KR100842617B1

KR100842617B1 - 프로젝터

Info

Publication number: KR100842617B1
Application number: KR1020070052285A
Authority: KR
Inventors: 박문규; 김용관
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2008-06-30
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: US20080297730A1; EP1998213A1; CN101315465A

Abstract

본 발명에 따른 프로젝터는 서로 다른 색상의 광들을 생성하는 복수의 광원들과, 상기 광들을 라인 변조하여 출력하는 공간 광변조기와, 상기 광원과 상기 공간 광변조기의 사이에 위치되며 파장에 따라 광을 투과 또는 반사시키는 파장 선택 필터와, 상기 공간 광변조기로부터 입사된 광을 라인 스캔 방식으로 투사하는 스캐너를 포함한다.

공간 광변조, 프로젝터, 레이저

Description

프로젝터{PROJECTOR}

도 1은 본 발명의 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프로젝터를 도시한 도면,

도 2는 도 1에 도시된 수렴 렌즈계를 도시한 사시도,

도 3은 도 1에 도시된 제2 파장 선택 필터의 파장 대역에 따른 투과 및 반사 특성을 측정한 그래프,

도 4a와 도 4b는 종래 및 본 발명에 따른 프로젝터의 투사되는 광의 선폭을 비교하기 위한 그래프.

본 발명은 영상 재생을 위한 프로젝터에 관한 것으로서, 특히 공간 광 변조기를 포함하는 프로젝터에 관한 발명이다.

근래의 휴대용 단말기는 디지털 카메라, MP3, DMB, PC, 헬스 케어(health care) 등의 다양한 기능과 서비스들이 융합되는 방향으로 발전 되고 있으며, 그 외 에도 단말 기기 간 혹은 PC, 가전 제품 등과의 연결되어 정보 공유 및 기능을 공유하는 기술 방향으로도 개발되고 있다.

그러나, 통상의 휴대용 단말기의 화면 크기는 한정되어 있으며, 그로 인해서 사용자에게 제공되는 영상 정보도 제한된다. 상술한 문제를 해소하기 위해, 전면 터치 패널 방식이 공지된 바 있으나, 휴대용 단말기의 하우징 크기에 따라서 화면 크기도 한정될 수밖에 없다.

따라서, 소형으로서, 휴대용 단말기 등에 적용 가능한 프로젝터가 요구된다.

본 발명은 작은 부피로도 구현 가능하고, 광축 정렬이 용이한 프로젝터를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 프로젝터에 있어서,

서로 다른 색상의 광들을 생성하는 복수의 광원들과;

상기 광들을 라인 변조하여 출력하는 공간 광변조기와;

상기 광원과 상기 공간 광변조기의 사이에 위치되며 파장에 따라 광을 투과 또는 반사시키는 파장 선택 필터와;

상기 공간 광변조기로부터 입사된 광을 라인 스캔 방식으로 투사하는 스캐너와;

상기 스캐너와 상기 공간 광변조기의 사이에 위치되며 상기 공간 광변조기에서 라인 변조된 광들의 회절 차수를 선택하기 위한 회절 개구를 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프로젝터의 상세 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 수렴 렌즈계를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 상기 프로젝터(100)는 서로 다른 파장의 광을 생성하기 위한 제1 내지 제3 광원(111~113)과, 입사되는 광의 경로를 변경시키기 위한 제1 내지 제2 반사 필터(101~103)와, 제1 내지 제9 렌즈(171~176,180)와, 제1 및 제2 파장 선택 필터(141,142)와, 반사 회절에 의해 입사된 광들을 변조하기 위한 공간 광변조기(SOM; 120)와, 입사 광의 회절 차수를 제한하는 회절 개구(160)와, 상기 회절 개구(160)로부터 입사된 광을 라인 스캔(line scan)해서 스크린(screen; 150) 상에 영상을 구현하기 위한 스캐너(scanner; 130)를 포함한다. 상기 프로젝터(100)는 스크린(150) 상에 적색 영상, 녹색 영상 및 청색 영상을 순차적으로 투사하므로, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 복수의 광이 동시에 동일 경로로 진행하지는 않는다.

상기 제1 광원(111)은 녹색 광을 출사하며, 상기 제1 광원(111)에서 출사된 녹색 광은 상기 제1 반사 필터(101)에 의해 반사되어 상기 제1 렌즈(171)를 투과된다. 상기 부분 반사 필터(102)는 상기 제1 렌즈(171)에서 투과된 녹색 광의 일부를 상기 제2 렌즈(172)로 부분 반사시키고, 상기 제2 렌즈(172) 및 제1 파장 선택 필터(141)는 상기 녹색 광을 제2 파장 선택 필터(142)로 투과시킨다. 상기 제2 파장 선택 필터(142)는 상기 제1 파장 선택 필터(141)에서 투과된 광을 상기 제5 내지 제7 렌즈(181~183)로 반사시키고, 상기 제5 내지 제7 렌즈(181~183)는 상기 제2 파장 선택 필터(142)에서 반사된 녹색 광을 상기 공간 광변조기(120)로 투과시킨다.상기 공간 광 변조기(120)에서 상기 제8 렌즈(175)로 반사된 녹색 광은 상기 제8 렌즈(175)를 투과해서, 상기 제2 반사 필터(103)에 의해 상기 제9 렌즈(176)로 반사된다. 상기 제9 렌즈(176)로 반사된 녹색 광은 상기 회절 개구(160)를 통과해서 상기 스캐너(130)에 의해 상기 스크린(150)으로 반사된다.

상기 제2 광원(112)에서 출사된 적색 광은 상기 제3 렌즈(173)를 투과해서, 상기 제1 파장 선택 필터(141)에 의해 제2 파장 선택 필터(142)로 반사된다. 상기 제2 파장 선택 필터(142)는 적색 광을 상기 제5 내지 제7 렌즈(181~183)로 반사시키며, 상기 제5 내지 제7 렌즈(181~183)는 상기 적색 광을 상기 공간 광변조기(120)로 투과시킨다. 상기 공간 광변조기(120)는 상기 적색 광을 상기 제8 렌즈(175)와 상기 제2 반사 필터(103) 측으로 반사시키며, 상기 제2 반사 필터(103)는 상기 적색 광을 상기 제9 렌즈로 반사시킨다. 상기 제9 렌즈로 반사된 적색 광은 상기 제9 렌즈(176)를 투과해서, 상기 회절 개구(160)를 통해서 상기 스캐너(130)로 입사된다. 상기 적색 광은 상기 스캐너(130)에 의해 스크린 측으로 반사된다.

상기 제1 광원(111)은 상대적으로 긴 파장의 광이 상대적으로 짧은 파장의 광으로 변환되도록 제2 고조파를 생성하는 방법에 의해서 상기 녹색 광을 생성할 수 있다. 상기 제1 광원(111)은 예를 들어, 532㎚±5㎚ 파장의 녹색 광을 출력할 수 있는 DPSS(diode pumping solid state) 레이저가 사용될 수 있다.

상기 제1 반사 필터(101)는 상기 제1 광원(111)에서 출사된 녹색 광의 상기 제1 렌즈(832)에 이르는 경로를 90°절곡함으로써, 상기 프로젝터(100)의 부피를 감소시킬 수 있다.

즉, 상기 제1 광원(111)은 그 부피가 커서 출사되는 광을 상기 제1 렌즈(171)와 일직선을 이루도록 배치되면, 상기 프로젝터(100)의 부피가 크게 증가하게 된다. 따라서, 상기 제1 광원(111)은 상기 프로젝터(100)의 중심에 위치되고, 나머지 구성 소자들이 상기 제1 광원(111)의 둘레에 배치됨으로서 상기 프로젝터(100)의 부피를 감소시킬 수 있다.

상기 제1 렌즈(171)는 상기 제1 반사 필터(101)에서 반사된 녹색 광의 스폿 사이즈를 증가시켜서 상기 부분 반사 필터(102)로 출사한다. 상기 부분 반사 필터(102)는 상기 제1 렌즈(171)로부터 입사된 녹색 광의 일부를 상기 광검출기(105)로 투과시키고, 나머지 일부를 상기 제2 렌즈(172)로 반사시킨다.

상기 부분 반사 필터(102)는 상기 제1 렌즈로(172)부터 상기 제2 렌즈(172)에 이르는 광경로를 90°절곡함으로써, 상기 프로젝터(100)의 부피를 감소시킬 수 있다. 상기 제1 반사 필터(101) 및 부분 반사 필터(102)로는 광학 코팅에 의한 미러(mirror)가 사용될 수 있으며, 상술한 미러는 입사된 광의 일부가 반사 또는 투과될 수 있다.

특히, 상기 부분 반사 필터(102)는 다층의 광학 코팅에 의해 형성될 수 있으며, 상기 광검출기(105) 측으로 입사된 녹색 광의 일부가 투과될 수 있도록 5~15%의 투과율(또는, 85~95%의 반사율)을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 광검출기(105)는 상기 부분 반사 필터(102)에서 투과된 녹색 광의 파워를 검출하고, 이를 이용해서 상기 제1 광원(111)이 일정한 출력을 유지할 수 있도록 제어할 수 있다. 상기 광검출기(105)로는 통상의 포토다이오드(photo diode)를 사용할 수 있다. 상기 제2 렌즈(172)는 상기 부분 반사 필터(102)로부터 입사된 녹색 광을 시준화(collimating)해서 상기 제1 파장 선택 필터(141)로 출력한다.

상기 제2 광원(112)은 예를 들어, 640㎚±10㎚ 파장의 적색 광을 출력한다. 상기 제2 광원(112)으로는 통상의 레이저 다이오드를 사용할 수 있다. 상기 제3 렌즈(173)는 상기 제2 광원(112)으로부터 입사된 적색 광을 시준화하여 상기 제1 파장 선택 필터(141)로 출사한다.

상기 제1 파장 선택 필터(141)는 상기 제3 렌즈(173)로부터 입사된 적색 광을 상기 제2 파장 선택 필터(142)로 반사시키고, 상기 제2 렌즈(172)로부터 입사된 녹색 광을 상기 제2 파장 선택 필터(142)로 투과시킨다

상기 제3 광원(113)은 예를 들어, 440㎚±10㎚ 파장의 청색 광을 출력할 수 있는 통상의 레이저 다이오드가 사용될 수 있다. 상기 제4 렌즈(174)는 상기 제3 광원(113)으로부터 입사된 청색 광을 시준화하여 상기 제2 파장 선택 필터(142)로 출사한다.

상기 제1 내지 제3 광원(111~113)은 서로 다른 색을 갖는 광들을 생성하며, 상기 광들은 동일 광학계에서 각 파장에 따라서 수렴되는 위치(초점거리)가 서로 다르다. 즉, 상기 공간 광 변조기(120)에 수렴되는 광들(적색, 청색, 녹색)의 초점이 파장에 따라 다르며, 그로 인해서 상기 스크린(150) 상에 구현되는 영상이 색번짐 등과 같은 현상이 발생될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 프로젝터(100)는 상기 제1 광원(111)에서 생성되는 녹색 광을 기준으로 상기 수렴 렌즈계(180)와 상기 공간 광변조기(120) 사이의 거리를 조절하고, 상기 제2 및 제3 광원(112, 113) 각각은 제3 렌즈(173)와 제4 렌즈(174)와의 거리를 능동 정렬에 의해 조정함으로써 광들의 파장 차이로 인한 수렴 위치의 차이를 최소화시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 제1 광원 내지 제3 광원들(111~113)로부터 상기 공간 광변조기(120)까지의 거리가 각 생성되는 광들의 파장에 따른 수렴 위치(초점 거리)가 일치하도록 정렬함으로써, 별도의 색수차 보상을 위한 렌즈를 더 구비하지 않아도 된다. 따라서, 본 발명은 광축 정렬이 용이하고, 비용을 절감시킬 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 제2 파장 선택 필터(142)의 파장 대역에 따른 투과 및 반사 특성을 측정한 그래프이다. 도 3의 그래프를 참조하면, 상기 제2 파장 선택 필터(142)는 상기 제1 파장 선택 필터(141)로부터 입사된 적색 또는 녹색 광을 상기 제5 렌즈(181)로 반사하거나, 상기 제4 렌즈(174)로부터 입사된 청색 광을 상기 제5 렌즈(181)로 투과시킨다. 상기 제2 파장 선택 필터(142)는 상기 제1 파장 선택 필터(141)로부터 상기 제5 렌즈(181)에 이르는 광경로를 90°절곡함으로써, 상기 프로젝터(100)의 부피를 감소시킬 수 있다.

즉, 상기 제2 파장 선택 필터(142)는 청색 광의 파장 대역(210)에서 투과율이 90% 이상이고, 녹색 광의 파장 대역(220)에서의 투과율과 적색 광의 파장 대역(230)에서의 투과율은 10% 미만임을 알 수 있다. 따라서, 상기 제2 파장 선택 필터(142)는 청색 광을 투과시키고, 적색 및 녹색 광을 반사시킬 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 수렴 렌즈계(180)를 도시한 사시도이다. 상기 제5 내지 제7 렌즈(181~183)는 수렴 렌즈계(180)를 구성하고, 상기 수렴 렌즈계(180)는 상기 제2 파장 선택 필터(142)로부터 입사된 광(적색, 녹색 또는청색 광)을 상기 공간 광변조기(120)의 입력 및 출력 면에 수렴시킨다.

상기 제5 렌즈(181)는 확산 렌즈로서 입사된 광을 확산시키고, 상기 제5 렌즈(181)에서 확산된 광은 상기 제6 렌즈(182)에 의해 시준화된다. 상기 제7 렌즈(183)은 시준화된 광을 상기 공간 광변조기(120)에 수렴시킨다.

상기 공간 광변조기(120)는 외부로부터 제공받은 투사 영상)의 어느 한 화소 열에 대한 정보를 갖는 영상 데이터에 의해 동작하며, 상기 수렴 렌즈계(180)로부터 광을 반사형 회절을 통해 라인 변조해서 상기 제8 렌즈(175)로 출사한다.

상기 공간 광변조기(120)의 광이 입사 및 출사되는 면에 복수의 회절 소자들이 구비되며, 상기 스크린(150) 상에 구현하고자 하는 영상의 화질 정도에 따라서 구비되는 회절 소자의 수가 결정될 수 있다. 상기 각 회절 소자는 입사된 광을 회절 및 반사하고, 회절된 광의 파워는 해당 화소 정보에 의해 정해진다.

상기 제8 렌즈(175)는 상기 공간 광변조기(120)로부터 입사된 광을 상기 제2 반사 필터(103)로 출사한다. 상기 제2 반사 필터(103)는 상기 제8 렌즈(175)로부터 입사된 광을 상기 제9 렌즈(176)로 반사한다.

상기 제9 렌즈(176)는 상기 제2 반사 필터(103)로부터 입사된 광을 상기 스캐너(130)의 반사면 상에 초점이 형성되도록 수렴시킨다. 상기 스캐너(130)에 의해 반사된 광은 상기 스크린(150) 상에 라인 스캔(line scan)의 형태로 조사되어 영상을 구형한다.

상기 회절 개구(160)는 상기 제9 렌즈(176)와 상기 스캐너(130)의 사이에 위치하고, 상기 스캐너(130)에 입사되는 광의 스팟 사이즈를 제한하는 기능을 한다. 즉, 상기 회절 개구(160)는 상기 제9 렌즈(176)로부터 입사된 광의 일부(1차 모드 이상의 회절 광)을 차단하고, 그 나머지(0차 모드의 회절 광)를 상기 스캐너(130)로 통과시킴으로써, 투사 영상의 노이즈 성분을 제거한다.

상기 스캐너(130)는 상기 공간 광변조기(120)로부터 입사된 광을 라인 스캔 방식으로 스크린에 투사한다. 상기 스캐너(130)는 일정한 주기에 따라 회전축(132)을 중심으로 시계 또는 반시계 방향으로 스윙 회전하는 스캔 미러(131)를 포함한다. 어느 한 시점에서 상기 스크린에 투사된 영상은 한 화소 열에 해당하는 라인의 형태로 보여지게 되고, 상기 스캔 미러(131)의 회전에 의해 라인 영상이 화소 행 방향으로 좌우 이동함으로써, 영상 프레임을 구현한다.

도 4a와 도 4b는 종래 및 본 발명에 따른 프로젝터의 투사되는 광의 선폭을 비교하기 위한 그래프로서, 도 4a는 종래 프로젝터에서 스크린 상의 임의 지점에 투사된 광의 선폭을 측정한 그래프이고, 도 4b는 본 발명에 따른 프로젝터에서 스 크린 상의 임의 지점에 투사된 광의 선폭을 측정한 그래프이다.

도 4a와 도 4b에 있어서, 가로축(스크린 상에 투사되는 라인 스캔의 길이 및선폭)을 나타내며, 0부터 5000㎛까지 큰 눈금간 간격은 500㎛의 간격이다. 또한, 도 4a와 도 4b은 2500㎛을 중심으로 2000㎛와 3000㎛의 사이에 각각 100㎛ 간격의 작은 눈금들이 도시되어 있다. 동일한 광 세기(도 4a와 도 4b 상의 화살표)에서 투사되는 광의 선폭을 비교해 보면 도 4a는 약 200㎛이고, 도 4b는 100㎛ 이상 200㎛미만으로서 도 4b가 도 4a에 비해서 좁은 선폭을 갖는다. 즉, 본 발명에 따른 프로젝터는 슬림화된 구조로 종래에 비해 향상된 해상도의 화질을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 프로젝터는 제1 내지 제3 광원들로부터 공간 광변조기 사이의 거리를 각 광원에서 생성되는 광들의 파장에 따른 수렴 위치를 고려해서, 제1 내지 제3 광원들과 공간 광변조기 사이의 거리를 능동 정렬함으로써 색수차 보상을 위한 별도의 렌즈를 더 구비하지 않아도 된다.

본 발명은 광축 정렬이 용이해서, 소형화된 프로젝터에 적용이 용이하고 색수차 보상을 위한 렌즈를 더 구비하지 않아도 됨으로 색수차 보상 렌즈의 광축 정렬 시 발생 가능한 오차로 인한 화질 저하의 발생을 방지할 수 있다.

Claims

프로젝터에 있어서,

서로 다른 색상의 광들을 생성하는 복수의 광원들과;

상기 광들을 라인 변조하여 출력하는 공간 광변조기와;

상기 광원과 상기 공간 광변조기의 사이에 위치되며 파장에 따라 광을 투과 또는 반사시키는 파장 선택 필터와;

상기 공간 광변조기로부터 입사된 광을 라인 스캔 방식으로 투사하는 스캐너를 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
제1 항에 있어서, 상기 프로젝터는,

상기 스캐너와 상기 공간 광변조기의 사이에 위치되며 상기 공간 광변조기에서 라인 변조된 광들의 회절 차수를 선택하기 위한 회절 개구를 더 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
제2 항에 있어서,

상기 회절 개구는 상기 공간 광변조기로부터 입사된 광들의 0차 회절 차수를 투과시킴을 특징으로 하는 프로젝터.
제1 항에 있어서,

상기 공간 광변조기는 각각 입사된 광을 회절 및 반사하고 라인 형태로 배치된 복수의 회절 소자들을 그 입출력단 상에 구비함을 특징으로 하는 프로젝터.
제1 항에 있어서,

상기 복수의 광원 중 하나는 제2 고조파를 생성하는 녹색 광원임을 특징으로 하는 프로젝터.
제5 항에 있어서,

상기 녹색 광원은 펄스 구동 신호에 의해 구동되고, 상기 녹색 광원은 RGB 순차 방식의 녹색 서브 프레임을 형성하는데 사용됨을 특징으로 하는 프로젝터.
프로젝터에 있어서,

녹색의 광을 생성하기 위한 제1 광원과;

상기 제1 광원의 출사 방향에 대해서 수직한 방향으로 적색 및 청색 광을 출 사하도록 정렬된 제2 및 제3 광원과;

상기 광들을 라인 변조하여 출력하는 공간 광변조기와;

상기 제2 광원에서 출사된 작색 광을 출사 방향에 대해서 수직한 방향으로 반사시키고, 상기 녹색 광을 투과시키는 제1 파장 선택 필터와;

상기 제1 파장 선택 필터로부터 입사된 녹색 및 적색 광을 상기 공간 광변조기로 반사시키고, 상기 제3 광원에서 출사된 청색 광을 상기 공간 광변조기로 투과시키는 제2 파장 선택 필터와;

상기 공간 광변조기로부터 입사된 광들을 라인 스캔 방식으로 투사하는 스캐너를 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
제7 항에 있어서, 상기 프로젝터는,

상기 제1 광원에서 출사된 광을 출사 방향에 대해서 수직하게 반사시키기 위한 제1 반사 필터와;

상기 제1 반사 필터에서 반사된 광을 상기 제1 파장 선택 필터로 반사시키기 위한 부분 반사 필터와;

상기 공간 광 변조기로부터 입사된 광들을 상기 스캐너로 반사시키기 위한 제2 반사 필터와;

상기 스캐너와 상기 공간 광변조기의 사이에 위치되며 상기 공간 광변조기에서 라인 변조된 광들의 회절 차수를 선택해서 상기 스캐너로 투과시키는 회절 개구 를 더 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
제8 항에 있어서,

상기 회절 개구는 상기 공간 광변조기로부터 입사된 광들의 0차 회절 차수를 투과시킴을 특징으로 하는 프로젝터.
제7 항에 있어서, 상기 프로젝터는,

상기 공간 광 변조기와 상기 제2 파장 선택 필터의 사이에 위치되며, 상기 제2 파장 선택 필터로부터 입사된 광들을 상기 공간 광 변조기에 수렴시키기 위한 수렴 렌즈 계를 더 포함함을 특징으로 하는 프로젝터.
제7 항에 있어서,

상기 제1 내지 제3 광원들과 상기 공간 광변조기 사이의 거리가 상기 제1 내지 제3 광원들 각각에서 생성되는 광의 파장에 따라 서로 다르게 정렬됨을 특징으로 하는 프로젝터.