KR20110111078A - 프로젝터 광학계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로젝터 광학계에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 프로젝터 광학계는 광을 하향 조명하는 조명 렌즈들과; 상기 조명 렌즈들에서 조명된 광을 입사받아 영상을 구현하는 화면 소자와; 상기 화면 소자에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들와; 상기 조명 렌즈들에서 조명된 광을 광의 각도를 변경시켜 상기 화면 소자로 출사하고, 상기 화면 소자의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 상기 투사 렌즈들로 출사하는 필드 렌즈를 포함한다.

Description

프로젝터 광학계 { Projector opitcal system }
본 발명은 프로젝터의 두께가 줄일 수 있는 프로젝터 광학계에 관한 것이다.
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.
일반적으로, 프로젝터의 광학계는 조명계와 투사계로 나눌 수 있다.
조명계는 램프(lamp)로부터 나온 광을 광 터널인 인터그레이터(Integrator)나 FEL(Fly Eye Lens)을 통해 작은 크기의 이미저(imager)에 균일하게 비춰주는 역할을 한다.
그리고 상기 투사계는 상기 조명계를 통해 각 패널에 조명광이 입사하며, 이미저를 크게 확대하여 스크린에 결상시키는 역할을 한다.
본 발명은 프로젝터의 두께가 줄일 수 있는 과제를 해결하는 것이다.
본 발명은,
광을 하향 조명하는 조명 렌즈들과;
상기 조명 렌즈들에서 조명된 광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 출사하는 제 1 필드 렌즈와;
상기 제 1 필드 렌즈에서 출사된 광을 입사받아 영상을 구현하는 화면 소자와;
상기 화면 소자의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 출사하는 제 2 필드 렌즈와;
상기 제 2 필드 렌즈에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들을 포함하여 구성된 프로젝터 광학계가 제공된다.
본 발명은,
조명부의 광을 반사시키고, 영상광은 투과시키는 TIR(Total Information Reflector)과;
상기 TIR에서 반사된 조명부의 광을 입사받아 상기 영상광을 구현하는 화면 소자와;
상기 화면 소자의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 출사하는 필드 렌즈와;
상기 필드 렌즈에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들을 포함하여 구성된 프로젝터 광학계가 제공된다.
본 발명의 프로젝터 광학계는 조명 렌즈들과 화면 소자의 사이 및 투사 렌즈들과 화면 소자의 사이 각각에 필드 렌즈를 개재시켜 조명 렌즈들의 두께 및 투사 렌즈들의 두께를 감소시킴으로써, 프로젝터의 두께가 줄어들어 프로젝터를 경박(輕薄)화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로젝터 광학계의 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로젝터 광학계의 개략적인 구성도
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프로젝터 광학계의 개략적인 구성도
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 프로젝터 광학계의 개략적인 구성도
도 5는 도 4의 비교예를 도시한 개략적인 구성도
도 6은 본 발명에 따른 프로젝터 광학계에 PBS(Polarizing Beam Splitter)가 적용된 상태를 도시한 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 프로젝터 광학계는 화면 소자에 광을 하향 조명하는 조명 렌즈와 상기 화면 소자의 영상광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈를 포함하는 광학계로 입사되는 광의 각도를 변경시켜 출사하는 필드(Field) 렌즈를 적용하여 프로젝터의 두께를 감소시키기 위한 것이다.
이때, 본 발명의 프로젝터 광학계는 상기 조명 렌즈의 광축과 투사 렌즈의 광축이 동일하게 설계할 수 있고, 또는 다르게 설계할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로젝터 광학계의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로젝터 광학계는 광을 하향 조명하는 조명 렌즈들(110,120)과; 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 조명된 광을 입사받아 영상을 구현하는 화면 소자(300)와; 상기 화면 소자(300)에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들(510,520,530)과; 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 조명된 광을 광의 각도를 변경시켜 상기 화면 소자(300)로 출사하고, 상기 화면 소자(300)의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 상기 투사 렌즈들(510,520,530)로 출사하는 필드 렌즈(210)를 포함한다.
여기서, 상기 필드 렌즈(210)는 도 1, 도 2 및 도 3에서 상기 화면 소자(300)의 양측에 도면부호 '210'으로 도시되어 있지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 조명 렌즈들(110,120)을 통해 조명된 광을 반사시키고, 상기 화면 소자(300)의 영상광을 투과시키는 PBS(Polarizing Beam Splitter)(600)이 적용된 프로젝터 광학계를 살펴보면, 필드 렌즈는 두 개가 아니고, 조명부 및 투사부에 공용으로 적용되는 하나의 필드 렌즈 '210'이다.
이러한, 본 발명의 프로젝터 광학계는 상기 조명 렌즈들(110,120)과 화면 소자(300)의 사이 및 상기 투사 렌즈들(510,520,530)과 화면 소자(300)의 사이 각각에 필드 렌즈(210)가 개재되어 있어 상기 조명 렌즈들(110,120)의 두께 및 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 두께를 감소시킴으로써, 프로젝터의 두께가 줄어들어 프로젝터를 경박(輕薄)화시킬 수 있는 장점이 있다.
더 상세히 설명하면, 상기 필드 렌즈(210)는 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 출사된 광의 각도를 변경시켜 상기 화면 소자(300)에 전달하고, 상기 화면 소자(300)의 영상광의 각도를 변경시켜 상기 투사 렌즈들(510,520,530)에 전달하게 되어, 상기 조명 렌즈들(110,120) 및 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 두께를 감소시키게 된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 출사된 광이 상기 필드 렌즈(210)에서 꺽이게 되어, 상기 조명 렌즈들(110,120)은 상단과 하단의 소정 두께(t4,t1)가 필요하지 않고, 상기 화면 소자(300)의 영상광이 상기 필드 렌즈(210)에서 꺽이게 되어, 상기 투사 렌즈들(510,520,530)은 상단과 하단의 소정 두께(t3,t2)가 필요하지 않게 된다.
그러므로, 본 발명의 제 1 실시예의 프로젝터 광학계의 상기 조명 렌즈들(110,120) 및 투사 렌즈들(510,520,530)은 상기 필드 렌즈(210)가 존재하지 않은 프로젝터 광학계의 조명 렌즈들 및 투사 렌즈들보다도 두께가 현저하게 줄어들게 된다.
그리고, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로젝터 광학계는 상기 조명 렌즈들(110,120)과 투사 렌즈들(510,520,530)의 광축(B)이 동일한 광학계이다.
또, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로젝터 광학계는 하향 조명 및 상향 투사하기에, 상기 화면 소자(300)는 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 광축(B)보다 하향되어 위치된다.
또한, 상기 화면소자(300)는 LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 또는 DMD(Digital Mirror Device)와 같은 반사형 화면소자 또는 투과형 화면소자를 적용할 수 있다.
한편, 본 발명의 프로젝터 광학계에 적용된 필드 렌즈는 기존의 상향 투사렌즈를 적용한 프로젝터 광학계에서는 사용하지 못하였다.
즉, 상향 투사 렌즈를 적용한 프로젝터 광학계에서는 상향 투사로 투사 렌즈의 광축과 화면 소자의 중심이 일치하지 않게 되는데, 필드 렌즈가 개재되면 화면 소자의 중심과 필드 렌즈의 중심이 일치하게 되어 프로젝터 광학계는 상향 투사를 하지 못하게 된다.
그러므로, 본 발명의 프로젝터 광학계는 필드 렌즈를 구비하고, 하향 조명 및 상향 투사할 수 있는 광학계로 구현하여, 기존의 프로젝터와 대비하여 프로젝터를 경박화시킬 수 있는 진보된 효과를 갖는다 하겠다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로젝터 광학계의 개략적인 구성도이다.
이 프로젝터 광학계는 조명 렌즈들(110,120)의 광축(B1)과 투사 렌즈들(510,520,530)의 광축(B2)이 다른 광학계(조명 렌즈들(110,120)의 광축(B1)과 투사 렌즈들(510,520,530)의 광축(B2)이 일치하지 않은 광학계)로 제 1 실시예와 동일하게 상기 조명 렌즈들(110,120)과 화면 소자(300)의 사이 및 상기 투사 렌즈들(510,520,530)과 화면 소자(300)의 사이 각각에 필드 렌즈(210)가 존재하여 상기 조명 렌즈들(110,120)의 두께 및 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 두께를 감소시키는 것이다.
즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로젝터 광학계는 광을 하향 조명하는 조명 렌즈들(110,120)과; 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 조명된 광을 입사받아 영상을 구현하는 화면 소자(300)와; 상기 화면 소자(300)에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들(510,520,530)과; 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 조명된 광을 광의 각도를 변경시켜 상기 화면 소자(300)로 출사하고, 상기 화면 소자(300)의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 상기 투사 렌즈들(510,520,530)로 출사하는 필드 렌즈(210)를 포함하며, 상기 조명 렌즈들(110,120)의 광축(B1)과 투사 렌즈들(510,520,530)의 광축(B2)이 다르게 설계된다.
이 프로젝터 광학계도 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 출사된 광이 상기 필드 렌즈(210)에서 꺽이게 되고, 상기 화면 소자(300)의 영상광이 상기 필드 렌즈(220)에서 꺽이게 되어, 상기 조명 렌즈들(110,120)의 상단과 하단의 소정 두께(t4,t1)가 필요하지 않고, 상기 투사 렌즈들(510,520,530)도 상단과 하단의 소정 두께(t3,t2)가 필요하지 않게 되어, 상기 조명 렌즈들(110,120) 및 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 두께를 줄일 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프로젝터 광학계의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 프로젝터 광학계는 조명 렌즈들(110,120)의 광축(B1)과 투사 렌즈들(510,520,530)의 광축(B2)이 다르고, 상기 조명 렌즈들(110,120)의 광축(B1)과 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 광축(B2)이 소정의 한점에서 교차되는 광학계이다.
그리고, 프로젝터 광학계의 화면 소자(300)는 DMD(Digital Micromirror Device)가 적용된다.
그러므로, 제 3 실시예의 프로젝터 광학계는 광을 하향 조명하는 조명 렌즈들(110,120)과; 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 조명된 광을 입사받아 영상을 구현하는 DMD(Digital Micromirror Device)(301)와; 상기 DMD(Digital Micromirror Device)(301)에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들(510,520,530)과; 상기 조명 렌즈들(110,120)에서 조명된 광을 광의 각도를 변경시켜 상기 DMD(Digital Micromirror Device)(301)로 출사하고, 상기 DMD(Digital Micromirror Device)(301)의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 상기 투사 렌즈들(510,520,530)로 출사하는 필드 렌즈(210)를 포함하며, 상기 조명 렌즈들(110,120)의 광축(B1)과 투사 렌즈들(510,520,530)의 광축(B2)이 교차되게 설계된 것이다.
따라서, 이 프로젝터 광학계는 상기 제 2 필드 렌즈(220)에서 상기 DMD(301)의 영상광을 꺽어서 상기 투사 렌즈들(510,520,530)로 전달하게 됨으로, 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 상단 및 하단의 소정 두께(t6,t5)가 제거되어도 되기에, 프로젝터 광학계의 두께가 줄어드는 것이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 프로젝터 광학계의 개략적인 구성도이고, 도 5는 도 4의 비교예를 도시한 개략적인 구성도이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 프로젝터 광학계는 조명부의 광(A)을 반사시키고, 영상광은 투과시키는 TIR(Total Information Reflector)(350)과; 상기 TIR(350)에서 반사된 조명부의 광을 입사받아 상기 영상광을 구현하는 화면 소자(310)와; 상기 화면 소자(310)의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 출사하는 필드 렌즈(230)와; 상기 필드 렌즈(230)에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들(510,520,530)을 포함하여 구성된다.
이러한 제 4 실시예에 따른 프로젝터 광학계는 상기 TIR(350)로 입사된 조명부의 광(A)은 상기 TIR(350)에서 상기 화면 소자(310)로 반사되어 영상광이 구현되고, 상기 필드 렌즈(230)에서 상기 화면 소자(310)의 영상광의 각도가 변경되어 상기 투사 렌즈들(510,520,530)로 입사되어 스크린에 상향 투사된다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 필드 렌즈(230)가 존재하지 않는 프로젝터 광학계는 상기 화면 소자(310)의 영상광이 각도가 변경되지 않은 상태로 상기 TIR(350)를 투과하여 상기 투사 렌즈들(510,520,530)로 입사된다.
그러므로, 각도가 변경되지 않은 상기 화면 소자(310)의 영상광에 의해 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 두께가 결정된다.
여기서, 상기 TIR(350)를 투과한 영상광의 상광선(C2a) 및 하광선(C1a)은 각도가 변경되지 않다.
반면에, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 프로젝터 광학계인 도 4에서는 상기 화면 소자(310)와 상기 TIR(350) 사이에 상기 필드 렌즈(230)가 존재하여, 상기 TIR(350)를 투과한 영상광의 상광선(C2b)은 각도가 변경된다.
따라서, 상기 필드 렌즈(230)가 존재하지 않는 프로젝터 광학계는 각도가 변경되지 않은 상기 화면 소자(310)의 영상광의 상광선(C2a)에 의해, 상기 투사 렌즈들(510,520,530)의 두께는 't9'이고, 상기 필드 렌즈(230)가 존재하는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 프로젝터 광학계는 각도가 변경된 상기 화면 소자(310)의 영상광의 상광선(C2b)에 의해, 상기 투사 렌즈들(510,520,530)는 상기 't9'보다 작은 두께인 't8'를 갖는다.(t9＞t8)
결국, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 프로젝터 광학계도 필드 렌즈를 구비하여 투사 렌즈들의 두께를 감소시킬 수 있는 것이다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

  1. 광을 하향 조명하는 조명 렌즈들과;
    상기 조명 렌즈들에서 조명된 광을 입사받아 영상을 구현하는 화면 소자와;
    상기 화면 소자에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들와;
    상기 조명 렌즈들에서 조명된 광을 광의 각도를 변경시켜 상기 화면 소자로 출사하고, 상기 화면 소자의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 상기 투사 렌즈들로 출사하는 필드 렌즈를 포함하는 프로젝터 광학계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조명 렌즈들의 광축과 상기 투사 렌즈들의 광축이 일치하는 프로젝터 광학계.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 화면소자는,
    반사형 화면소자 또는 투과형 화면소자인 프로젝터 광학계.

  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 화면소자는,
    상기 투사 렌즈들의 광축보다 하향되어 위치되어 있는 프로젝터 광학계.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 조명 렌즈들의 광축과 상기 투사 렌즈들의 광축이 다른 프로젝터 광학계.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 조명 렌즈들의 광축과 상기 투사 렌즈들의 광축이 교차되는 프로젝터 광학계.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 화면 소자는,
    DMD(Digital Micromirror Device)인 프로젝터 광학계.
  8. 조명부의 광을 반사시키고, 영상광은 투과시키는 TIR(Total Information Reflector)과;
    상기 TIR에서 반사된 조명부의 광을 입사받아 상기 영상광을 구현하는 화면 소자와;
    상기 화면 소자의 영상광을 입사받아 광의 각도를 변경시켜 출사하는 필드 렌즈와;
    상기 필드 렌즈에서 출사된 광을 스크린에 상향 투사하는 투사 렌즈들을 포함하여 구성된 프로젝터 광학계.










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