KR0162391B1 - 회절광학소자를 이용한 액정프로젝터의 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정프로젝터의 광학계에 관한 것으로, 종래의 액정프로젝터 광학계가 광원에서 발광된 광의 분리를 위해 다수개의 다이크로익미러를 상호간에 일정거리를 가지고 소정의 각도만큼 기울어지도록 배치되어야 하는 등 공간효율이 좋지 않은 문제점이 있어 이를 해결하기 위한 것이다. 이와 같은 본 발명은 리플렉터(21)를 구비한 광원(20)과, 상기 광원(20)에서 나온 광(L)을 회절시켜 분리하는 회절광학소자(22)와, 상기 회절광학소자(21)에서 분리된 광(L)을 주어진 화상정보에 따라 투과시키는 액정판넬블록(30)과, 상기 액정판넬블록(30)을 거쳐 나온 광(L)을 수렴시켜주는 프레넬렌즈(33)와, 상기 프레넬렌즈(33)에 의해 수렴된 광(L)을 스크린(36)상에 결상시키는 투사렌즈(35)로 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 광원(20)에서 발광된 광(L)의 분리를 위해 회절광학소자(21)를 사용하므로 광분리를 위한 구성이 간단하게 되어 광학계의 공간효율이 높아지고, 상기 회절광학소자는 반사식과 투과식의 2가지 모두가 사용가능하여 광학계설계의 자유도가 커지게 되는 이점이 있다.

Description

회절광학소자를 이요한 액정프로젝터의 광학계

제1도는 종래 기술에 의한 액정프로젝터 광학계의 요부구성을 보인 구성도.

제2도는 다른 종래 기술에 의한 액정프로젝터 광학계의 요부구성을 보인 구성도.

제3도는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계의 구성을 보인 구성도.

제4도는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계의 작동원리를 보인 작동 원리도.

제5도의 a,b는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계의 작동원리를 설명하기 위한 도면.

제6도는 본 발명에 의한 회절광학소자의 상세구성을 보인 단면도.

제7도는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계의 다른 실시예를 보인 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 광원 21 : 리플렉터

22 : 회절광학소자 23 : 회절격자

30 : 액정판넬블록 31 : 미소렌즈

32 : 액정셀 33 : 프레넬렌즈

35 : 투사렌즈 36 : 스크린

본 발명은 액정프로젝터의 광학계에 관한 것으로, 특히 회절광학소자를 사용하여 광원에서 발광된 광을 분리하여 액정판넬블록에 전달하도록 하여 광분리를 위한 구성의 단순화를 통해 공간효율을 최대로 높인 액정프로젝터의 광학계에 관한 것이다.

제1도는 종래 기술에 의한 액정프로젝터 광학계의 요부구성을 보인 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 액정프로젝터의 광학계는 광(L)을 발광하는 광원(1)과, 상기 광원(1)에서 나온 광(L)의 경로상에 놓여지는 액정판넬(2)과, 상기 액정판넬(2)을 거쳐나온 광(L)을 수렴시켜 주는 프레넬렌즈(5)와, 상기 프레넬렌즈(5)를 거쳐나온 광(L)을 스크린(7) 상에 결상시켜 주는 투사렌즈(6)로 구성된다.

한편 상기 액정판넬(2)에 구비되어 있는 액정셀(4)에는 각각 녹색, 적색, 청색의 색필터(4g)(4r)(4b)가 구비되어 있다.

도면중 미설명 부호 3은 투명기판이다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 액정프로젝터의 광학계는 광원(1)에서 발광된 광(L)이 상기 액정판넬(2), 프레넬렌즈(5), 투사렌즈(6)를 거치면서 화상정보를 스크린(7) 상에 나타나게 된다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 액정프로젝터의 광학계에 의하면 광원(1)에서 발광된 광(L)중에서 원하는 색을 나타내기 위해서는 상기 액정셀(4)에 구비되어 있는 색필터(4g)(4r)(4b)중 원하는 색필터(4g)(4r)(4b)를 가진 액정셀(4)로만 광(L)을 투과시키게 되므로, 전체 광선중 1/3에 해당하는 광(L)만이 화상정보를 전달하기 위해 실제로 사용된다. 또한 광(L)의 투과률면에서도 색필터(4g)(4r)(4b)를 사용하여야 하므로 투과률이 떨어져 실제로 광원(1)에서 발광된 광(1)중에서 1/3도 화상정보를 나타내는데 사용되지 못하여 스크린(7)에 맞혀지는 상이 어둡게 되는 문제점이 있었다.

이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 종래에는 사용되지 못하던 광(L)까지도 특정셀에 수렴시키고 또한 색필터(4g)(4r)(4b)를 사용하지 않게 되어 종래 기술에 비해 3배 이상 밝기의 개선을 가져오는 액정프로젝터의 광학계가 제2도에 개시되어 있다.

제2도는 다른 종래 기술에 의한 액정프로젝터 광학계의 요부구성을 보인 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 다른 종래 기술에 의한 액정프로젝터의 광학계의 구성은 광원(11)과, 광원(11)에서 발광된 광(L)을 소정의 각도로 반사하는 다이크로익미러(12b)(12r)(12g)들과, 상기 다이크로익미러(12b)(12r)(12g)에서 반사된 광(L)을 선택적으로 투과하면서 화상정보를 표시할 수 있게 하는 액정판넬(13)과, 상기 액정판넬(13)을 거친 광(L)을 수렴시켜 주는 프레넬렌즈(17)와, 상기 프레넬렌즈(17)를 거친 광(L)을 스크린(19)상에 결상시키는 투사렌즈(18)로 구성된다.

상기 다이크로익미러(12b)(12r)(12g)는 3장의 미러가 소정의 각도만큼씩 경사지게 차례로 설치되어 각각 청색광(B), 적색광(R), 녹색광(G)만을 소정의 각도로 반사하게 된다.

상기 액정판넬(13)의 광원(11)쪽 부분에는 청,적,녹의 화상신호를 표시하기 위한 액정셀(16)에 해당하는 마이크로 렌즈(14)가 구비되어 있다.

도면중 미설명 부호 15는 기판이다.

상기와 같은 다른 종래 기술에 의한 액정프로젝터의 광학계의 작동을 살펴보면, 광원(11)에서 발광된 광(L)은 상기 다이크로익미러(12b)(12r)(12g)를 거치면서 청색, 적색, 녹색의 광(B)(R)(G)으로 분리된다. 여기서 광(L)이 분리되는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

광원(11)에서 나온 광(L)은 제일 먼저 청색광(B)만을 반사하고 나머지는 투과시키는 다이크로익미러(12b)에 입사되어 청색광(B)은 액정판넬(13)의 일면에 구비되어 있는 마이크로 렌즈(14)로 소정의 각도를 가지고 입사된다. 그리고 상기 청색광(B)만을 반사시키는 다이크로익미러(12b)를 투과한 적색광(R)과 녹색광(G)은 다시 적색광(R)만을 반사시키는 다이크로익렌즈(12r)에 입사되어 적색광(R)은 상기 마이크로 렌즈(14)로 수평으로 반사되고, 녹색광(G)은 투과된다. 상기 적색광(R)만을 반사시키는 다이크로익렌즈(12r)를 투과한 녹색광(G)은 녹색광만(G)을 반사시키는 다이크로익렌즈(12g)에서 반사되어 상기 마이크로 렌즈(14)로 소정의 각도롤 가지고 입사된다.

이때, 상기 광(L:B,R,G)들은 적색광(R)과 이를 기준으로 서로 대칭을 이루며 소정의 각으로 마이크로 렌즈(14)에 입사되고 렌즈(14)를 통과하면서 수렴되어 해당되는 액정셀(16)로 입사된다. 상기 광(L)들은 소정의 화상정보에 따라 액정셀(16)을 통과하게 되고, 이와 같이 액정셀(16)을 통과한 광(L)은 프레넬렌즈(17)를 통과하면서 광(L)의 경로가 투사렌즈(18)쪽으로 수렴된다. 투사렌즈(18)로 전달된 광(L)은 투사렌즈(18)에 의해 스크린(19) 상에 결상시켜 사용자가 화상정보를 볼 수 있도록 한다.

그러나, 상기와 같은 다른 종래 기술에 의한 액정프로젝터의 광학계에 의하면 광원(11)에서 발광된 광(L)을 청색, 적색, 녹색광(B)(R)(G)으로 분해하기 위해서는 3장의 다이크로익미러(12b)(12r)(12g)가 필요하고, 또한 이들 미러(12b)(12r)(12g)를 통해 상기 각각의 광(L)들이 소정의 각도를 가지고 마이크로 렌즈(14)로 반사되도록 하기 위해서는 반드시 반사형태를 이루어야 하고, 또한 미러(12b)(12r)(12g)들이 소정의 각도를 가지고 배치되어야 하므로 광학계가 차지하는 공간이 커지게 된다. 또한 이와 같은 3장의 미러(12b)(12r)(12g)를 서로에 대해서 특정 위치에 정확하게 조절하는 작업은 용이한 작업이 아니라는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정판넬상에 색필터를 사용하지 않고 광을 분리하여 미소렌즈를 통해 광의 이용효율을 증가시키는 기술에 있어서 광을 분리하기 위해서 회절광학소저를 사용하여 부품수를 줄이고 공간효율을 높인 액정프로젝터의 광학계를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 리플렉터를 구비한 광원과, 상기 광원에서 나온 광을 회절시켜 분리하는 회절광학소자와, 상기 회절광학소자에서 분리된 광을 주어진 화상정보에 따라 투과시키는 액정판넬블록과, 상기 액정판넬블록을 거쳐 나온 광을 수렴시키는 액정판넬블록과, 상기 액정판넬블록을 거쳐 나온 광을 수렴시켜주는 프레넬렌즈와, 상기 프레넬렌즈에 의해 수렴된 광을 스크린상에 결상시키는 투사렌즈로 구성됨을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계에 의해 달성된다.

상기 회절광학소자의 상기 액정판넬블록쪽 면에는 소정형상을 가지는 회절격자가 구비되어 구성됨을 특징으로 한다.

상기 회절광학소자는 투과식 회절광학소자임을 특징으로 한다.

상기 회절광학소자는 반사식 회절광학소자임을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계를 첨부된 도면에 도시된 실시례를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계의 구성을 보인 구성도이고, 제4도는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계의 작동원리를 보인 작동원리도이며, 제5(a),(b)도는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계의 작동원리를 설명하기 위한 도면이며, 제6도는 본 발명에 의한 회절광학소자의 상세구성을 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계는 리플렉터(21)를 구비한 광원(20)과, 상기 광원(20)에서 나온 광(L)을 회절시켜 분리하는 회절광학소자(22)와, 상기 회절광학소자(22)에서 분리된 광(L)을 주어진 화상정보에 따라 투과시키는 액정판넬블록(30)과, 상기 액정판넬블록(30)을 거쳐 나온 광(L)을 수렴시켜주는 프레넬렌즈(33)와, 상기 프레넬렌즈(33)에 의해 수렴된 광(L)을 스크린(36) 상에 결상시키는 투사렌즈(35)가 차례로 배치되어 구성된다.

상기 액정판넬블록(30)에는 광원(30)측에 상기 회절광학소자(22)에서 분리되어 전달되는 광(L)을 수렴시켜 주는 미소렌즈(31)가 구비되어 있고, 상기 미소렌즈(31)에서 수렴되어 전달되는 광(L)을 화상정보에 따라 투과시키도록 된 각각의 액정셀(32)들이 구비되어 있다.

한편, 상기 회절광학소자(22)의 일면, 즉 액정판넬블록(30)쪽 면에는 회절격자(23)가 구비되어 구성되는 것으로, 상기 회절격자(23)는 회절광학소자(22)를 통과하는 광(L)이 회절되어 분리되도록 하는 것이다. 이와 같은 회절격자(23)의 형상에는 제6도에 도시된 것과 같이 여러가지가 있을 수 있으며, 이러한 회절격자(23)의 형상은 회절되는 광(L)의 방향 및 세기에 영향을 주므로 액정프로젝터의 특성이나 기능에 따라 그 형상을 달리하여 사용할 수 있게 된다. 한편, 제6도에 도시되어 있는 회절격자(23)의 형상에만 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

그리고, 제3도에 도시된 본 발명의 회절광학소자(22)는 투과식 회절광학소자(22)이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예가 제7도에 도시되어 있는데, 이에 따르면 본 발명의 다른 실시예에서는 광원(20)에서 발광된 광(L)의 분리를 위해 반사식 회절광학소자(42)를 사용하고 있다. 이외의 다른 구성은 본 발명의 것과 동일하므로 설명을 생략한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계의 작용효과를 설명하면, 광원(20)에서 발광된 광(L)은 회절광학소자(22)를 거치면서 회절현상을 일으켜 청색, 적색, 녹색광(B)(R)(G)으로 분리된다. 이와 같이 분리된 광(L)은 액정판넬블록(30)의 미소렌즈(31)로 전달되어 수련된다. 그리고 미소렌즈(31)에서 수렴된 광(L)은 각각의 액정셀(32)로 전달되어 화상정보에 따라 액정셀(32)을 투과하게 된다. 액정셀(32)을 투과하여 나온 광(L)은 프레넬렌즈(33)를 거치면서 다시 수렴되어 투사렌즈(35)로 전달된다. 투사렌즈(35)로 전달된 광(L)은 투사렌즈(35)에 의해 스크린(36)에 상을 맺히게 한다.

한편, 상기와 같이 작동되는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계에서 상기 회절광학소자(22)를 사용하여 광(L)을 분리하는 과정과 회절격자(23)에 대해 상세히 설명한다.

제5도의 (a)에 도시된 바와 같이, 광원(20)에서 나온 광(L)이 회절광학소자(22)에 입사되어 회절격자(23)를 지나게 되면 회절현상이 발생하게 되면서 분리된다. 이와 같이 분리된 광(L)은 그 위상 차이에 의해 보강간섭과 상쇄간섭을 일으키게 된다. 즉 보강간섭은 위상이 λ만큼 차이가 나는 광(L)이 합성되어 더 밝은 광으로 되는 것이고, 상쇄간섭은 λ/2만큼의 위상차이를 가지는 광(L)이 서로 합성되어 소멸되어 버리는 것이다.

상기와 같이 회절광학소자(22)에 입사된 광(L)은 회절격자(23)에 의해 여러방향으로 회절되고 mλ(여기서 m은 정수) 만큼의 위상차이를 갖는 광(L)이 모여 m=0인 0th order, m=1인 1th order등의 광(L)으로 된다.

회절광학소자(22)의 회절격자(23)의 사이의 간격이 P이고 높이가 d라고 할 때, 광(L)의 광학길이(Optical Path)와의 경로차이가 λ의 정수배로 나는 경우 보강간섭이 일어나 광선이 소멸되지 않고 밝아지는데 이를 계산식으로 표현하면 다음과 같다.

단, P는 회절격자(23) 사이의 간격,은 광(L)의 굴절각,는 광(L)의 입사각이다.

여기서 광(L)이 회절광학소저(22)에 수직으로 입사한다면=0가 되므로 상기의 식은 다음과 같이 된다.

따라서 회절광학소자(22)에서 임의의 파장(λ)을 가지는 광(L)이 임의의 각도()로 진행하기 위해서는 회절격자(23)의 간격 P가 중요하다는 것을 알 수 있다. 이러한 원리를 이용하고 회절격자(23)의 형상을 잘 조절하면 원하는 파장의 빛을 원하는 방향으로 보낼 수 있게 된다. 즉, 특정방향에 대한 광(L)의 효율을 증가시키기 위해서는 회절격자(23)의 형상을 조절해주면 된다. 따라서 액정프로젝터의 광학계의 특성이나 기능에 따라 적절한 회절격자(23)의 형상, 길이 간격등을 구비하여 주게되면 된다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 액정프로젝터의 광학계에 의하면 광원에서 나온 광을 분리하기 위해서 회절광학소자를 사용하므로 광을 분리하기 위한 구성이 간단해지고, 이와 같은 회절광학소자로서 투과식 및 반사식 2종류를 모두 사용할 수 있게 되어 광학계의 공간효율이 좋아지고, 광학계의 설계에 많은 자유도를 가지게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 리플렉터를 구비한 광원과, 상기 광원에서 나온 광을 회절시켜 분리하는 회절광학소자와, 상기 회절광학소자에서 분리된 광을 주어진 화상정보에 따라 투과시키는 액정판넬블록과, 상기 액정판넬블록을 거쳐 나온광을 수렴시켜주는 프레넬렌즈와, 상기 프레넬렌즈에 의해 수렴된 광을 스크린상에 결상시키는 투사렌즈로 구성됨을 특징으로 하는 회절광학소자를 이용한 액정프로젝터의 광학계.
2. 제1항에 있어서, 상기 회절광학소자의 상기 액정판넬블록쪽 면에는 소정형상을 가지는 회절격자가 구비되어 구성됨을 특징으로 하는 회절광학소자를 이용한 액정프로젝터의 광학계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회절광학소자는 투과식 회절광학소자임을 특징으로 하는 회절광학소자를 이용한 액정프로젝터의 광학계.
4. 제1항에 있어서, 상기 회절광학소자는 반사식 회절광학소자임을 특징으로 하는 회절광학소자를 이용한 액정프로젝터의 광학계.