각의 폴리건미러는 그 회전축의 위치가 소정의 간격을 두고 설치되어각 광이 섞이는 것을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 단판식 프로젝션 시스템의 광학계.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광분리수단은 상기 램프로부터 조사되는 광 중 특정광은 통과시키며 나머지 특정광들을 반사시키도록 복수개의 반사면이 크로스되게 구성된 엑스큐브와,

   상기 반사면을 통해 반사된 빛을 받아 소정의 방향으로 또다시 반사시키도록 상기 각각의 반사면과 평행하게 설치된 복수개의 미러로 구성된 것을 특징으로 하는 단판식 프로젝션 시스템의 광학계.