KR0118688Y1 - 투사기의 조명계 - Google Patents

Abstract

본 고안은 화면상의 밝기와 밝기의 균일성을 향상시킬 수 있는 액정 투사기의 조명계에 관한 것이다. 본 고안에 따른 조명계의 구성은 종래 액정 투사기의 구성(제 1도)에서 광원과 집광렌즈 또는 투사 목표물 사이에 광축을 중심으로 중심부위에 부위 굴절력을 갖고 있는 추가의 렌즈(12)를 설치한 것이 주요 특징이고, 조명계의 조건에 따라 중심으로부터의 곡률이 커지면서 굴절력이 0또는 정(+)으로 변환되는 형상의 특징을 갖는 비구면 렌즈로서, 중심부위의 부(-)의 굴절력을 갖는 부분의 직경이 램프 반사경의 직경보다 작고, 투사 목표물의 높이보다도 작은 크기를 갖도록 되어 있다.

본 고안에 의하면 투사기의 일반적인 조명계 구조에 있어서, 광원과 집광렌즈(혹은 투사목표물)사이에 공간적으로 다른 굴절력을 갖는 부의 굴절력의 렌즈를 삽입함으로써, 스크린으로 투사되는 빛의 밝기의 증대 및 화면상 밝기의 균질성을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며 이와 관련하여 광학계 길이의 설계 자유도를 증대시킬 수 있고, 또한 투사목표물에서의 광의 중심 집속도를 완화시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

투사기의 조명계

제 1 도는 종래 액정 투사기의 기본적 광학계를 나타내는 도면.

제 2 도는 아크광원의 반사경 사용시 광선의 방향과 광원으로 부터의 거리에 따른 빛의 분포특성을 설명하기 위한 도면.

제 3 도는 반사경에서 발광위치에 따른 광선의 방향을 나타낸 도면.

제 4 도는 오목렌즈 삽입시 광선의 변화를 나타낸 도면.

제 5 도는 본 고안에 따른 조명계의 구성원리를 나타낸 도면.

제 6 도는 본 고안을 적용한 액정 투사기의 광학계를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반사경 2 : 광원

4 : 집광렌즈 5 : 액정 패널

6 : 투사렌즈 12 : 부(-)의 굴절력을 갖는 렌즈

본 고안은 투사기의 조명계에 관한 것으로, 특히 화면상의 밝기와 밝기의 균일성을 향상시킬 수 있는 액정 투사기의 조명계에 관한 것이다.

일반적으로 투사기는 백색광원과, 광효율을 높여주기위한 조명계와, 투사목표물과, 이 투사 목표물을 스크린에 확대 투사하는 투사렌즈의 기본적 광학구성을 갖게 된다.

근래 사용범위가 확대되고 있는 투사기의 일예로 액정 투사기를 들 수 있다.

액정 투사기의 기본적 광학계 구성은 제 1 도에 도시된 바와 같이, 백색 발광체인 광원(2)과, 이 광원으로부터 발산되는 빛을 투사 목표물로 향하게 만드는 반사경(1)과, 자외선과 적외선을 차단하는 필터(3)와, 빛을 집광하는 집광렌즈(4), 투사 목표물로서 전기적 신호의 화상정보를 변환시켜 영상을 만드는 액정 패널(5)과, 이 패널을 투과하여 얻어지는 광학적 화상을 스크린(7)상에 확대투사 시키는 투사렌즈(6)로 이루어져 있다.

여기서, 광원(2)으로서는 근거리 아크방사 금속 할로겐 램프를 사용하며 여기서 발산되는 빛을 투사목표물로 1차 집광하는 반사경(1)으로서는 포물면 형태의 유리반사경을 사용하고 있다.

상기 액정 투사기의 광학적 동작원리를 살펴보면 다음과 같다. 약 5㎜정도의 근거리 아크튜브에서 발산된 빛은 포물면 반사경(1)에 의하여 1차집광된 형태로 목표물로 향하게 되며, 이중 열적특성을 갖는 적외선과 자외선은 필터(3)에 의하여 차단되고 가시광선만이 투과되어 목표물로 향한다. 이 빛은 집광렌즈(4)에 의하여 재집광되어 전기적 화상신호에 의해 만들어진 화상정보를 갖는 액정 패널(5)에 투과됨으로써 목표물의 화상 정보로 변환되고 다시 투사렌즈로 수렴된다. 이때, 집광렌즈(4)의 주 기능은 투과되는 빛을 투사렌즈(6)로 집속될 수 있도록 하는 것이다. 투과된 광학적 화상 정보는 투사렌즈(6)에 의하여 확대 투사되어 스크린(7)상에 영상을 맺게 된다.

여기서, 아크 광원(2)과 반사경(1)으로 이루어진 조명계의 동작 상태를 제 2 도를 참고로 설명하면 다음과 같다.

발광부, 즉 광원(2)의 양 전극의 반사경(1)에서의 위치는 반사경(1)의 중심축 선상에서 한 끝단이 반사경(1)의 촛점 F에 위치하고, 다른 한 끝은 촛점보다 큰 위치 B에 놓여 있어 반사경(1)의 반사 특성은 촛점에서 발광되는 빛은 포물면에서 반사되어 광축에 평행하게 진행되고, 촛점보다 큰 위치 B에서 발광되는 빛은 포물면에서 중심 쪽으로 반사되어 나가게 된다. 따라서 제 2 도에서 알 수 있듯이 반사경(1)에서 반사되어 나가는 빛의 광량은 반사경(1)의 끝단면으로부터 일정 거리까지는 중심부의 광량이 주변부보다 상대적으로 많게 된다. 한편, 제 3 도를 참조하면 촛점 F보다 작은 위치 A에서 발광되는 빛은 반사경(1)에 의해 발산되는 방향으로 진행함을 알 수 있다. 이 경우에 있어서, 이 발산되는 빛은 투사목표물로 입사되지 않기 때문에 광량이 손실이 많아지게 된다. 따라서 광효율을 고려하는 경우, 상기 광원(2)의 램프 발광부 위치는 제 2 도에서와 같이 놓여지는 것이 일반적이다. 이 경우에, 화면의 중심과 주변의 밝기비(uniformity)를 사람의 눈이 감지하지 못하는 수준으로 만족시켜 주기 위해서는 램프면으로부터 일정거리 이상으로 투사목표물(여기서는 액정 패널)을 놓아야 한다. 앞서 언급한 바와 같이 집광렌즈(4)의 주기능은 빛을 투사렌즈(6)로 집속시키는 것이기 때문에 상기 밝기비를 보정하는 것으로의 역할은 크지 않다.

상기한 바와 같이 종래의 조명계 구성에 있어서, 화면상의 밝기와 밝기의 균일성을 동시에 향상시키면서 투사목표물에 대한 위치설정의 자유도를 증가시키는데는 제한을 갖게 된다. 왜냐하면 투사목표물의 광원(2)으로 부터의 위치는 전제 광학계의 길이를 좌우하는 큰 요소이기 때문에 이것의 설계 자유도를 확장시키는 것이 중요한 사항이다.

보다 구체적으로 설명하면, 밝기 비를 확보하기 위해서는 광원의 발광부 위치를 변화시키든가 투사목표물의 위치를 변화시켜 주어야 하는데 이때 밝기의 손실이 발생되거나 세트의 크기가 커지게 되는 현상이 일반적으로 나타나고, 반대로 밝기나 세트 크기에 주안점을 두면 양호한 밝기비의 확보가 어렵게 되는 현상이 발생된다.

한편 중심광 집속도가 커질 경우 편광판이나 LCD의 열에 의한 손실이 발생될 소지가 많다.

따라서, 본 고안의 목적은 액정 투사기의 화면상의 밝기와 밝기비를 동시에 향상시키면서 투사목표물의 위치 설정에 자유도를 부여할 수 있도록, 종래 투사기의 조명계에서 광원과 집광렌즈 사이에 광축을 중심으로 부분적 오목렌즈 형상을 갖는 추가의 렌즈를 설치하는 조명계의 구성을 제공하는데 있다.

본 고안에 따른 조명계의 구성은 제 5 도에 나타낸 바와 같이 전술한 종래의 액정 투사기의 구성(제 1도)에서 광원(2)과 집광렌즈(4) 또는 투사 목표물 사이에 광축을 중심으로 중심부위에 부의 굴절력을 갖고 있는 추가의 렌즈(12)를 설치한 것이 주요특징이고, 조명계의 조건에 따라 중심으로부터의 곡률이 커지면서 굴절력이 0도는 정(+)으로 변환되는 형상의 특징을 갖는 비구면 렌즈로서, 중심부위의 부(-)의 굴절력을 갖는 부분의 직경이 램프 반사경의 직경보다 작고, 투사 목표물의 높이보다도 작은 크기를 갖도록 되어 있다.

이하 본 고안에 따른 조명계의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 종래에 반사경(1)에 대한 광원의 위치가 투사목표물로 수렴되도록 위치함으로써, 목표물로 입사되는 광량을 적정량으로 증가시키면, 이때 램프로부터 근접한 위치에서는 빛의 중심 집속도가 크게 된다.

여기에 제 4 도의 경우처럼 램프와 투사목표물 사이에 오목렌즈(10)를 삽입하면, 광선이 원래의 진행 방향에 대하여 광축으로부터 벗어난 방향으로 굴절되어 진행하게 되고, 따라서 부의 굴절력을 렌즈가 삽입됨으로써, 중심으로 집속되던 빛이 주변으로 퍼지는 효과를 얻게 된다. 그러나 오목렌즈의 삽입전에 목표물의 모서리부로 입사되던 빛 또한 오목렌즈가 삽입됨으로써 목표물의 모서리 밖으로 확산되기 때문에 빛의 손실이 뒤따르게 된다.

따라서 본 고안에서는 제 5 도에서 추가로 삽입되는 부의 굴절력을 갖는 렌즈(12)의 형상을 광축부에 있어서는 램프 반사경(1)의 직경과 목표물의 높이보다 작은 직경을 갖도록 부의 굴절력을 부여하고, 이보다 큰 영역에 있어서는 굴절력을 주지 않던가 혹은 극히 작은 정의 굴절력을 주도록 함으로써, 중심부의 빛은 주변부로 확산시키고 주변부로 입사되던 빛은 그대로 진행 하던가 다소 중심부로 수렴되도록 하여, 밝기의 증대 및 밝기의 균일성을 확보하도록 작용한다.

실제적으로 최적의 부의 굴절력을 갖는 렌즈의 형상 및 위치는 광학계의 설계로써 최적치를 구할 수 있을 것이다.

본 고안의 조명계 구성을 적용한 액정 투사기의 광학계를 제 6 도에 나타내었다. 5㎜ 아크튜브의 광원(2)에서 발산되는 빛은 반사경(1)에서 1차 집광되어 필터(3)를 거쳐 본 고안에 따른 부분적으로 부의 굴절력을 갖는 렌즈(12)를 투과함으로서, 집광렌즈(4)에서 액정 패널(5)과 투사렌즈(6)로 집속되는 빛의 밝기 균일성을 보정해 주고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 의하면 투사기의 일반적인 조명계 구조에 있어서, 광원과 집광렌즈(혹은 투사목표물)사이에 공간적으로 다른 굴절력을 갖는 부의 굴절력의 렌즈를 삽입함으로써, 스크린으로 투사되는 빛의 밝기의 증대 및 화면상 밝기의 균질성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이와 관련하여 광학계 길이의 설계 자유도를 증대시킬 수 있으며, 또한 투사목표물에서의 광의 중심 집속도를 완화시킴으로써, 냉각이 용이하게 되고 이에 따른 냉각팬의 용량을 줄여 소음을 줄일 수 있으며, 고온에 의한 부품의 소손을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 백색 광원과, 상기 백색 광원으로부터 발산된 빛을 목표물로 1차 집속시키는 반사경과, 상기 반사경에서 반사된 빛을 가시광선 영역만을 투과 또는 반사 시키는 필터와, 상기 필터를 통과한 빛을 재차 집속시키는 집광 렌즈로 구성되고, 상기 집광 렌즈를 투과한 빛이 필름, 액정 패널, 또는 전기적 신호를 광학적 영상신호로 변환시켜 주는 목표물로 투사되고 이 목표물에서 얻어진 광학적 영상을 투사렌즈를 통하여 스크린에 확대 투영시키는 투사기의 조명계에 있어서, 상기 반사경과 집광렌즈 사이의 광경로에 광축상을 중심으로 반사경과 목표물의 직경보다 작은 반경에서 부(-)의 굴절력을 갖고 그외의 반경에서 0의 굴절력 또는 정(+)의 굴절력을 갖는 형상의 비구면 렌즈가 설치되는 것을 특징으로 하는 투사기의 조명계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비구면 렌즈는 광축의 중심으로부터 부(-)의 굴절력과 0의 굴절력을 갖는 공간적 형상인 것을 특징으로 하는 투사기의 조명계.
3. 제 1 항에 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비구면 렌즈는 광축상 중심에 대한 원형 대칭성을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 투사기의 조명계.
4. 백색 광원과, 상기 백색 광원으로부터 발산된 빛을 목표물로 1차 집속시키는 반사경과, 상기 반사경에서 반사된 빛을 가시광선 영역만을 투과 또는 반사시키는 필터와, 상기 필터를 통과한 빛이 필름, 액정 패널, 또는 전기적 신호를 광학적 영상신호로 변환시켜 주는 목표물로 투사되고 이 목표물에서 얻어진 광학적 영상정보를 갖는 빛을 투사렌즈로 집광시키는 집광렌즈로 구성되고, 상기 집광렌즈에 의하여 수렴되는 빛을 투사렌즈를 통하여 스크린에 확대 투영시키는 투사기의 조명계에 있어서, 상기 반사경과 투사 목표물 사이의 광경로에 광축상을 중심으로 반사경과 목표물의 직경보다 작은 반경에서 부(-)의 굴절력을 갖고 그외의 반경에서 0의 굴절력 또는 정(+)의 굴절력을 갖는 형상의 비구면 렌즈가 설치되는 것을 특징으로 하는 투사기의 조명계.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 비구면 렌즈는 광축의 중심으로부터 부(-)의 굴절력과 0의 굴절력을 갖는 공간적 형상인 것을 특징으로 하는 투사기의 조명계.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 비구면 렌즈는 광축상 중심에 대한 원형 대칭성을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 투사기의 조명계.