KR100299995B1 - 백색광원을사용하는컬러투사시스템의휘도증가방법 - Google Patents

백색광원을사용하는컬러투사시스템의휘도증가방법 Download PDF

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Abstract

컬러 투사 시스템에서 화면의 휘도를 증가시키는 방법이 기술되어 있다. 휘도는 시간적 필터링 시스템 및 공간적 필터링 시스템에서 증가될 수 있다. 시간적 시스템에서는, 전체 휘도를 증가시키기 위해 전체 조사 시간의 일부분이 백색 광에 할당된다. 공간적 시스템에서는, 조사된 영역(18)의 일부분(26)이 백색 광에 할당된다. 이러한 부분(20,22,24,26)은 공간 광 변조기(18) 상의 영역으로서 할당되거나, 공간 광 변조기가 백색 광을 사용하는 영역에 전용될 수 있다.

Description

백색 광원을 사용하는 컬러 투사 시스템의 휘도 증가 방법
제1a도 내지 제1c도는 표준 컬러 휠(a standard color wheel)을 도시한 것으로, 백색 광을 사용하는 적용예를 도시한 도면.
제2a도 및 제2b도는 공간적 필터링 방법의 한 실시예를 도시한 것으로, 백색 광을 사용하는 적용예를 도시한 도면.
제3a도 및 제3b도는 컬러를 공간적으로 필터링하기 위한 선택적인 실시예를도시한 것으로, 백색 광을 사용하는 적용예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
18,18A,18B,18C,18D : 변조기 20,22,24,26 : 셀
30 : 광빔 32,34 : 필터
본 발명은 컬러 투사 시스템에 관한 것으로, 특히 백색 광원(a white light source)을 사용하는 컬러 투사 시스템에 관한 것이다.
컬러 투사 시스템에 있어서 백색 광원을 사용하면 여러가지 이점을 얻을 수 있다. 이들은 비교적 저렴하고, 저전력을 소모하며, 설치 및 교체가 용이하다.
레이저 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 다른 옵션들은 비싸고, 고전력을 소모하며, 적색, 녹색 및 청색 각각에 대하여 1개의 광원, 즉 3개의 광원을 필요로 한다.
또한, 백색 광은 풀 컬러 스팩트럼(the full color spectrum)을 제공하며, 그것을 필터링하면 적색, 녹색 및 청색 등의 원하는 색을 선택할 수 있다. 이는, 공간광 변조기가 사용될 때 행해지는 것과 마찬가지로, 광이 투사면으로 보내지는 경우에도 중요하게 된다. 통상적으로, 공간 광 변조기는 광원 또는 광원들과 텔레비젼, 프린터 드럼, 1매의 사진 필름 또는 소정의 감광성 매체인 투사면 사이에 배치된다. 광원으로부터의 광은 빈조기에 입사되어 투사면으로 선택적으로 보내진다. 이러한 형태의 시스템에 있어서, 광의 컬러는 통상적으로 필터를 사용하여 처리된다.
컬러의 필터링(the color filtehing)은 공간적으로 또는 시간적으로(spatially or temporally) 행해질 수 있다. 컬러를 공간적으로 필터링하기 위해, 3 세트의 어레이 또는 하나의 어레이 상의 행들과 같은 3 부분이 3개의 필요한 컬러 중 한 컬러에 대해 필터링될 수 있다. 이러한 경우의 요점은, 컬러를 분리하여, 한개의 컬러를 개별적인 변조기 디바이스, 또는 이 디바이스 상의 한 영역과 같은 자체 전용 공간으로 보내는 것이다.
그 밖의 다른 옵션은 광을 시간적으로 필터링하는 것이다. 한가지 방법은 3가지 컬러의 동일한 필드로 분할되는 회전 필터를 사용하는 것이다. 이것은 통상적으로 컬러·휠(color wheel)이라 불린다. 표준 휠은 각각 120°인 3개의 원호로 분할된다. 그 다음, 휠은 광원의 전면에서 스핀하여, 적절한 양의 각각의 컬러를 투사면에 중계한다. 각각의 컬러의 양은, 번조기의 셀이 착색된 광을 얼마나 오랫동안 투사면에 통과시키는 가에 따른다.
소정의 컬러 투사 시스템에는 고유의 절충하여야 할 문제가 내재한다. 컬러 포화도(co1or saturation)가 요구되는 경우에는 전체 휘도가 저하된다. 이와 마찬가지로, 전체 휘도가 요구되는 경우에는 컬러 포화도에 약간의 손실이 발생할 가능성이 있다. 대부분의 경우에, 관찰자들은 컬러 포화도보다 휘도를 선호하는 것으로 밝혀졌다. 휘도보다 컬러 포화도를 선호하는 경향이 있는 표준 컬러 투사 기술은 문제점이 있다. 그러므로, 현재의 컬러 투사 방법이 컬러 포화도에 너무 큰 영향을 미치지 않고 보다 우수한 휘도를 제공하도록 하는 방법이 필요하다.
이러한 문제점에 대한 최초의 해결책은 단순히 보다 밝은 광을 사용하는 것이다. 시스템 제한 요인과 필요 요인에 따라, 이러한 문제점을 경감시킬 만큼 충분한 밝기의 광원을 사용하는 것은 불가능하다. 그러므로, 몇가지 다른 해결책을 찾아야 한다.
본 명세서에 기재된 본 발명은 백색 광을 사용함으로써 컬러 투사 시스템의
성능을 향상시키는 것을 포함한다. 본래의 백색 광 빔의 일부는 화면의 전체 휘도를 향상시키기 위해 보존된다. 적색, 녹색 및 청색의 필터링된 빔은 화면을 적절한 정도까지 착색하는데 사용된다. 본래의 백색 광 빔은 시간의 일부 또는 조사된 표면 영역이 백색 광용으로 할당되어 있으며 공간적으로 또는 시간적으로 필터링될 수 있다.
시간적인 컬러의 필터링(temporal color filtehing)은 통상적으로 부가적인 3원색 각각에 대해 소정의 동일한 시간 부분을 할당함으로써 행해진다. 시간적으로 필터링하는 데에는 여러가지 방법이 있는데, 그 중 한가지 방법은 컬러 휠(color wheel)이다. 논의의 목적상, 백색 광을 사용하는 시간적 필터링의 개념을 컬러 휠과 관련해서 설명하겠다.
제1a도에는 3가지 컬러 휠이 도시되어 있다. 이러한 휠은 3원색, 즉 적색(10), 녹색(12) 및 청색(14)으로 균일하게 분할된다. 컬러 휠은 사용 중인 주사 모드에 따라, 비디오 프레임 또는 필드를 한번 회전한다. 통상적인 프레임 속도가 60프레임/초인 경우, 컬러 휠은 매초 60번 또는 매번 3600회 회전한다.
각각의 컬러는 백색 광의 1/3의 성분이므로 백색 광의 강도의 33 1/3%이다. 부수적으로, 각각의 컬러는 전체 프레임 시간의 1/3로 할당된다. 이것은 다음 식으로 증명될 수 있다.
제1b도에는 이 컬러 휠의 변형예가 되시되어 있다. 각각의 컬러에 할당된 전체 시간 슬롯의 비율은 "백색"필드를 제외하고 설정된다. 이것은 실제로 휠의 투명하고 필터링되지 않은 부분이다. 이것은 본 발명에서는 백색 필드(white field)라 불린다. 백색에 대해 어느 정도의 비율이 할당될 것인가에 대한 결정은 각 설계자 및 시스템의 소망 및 요구에 좌우된다. 백색 광에 너무 많은 시간이 주어지면 컬러를 표백시켜 투사가 불가능해진다. 사용되는 백색 광이 너무 적으면, 인지할 정도로 충분한 이득을 제공할 수 없어 백색 광 능력을 부가하는 것을 더욱 복잡하게 한다. 제1b도에 있어서, 각각의 컬러로부터 전체 컬러 휠 면적의 3 1/3%씩 취해지고, 적색(10), 녹색(12) 및 청색(14)에 대하여는 각각 30%가 남겨진다. 그러므로, 백색(16)에 대하여 10 %가 할당된다. 상기와 동일한 식을 사용하면, 각각의 컬러에 대해 108°, 그리고 백색에 대해 36°이므로, 각각의 컬러에 대해 5.01msec가 되고 백색에 대해 1.67 msec가 된다. 이것은 휘도를 25 % 정도 증가시킬수 있다.
그러나, 각각의 컬러 포화도는 이전보다 10 % 감소된다. 세번째 가능한 방법은 휠을 4개의 동일한 부분 각각에 대해 90°씩 분할하는 것이다. 이것은 휘도를 50 % 증가시킬 수 있지만, 각각의 컬러 포화도는 약 25 %감소한다. 이때 각각의 컬러는 프레임 시간의 25% 또는 4.18msec를 받는다.
전형적으로, 컬러 휠은 모든 프레임의 초기에 필드들 사이의 한 접합부에 동기화된다. 4가지 컬러 훨의 경우에는, 백색이 제1 컬러가 되도록 휠을 동기화시킴으로써 최상의 결과가 달성될 수 있다. 이것은 각각의 화소를 최소의 휘도까지 상승시킨 다음 컬러를 추가하는 가능성을 제공한다. 텔레비젼 또는 영사기와 같이 눈으로 직접 관측되는 투사 시스템의 경우, 백색 광과 부가적인 3원색 컬러의 제시순서는 가장 만족스러운 사이코-피지컬 프리젠테이션을 달성하도록 조정될 수 있다.
인쇄 또는 필름 처리시와 같은 다른 형태의 투사 시스템의 경우, 제시 순서는 매체의 동적 범위를 보다 양호하게 이용하기 위해 대부분의 경우에 백색을 처음에 나타나게 함으로써 노출되는 매체에 대해 최적화된다.
광 변조기의 물리적 크기가 작은 일부 시스템의 경우에는, 컬러를 공간적으로 필터렁하는 것이 유리하다. 변조 영역이 작은 시스템에 있어서는, 변조 영역을 증가시키면 시스렘 효율이 증가한다. 공간적 필터링은 컬러 필터를 디바이스별로 분리하거나, 일부 공간 광 변조기의 경우에는, 어레이 영역별로 분리함으로써 행해진다. 이러한 배치의 한예가 제2a도에 도시되어 있는데, 이는 3행의 셀로 구성되는변조기를 도시한다. 이러한 변조기의 한 예는 변형 가능한 미러 디바이스이다. 변조기(18)상의 셀(20)의 열은 적색 광만을 수신하도록 필터링될 수 있다. 셀(22 및 24)의 열은 각각 녹색 광과 청색 광으로 필터링될 수 있다. 이러한 경우의 셀(22,24 및 20)은 투사면 상의 동일한 스폿을 조사한다.
광은 변조면 상으로 광이 입사되기 전 또는 후에 필터에 의해 컬러별로 분할된다. 이것은 여러가지 방법으로 행해질 수 있는데, 이러한 방법으로는 변조기의 케이싱 상의 윈도우를 적색, 녹색 및 청색으로 형성하는 방법, 또는 광이 변조기에도달하기 전에 또는 광이 변조기에서 반사된 후에 필터의 격자를 사용하는 방법이있다.
다시, 각각의 행 또는 디바이스가 백색 광의 강도의 1/3 만을 수신하는 문제가 발생한다. 공간적 필터링의 한가지 해결책이 제2b도에 도시되어 있다. 이 실시예에서는 제4행이 추가되어 있다. 이 한 행은 필터링되지 않는다. 필터가 변조기의 케이싱 내에 존재하는 경우, 글래스의 이 부분은 투명하게 된다. 이 경우, 셀(20,22,24 및 26)은 투사면 상의 동일한 스폿을 조사한다. 필터링되지 않는 화소(26)는 스폿의 전체 강도를 증가시키는데 사용된 후, 화소(20,22 및 24)에 의해 컬러가 추가된다.
상술된 시간적 필터링에서는, 비디오 프로세서는 컬러의 추가 이전에 도달되어야 하는 최소 휘도를 결정해야 한다. 백색 광에 대한 제어 기능은 공간적으로 또는 시간적으로 행하더라도 동일하다. 이것은 제3a도에 도시된 바와 같이 공간적 필터링이 개별적인 변조기 디바이스에 의해 완전히 행해지는 경우에도 해당된다.
제3a도에는 다이클로익 빔 분할기 필터(dichroic beam splitter filter)가 내장된 글래스 조각이 도시되어 있다. 광 빔(30)은 글래스(28)에 입사된다. 광은 적색 필터(32)에 입사되며, 이 필터는 적색 광을 변조기(18A)에 반사시킨다. 광의 청색 및 녹색 성분은 필터링되지 않은 상태이다. 그 다음, 광은 필터(34)에 입사되며, 이 필터는 청색 성분을 분러하여 이것을 변조기(18B)에 반사시킨다.
표면(36)은 반드시 녹색 필터일 필요는 없지만, 3가지 빔의 표준화를 위해 녹색 광을 변조기(18C)에 반사시켜야 한다. 최후의 광 빔이 반사되지 않았다면, 그것은 3개중에서 방향이 바뀌지 않은 빔일 것이고, 이는 처음 2개와는 다른 변조기를 필요로 할 수 있다.
이것은 비교적 용이하게 개조될 수 있다. 글래스(28) 조각은 제3b도에 도시된 바와 같이 연장될 수 있다. 광 빔(30)이 수신된다. 이 경우에, 적색 광의 비율만이 필터링된다. 예를 들어, 적색광의 10 %가 경로(30)에 남아 있는 것을 가정할 수 있다. 적색 광만이 변조기(18A)에 수신될 수 있지만, 어느 정도의 적색광은 청색 및 녹색 성분과 같이 남을 수 있다. 이것은 필터(34)에서 청색에 대해 반복되어 청색광의 10 %가 경로(30)에 남게 된다. 필터(38)는 반사면(36)과 필터(34) 사이에 삽입된다. 필터(38)는 녹색 광의 90 %를 변조기(18C)에 반사시키고, 경로(30)에 녹색광의 10 %를 남긴다. 필터(38)를 통과한 후에 남는 빔(30)의 일부는 최초 빔 강도의 10 %인 백색 광이다. 이것은 변조기(18D)에 반사된다. 또한, 언제 변조기(18D)가 온 상태가 되고, 언제 변조기(18D)가 최소 강도를 필요한 레벨까지 상승시키기에 충분한 백색 광을 반사시킬지를 결정하기 위한 제어 기능이 필요하다. 시스템 내의 각각의 디바이스는 동일한 투사면 상으로 투사하여, 화소가 서로 중첩되어 화상의 각 부분에 필요한 컬러를 생성한다. 상술된바와 같이, 각각의 컬러에 대한 개별적인 디바이스로 공간적으로 필터링하는 다른방법이 있으며, 이 특정 실시예는 단지 예일 뿐이다.
휘도를 증가시키는 이 방법에는 절충하여야 할 문제가 존재한다. 컬러 포화도의 비율은, 화상의 휘도를 증가시키면 감소될 수 있다. 컬러 포화도가 유해할 정도로 감소되지 않고, 최대의 가능한 휘도를 어느 정도로 수신할 것인지를 결정하는 것은 설계자에게 달렸다. 이 방법은 보다 밝은 광원을 사용하는데 필요한 재설계를 행하지 않고, 현재 광원의 한도 내에서 달성될 수 있는 융통성 있는 해결책을 제공한다.
그러므로, 백색 광에 의해 컬러 투사를 증가시키는 방법에 대한 특정 실시예에 대해 설명되었지만, 이것은 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명은 첨부된 특허 청구의 범위 내에서만 제한된다.

Claims (9)

  1. 휘도를 증가시키기 위한 공간적 컬러 필터형 투사(spatial color filtered projection) 방법에 있어서, 백색 광에 의해 조사될 영역을 4개의 영역들로 분할하는 단계, 각각의 영역이 백색광 뿐만 아니라 부가적인 3원색 컬러 중 한 컬러의 파장을 갖는 광에 전용되도록 상기 4개의 영역들을 할당하는 단계, 상기 영역들을 조사하는 단계, 및 각각의 상기 영역으로부터의 상기 광이 투사면에 입사될 때 그 전용 컬러의 파장을 갖도록 상기 광을 투사면으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간적 컬러 필터형 투사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영역이 컬러 휠(a color wheel)인 것을 특징으로 하는 공간적 컬러 필터형 투사 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 투사면이 관측 스크린(a viewing screen)인 것을 특징으로 하는 공간적 컬러 필터형 투사 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투사면이 감광성 매체인 것을 특징으로 하는 공간적 컬러 필터형 투사 방법.
  5. 휘도를 증가시키기 위한 시간적 컬러 필터형 투사(temporal color filtered projection) 방법에 있어서, 비디오 프레임이 디스플레이되는 시간을 4 부분으로 분할하는 단계, 상기 시간동안 공간 광 변조기를 조사하는 단계, 백색 광 뿐만 아니라 부가적인 3원색 컬러 각각에 대한 하나의 필터를 상기 4 부분 중의 한 부분에 전용시키는 단계, 및 상기 공간 광 변조기로부터의 광을 투사면 상에 보내는 단계- 상기 투사면은 상기 4 부분 중 임의의 한 부분내에서 하나의 파장의 광만을 수신함 -를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간적 컬러 필터형 투사 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 영역이 컬러 휠(a color wheel)인 것을 특징으로 하는 시간적 컬러 필터형 투사 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 투사면이 관측 스크린(a viewing screen)인 것을 특징으로 하는 시간적 컬러 필터형 투사 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 투사면이 감광성 매체인 것을 특징으로 하는 시간적 컬러 필터형 투사 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 공간 광 변조기가 변형가능한 미러(minor) 디바이스인 것을 특징으로 하는 시간적 컬러 필터형 투사 방법.
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