KR100307794B1 - 코히어런트한광을사용하는스펙클이없는디스플레이시스템 - Google Patents
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Abstract
코히어런트한 광을 사용하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템이 기술되어 있다. 광은 스피닝 확산 소자를 통해 공간 광 변조기로 향한다. 스피닝 소자는 일정 속도로 인간의 눈에 감지될 수 없는 스크린 주변으로 간섭 패턴을 이동시키는 동작을 행한다. 확산 소자는 접지 유리로 구성되는 것이 가장 적합하다.
Description
제1도는 확산 소자가 있는 코히어런트한 광의 디스플레이 시스템을 도시한 도면.
제2도는 코히어런트한 광의 디스플레이 시스템의 선택적인 실시예.
제3(a)도 및 제3(b)도 는 확산 소자의 실시가능한 예들을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 12, 14 : 레이저 16, 18, 20 : 색선별 빔분할기
22 : 확산 소자 24 : 모터 또는 코일
26 : 집속 렌즈 28 : 공간 광 변조기
32 : 가시 표면
본 발명은 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 특히 코히어런트한 광원을 사용하는 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
디스플레이 내의 레이저 조명은 표준 조명 체계, 특히 칼라 디스플레이의 이점을 갖고 있다. 레이저는 양호한 색 순도를 갖는 고출력 광을 생성한다. 적색,녹색 및 청색 레이저 광의 혼합은 접히는 거울을 포함하는 표준 광 소자에 의해 비교적 간단하게 달성된다. 불행히도, 1개의 레이저를 사용하는 경우에 간섭 문제를 일으키며, 이 문제는 1개 이상의 레이저를 사용하면 증가된다.
각각의 레이저가 코히어런트하여 위상 사이에 연속적인 관계가 성립하기 때문에, 레이저가 빔분할기 및 렌즈 시스템을 사용하여 확산될 때, 위상 패턴은 결과적으로 스펙클(specle)이라 불리는 특정한 간섭 패턴을 만들게 된다. 간섭 패턴은 흔히 서로 상쇄되어 결과적으로 잡음, 얼룩 화면을 발생시키므로 스펙클된 화면은 매우 선명하게 관찰될 수 없다. 3개의 레이저를 함께 배치하면, 잡음에 의해 원하는 화면이 거의 완벽하게 손상되므로 이러한 문제를 증가시킨다.
레이저는 증가된 조명의 출력 때문에, 일반적으로 작은 활성 영역을 갖고 있는 공간 광 변조기에 사용하기가 유용하다. 진동체(vibrating screens), 음파 및 다수 소자의 매우 복잡한 광 체계(scheme)에서와 같은 스펙클 문제를 극복하기 위한 다수의 시도가 있었다. 이들 시도에 의해서는 결과적으로 높은 비용이 초래되거나 극히 복잡한 시스템이 생성되었다. 그러므로, 디스플레이 내의 레이저 스펙클을 제거하는 저가의 단순한 해결책이 요구된다.
본 발명은 공간 광 변조기를 사용하는 스펙클이 없는 레이저 디스플레이 시스템을 포함한다. 디스플레이 시스템은 1개의 레이저, 또는 레이저를 턴온 또는 턴오프되도록 하는 소정 형태의 셔터에 의해 제어되는 레이저들의 조합에 의해 조명된다. 레이저 또는 레이저 혼합체의 광이 함께 공간 광 변조기나 빔 상에 직사될때, 직사된 광은 스피닝(spinning) 확산 소자를 통과한다. 이 확산 소자는 스펙클 패턴을 스크린 주변으로 이동시켜, 관찰자의 눈에 스펙클이 전혀 띄지 않도록 하여 결과적으로 선명하고 색채가 풍부한 화면을 만든다.
본 발명에 대한 더욱 상세한 이해 및 본 발명의 다른 이점들은 명세서에 첨부된 도면과 관련하여 기술된 이하의 상세한 설명에 의해 분명해질 것이다.
제1도에는 공간 광 변조기 디스플레이용 조명 시스템이 도시되어 있다. 이 실시예에서 광원은 완벽한 총천연색 표시를 형성하기 위해 순차적으로 게이트되는 1개의 적색 광원(10), 1개의 청색 광원(12) 및 1개의 녹색 광원(14)의 대개는 레이저인 3개의 코히어런트한 광원으로 구성된다. 다른 가능한 실시예에서, 광원은 동조에 따라 3가지 색상을 모두 생성할 수 있는 능력을 갖고 있는 동조가능한 레이저일 수 있다. 예를 들면, 레이저(14)가 동조가능 레이저로 선택되고 소자(20)가 거울이면, 레이저(12 및 10) 및 그들의 하부 시스템은 점선(19)으로 표시된 바와 같이 생략 될 수 있다. 서로 다른 색의 레이저들은 색선별 빔분할기(dichroic beam-splitter)를 사용하여 결합될 수 있는데, 이 색선별 빔분할기는 한 색의 광만을 통과시키고 다른 색의 광은 반사시킨다. 소자(16)가 레이저(10)로부터 나온 적색 광을 반사시키는 색선별 빔분할기라면, 색선별 빔분할기(18)는 적색 팡은 통과시키고 레이저(12)에서 나온 청색 광은 반사시킨다. 유사하게, 색선별 빔분할기(20)은 녹색을 제외한 모든 광을 통과시키며, 레이저(14)에서 나온 녹색 광은 반사된다 또는 측면에 있는 레이저에서 나온 광은 반사시키고 다른 레이저로부터의 광은 통과시키는 반도금 거울(half-silvered mirror)을 선택하는 것도 가능하다. 그 다음, 빔은 코일 또는 모터(24)에 의해 구동되어, 회전되는 확산 소자(22)를 통과한다.
선행 발명에서는 공간 광 변조기(28)를 더욱 충분히 조명하도록 단지 빔의 폭을 넓혀주는 렌즈 또는 확산 소자를 사용하였다. 그러나, 이것은 상술한 바와 같이, 코히어런트한 광의 간섭 패턴에 의해 발생되는 스펙클을 제거하지 못한다 확산 소자를 축 상에 장착하여, 광을 공간 광 변조기 상으로 집속시키는 렌즈(26) 앞에서 회전시키면, 스펙클은 가시 표면(32)에서 사라진 것처럼 보인다. 이의 대안으로 확산 소자를 진동시킬 수 있다. 가시 표면(32)은 공간 광 변조기(28)에 의해 영상으로 변환된 광을 수신한다. 관찰자 또는 관찰 시스템은 가시 표면(32)의 어느한 측면에 있으면 된다. 이 실시예의 공간 광 변조기는 디지탈 미세 거을 장치(DMD, 또는 변형가능한 거울 장치), 또는 반사 모드로 동작하는 액정과 같은 반사 변조기이다. 확산 소자는 다양한 강유전 및 액정 셀과 같은 투광 변조기에 대해서도 마찬가지로 작용한다.
스펙클은 여전히 존재하지만, 확산 소자를 이동시킴으써 패턴 또는 스펙클이 스크린 주변으로 이동하게 함으로써, 패턴들의 간섭을 방지할 수 있다. 확산 소자가 충분히 빠르게 회전하거나 진동하면, 스펙클은 사라진 것처럼 보인다. 이런 현상은 움직이는 물체에 대한 인간 눈의 인식 시간(integration time)에서 기인한다. 눈이 스펙클을 감지할 수 있는 시간보다 더 빠르게 움직이면, 스펙클은 보이지 않는다.
1 회전/분(rpm) 내지 100rpm으로 소자를 회전시키는 상기 실시예를 사용하여 실험을 하였다. 실험을 통해 스펙클은 30-40rpm에서 모든 관찰자에게 관찰되지 않음을 알았다. 본 발명자는 100rpm으로 소자를 회전시키는 것이 부수적인 이익을 제공하지는 않으며, 단지 더 강력하게 사용될 뿐임을 발견하였다.
제2도는 스펙클이 없는 디스플레이를 달성하기 위한 다른 방법을 도시한다. 각각의 광원은 자신의 확산 소자 및 공간 광 변조기를 갖는다 예를 들면, 코히어런트한 적색 광원(10)은 모터나 코일(24A), 집속 렌즈(26A) 및 공간 광 변조기(28A)와 함께 확산 소자(22A)를 갖는다. 이들을 통해 나온 적색 영상은색선별 빔 분할기(16)로 전송된다. 청색 및 녹색의 레이저(12 및 14)에서 나온 코히어런트한 광은 확산 소자(22B 및 22C), 모터 또는 코일(24B 및 24C), 집속 렌즈(26B 및 26C) 및 공간광 변조기(28B 및 28C)에 의해 도시된 바와 같이 유사하게 처리된다. 이 방법에서 적색, 녹색 및 청색용의 코히어런트한 광원은 제1도에 도시된 바와 같이 순차적으로 보다는 병렬 형태로 더 용이하게 실행될 수 있다. 그러면, 점(34)에서의 최종 영상이 가시 표면 상으로 투영된다.
제3(a)도 및 제3(b)도는 가능한 서로 다른 확산 소자를 도시한다. 제3(a)도 는 모터 또는 코일(24)이 부착된 소자(22)의 측면도를 도시한다. 제3(a)도에서 소자는 게인을 갖지 않는 것으로 가정하였다. 공간 광 변조기로부터 떨어진 측면으로부터 전송된 광은 람베르시언(Lambertian) 패턴으로 확산 소자를 통과하는데, 이 곳에서 광은 모든 방향으로 똑같이 확산된다. 제3(b)도 의 소자(22)는 그의 만곡에 의해 발생되는 게인을 갖는다. 여기서 광은 상기 만곡의 중심을 향해 더욱 집중되도록 소자를 통과한다. 상기 소자의 게인에 의해 공간 광 변조기 상으로 광을 집속시키는데 사용되는 렌즈의 개구수(numerical apertuore)가 더욱 만족되므로써, 광학적으로 더욱 효율적인 시스템을 가능하게 한다. 이러한 소자는 더욱 투명하고 형태에 상관없는 접지 유리와 같은 확산 물질로 만들어진다. 이제까지 코히어런트한 광을 사용하는 스펙클이 없는 디스플레이의 특정 실시예에 대해서 설명하였지만, 이는 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 의도가 아니며 본 발명의 범위는 다음의 청구 범위에 의해 설명된다.
Claims (8)
1개 이상의 코히어런트한 광원, 코히어런트한 광을 상기 1개 이상의 광원으로부터 영상화 시스템을 통해 이동 및 확산시키는 동작이 가능한 확산 소자, 상기 영상화 시스템으로부터 광을 수신하기 위한 공간 광 변조기 및 상기 공간 광 변조기에 의해 생성된 영상을 디스플레이하는 동작이 가능한 가시 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 1개 이상의 코히어런트한 광원이 적색 1개, 녹색 1개 및 청색 1개의 3개의 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 1개 이상의 코히어런트한 광원이 동조가능한 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 확산 소자가 게인을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 확산 소자가 상기 공간 광 변조기 앞에서 영상화 렌즈의 개구(aperture)를 더 양호하게 채우는 동작이 가능한 게인을 갖는 것을 특징으로 하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 확산 소자가 접지 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 확산 소자가 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 확산 소자가 코일에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 스펙클이 없는 디스플레이 시스템.
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