KR100296526B1 - 투사기용장치 - Google Patents

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두아네 스콧트 데왈트
르로이드 크로스
파울 에이. 린덴
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알. 스탠톤 블랙, 요이치 아오키
어드밴스드 레이저 프로젝션, 인코포레이티드
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Abstract

조정거울, 회전자 장치, 관련된 성분 및 모터에 대해 감소된 크기를 가지는 영상 이동기가 기술된다. 영상 이동기는 투사기 주사 거울로부터 광영상의 각 정보를 조준 및 중계하기 위해 중계렌즈를 포함한다. K-거울, 페천 또는 도브 프리즘과 같은 회전자는 영상의 수평 움직임에 반응하여 조준된 영상을 회전시킨다. 고정된 초점 길이이거나 룸렌즈인 복원렌즈는 투사기에 의해 발생된 영상의 각 정보에 비례하여 조준된 광영상을 복원한다. 복원된 발산영상은 조정거울에 투사되며 실시간중 시표면위로 조정된다.

Description

[발명의 명칭]
투사기용 장치
[발명 분야]
본 발명은 일반적으로 광투사장치, 특히 텔레비전 또는 비디오 화상 및 컴퓨터에서 발생하는 유사하게 유도된 영상 또는 다른 시각 정보를 시표면(Viewing Surface) 위에 투사하는 장치에 관한 것이다. 더 상세히, 본 발명은 투사기에 비례하여 크기, 윤곽, 방위가 변화되는 영상을 단일 또는 다중 시표면상에 투사하는 투사기의 최종 출력부에 부착된 광학 시스템에 관한 것이다.
[발명의 배경]
종래의 레이저 비디오 투사기에서 적색, 녹색 및 청색 광 빔 성분 모두가 소정수의 면을 가진 수평스캐너 및 회전 다각형 거울에 전달된 후 세개의 렌즈, 바람직하게 프레임 스캐너 또는 주사거울에서 454-640mm AR 코팅 교배율 색지움 렌즈에 전달된다. 회전 다각형 거울 및 주사거울 사이에 놓인 세 개의 렌즈는 각각 55mm, 25mm 원통형 및 55mm 내지 160mm이다. 이같은 투사기는 본 발명의 양수인에게 양도되어 여기에 참조를 위해 인용되는 미합중국 특허 제 5,136,,426호에 기술된다. 주사거울상의 영상은 고정된 조종(steering) 거울에 의해 시표면에 전달된다. 이 시표면은 종래의 투사기 스크린 또는 벽과 같은 고체 표면일 수 있다. 여기에 참조를 위해 인용되는 미합중국 특허 제 4,613,201호, 제 4,611,245호, 제 4,979,030호, 또는 제 4,978,202호에 기술된 주사장치와 같은 다른 종래의 주사장치는 본 발명에 사용될 수 있다.
영상이 회전 조종거울에 의해 수평으로 움직일 때, 그 영상이 영상의 직립상을 유지하기 위해(right side up) 이 수평 움직임에 응답하여 회전되도록 하는 것은 당업자에 의해 공지된 사실이다. 수평 움직임에 응답하여 영상을 회전시키는 종래의 회전자 수단 및 장치는 도브 프리즘(dove prism), K-거울 또는 페천(pechan)프리즘을 포함한다. 그러나, 영상의 확대 성질, 다시 말해서 투사기의 주사거울로부터 전달된 발산 영상 때문에, 적절한 크기의 회전자 장치 및 조종거울은 바라던 것 보다 커서, 조종거울 및 회전자 장치를 움직이기 위해 큰 모터를 필요로 한다.
도브 프리즘은 수평 움직임에 응답하여 영상을 회전시키기 위해 종래부터 사용되고 있다. 미합중국 특허 제 2,966,096호, 제 3,894,798호, 제 4,235,535호, 제 4,645,318호는 여기에 참조를 위해 인용되는 종래의 도브 프리즘을 기술한다. 수평 움직임에 응답하여 레이저 영상을 회전시키기 위해 사용된 종래의 도브 프리즘의 다른 예는 유리 스톡(glass stock)의 굴절률 n=1.51과 55°의 프리즘 코너 컷(corner cut)을 가지는 2"×2"×6.5" 도브 프리즘이다. 이 도브 프리즘은 5"×5" 조종거울을 필요로 하며 약 1150그램(2.5lbs) 무게를 가지며 적어도 3"의 중앙 개구부를 가진 회전 단을 필요로 한다. 미합중국 특허 제 4,235,535호는 선박 시뮬레이터로 선박의 모양을 시뮬레이션하기 위해서, 원통형 스크린 위에 영상을 투사하는 투사기를 개시한다. 이 영상은 영상의 수평 움직임에 응답하여 회전하는 도브 프리즘(13)상에 투사된다. 영상의 수평 및 수직 움직임은 스테핑(stepping) 모터에 의해 제어된다. 이들 스테핑 모터는 상호 독립적으로 수동으로 또는 컴퓨터에 의해 작동될 수 있다. 도브 프리즘(13)의 회전속도는 수평 움직임의 1/2이다. 거울 또한 영상을 회전시키기 위해 종래에 사용되었다. 미합중국 특허 제 3,326,077호의 제 1도의 도시된 것처럼, 램프(52)는 하부 슬릿 패턴(50a)을 비추는 램프에 의해 내부 테이퍼 빔으로 반사된 광을 평행하게 하기 위해 설계된 집중렌즈 시스템(56) 바로 뒤의 광전지(54) 아래에 위치한다(col.3, lns, 15-20). 여기에 참조를 위해 인용되는 미합중국 특허 제 3,326,077호는 또하 거울(32), (36) 및 (60)을 개시한다(col.4, lns, 7-11).
본 명세서의 제 1도는 종래의 K-거울장치를 설명한다. 이 K-거울에 있어서, 주사거울(M1)은 영상을 회전시키기 위해 1"×1" 거울(M2) 상에 발산 영상을 투사하며, 발산영상은 차례로 2"×2" 거울(M3)로 반사되고, 4"×5" 거울(M4)로 반사된다. 이 K-거울장치는 완전한 영상을 적절히 조종하기 위해서 7"×6"의 크기를 가지는 조종거울(M5)에 영상을 전달한다. 영상을 회전시키기 위한 종래의 페천 프리즘은 미합중국 특허 제 4,645,318에 개시된다. 도브 및 페천 프리즘과 같은 종래의 프리즘은 CVI of Albuguerque, New Mexico ; Rockey Mountain Instrument CO. of Longmount, colorado and Kollmorsen Corporation of Northampton, Massachusetts와 같은 광학 제작회사의 사양에 의해 일반적으로 제작되었다.
미합중국 특허 제 4,294,506호 및 제 4,906,061호에 개시된 것처럼, 영상을 시준하기 우해서 광학계를 사용하는 것은 종래에 공지된 사실이다. 그러나, 이 시준 영상은 조종거울의 수평 움직임에 응답하여 영상을 회전시키는, k-거울, 페천 프리즘 및 도브 프리즘과 같은 회전자 장치를 통해 투사되지 않는다. 더욱이, 시준 영상의 각 정보가 회전자 장치를 통해 전달된 후 복원되지 않아서 그 영상은 계속해서 발산한다.
미합중국 특허 제 4,294,506호는, 제 4도에 도시된 것처럼, 영상을 시준 영상으로 전환시키기 위해 볼록렌즈(39a) 및 오목렌즈(39b)를 포함하는 확대 렌즈(expander lens) (39)에 영상이 통과되는 아르곤 레이저(36)에 관해 개시한다. 광이 회전 다각형 거울(32)의 면(32a)에 부딪친 후, 시준 빔이 주사 표면(34)으로 반사된다. 제 1볼록 원통형 렌즈(37) 및 콘데서 렌즈(33)를 포함하는 왜상 광학 시스템은 시준 영상을 수렴 영상으로 전환시키기 위해 회전 다각형 거울(32) 및 주사표면(34)의 중간에 배치된다(col.3,lns.22-40).
미합중국 특허 제 4,906,061호는 레이저 광빔을 사용하여 표면에 주사하는 것에 관해 개시한다. 광빔은 시준 렌즈(2)를 통해 회전 거울(3)에 투사된다. 또한, 광빔은 거울(3)에 의해 굴절되며 주사되는 표면으로 수렴시키기 위해 fø렌즈(4)를 통해 공급된다. 제 1도에 도시된 것처럼, 회전거울(3)은 회전 다각형 거울 또는 피라미드형 거울을 포함할 것이다. 제 2A도 및 제 2B도에 도시된 것처럼, 시준 렌즈(2)는 상면만곡을 보정하기 위해서 광학축을 따라 움직일 수 있다.
광투사기용 영상 이동기는 조종거울, 회전자 장치 및 그것에 관련된 부분 및 모터의 크기를 줄여야 할 때 이용된다. 조종거울 및 회전자 장치 크기의 감소는 보다 작은 모터를 가지고 보다 빠른 속도 및 가속도로 영상을 움직일 수 있다.
[발명의 요약]
본 발명에 따르면, 각 정보(angular information)를 가지 레이저 광 영상에 사용되는 영상 이동기가 제공된다. 영상 이동기는 투사기 주사 거울로부터 영상의 각 정보를 시준하고 중계하기 위해 중계 또는 제 1렌즈를 포함한다. K-거울, 페천 프리즘 또는 도브 프리즘과 같은 회전자 장치는 조종 거울의 수평이동에 응답하여 시준 영상을 회전시키기 위해 사용된다. 고정된 초점 길이 렌즈이거나 줌렌즈인 복원 또는 제 2렌즈는 투사기 주사거울로부터 영상 각 정보에 비례하는 크기의 시준된 광 영상을 복원시킨다. 그후 복원된 영상은 조종거울에 투사되어 실시간으로 시표면상에서 조종된다.
더욱이, 회전자 장치 및 조종거울은 독립적으로 또는 상호 비례하여 움직일 수 있으며 단일 또는 다중 시표면 위에 투사하기 위해 제공된 컴퓨터일 수 있다. 일련이 중계렌즈, 복원렌즈 및 회전자 장치는 투사기로부터 떨어져 있는 시표면상에 영상을 위치시키기 위해 개별적으로 또는 광섬유 다발과 함께 사용된다.
[도면의 간단한 설명]
그 외의 목적 및 장점과 함께 본 발명은 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명될 것이며, 여러 도면에서 동일부재는 동일부호를 가진다.
제 1도는 발산 영상을 가지는 종래의 K-거울장치 및 조종거울의 개략도.
제 2도는 주사거울 및 조종거울 사이에 각각 차례로 배치된 중계렌즈 및 복원렌즈 사이에 배치된 회전자 장치의 개략도.
제 3도는 본 발명의 바람직한 실시예의 부분 입면도.
제 4도는 본 발명의 주사거울, 중계렌즈 및 중간영상 평면에 대산 투시도.
제 5도는 무한 공액(conjugate)을 가진 종래의 영상에 대한 입면도.
제 6도는 본 발명의 주사 거울에서 중계 렌즈까지 전달된 각 정보에 대한 입면도.
[바람직한 실시예에 대한 상세한 설명]
참조번호(10)으로 표시된 영상 이동기는 어떠한 광투사기에도 사용될 수 있으나 미합중국 특허 제 5,136,426호에 개시된 것처럼, 특히 레이저 광투사기에 사용되기에 적합하다. 본 발명의 영상 이동기(10)는 영상 이동기(10)의 중앙축(12)이 수직 주사거울(16)의 광학축(14)과 일직선으로 놓이도록 투사기 위에 위치한다. 레이저 광 투사기는, 특히 영상이 투사기로부터 원하는 거리까지, 즉 주사거울(16)로부터 무한대까지 초점을 유지할 수 있기 때문에 본 발명에 사용될 수 있다.
주사거울(16)은 미합중국 특허 제 5,136,426호의 제 1도, 제 3도 및 제 7도에 도시되고 제 4도에서 참조부호 104로 표시된 프레임 스캐너(S2)와 유사하다. 미합중국 특허 제 5,136,426호의 Col. 5, Ins. 29-48과 본 발명의 제 2 및 3도에 도시된 것처럼, 투사기(p)는 파워가 수직 방향으로 가해지는 55mm 렌즈(L5) 및 25mm 원통형렌즈(L6)를 포함하나, 본 발명에 사용하기 위한 렌즈(L7)는 영상 이동기에 대해 원하는 드로우(throw) 거리를 제공하기 위해서 120-125mm이며, 이하에서 더 상세히 기술될 것이다.
일반적으로, 영상은 우선 수직 주사거울(16)로 투시된다. 다음으로, 영상은 제 1또는 중계렌즈(18)를 통과한다. 바람직하게, 중계렌즈(18)는 주사거울(16)에서 제공된 각 정보를 시준하기 위한 색지움 렌즈이다. 주사거울(16)에 근접하게 본 발명의 중계렌즈(18)의 위치를 설정함으로써(바람직하게 렌즈(18)의 한 초점길이 만큼), 중계렌즈(18)는 주사된 영상이 큰 회전자 장치 및 거울과 함께 이들을 동작시키는 모터를 요구하는 큰 면적으로 발산하기 전에 주사된 영상을 차단한다. 이전에 설명된 것처럼, 시준 영상은 제 2도 및 제 3도에서 k-거울 장치와 같이 (20)으로 표시된 회전자 장치, 도브 프리즘 또는 패천 프리즘을 통과한다. 시준 영상은 영상의 발산 각 정보를 복원시키기 위해 (22)로 표시된 제 2 또는 복원렌즈에 전달된다. 이 복원된 영상은 시표면(26)위에 투사히기 위해 조종거울(24)에 전달된다. 시표면(26)은 투사기 스크린 또는 벽과 같이 특정 고체 표면(26A)으로써 형성되며, 연기 또는 특정가스 또는 액체와 같은 유체표면(26B)일 수도 있다. 레이저가 주사거울(16)에 반사되는 시간부터 투사된 영상의 모든 각 정보가 존재한다는 점에서, 레이저 투사가 종래의 투사와 다르다는 것은 당업자에 의해 공지된 사실이다. 그러나, 필름, 슬라이드, 음극선관, 액정, 액정광 밸브 또는 오일 필름 광 밸브 투사기와 같은 종래의 투사에 있어서, 원하는 영상이 하나의 평면에 만들어지며 대물렌즈와 같은 광학장치가 시표면에 이같은 영상을 중계하기 위해 사용된다. 레이저 비디오 투사에는 영상 평면이 사용되지 않는다. 대신에, 미합중국 특허 제 5,136,426호에 개시된 것처럼, 컬러 및 강도정보를 포함하는 결합 레이저 빔이 TV라인을 형성하기 위해 수평 스캐너에 의해 수평으로 주사되며 각각의 라인은 수직 주사거울(16)에 의해 수직으로 놓인다. 이와 같은, 레이저 비디오 화상은 두 직교방향의 비디오 정보 및 각 정보를 포함한다. 레이저 빔의 이 발산 세트가 차단 됐을 때만, 시표면에 영상이 형성된다. 그 때문에, 레이저 비디오 투사 산업에서의 영상은 종래의 광학에서의 영상이 아니지만, 여기서 영상은 주사거울(16)에 의해 전달된 정보로서 정의된다.
제 6도에 있어서, 중간 영상 평면(28)은 중계렌즈(18)로부터 떨어진 한 초점 길이(f)에서 형성된다. 제 6도에 도시된 것처럼, 빔 웨이스트(beam waist)는 중계 렌즈(18)의 초점길이 및 레이저 비디오 영상의 수평 및 수직 주사각의 백터합의 곱만큼 광학축(14)으로부터 변위된 점에서 형성된다. 따라서, 중계렌즈(18)로부터 광학축(14) 아래의 한 초점길이(f)의 평면(28)에서, 주사된 레이저 영상은 가우스 빔 웨이스트에서 초점을 맞추어진다.
주사거울(16)로부터 수평 및 수직으로 주사된 영상으 매트릭스는 평면(28)에서 비디오 영상의 화상을 형성할 것이다. 모든 경우에 있어서, 화상은 빔 웨이스트 직경이 평면(28)에서 한 비디오 라인의 폭보다 크기 때문에 영상을 상세히 도시하지 않았다. 복원렌즈(22)는 그것의 무한 공액 초점이 평면(28)과 일치하도록 놓인다. 그때, 각각의 점, 예를 들어 제 4도에서 평면(28)내의 점(30B)은 레이저 비디오 영상의 화소(30A)와 같이 중계렌즈(18)로부터 본래 중계된 하나의 단일 수평 및 수직각과 일치할 것이다. 그 때문에, 복원렌즈(22)의 각각의 각은 광학축(14) 및 복원렌즈(22)의 초점길이(f22)로부터 평면(28)상의 점의 변위에 비례한다. 이와 같은 방법에 있어서, 레이저 비디오 영상을 구성하는 각 정보는 중계렌즈(18)에 의해 포착되며, 그 결과 렌즈(22)에서 시준되게 하고 중계되어 수평 및 수직 주사를 복원시키기 위한 역 과정이 이루어진다. 레이저 영상은 레이저 비디오의 무한 심도 특성을 유지하기 우해 시준된 세 개의 색빔을 가지는 본래의 각도로 주사된 상태로 복원된다.
다시 말해서, 중계렌즈(18)는 레이저 비디오 영상의 각 정보를 기억해서 레이저 비디오 영상이 회전자 장치(20)를 통과한 후 주사된 투사영상을 복귀시키는 복원렌즈(22)에 도달하게 된다. 복원렌즈(22)를 배치함으로써, 복원렌즈의 후방 초점면이 중간 영상평면(28)과 일치하며, 주사된 투사영상은 복원렌즈(f22)와 중계 렌즈(f18)의 초점 길이의 비에 비례하는 주사된 각으로 복원되며, 이것은 이하에서 더 상세히 기술될 것이다.
제 6도에서 기술된 것처럼, 중계렌즈(18)의 최소구경은 주사거울(16)로부터의 영상의 최대 전체 주사각(ø)과 중계렌즈(18)의 초점길이(f)의 곱이다. 다시 말해서, 만일 중계렌즈(18)가 주사거울(16)로부터 하나의 초점길이(f18)에 놓인다면, 중계 렌즈(18)가 그 점에서 레이저 영상의 전체 팬을 포착할 수 있기에 충분히 큰 세밀한 구경을 가져야 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 중계렌즈(18)는 31.5mm의 직경을 갖는다.
영상 이동기(10)의 바람직한 실시예가 제 3도에 도시된다. 투사기(P)의 수평 스캐너 또는 회전 다각형 거울은, 이전에 설명된 것처럼, 렌즈(L5),(L6) 및 (L7)을 통해 수직 주사거울(16)로 광빔을 전달한다. 투사기(P)의 주사거울(16)은, 미합중국 특허 제 5,136,426에 기술된 것처럼, 비디오 화상 또는 영상을 투사기(P)로부터 중계렌즈(18)까지 수직으로 주사하기 위해 검류계 또는 유사 장치에 부착된다. 중계렌즈(18)는, 앞서 기술된 것처럼, 중계렌즈(18)로부터 광학축(14) 아래로 정확히 한 초점길이에 이전에 시준 레이저 빔을 빔 웨이스트에 집중시키면서 투사된 영상의 각 정보를 중게하는 효과를 가진다. 중계렌즈(18)는 바람직하게 31.5mm 직경, 100mm 초점길이의 색지움 렌즈이다. 이 중계렌즈는 Melles Griot of Irvine, California (part No. ø1LAO 126) 이거나 Newport of Irvine, Califonia (part NO.PACO 73)으로 활용될 수 있다. 중간 영상 평면(28)은 제 2도 및 제 3도에 도시된 영상 회전자 장치, 바람직하게는 k-거울장치(20)를 사용하는 광학축에 대해서 회전된다. K-거울장치(20)는 장착된 알루미늄 거울로 보강된 두 개의 1.4"×2.15" 및 하나의 0.75"×1.6" 앞표면을 포함하여 광학축(14)의 변위가 발생하지 않는다. 거울장치는 Newport in Irvine, California (Part No. 75JOOER. 3)에서 입수할 수 있는 7.5"×7.5" 거울 스톡으로 제조될 수 있다. 바람직하게 1.6"의 길이는 가지는 거울(20B)은 회전 테이블(32)의 내경표면(32A)위에 직접 장착되며 바람직학 각각 2.15"의 길이를 가지는 거울(20A),(20C)는 서로에 대하여 120°의 각도로 정밀 기계블록에 장착된다. 이 기계 블록(34)은 테이블(32)에 부착되며 3.600"의 길이를 가진다. 거울(20A),(20C)의 정점(20D)은 전형적으로 0.118"의 두께를 가지는 거울(20B)로부터 0.893" 떨어져서 위치한다. 회전 테이블(32)의 구멍의 직경은 3.00"이다. 이전에 기술된 것처럼, 테이블(32)의 회전은 공학축(14)에 대해서 영상의 회전 또는 "플립핑(flipping)"을 야기한다.
복원렌즈 판대(36)는 로터리 테이블(38)상에 놓인다. 테이블(32),(36)는 영상 이동기 중앙축(12)에 대해 연속으로 360°회전하도록 설계된다. 테이블(32),(36)는 컴퓨터(46)에 의해 발생된 신호에 응답하여 또는 각각의 테이블(32),(36)에 비례하여 상호 독립적으로 회전될 수 있다. 바람직하게, 복원렌즈(22)는 투사된 영상의 크기를 변화시키는 줌렌즈의 원격이동을 실행시키기 위해서 스테핑 모터(52)에 의해 구동된 자동화된 줌렌즈이다. 따라서, 줌렌즈의 초점길이가 조정되기 때문에, 투사된 영상의 크기는 변화될 수 있으나 영상의 초점은 영향을 받지 않는다. 바람직한 실시예에서 도시된 줌렌즈는 Schneider Corporation of Woodbury, New York에 의해 제조된 85-210mm 자동화된 줌렌즈이다. 영상은 줌렌즈를 통과한 후 줌렌즈 초점길 이에 의해 확립된 비율로 조종거울(24)로 발산할 것이다.
각 정보 중계렌즈(18)는 종래의 슬라이드 투사기 또는 비디오 카메라 렌즈가 결과렌즈(22)로 사용될 수 있도록 선택된다. 그러나, 수차, 상면만곡 및 왜곡이 발생되지 않게 선택되야 한다.
조종거울(24)은 바람직하게 피보팅 판대(40)로 고정되며, 거울(24)을 기울이기 위해 장착된 선형 스테핑 모터(42)에 의해 움직여서, 그것에 의해 영상을 수직으로 투사시킨다. 바람직한 실시예의 조종거울(24)은 3.5"×4.0"이며 K-거울장치와 동일한 거울스톡(stock)으로 절단될 수 있다. 영상의 수직 움직임은 조종거울에 장착된 스테핑 모터(42)의 확장 또는 수축암(44)에 의해 행해진다. 테이블(32),(38), 줌렌즈(22) 및 조종거울(24)을 움직이기 위한 스테핑 모터의 사용은 반복이동, 높은 유지 토오크(high-holding torque)및 위치 안정성 때문에 바람직하다. 마이크로 스테핑을 가짐으로써, 1/1000 도는 그 이하의 수평 각 해상도가 가능하다. 바람직한 실시예에 있어서, 150 OZ.-inch 스테핑 모터는 New England Affiliated Technologies of Lawrence, Massachusetts(part No. 2198350)로 입수가능하다. 선택적으로, New England Affiliated Technologies(part No. 2198369)에서 이용할 수 있는 무브러시 서보 모터와 같은 모터도 사용될 수 있다.만일 서보 모터가 사용된다면, 디지털 앱솔루트 인코더와 같이 전자를 구동시킬 수 있는 위치 피드백 장치가 사용될 수 있다. 최상의 해상도(즉, 1/20도)를 위해서, 인코더는 적어도 16비트, 해상도 당 65536을 필요로 한다. 선택적으로, 상대 위치 인코더 및 카운터가 사용될 수 있다. 스테핑 모터는 영상 이동기축(12)에 대해 테이블(32) 및 (38)을 회전시키기 위해 사용되며, 이하에서 더 상세히 기술될 것이다.
이전에 기술된 것처럼, 중계렌즈(18) (f18) 및 복원렌즈(22) (f22)의 초점 길이의 비는 투사된 영상의 드로우 비를 결정한다. 예를 들어, 만일 31.5mm 중계 렌즈(18)의 초점길이가 100mm이며 복원렌즈(220가 85mm의 초점 길이를 가진다면, 드로우 비 4.8 : 1 (영상의 폭 : 시표면의 거리)이 성취된다. 만일 렌즈(22)의 초점 길이가 210mm이라면, 11.86 : 1 드로우 비가 성취된다.
만일 중계렌즈(18)의 초점길이가 50mm이면 (바람직한 실시예의 초점 길이의 절반), 중간 상평면(28)은 크기가 반으로 줄며 드로우 비는 복원렌즈(22)의 초점길이에 비해 두 배가 될 것이다.
f22= 85mm : 드로우 비 = 9.6 : 1
f22= 210mm : 드로우 비 = 23.7 : 1
만일 바람직한 실시예의 85-210mm대신에 22.8mm 렌즈를 사용한 것처럼, 복원렌즈(22)의 초점길이가 충분히 작도록 선택된다면, 1.1 :1 만큼 낮은 투사 드로우 비를 얻을 수 있다.
중계렌즈(18)의 초점길이를 증가시킴으로써, 회전 다각형 거울에 사용된 면의 수는 증가될 것이다. 회전 사각형 거울의 면의 수가 증가될수록 주사 각(ø)은 감소된다. 본 발명의 영상이동기(10)을 사용함으로써 주사 각(ø)의 이와 같은 감소는 복원렌즈(22)를 통과한 후 영상의 각 크기가 증가되도록 중간 영상 평면(28)의 크기를 증가시키는 중계렌즈(18)의 긴 초점길이에 의해 보정된다. 그 때문에, 짧은 드로우 비와 높은 주사비를 요구하는 고선명 투사 TV 또는 다른 형태들은 회전 다각형 거울의 속도를 증가시키지 않고 제조될 수 있다. 고도의 수평 주사비가 고선명 TV에서 중요하며, 다각형 거울이 빠른 속도로 제조하기 어려우며 비싸기 때문에, 짧은 거리에서 큰 영상을 투사하는 능력을 감소시키지 않고 HDTV 비디오 성능을 달성시키는 것이 경제적인 방법이다. 감소된 주사 각에 대한 유사한 보정은 레이저 비디오 투사기의 렌즈(L7)에 대한 초점길이를 감소시킴으로써 얻을 수 있다.
영상 이동기(10)는 빔 확장기로서 기능을 하는 어포컬(afocal) 망원경(바르게 초점을 맞출 때 렌즈(18) 및 (22)의 결합)이다. 레이저 빔이 확장될 때, 그것의 직경은 망원경의 확대(렌즈(18) 및 (22)의 초점 길이의 비 ; 즉 f22/f18)로써 증가되며, 그것의 분산은 동일비로 감소된다. 따라서, 긴 드로우 비가 사용될 때, 기계를 통과한 빔은 보다 작은 주사각(화상이 매우 작음), 보다 큰 빔직경, 그리고 보다 작은 빔 분산을 가진다. 투사기의 특정 거리에서 빔은 커지고 화상은 작아지기 때문에 여기서 화상은 세밀하지 못하다. 긴 거리에서의 빔은 보다 짧은 드로우 비에서 가지는 것보다 크게 분산되지 않으며 화상 또한 매우 작다. 레이저 빔 직경이 주사선보다 작을 때, 화상의 특성은 매우 좋다.
예를 들어, 만일 f18= 100, f22= 200 이라면, 배율은 2.0 이다. 화상은 영상 이동기가 존재하지 않을 때보다 투사표면을 차단할 때 절반의 크기를 가진다. 화상은 만일 영상 이동기가 존재하지 않을 때와 같이 투사 표면을 차단할 때 1/2이다. 렌즈(22)를 통과한 빔의 직경은 영상 이동기가 존재하지 않을 때의 2배의 직경을 가지며, 발산은 절반이다. 화상의 크기 및 빔의 분산을 이등분함으로써, 긴 거리에서 영상 특성이 유지된다(투사기를 통과한 빔의 직경보다 긴 거리에서 중요함). 그러나, 투사기 근처의 빔 직경이 비디오 라인 보다 크며 화상이 희미하게 나타니기 때문에, 충부한 특성의 화상이 투사기로부터 수 피트까지는 형성되지 않는다. 종래에는 7:1 이상의 드로우 비가 달성되기 어려우나 본 발명에서는 f18= 500mm 및 f22= 210mm 을 사용하여 23.7 : 1이 앞서 기술된 것처럼 달성될 수 있다. 이것은 또한 앞서 기술된 것처럼, 1.1 : 1 드로우 비를 실행하기 위해 역으로 동작한다. 1.1 : 1 드로우 비는 100mm 의 초점길이를 사용하는 중계렌즈(18) 및 22.8mm 의 초점길이를 가지는 복원렌즈(22)를 사용함으로써 얻어진다. 특성화상은 투사기로부터 60피트 또는 더 떨어져서 시표면상에 투사될 때 특성 화상을 유지하는 조종거울(24)로부터 1피트 이하에서 형성된다.
제 2도는 도시된 것처럼, 일련의 중계렌즈, 회전자 장치 및 결과렌즈는, 미합중국 특허 제 5,136,426호에 도시된 것처럼, 시표면에서 떨어진 투사기의 위치를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 투사기는 건물내방에 위치하며, 영상은 윗방 층계내의 구멍을 통해 투사기위의 방내에 있는 시표면상으로 중계된다.
또한, 중간 영상 평면(28)은 결과렌즈(22)의 입력 역할을 하는 다른 단부를 가진 광섬유 다발상에 투사된다. 이것은 영상을 위치시킬 때 큰 융통성을 허용하나 선명도 또는 해상도의 손실을 유발시킬 수 있다. 광섬유 다발은 Galileo Elcetro Optics of Starbridge, Massachusetts에 의해 제조된다.
[이미지 회전-제거]
조정거울(24)을 가진 회전자 장치(2)를 사용할 때, 장치(20) 및 거울(24)의회전이 종래에는 서로 연관되어, 회전자 장치(20)의 변위, 속도 및 가속도가 회전 테이블(28)에 의해 좌·우로 움직일 때의 조정거울(24)의 변위, 속도 및 가속도의 절반이 된다.
모터(42),(48),(50) 및 (52)과 같은 스테퍼 모터가 그들 사이의 기계적인 연결없이 사용될 때, 이동속도 특성에서 발견된 영이 아닌 초기 속도를 계산하는 것이 필요하다. 스페터 모터 제어장치가 동작할 때, 모터는 순간적 초기 속도 Vi로 세트되며, 다음에 가속도 A로 최종속도 Vf까지 가속된다. 목표치에 접근했을 때, 모터는 감속 -A로 작동하여 다시 모터가 멈추는 Vi에 도달한다. 속도 및 가속도에 대한 통상적인 측정단위는 각각 steps/sec 및 steps/sec/sec 이다.
조정거울(24)이 가속을 멈추고 등속도로 움직이기 시작하는 순간에, 회전자 장치(20)가 조정거울(24)의 절반 각으로 움직이도록 회전자 장치(20)의 가속도를 조종하는 것은 바람직하다. 따라서, 영상의 회전이 이동 중에 제거되도록 조종된 회전에 의해 양쪽은 동일시간에 등속도 운동을 시작한다.
조종거울(24)은 초기 속도 Vi1, 최종속도 Vf1그리고 가속도 A1을 가진다. 회전자 장치(20)는 초기속도 Vi2, 최종속도 Vf2=(Vf1)/2를 가지고 가속도 A2를 구한다.
조종거울(24)에 대한 가속도 시간은
t = (Vf1- Vi1)/A1이다.
조종거울(24)에 대한 가속도 단의 운동거리는 다음과 같이 주어진다.
X = Vi1(t) + (1/2) (A1)t2
회전자 장치(20)가 시간 t동안 운동하는 거리는 X값의 절반이다.
X/2 = Vi2(t) + (1/2) (A2)t2
A2에 대해 정리하면
예 : 제 3도에 도시된 테이블(32) 및 (36)은 영상의 회전이 보이지 않도록 움직인다.
테이블 38 초기속도 : 400 steps/sec
테이블 38 최종속도 : 10000 steps/sec
테이블 38 가속도 : 10000 steps/sec/sec
테이블 32 초기속도 : 400 steps/sec
t = (10000 - 400)/100000 = 0.96 seconds
X = 400(0.96) + (1/2)(10000)(0.96)2= 4992 steps 최종가속도(테이블(38)에 의해 움직인 거리)
테이블(32)에서 회전자 장치(20)의 가속도를 구하면 :
A2= 4583.3 steps/sec/sec
테이블(38)의 가속도가 10,000 steps/sec/sec 와 테이블(32)의 가속도가 4583.3 steps/sec/sec 인 것을 사용하면, 회전자 장치(20)는 대략 조종거울(24)의 가속도의 1/2을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시예를 실행하기 위한 컴퓨터(46)는, 비록 유사한 형태의 특정 컴퓨터가 사용될지라도, NEC of Boxborough, Massachusetts(판매자)의 제품인 IBM 호환 80386SX 이다.
본 발명의 앞선 설명 및 기술은 실시예로서 설명했으며, 상세하게 설명된 구조 뿐만 아니라 크기, 모양 및 물질의 여러 변형은 본 발명의 사상에 벗어남이 없이 만들어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 발산 영상 및 조종거울을 가지는 투사기용 장치에 있어서,
    상기 발산 영상을 시준하여 시준 영상을 제공하는데 제 1렌즈와;
    상기 조종거울의 수평이동에 응답하여 상기 시준 영상을 회전시키는 회전자와;
    상기 시준 영상을 발산 영상으로 복원시키는 제 2렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 상기 투사기는 발산 레이저 광을 투사하는 주사거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 투사기용 장치에 있어서,
    발산 영상을 시준하여 시준 영상을 제공하는 제 1렌즈와;
    조종거울과;
    상기 조종거울의 수평이동에 응답하여 상기 시준 영상을 회전시키는 회전자를 포함하며,
    상기 조종거울은 상기 회전자 다음에 위치하여 상기 회전자로부터 상기 시준 영상을 수신하는 것을 특징으로 하는 장치,
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 조종거울은 영상을 시표면에 실시간으로 투사하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 조종거울은 상기 회전자와 무관하게 움직이는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 조종거울은 상기 회전자에 비례하여 움직이는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 회전자를 이동시키는 스테퍼 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 회전자 및 상기 조종거울을 이동시키는 스테퍼 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 스테퍼 모터의 동작을 제어하는 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 주사거울과, 회전 다각형 거울과, 상기 주사거울 및 상기 회전 다각형 거울 사이에 배치된 투사 렌즈를 포함하며, 상기 회전 다각형 거울은 소정수의 면을 가지며, 상기 다각형 거울은 소정 속도로 회전가능하고, 상기 소정수의 면은 상기 다각형 거울의 주사각과 역관계를 가지며, 발산 영상을 제공하는 투사기용 장치에 있어서,
    상기 발산영상을 시준하여 시준 영상을 제공하는 제 1렌즈를 포함하며, 상기 제 1렌즈의 초점거리는, 상기 소정수의 면이 증가됨에 따라 상기 제 1렌주의 초점거리가 상기 다각형 거울의 감소된 주사각을 보상하고 상기 회전 다각형 거울의 소정 속도 증가없이 높은 주사율과 짧은 드로우 비를 제공하기 위해 증가되도록, 상기 소정수의 면에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
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