KR100663051B1 - 투사 시스템 - Google Patents

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Abstract

투사 시스템은 적어도 2개의 광원들, 투사 렌즈, 및 광원들과 투사 렌즈 사이에 위치되는 공간 광 변조기를 포함하며, 이 광 변조기는 틸트축에 대해 경사질 수 있는 소자를 각각 구비하는 다수의 광-편향 장치들을 포함한다. 광원들은, 동작시, 광원들로부터 들어와서 각 소자 상에 투사되는 광빔들의 중심들이 소자의 틸트축과 실질적으로 평행하게 연장되는 투사 라인 상에 위치되는 방식으로, 공간 광 변조기에 대해 배치된다.
광원, 틸트축, 인티그레이터, 투사 렌즈, 광-편향 장치

Description

투사 시스템{Projection system}
본 발명은 적어도 2개의 광원들, 투사 렌즈, 및 광원들과 투사 렌즈 사이에 위치된 적어도 하나의 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함하는 투사 시스템에 관한 것으로, 상기 광 변조기는 서로 평행하게 연장되는 틸트축(tilt axis)에 대해 경사질 수 있는(tiltable) 소자를 각각 구비하는 다수의 광-편향(light-deflection) 장치들을 포함한다.
공간 광 변조기는 반사 특성들이 변경될 수 있는 에도퍼(eidophor) 뿐만 아니라 (TMA 또는 DMD와 같은) 아날로그 또는 디지털 미러 장치를 평균화하기 위한 것으로 이해되며, 광빔의 방향으로 다른 광 변조기들이 변경될 수 있다.
유럽 특허 출원 EP-A2-0 740 178호에 공지되어 있는 이와 같은 투사 시스템에 있어서, 공간 광 변조기는 2개의 광원들에 의해 조명된다. 공간 광 변조기는 틸트축에 대해 경사질 수 있는 소자를 각각 구비하는 다수의 광-편향 장치들을 포함한다. 각 소자는 투사 렌즈 쪽으로 광을 향하게 하는 위치로부터 투사 렌즈에서 멀어지도록 광을 향하게 하는 위치로 개별적으로 경사질 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 광원으로부터 제 1 광축으로 광을 향하게 하는 집광 렌즈(condenser lens)는 각 광원과 관련된다. 투사 시스템은 제 1 광축 상에 위치하는 원통형 렌즈를 더 구비하며, 이 원통형 렌즈는 각 집광 렌즈로부터 광을 수광한다. 다음에 광이 출구 집광 렌즈를 통과한 후, 공간 광 변조기로 향하게 된다.
이러한 공지된 투사 시스템의 단점은 공간 광 변조기의 개별적인 소자들의 틸트 방향들이 광원들의 위치를 결정할 때 고려되지 않음으로써, 최적의 광 출력이 얻어지지 않을 위험이 존재한다는 것이다.
본 발명의 목적은, 최적의 광 출력을 얻으면서, 다수의 광원들을 구비할 수 있는 투사 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 광원들이, 동작시 광원들로부터 들어와서 각 소자 상에 투사되는 광빔들의 중심들이 소자의 틸트축과 실질적으로 평행하게 연장되는 투사 라인 상에 위치되는 방식으로, 공간 광 변조기에 대해 배치되는 본 발명에 따른 투사 시스템으로 달성된다.
광원으로부터 들어오는 광 스폿들(light spots)은 틸트축에 대해 평행하게 연장되는 접속 라인 상에 위치되기 때문에, 모든 광원들로부터 들어오는 광은 소자로 들어갈 것이며, 소자가 경사져 있을 때 동일한 방향으로 편향될 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 양상들은 이하 기술되는 실시예들로부터 명백해지고 명료해질 것이다.
도 1은 하나의 광원을 포함하는 투사 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 공간 광 변조기의 소자를 도시하는 도면.
도 3은 공간 광 변조기의 동작을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 투사 시스템의 제 1 실시예의 평면도.
도 5는 도 4에 도시된 투사 시스템의 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 투사 시스템의 제 2 실시예의 인티그레이터 플레이트(integrator plate)를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 투사 시스템의 제 3 실시예를 도시하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 투사 시스템의 인티그레이터 바의 입구측 및 출구측을 도시하는 도면.
도 9는 도 7에 도시된 투사 시스템의 인티그레이터 플레이트를 도시하는 도면.
도면들의 대응 구성 소자들은 동일한 참조 번호들로 표기된다.
도 1은 광원(2), 광원 앞에 있는 렌즈(3), 렌즈(3) 앞에 있는 회전 가능한 컬러 필터(4), 광원(2)의 광학 광로(5)에 위치하는 인티그레이터 바(6), 광원으로부터 떨어져 있는 인티그레이터 바(6)의 측면에 위치하는 편향 미러(7), 광학 광로(5)에 위치하는 총 내부 반사(TIR, total internal reflection) 프리즘(8), TIR 프리즘에 근접하게 위치되는 디지털 미러 장치(DMD, digital mirror device)(9)를 포함하는 공간 광 변조기, 및 TIR 프리즘의 또다른 측면에 위치하는 투사 렌즈(10)를 포함하는 공지된 투사 시스템(1)을 도시한다. 광로(5)는 또한 DMD(9)로부터 촬상 광로(11)로서 연장된다.
도 2는 틸트축(13)에 대해 경사질 수 있는 소자(14)를 구비하는 디지털 광-편향 장치(12)를 도시한다. 소자(14)는 2개의 정지 상태들(rest states) 사이에서 경사질 수 있다. 이와 같은 디지털 광-편향 장치들은 그 자체로 공지되어 있으며, 특히, 앞에서 언급된 유럽 특허 출원 EP-A2-0 740 178호로부터 명백하기 대문에, 따라서 더 설명하지는 않을 것이다. 현재 상업적으로 이용 가능한 디지털 광-편향 장치들(12)은 직각 소자들(14)을 구비하며, 이 직각 소자들은 직각 소자(14)의 대각선에 평행하게 연장하는 틸트축(13)에 대해 경사질 수 있다.
도 3은 광이 투사 렌즈(10) 쪽으로 향할 수 있는 광원(2)에 의해 조명되는 다수의 디지털 광-편향 장치들(12', 12'', 12''')의 동작을 예시적으로 도시한다. 광-편향 장치들(12'', 12''')은, 광원(2)으로부터 들어오는 광빔들(15'', 15''')이 투사 렌즈(10) 쪽으로 편향되는 방식으로 경사져 있다. 그러나, 광-편향 장치(12')의 소자(14')는 광원(2)으로부터 들어오는 광빔(15')이 투사 렌즈(10)로부터 떨어지게 편향되는 방식으로 경사져 있다. 소자(14')가 병렬로 놓인 광-편향 장치들(12'', 12''')의 소자과 같은 방향으로 경사져 있다면, 광빔(15')은 또한 점선으로 나타낸 방향(16)으로 투사 렌즈(10) 쪽으로 향하게 된다.
도 4 및 도 5는 각각 렌즈들(3', 3'') 앞에 있는 2개의 광원들(2', 2'')을 구비하는 본 발명에 따른 투사 시스템(17)의 제 1 실시예의 평면도 및 측면도이다. 광원(2', 2'')의 광축(18, 19)은 도 4에서 명백해지는 것과 같이 서로 수직으로 향해 있다. 도 5에서 명백해지는 것과 같이, 광축(18, 19)은 거리(20)에서 서로 교차한다. 투사 시스템(17)은 입구측(22) 및 출구측(23)을 갖는 인티그레이터 바(21)를 구비한다. 입구측(22) 근방에서, 광원(2', 2'')으로부터 들어오는 광빔들(24, 25)은 서로 접하여 연결된다. 이를 위해서, 편향 미러(26)가 광원(2'')의 광학 광로(19)에 배치되며, 편향 미러에 의해 광빔(25)은 광빔(24)과 평행하게 연장되는 방향으로 편향된다. 인티그레이터 바(21)는 입구측 근방에서 높이(H) 및 폭(B1)을 갖고, 출구측(23) 근방에서 높이(H) 및 폭(B2)을 갖는다. 예를 들어, H:B1의 비율은 7:4이지만, H:B2의 비율은 3:4이다. 출구측 근방의 폭(B2)에 대해 실질적으로 2배의 폭(B1)으로 인해, 광원들(2', 2'')로부터 들어오는 광빔들은 인티그레이터 바(21)에서 서로 접하여 연결된다.
투사 시스템(17)은 컬러 필터(4), 편향 미러(7), TIR 프리즘(8), DMD(9) 및 투사 렌즈(10)를 더 포함한다. 인티그레이터 바(21)에서 2개의 광빔들의 연결(coupling-in)을 최적화하기 위해서, 컬러 필터(4)는 도 1의 시스템에서와 같이 입구측(22) 근방 대신에 인티그레이터(21)의 출구측(23) 근방에 배치된다.
광원들(2', 2'')로부터 들어오는 광빔들은 광로(5)를 거쳐 광-편향 장치들(12)의 소자들(14)로 입사된다. 광원들(2', 2'')은, 각 소자(14) 상의 광 스폿들의 중심들이 관련 소자(14)의 틸트축(13)과 일치하는 투사 라인에 위치하는 방식으로 배치된다. 즉, 광원들(2', 2'')은, 각 소자(14) 상에 투사된 광원들(2', 2'')의 광축(18, 19) 간의 최단 접속 라인(27)이, 관련 소자(14)의 틸트축과 평행하게 연장되는 소자들(14)의 틸트축(13)에 대한 것과 같은 방식으로 배치된다. 소자들(14)은 약 10°의 작은 틸트만을 수행하기 때문에, 상기와 같은 방식에서 2개의 광원들(2', 2'')의 최적의 출력이 보장될 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 투사 시스템의 제 2 실시예에 사용될 수도 있는 인티그레이터 플레이트(28)를 도시한다. 이 투사 시스템은 도 4 및 도 5에 도시된 투사 시스템에 대응하며, 인티그레이터 바(21)는 제 1 인티그레이터 플레이트 아래에 배치된 제 2 인티그레이터 플레이트에 의해 DMD(9) 상에 촬상되는 제 1 인티그레이터 플레이트(28)로 대체된다. 제 2 인티그레이터 플레이트는 제 1 인티그레이터 플레이트와 동일할 수도 있거나, 또는 광원들에 대해 최적화될 수도 있다. 인티그레이터 플레이트(28)는 평행육면체 외주를 가지며, 다수의 직사각형 인티그레이터 렌즈 소자들(20)을 구비한다. 각 렌즈 소자(29)의 높이(h)와 폭(b) 사이의 비율은 DMD(9)의 높이/폭 비율에 대응한다. 인티그레이터 플레이트(28)는, 광원(2')으로부터 들어오는 광빔(24)이 인티그레이터 플레이트(28)의 왼쪽 상단 구석을 조명하고, 광원(2'')으로부터 들어오는 광빔(25)이 인티그레이터 플레이트(28)의 오른쪽 하단 구석을 조명하도록 하는 방식으로 광원들(2', 2'')의 전면에 배치된다. 실제로, 각 광빔(24, 25)의 경계들은 덜 날카롭게 규정되어 있다. 광빔들(24, 25)의 중심들(M)은 평행육면체 인티그레이터 플레이트(28)의 길이 방향 측(30)과 평행하게 연장하는 접속 라인(L) 상에 위치된다. 인티그레이터 플레이트(28)의 길이 방향 측(30)은 소자들(29)의 측면들과 약 45°의 각(α)을 이룬다. 각(α)은 사각 소자(14)의 측들과 틸트축(13)이 이루는 각(β)에 대응한다.
도 7 내지 도 9는 도 4 및 도 5에 도시된 투사 시스템(17)과는 다른 본 발명에 따른 투사 시스템(31)의 제 3 실시예를 도시한다. 즉, 인티그레이터 바(32)가 인티그레이터 바(21) 대신 제공되고, 인티그레이터 플레이트들(33, 34)은 인티그레이터 바(32)의 출구측에 근접하게 배치된다. 인티그레이터 바(32)는 입구측(35)(도 8a에 도시됨) 근방에서 직사각형이며, 광원들(2', 2'')로부터의 광빔들(24, 25)은 입구측(35) 위로 서로 옆에 투사된다. 들어오는 광빔(24)에 대해 인티그레이터 바(32)는 45°의 각(α)을 이룬다. 인티그레이터 바(32)는 또한 출구측(36) 근방에서 직사각형이다. 인티그레이터 플레이트(28)에 대응하는 인티그레이터 플레이트(33)는 출구측(36) 근방에 위치하며, 인티그레이터 플레이트(33)는 인티그레이터 바(32)로부터 직사각형 광빔(37)을 수광한다. 상이한 인티그레이터 렌즈 소자들(29)로 인해, 광빔(37)은 더욱 더 균질하게 되어 있다. 광빔(37)은 인티그레이터 렌즈 소자들(29)의 측면들과 45°의 각(α)을 이룬다. 도 6을 참조하여 상기에 설명한 것과 같이, 광원(2', 2'')으로부터 들어오는 광빔들(24, 25)은 소자들(14)의 틸트축(13) 상에서 서로 옆에 위치될 것이다. 인티그레이터 바 및 인티그레이터 플레이트들 모두를 사용할 때, 인티그레이터 플레이트 상에 위치되는 렌즈 소자들의 수는 비교적 작아질 수도 있다.
각(β)은 다른 공간 광 변조기들에서 45°보다 더 크거나 더 작을 수도 있다.

Claims (8)

  1. 적어도 2개의 광원들, 투사 렌즈, 및 상기 광원들과 상기 투사 렌즈 사이에 위치하는 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함하는 투사 시스템으로서, 상기 광 변조기는 틸트축에 대해 경사질 수 있는 소자를 각각 구비하는 다수의 광-편향 장치들을 포함하고, 상기 틸트축은 서로 평행하게 연장하는, 상기 투사 시스템에 있어서,
    상기 광원들은, 동작시, 상기 광원들로부터 들어와서 각 소자 상에 투사되는 상기 광빔들의 중심들이 상기 소자의 틸트축과 실질적으로 평행하게 연장되는 투사 라인 상에 위치되는 방식으로, 상기 공간 광 변조기에 대해 배치되는 것을 특징으로 하는, 투사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원들의 광축은 서로 교차하고, 상기 공간 광 변조기의 각 소자 상에 투사되는, 상기 광축간의 최단 접속 라인은 관련 소자의 투사 라인과 일치하는 것을 특징으로 하는, 투사 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광원들과 상기 공간 광 변조기 사이에 인티그레이터 시스템(integrator system)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 투사 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 인티그레이터 시스템은, 상기 광원들 근방에 입구측을 갖고 상기 공간 광 변조기 근방에 직사각형의 출구측을 갖는 인티그레이터 바를 포함하는 것을 특징으로 하는, 투사 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 직사각형의 출구측의 높이와 폭 사이의 비율은 상기 공간 광 변조기의 높이/폭 비율에 대응하는 것을 특징으로 하는, 투사 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 높이/폭 비율은 상기 입구측 근방에서는 약 7:4이고, 상기 출구측 근방에서는 약 4:3인 것을 특징으로 하는, 투사 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 인티그레이터 시스템은 다수의 직사각형 렌즈 소자들을 구비하는 적어도 하나의 인티그레이터 플레이트를 포함하고, 상기 인티그레이터 플레이트를 경계짓는 길이 방향 측은 상기 직사각형 렌즈 소자들과 각을 이루고, 상기 각은 상기 공간 광 변조기의 길이 방향 측과 상기 틸트축 사이의 각과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 투사 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 인티그레이터 시스템은 인티그레이터 바 및 적어도 하나의 인티그레이터 플레이트를 포함하고, 상기 인티그레이터 바는 상기 광원들과 상기 인티그레이터 플레이트 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는, 투사 시스템.
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