KR100644586B1 - 프로젝터용 균일광 조명장치 - Google Patents

Abstract

광을 생성 투사하는 광원과; 광원과 화상을 형성하는 표시소자 사이의 광로 상에 마련되며, 광원에서 조사되어 표시소자로 향하는 광이 균일광이 되도록 하는 균일광 조명광학계;를 포함하는 프로젝터용 균일광 조명장치가 개시되어 있다.

이 개시된 장치의 균일광 조명광학계는, 입사광 중 표시소자의 가로변에 나란한 제1방향과, 표시소자의 세로변에 나란한 제2방향 각각에 대한 광의 입사각이 서로 다르도록 입사광을 집속발산시켜 입사광을 혼합하는 제1렌즈어레이와; 제1렌즈어레이를 경유하여 진행하는 광 중 제1 및 제2방향에 대한 광의 입사각이 서로 다르도록 혼합된 입사광을 집속하는 제2렌즈어레이와; 표시소자의 가로변 및 세로변에 맞는 크기의 광이 표시소자에 조사되도록 제1 및 제2렌즈어레이를 경유하여 진행하는 광을 집속시키는 콘덴서렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프로젝터용 균일광 조명장치{Illuminating device for projector}

도 1은 종래의 프로젝터용 균일광 조명장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.

도 2는 종래의 도 1의 개략적인 정면도.

도 3은 일반적인 편광변환기를 보인 개략적인 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터용 균일광 조명장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 5는 도 4의 제1방향 단면을 보인 개략적인 단면도.

도 6은 도 4의 제2방향 단면을 보인 개략적인 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...광원 111...램프

113...반사경 120...균일광 조명광학계

121...제1렌즈어레이 122...제1실린드리컬어레이 렌즈

123...제2실린드리컬어레이 렌즈 122a,123a,126a,127a...실린드리컬렌즈

125...제2렌즈어레이 126...제3실린드리컬어레이 렌즈

127...제4실린드리컬어레이 렌즈 129...콘덴서렌즈

130...표시소자

본 발명은 프로젝터에 채용되어 균일광을 조명할 수 있도록 된 프로젝터용 균일광 조명장치에 관한 것으로, 상세하게는 표시소자로 향하는 광이 균일광이면서, 수평발산각과 수직발산각을 독립적으로 설정할 수 있도록 된 프로젝터용 균일광 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝터는 표시소자에서 생성된 화상을 별도의 조명장치를 이용하여 스크린에 투영함으로써 화상을 제공하는 장치이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 프로젝터용 조명장치는 광을 조사하는 광원(10)과, 이 광원(10)에서 조사되어 표시소자(30)에 입사되는 광이 균일광이 되도록 하는 균일광 조명광학계(20)를 구비한다.

상기 광원(10)은 광을 생성하는 램프(11)와, 이 램프(11)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(13)을 포함한다. 여기서, 상기 광원(10)에서 조사된 광은 램프(11)의 발광부분이 아크갭(arc gap)에 의해 점광원이 아니므로, 반사경(13)으로 타원경 또는 포물경을 채용한 경우, 광원(10) 자체로는 평행광을 만들기 곤란하다. 또한, 램프(11)에서 조사된 광 중 반사경(13)을 경유하지 않고 직접 조명된 광의 영향 등으로 균일광을 조명하지 못한다.

상기 균일광 조명광학계(20)는 상기 광원(10)에서 조명된 광이 균일광이 되도록 하기 위한 것으로, 제1 및 제2파리눈렌즈(21)(25)와, 콘덴서렌즈(27)를 포함 하여 구성된다.

상기 제1 및 제2파리눈렌즈(21)(25) 각각은 행과 열로 배열된 복수의 제1 및 제2볼록부(22)(26)를 포함한다. 상기 복수의 제1 및 제2볼록부(22)(26) 각각은 소정 곡률을 갖는 구면으로, 입사광을 세로방향과 가로방향 각각에 대해 집속시킨다. 여기서, 각 제1 및 제2볼록부(22)(26)의 외형은 표시소자(30)의 외형에 대응되는 형상을 가진다.

상기 제1파리눈렌즈(21)의 복수의 제1볼록부(22) 각각에 입사된 광은 상기 제1볼록부(22) 각각을 통과하면서 집속 및 발사되어 다른 제1볼록부를 투과한 광과 혼합된다. 이에 따라 균일 출사광이 되도록 한다. 한편, 상기 제1볼록부(22) 각각이 구면으로 되어 있으므로, 가로방향 집속 정도와 세로방향 집속 정도가 같다.

상기 제2파리눈렌즈(25)는 상기 복수의 제1볼록부(22)에 의해 집속된 복수의 광 각각의 초점위치 주위에 마련되는 것으로, 제2볼록부(26) 각각을 통해 상기 제1볼록부(22) 각각에 의해 집속 발산되며, 혼합된 광을 재차 집속시킴으로써, 혼합된 광이 평행광이 되도록 한다.

상기 콘덴서렌즈(27)는 상기 제1 및 제2파리눈렌즈(21)(25)를 통해 혼합된 광을 집속시켜, 표시소자(30)의 크기에 맞는 광이 되도록 한다.

상기한 바와 같이, 구성된 종래의 균일광 조명장치는 제1 및 제2파리눈렌즈(21)(25)를 이루는 복수의 제1 및 제2볼록부(22)(26) 각각이 구면의 곡률을 가지므로, 상기 제1 및 제2파리눈렌즈(21)(25)를 투과하여 진행하는 광에 있어서, 가로방향 집속정도와 세로방향 집속정도가 실질적으로 동일하다. 한편, 상 기 표시소자(30)는 가로방향 대 세로방향 크기의 비가 16:9 또는 4:3 등으로, 가로와 세로 길이가 다르게 되어 있다. 따라서, 상기 균일광 조명광학계(20)를 통해 집속된 광의 가로방향 크기를 맞추고자 하는 경우, 표시소자(30)의 세로방향으로 집속되는 광의 집속각이 가로방향에 비하여 커지게 된다. 이 경우, 표시소자(30)에서 형성된 화상을 확대 투사시키는 투사렌즈유니트(미도시)로 입사되는 광이 비대칭이 되므로 투사렌즈유니트의 구경을 크게 할 필요가 있어서 가격 상승 요인이 된다.

또한, 입사된 무편광의 광을 소정 편광특성을 갖는 광으로 변환하기 위하여 콘덴서렌즈(27)의 전방에 도 3에 도시된 바와 같은 편광변환기(40)를 더 구비한 경우를 살펴보면 다음과 같다. 이 편광변환기(40)는 입사광 중 일 편광성분의 광을 투과시키고, 다른 편광성분의 광은 반사시키는 복수의 편광빔스프리터(41)와, 이 편광빔스프리터들(41) 사이에 위치되어 각 편광빔스프리터(41)에서 반사되어 입사된 광이 편광빔스프리터(41)를 투과한 광과 나란한 방향으로 향하도록 하는 복수의 반사부재(43) 및, 반사부재(43)의 전방에 설치되어 입사된 광의 위상을 지연시켜 상기 편광빔스프리터(41)를 투과한 광의 편광성분과 같은 편광성분의 광으로 바꾸어주는 1/2파장판(45)을 포함한다. 여기서, 상기 콘덴서렌즈(도2의 27)를 통해 집속되어 입사된 광이 손실없이 복수의 편광빔스프리터(41)에 나누어 입사되도록, 상기 편광빔스프리터(41) 전방에는 입사광을 각 편광빔스프리터(41)로 집속시키는 복수의 실린드리컬렌즈(47)가 마련된다. 이 실린드리컬렌즈(47)는 그 배치에 따라 일 방향 예컨대, 세로방향으로는 집속시키고, 다른 방향 예컨대, 가로방향으로 직진 투과시킨다. 따라서, 상기 실린드리컬렌즈(47)를 경유한 광은 가로방향 집속정도와 세로방향 집속정도가 다르게 된다.

그러므로, 제1 및 제2볼록부(도 2의 22, 26) 각각이 구면렌즈로 구성된 제1 및 제2파리눈렌즈(21)(25)를 구비한 경우에 있어서, 상기한 편광변환기(40)를 경유하여 진행하는 광은 가로방향과 세로방향 발산각이 서로 다르게 되어, 앞서 설명된 바와 같이 가로방향과 세로방향의 집속각의 차이가 발생한다.

또한, 균일광 조명광학계가 2매의 칼라필터와 반사부재를 서로 다른 경사각도로 배치하고, 1매의 액정패널을 이용하여 칼라 화상을 구현할 수 있도록 된 프로젝터에 채용되는 경우는 가로방향과 세로방향의 발산각 차이가 큰 경우 실질적으로 광학계를 구성할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 균일광을 조명함과 아울러, 광축에 대한 조명광의 가로방향 각도와 세로방향 각도를 독립적으로 설정할 수 있도록 구조가 개선된 프로젝터용 균일광 조명장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광을 생성 투사하는 광원과; 상기 광원과 화상을 형성하는 표시소자 사이의 광로 상에 마련되며, 상기 광원에서 조사되어 상기 표시소자로 향하는 광이 균일광이 되도록 하는 균일광 조명광학계;를 포함하는 프로젝터용 균일광 조명장치에 있어서, 상기 균일광 조명광학계는, 입사광 중 상기 표시소자의 가로변에 나란한 제1방향과, 상기 표시소자의 세로변에 나란한 제2방향 각각에 대한 광의 입사각이 서로 다르도록 입사광을 집속하는 제1렌즈어레이와; 상기 제1렌즈어레이를 경유하여 진행하는 광 중 상기 제1 및 제2방향에 대한 광의 입사각이 서로 다르도록 된 입사광을 집속하는 제2렌즈어레이와; 상기 표시소자에 조사되도록 광을 집속시키는 콘덴서렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로젝터용 균일광 조명장치를 상세히 설명한다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 프로젝터용 균일광 조명장치는 광을 조사하는 광원(110)과, 이 광원(110)에서 조사되어 표시소자(130)에 입사되는 광이 균일광이 되도록 하는 균일광 조명광학계(120)를 구비한다.

상기 광원(110)은 광을 생성하는 램프(111)와, 이 램프(111)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(113)을 포함한다. 이 광원(110)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 광원(10)과 실질적으로 동일하므로, 그 자세한 설명을 생략한다.

상기 균일광 조명광학계(120)는 상기 광원(110)에서 조명된 광이 균일광이 되도록 하기 위한 것으로, 제1 및 제2렌즈어레이(121)(125)와, 콘덴서렌즈(129)를 포함하여 구성된다.

상기 제1렌즈어레이(121)는 입사광 중 상기 표시소자(130)의 가로변에 나란한 제1방향과, 상기 표시소자(130)의 세로변에 나란한 제2방향 각각에 대한 광의 입사각이 서로 다르도록 입사광을 집속발산시켜 입사광을 혼합한다.

이 제1렌즈어레이(121)는 상호 소정 간격 이격 배치된 제1 및 제2실린드리컬 어레이 렌즈(122)(123)로 구성된다. 여기서, 상기 제1실린드리컬어레이 렌즈(122)는 도 4 및 도 5를 참조하면, 입사광을 상기 제1방향으로는 집속시키고 제2방향으로는 직진투과시키도록, 그 길이방향이 상기 제2방향과 나란한 방향으로 배치된 복수의 실린드리컬렌즈(122a)로 이루어진다. 그리고, 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 제2실린드리컬어레이 렌즈(123)는 상기 제1방향으로는 집속시키고 상기 제2방향으로는 직진투과시키도록, 그 길이 방향이 상기 제1방향과 나란한 방향으로 배치된 복수의 실린드리컬렌즈(123a)로 이루어진다.

여기서, 상기 제1 및 제2실린드리컬어레이 렌즈(122)(123)가 이격 배치된 경우를 예로 들어 나타내었으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 즉, 상기 제1 및 제2실린드리컬어레이 렌즈(122)(123)는 입사면과 출사면 각각에 방향이 다르게 배치된 복수의 실린드리컬렌즈로 이루어진 단일 부재로 구성될 수도 있다.

상기 제2렌즈어레이(125)는 상기 제1렌즈어레이(121)를 경유하여 진행하는 광 중 상기 제1 및 제2방향에 대한 광의 입사각이 서로 다르도록 혼합된 입사광을 집속한다. 이 제2렌즈어레이(125)는 제3 및 제4실린드리컬어레이 렌즈(126)(127)로 구성된다. 도 4는 상기 제3실린드리컬어레이 렌즈(126)와 상기 제4실린드리컬어레이 렌즈(127)가 일체로 된 것을 예로 들어 나타낸 것이다.

상기 제3실린드리컬어레이 렌즈(126)는 입사광을 상기 제2방향으로는 집속시키고 제1방향으로는 직진투과시키도록, 그 길이방향이 상기 제1방향과 나란한 방향으로 배치된 복수의 실린드리컬렌즈(126a)로 이루어진다. 그리고, 상기 제4실린드리컬어레이 렌즈(127)는 상기 제1방향으로는 집속시키고 상기 제2방향으로는 직진 투과시키도록, 그 길이 방향이 상기 제2방향과 나란한 방향으로 배치된 복수의 실린드리컬렌즈(127a)로 이루어진다.

그리고, 상기 콘덴서렌즈(129)는 상기 표시소자(130)의 가로변 및 세로변에 맞는 크기의 광이 상기 표시소자(130)에 조사되도록 상기 제1 및 제2렌즈어레이(121)(125)를 경유하여 진행하는 광을 집속시킨다.

그러므로, 표시소자(130)의 가로 대 세로 비율이 16 : 9를 갖는 경우에 있어서 입사광이 가로방향과 세로방향 모두에 적합한 크기로 표시소자(130)에 입사되도록 할 수 있다. 이를 위하여, 상기 콘덴서렌즈(129)에서 집속된 광의 광축(Z방향)에 대한 제1방향으로의 조명각도가 광축에 대한 상기 제2방향으로의 조명각도보다 상대적으로 작은 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 구성된 균일광 조명광학계는 제1 및 제2방향으로 입사광을 집속시켜 혼합함으로써, 광원에서 조명된 광이 균일광이 되도록 함과 아울러, 제1 및 제2렌즈어레이를 구성함에 있어서 제1방향으로 집속하는 렌즈배열과 제2방향으로 집속하는 렌즈 배열을 구분하여 배치할 수 있다. 따라서, 제1방향의 렌즈의 곡률과, 제2방향의 렌즈의 곡률을 독립적으로 바꾸어 줌으로써, 제1 및 제2방향으로의 조명각도를 독립적으로 설정할 수 있다. 특히, 광로 상에 도 3에 도시된 바와 같은 편광변환기를 더 구비한 광학장치를 구성하고자 하는 경우, 편광변환기에서의 가로방향과 세로방향으로의 조명각 차이가 발생되는 것을 감안하여 실린드리컬렌즈의 곡률을 설정할 수 있어서, 편광변환기 채용시의 입사각 차이를 극복할 수 있다 는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 균일광 조명광학계를 서로 다른 경사각도를 갖는 2매의 칼라필터와 일 매의 반사부재 및, 일 액정패널을 이용하여 칼라화상을 형성하는 프로젝터에 적용시, 프로젝터의 광학적 설계가 용이하도록 한다는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 광을 생성 투사하는 광원과; 상기 광원과 화상을 형성하는 표시소자 사이의 광로 상에 마련되며, 상기 광원에서 조사되어 상기 표시소자로 향하는 광이 균일광이 되도록 하는 균일광 조명광학계;를 포함하는 프로젝터용 균일광 조명장치에 있어서,

   상기 균일광 조명광학계는,

   길이 방향이 상기 표시소자의 세로변에 나란한 제2방향으로 배치된 복수의 실린드리컬렌즈로 이루어진 제1실린드리컬어레이렌즈와, 길이 방향이 상기 표시소자의 가로변에 나란한 제1방향으로 배치된 복수의 실린드리컬렌즈로 이루어진 제2실린드리컬어레이렌즈를 포함하는 제1렌즈어레이와;

   상기 제1렌즈어레이를 경유하여 진행하는 광의 광경로 상에 배치된 것으로, 길이 방향이 상기 표시소자의 세로변에 나란한 제2방향으로 배치된 복수의 실린드리컬렌즈로 이루어진 제3실린드리컬어레이렌즈와, 길이 방향이 상기 표시소자의 가로변에 나란한 제1방향으로 배치된 복수의 실린드리컬렌즈로 이루어진 제4실린드리컬어레이렌즈를 포함하는 제2렌즈어레이와

   상기 표시소자에 조사되도록 광을 집속시키는 콘덴서렌즈;를 포함하며,

   상기 제1실린드리컬어레이 렌즈를 이루는 실린드리컬렌즈와 제2실린드리컬어레이 렌즈를 이루는 실린드리컬렌즈는 서로 다른 곡률을 가지고

   상기 제3실린드리컬어레이 렌즈를 이루는 실린드리컬렌즈와 제4실린드리컬어레이렌즈를 이루는 실린드리컬렌즈는 서로 다른 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 균일광 조명장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 제3실린드리컬어레이 렌즈와 상기 제4실린드리컬어레이 렌즈는 일체로 된 것을 특징으로 하는 프로젝터용 균일광 조명장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서렌즈에서 집속된 광의 광축에 대한 제1방향으로의 조명각도가 광축에 대한 상기 제2방향으로의 조명각도보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 프로젝터용 균일광 조명장치.

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