KR20090014916A - 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면 양의 굴절력을 가지며, 광변조기로부터 출사된 변조광을 입력받는 제1 투사 렌즈; 상기 변조광을 입력받아 화면 상에 확대 투사하는 제2 투사 렌즈; 상기 변조광의 광출력 세기를 측정하는 광측정기; 및 상기 제1 투사 렌즈를 통과한 변조광이 일 방향으로는 상기 제2 투사 렌즈로 입력되고, 타 방향으로는 상기 광측정기로 입력될 수 있도록 분기(分岐)시키는 광분기기를 포함하는 광 투사 장치가 제공된다. 본 발명에 의하면 광 투사 장치의 구성을 보다 단순화, 콤팩트화함으로써 그 크기, 부피를 최소화함으로써 광학 시스템 또는 디스플레이 장치를 보다 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.

광변조기, 투사 렌즈, 광 측정기, 광 분할기.

Description

광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치{Light projection apparatus and display apparatus using it}

본 발명은 광 투사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광변조기로부터 출사된 변조광을 광분기기를 이용하여 분기(分岐)시켜 일부는 투사 채널을 따라 투사 렌즈로 입력하여 화면 상에 확대 투사시키고, 나머지는 궤환 채널을 따라 광측정기로 입력하여 변조광의 광출력 세기를 측정함으로써, 입력 영상신호 대비 출력광과의 차이를 분석하여 이를 보상하기 위한 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근 디스플레이 기술이 발달함에 따라 TV, 모니터 등의 대형 디스플레이 장치는 물론 휴대 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 등의 소형 디스플레이 장치에 대한 수요가 날로 증가하고 있다. 특히, 투사 방식을 이용한 디스플레이 장치는 예를 들어 CRT TV, LCD TV, PDP TV 등의 다른 대형 디스플레이 장치에 비해 대형 화상의 구현에 보다 적합할 뿐만 아니라 가격 경쟁력 면에서도 장점이 있어 수요자들에게 각광을 받고 있다.

그러나, 종래의 투사 방식의 디스플레이 장치는 화상의 구현을 위해 사용되는 부품(예를 들어, 광원, 미러, 광학 렌즈, 투사 렌즈 등)의 개수가 많고 복잡할 뿐만 아니라, 부품간에 소정의 이격 거리 또는 투사 거리가 확보되어야 하는 이유로 소형 디스플레이 장치에는 적용하기가 어려운 문제점이 있었다. 또한, 이외에도 투사 방식의 디스플레이 장치에서는 광변조기로부터 출사된 변조광에 대한 광 캘리브레이션(light calibration)이 필요하다. 왜냐하면, 스크린 상에 구현되는 화상이 일정한 또는 목표하는 색상, 화질을 가지기 위해서는 광변조기로부터 출사되는 변조광의 광출력 세기(혹은 휘도 세기)를 일정하게 유지시키거나 또는 인가된 구동 전압에 상응하여 변조광이 목표하는 광출력 세기를 갖도록 조절 또는 보상할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 투사 방식의 디스플레이 장치에 있어서 이러한 광 캘리브레이션을 위한 소정의 광학 소자 및 광학 부품들을 더 포함시키게 되면 디스플레이 장치의 구현이 보다 복잡하고 그 부피가 증가하게 된다. 따라서, 종래 기술에 의하면 투사 방식을 이용한 디스플레이 장치의 구현에 있어 소형화에 일정한 한계가 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 광 투사 장치 및 디스플레이 장치의 구성을 보다 단순화, 콤팩트화함으로써 그 크기, 부피를 최소화할 수 있는 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 광학 시스템 외부 또는 내부의 변동으로 인해 발생할 수 있는 입력 영상신호 대비 출력광과의 차이를 분석하여 그 오류를 보상할 수 있는 궤환(feedback) 광학계를 포함하는 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 대형 디스플레이 장치는 물론 휴대폰, PMP 등의 소형 디스플레이 장치에도 이용 가능한 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 소형화의 구현에도 우수한 투사 성능 및 수광 성능(광선 수차, 상면 만곡, 왜곡 수차 등)을 갖는 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 양의 굴절력을 가지며, 광변조기로부터 출사된 변조광을 입력받는 제1 투사 렌즈; 상기 변조광을 입력받아 화면 상에 확대 투사하는 제2 투사 렌즈; 상기 변조광의 광출력 세기를 측정하는 광측정기; 및 상기 제1 투사 렌즈를 통과한 변조광이 일 방향으로는 상기 제2 투사 렌즈로 입력되고, 타 방향으로는 상기 광측정기로 입력될 수 있도록 분기(分岐)시키는 광분기기를 포함 하는 광 투사 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제2 투사 렌즈는, 음의 굴절력을 가지며, 상기 제1 투사 렌즈를 통과한 변조광을 입력받는 제1 렌즈; 및 상기 제1 렌즈와 결합하여 양의 굴절력을 갖는 렌즈군을 형성하며, 상기 제1 렌즈를 통과한 변조광을 입력받아 상기 화면 상에 투사하는 제2 렌즈를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 투사 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 -12.10mm 및 183.81mm이고, 상기 제2 투사 렌즈 중 제1 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 4.28mm 및 -7.82mm이고, 상기 제2 투사 렌즈 중 제2 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 -7.82mm 및 7.16mm로 설계될 수 있다.

여기서, 상기 광측정기는 포토 다이오드(photo diode)일 수 있다.

여기서, 상기 광분기기는 다이크로익 미러(dichroic mirror) 또는 빔 스플리터(beam splitter)일 수 있다.

여기서, 상기 광분기기는 상기 변조광의 일부는 투과시키고, 나머지는 반사시키는 반투과면을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제2 투사 렌즈가 상기 광분기기를 투과한 변조광을 입력받는 경우, 상기 반투과면은 상기 변조광에 대해서 투과 광량이 반사 광량보다 큰 반투과 물질로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제2 투사 렌즈가 상기 광분기기에 의해 반사된 변조광을 입력받는 경우, 상기 반투과면는 상기 변조광에 대해서 반사 광량이 투과 광량보다 큰 반투과 물질로 형성될 수 있다.

본 발명의 투사 채널은 입력광을 반사하여 광경로를 전환시키는 1개 이상의 반사 미러를 더 포함하되, 상기 반사 미러는 상기 광변조기와 상기 제1 투사 렌즈 사이, 상기 제1 투사 렌즈와 상기 광분기기 사이, 상기 광분기기와 상기 제2 투사 렌즈 사이 및 상기 제2 투사 렌즈와 상기 화면 사이 중 어느 하나의 위치에 배치되어 상기 광변조기, 상기 제1 투사 렌즈, 상기 광분기기, 상기 제2 투사 렌즈 및 상기 화면 중 어느 2개 이상 간의 배치 간격이 축소될 수 있도록 상기 변조광의 광경로를 전환할 수 있다.

본 발명은 상기 제2 투사 렌즈와 상기 화면 사이에 위치하여 상기 제2 투사 렌즈로부터 투사된 변조광의 광량을 조절하여 통과시키는 조리개를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 광분기기와 상기 광측정기 사이에 상기 광분기기에 의해 상기 타 방향으로 분기된 변조광을 수광하여 상기 광측정기로 전달하는 수광 렌즈를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 수광 렌즈는, 음의 굴절력을 가지며, 상기 광분기기에 의해 상기 타 방향으로 분기된 변조광을 수광하는 제1 렌즈; 및 양의 굴절력을 가지며, 상기 제1 렌즈를 통과한 변조광을 입력받아 상기 광측정기로 전달하는 제2 렌즈를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 수광 렌즈 중 제1 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 5.25mm 및 8.42mm이고, 상기 수광 렌즈 중 제2 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 -40.87mm 및 10.02mm로 설계될 수 있다.

본 발명의 궤환 채널은 입력광을 반사하여 광경로를 전환시키는 1개 이상의 반사 미러를 더 포함하되, 상기 반사 미러는 상기 변조광의 입력 순서를 기준하여 상기 광분기기와 상기 수광 렌즈 사이, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이, 상기 수광 렌즈와 상기 광측정기 사이 중 어느 하나 이상의 위치에 배치되어 상기 광분기기, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 광측정기 중 어느 2개 이상 간의 배치 간격이 축소될 수 있도록 상기 변조광의 광경로를 전환할 수 있다.

본 발명은 상기 수광 렌즈와 상기 광측정기 사이에 위치하여 상기 수광 렌즈로부터 전달된 변조광의 광량을 조절하여 통과시키는 조리개를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 광원; 상기 광원으로부터 출사된 광을 입력받아 변조광을 생성 출력하는 광변조기; 양의 굴절력을 가지며, 광변조기로부터 출사된 변조광을 입력받는 제1 투사 렌즈; 상기 변조광을 입력받아 화면 상에 확대 투사하는 제2 투사 렌즈; 상기 변조광의 광출력 세기를 측정하는 광측정기; 및 상기 제1 투사 렌즈를 통과한 변조광이 일 방향으로는 상기 제2 투사 렌즈로 입력되고, 타 방향으로는 상기 광측정기로 입력될 수 있도록 분기(分岐)시키는 광분기기를 포함하는 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치는 그 장치 구성을 보다 단순화, 콤팩트화함으로써 그 크기, 부피를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광학 시스템 외부 또는 내부의 변동에 인해 발생할 수 있는 입력 영상신호 대비 출력광과의 차이를 분석하여 그 오류를 보상하기 위한 궤환(feedback) 광학계를 포함하고 있어 광학 시스템 내외부의 변화를 보상할수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 대형 디스플레이 장치는 물론 휴대폰, PMP 등의 소형 디스플레이 장치에도 이용 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 소형화의 구현에도 우수한 투사 성능 및 수광 성능(광선 수차, 상면 만곡, 왜곡 수차 등)을 갖는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 어떤 구성요소로부터 다른 구성요소에 "입력된다" 거나 "투사된다" 등으로 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접 입력되거나 또는 직접 투사될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소를 거쳐 입력되거나 또는 투사될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 어떤 구성요소로부터 다른 구성요소에 "직접 입력된다" 거나 "직접 투사된다" 라고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소를 거치지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 투사 채널을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 궤환 채널을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2의 상세한 설명을 하기에 앞서, 도 1 및 도 2는 후술할 도 3 및 도 4에 예시한 실제 구현 데이터에 대한 설명의 편의를 위하여 광변조기(100)의 광축을 기준으로 하여 이와 동일 직선 상에 각 구성부들을 일렬 배치시켜 도시한 것에 불과하며, 실제 각 구성부의 배치 형태는 후술할 도 5 내지 도 8에 예시된 형태를 가질 수 있는 것임을 명확히 이해하여야 할 것이다. 또한, 도 1에 도시된 투사 채널에서는 별도로 광분기기(160)를 도시하지 않았다. 이는 본 발명의 투사 채널에 있어서 후술할 도 7 및 도 8의 경우에는 광분기기(160)가 예를 들어 광분기기(160)는 도 1의 제1 투사 렌즈(110)과 제2 투사 렌즈(120, 130) 사이에 배치되어 광변조기(100)로부터 출사된 변조광을 단순히 투과시키는 역할을 수행하게 되는데, 이와 같은 경우 광분기기(160)의 배치 위치를 별도로 구현 데이터에 따라 정의할 필요가 없기 때문이다. 다만, 도 5 및 도 6과 같이 투사 채널에 있어서 변조광이 광분기기(160)에 의해 반사되는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 광분기기(160)의 배치 위치를 별도로 구현 데이터에 따라 정의할 필요가 있을 것임은 물론이다.

또한 여기서, 광변조기(100)는 소정의 광 강도 정보에 상응하여 인가된 소정의 구동 전압(즉, 계조 전압)에 따라 광원으로부터 입력받은 빛(색광)을 광변조함으로써 회절광(즉, 변조광)을 생성하는 광학 소자이며, 그 형태, 종류 등을 불문하고 아무런 제한 없이 본 발명에 적용될 수 있다. 여기서, 광 강도 정보는 스크린(150) 상에 실제 구현될 컬러 영상에 대한 각 색광별 영상 정보를 의미한다.

다만, 이러한 광변조기(100)는 특별한 설명이 없더라도 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 공지의 광학 소자에 해당하는바, 본 명세서에서는 그 구조 또는 광 변조 원리 등에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 본 명세서를 통해서는 광 투사 장치를 중심으로 설명하지만, 이러한 광 투사 장치는 소정의 광원, 조명 장치(예를 들어, 시준 렌즈(collimation lens), 빔 확대기(beam expander) 등으로 구성됨), 광변조기(100)를 포함하여 투사 형태의 디스플레이 장치로 구현될 수도 있음은 자명하다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 광 투사 장치에서의 투사 채널(projection channel)을 설명한다. 여기서, 투사 채널은 본 발명에 있어서 광변조기(100)로부터 출사된 변조광을 스크린(150) 상에 확대 투사하기 위하여 변조광이 진행하는 광경로(투사 경로)를 의미한다. 따라서, 투사 채널 상에는 광변조기(100)로부터 출사된 변조광을 입력받아 스크린(150) 상에 확대 투사하기 위한 투 사 렌즈(도 1의 경우 제1 투사 렌즈(110), 제2 투사 렌즈(120, 130)로 구성됨)가 포함될 수 있다.

제1 투사 렌즈(110)는 양의 굴절력을 가지며, 광변조기(100)로부터 반사되어 출사된 변조광 입력받는다. 여기서, 렌즈가 양의 굴절력을 갖는다는 것은 렌즈로 들어온 빛의 발산 각도가 렌즈를 통과하면서 축소됨을 의미하며, 렌즈가 음의 굴절력을 갖는다는 것은 렌즈로 들어온 빛의 발산 각도가 렌즈를 통과하면서 확대됨을 의미한다. 즉, 양의 굴절력을 갖는 렌즈(예를 들어, 볼록 렌즈 등)는 빛의 집광에 이용되며, 음의 굴절력을 갖는 렌즈(예를 들어, 오목 렌즈 등)는 빛의 확산에 이용될 수 있다. 여기서, 도 1에서는 제1 투사 렌즈(110)가 단일 렌즈 형태를 갖는 것으로 예시되어 있지만, 제1 투사 렌즈(110)는 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 2개의 렌즈가 결합되어 있는 접합 렌즈(또는 결합 렌즈)의 형태로 구현될 수도 있음은 물론이다.

제2 투사 렌즈(120, 130)는 두개의 렌즈가 접합된 접합 렌즈군(본 실시예에서는 식별번호 120을 제1 렌즈, 식별번호 130을 제2 렌즈라 함)으로 구성되고 있다. 제1 렌즈(120)는 음의 굴절력을 가지며, 제1 투사 렌즈(110)를 통과한 변조광을 입력받는다. 물론 실제 본 발명의 광 투사 장치에 있어서는 제1 투사 렌즈(110)를 통과한 변조광이 광분기기(160)에 의해 투과되거나 반사되어 제2 투사 렌즈(120, 130)로 입력되는 것이지만, 이는 후술할 구현 데이터의 설명의 편의를 위하여 도면에서 생략하여 도시하였음은 앞서 상술한 바이다.

제2 렌즈(130)는 양의 굴절력을 가지며, 제1 렌즈(120)를 통과한 변조광을 입력받는다. 여기서, 제1 렌즈(120)와 제2 렌즈(130)는 앞서 설명한 바와 같이 서로 맞붙어 결합되어 있는 형태(접합 렌즈의 형태)로서 그 전체가 하나의 렌즈군을 형성하게 된다. 이때, 이러한 제1 렌즈(120)와 제2 렌즈(130)의 결합에 의해 형성된 렌즈군의 굴절력은 전체적으로 양의 굴절력을 갖도록 설계될 수 있다. 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)를 통과한 변조광은 제2 렌즈(130)로부터 소정 거리만큼 이격되어 위치한 스크린(150) 상에 확대 투사된다.

이때, 제2 렌즈(130)의 전면(즉, 본 발명의 제2 투사 렌즈와 스크린(150)의 사이)에는 조리개(aperture stop)(140)가 위치할 수 있으며, 제2 렌즈(130)를 통과한 변조광은 이러한 조리개(140)에 의해 그 광량이 조절되어 스크린(150) 상에 확대 투사될 수 있다.

다음으로 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 광 투사 장치에서의 궤환 채널(feedback channel)을 설명한다. 여기서, 궤환 채널은 본 발명에 있어서 광변조기(100)에 대한 광 캘리브레이션을 수행하기 위한 전제로서 광변조기(100)로부터 출사된 변조광의 광출력 세기를 측정하기 위하여 변조광이 광측정기(240)를 향하여 진행하는 광경로를 의미한다. 이때, 궤환 채널 상에는 광측정기(240)로 전달되어 수광되는 변조광의 수광 효율을 높이기 위하여 수광 렌즈(도 2의 경우 제1 렌즈(210) 및 제2 렌즈(220)가 포함될 수 있다.

제1 렌즈(210)는 광변조기(100)로부터 출사된 변조광을 입력받는다. 보다 상세하게는, 제1 렌즈(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 광변조기(100)로부터 출사되 어 제1 투사 렌즈(110), 광분기기(160)를 거치면서 일부 분기(分岐)된 변조광을 입력받는다. 즉, 광변조기(100)로부터 출사된 변조광은 광분기기(160)에 의해 일 방향으로는 앞서 설명한 제2 투사 렌즈(120, 130)를 향하여 입력되고, 타 방향으로는 궤환 채널을 따라 광측정기(240)로 입력될 수 있도록 분기되게 된다. 따라서, 제1 렌즈(210)는 광분기기(160)에 의해 타 방향으로 분기되는 변조광을 수광할 수 있는 위치에 배치됨으로써, 타 방향으로 향하는 변조광의 광진행 과정에서 발생할 수 있는 광손실을 최소화하여 광측정기(240)로 전달할 수 있게 하는 역할을 수행한다. 또한 이때, 제1 렌즈(210)는 음의 굴절력을 갖도록 제작됨으로써 수광한 변조광을 확대시켜 제2 렌즈(220)로 전달할 수 있다.

여기서, 궤환 채널은 도 2 및 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 투사 채널의 일부 경로를 공통으로 이용할 수도 있다. 도 2 및 도 5 내지 도 8을 참조하면 쉽게 확인할 수 있듯이, 광변조기(100)로부터 출사된 변조광은 제1 투사 렌즈(110)를 거친 이후, 광분기기(160)에 의하여 2개의 방향으로 분기됨으로써 어느 하나의 방향으로는 제2 투사 렌즈(120, 130) 쪽으로 다른 하나의 방향으로는 광측정기(240) 쪽으로의 광경로를 갖도록 배치 및 설계되고 있는 것이다. 이러한 광분기기(160)에 대하여는 후술할 도 5 내지 도 8에서 상세히 설명하기로 한다.

이와 같이 투사 채널 및 궤환 채널을 구성함에 있어서 제1 투사 렌즈(110)를 투사 채널과 궤환 채널의 공통 렌즈로서 이용하게 되면 다음과 같은 이점이 있다. 즉, 광변조기(100)로부터 출사되는 변조광은 양의 굴절력을 갖는 제1 투사 렌즈(110)를 거치면서 집광되어 광분기기(160)로 입력되므로, 변조광을 스크린(150) 상에 광투사하는 투사 측면 그리고 변조광을 수광하여 광출력 세기를 측정하는 궤환 측면 모두에 있어서 광변조기(100)로부터 출사된 변조광의 광손실을 최소화할 수 있는 이점이 있는 것이다. 또한, 이와 같이 광변조기(100)로부터 출사되는 변조광은 제1 투사 렌즈(110)를 거치면서 그 광 발산 각도가 줄어들게 되므로, 이후에 배치되어 변조광을 입력(수광)받는 각 광학 부품, 소자들의 광입사면의 면적이 넓을 필요가 없어 소형화에 도움을 줄 수 있다. 이와 아울러 변조광의 광진행 경로(광경로)가 줄어들게 되는 효과를 가져오므로, 본 발명의 광 투사 장치에서의 각 구성부(광학 부품, 렌즈, 미러 등)의 배치 간격, 부피가 줄어들 수 있는 이점이 있게 된다. 이외에도 제1 투사 렌즈(110)를 공통 렌즈로서 이용하는 경우의 다양한 이점들을 당업자는 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

제2 렌즈(220)는 제1 렌즈(210)를 통과한 변조광을 입력받아 이를 광측정기(240)으로 전달한다. 이때, 제2 렌즈(220)는 양의 굴절력을 가져 입력된 변조광을 집광하여 광측정기(240)로 전달함으로써 광측정기(240)로 전달되는 변조광의 전달 손실을 줄일 수 있도록 제작될 수 있다. 또한, 제2 렌즈(220)의 전면(즉, 제2 렌즈(220)와 광측정기(240) 사이)에는 조리개(aperture stop)(230)가 위치할 수 있으며, 제2 렌즈(220)를 통과한 변조광은 이러한 조리개(230)에 의해 그 광량이 조절되어 광측정기(240)로 전달될 수 있다.

광측정기(240)는 광변조기(100)의 광 캘리브레이션을 위하여 궤환 채널을 따라 전달되는 변조광의 일부를 수광(검출)함으로써, 광변조기(100)로부터 출사된 변조광의 광출력 세기(즉, 휘도 세기)를 측정한다. 이러한 광측정기(240)로는 포토 다이오드(photo diode) 등이 이용될 수 있다. 이와 같이 광측정기(240)는 광변조기(100)로부터 출사된 변조광의 휘도 세기를 측정하여 광변조기의 실제 구동시 또는 디스플레이 장치의 실제 영상에서 의도하는 목표치에 해당하는 휘도 세기 또는 영상 특성(즉, 색상, 화질 등)을 구현하는지 여부를 계속적으로 모니터링하고, 이를 광변조기(100)의 구동부(미도시) 또는 디스플레이 장치 전반을 제어하는 영상 제어부(미도시)에 전달한다. 이와 같이 광측정기(240)에 의해 모니터링되어 전달된 정보에 따라 구동부 또는 영상 제어부는 광변조기(100)에 인가되는 구동 전압을 보상 또는 조절하게 되며, 보상되거나 또는 조절된 구동 전압에 따라 광변조기(100)는 광변조를 수행함으로써 목표치에 해당하는 변조광을 생성하여 출사할 수 있게 된다. 이러한 일련의 과정을 통하여 광변조기(100)에 대한 광 캘리브레이션은 수행되게 된다.

본 발명의 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 있어서의 이러한 투사 채널 및 궤환 채널 그리고 이에 따른 각 구성부의 배치, 설계 구조에 대해서는 후술할 도 5 내지 도 8의 설명을 통해 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.

도 3은 도 1에 도시된 투사 채널에 대한 실제 구현 데이터의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 궤환 채널에 대한 실제 구현 데이터의 일 예를 나타낸 도면이다. 이하, 도 3 및 도 4에 제시된 실제 구현 데이터를 각각 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

여기서, 도 3 및 도 4의 테이블에서'Radius'는 본 발명의 광 투사 장치에서 의 각 부분에 대한 곡률 반경을 나타내는 데이터이고, 'Axial distance'는 본 발명의 광 투사 장치에서 광축을 기준으로 한 각 부분에 대한 거리를 나타내는 데이터이고, 'Nd'는 본 발명의 광 투사 장치를 구성하는 각 렌즈의 굴절 계수를 나타내는 데이터이고, 'Vd'는 본 발명의 광 투사 장치를 구성하는 각 렌즈의 아베수를 나타내는 데이터이며, 'Conic'은 본 발명의 광 투사 장치에 있어서 투사 렌즈를 구성하는 제3 렌즈(130)를 통과한 빛의 원추 계수를 나타내는 데이터이다. 특히 여기서, 아베수(Abbe number)는 광학 렌즈에 있어서 빛의 분산에 관한 성질을 규정한 양으로서, 일반적으로 아베수가 클수록 빛의 분산이 작아 더욱 선명한 상(image)을 얻을 수 있다. 이러한 아베수는 색수차(chromatic aberration) 보정을 위한 계산에 이용된다.

또한, 도 3 및 도 4의 테이블의 경우 본 발명의 광 투사 장치의 초점 거리(f)(테이블의 'Focal length'참조)를 20mm, 광변조기(100)의 높이(테이블의 'Object height'참조)를 8mm로 설정한 경우를 예로 들고 있다. 따라서, 스크린(150)의 높이는 160mm(즉, 8mm(광변조기(100)의 높이) ㅧ 20('Paraxial magnification'))가 된다. 또한, 도 3의 테이블에서'OBJ'는 본 발명의 광 투사 장치를 통해 확대 투사될 목적 대상인 스크린(150)을 의미하고, 도 3의 테이블에서'STO'는 본 발명의 투사 채널에 배치되는 조리개(140)를 의미한다. 또한, 도 4의 테이블에서'OBJ'는 본 발명의 광 투사 장치에서의 광측정기(240)를 의미하고, 도 4의 테이블에서'STO'는 본 발명의 궤환 채널에 배치되는 조리개(230)를 의미한다. 또한, 도 3 및 도 4의 테이블에서 본 발명의 광 투사 장치에서의 F 넘버(F #)는 5 로 설정되어 있다. 여기서, F 넘버는 렌즈의 밝기를 표시하는 단위 중 하나로서, 해당 렌즈의 초점 거리를 해당 렌즈로 입사하는 입사광의 직경으로 나눈 값으로 표현된다.

먼저 도 3의 테이블을 참조하여 본 발명의 광 투사 장치에서의 투사 채널의 각 부분에 대한 구현 데이터를 살펴보면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 투사 채널을 구성하는 각 부분의 곡률 반경의 경우, 제2 투사 렌즈를 구성하는 제2 렌즈(130)의 전면의 곡률 반경(r1)은 7.16064mm이고, 제2 렌즈(130)의 후면 또는 제1 렌즈(120)의 전면의 곡률 반경(r2)은 -7.82415mm이고, 제1 렌즈(120)의 후면의 곡률 반경(r3)은 4.28543mm이고, 제1 투사 렌즈(110)의 전면의 곡률 반경(r5)은 183.81467mm이며, 제1 투사 렌즈(110)의 후면의 곡률 반경(r6)은 -12.10538mm로 설계되고 있다. 이외의 각 부분에 대한 곡률 반경이 'infinity'라는 것은 그 해당 부분이 곡률이 없이 평탄(flat)함을 의미한다. 여기서, 곡률 반경이 (+)로 표시된 것은 광의 진행 방향을 기준할 때 렌즈면이 광 진행 방향과 동일한 방향을 향하여 볼록하게 형성되어 있음을 의미하는 것이며, 곡률 반경이 (-)로 표시된 것은 광의 진행 방향을 기준할 때 렌즈면이 광 진행 방향에 반대되는 방향을 향하여 볼록하게 형성(즉, 광 진행 방향과 동일한 방향으로는 오목하게 형성)되어 있음을 의미한다.

다음으로 본 발명의 투사 채널을 구성하는 각 부분 간의 거리의 경우, 스크린(150)과 조리개(140) 간의 거리(d1)는 400mm이고, 조리개(140)와 제2 렌즈(130) 의 전면 간의 거리(d2)는 5mm이고, 제2 렌즈(130)의 전면과 후면 간의 거리(d3)는 2.7mm이고, 제2 렌즈(130)의 후면 또는 제1 렌즈(120)의 전면과 제1 렌즈(120)의 후면 간의 거리(d4)는 2.3mm이고, 제1 렌즈(120)의 후면과 제1 투사 렌즈(110)의 전면 간의 거리(d5)는 10.071mm이고, 제1 투사 렌즈(110)의 전면과 후면 간의 거리(d6)는 2.1mm이며, 제1 투사 렌즈(110)의 후면과 광변조기(100) 간의 거리(d7)는 5.482mm이며, 광변조기(100)의 폭은 0.7mm로 설계되고 있다.

마지막으로 본 발명의 투사 채널을 구성하는 각 부분에 대한 굴절 계수와 아베수의 경우, 제2 렌즈(130)의 굴절 계수(N₁)와 아베수(V₁)는 각각 1.883과 40.76이고, 제1 렌즈(120)의 굴절 계수(N₂)와 아베수(V₂)는 각각 1.717과 29.51이며, 제1 투사 렌즈(110)의 굴절 계수(N₄)와 아베수(V₄)는 각각 1.713과 53.87이며, 광변조기(100)의 굴절 계수(N₅)와 아베수(V₅)는 각각 1.65와 50.68로 설계되고 있다.

도 4의 테이블을 참조하여 본 발명의 광 투사 장치에서의 궤환 채널의 각 부분에 대한 구현 데이터를 살펴보면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 궤환 채널을 구성하는 각 부분의 곡률 반경의 경우, 제2 렌즈(220)의 전면의 곡률 반경(r1)은 10.02712mm이고, 제2 렌즈(220)의 후면의 곡률 반경(r2)은 -40.87004mm이고, 제1 렌즈(210)의 전면의 곡률 반경(r3)은 8.42207mm이며, 제1 렌즈(210)의 후면의 곡률 반경(r4)은 5.25317mm로 설계되고 있다. 여기서, 제1 투사 렌즈(110)는 투사 채널과 궤환 채널에 공통되므로, r5 및 r6는 도 3 에서 설명한 바와 동일한 데이터를 가지고 있다.

다음으로 본 발명의 궤환 채널을 구성하는 각 부분 간의 거리의 경우, 광측정기(240)과 조리개(230) 간의 거리(d1)는 infinity(이는 거리가 무한대라는 의미가 아니라 특별히 그 위치를 정하지 아니하였음을 의미함)이고, 조리개(230)와 제2 렌즈(220)의 전면 간의 거리(d2)는 3.4mm이고, 제2 렌즈(220)의 전면과 후면 간의 거리(d3)는 1.5mm이고, 제2 렌즈(220)의 후면과 제1 렌즈(210)의 전면 간의 거리(d4)는 4.0mm이고, 제1 렌즈(210)의 전면과 후면 간의 거리(d5)는 1.0mm이고, 제1 렌즈(210)의 후면과 광분기기(160)의 전면 간의 거리(d6)는 2.0mm이며, 광분기기(160)의 전면과 후면 간의 거리(d7)는 0.7mm이며, 광분기기(160)의 후면과 제1 투사 렌즈(110)의 전면 간의 거리(d8)는 6.5mm로 설계되고 있다. 또한, 상술한 바와 같이 제1 투사 렌즈(110)는 투사 채널과 궤환 채널에 공통되므로, 이후의 d9, d10, d11은 도 3의 테이블의 d6, d7, d8의 데이터와 동일하다.

마지막으로 본 발명의 궤환 채널을 구성하는 각 부분에 대한 굴절 계수와 아베수의 경우, 제2 렌즈(220)의 굴절 계수(N₁)와 아베수(V₁)는 각각 1.5168과 64.2이고, 제1 렌즈(210)의 굴절 계수(N₂)와 아베수(V₂)는 각각 1.9229과 20.88이며, 광분기기(160)의 굴절 계수(N₃)와 아베수(V₃)는 각각 1.5168과 64.2로 설계되고 있다. 여기서도 제1 투사 렌즈(110)의 굴절 계수(N₄)와 아베수(V₄) 그리고 광변조기(100)의 굴절 계수(N₅)와 아베수(V₅)는 각각 도 3의 데이터와 동일하다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 광변조기(100)로부터 출사된 변조광이 광분기기(160)에 의해 일부는 투과되고 다른 일부는 반사됨으로써, 일 방향으로는 투사 채널을 따라 스크린(150) 상에 투사되고 타 방향으로는 궤환 채널을 따라 광측정기(240)로 전달되고 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예의 경우에는 변조광이 광분기기(160)를 통해 반사되는 방향으로 투사 채널이 형성되고 있고, 광분기기(160)를 투과하는 방향으로 궤환 채널이 형성되고 있다. 반면에 도 7 및 도 8에 도시된 실시예의 경우에는 도 5 및 도 6에 도시된 실시예의 경우에서와는 달리 변조광이 광분기기(160)를 투과하는 방향으로 투사 채널이 형성되고 있고, 광분기기(160)를 통해 반사되는 방향으로 궤환 채널이 형성된다는 차이점이 있다. 이와 같이 투사 채널과 궤환 채널은 광분기기(160)을 통해 분기된 변조광을 입력받을 수 있는 각 분기 경로에 따라 다양한 방식으로 형성될 수 있다.

이를 위하여 광분기기(160)에는 광변조기(100)로부터 출사된 변조광에 대하 여 일부는 투과시키고 나머지는 반사시킬 수 있도록 하는 반투과 물질로 형성된 반투과면을 포함할 수 있다. 이때, 반투과면은 다음과 같이 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6과 같이 투사 채널이 광분기기(160)를 통해 변조광이 반사되는 방향으로 형성되는 경우(즉, 제2 투사 렌즈(120, 130)가 광분기기(160)를 통해 반사된 변조광을 입력받는 경우)에는 광분기기(160)로 입력된 변조광에 대하여 반사 광량(광 반사율)이 투과 광량(광투과율)보다 큰 반투과 물질로 반투과면을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 반대로 도 7 및 도 8과 같이 투사 채널이 광분기기(160)를 변조광이 투과되는 방향으로 형성되는 경우(즉, 제2 투사 렌즈(120, 130)가 광분기기(160)를 투과한 변조광을 입력받는 경우)에는 광분기기(160)로 입력된 변조광에 대하여 투과 광량이 반사 광량보다 큰 반투과 물질로 반투과면을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

왜냐하면 본 발명의 광 투과 장치를 디스플레이 장치에 적용하는 경우를 예를 들면 디스플레이 장치의 목적은 화면 상에 보다 선명하고 밝은 색상, 화질을 갖는 영상을 구현하는 것을 그 목적으로 하므로, 스크린(150) 상에 투사되는 방향으로 전달되는 광량이 보다 많아야 하기 때문이다. 즉, 광변조기(100)로부터 출사된 변조광의 대부분(예를 들어 98% 이상)은 본 발명의 투사 채널을 따라 스크린(150) 상으로 전달되고, 아주 소량(예를 들어 2% 이하)의 일부 변조광만이 본 발명의 궤환 채널을 통해 광 캘리브레이션에 이용되도록 함으로써, 변조광의 광손실을 줄여 스크린(150) 상에 구현되는 영상의 밝기, 화질, 색상 등에 전혀 영향을 주지 않도록 설계될 필요가 있다.

이러한 광분기기(160)로는 다이크로익 미러(dichroic mirror) 또는 빔 스플리터(beam splitter) 등이 이용될 수 있으며, 이외에도 입력광을 2개 이상의 방향으로 분기시킬 수 있는 다양한 광학 소자, 광학 부품 등이 특별한 제한 없이 이용될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 5 내지 도 8에 있어서 광분기기(160)는 광변조기(100)와 제1 투사 렌즈(110) 사이에 배치되는 경우를 예시하고 있지만, 광변조기(100)로부터 출사된 변조광을 직접 입력받을 수 있는 위치에 배치될 수도 있으며, 이외에도 다양한 위치에 배치될 수 있음은 자명하다.

또한, 도 5 내지 도 8을 참조하면 본 발명의 광 투사 장치에 있어서 투사 채널 또는 궤환 채널에 1개 또는 그 이상의 반사 미러(도 5 내지 도 8의 식별번호 170, 250, 250-1, 250-2 참조)가 더 구비되고 있다. 이와 같이 투사 채널 및 궤환 채널 중 어느 하나의 채널 또는 각각의 모든 채널 상에 1개 이상의 반사 미러를 구비시키게 되면, 광변조기(100)로부터 출사된 변조광의 광경로(광진행 방향)를 설계자가 의도하는 방향으로 전환시킬 수 있게 되므로 장치 구성을 보다 콤팩트하게 할 수 있는 이점이 있다. 왜냐하면 반사 미러를 이용하여 광경로를 전환(예를 들어, 지그재그 방향의 광경로를 갖도록 조절)하는 경우에는 투사 채널 및 궤환 채널을 구성하는 각 구성부를 일렬 배치시키는 경우에 비해, 각 구성부 간의 배치 간격이 줄어들게 되어 광 투사 장치의 크기, 부피를 최소화할 수 있기 때문이다.

이때, 반사 미러의 배치 위치는 다양한 변형이 가능하다. 즉, 도 5 내지 도 8에 예시된 배치 위치 이외에도 설계 조건에 따라 필요한 다양한 위치에 배치될 수 있음은 자명하다. 예를 들어, 반사 미러가 투사 채널 상에 배치되는 경우에는 변조 광의 입력 순서에 따라 광변조기(100)와 상기 제1 투사 렌즈(110) 사이, 상기 제1 투사 렌즈(110)와 광분기기(160)의 사이, 광분기기(160)와 제2 투사 렌즈(120, 130) 사이, 제2 투사 렌즈(120, 130)와 스크린(150) 사이 등과 같이 다양한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 반사 미러가 궤환 채널 상에 배치되는 경우에는 변조광의 입력 순서에 따라 광분기기(160)와 수광 렌즈 사이, 수광 렌즈를 구성하는 각 렌즈 사이, 수광 렌즈와 광측정기(160) 사이 등과 같은 다양한 위치에 배치될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 그 구성의 단순화, 콤팩트화를 통하여 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 크기, 부피를 크게 줄일 수 있는 이점이 있으며, 이러한 소형화에도 불구하고 그 투사 성능 및 궤환 성능(광선 수차, 상면 만곡, 왜곡 수차 등)이 우수한 투사 렌즈를 제작할 수 있다. 이는 이하의 도 9 내지 도 12에 대한 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 투사 채널의 광선 수차를 예시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 궤환 채널의 광선 수차를 예시한 도면이다.

여기서, 도 9의 (a) 및 도 10의 (a)는 광변조기(100)의 중심을 기준으로 한 거리 상대치가 1인 지점(즉, 전체 높이(본 예에서는 field height가 11.30mm임)에 해당하는 지점)에서 반사된 변조광이 본 발명의 투사 채널을 거쳐 스크린(150) 상에 투사될 때의 광선 수차(ray aberration)(도 9의 (a) 참조)를, 본 발명의 궤환 채널을 거쳐 광측정기(240)로 전달될 때의 광선 수차(도 10의 (a) 참조)를 보여주고 있다. 또한, 도 9의 (b) 및 도 10의 (b)는 광변조기(100)의 중심을 기준으로 한 거리 상대치가 0.7인 지점에서 반사된 변조광이 본 발명의 투사 채널을 거쳐 스크린(150) 상에 투사될 때의 광선 수차(도 9의 (b) 참조)를, 본 발명의 궤환 채널을 거쳐 광측정기(240)로 전달될 때의 광선 수차(도 10의 (b) 참조)를 보여주고 있다. 또한, 도 9의 (c) 및 도 10의 (c)는 광변조기(100)의 중심을 기준으로 한 거리 상대치가 0인 지점(즉, 광변조기의 중심)에서 반사된 변조광이 본 발명의 투사 채널을 거쳐 스크린(150) 상에 투사될 때의 광선 수차(도 9의 (c) 참조)를, 본 발명의 궤환 채널을 거쳐 광측정기(240)로 전달될 때의 광선 수차(도 10의 (c) 참조)를 보여주고 있다.

또한, 도 9 및 도 10(도 11 및 도 12에서도 이와 같음)에서는 파장이 435.8343nm인 프라운호퍼선(fraunhofer line)과 587.5618nm인 프라운호퍼선의 경우를 예로 들어 광선 수차를 측정하였다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 광 투사 장치에 있어서 투사 채널 및 궤환 채널 모두 그 광선 수차가 대략 0.03mm(즉, 30㎛) 내외임을 확인할 수 있다. 이는 일반적인 프로젝션 시스템에 있어서 1픽셀에 해당하는 화소의 크기가 약 30 ~ 50㎛인 점을 감안하였을 때 무시할 수 있을 정도의 작은 값이며, 본 발명에 따른 광 투사 장치의 투사 성능 및 궤환 성능이 상당히 우수하다는 것을 보여주는 것이다.

도 11은 본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 투사 채널의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 예시한 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 궤환 채널의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 예시한 도면이다.

먼저, 도 11의 (a) 및 도 12의 (a)에 도시된 그래프는 본 발명에 따른 광 투사 장치에 있어서의 각각 투사 채널 및 궤환 채널의 상면 만곡을 보여주고 있다. 상면 만곡(curvature of field)은 투사 장치를 거친 광이 소정의 대상에 맺힐 때 평면으로 결상되지 않고 곡면의 형태로 결상되는 현상을 나타낸다. 도 11의 (a) 및 도 12의 (a)를 참조하여 본 발명의 광 투사 장치에 의한 상면 만곡을 살펴보면, 투사 채널의 경우 대략 0.2mm 정도의 값을, 궤환 채널의 경우 대략 0.5mm 정도의 값을 벗어나지 않음을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 광 투사 장치가 우수한 투사 성능 및 궤환 성능을 가지고 있다는 것을 보여주는 것이다.

또한, 도 11의 (b) 및 도 12의 (b)에 도시된 그래프는 본 발명에 따른 광 투사 장치에 있어서의 왜곡 수차(distortion aberration)를 보여주고 있다. 이러한 왜곡 수차는 렌즈의 위치별 배율의 변화(차이)에 의하여 발생할 수 있다. 이상적인 렌즈의 경우에는 그 중심점을 기준으로 하였을 때 외각 방향으로의 위치별 배율이 일정(즉, 곡률이 일정)하여야 하지만, 실제 제작된 렌즈의 경우에는 가공상의 오차, 변조광의 입사 방향(각도) 등의 다양한 요인에 인하여 위치별 배율이 조금씩 달라질 수 있다. 즉, 변조광이 광 투사 장치를 거쳐 스크린(150) 또는 광측정기(240) 상에 투사되는 경우에도 투사 장치를 구성하는 렌즈의 위치별 확대 배율의 차이에 의하여 왜곡 수차가 발생할 수 있는 것이다. 이때, 왜곡 수차가 + 값을 가지면 화면의 각 측면이 오목하게 보이게 되며, 왜곡 수차가 - 값을 가지면 화면의 각 측면이 볼록해 보이게 된다. 다만, 이러한 왜곡(볼록 또는 오목하게 보임)을 사람이 눈을 통해 인식할 수 있으려면 적어도 그 왜곡 수차가 약 ±2% 정도가 되어야 한다. 따라서, 도 11의 (b) 및 도 12의 (b)의 경우에는 왜곡 수차가 약 ±1% 범위를 벗어나지 않으므로, 본 발명의 광 투사 장치는 사람이 전혀 인식할 수 없는 왜곡 수차를 가지고 있어 우수한 투사 성능 및 궤환 성능을 가지고 있음을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 투사 채널을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 궤환 채널을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 도 1에 도시된 투사 채널에 대한 실제 구현 데이터의 일 예를 나타낸 도면.

도 4는 도 2에 도시된 궤환 채널에 대한 실제 구현 데이터의 일 예를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 9는 본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 투사 채널의 광선 수차를 예시한 도면.

도 10은 본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서 의 궤환 채널의 광선 수차를 예시한 도면.

도 11은 본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 투사 채널의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 예시한 도면.

도 12는 본 발명에 따른 광 투사 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서의 궤환 채널의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 예시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 광변조기 110, 120, 130 : 투사 렌즈

150 : 스크린 160 : 광분리기

140, 230 : 조리개 170, 250 : 반사 미러

210, 220 : 수광 렌즈 240 : 광측정기

Claims (16)

1. 양의 굴절력을 가지며, 광변조기로부터 출사된 변조광을 입력받는 제1 투사 렌즈;

   상기 변조광을 입력받아 화면 상에 확대 투사하는 제2 투사 렌즈;

   상기 변조광의 광출력 세기를 측정하는 광측정기; 및

   상기 제1 투사 렌즈를 통과한 변조광이 일 방향으로는 상기 제2 투사 렌즈로 입력되고, 타 방향으로는 상기 광측정기로 입력될 수 있도록 분기(分岐)시키는 광분기기

   를 포함하는 광 투사 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 투사 렌즈는,

   음의 굴절력을 가지며, 상기 제1 투사 렌즈를 통과한 변조광을 입력받는 제1 렌즈; 및

   상기 제1 렌즈와 결합하여 양의 굴절력을 갖는 렌즈군을 형성하며, 상기 제1 렌즈를 통과한 변조광을 입력받아 상기 화면 상에 투사하는 제2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 투사 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 -12.10mm 및 183.81mm이고, 상기 제1 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 4.28mm 및 -7.82mm이고, 상기 제2 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 -7.82mm 및 7.16mm인 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 광측정기는 포토 다이오드(photo diode)인 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 광분기기는 다이크로익 미러(dichroic mirror) 또는 빔 스플리터(beam splitter)인 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 광분기기는 상기 변조광의 일부는 투과시키고, 나머지는 반사시키는 반 투과면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제2 투사 렌즈가 상기 광분기기를 투과한 변조광을 입력받는 경우,

   상기 반투과면은 상기 변조광에 대해서 투과 광량이 반사 광량보다 큰 반투과 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 제2 투사 렌즈가 상기 광분기기에 의해 반사된 변조광을 입력받는 경우,

   상기 반투과면는 상기 변조광에 대해서 반사 광량이 투과 광량보다 큰 반투과 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
9. 제1항에 있어서,

   입력광을 반사하여 광경로를 전환시키는 1개 이상의 반사 미러를 더 포함하되,

   상기 반사 미러는 상기 광변조기와 상기 제1 투사 렌즈 사이, 상기 제1 투사 렌즈와 상기 광분기기 사이, 상기 광분기기와 상기 제2 투사 렌즈 사이 및 상기 제2 투사 렌즈와 상기 화면 사이 중 어느 하나의 위치에 배치되어 상기 광변조기, 상기 제1 투사 렌즈, 상기 광분기기, 상기 제2 투사 렌즈 및 상기 화면 중 어느 2개 이상 간의 배치 간격이 축소될 수 있도록 상기 변조광의 광경로를 전환하는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 제2 투사 렌즈와 상기 화면 사이에 위치하여 상기 제2 투사 렌즈로부터 투사된 변조광의 광량을 조절하여 통과시키는 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 광분기기와 상기 광측정기 사이에 상기 광분기기에 의해 상기 타 방향으로 분기된 변조광을 수광하여 상기 광측정기로 전달하는 수광 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 수광 렌즈는,

    음의 굴절력을 가지며, 상기 광분기기에 의해 상기 타 방향으로 분기된 변조광을 수광하는 제1 렌즈; 및

    양의 굴절력을 가지며, 상기 제1 렌즈를 통과한 변조광을 입력받아 상기 광측정기로 전달하는 제2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 5.25mm 및 8.42mm이고, 상기 제2 렌즈의 광입사면 및 광출사면의 곡률 반경은 각각 -40.87mm 및 10.02mm인 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
14. 제12항에 있어서,

    입력광을 반사하여 광경로를 전환시키는 1개 이상의 반사 미러를 더 포함하되,

    상기 반사 미러는 상기 변조광의 입력 순서를 기준하여 상기 광분기기와 상기 수광 렌즈 사이, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이, 상기 수광 렌즈와 상기 광측정기 사이 중 어느 하나 이상의 위치에 배치되어 상기 광분기기, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 광측정기 중 어느 2개 이상 간의 배치 간격이 축소될 수 있도록 상기 변조광의 광경로를 전환하는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
15. 제11항에 있어서,

    상기 수광 렌즈와 상기 광측정기 사이에 위치하여 상기 수광 렌즈로부터 전달된 변조광의 광량을 조절하여 통과시키는 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투사 장치.
16. 광원;

    상기 광원으로부터 출사된 광을 입력받아 변조광을 생성 출력하는 광변조기;

    양의 굴절력을 가지며, 광변조기로부터 출사된 변조광을 입력받는 제1 투사 렌즈;

    상기 변조광을 입력받아 화면 상에 확대 투사하는 제2 투사 렌즈;

    상기 변조광의 광출력 세기를 측정하는 광측정기; 및

    상기 제1 투사 렌즈를 통과한 변조광이 일 방향으로는 상기 제2 투사 렌즈로 입력되고, 타 방향으로는 상기 광측정기로 입력될 수 있도록 분기(分岐)시키는 광분기기를 포함하는 디스플레이 장치.

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