KR20080024914A - 다이크로익 미러 홀딩 구조 및 이를 구비한 마이크로프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 광원들에서 나온 광 빔들을 반사시키는 다이크로익(dichroic) 미러들을 간편하고 견고하게 고정하기 위하여, 소정 파장 범위의 레이저 광을 반사시키는 다이크로익 미러가 안착되는 경사진 안착부를 지니는 하우징; 및 상기 다이크로익 미러를 상기 안착부쪽으로 밀착시키는 밀착 수단;을 포함하는 다이크로익 미러 홀딩 구조를 제공한다. 또한, 상기 다이크로익 미러 홀딩 구조를 구비한 마이크로 프로젝터를 제공한다.

Description

다이크로익 미러 홀딩 구조 및 이를 구비한 마이크로 프로젝터{Holding structure of dichroic mirrors and Micro projector comprising the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터의 개략적인 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터의 측면에서 바라본 광학계의 개략적인 배치도이다.

도 3은 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터의 다이크로익(dichroic) 홀딩 구조를 개략적으로 도시하는 측면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 다이크로익 홀딩 구조의 분해 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 다이크로익 홀딩 구조의 하우징을 상세하게 도시하는 사시도이다.

도 6은 도 4에 도시된 다이크로익 홀딩 구조에서 하우징을 제외한 다이크로익 홀딩 구조를 도시하는 도면이다.

도 7은 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터의 균일화 수단을 통과하는 광 빔의 경로를 도시하는 도면이다.

도 8a는 PBS(Polarizing Beam Splitter) 및 화상 표시패널을 입사하는 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

도 8b는 화상 표시패널에서 픽셀이 암 상태(black state)인 경우에 도 8a에서 입사된 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

도 8c는 화상 표시패널에서 픽셀이 명 상태(white state)인 경우에 도 8a에서 입사된 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

1: 마이크로 프로젝터 2: 메뉴 버튼부

3: 출사구 10: 투사 광학계

20: 조명 광학계 21, 22, 23: G 광원, R 광원, B 광원

24, 25, 26: 제1, 제2, 제3 포커싱 렌즈

27, 28, 29: 제1, 제2, 제3 미러 30: λ/2 필터

31: 반사 미러 32: 마이크로 플라이 아이 렌즈

33: 제4 포커싱 렌즈 34: 콜리메이션 렌즈

35: 균일화 수단 36: PBS(polarizing beam splitter)

37: λ/4 필터 38: 편광자

40, 140: 화면 표시패널 60: 다이크로익 미러 홀딩 구조

61: 하우징 61b, 61c: 제2 안착부, 제3 안착부

62: 홀더 65: 판 스프링

65a, 65b: 밀착부

본 발명은 다이크로익 미러 홀딩 구조 및 마이크로 프로젝터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 휴대용 멀티미디어 기기와 연결하여 외부의 스크린에 영상을 확대하여 표시하는 초소형의 마이크로 프로젝터의 레이저 광원에서 나오는 광 빔들을 반사시키는 다이크로익 미러들을 지지하는 다이크로익 미러 홀딩 구조 및 이를 구비한 마이크로 프로젝터에 관한 것이다.

프로젝터는 광 빔이 화상 표시패널에 반사하는지 투과하는지 여부에 따라 반사형 프로젝터와 투사형 프로젝터로 구분된다. 또한, 프로젝터는 사용되는 화상 표시패널의 개수에 따라 단판식, 2판식 및 3판식 프로젝터로 구분될 수 있다. 또한, 광원의 종류에 따라 램프 광원을 사용하는 프로젝터와 레이저 광원을 사용하는 프로젝터로 구분될 수 있다.

램프 광원을 사용하는 프로젝터는 크기가 상당히 커서 휴대하기가 힘들다. 이를 극복하기 위하여 최근에는 레이저 광원을 이용한 프로젝터의 개발이 많이 진행되고 있다.

최근에 디지털 카메라, 디지털 캠코더, PMP(portable media player), PSP, 랩톱 컴퓨터 및 휴대폰과 같은 휴대용 멀티미디어 기기가 많이 사용되고 있다. 이 같은 휴대용 멀티미디어 기기의 활용도가 높아지면서 다른 사람과 함께 활용할 경우가 많아지고 있다. 특히, 휴대용 멀티미디어 기기는 이동성이 좋기 때문에 휴대용 멀티미디어 기기의 활용도를 높이기 위해서는 프로젝터의 휴대성 및 이동성도 좋아야 한다. 따라서, 프로젝터도 휴대성을 높이기 위하여 호주머니에 보관할 수 있을 정도의 초소형으로 제작될 필요성이 높아지고 있다.

레이저 광원을 사용하는 마이크로 프로젝터는 크게 조명 광학계와, 화상 표시패널과, 투사 광학계로 이루어진다. 조명 광학계는 G, R, B의 레이저 광원에서 나온 광 빔들을 균일한 광강도 분포로 화상 표시패널에 입사시키는 역할을 수행한다. 특히, 초소형의 마이크로 프로젝터의 공간을 효율적으로 사용하기 위해서는 광원에서 나온 광 빔들이 반사되어 굴절시킬 다이크로익 미러들이 필요하게 된다. 따라서, 상기 다이크로익 미러들을 간편하게 고정하고, 충격에도 흔들리지 않도록 견고하게 고정하는 홀딩 구조가 필요하다.

본 발명은 초소형의 마이크로 프로젝터의 레이저 광원들에서 나온 광 빔들을 반사시키는 다이크로익 미러들을 간편하고, 견고하게 고정하는 다이크로익 미러 홀딩 구조 및 이를 구비한 마이크로 프로젝터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 소정 파장 범위의 레이저 광을 반사시키는 다이크로익 미러가 안착되는 경사진 안착부를 지니는 하우징; 및 상기 다이크로익 미러를 상기 안착부쪽으로 밀착시키는 밀착 수단;을 포함하는 다이크로익 미러 홀딩 구조를 개시한다.

상기 안착부는 상기 하우징 내부의 측벽면에 형성되며, 상기 안착부는 상기 하우징의 측벽면으로부터 움푹 파여지게 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 하우징은 적어도 일부분이 개방된 상부면과 하부면을 지닌다.

다이크로익 미러 홀딩 구조는 하우징의 하부면의 적어도 일부를 덮도록 상기 하우징에 결합되는 판 스프링을 더 포함한다. 또한, 다이크로익 미러 홀딩 구조는 상기 하우징에 결합되며, 상기 다이크로익 미러의 일측을 상기 안착부쪽으로 밀착시키는 홀더; 및 상기 판 스프링으로부터 연장되게 돌출하며, 상기 다이크로익 미러의 일측을 상기 안착부쪽으로 밀착시키는 밀착부;를 더 포함한다. 상기 밀착부는 다이크로익 미러를 상기 안착부쪽으로 밀착하도록 탄성적으로 절곡되어 있다.

상기 구성에 의하여, 다이크로익 미러를 간편하고, 균일하고 견고하게 하우징에 고정할 수 있다. 따라서 마이크로 프로젝터에 진동이나 충격이 가해지더라도 흔들리지 않음으로써 조명 광학계의 안정성을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, G, R, B의 레이저 광 빔을 출사하는 출사구가 하방을 향하도록 일렬로 배치된 광원들, 상기 각 광원들의 하방에 배치되고 상기 각 광 빔들의 폭을 조절하는 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들, 상기 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들의 하방에 배치되고 광 빔들이 후방으로 향하도록 약 90도 반사시키는 제1 내지 제3 다이크로익 미러들, 상기 반사된 광 빔들이 상방으로 향하도록 약 90도 반사시키는 반사 미러, 상기 상방을 향하는 각 광 빔의 광 강도 분포를 균일화 시키는 균일화 수단, 상기 균일화된 광 빔들 중 소정 방향의 편광만 후방을 향하도록 약 90도 반사시키는 PBS, 및 상기 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 다이크로익 미러 홀딩 구조를 포함하는 조명 광학계; 상기 조명 광학계에서 나온 G, R, B 광 빔들을 화상 신호에 따라 변조하여 화상을 형성하며, 상기 변조된 광 빔들을 180도 반사시키는 화상 표시패널; 및 상기 화상을 형성한 광 빔이 외부의 스크린에 투사되도록 일렬로 배치된 복수 개의 렌즈들을 구비하는 투사광학계; 를 포함하는 마이크로 프로젝터를 개시한다.

이하에서는, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터의 개략적인 사시도이다. 마이크로 프로젝터는 전체적으로 육면체의 형상이며, 외부 스크린으로 광 빔이 출사되는 출사구가 프로젝터의 전면 상부에 배치된다. 그리고 프로젝터의 상면에는 프로젝터를 조작하기 위한 메뉴 버튼들이 배치된다. 도면에는 도시되지 않았으나, 휴대용 멀티미디어 기기로부터 화상 신호를 입력받는 입력 포트는 마이크로 프로젝터의 후면에 배치된다.

도 2는 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터의 측면에서 바라본 광학계의 개략적인 배치도이다. 도 2를 참고하면, 마이크로 프로젝터의 광학계는 크게 조명 광학계와 투사 광학계로 이루어져 있다. 조명 광학계(20)는 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23), 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들(24, 25, 26), 제1 내지 제3 미러(27, 28, 29), 반사 미러(31), 균일화 수단(32, 33, 34), PBS(Polarizing Beam Splitter)(36), 및 화상 표시패널(40)을 포함한다. 투사 광학계(10)는 화상 표시패널(40)을 거쳐 나온 광 빔이 통과하는 일련의 렌즈들을 포함한다.

광원은 레이저 광원으로서, G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)을 가진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 G 광원(21)은 다이오드 펌핑 고체상 레이저(Diode Pumping Solid State, DPSS)이며, R 광원(22) 및 B 광원(23)은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)이다. LD와 DPSS는 다른 레이저 광원에 비하여 크기가 작은 장점이 있다. DPSS에서 나오는 G 광 빔은 LD에 나오는 R 및 B 광 빔에 비하여 직 진성이 좋으므로 광 빔의 폭이 작다. 이러한 G, R, B 광 빔들의 폭을 소정 크기로 조절하기 위하여 제1, 제2, 제3 포커싱 렌즈(24, 25, 26)가 상기 G, R, B 광원(21, 22, 23)들의 하부에 배치된다.

이때, 각 광원들은 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)의 순서로 균일화 수단(35)으로부터 멀리 배치된다. 즉, G 광원(21)이 균일화 수단(35)으로 부터 가장 멀리 배치된다. 왜냐하면, 상대적으로 폭이 좁은 G 광 빔의 폭을 제1 포커싱 렌즈(24)를 이용하여 소정 크기로 넓히기에 충분한 진행거리를 확보하기 위함이다. 그리고, R 광 빔과 B 광 빔의 폭을 고려하였을 때 R 광 빔의 진행거리가 B 광 빔의 진행거리보다 커야 하기 때문에 R 광원(22)을 B 광원(23)보다 균일화수단으로부터 멀리 배치한다. 그러나, 상기 각 광원의 배치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 채택할 광원의 종류에 따라 배치는 변경될 수 있음을 이해하여야 한다

제1 내지 제3 포커싱 렌즈(24, 25, 26)의 하방에는 제1 내지 제3 미러(27, 28,29)가 각각 배치된다. 제1 미러(27)는 G 광 빔을 약 90도 만큼 시계 반대방향으로 반사시킨다. 즉, 하방으로 향하던 G 광 빔을 후방으로 향하게 한다. 제2 미러(28)는 다이크로익(dichroic) 미러로서, R 광 빔을 약 90도 만큼 후방으로 반사시키고, R 광 빔이외의 광 빔은 투과시킨다. 제3 미러(29)는 다이크로익 미러로서, B 광 빔을 약 90도 만큼 후방으로 반사시키고, B 광 빔이외의 광 빔은 투과시킨다. 그럼으로써 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)으로부터 나온 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 모두 반사 미러(31)쪽으로 진행한다.

제1 내지 제3 미러(27, 28, 29)의 종류는 상기 각 광원의 배치에 따라 변경 될 수 있다. 예를 들면, 각 광원들이 R 광원, B 광원, G 광원의 순서로 균일화 수단(35)으로부터 멀리 배치되어 있다면, R 광원의 하부에는 R 광 빔을 반사시키는 제1 미러가 배치되고, B 광원의 하부에는 B 광 빔만을 반사시키고 나머지 광 빔들은 투과시키는 다이크로익 미러가 배치되고, G 광원의 하부에는 G 광 빔만을 반사시키고 나머지 광 빔들은 투과시키는 다이크로익 미러가 배치될 것이다.

이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 다이크로익 미러 홀딩 구조를 설명한다. 다이크로익 미러 홀딩 구조는 제1 미러(27), 제2 미러(28), 제3 미러(29) 및 반사 미러(31)를 수용하는 하우징(61)을 구비하고, 상기 하우징의 하부를 덮는 판 스프링(65)을 구비하며, 제2 미러(28)와 제3 미러(29)를 하우징(61)에 고정하는 밀착 수단을 구비한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(61)은 그 상부와 하부가 개방되어 있다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(61)의 내부 측벽에는 앞쪽으로부터 뒷쪽으로 제1 미러(27), 제2 미러(28), 제3 미러(29), 반사 미러(31)를 수용하기 위한 제1 내지 제4 안착부(61a, 61b, 61c, 61d)가 형성되어 있다. 제1 내지 제4 안착부(61a, 61b, 61c, 61d)는 하우징(61) 내부의 측벽면으로부터 움푹 파여지게 형성된다.

제1 안착부(61a)에는 제1 미러(27)가 배치되고, 제2 안착부(61b)에는 제2 미러(28)인 다이크로익 미러가 배치되고, 제3 안착부(61c)에는 제3 미러(29)인 또 다른 다이크로익 미러가 배치되고, 제4 안착부(61d)에는 반사 미러(31)가 배치된다. 제1 내지 제3 안착부(61a, 61b, 61c)는 동일한 방향의 기울기를 가지는 반면, 제4 안착부(61d)는 90도 만큼 회전한 방향의 기울기를 가진다. 즉, 제1 내지 제3 안착부(61a, 61b, 61c)에 배치된 제1 내지 제3 미러(27, 28, 29)에 의하여 G, R, B 광 빔들의 각각은 직각 만큼 후방을 향하여 반사되고, 제4 안착부(61d)에 배치된 반사 미러(31)에 의하여 G, R, B 광 빔들은 모두 상방을 향하여 반사되어 진행한다. 상기 안착부들의 구체적인 기울기는 G, R, B 광 빔의 경로에 따라 결정된다.

제1 미러(27)는 G 광 빔을 반사시키기만 하면 되고 투과시킬 필요는 없으므로 하우징(61)에 그 일면을 부착함으로써 고정시킬 수 있다. 이와 유사하게, 반사 미러(31)도 모든 광 빔들을 반사시키기만 하면 되고 투과시킬 필요는 없으므로 하우징(61)에 그 일면을 부착함으로써 고정시킬 수 있다.

반면, 제2 미러(28)와 제3 미러(29)에서는 반사와 투과가 모두 일어나기 때문에 그 일면을 하우징(61)에 부착함으로써 고정시키는 것이 용이하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 제2 미러(28)와 제3 미러(29)를 하우징(61)에 고정하기 위해 밀착 수단을 사용한다. 밀착 수단의 일 실시예로서, 하우징(61)에 결합되고 제2 미러(28) 또는 제3 미러(29)의 하부측을 제2 안착부(61b) 또는 제3 안착부(61c)쪽으로 밀착시키는 홀더(62)가 사용될 수 있다. 홀더(62)는 도 5에 도시된 바와 같이 나사에 의하여 하우징(61)에 고정되며, 이를 위해 하우징(61)의 소정 위치에는 나사탭(61e, 61f)이 형성된다.

홀더(62)의 일측은 포크(fork) 형상으로 된 포크부이며, 포크부는 미러의 기울기에 맞추어 절곡되어 있다. 따라서, 홀더(62)를 관통한 나사(63)를 하우징(61)에 체결함에 따라 홀더(62)의 포크부가 다이크로익 미러(28, 29)의 하부를 제2 안 착부(61b)와 제3 안착부(61c)쪽으로 가압함으로써 다이크로익 미러(28, 29)를 하우징의 제2 안착부(61b)와 제3 안착부(61c)에 밀착시킨다. 도 6에는 홀더(63) 일측의 형상이 포크 형상인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 아니하며, 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 것도 포함됨은 물론이다.

한편, 하우징(61)의 하부면에는 판 스프링(65)이 배치되고 결합된다. 판 스프링(65)의 전체적인 형상은 하우징(61)의 하부면을 덮도록 하우징(61) 하부의 형상에 대응된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 판 스프링(65)의 양 측에는 밀착부(65a, 65b)가 형성되어 있으며, 상기 밀착부(65a, 65b)는 판 스프링(65)으로부터 하우징(61)쪽으로 절곡되어 연장되며, 밀착부(65a, 65b)는 탄성을 가지도록 서로 마주 보는 방향으로 약간 절곡되어 있다. 제2 미러(28)와 제3 미러(29)를 하우징의 안착부(61b, 61c)에 배치시키고, 홀더(63)로 제2 미러(28)와 제3 미러(29)를 고정시킨다. 그 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 판 스프링(65)으로 하우징(61)의 하부를 덮고, 체결 수단에 의하여 판 스프링(65)과 하우징(61)을 결합시킨다. 그러면, 판 스프링의 밀착부(65a, 65b)는 다이크로익 미러인 제2 미러(28)와 제3 미러(29)의 상부 2 곳을 안착부쪽(61b, 61c)으로 가압한다. 즉, 판 스프링(65)을 하우징(61)에 조립함에 따라 제2 미러(28)와 제3 미러(29)가 자연스럽게 밀착, 고정될 수 있다.

특히, 다이크로익 미러(28, 29)의 상부 2곳과 하부 2곳을 안착부(61b, 61c)쪽으로 가압함으로써 다이크로익 미러(28, 29)가 하우징(61)에 균일하고 고정된다. 또한, 판 스프링의 밀착부(65a, 65b)는 탄성적으로 절곡되어 제2 미러(28)와 제3 미러(29)를 하우징의 제2 안착부(61b)와 제3 안착부(61c)쪽으로 밀착시키기 때문에 견고하게 고정된다. 그 결과 마이크로 프로젝터에 충격이나 진동이 발생하더라도 조명 광학계(20)의 안정성이 보장될 수 있다.

G 광원(21)은 대략 원형의 형상을 가지며, 진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이다. R 광원(22)은 타원형의 형상을 가지며, 진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이다. B 광원(23)은 타원형의 형상을 가지며, 진행 방향에 수직한 단면에서 좌우 방향으로 진동하는 편광이다.

그런데, 도 7에 도시된 바와 같이, PBS(36)에서 광 손실을 감소시키기 위해서는 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 입사되는 광 빔의 편광이 진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이어야 한다. 따라서, 좌우 방향의 B 광 빔의 편광을 상하 방향의 편광으로 변환할 필요가 있으며, 이를 위하여 B 광원(23)의 하방에는 λ/2 필터(half wave plate)(30)가 배치된다. 그럼으로써, G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔의 편광은 모두 진행방향에 수직한 단면에서 상하 방향의 편광이 되어 PBS(36)에서의 광 손실을 줄일 수 있다.

G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)은 외부로부터 입력채널을 통하여 입력되는 화상 신호에 따라 후술할 제어부의 출력 신호에 연동하여 작동된다. 즉, G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 제어부의 출력 신호에 의하여 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)으로부터 출사된다.

반사 미러(31)는 각 광원으로부터 출사되어 제1 내지 제3 미러들(27, 28, 29) 각각에 반사되는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔을 약 90도 만큼 시계 반대방향으 로 굴절시킨다. 즉, 후방으로 향하는 각 광 빔을 상방으로 향하게 한다. 이때, 반사 미러(31)는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔을 모두 반사시키는 미러이다. 반사 미러(31)에서 반사된 각 광 빔은 균일화 수단(35)에 입사된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 균일화 수단(35) 및 상기 균일화 수단(35)을 통과하는 광 빔의 경로를 도시하는 도면이다. 균일화 수단(35)의 일 실시예로서 마이크로 플라이 아이 렌즈(micro fly-eye lens)(32), 제4 포커싱 렌즈(33) 및 콜리메이션 렌즈(collimation lens)(34)가 사용된다. 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)는 반사 미러(31)의 상방에 배치되며, 제4 포커싱 렌즈(33)는 마이크로 플라이 아이 렌즈(32) 상방에 배치되며, 콜리메이션 렌즈(34)는 제4 포커싱 렌즈(33)의 상방에 배치된다.

각 광 빔은 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)의 유효영역 전체로 정확히 입사되어야 한다. 이것은 각 광원의 하방에 배치된 포커싱 렌즈(24, 25, 26)들을 조절함으로써 달성될 수 있다.

마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 입사되는 광 빔의 광 강도 분포는 도 7에 도시된 바와 같이 중심부에서 크고, 주변부에서 작다. 입사된 광 빔은 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 의하여 분할된다. 분할된 각 광 빔은 제4 포커싱 렌즈(33)를 통과하면서 콜리메이션 렌즈(34) 전체에 걸쳐 입사된다. 즉, 중심부 및 양 주변부에서 분할된 광 빔들이 제4 포커싱 렌즈(33)에 의하여 모두 콜리메이션 렌즈(34) 전체에 걸쳐 입사됨으로써 콜리메이션 렌즈(34)를 통과하는 광 빔의 광 강도 분포를 전체적으로 균일해 진다. 따라서, PBS(36)에 입사되는 광 빔의 광 강 도 분포는 균일해진다.

본 발명에서는 균일화 수단(35)이 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)를 구비하고 있으나, 이와 달리 DOE(diffraction optical element)(미도시)를 구비할 수 있다.

화상 표시패널(40)은 외부로부터 입력된 화상 신호에 따라 광 빔을 변조하여 화상을 형성하는 역할을 한다. 화상 표시패널(40)의 예로서, DMD(Digital Micromirror Display) 패널, LCD 패널, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 패널, 회절 광학 표시 소자등이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 표시패널(40)은 LCoS 패널이다.

도면에는 도시되지 않았으나, LCoS 패널은 ITO 유리(indium tin oxide glass), 액정, 알루미늄 픽셀, 및 CMOS 기판을 구비한다. ITO 유리를 통하여 입사한 광은 각 픽셀의 액정의 분자 배열에 따라 편광 방향을 90도 회전한 상태로 반사되어 나오기도 하고, 편광 방향을 유지한 상태로 반사되어 나오기도 한다. 그리고 액정의 분자 배열은 CMOS 기판을 통하여 각 픽셀의 전극들에 인가되는 전압에 따라 제어된다. 즉, 제어부가 외부로부터 입력된 화상 신호에 대응하여 특정 픽셀에 전압을 인가하고, 상기 전압의 인가 여부에 따라 특정 픽셀에 대응하는 액정의 분자 배열이 바뀌면서 광 빔의 편광 방향이 제어된다.

LCoS 패널(40)은 투과형 LCD와 달리 액정을 통하여 입사된 광 빔이 반사되어 다시 출사된다. 즉, CMOS를 투과하지 않기 때문에 개구율이 높다. 따라서 LCoS 패널(40)은 투과형 LCD에 비해 광 투과율이 높고, 휘도가 좋다.

도 8a 내지 8c를 참조하여 PBS(36)와 화상 표시패널(40)이 균일화 수단(35)으로부터 나온 각 광 빔을 투사 광학계(10)로 진행시키는 동작 원리를 설명한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 균일화된 광 강도를 가지고 진행방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광을 가진 각 광 빔들이 PBS(36)에 입사된다. PBS(36)는 균일화 수단(35)을 통하여 나온 광 빔들 중 소정 방향의 편광, 본 발명의 실시예의 경우 광 빔의 진행방향에 수직한 단면에서의 상하 방향으로 진동하는 편광만 약 90도 만큼 시계 방향으로 반사시킨다. 즉, 상하 방향으로 진동하는 편광만 후방으로 향하게 하고, 나머지 편광은 투과시킨다. 반사된 상하 방향으로 진동하는 편광은 화상 표시패널(40)로 입사한다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 화상 표시패널(40)의 픽셀 중 암 상태(black state)인 픽셀에 입사하는 광 빔은 편광 방향을 동일하게 유지한 상태로 화상 표시패널(40)에 반사되어 나온다. 그 결과, 다시 PBS(36)에 반사되므로 투사 광학계(10)쪽으로 광 빔이 진행되지 못한다. 따라서 암 상태인 픽셀에 대응하는 외부 스크린에는 G, R, B 광이 형성되지 않는다.

도 8c에 도시된 바와 같이, 화상 표시패널(40)의 픽셀 중 명 상태(white state)인 픽셀에 입사하는 광 빔은 편광 방향이 90도 회전된 상태로 화상 표시패널(40)에 반사되어 나온다. 그 결과, 반사되어 나온 광 빔은 진행방향에 수직한 단면에서의 좌우 방향으로 진동하는 편광이므로 PBS(36)를 투과하여 투사 광학계(10)쪽으로 광 빔이 진행된다. 따라서 명 상태인 픽셀에는 대응하는 외부 스크린에는G, R, B 광이 형성된다.

이때, 전압이 인가된 픽셀이 명 상태가 되도록 설정할 수도 있으며, 이와 달리 전압이 인가된 픽셀이 암 상태가 되도록 설정할 수도 있다.

한편, 균일화 수단(35)을 통과한 광 빔은 원칙적으로 PBS(36)의 입사면(36a)에 수직하게 입사되어야 한다. 그러나 실제로는 입사면(36a)에 수직하지 않은 스큐 레이(skew ray)가 발생하게 되고, 이 스큐 레이는 PBS(36)의 반사면(36b)에서 편광 방향이 약간 회전한 상태로 반사되어 나온다. 이를 보정하기 위하여, PBS(36)와 화상 표시패널(40) 사이의 광 빔 경로에는 λ/4 필터(37)가 추가적으로 배치될 수 있다.

또한, PBS(36)와 투사 광학계(10) 사이에는 편광자(polarizer)(38)가 추가적으로 배치될 수 있다. 편광자(38)는 광 빔의 진행방향에 수직한 단면에서 좌우 방향으로 진동하는 편광만 통과시킨다. 즉, 원하는 편광 이외의 편광을 걸러준다. 따라서, λ/4 필터(37) 및/또는 편광자(38)는 화상의 콘트라스트(contrast)를 개선해준다.

지금까지는, 화상 표시패널(40)로서 반사형 화상 표시패널(40)에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서 투과형 화상 표시패널, 예를 들면 투과형 LCD 패널이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터(1)는 상기한 조명 광학계(20)와 투사 광학계(10) 외에 제어부(미도시)와 방열부(50)를 더 구비한다. 제어부는 외부로부터 입력되는 화상 신호에 따라 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)의 동작을 제어하고, 화상 표시패널(40)의 동작을 제어한다. 방열부(50)는 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)에서 발생된 열을 방출하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 방열부는 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)을 둘러싸도록 구성되며, 방열 면적을 늘리기 위하여 방열부의 표면에는 방열핀들이 구비된다.

이어서 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터(1)가 외부 스크린에 화상을 확대 투사하는 과정을 설명한다.

마이크로 프로젝터(1)가 그 입력 포트를 통하여 외부 멀티미디어 기기와 연결 되면, 멀티미디어 기기로부터 나온 화상 신호가 마이크로 프로젝터의 제어부에 입력된다. 제어부는 입력된 화상 신호에 따라 화상 표시패널(40)을 제어한다. 그러면, 화상을 형성하기 위해 동작되어야 하는 특정 픽셀에 대응하는 액정(42)의 배열이 변화된다. 한편, G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)은 제어부에 의하여 화상 표시패널(40)과 연동되어 작동되고, 각 광원(21, 22, 23)으로부터 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔이 순차적으로 출사된다.

각 광 빔은 제1 내지 제3 포커싱 렌즈(24, 25, 26)를 각각 통과하고, 제1 내지 제3 미러(27, 28, 29)에서 각각 반사되어 반사 미러(31)에서 입사된다. 반사 미러(31)에 반사된 각 광 빔은 균일화 수단(35)에 의하여 균일한 광 강도를 가지게 된다. 균일한 광 강도를 가진 각 광 빔은 PBS(36)에서 소정 방향의 편광만 반사되어 LCoS와 같은 반사형 화상 표시패널(40)로 입사된다.

LCoS(40)에서 화상 신호에 따라 특정 셀들에 입사된 광 빔들은 편광 방향이 90도 회전한 상태로 정반대 방향으로 반사되어 PBS(36) 통과하고, 투사 광학계(10)로 입사된다. 입사된 각 광 빔은 투사 광학계(10)를 통과하면서 확대되고, 그럼으 로써 외부 스크린에 확대된 화상이 투사된다. 이때, 외부 스크린에는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 극히 짧은 시간에 순차적으로 투사된다. 즉, 외부 스크린에는 G 화상, R 화상, B 화상이 극히 짧은 시간 간격으로 순차적으로 투사된다. 그 결과 투사된 R 화상, G 화상, B 화상이 중첩됨으로써 하나의 화상을 형성한다. 또한, 이와 같이 형성된 각 화상이 연속적으로 투사됨으로써 움직이는 영상이 형성된다.

본 발명의 마이크로 프로젝터는 상기한 다이크로익 미러 홀딩 구조를 채용하고, 다이크로익 미러 홀딩 구조는 홀더와 판 스프링의 절곡된 밀착부를 이용하여 다이크로익 미러를 하우징의 안착부쪽으로써 가압함으로써 다이크로익 미러를 간편하고, 균일하고 견고하게 하우징에 고정할 수 있다. 따라서 마이크로 프로젝터에 진동이나 충격이 가해지더라도 흔들리지 않음으로써 조명 광학계의 안정성을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 소정 파장 범위의 레이저 광을 반사시키는 다이크로익 미러가 안착되는 경사진 안착부를 지니는 하우징; 및

   상기 다이크로익 미러를 상기 안착부쪽으로 밀착시키는 밀착 수단;을 포함하는 다이크로익 미러 홀딩 구조.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 안착부는 상기 하우징 내부의 측벽면에 형성되며, 상기 안착부는 상기 하우징의 측벽면으로부터 움푹 파여지게 형성된 다이크로익 미러 홀딩 구조.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 다이크로익 미러가 상기 안착부에 균일하게 밀착되도록 상기 밀착 수단은 상기 다이크로익 미러의 적어도 세 부분을 가압하는 다이크로익 미러 홀딩 구조.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 하우징은 적어도 일부분이 개방된 상부면과 하부면을 지니며,

   상기 하우징의 하부면의 적어도 일부를 덮도록 상기 하우징에 결합되는 판 스프링을 더 포함하는 다이크로익 미러 홀딩 구조.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 하우징에 결합되며, 상기 다이크로익 미러의 일측을 상기 안착부쪽으로 밀착시키는 홀더; 및

   상기 판 스프링으로부터 연장되게 돌출하며, 상기 다이크로익 미러의 일측을 상기 안착부쪽으로 밀착시키는 밀착부;를 더 포함하는 다이크로익 미러 홀딩 구조.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 밀착부는 다이크로익 미러를 상기 안착부쪽으로 밀착하도록 탄성적으로 절곡되어 있는 다이크로익 미러 홀딩 구조.
7. G, R, B의 레이저 광 빔을 출사하는 출사구가 하방을 향하도록 일렬로 배치된 광원들, 상기 각 광원들의 하방에 배치되고 상기 각 광 빔들의 폭을 조절하는 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들, 상기 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들의 하방에 배치되고 광 빔들이 후방으로 향하도록 약 90도 반사시키는 제1 내지 제3 미러들, 상기 반사된 광 빔들이 상방으로 향하도록 약 90도 반사시키는 반사 미러, 상기 상방을 향하는 각 광 빔의 광 강도 분포를 균일화 시키는 균일화 수단, 상기 균일화된 광 빔들 중 소정 방향의 편광만 후방을 향하도록 약 90도 반사시키는 PBS, 및 상기 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 다이크로익 미러 홀딩 구조를 포함하는 조명 광학계;

   상기 조명 광학계에서 나온 G, R, B 광 빔들을 화상 신호에 따라 변조하여 화상을 형성하며, 상기 변조된 광 빔들을 180도 반사시키는 화상 표시패널; 및

   상기 화상을 형성한 광 빔이 외부의 스크린에 투사되도록 일렬로 배치된 복수 개의 렌즈들을 구비하는 투사광학계;를 포함하는 마이크로 프로젝터.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 화상 표시패널은 LCoS(liquid crystal on Silicon)인 마이크로 프로젝터.
9. 제7 항에 있어서, 상기 균일화 수단은,

   상기 반사 미러와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 반사 미러에 반사된 각 G, R, B 광 빔들을 분할하는 마이크로 플라이 아이 렌즈(micro fly-eye lens); 및

   상기 마이크로 플라이 아이 렌즈와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 분할된 광 빔을 집광하여 상기 PBS에 입사되는 광 빔의 광강도 분포를 균일화시키는 제4 포커싱 렌즈와 콜리메이션 렌즈;를 포함하는 마이크로 프로젝터.

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