KR100486707B1 - 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터 - Google Patents

가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터 Download PDF

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Abstract

각각 구동축의 방향이 다른 복수개의 마이크로미러에 의해 칼라빔을 선택적으로 반사시킴으로써 칼라휠 없이 칼라 구현이 가능하도록 된 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터가 개시되어 있다.
이 개시된 가동 미러 장치는, 복수개의 마이크로미러를 각각 독립적으로 제어할 수 있는 가동 미러 장치에 있어서, 각각의 구동축이 소정 각도로 다르게 위치하도록 배치된 복수개의 마이크로미러가 하나의 세트로 구성된 마이크로미러 유닛들이 반복적으로 배열되어 입사광을 각각 다른 방향으로 반사하도록 된 것을 특징으로 한다.
이 개시된 가동 미러 장치를 채용한 프로젝터는, 광을 조사하는 광원과; 상기 광원으로부터의 광을 파장영역에 따라 분기시켜 서로 다른 각도로 반사 및/또는 투과시키는 광분기유닛과; 각각의 구동축이 소정 각도로 다르게 위치하도록 배치된 복수개의 마이크로미러가 하나의 세트로 구성된 마이크로미러 유닛들이 반복적으로 배열되어 상기 광분기유닛을 경유한 입사광을 선택적으로 소정의 방향 및 각도로 반사시킴으로써 화상을 형성하는 가동 미러 장치와; 상기 가동 미러 장치로부터 입사되는 광이 스크린으로 향하도록 확대투과시키는 투사렌즈유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터{Micro-mirror device and a projector employing it}
본 발명은 마이크로미러를 구동하여 입사광의 반사경로를 변환시킬 수 있도록 된 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터에 관한 것으로서, 특히 각각 구동축의 방향이 다른 복수개의 마이크로미러에 의해 칼라빔을 선택적으로 반사시킴으로써 칼라휠 없이 칼라 구현이 가능하도록 된 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터에 관한 것이다.
일반적으로 가동 미러 장치는 정전인력에 의해 구동 가능하도록 설치된 복수개의 마이크로미러를 포함하여 각 마이크로미러의 기울어짐 각도 또는 기울어짐 방향에 따라 반사각을 달리함으로써 입사되는 광의 반사경로를 변환시킨다. 이 가동 미러 장치는 프로젝션 텔레비전의 화상표시장치, 스캐너, 복사기 및 팩시밀리 등의 광주사장치에 적용된다. 특히, 화상표시장치로 채용시 마이크로미러는 화소 수 만큼 이차원적으로 배열되며, 각각의 마이크로미러를 각 화소에 대한 영상신호에 따라 독립적으로 구동시켜 입사광의 반사각도를 결정함으로써 화상을 생성한다.
도 1을 참조하면, 종래의 가동 미러 장치(115)는 복수개의 마이크로미러(100)가 2차원적으로 일렬로 배열되어 있고, 상기 복수개의 마이크로미러(100)의 구동축(Y)이 모두 같은 방향으로 배치되어 있다. 상기 마이크로미러(100)는 상기 구동축(Y)을 중심으로 회동됨에 따라 on-off 스위칭되어 입사빔을 선택적으로 반사시킨다.
도 2를 참조하면, 상술한 바와 같은 종래의 가동 미러 장치를 채용한 프로젝터가 도시되어 있다. 종래의 프로젝터는, 광원(120)으로부터 출사된 빔이 제1콘덴서(122)에 의해 집광되어 칼라휠(125)로 입사된다. 여기에서, 단판식의 가동 미러 장치(115)에 의해 칼라 화상을 구현하기 위해 상기 칼라휠(125)을 고속으로 회전시켜 R(Red),G(Green),B(Blue)를 순차적으로 가동 미러 장치(115)에 조명하는 방식으로 칼라화상을 구현한다. 한편, 상기 칼라휠(125)을 통과한 빔은 제2콘덴서(127)를 경유하여 화소 수 만큼의 마이크로미러(100)가 배열된 가동 미러 장치(115)로 입사된다. 각 화소에 대한 영상 신호에 따른 상기 가동 미러 장치(115)의 구동에 의해 각각의 마이크로미러(100)가 소정 각도로 기울어지면 각 화소에 대응되는 칼라의 빔이 적당한 각도로 반사되어 투사렌즈계(133)로 향하고 이 투사렌즈계(133)에 의해 확대된 빔이 스크린(135)에 맺힌다.
여기서, 상기 마이크로미러(100)는 상기 칼라휠(125)을 통해 순차적으로 입사되는 R,G,B를 각 칼라별로 on-off 스위칭에 의해 선택적으로 반사시키도록 되어 있다. 이때, 상기 마이크로미러(100)의 구동축(Y)은 모두 동일한 방향을 향하도록 되어 있어 R,G,B에 대해 각각 순차적으로 반사시키되, 동일한 방향 및 각도로 on-off 스위칭 작용을 함으로써 화상을 형성하도록 되어 있다.
이 경우, 상기 칼라휠(125)은 고속으로 회전하므로 소음이 발생하고 기계적인 운동으로 인해 안정성에 불리할 뿐만 아니라, 기계적인 한계 때문에 일정한 속도 이상의 속도를 얻기는 어려우므로 칼라 브레이크업(breakup) 현상이 초래된다. 또한, 상기 칼라휠(125)의 경계 부분에서 광손실이 발생하며, 광손실을 줄이기 위해서는 줄이기 위해서는 아주 작은 빔크기로 광을 포커싱해야만 하는데 빔사이즈를 작게 하는데는 일정한 한계가 있으므로 광손실은 불가피하다. 더욱이, 칼라휠 자체의 단가가 매우 고가이므로 제조비용 상승의 일요인이 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 마이크로미러의 구동축 방향이 각각 다르게 위치하도록 배치한 마이크로미러 유닛을 이용하여 단위 화소를 구성함으로써 칼라휠 없이 칼라 화상 구현을 할 수 있는 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가동 미러 장치는, 복수개의 마이크로미러를 각각 독립적으로 제어할 수 있는 가동 미러 장치에 있어서, 각각의 구동축이 소정 각도로 다르게 위치하도록 배치된 복수개의 마이크로미러가 하나의 세트로 구성된 마이크로미러 유닛들이 반복적으로 배열되어 입사광을 각각 다른 방향으로 반사하도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로미러 유닛은, 상기 복수개의 마이크로미러의 구동축이 각각 120도씩 다르게 배치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로미러는 상기 구동축을 중심으로 대칭형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로미러는 마름모형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로미러 유닛은 상기 복수개의 마이크로미러가 상호 이웃하는 마이크로미러에 인접되게 배치되어 입사광의 반사면적을 최대한으로 확보할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가동 미러 장치를 채용한 프로젝터는, 광을 조사하는 광원과; 상기 광원으로부터의 광을 파장영역에 따라 분기시켜 서로 다른 각도로 반사 및/또는 투과시키는 광분기유닛과; 각각의 구동축이 소정 각도로 다르게 위치하도록 배치된 복수개의 마이크로미러가 하나의 세트로 구성된 마이크로미러 유닛들이 반복적으로 배열되어 상기 광분기유닛을 경유한 입사광을 선택적으로 소정의 방향 및 각도로 반사시킴으로써 화상을 형성하는 가동 미러 장치와; 상기 가동 미러 장치로부터 입사되는 광이 스크린으로 향하도록 확대투과시키는 투사렌즈유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가동 미러 장치는, 구동축이 각각 다른 각도로 배치된 복수개의 마이크로미러가 하나의 세트로 이루어진 마이크로미러 유닛(10)이 반복적으로 배열되어 구성된다. 상기 마이크로미러 유닛(10)을 구성하는 복수개의 마이크로미러는 각각 구동축의 방향이 다르게 배치되어 있으므로 그 구동축을 중심으로 회동시 각 마이크로미러마다 입사빔의 방향이 다르게 결정된다. 상기 마이크로미러 유닛(10)이 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 구동축(XR)(XG)(XB)이 각각 120도씩 다르게 배치된 제1, 제2 및 제3 마이크로미러(10a)(10b)(10c)를 구비하고, 마이크로미러 유닛(10)은 화소수만큼 반복적으로 배열되어 있다.
상기 제1, 제2 및 제3 마이크로미러(10a)(10b)(10c)는 각 구동축(XR)(XG)(XB)에 대해 대칭적인 형상을 가지며, 광효율을 고려하여 입사광의 반사면적을 최대로 확보하기 위하여 이웃하는 마이크로미러 사이에는 간격이 최소가 되도록 서로 인접해 있는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족시키도록 상기 마이크로미러(10a)(10b)(10c)는 마름모형을 갖는 것이 바람직하며, 상기 마이크로미러 유닛(10)의 전체적인 윤곽은 육각형의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 마이크로미러(10a)(10b)(10c)는 상기 제1, 제2 및 제3 구동축(XR)(XG)(XB)을 중심으로 각각 다른 방향으로 회동 가능하며, 회동시 이웃하는 마이크로미러들끼리 서로 방해 받지 않고 회동될 수 있다.
상기와 같이 구성된 가동 미러 장치를 채용한 본 발명의 프로젝터는, 도 4를 참조하면, 광원(20)과, 이 광원(20)으로부터 출사된 광을 파장영역에 따라 분기시켜 서로 다른 각도로 반사 및/또는 투과시키는 광분기유닛(25)과, 상기 파장영역에 따라 다른 방향으로 입사되는 광을 각각 선택적으로 소정의 방향 및 각도로 반사시킴으로써 화상을 형성하는 가동 미러 장치(30)와, 상기 가동 미러 장치(30)로부터 입사되는 광이 스크린(40)으로 향하도록 확대투사시키는 투사렌즈유닛(35)을 포함하여 구성된다.
상기 광분기유닛(25)은 상기 광원(20)으로부터의 광을 파장영역에 따라 R,G,B 삼색으로 분리시키는 것으로, 제1이색미러(21), 제2이색미러(23) 및 한쌍의 제1 및 제2 전반사미러(22)(24)를 구비한다. 예를 들어, 상기 제1이색미러(21)는 레드(R) 반사용 이색미러로서 레드 파장영역의 광은 상기 제1전반사미러(22)쪽으로 반사시키는 한편, 나머지 그린(G)과 블루(B) 파장영역의 광은 투과시킨다. 그리고, 상기 제2이색미러(23)는 예를 들어, 그린 파장영역의 광을 반사시키고 나머지 광은 투과시키는 그린반사용 이색미러로서, 상기 제1이색미러(21)를 투과한 그린광(G)과 블루광(B)은 상기 제2이색미러(23)로 입사된 후 그린광(G)은 상기 제2전반사미러(24)쪽으로 반사되고 블루광(B)은 그대로 투과된다.
따라서, 상기 레드광(R)은 상기 제1전반사미러(22)에 의해, 상기 그린광(G)은 상기 제2전반사미러(24)에 의해, 그리고 상기 블루광(B)은 상기 제2이색미러(23)에 의해 서로 다른 각도로 상기 가동 미러 장치(30)쪽으로 입사된다. 그러면, R,G,B 각각의 서로 다른 입사각과, 각각의 입사각에 대응하는 상기 마이크로미러(10)의 구동 방향에 따라 R,G,B가 선택적으로 상기 투사렌즈유닛(35)에 입사되어 칼라 화상을 구현한다.
상기 가동 미러 장치(30)는 앞서 설명한 바와 같이 제1, 제2 및 제3 마이크로미러(10a)(10b)(10c)가 각각의 제1, 제2 및 제3 구동축(XR)(XG)(XB)이 소정 각도씩 다르게 위치하도록 배치되어 하나의 세트로 구성되는 마이크로미러 유닛(10)이 반복적으로 배열되어 구성된다.
상기 제1, 제2 및 제3 마이크로미러(10a)(10b)(10c)는 각각의 구동축(XR)(XG)(XB)이 예를 들어, 120도씩 다르게 배치되어 있는 경우, 상기 제1, 제2 및 제3 마이크로미러(10a)(10b)(10c)의 구동 방향이 각각 다르게 되므로 각 마이크로미러마다 입사광의 반사방향이 다르게 결정된다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 가동 미러 장치를 채용한 프로제터에 의해 칼라 화상을 구현하는 작용을 설명하기 위한 도면이다. 여기서는, R,G,B 삼색빔이 입사되는 방향을 간략하게 R,G,B로 표시하였으며, 상기 가동 미러 장치(30)를 대표적으로 제1, 제2 및 제3 마이크로미러(10a)(10b)(10c)로만으로 나타내었다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 광분기유닛(25)으로부터 R, G, B 삼색이 분기되어 각각 다른 각도로 입사될 때, 상기 제1 마이크로미러(10a)가 제1구동축(XR)을 중심으로 반시계방향으로 회동되면 R,G,B 삼색빔이 각각 다른 방향으로 반사된다. 이때, 상기 제1 마이크로미러(10a)에 입사되는 R,G,B 중 어느 한 칼라를 선택적으로 상기 투사렌즈유닛(35)쪽으로 향하도록 할 수 있다. 예를 들어, R 빔만을 투사렌즈유닛(35)쪽으로 향하도록 하고, 나머지 다른 G와 B 빔은 투사렌즈유닛(35) 밖으로 발산되도록 한다. 또한, 상기 제1 마이크로미러(10a)가 상기 제1구동축(XR)을 중심으로 시계방향으로 회동되면 R,G,B 모두 상기 투사렌즈유닛(35) 밖으로 발산되도록 할 수 있다.
상기와 같은 원리로, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제2 마이크로미러(10b)가 제2구동축(XG)을 중심으로 반시계방향으로 회동될 때, 예를 들어 G 빔만을 상기 투사렌즈유닛(35)쪽으로 들어가도록 하고 나머지 R, B 빔은 발산되도록 할 수 있다. 또한, 상기 제2 마이크로미러(10b)가 상기 제2구동축(XG)을 중심으로 시계방향으로 회동될 때, R,G,B 모두 상기 투사렌즈유닛(35) 밖으로 발산되도록 한다. 이 밖에, 상기 제3 마이크로미러(10c)는 B 빔을 선택적으로 상기 투사렌즈유닛(35) 쪽으로 향하게 할 수 있다. 이와 같이 하여 상기 마이크로미러 유닛(10)이 하나의 화소에 대응되어 칼라를 구현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터는 제1, 제2 및 제3 마이크로미러(10a)(10b)(10c)의 각 구동축(XR)(XG)(XB)이 서로 다른 각도로 배치되도록 배열된 마이크로미러 유닛(10)에 의해 R,G,B 3빔마다 반사방향을 달리하여 반사시킴으로써 R,G,B 빔을 동시에 선택적으로 상기 투사렌즈유닛(35)쪽으로 향하게 할 수 있다. 따라서, 칼라휠과 같은 별도의 칼라 필터용 수단 없이 칼라를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터는, 서로 다른 각도로 배치된 구동축을 갖는 복수개의 마이크로미러가 한 세트로 구성된 마이크로미러 유닛에 의해 R,G,B 삼색빔을 동시에 선택적으로 on-off 반사시킴으로써 칼라휠 없이 칼라 화상을 구현할 수 있다. 따라서, 칼라휠의 회전으로 인한 기계적인 소음 및 진동 발생을 방지할 수 있고, 시스템의 안정성 향상을 기대할 수 있다.
또한, 비교적 고가인 칼라휠의 제작 비용을 절감할 수 있으며 전력 소모의 절감으로 휴대형 장치에 채용하는 것을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 종래에 하나의 마이크로미러에 의해 R,G,B 삼색을 모두 표현해야 하는 것에 비해 다수개의 마이크로미러에 의해 나누어 동시에 표현하므로 마이크로미러의 구동 회수가 줄어들어 마이크로미러의 수명이 연장되는 이점이 있다. 또한, 광원으로부터의 광을 모두 사용하므로 광이용 효율 측면에서도 유리하다.
도 1은 종래의 가동 미러 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래의 가동 미러 장치를 채용한 프로젝터의 개략적인 배치도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가동 미러 장치의 마이크로미러의 배열 상태 및 일부 확대도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 가동 미러 장치를 채용한 프로젝터의 개략적인 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 가동 미러 장치를 채용한 프로젝터의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...마이크로미러 유닛 10a,10b,10c...마이크로미러
20...광원 25...광분기 유닛
30...가동 미러 장치 35...투사렌즈유닛
XR,XG,XB...구동축

Claims (10)

  1. 복수개의 마이크로미러를 각각 독립적으로 제어할 수 있는 가동 미러 장치에 있어서,
    각각의 구동축이 소정 각도로 다르게 위치하도록 배치된 복수개의 마이크로미러가 하나의 세트로 구성된 마이크로미러 유닛들이 반복적으로 배열되어 입사광을 각각 다른 방향으로 반사시키고,
    상기 마이크로미러 유닛은 각각 육각형 형태를 가지고 한 화소에 대응되며,
    상기 마이크로미러는 구동축을 중심으로 대칭형인 것을 특징으로 하는 가동 미러 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로미러 유닛은,
    상기 복수개의 마이크로미러의 구동축이 각각 120도씩 다르게 배치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 가동 미러 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 마이크로미러는,
    마름모형인 것을 특징으로 하는 가동 미러 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 마이크로미러 유닛은,
    상기 복수개의 마이크로미러가 상호 이웃하는 마이크로미러에 인접되게 배치되어 입사광의 반사면적을 최대한으로 확보할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 가동 미러 장치.
  6. 광을 조사하는 광원과;
    상기 광원으로부터의 광을 파장영역에 따라 분기시켜 서로 다른 각도로 반사 및/또는 투과시키는 광분기유닛과;
    각각의 구동축이 소정 각도로 다르게 위치하도록 배치된 복수개의 마이크로미러가 하나의 세트로 구성된 마이크로미러 유닛들이 반복적으로 배열되어 입사광을 각각 다른 방향으로 반사시킴으로써 화상을 형성하고, 상기 마이크로미러 유닛은 각각 육각형 형태를 가지고 한 화소에 대응되며, 상기 마이크로미러는 구동축을 중심으로 대칭형으로 된 가동 미러 장치와;
    상기 가동 미러 장치로부터 입사되는 광이 스크린으로 향하도록 확대투과시키는 투사렌즈유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 마이크로미러 유닛은,
    상기 복수개의 마이크로미러의 구동축이 120도씩 다르게 배치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  8. 삭제
  9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 마이크로미러는,
    마름모형인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 마이크로미러 유닛은,
    상기 복수개의 마이크로미러가 상호 이웃하는 마이크로미러에 인접되게 배치되어 입사광의 반사면적을 최대한으로 확보할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 프로젝터.
KR10-2001-0062078A 2001-10-09 2001-10-09 가동 미러 장치 및 이를 채용한 프로젝터 KR100486707B1 (ko)

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