KR102157543B1 - 파리눈 렌즈 및 이를 포함하는 프로젝터용 광학엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터용 광학엔진은, 제1 광원부, 제1 광원부와 다른 색상의 광을 출력하는 제2 광원부, 제1,2 광원부와 다른 색상의 광을 출력하는 제3 광원부, 소정 영상을 출력하는 마이크로 디스플레이 패널, 각각 블록렌즈로 구성되는 복수의 셀(cell)을 포함하고, 광을 균일하게 하는 파리눈(fly eye) 렌즈와 제1 내지 제3 광원부의 출력 광 및 출력되는 영상에 기초하여, 생성된 투사 영상을 외부로 투사하는 투사 렌즈를 포함하고, 복수의 셀 중 2이상의 셀은 다른 셀과 상이한 형상을 가지는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 프로젝터의 구조 및 부품을 단순화하면서 광학 효율을 향상시킬 수 있어, 제조비 및 설치 공간을 감소시키고 표시 품질은 향상시킬 수 있다.

Description

파리눈 렌즈 및 이를 포함하는 프로젝터용 광학엔진{Fly eye Lens and Optical Engine for Projector comprising same}

본 발명은 파리눈 렌즈 및 이를 포함하는 프로젝터용 광학엔진에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 구조 및 부품을 단순화하면서 광학 효율을 향상시킬 수 있는 파리눈 렌즈 및 이를 포함하는 프로젝터용 광학엔진에 관한 것이다.

디스플레이 장치 중 프로젝터(Projector)는 영상을 투사하는 장치로, 프로젝터는 스크린에 빛을 투사하여 영상을 구현함으로써, 다른 디스플레이 장치에 비하여, 대화면을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

기존의 램프(Lamp) 광원을 이용한 프로젝터는 점차 친환경 저비용의 LED(Lighting Emitting Diode) 광원 프로젝터로 바뀌는 추세에 있다. 이러한 LED 프로젝터는 하나의 광원을 갖는 램프 프로젝터와 달리, 적색, 녹색, 청색(RGB) 별로 각각의 LED를 가지는 구조가 일반적이고, 이러한 다수의 광원은 광학계의 구조를 복잡하게 만들며 다수의 부품(Lens)을 필요로 한다.

따라서, 다중의 광원을 가지는 프로젝터의 구조 및 부품을 단순화할 수 있는 구조 및 설계방법에 대한에 대한 연구가 증가하고 있다.

본 발명은 프로젝터의 구조 및 부품을 단순화하면서 광학 효율을 향상시킬 수 있는 파리눈 렌즈 및 이를 포함하는 프로젝터용 광학엔진을 제공하고자 한다.

상술한 목적을 위한 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터용 광학엔진은, 제1 광원부, 제1 광원부와 다른 색상의 광을 출력하는 제2 광원부, 제1,2 광원부와 다른 색상의 광을 출력하는 제3 광원부, 소정 영상을 출력하는 마이크로 디스플레이 패널, 각각 블록렌즈로 구성되는 복수의 셀(cell)을 포함하고, 광을 균일하게 하는 파리눈(fly eye) 렌즈와 제1 내지 제3 광원부의 출력 광 및 출력되는 영상에 기초하여, 생성된 투사 영상을 외부로 투사하는 투사 렌즈를 포함하고, 복수의 셀 중 2이상의 셀은 다른 셀과 상이한 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 위한 본 발명의 일실시예에 따른 파리눈(fly eye) 렌즈는, 각각 블록렌즈로 구성되는 복수의 셀(cell)을 포함하고, 복수의 셀 중 2이상의 셀은 다른 셀과 상이한 형상을 가지며,복수의 셀 중 하나의 셀의 형상이 평행사변형이거나 복수의 셀 중 여러 셀이 모여 평행사변형 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 프로젝터의 구조 및 부품을 단순화하면서 광학 효율을 향상시킬 수 있어, 제조비 및 설치 공간을 감소시키고 표시 품질은 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 프로젝터의 광학엔진을 예시하는 도면이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터의 광학엔진을 예시하는 도면이다.
도 4는 통상적인 파리눈 렌즈를 사용했을 경우의 광경로를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 5는 통상적인 파리눈 렌즈의 형상을 예시하는 도면이다.
도 6과 도 7은 통상적인 파리눈 렌즈 및 DMD 패널의 결상을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 파리눈 렌즈의 형상을 예시하는 도면이다.
도 11과 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 광학엔진을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터를 상세하게 설명한다.

도 1은 종래 프로젝터의 광학엔진을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 프로젝터의 광학엔진은 DMD(Digital Micro mirror Device) 패널(160), 하나 이상의 LED 광원(111, 112, 113)과 이를 평행광으로 바꿔주는 집광 렌즈(Collimator Lens)(121, 122, 123), 각 광원(111, 112, 113)의 파장 특성을 이용한 선택적 파장 분할 미러(Mirror)(181, 182), 패널(160)에 균일한 광도분포를 유지시켜 주는 파리눈렌즈(131, 132, 133) 혹은 광 터널(Light tunnel), 패널(160)의 크기에 맞게 집광시켜주는 릴레이 렌즈(Relay Lens)(141, 142, 143, 144), 패널의 입사각 및 출사각에 맞게 각도를 변경해주는 전반사 프리즘(TIR Prism)(150) 및 미러, 출사하는 빛을 스크린에 확대 투영하는 프로젝션 렌즈(Projection Lens)(170)로 구성된다.

마이크로 디스플레이(Micro Display)의 일종인 DMD(Digital Micro mirror Device) 구조는 빛의 특정 입사각을 필요로 하기 때문에 이러한 각도는 광학계의 전체 사이즈를 크게 하고, 구조, 디자인 측면의 제약 및 기구와 회로 부품을 복잡하게 구성하여 고비용 광학엔진을 구성할 수 밖에 없다

또한 히트 싱크의 공용화가 불가능하며 열 파이프 추가로 단가와 크기가 증가하게 되고, 팬의 구성이 비효율적이다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 다수의 LED를 순차적으로 배열하는 경우에 파리눈 렌즈(FEL)과 거리가 먼 LED는 집광 렌즈(Collimator Lens)의 성능 한계로 인해 효율이 가까운 LED에 비해 떨어지며 이러한 효율 보상을 위해 전체 광학계의 크기를 크게 만든다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터의 광학엔진을 예시하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은 제1 광원부(211), 상기 제1 광원부(211)와 다른 색상의 광을 출력하는 제2 광원부(212), 상기 제1 광원부(211), 상기 제2 광원부(212)와 다른 색상의 광을 출력하는 제3 광원부(213)과 소정 영상을 출력하는 마이크로 디스플레이 패널(260), 광을 균일하게 하는 파리눈(fly eye) 렌즈 (230)와 상기 제1 내지 제3 광원부(211, 212, 213)의 출력 광 및 출력되는 영상에 기초하여, 생성된 투사 영상을 외부로 투사하는 투사 렌즈(370)를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은 서로 다른 색상의 광을 출력하는 복수의 광원부(211, 212, 213)를 포함한다. 예를 들어, 제1 광원부(211)는 적색, 제2 광원부(212)는 녹색, 제3 광원부(213)는 청색을 발광하는 LED 광원을 포함할 수 있다.

한편, 본 명세서에서는 마이크로 디스플레이 패널(260)을 광학엔진의 일 구성요소로써 기술하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 마이크로 디스플레이 패널(260)은 광학엔진에 포함되지 않는 독립적인 프로젝터의 구성요소일 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 광학엔진은, 상기 제1 내지 제3 광원부(211, 212, 213)의 출력 광을 각각 평행광으로 변화시키는 제1 내지 제3 집광 렌즈(221, 222, 223)를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 집광 렌즈(221)를 통과한 광의 진행 방향은 상기 제2 집광 렌즈(222)를 통과한 광과 평행하고, 상기 제1 집광 렌즈(221)를 통과한 광의 진행 방향은 상기 제3 집광 렌즈(223)를 통과한 광과 수직할 수 있다.

즉, 제1 광원부(211)와 제2 광원부(212)는 나란히 배치되고, 제3 광원부(213)는 제1 광원부(211)와 제2 광원부(212)와 수직한 방향으로 광을 출력하도록 배치된다. 이에 따라, 제1 집광 렌즈(221)와 제2 집광 렌즈(222)도 나란히 옆으로 배치되고 제3 집광 렌즈(223)는 제1 집광 렌즈(221), 제2 집광 렌즈(222)와 수직 방향으로 배치된다.

한편, 본 명세서에서 평행광은 이론적으로 완전한 평행만을 의미하지 않는다. 도 1과 도 2에서 확인할 수 있듯이, 집광 렌즈들은 복수의 렌즈로 구성될 수 있고, 광원부에서 인접한 렌즈를 통과한 광은 다른 렌즈를 거쳐 소정 방향으로 방향성을 가지도록 광경로가 형성된 광등을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은, 상기 제1 광원부(211)로부터의 광의 진행 방향을 변화시키고, 상기 제2 광원부(212)와 상기 제3 광원부(213)로부터의 광을 투과시키는 제1 미러(mirror)(281)와 상기 제2 광원부(212)로부터의 광의 진행 방향을 변화시키고, 상기 제3 광원부(213)로부터의 광을 투과시키는 제2 미러(282)를 포함할 수 있다. 상기 제1 미러(281)와 상기 제2 미러(282)는 소정 파장의 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은, 상기 제1 미러(281)와 상기 제2 미러(282) 사이에 배치되는 공용 렌즈(290)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은 상기 파리눈 렌즈(230)를 통과한 광을 집광하는 릴레이(relay) 렌즈(241, 242), 상기 투사 렌즈(270)로 광을 출력하는 전반사 프리즘(TIR Prism : Total Internal Reflection Prism)(250)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제3 광원부(213), 상기 파리눈 렌즈(230), 상기 릴레이 렌즈(241, 242), 상기 투사 렌즈(270)는 'L'자 형태로 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 프로젝터는 크기 및 전체 프로젝터의 구성에 유리하게 내부 부품을 직각(L자형)구조로 구성한다.

도 2를 참조하면, 제1 광원부(211), 제2 광원부(212)가 나란히 배치되면서 제2 광원부(212)와 제3 광원부(213)로부터의 광은 긴 광경로를 가지게 된다. 따라서, 제2 광원부(212)와 제3 광원부(213)로부터의 광은 긴 광경로를 거치면서 점점 퍼져나가 파리눈 렌즈(230)의 외부로 손실되는 비율이 높아질 수 있다.

따라서, 제2 광원부(212)와 제3 광원부(213)의 광경로를 보상해주는 공용 렌즈(290)가 제1 미러(281)와 제2 미러(282) 사이에서 한번 더 광을 소폭 집광함으로써 광의 손실 비율을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르면 광학 효율을 향상시킬 수 있고, 히트 싱크 및 부품을 간단하게 구성할 수 있어 전체 프로젝터를 소형화하고 저가격화할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터의 광학엔진을 예시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은 제1 광원부(311), 상기 제1 광원부(311)와 다른 색상의 광을 출력하는 제2 광원부(312), 상기 제1 광원부(311), 상기 제2 광원부(312)와 다른 색상의 광을 출력하는 제3 광원부(313)와 소정 영상을 출력하는 마이크로 디스플레이 패널(360), 광을 균일하게 하는 파리눈(fly eye) 렌즈(330)와 상기 제1 내지 제3 광원부(311, 312, 313)의 출력 광 및 출력되는 영상에 기초하여, 생성된 투사 영상을 외부로 투사하는 투사 렌즈(370)를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은 서로 다른 색상의 광을 출력하는 복수의 광원부(311, 312, 313)를 포함한다. 예를 들어, 제1 광원부(311)는 적색, 제2 광원부(312)는 녹색, 제3 광원부(313)는 청색을 발광하는 LED 광원을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터는 상기 제1 광원부(311)와 상기 제2 광원부(312)의 배면에 위치하는 히트싱크(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 투사렌즈(370)와 상기 히트싱크(미도시) 사이에는 팬이 배치될 수 있다.

또한, 광학엔진은 상기 제1 내지 제3 광원부(311, 312, 313)의 출력 광을 각각 평행광으로 변화시키는 제1 내지 제3 집광 렌즈(321, 322, 323)를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 집광 렌즈(321)를 통과한 광의 진행 방향은 상기 제2 집광 렌즈(322)를 통과한 광과 평행하고, 상기 제1 집광 렌즈(321)를 통과한 광의 진행 방향은 상기 제3 집광 렌즈(323)를 통과한 광과 수직할 수 있다.

즉, 제1 광원부(311)와 제2 광원부(312)는 나란히 배치되고, 제3 광원부(313)는 제1 광원부(311)와 제2 광원부(312)와 수직한 방향으로 광을 출력하도록 배치된다. 이에 따라, 제1 집광 렌즈(321)와 제2 집광 렌즈(322)도 나란히 옆으로 배치되고 제3 집광 렌즈(323)는 제1 집광 렌즈(321), 제2 집광 렌즈(322)와 수직 방향으로 배치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은, 상기 제1 광원부(311)로부터의 광의 진행 방향을 변화시키고, 상기 제2 광원부(312)와 상기 제3 광원부(313)로부터의 광을 투과시키는 제1 미러(mirror)(381)와 상기 제2 광원부(312)로부터의 광의 진행 방향을 변화시키고, 상기 제3 광원부(313)로부터의 광을 투과시키는 제2 미러(382)를 포함할 수 있다. 상기 제1 미러(381)와 상기 제2 미러(382)는 소정 파장의 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은, 상기 제1 미러(381)와 상기 제2 미러(382) 사이에 배치되는 공용 렌즈(390)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터용 광학엔진은, 상기 파리눈 렌즈(330)를 통과한 광을 집광하는 릴레이(relay) 렌즈(341, 342), 상기 투사 렌즈(370)로 광을 출력하는 전반사 프리즘(TIR Prism : Total Internal Reflection Prism)(350)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제3 광원부(313), 상기 파리눈 렌즈(330), 상기 릴레이 렌즈(341, 342), 상기 투사 렌즈(370)는 'L'자 형태로 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터는 상기 제1 광원부(311)와 상기 제2 광원부(312)의 배면에 위치하는 히트싱크(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 투사렌즈(370)와 상기 히트싱크(미도시) 사이에는 팬을 배치하여, 공간 활용 효과를 높일 수 있다.

이하에서는 설명의 편의상 도 3의 프로젝터용 광학엔진이 본 발명의 실시예에 따른 파리눈 렌즈를 포함하는 실시예를 중심으로 기술하나, 본 발명이 도 2에서 예시된 구조에도 적용가능한 것은 자명할 것이다.

도 4는 통상적인 파리눈 렌즈를 사용했을 경우의 광경로를 설명하기 위해 참조되는 도면이고, 도 5는 통상적인 파리눈 렌즈의 형상을 예시하는 도면이다. 더욱 상세하게는 도 4는 도 3에서 예시된 광학 엔진에 도 5의 형상을 가지는 파리눈 렌즈를 사용한 경우의 광경로를 예시한다.

도면들을 참조하면, 일반적인 DMD 칩을 이용한 프로젝터의 경우 DMD(360)의 특정 입사각을 맞추기 위하여 전반사 프리즘(350)을 사용한다. 이러한 DMD(360)의 입사각은 전반사 프리즘(350) 이하의 광학계에 수차 및 왜곡을 더 잘 발생시킬 수 있다.

또한, 파리눈 렌즈(Fly-Eye Lens)(330)를 사용하는 경우 파리눈 렌즈(330)의 각 셀(Cell)이 DMD(360)에 입사하는 형상이 왜곡되어 광 손실이 발생하고, 화면의 균일도(Uniformity)를 저하시킬 수 있다.

통상적인 파리눈 렌즈(330)의 각 셀(331, 332)의 모양은 동일하며 대칭적이다. DMD 패널(360)을 사용하는 프로젝터는 DMD 패널(360)이 특정 입사각을 필요로 하기 때문에 도 2, 도 3과 같은 직각 구조의 광학 엔진에서는 광입사 경로가 파리눈 렌즈(330)의 각 셀(331, 332)의 위치별로 상이할 수 있다.

이에 따라 도 4와 같이, 각 셀의 위치별로 초점의 위치가 달라질 수 있다. 도 4에서 '--'부호는 각 셀의 위치별 초점의 위치를 나타내는 표지이다.

한편, 릴레이 렌즈(342)를 통과한 광들 중 일부(b)는 정확히 초점에 맺히나, 일부(a1, a2, c1, c2)는 DMD 패널(360)의 초점의 위치보다 위나 아래에서 영상이 왜곡되거나 균일도가 저하될 수 있다.

도 6과 도 7은 통상적인 파리눈 렌즈 및 DMD 패널의 결상을 도시한 도면이다.

도 7의 (a), (b), (c)는 각각 도 6에서 파리눈 렌즈의 a, b, c 영역을 통과한 광을 예시한다. DMD 패널(360) 측에서 볼 때, 파리눈 렌즈의 b 영역을 통과한 광은 정확히 직사각형의 형상으로 결상된다.

그러나, 파리눈 렌즈의 a, c 영역을 통과한 광은, 전반사 프리즘(350)과 파리눈 렌즈(330) 사이의 광 경로 차이에 의해 외각쪽 빛이 사다리꼴 형태로 결상하여 전반적인 균일도(Uniformity)를 저하시킬 수 있다.

이때 파리눈 렌즈의 중심으로부터 먼 셀일수록 DMD 패널(360)의 입사 모양이 평행사변형으로 결상되고, 에지(edge) 부분에 균일도가 나빠진다. 또한, 과도한 마진 설정으로 효율 면에서도 손실이 발생할 수 있다. 또한, 평행사변형, 사다리꼴의 모양은 파리눈 렌즈(330)의 각 위치에 따라 형상이 결정될 수 있다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 파리눈 렌즈의 형상을 예시하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파리눈 렌즈(800)는 각각 블록렌즈로 구성되는 복수의 셀(801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808 ...)을 포함하고, 상기 복수의 셀 중 2이상의 셀은 다른 셀과 상이한 형상을 가진다. 도면을 참조하면, 파리눈 렌즈(800)의 중앙선(850)에 인접한 셀들은 직사각형의 형상을 가지고, 중앙선(850)에서 좌우측의 최외곽부에 위치한 셀(801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808)은 정면에서 봤을 때, 사다리꼴, 평행사변형 등 직사각형과는 다른 형상을 가지는 것을 확인할 수 있다.

한편, 셀들이 동일한 형상으로 형성되는 통상적인 파리눈 렌즈와 달리, 본 발명의 실시예에 따른 파리눈 렌즈(800)의 각 셀의 형상은,다른 형상을 가지도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 다른 셀과 상이한 형상을 가지는 2이상의 셀은 상기 복수의 셀 중 좌우측 최외곽부에 위치한 셀일 수 있고, 적어도 최외곽부에 위치한 셀은 파리눈 렌즈(800)의 중앙선(850)에 인접한 셀들과 다른 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 복수의 셀 중 좌우측 최외곽부에 위치하는 셀은 평행사변형 형상을 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 파리눈 렌즈(800)의 셀은 도 7에서 예시된 각 셀별로 결상되는 평행사변형의 역보상을 위하여 각 셀의 위치에 따라 다른 평행사변형 형상으로 형성될 수 있다.

이 경우에, 상기 복수의 셀 중 여러 셀(801, 802, 803, 804 또는 805, 806, 807, 808)이 모여 정면에서 봤을 때, 평행사변형 형상을 이룰 수 있다.

또한, 상기 복수의 셀 중 좌측 최외곽부에 위치하는 셀(801)의 형상과 우측 최외곽부(806)에 위치하는 셀의 형상은 상기 파리눈 렌즈의 중앙선(850)을 기준으로 좌우 대칭일 수 있고, 상기 파리눈 렌즈의 중앙선(850)을 기준으로 다른 셀들도 대칭 형상을 가질 수 있다.

또는 도 9와 같이 상기 복수의 셀 중 적어도 하나의 셀(901, 902)이 각각 평행사변형의 형상을 가질 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 파리눈 렌즈(Fly-Eye Lens)는 각 셀이 DMD에 입사되는 왜곡, 광학 수차를 역보정하는 형상을 가지도록 형성되어, 광 효율 및 균일도를 개선할 수 있다.

한편, 상기 파리눈 렌즈의 복수의 셀은 각각 블록 렌즈로 구성될 수 있다. 오목 렌즈는 빛을 발산하는 성질이 있어 발산 렌즈라고도 불린다. 이에 반하여, 블록 렌즈는 빛을 모아주는 성질이 있다. 블록 렌즈는 빛이 굴절하는 성질을 이용하여 평행 광선을 한 곳에 모은다. 이때 평행 광선이 모이는 점이 초점으로, 렌즈 축에 나란하게 입사한 광선은 굴절 후 초점을 지나고, 렌즈의 초점을 지난 광선은 굴절 후 렌즈 축에 나란하게 나간다. 또한, 렌즈의 중심을 지난 빛은 그대로 나간다. 따라서, 상기 파리눈 렌즈는 이러한 블록 렌즈를 하나의 셀로 구성하고, 복수의 블록 렌즈를 매트릭스 형태로 배열함으로써 각 셀로 입사된 빛이 굴절되어 나감으로써 빛을 균일하게 만들 수 있다.

한편, 상기 파리눈 렌즈의 중앙선에서 외곽부로 갈수록 점진적으로 형상이 다를 수 있다. 외곽부에 위치한 셀일수록 직사각형의 형상과 차이가 점진적으로 크게 형성될 수 있다. 도 10의 (a)에서 예시된 인접한 셀들의 동일 위치의 내각을 비교하면, a1<a2<a3<a4로 점점 그 각이 커지면서 직사각형의 형상에 접근할 수 있다.

또는, 상기 복수의 셀은 3이상의 그룹으로 구분되고, 각 그룹 내의 셀들은 동일한 형상을 가지고, 다른 그룹의 셀과는 다른 형상을 가질 수 있다

도 10의 (b)에서 예시된 인접한 셀들의 동일 위치의 내각을 비교하면, 제1 그룹에 속하는 셀들은 모두 a5의 내각을 가지고, 제2 그룹에 속하는 셀들은 모두 a6의 내각을 가지며, a5보다 a6가 조금 더 큰 각을 가져 파리눈 렌즈의 중앙으로 접근할수록 점점 그 각이 커지면서 직사각형의 형상에 접근할 수 있다.

도 2와 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터용 광학엔진은, 이상에서 설명한 파리눈 렌즈를 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터용 광학엔진은, 제1 광원부, 제1 광원부와 다른 색상의 광을 출력하는 제2 광원부, 제1,2 광원부와 다른 색상의 광을 출력하는 제3 광원부, 소정 영상을 출력하는 마이크로 디스플레이 패널, 각각 블록렌즈로 구성되는 복수의 셀(cell)을 포함하고, 광을 균일하게 하는 파리눈(fly eye) 렌즈와 제1 내지 제3 광원부의 출력 광 및 출력되는 영상에 기초하여, 생성된 투사 영상을 외부로 투사하는 투사 렌즈를 포함하고, 상기 파리눈 렌즈의 복수의 셀 중 2이상의 셀은 다른 셀과 상이한 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 다른 셀과 상이한 형상을 가지는 2이상의 셀 상기 복수의 셀 중 좌우측 최외곽부에 위치할 수 있다.

이 경우에, 상기 복수의 셀 중 좌우측 최외곽부에 위치하는 셀은 평행사변형 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 복수의 셀 중 좌측 최외곽부에 위치하는 셀의 형상과 우측 최외곽부에 위치하는 셀의 형상은 상기 파리눈 렌즈의 중앙선을 기준으로 좌우 대칭일 수 있다.

한편, 어느 하나 이상이 개별적으로 평행사변형 형상이거나, 상기 다른 셀과 상이한 형상을 가지는 2이상의 셀이 모여 평행사변형 형상을 이룰 수 있다.

또한, 상기 파리눈 렌즈는 중앙선에서 외곽부로 갈수록 점진적으로 형상이 다르거나, 상기 파리눈 렌즈의 복수의 셀은 3이상의 그룹으로 구분되고, 각 그룹 내의 셀들은 동일한 형상을 가지고, 다른 그룹의 셀과는 다른 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은 평행하지 않도록 배치되는 2개의 렌즈로 구성되는 릴레이(relay) 렌즈를 포함할 수 있다. 즉, 초점거리차이를 줄여 왜곡을 줄이기 위해 릴레이 렌즈 중 하나를 틸트(Tilt)시킬 수 있다.

도 11과 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 광학엔진을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은 서로 다른 색상의 광을 출력하는 제1 내지 제3 광원부(311, 312, 313)와 소정 영상을 출력하는 마이크로 디스플레이 패널(360), 광을 균일하게 하는 파리눈(fly eye) 렌즈(330)와 상기 제1 내지 제3 광원부(311, 312, 313)의 출력 광 및 출력되는 영상에 기초하여, 생성된 투사 영상을 외부로 투사하는 투사 렌즈(370)를 포함한다.

또한, 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광학엔진은 제1 내지 제3 집광 렌즈(321, 322, 323), 제1,2 미러(381, 382), 공용 렌즈(390), 전반사 프리즘(350)을 더 포함할 수 있다.

한편, 도 11의 실시예가 도 3의 실시예와 다른 점은, 본 발명의 실시예에 따라 여러 형상의 셀을 포함하는 파리눈 렌즈(330)를 통과한 광을 집광하는 릴레이(relay) 렌즈(341, 343) 중 전반사 프리즘(350)에 인접한 릴레이 렌즈(343)가 틸트(Tilt)되어 다른 릴레이 렌즈(341)와 평행하지 않게 배치되는 것이다.

도 12를 도 4와 대비하여 참조하면, 릴레이 렌즈(343)를 통과한 광들은 중앙부분을 통과한 일부(b)도 정확히 초점에 맺힐 뿐만 아니라, 외곽 부분을 통과한 일부(a3, a4, c3, c4)도 광경로 차이가 감소되어 DMD 패널(360)의 초점의 위치에 맺힐 수 있다.

한편, 도 12에서 '--'부호는 각 셀의 위치별 초점의 위치를 나타내는 표지이다.

한편, 릴레이(relay) 렌즈(341, 343)는 블록렌즈 또는 평면블록렌즈일 수 있다.

본 발명에 따르면, 프로젝터의 구조 및 부품을 단순화하면서 광학 효율을 향상시킬 수 있어, 제조비 및 설치 공간을 감소시키고 표시 품질은 향상시킬 수 있다.

상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

311, 312, 313 : 제1 내지 제3 광원부
321, 322, 323 : 제1 내지 제3 집광 렌즈
330: 파리눈 렌즈
341, 342 : 릴레이 렌즈
350 : 전반사 프리즘
370 : 투사 렌즈
390 : 공용 렌즈

Claims (20)

1. 제1 광원부;
   상기 제1 광원부와 다른 색상의 광을 출력하는 제2 광원부;
   상기 제1,2 광원부와 다른 색상의 광을 출력하는 제3 광원부;
   소정 영상을 출력하는 마이크로 디스플레이 패널;
   각각 블록렌즈로 구성되는 복수의 셀(cell)을 포함하고, 광을 균일하게 하는 파리눈(fly eye) 렌즈;
   상기 제1 내지 제3 광원부의 출력 광 및 출력되는 영상에 기초하여, 생성된 투사 영상을 외부로 투사하는 투사 렌즈;
   상기 제1 광원부로부터의 광의 진행 방향을 변화시키고, 상기 제2 광원부와 상기 제3 광원부로부터의 광을 투과시키는 제1 미러(mirror);
   상기 제2 광원부로부터의 광의 진행 방향을 변화시키고, 상기 제3 광원부로부터의 광을 투과시키는 제2 미러;
   상기 제1 미러와 상기 제2 미러 사이에 배치되는 공용 렌즈;
   상기 파리눈 렌즈를 통과한 광을 집광하는 릴레이(relay) 렌즈;
   상기 투사 렌즈로 광을 출력하는 전반사 프리즘;을 포함하고,
   상기 복수의 셀 중 2이상의 셀은 다른 셀과 상이한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다른 셀과 상이한 형상을 가지는 2이상의 셀 상기 복수의 셀 중 좌우측 최외곽부에 위치하는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 셀 중 좌우측 최외곽부에 위치하는 셀은 평행사변형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 셀 중 좌측 최외곽부에 위치하는 셀의 형상과 우측 최외곽부에 위치하는 셀의 형상은 상기 파리눈 렌즈의 중앙선을 기준으로 좌우 대칭인 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
5. 제1항에 있어서,
   상기 다른 셀과 상이한 형상을 가지는 2이상의 셀이 모여 평행사변형 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
6. 제1항에 있어서,
   상기 파리눈 렌즈는 중앙선에서 외곽부로 갈수록 점진적으로 형상이 다른 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
7. 제1항에 있어서,
   상기 파리눈 렌즈의 복수의 셀은 3이상의 그룹으로 구분되고, 각 그룹 내의 셀들은 동일한 형상을 가지고, 다른 그룹의 셀과는 다른 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 광원부의 출력 광을 각각 평행광으로 변화시키는 제1 내지 제3 집광 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 집광 렌즈를 통과한 광의 진행 방향은 상기 제2 집광 렌즈를 통과한 광과 평행하는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 집광 렌즈를 통과한 광의 진행 방향은 상기 제3 집광 렌즈를 통과한 광과 수직하는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
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13. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이(relay) 렌즈는 평행하지 않도록 배치되는 2개의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제3 광원부, 상기 파리눈 렌즈, 상기 릴레이 렌즈, 상기 투사 렌즈는 L자 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 광학엔진.
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