KR20090091924A - Laser projector - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영상 투사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 광원을 사용하는 레이저 프로젝터에 관한 것이다.The present invention relates to an image projection apparatus, and more particularly, to a laser projector using a laser light source.
최근 대화면의 고화질 화상을 구현하는 장치로서, 액정디스플레이(Liquid Crystal Display)와 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel) 그리고 프로젝터와 같은 투사 표시 장치(Projection Display System) 등이 이용되고 있다.Recently, a liquid crystal display, a plasma display panel, a projection display system such as a projector, and the like have been used as a device for realizing a high quality image of a large screen.
도 1은 일반적인 레이저 광원을 이용한 레이저 표시 장치의 구성 요소를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating components of a laser display device using a general laser light source.
도 1에 도시된 바와 같이, 적색(R)/녹색(G)/청색(B) 레이저 다이오드(1a, 1b, 1c)로부터 출사된 레이저 광은 다이크로익 미러들(2a, 2b)에 의해 일부 색이 투과 또는 반사하여 합성된다.As shown in FIG. 1, the laser light emitted from the red (R) / green (G) / blue (B) laser diodes 1a, 1b, 1c is partially displaced by the dichroic mirrors 2a, 2b. Colors are synthesized by transmission or reflection.
그리고, 상기 다이크로익 미러들(2a, 2b)에 의해 합성된 광은 RPP(Ramdom Phase Plate; 이하 'RPP')(3)를 경유하여 광터널(4)을 통해 패널(5)로 입사되어 스크린으로 영상이 투사된다. 이때, RPP(3)는 레이저 광의 위상을 불규칙적으로 변환시켜 상기 레이저 광에서 발생할 수 있는 스펙클(Speckle)을 제거한다.The light synthesized by the dichroic mirrors 2a and 2b is incident to the panel 5 through the optical tunnel 4 via a RPP (Ramdom Phase Plate) 3. The image is projected onto the screen. At this time, the RPP 3 irregularly converts the phase of the laser light to remove speckle that may occur in the laser light.
상기와 같은 종래의 레이저 프로젝터는 다이크로익 미러들(2a, 2b)과 RPP(3)와 광터널(4)이 일직선상에 위치하여 레이저 프로젝터 전체의 크기를 소형화하는데 한계가 있다.In the conventional laser projector as described above, the dichroic mirrors 2a and 2b, the RPP 3, and the optical tunnel 4 are located in a straight line to limit the size of the entire laser projector.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저 프로젝터 전체의 크기를 소형화하고, 레이저 광에서 발생할 수 있는 스펙클을 효과적으로 제거할 수 있는 레이저 프로젝터에 관한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and relates to a laser projector capable of miniaturizing the size of the entire laser projector and effectively removing speckle that may occur in the laser light.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 적색, 녹색 및 청색 레이저 발광소자로 이루어지는 광원과; 상기 광원에서 출사된 레이저 광이 입사되는 광터널과; 상기 광터널을 통해 입사된 레이저 광을 이용하여 스크린상에 영상을 투사하는 디스플레이 소자;를 포함하되, 상기 광터널의 내부에는, 상기 광원으로부터 출사된 레이저 광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성하는 합성부와, 상기 합성부를 통해 합성된 레이저 광의 위상을 불규칙적으로 변환하여 스펙클을 제거하는 스펙클 제거부가 형성된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, a laser projector includes: a light source including red, green, and blue laser light emitting elements; An optical tunnel into which the laser light emitted from the light source is incident; And a display device for projecting an image on a screen by using the laser light incident through the optical tunnel, wherein the display device is configured to transmit or reflect some colors of the laser light emitted from the light source. And a speckle removing unit for irregularly converting the phase of the laser light synthesized through the combining unit to remove the speckle.
이때, 상기 광원과 광터널은 일직선상에 위치하도록 설치될 수 있다.In this case, the light source and the optical tunnel may be installed in a straight line.
또한, 상기 합성부는 상기 적색 레이저 광을 투과하고 상기 녹색 레이저 광을 반사하는 제1 다이크로익 미러와; 상기 적색 레이저 광과 상기 녹색 레이저 광을 투과하고 상기 청색 레이저 광을 반사하는 제2 다이크로익 미러를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 제1 및 제2 다이크로익 미러는 일직선상에 위치하도록 상기 광터널 내부에 설치될 수 있다.The synthesizing unit may include a first dichroic mirror that transmits the red laser light and reflects the green laser light; And a second dichroic mirror that transmits the red laser light and the green laser light and reflects the blue laser light. In this case, the first and second dichroic mirrors may be installed in the optical tunnel to be located in a straight line.
또한, 상기 합성부와 상기 스펙클 제거부는 상기 광터널 내부에서 일직선상에 위치하도록 설치될 수 있다.In addition, the compounding unit and the speckle removing unit may be installed to be located in a straight line inside the optical tunnel.
또한, 상기 스펙클 제거부는 상기 레이저 광의 위상을 불규칙하게 변환하는 불규칙 패턴이 구비된 복수의 RPP(Random Phase Plate)들이 배열되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 RPP들은 일정한 순서로 나열된 스택(Stack) 구조로 배열될 수 있고, 상기 RPP들은 서로 마주보도록 배열되고 상기 RPP들의 불규칙 패턴이 형성되지 않은 외부 표면에는 반사막이 형성될 수도 있다.The speckle remover may be formed by arranging a plurality of random phase plates (RPPs) having an irregular pattern for irregularly converting a phase of the laser light. That is, the RPPs may be arranged in a stack structure arranged in a certain order, and the RPPs may be arranged to face each other and a reflective film may be formed on an outer surface of which the irregular patterns of the RPPs are not formed.
본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 다이크로익 미러와 RPP를 광터널 내부에 형성하여 레이저 프로젝터의 크기를 소형화할 수 있고, 상기 RPP의 배열 구조를 개량하여 효율적으로 스펙클을 제거할 수 있는 효과가 있다.The laser projector according to the present invention can form a dichroic mirror and an RPP inside an optical tunnel to reduce the size of the laser projector, and can improve speckle removal efficiently by improving the arrangement structure of the RPP. have.
도 1은 일반적인 레이저 광원을 이용한 레이저 표시 장치의 구성 요소를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating components of a laser display device using a general laser light source.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 프로젝터를 나타낸 일 실시예 개략적 구성도이다.Figure 2 is a schematic diagram of an embodiment of a laser projector according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 RPP 구조를 나타낸 도면이다.3 is a view showing an RPP structure according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 RPP들의 배열 구조를 나타낸 제1 실시예 도면이다.4 is a diagram of a first embodiment showing an arrangement of RPPs according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 RPP들의 배열 구조를 나타낸 제2 실시예 도면이다.5 is a diagram of a second embodiment showing an arrangement of RPPs according to the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
21: 레이저 광원 21a: 적색 레이저 다이오드21: laser light source 21a: red laser diode
21b: 녹색 레이저 다이오드 21c: 청색 레이저 다이오드21b: green laser diode 21c: blue laser diode
22: 합성부 22a: 제1 다이크로익 미러22: composite portion 22a: first dichroic mirror
22b: 제2 다이크로익 미러 23: 스펙클 제거부22b: second dichroic mirror 23: speckle removing unit
24: 광터널 25: 디스플레이 소자24: optical tunnel 25: display element
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the embodiments.
본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the laser projector 20 according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 프로젝터를 나타낸 일 실시예 개략적 구성도이다.Figure 2 is a schematic diagram of an embodiment of a laser projector according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)는, 레이저 광원(21)과, 광터널(24) 및 디스플레이 소자(25)을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 2, the laser projector 20 according to the present invention includes a laser light source 21, an optical tunnel 24, and a display element 25.
이하, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)에는 필요에 따라 전술한 구성요소 이외의 것(집광 렌즈, 회절 렌즈, 투사 렌즈 등)이 포함되어 구성될 수 있을 것이나, 상기 전술한 구성요소 이외의 것은 본 발명에 직접적 연관이 있는 것은 아니므로 설명의 간명함을 위해 이에 대한 자세한 설명은 이하 생략된다. Hereinafter, the laser projector 20 according to the present invention may be configured to include other than the aforementioned components (condensing lens, diffractive lens, projection lens, etc.) if necessary, but other than the aforementioned components Since it is not directly related to the present invention, a detailed description thereof will be omitted below for simplicity.
한편, 상기 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐져서 구성되거나, 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있음을 유념해야 한다.On the other hand, it should be noted that the components may be configured by combining two or more components into one component, or one component may be subdivided into two or more components as necessary when implemented in actual applications.
이하, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)의 구성 요소들에 대해 차례로 살펴본다.Hereinafter, the components of the laser projector 20 according to the present invention will be described.
레이저 광원(21)은 적색(R)/녹색(G)/청색(B) 레이저 다이오드(21a, 21b, 21c)를 포함하여 구성되며, 적색/청색/녹색 레이저 광을 출사한다.The laser light source 21 includes red (R) / green (G) / blue (B) laser diodes 21a, 21b, and 21c, and emits red / blue / green laser light.
합성부(22)는 상기 레이저 광원(21)으로부터 출사된 레이저 광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성한다. 상기와 같은 합성부(22)는 복수의 다이크로익 미러들(22a, 22b)로 구성될 수 있다.The combining unit 22 transmits or reflects a part of the color of the laser light emitted from the laser light source 21 to synthesize it. The combination unit 22 may be configured of a plurality of dichroic mirrors 22a and 22b.
도 2를 예를 들면, 이러한 다이크로익 미러(214a, 214b)는 적색(21a) 레이저 광과 녹색(21b) 레이저 광이 교차하는 위치에 제1 다이크로익 미러(22a)가 위치하고, 적색(21a) 레이저 광과 청색(21c) 레이저 광이 교차하는 위치에 제2 다이크로익 미러(22b)가 위치할 수 있다.For example, in the dichroic mirrors 214a and 214b, the first dichroic mirror 22a is positioned at the position where the red 21a laser light and the green 21b laser light intersect, and the red ( 21a) The second dichroic mirror 22b may be positioned at a position where the laser light and the blue 21c laser light cross each other.
이때, 제1 다이크로익 미러(22a)는 도 2과 같이, 적색(21a) 레이저 광을 투과하고, 녹색(21b) 레이저 광은 반사시킬 수 있다. 또한, 제2 다이크로익 미러(22b)는 청색(21c) 레이저 광은 반사시키고, 적색(21a) 레이저 광은 투과시킬 수 있다.In this case, as shown in FIG. 2, the first dichroic mirror 22a may transmit the red 21a laser light and reflect the green 21b laser light. In addition, the second dichroic mirror 22b may reflect the blue 21c laser light and transmit the red 21a laser light.
이와 같이, 적색(21a) 레이저 광, 녹색(21b) 레이저 광 및 청색(21c) 레이저 광은 두 개의 다이크로익 미러(22a, 22b)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.In this way, the red (21a) laser light, the green (21b) laser light, and the blue (21c) laser light are passed through the two dichroic mirrors 22a and 22b, and are synthesized and imaged in various colors according to the image to be formed. Are synthesized.
상기와 같은 합성부(22)는 본 발명에 따라 레이저 프로젝터(20)의 크기를 소형화하기 위해 중공(hollow) 타입의 광터널(24) 내부에 설치된다. 이때, 합성부(22)의 제1 및 제2 다이크로익 미러(22a, 22b)는 상기 광터널(24) 내부에서 일직선 상에 설치된다.The synthesis unit 22 as described above is installed in the hollow type optical tunnel 24 in order to reduce the size of the laser projector 20 according to the present invention. At this time, the first and second dichroic mirrors 22a and 22b of the combining unit 22 are installed in a straight line inside the optical tunnel 24.
또한, 스펙클 제거부(23)는 레이저 광의 위상을 불규칙하게 변환하는 불규칙 패턴이 구비된 복수의 RPP(Random Phase Plate; 이하 'RPP')들로 구성되고, 상기 합성부(22)를 통해 합성된 레이저 광의 위상을 불규칙적으로 변환하여 스펙클을 제거한다.In addition, the speckle remover 23 is composed of a plurality of RPPs (Random Phase Plates) (RPPs) provided with an irregular pattern for irregularly converting a phase of a laser light, and synthesized through the synthesizer 22. The speckle is removed by irregularly converting the phase of the laser light.
이하, 도 3을 참조하여 상기 RPP에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the RPP will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명에 따른 RPP 구조를 나타낸 도면이다.3 is a view showing an RPP structure according to the present invention.
도 3을 참조하면, RPP는 불규칙적으로 이원화된 패턴(도 3의 a에 도시됨)에 상응하여 식각(Etching) 또는 몰딩(Molding) 등의 공정을 통하여 두 개의 층으로 이루어진 단면 구조를 가진다.Referring to FIG. 3, the RPP has a cross-sectional structure composed of two layers through an etching process or a molding process corresponding to an irregularly binary pattern (shown in FIG. 3A).
즉, 상기 RPP는 불규칙한 요철 구조를 통해 도 2 (a)의 블랙/화이트 영역을 형성하며, 레이저 광이 상기 요철 구조를 투과하면서 위상 차이가 생긴다.That is, the RPP forms the black / white region of FIG. 2A through an irregular concave-convex structure, and a phase difference occurs while laser light passes through the concave-convex structure.
즉, 요부와 철부를 통과한 레이저 광은 경로 차에 의하여 위상 차이를 가지게 되고 위상 차이에 의하여 간섭 현상이 배제되어 스펙클이 제거된다.That is, the laser light passing through the recessed portion and the convex portion has a phase difference due to the path difference, and the speckle is removed by eliminating the interference phenomenon by the phase difference.
이때, 레이저 광의 파장 변화에 따라 패턴의 식각 깊이(d)가 달라지는데, "d = λ/2(n-1)(단, "d"는 "식각 깊이"를, "λ"는 "레이저광의 파장"을, "n"은 "투과지수(index of glass)"를 의미함)"의 식에 의하여 식각 깊이가 계산된다.At this time, the etching depth (d) of the pattern is changed according to the wavelength change of the laser light, "d = λ / 2 (n-1), where" d "is" etch depth "," λ "is" wavelength of laser light " The etch depth is calculated by the formula " n " means " index of glass ".
도 3의 (b)에서, 레이저 광 사이의 간격이 "D"이고, RPP와 스크린 사이의 간격이 "L"일 때, 레이저 광에 위상차가 생겨서 영역 "σx" 상에서 발생되는 양단의 간섭이 억제될 수 있음을 볼 수 있다.In FIG. 3B, when the distance between the laser light is "D" and the distance between the RPP and the screen is "L", a phase difference occurs in the laser light to suppress the interference at both ends generated on the area "σx". It can be seen that.
스펙클 제거부(23)는 상기와 같은 RPP가 이하의 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 특정한 패턴으로 복수개 배열되어 보다 효과적으로 스펙클을 제거할 수 있다.The speckle removal unit 23 may remove the speckle more effectively by arranging a plurality of such RPPs in a specific pattern as shown in FIGS. 4 and 5 below.
도 4는 본 발명에 따른 RPP들의 배열 구조를 나타낸 제1 실시예 도면이다.4 is a diagram of a first embodiment showing an arrangement of RPPs according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 RPP들의 배열 구조를 나타낸 제2 실시예 도면이다.5 is a diagram of a second embodiment showing an arrangement of RPPs according to the present invention.
먼저, 도 4를 참조하면, 종래 단일개의 RPP에 비해 본 발명에서는 다수개의 RPP들(23a, 23b, 23c)을 일정한 순서로 나열된 스택(Stack) 구조로 배열한다.First, referring to FIG. 4, in the present invention, a plurality of RPPs 23a, 23b, and 23c are arranged in a stack structure in a predetermined order, compared to a single RPP.
상기와 같이 다수개의 RPP들(23a, 23b, 23c)을 스택 구조로 배열함으로써, 상기 합성부(22)에서 합성된 레이저 광이 상기 다수개의 RPP들(23a, 23b, 23c)을 통과하는 과정에서 미쳐 위상차가 발생하지 않은 영역에서도 위상차가 발생할 수 있도록 하여 효과적으로 스펙클을 제거할 수 있다.By arranging the plurality of RPPs 23a, 23b, and 23c in a stack structure as described above, in the process of the laser light synthesized by the combining unit 22 passing through the plurality of RPPs 23a, 23b and 23c. The speckle can be effectively removed by allowing the phase difference to occur even in a region where the phase difference does not occur.
그 다음으로, 도 5를 참조하면, 종래 단일개의 RPP에 비해 본 발명에서는 제1 및 제2 RPP(23a, 23b)를 서로 마주보도록 배치하고, 상기 제1 및 제2 RPP(23a, 23b)의 불규칙 패턴이 형성되지 않은 외부 표면에 반사막(23d)을 형성한다. 이때, 상기 반사막(23d)은 레이저 광이 입사 및 출사될 수 있도록 형성한다.Next, referring to FIG. 5, in the present invention, the first and second RPPs 23a and 23b are disposed to face each other, and the first and second RPPs 23a and 23b are disposed in the present invention. The reflective film 23d is formed on the outer surface where the irregular pattern is not formed. In this case, the reflective film 23d is formed to allow laser light to enter and exit.
본 발명은 상기와 같은 구조를 가짐으로써, 레이저 광이 상기 반사막(23d)에 의해 내부에서 불규칙하게 전반사 되어, 미쳐 위상차가 발생하지 않은 영역에서도 위상차가 발생할 수 있도록 하여 효과적으로 스펙클을 제거할 수 있다.According to the present invention, since the laser light is totally reflected internally by the reflective film 23d, the phase difference can be generated even in a region where the phase difference does not occur, thereby effectively removing speckle. .
상기와 같은 스펙클 제거부(23)는 광터널(24) 내부에서 상기 합성부(23)와 일직선 상에 설치된다.The speckle removing unit 23 is installed in a straight line with the combining unit 23 inside the optical tunnel 24.
상기와 같이, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)는 합성부(22)와 스펙클 제거부(23)가 광터널(24) 내부에 형성됨으로써, 종래의 레이저 프로젝터보다 크기를 소형화할 수 있다.As described above, in the laser projector 20 according to the present invention, since the combining unit 22 and the speckle removing unit 23 are formed inside the optical tunnel 24, the laser projector 20 may be smaller in size than a conventional laser projector.
한편, 광터널(24)은 유리(Bulky Glass) 재질의 로드 렌즈(Rod lens)로 구성될 수 있으며, 로드 렌즈는 공기보다 굴절률이 높은 고굴절률의 특성을 가지므로 그 내부에서 전반사가 이루어진다.On the other hand, the optical tunnel 24 may be composed of a rod lens made of glass (Bulky Glass) material, the rod lens has a high refractive index characteristics of higher refractive index than air, so that the total internal reflection is made therein.
또는, 상기 광터널(24)은 미러(Mirror)로 둘러싸여 입/출사구가 개방된 형태의 라이트 터널(Tunnel)로 이루어질 수 있으며, 가령 네 개의 미러면으로 둘러싸여 터널의 형태를 이루도록 구성된다.Alternatively, the optical tunnel 24 may be formed as a light tunnel of a type in which an entrance / exit opening is opened by being surrounded by a mirror, and is configured to form a tunnel by being surrounded by four mirror surfaces.
이러한 구조상에서 개구된 터널의 내부를 진행하는 분리 광들은 미러에 의하여 불규칙하게 전반사되며 균일하게 혼합된다.In this structure, the separated lights traveling through the opened tunnel are irregularly totally reflected and uniformly mixed by the mirror.
디스플레이 소자(25)는 상기 광터널(24)에서 혼합된 레이저 광을 이용하여 스크린에 영상을 투사한다. 상기와 같은 디스플레이 소자(25)는 입사광을 각 화소 단위로 선택적으로 반사시킴에 의해 화상을 형성하는 디지털 마이크로 미러 소자, 반사형 액정표시소자(Liquid Crystal on Silicon; 이하 'LCS') 등의 반사형 화상 형성 유닛, 입사광을 각 화소 단위로 선택적으로 투과시킴에 의해 화상을 형성하는 투과형 액정표시소자 등의 투과형 화상 형성 유닛이 될 수 있다.The display element 25 projects an image on a screen by using the laser light mixed in the optical tunnel 24. The display device 25 as described above is a reflection type such as a digital micro mirror device, a reflective liquid crystal display device (LCS), or the like, which forms an image by selectively reflecting incident light on a pixel-by-pixel basis. An image forming unit and a transmissive image forming unit such as a transmissive liquid crystal display element for forming an image by selectively transmitting incident light in units of pixels can be used.
이상 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 예를 들면, 본 기술분야의 당업자에게는 전술한 실시예들을 서로 조합하여 사용하는 것도 매우 용이할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention. For example, it will be very easy for those skilled in the art to use the above-described embodiments in combination with each other.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다.Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative.
본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.
Claims (8)
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