KR100808100B1 - 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 왜곡 보정 위한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 외부 영상 장치로부터 전달된 원본 영상에 상응한 영상 제어 신호를 생성하여 전달하는 영상 처리부; 상기 영상 처리부로부터 상기 영상 제어 신호를 수신하여 회절형 광 변조기를 구동하는 구동 전압을 생성하는 드라이버 IC; 상기 드라이버 IC로부터 상기 구동 전압을 수신하여 광원으로부터 입사된 입사광을 반사 및 회절하는 회절형 광 변조기; 상기 반사 및 회절된 변조광이 일정한 초점에 맺히도록 n(자연수)개의 렌즈를 포함하는 릴레이 광학계; 상기 원본 영상이 스크린에 투사되는 경우 왜곡된 정도에 상응하여 상기 n개의 렌즈에 대한 각각의 위치 정보를 포함한 렌즈 구동 신호를 생성하여 전달하는 영상 왜곡 보정부; 및 상기 영상 왜곡 보정부로부터 전달된 렌즈 구동 신호에 상응하여 상기 n개의 렌즈를 이동시키는 렌즈 시프트부를 포함하는 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치는 영상의 왜곡을 보정하여 스크린과 디스플레이 장치간 거리에 관계없이 간단히 렌즈 위치 이동만으로도 왜곡되지 않은 영상을 투사할 수 있다.

영상, 왜곡(distortion), 보정, 광 변조기(Light Modulator)

Description

영상 왜곡 보정 디스플레이 장치{Displaying apparatus for correcting image distortion}

도 1a 내지 도1d는 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 구성도.

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.

도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.

도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도.

도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성도.

도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 릴레이 광학계의 렌즈들의 위치에 따른 영상의 왜곡 보정을 나타낸 개념도.

도 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스크린에 맺히는 영상의 x 축상의 광학적 경로를 나타낸 도면.

도 4c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스크린에 맺히는 영상의 y 축 상의 광학적 경로를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 렌즈 위치에 상응하는 영상 왜곡 보정의 정보를 나타낸 도표.

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 영상 왜곡의 보정을 위한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근에는 디스플레이 기술이 발달함에 따라 대형화상의 구현에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 현재 대부분의 대형화상 표시장치(주로 프로젝터)는 액정을 광스위치로 사용하고 있다. 과거의 CRT 프로젝터에 비해서는 소형이고 가격도 저렴하며 광학계도 간단하여 많이 사용되고 있다. 그러나, 광원으로부터의 빛이 액정판을 투과하여 스크린에 비춰지므로 광손실이 많다는 것이 단점으로 지적된다. 따라서, 반사를 이용하는 광 변조기 소자 등의 마이크로머신을 활용하여 광손실을 줄여서 더 밝은 화상을 얻을 수 있다.

마이크로머신(Micromachine)은 육안으로 식별이 어려운 극히 소형의 기계를 의미한다. 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical System)라고도 하며, 초소형 전기 기계 시스템 또는 소자라고 부를 수 있다. 주로 반도체 제조기술을 응용하여 만든다. 미소광학 및 극한소자를 이용하여 자기(磁氣) 및 광 헤드와 같은 각종 정보기기 부품에 응용하며, 여러 종류의 마이크로 유체제어기술을 이용하여 생명의학 분 야와 반도체 제조공정 등에도 응용한다. 마이크로머신은 그 역할에 따라서 감지 소자의 기능을 하는 마이크로 센서, 구동장치인 마이크로 액추에이터 및 기타 에너지의 전달 역할을 하는 미니어처 기계 등으로 나눌 수 있다.

멤스(MEMS)는 다양한 응용 분야의 하나로서 광학 분야에 응용되고 있다. 멤스(MEMS) 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며, 이들로서 초소형 광 시스템을 구현할 수 있다.

초소형 광 시스템에 해당하는 광 변조기 소자, 마이크로 렌즈 등의 마이크로 광학 부품은 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 통신장치, 디스플레이 및 기록장치에 채택되어 응용되고 있다.

디스플레이의 일종인 스캐닝 디스플레이 장치에 사용되는 광 변조기(SOM; Spatial Optical Modulator)는 구동 집적회로와 복수개의 마이크로 미러(Mirror)로 구성된다. 하나 이상의 마이크로 미러(Mirror)가 모여 투사 영상의 한 픽셀을 표현하게 된다.

이때 한 픽셀의 광강도를 표현하기 위해서 마이크로 미러는 드라이버 IC로부터 인가되는 구동 전압에 상응하여 그 변위가 바뀜으로써 변조광의 광량을 변화시킨다. 여기서, 드라이버 IC는 입력신호에 대하여 특정의 관계를 가지는 구동 전압을 생성한다.

도 1a 내지 도1d는 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 구성도 및 스크린에 투영된 왜곡된 영상을 도시한다. 도 1a를 참조하면, 종래 기술에 따른 디스플레이 장치는 광원(110), 조명 광학계(120), 광 변조기(130), 드라이버 IC(140), 릴레이 광학계(150), 스캐너(160), 투사 광학계(170) 및 영상 제어 회로(180)을 포함할 수 있다.

광원(110)은 스크린(190)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다. 광원(110)과 광 변조기(130) 사이에 조명 광학계(120)가 있어 광원(110)에서 투사되는 광의 방향을 소정의 각도로 반사시켜 광 변조기(330)에 광이 집중되도록 할 수 있다.

광 변조기(130)는 드라이버 IC(140)에서 제공하는 구동 전압에 따라 광원(110)으로부터 조사된 광을 변조한 변조광을 출력한다. 광 변조기(220)에 구비된 복수의 마이크로 미러는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 픽셀의 수와 동일한 것이 바람직하다.

드라이버 IC(140)는 영상 제어 회로(180)로부터의 영상 제어 신호에 따라 출력되는 변조광의 밝기를 변화시키는 구동 전압을 광 변조기(130)에 제공한다.

릴레이 광학계(150)는 광 변조기(130)에서 출력되는 변조광이 스캐너(160)에 전달되도록 해준다. 스캐너(scanner)(160)는 광 변조기(130)로부터 입사되는 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(190)에 투사한다.

투사 광학계(170)는 스캐너(160)에 의해 반사된 변조광이 스크린(190) 상에 투사되도록 투사 렌즈(projection lens)를 포함한다.

영상 제어 회로(180)는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호를 각각 드라이버 IC(140), 스캐너(160), 광원(110)에 제공한다. 서로 연동되는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호에 의해 한 프레임 영상이 스크 린(190) 상에 디스플레이 되도록 한다.

도 1b를 참조하면, 스캐너(160)에서 반사된 변조광이 스크린(190)에 투사되는 경우 스캐너(160)와 스크린(190) 간에 스크린(190)의 중심과 양측의 경로 차가 발생하므로, 영상이 왜곡되게 된다. 즉, 도 1c를 참조하면, 측면에서 바라보는 경우 스캐너(160)에서 반사된 변조광은 스크린(190)에 일정하게 투사되지만, 도 1d를 참조하면, 스크린(190) 전체 화면은 양측에서 변조광이 더 길게 투사됨으로써, 전체적으로 영상의 왜곡이 발생하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은 릴레이 광학계의 렌즈의 위치를 변경함으로 왜곡되지 않은 영상을 투사할 수 있는 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 별도의 메모리 자원을 이용하지 않고 광 변조기와 스캐너 사이에 구비되는 릴레이 광학계의 렌즈들의 위치 변화만으로 왜곡되지 않은 영상을 투사할 수 있는 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치가 제공된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 외부 영상 장치로부터 전달된 원본 영상에 상응한 영상 제어 신호를 생성하여 전달하는 영상 처리부; 상기 영상 처리부로부터 상기 영상 제어 신호를 수신하여 회절형 광 변조기를 구동하는 구동 전압을 생성하는 드라이버 IC; 상기 드라이버 IC로부터 상기 구동 전압을 수신하여 광원으로부터 입사된 입사광을 반사 및 회절하는 회절형 광 변조기; 상기 반사 및 회절된 변조광이 일정한 초점에 맺히도록 굴절하는 릴레이 광학계; 상기 원본 영상이 왜곡된 정도에 상응하여 상기 릴레이 광학계에 포함된 n(자연수)개의 렌즈의 위치 정보를 포함하는 렌즈 구동 신호를 생성하여 전달하는 영상 왜곡 보정부; 및 상기 영상 왜곡 보정부로부터 전달된 렌즈 구동 신호에 상응하여 상기 n개의 렌즈를 이동시키는 렌즈 시프트부를 포함할 수 있다.

특히, 상기 회절형 광 변조기는 소정의 구조물층의 중앙 부분 상에 위치하고, 상기 입사광을 반사 또는 회절시키는 상부 광반사층; 상기 구조물층 상에 위치하고, 수축 또는 팽창에 의해서 상기 구조물층의 중앙 부분을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체; 및 상기 상부 광반사층과 이격되어 위치하며 상기 입사광을 반사 또는 회절시키는 하부 광반사층을 포함할 수 있다.

또한, n은 4인 것을 특징으로 하며 상기 n 개의 렌즈 중 하나의 렌즈의 위치를 변화시켜 상기 반사 및 회절된 변조광이 일정한 초점에 맺히도록 할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있 어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 멤스(MEMS) 패키지 중 광 변조기에 대해서 먼저 설명하기로 한다.

광 변조기는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식으로 나뉘며, 또한 간접 방식은 정전기 방식과 압전 방식으로 나뉠 수 있다. 여기서, 광 변조기는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용이 가능하다.

정전 구동 방식 격자 광 변조기는 반사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.

먼저, 절연층이 실리콘 기판상에 증착되고, 이후, 희생 이산화실리콘 막 및 질화실리콘 막의 증착 공정이 후속한다. 질화실리콘 막은 리본으로 패터닝되고 이산화실리콘층의 일부가 에칭되어 리본이 질화물 프레임에 의해 산화물 스페이서층상에 유지되도록 한다. 단일 파장 λ를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본의 두께와 산화물 스페이서의 두께가 λ/4가 되도록 설계된다.

리본상의 반사 표면과 기판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기의 격자 진폭은 리본 (제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본의 반사 표면)과 기판(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판 하부의 전도막) 사이에 전압을 인가 함으로써 제어된다.

도 2a는 본 발명에 적용 가능한 광 변조기 중 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(215), 절연층(225), 희생층(235), 리본 구조물(245) 및 압전체(255)를 포함하는 광 변조기가 도시되어 있다.

기판(215)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(225)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(225) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(225(a), 225(b))이 형성될 수 있다.

희생층(235)은 리본 구조물이 절연층(225)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(245)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다.

리본 구조물(245)은 상술한 바와 같이 입사광의 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(245)의 형태는 상술한 바와 같이 정전기 방식에 따라 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 압전 방식에 따라 리본의 중심부에 복수의 오픈홀을 구비할 수도 있다. 또한, 압전체(255)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(245)을 상하로 움직이도록 제어한다. 여기서, 반사층(225(a), 225(b)) 은 리본 구조물(245)에 형성된 홀(245(b), 245(d))에 대응하여 형성된다.

예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우 어떠한 전압도 인가되지 않거나 또는 소정의 전압이 인가된 상태에서 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격은 nλ/2(n은 자연수)와 같다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))에서 반사된 광과 절연층(225)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 nλ와 같아서 보강 간섭을 하여 회절광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 휘도는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.

또한, 상기 인가된 전압과 다른 적정 전압이 압전체(255)에 인가될 때, 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격은 (2n+1)λ/4(n은 자연수)와 같게 된다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 절연층(225)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2n+1)λ/2 와 같아서 상쇄 간섭을 하여 회절광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다. 이러한 간섭의 결과, 광 변조기는 반사 또는 회절광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 실을 수 있다.

이상에서는, 리본 구조물(245)과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격이 nλ/2 또는 (2n+1)λ/4인 경우를 설명하였으나, 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 세기를 조절할 수 있는 간격을 가지고 구동할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.

이하에서는, 상술한 도 2a에 도시된 형태의 광 변조기를 중심으로 설명한다.

도 2c를 참조하면, 광 변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제m 픽셀(pixel #m)을 담당하는 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)로 구성된다. 광 변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 m개의 픽셀 중 어느 하나의 픽셀들을 담당한다. 따라서, 각각의 마이크로 미러에서 반사 및 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다. 예를 들면, VGA 640*480 해상도의 경우 480개의 수직 픽셀에 대해 광 스캔 장치(미도시)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다. 여기서, 광 스캔 장치는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.

이하 제1 픽셀(pixel #1)을 중심으로 광변조의 원리에 대하여 설명하지만, 다른 픽셀들에 대해서도 동일한 내용이 적용가능함은 물론이다.

본 실시예에서 리본 구조물(245)에 형성된 홀(245(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(245(b)-1)로 인하여 리본 구조물(245) 상부에는 3개의 상부 반사층(245(a)-1)이 형성된다. 절연층(225)에는 2개의 홀(245(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(225)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(245(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 동일하게 되며, 도 2a를 참조하여 전술한 바와 같이 0차 회절광 또는 ±1차 회절광을 이용하여 변조광의 휘도를 조절하는 것이 가능하다.

도 2d를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도가 도시된다.

수직으로 배열된 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)에 의해 반사 및 회절된 광이 광 스캔 장치에서 반사되어 스크린(275)에 수평으로 스캔되어 생성된 화면(285-1, 285-2, 285-3, 285-4, …, 285-(k-3), 285-(k-2), 285-(k-1), 285-k)이 도시된다. 광 스캔 장치에서 한번 회전하는 경우 하나의 영상 프레임이 투사될 수 있다. 여기서, 스캔 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향(화살표 방향)으로 도시되어 있으나, 다른 방향(예를 들면, 그 역 방향)으로도 영상이 스캔될 수 있음은 자명하다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 다른 디스플레이 장치의 구성도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치는 광원(310), 조명 광학계(320), 광 변조기(330), 드라이버 IC(340), 릴레이 광학계(350), 렌즈 시프트부(355), 스캐너(360), 투사 광학계(370) 및 영상 제어 회로(380)를 포함할 수 있다.

광원(310)은 스크린(390)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다(irradiate). 광원(310)은 백색광을 조사할 수도 있고, 빛의 삼원색인 적색광, 녹색광 또는 청색광 중의 어느 하나를 조사할 수도 있다. 바람직하게는 광원(310)은 레이저, LED 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 백색광을 조사하는 경우에는 색분리부(미도시)를 두어 백색광을 소정의 조건에 따라 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리할 수 있다.

조명 광학계(320)는 광원(310)과 광 변조기(330) 사이에 위치하며 광원(310)에서 투사되는 광의 방향을 소정의 각도로 반사시켜 광 변조기(330)에 광이 집중되도록 할 수 있다. 여기서, 색분리부(미도시)에 의해 색분리가 이루어진 경우 조명 광학계(320)는 색분리된 광을 집중되도록 할 수 있다.

광 변조기(330)는 드라이버 IC(340)에서 제공하는 구동 전압에 상응하여 광원(310)으로부터 조사된 광을 변조한 변조광을 출력한다. 광 변조기(330)에 대해서는 앞서 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 상세히 설명하였는바 설명은 생략한다.

광 변조기(330)는 일렬로 배치된 복수의 마이크로 미러로 구성되며 하나의 프레임 영상에 포함되어 있는 수직 주사선 또는 수평 주사선에 상응하는 1 차원 직선 영상을 담당한다.

즉, 1 차원 직선 영상에 대하여 광 변조기(330)는 인가된 구동 전압에 상응하여 1 차원 직선 영상의 각 픽셀에 상응하는 각 마이크로 미러의 변위를 변화시킴으로써 밝기를 변화시킨 변조광을 출력한다.

복수의 마이크로 미러는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 픽셀의 수와 동일한 것이 바람직하다. 변조광을 하기에 설명할 스크린(390)에 투사될 수직 주사선 또는 수평 주사선의 영상 정보(즉, 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하 는 각 픽셀의 밝기값)가 반영된 빛이며 0차 회절광(반사광) 또는 +n차 회절광, -n차 회절광(n은 자연수)일 수 있다.

드라이버 IC(340)는 영상 제어 회로(380)로부터 영상 제어 신호에 상응하여 출력되는 변조광의 밝기를 변화시키는 구동 전압을 광 변조기(330)에 전달한다.

릴레이 광학계(350)는 광 변조기(330)에서 출력되는 변조광이 스캐너(360)에 전달되도록 해준다. 하나 이상의 렌즈가 포함될 수 있으며, 필요에 따라 배율을 조절하여 광 변조기(330)의 크기와 스캐너(360)의 크기에 맞도록 하여 변조광을 전달한다.

하기에 설명할 본 발명의 실시예에 따르면 릴레이 광학계에 포함되어 있는 하나 이상의 렌즈 위치를 변경에 상응하여 스크린에 투사되는 영상의 왜곡을 보정할 수 있다.

렌즈 시프트부(355)는 영상 제어 회로(380)로부터 입력되는 렌즈 구동 신호에 의해 렌즈를 소정의 위치로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 멤스 기술에 의한 리니어 모터일 수 있다.

스캐너(scanner)(360)는 광변조기(330)로부터 입사되는 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(390)에 투사한다. 이때 소정 각도는 영상 제어 회로(380)로부터 입력되는 스캐너 제어 신호에 의해 정해진다. 스캐너 제어 신호는 영상 제어 신호와 동기되어 영상 제어 신호에 상응하는 스크린(390) 상의 수직 주사선(또는 수평 주사선) 위치에 변조광이 투사될 수 있는 각도로 스캐너(360)를 회전시킨다. 스캐너(360)는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미 러 (Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.

투사 광학계(370)는 스캐너(360)에 의해 반사된 변조광이 스크린(390) 상에 투사되도록 투사 렌즈(projection lens)를 포함한다.

영상 제어 회로(380)는 영상 처리부(383) 및 영상 왜곡 보정부(355)를 포함할 수 있다.

영상 처리부(383)는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호를 각각 드라이버 IC(340), 스캐너(360), 광원(310)에 제공한다. 즉, 서로 연동되는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호에 의해 한 프레임 영상이 스크린(390)상에 투사되도록 한다.

또한, 영상 처리부(383)는 하나의 프레임에 해당하는 영상 신호를 입력받고, 영상 신호에 따라 광원(310), 광 변조기(330) 및 스캐너(360)를 제어한다. 영상 제어 회로(380)는 프레임을 구성하는 각 픽셀에 대하여 표시하고자 하는 밝기 정보에 상응하는 영상 제어 신호를 드라이버 IC(340)에 제공하고, 영상 제어 신호에 상응하여 수직 주사선(또는 수평 주사선)이 스크린(390) 상의 소정 위치에 투사되도록 스캐너(360)의 회전 각도 또는 회전 속도를 조절한다.

영상 제어 회로(380)에 포함된 영상 왜곡 보정부(385)는 원본 영상 좌표값에 상응하여 왜곡된 영상을 보정할 수 있도록 릴레이 광학계(350)의 렌즈의 위치를 변경할 수 있는 렌즈 구동 신호를 생성할 수 있다.

이에, 영상 왜곡 보정부(385)로부터 전달된 렌즈 구동 신호에 상응하여 렌즈 시프트부(355)는 왜곡 보정을 위한 릴레이 광학계(350)의 렌즈를 소정의 위치로 이 동시키기게 된다.

즉, 영상 처리부(383)는 영상 데이터가 입력되는 경우 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호를 각각 드라이버 IC(340), 스캐너(360), 광원(310)에 제공한다. 여기서, 영상 제어 신호는 영상 왜곡을 보정하기 위한 별도의 절차 없이 생성된 신호로서 영상 처리부(383)에 입력되고, 이후 광 변조기(330)를 구동하기 위한 영상 제어 신호가 드라이버 IC(340)에 전송한다.

이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 왜곡 보정부(385)는 영상 왜곡을 보정하는 렌즈 구동 신호를 별도로 생성하여 렌즈 시프트부(355)에 전달하고 변경된 렌즈 위치에 상응하여 스크린(390)상에 왜곡되지 않은 영상이 투사될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 릴레이 광학계의 렌즈들의 위치에 따른 영상의 왜곡 보정을 나타낸 개념도이다.

광 변조기(400)에서 출력된 각 픽셀에 상응하는 변조광은 일련의 렌즈들을 포함하는 릴레이 광학계(410)를 통하여 일정한 비율로 굴절하게 되며 일정한 초점에 맺히게 된다. 물론, 초점이 맺히는 위치에 스캐너(430)가 구비되어 이를 스크린(440)에 투사할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 릴레이 광학계(410)에 포함된 렌즈들(412 내지 418)은 영상 왜곡 보정부(385)로부터 전달된 렌즈 구동 신호에 상응하여 동작하는 렌즈 시프트부(420)에 연결될 수 있다. 여기서, 렌즈 구동 신호는 릴레이 광학계에 포함된 n(자연수)개의 렌즈들 각각의 위치 정보를 포함하는 벡터일 수 있다.

여기서, 릴레이 광학계(410)는 제 1 렌즈(412), 제 2 렌즈(414), 제 3 렌 즈(416) 및 제 4 렌즈(418)를 포함할 수 있다. 물론, 도 4a에서는 릴레이 광학계(410)에 포함된 렌즈들이 4 개인 것을 기초로 하여 설명하였으나 렌즈의 개수는 변경 가능하다.

또한, 상기 n 개의 렌즈 중 하나의 렌즈의 위치를 변화시켜 반사 및 회절된 변조광이 일정한 초점에 맺히도록 할 수도 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면 렌즈들(412 내지 418) 중에서 제2 렌즈(414)의 위치만을 조절함으로 인하여 전체적인 릴레이 광학계(410)의 초점 거리가 변해 스크린에 맺히는 영상의 왜곡을 줄일 수 있다.

물론, 렌즈 구동 신호에 상응하여 렌즈 시프트부(420)은 릴레이 광학계(410)에 포함된 렌즈들(412 내지 418)을 개별적으로 이동시킴으로 영상의 왜곡 현상을 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 렌즈들(412 내지 418)의 위치에 상응하여 스크린에 맺히는 영상의 왜곡은 보정될 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면 릴레이 광학계(410)를 통과하여 맺히는 초점 거리를 조절함으로써 영상의 왜곡은 보정될 수 있다.

또한, 스캐너(430)에 의하여 반사되어 스크린에 맺히는 영상은 x 축과 y 축상의 광학적 해석을 통하여 왜곡의 정보를 파악할 수 있다. 도 4b는 스크린에 맺히는 영상의 x 축상의 영상 경로(450, 460)를 나타내고 있다. 또한, 도 4c는 스크린에 맺히는 영상의 y 축상의 영상 경로(460, 470)를 나타내고 있다. 이에 대하여서는 도 4b 및 도 4c에서 상세하게 설명한다.

도 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스크린에 맺히는 영상의 x 축상의 광학적 경로를 나타낸 도면이다. 즉, 스크린(440)에 맺히는 영상 성분중 x 축상의 경로의 차이는 스크린(440)의 x 축상 중심에 이르는 영상 경로(450)와 좌우측에 이르는 영상 경로(460)와의 관계를 통하여 구할 수 있다.

도 4c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스크린에 맺히는 영상의 y 축상의 광학적 경로를 나타낸 도면이다. 즉, 스크린(440)에 맺히는 영상 성분중 y축상의 경로의 차이는 스크린(440)의 y 축상 중심에 이르는 영상 경로(460)와 상하측에 이르는 영상 경로(470)와의 관계를 통하여 구할 수 있다.

도 4b 및 도 4c를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 왜곡 보정을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 우선, 각 변수를 정의하면

은 스캐너(430)으로부터 스크린(440)의 중심에 이르는 거리,

는 스캐너(430)으로부터 스크린(440)의 중심을 기준으로 좌우 측면에 이르는 거리를 나타내며 원축상으로 왜곡된 정보,

는 영상이 x 축상으로 왜곡된 정도,

는 영상이 y 축상으로 왜곡된 정보,

는 x 축상의 위상각 및

는 y 축상의 위상각이다. Distortion은 영상의 왜곡의 정도를 나타낸다.

도4b로부터 설명하면 스크린(440)에 맺힌 영상의 중심으로부터 우측면에 이르는 거리를

로 표현할 수 있다. 이를 다르게 표현하면 x 축상의 위상각(

)을 이용하여

로 표현할 수 있다.

이 후, 스캐너(440)으로부터 우측면으로까지 이르는 거리(Ri)는

로 표현할 수 있는데

으로 유도 가능하다. 이는 왜곡의 정도를 나타내는

는 상술한 수식으로부터

로 재구성 가능하다.

도 4c로부터 스크린에 맺히는 영상의 왜곡을 y축상으로 표현하면

로 표현 가능한데

및

를 이용하면

으로 표현할 수 있다. 즉, y축상의 위상각의 변화(

)는 x 축상의 위상각(

)의 변화와 일정한 관계를 가지게 됨을 알 수 있다. 이러한 관계를 이용하여 영상의 왜곡현상을 조절할 수 있다.

즉, x축상의 위상각(

)에 상응하여 발생하는 왜곡의 정도는

이며 이를 제거하기 위하여 새로이 생성되어야 할 영상의 초점 거리는

이다.

여기서, f는 릴레이 광학계(410)의 스캐너의 위치가 화면의 정중앙(θx =0)인 경우에서의 초점 거리이다. 즉, 화면의 중앙에 해당하는 부분에서는 영상의 왜곡현상이 발생하지 않으므로 렌즈 시프트부(420)에서 렌즈들(410)의 이동을 발생시킬 필요가 없다.

하지만, 화면의 중앙을 중심으로 화면이 멀어짐에 따라 그 왜곡 현상은 더욱 커지게 된다. 즉, 이 경우, 렌즈 시프트부(420)는 릴레이 광학계(410)의 렌즈들의 위치를 실시간으로 변경하여 x축상의 위상각(

)의 변화에 상응하는 왜곡 현상을 제거할 수 있는 새로운 초점을 가지는 영상을 발생시킬 수 있다.

즉, fi는 임의의 x축상의 위상각에서의 왜곡이 발생하지 않는 릴레이 광학계(420)의 초점 거리이며 이러한 초점 거리를 가지는 영상을 발생시키기 위해서 렌즈 시프트부(420)는 릴레이 광학계(410)에 포함되어 잇는 렌즈들(412 내지 418)를 이동시킬 수 있으며 이를 통하여 왜곡 현상이 제거될 수 있다.

특히, 릴레이 광학계(410)에 포함된 제 2 렌즈(414)의 이동만으로도 초점 거리를 조절할 수 있음은 상술한 바와 같다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 렌즈 위치에 상응하는 영상 왜곡 보정의 정보를 나타낸 도표이다.

본 발명의 일 예에 따른 측정된 f의 값은 20 mm(510), R은 383mm(520), y/2는 76.2mm(530) 및 x/2 는 101.6mm(540)이다.

이에 대하여 fi(550)의 변화에 따른 왜곡의 정도는 fi가 20.17 mm(550-2)인 경우

=3.242mm(560-2),

=0.645mm(570-2), Distortion=0.846mm(580-2) 및

=7.428mm(590-2)로 나타남을 알 수 있다. 즉, fi의 변화에 따라 왜곡의 정도는 다른 값을 가지게 되면 본 발명의 일 예에 따라 릴레이 광학계의 렌즈들의 위치를 변화시킴으로 인하여 왜곡을 보정할 수 있다.

물론, 나머지의 데이터(550-3 내지590-3, 550-4 내지 590-4 등)에 대해서 동일한 해석이 가능함은 자명하다.

이상에서 도시된 도면을 기초로 설명하였으나 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치는 릴레이 광학계의 렌즈의 위치를 변경함으로 왜곡되지 않은 영상을 투사할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치는 별도의 메모리 자원을 이용하지 않고 광 변조기와 스캐너 사이에 구비되는 릴레이 광학계의 렌즈들의 위치 변화만으로 왜곡되지 않은 영상을 투사할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명 및 그 균등물의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 광원;

   외부 영상 장치로부터 전달된 원본 영상에 상응한 영상 제어 신호를 생성하여 전달하는 영상 처리부;

   상기 영상 처리부로부터 상기 영상 제어 신호를 수신하여 회절형 광 변조기를 구동하는 구동 전압을 생성하는 드라이버 IC;

   상기 드라이버 IC로부터 수신된 상기 구동 전압에 상응하여 상기 광원으로부터 입사된 입사광을 반사 및 회절시켜 변조광으로 출력하는 회절형 광 변조기;

   상기 변조광이 일정한 초점에 맺히도록 한 개 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 광학계;

   상기 원본 영상의 왜곡된 정도 및 위상각에 상응하여 상기 한 개 이상의 렌즈에 대한 각각의 위치 정보를 포함한 렌즈 구동 신호를 생성하여 전달하는 영상 왜곡 보정부;

   상기 영상 왜곡 보정부로부터 전달된 렌즈 구동 신호에 상응하여 상기 릴레이 광학계가 왜곡 현상이 발생하지 않는 초점 거리를 갖도록 상기 한 개 이상의 렌즈를 이동시키는 렌즈 시프트부; 및

   상기 릴레이 광학계에서 출력된 변조광을 반사시켜 스크린에 왜곡이 보정된 보정영상을 투사시키는 스캐너를 포함하는 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 회절형 광 변조기는

   소정의 구조물층의 중앙 부분 상에 위치하고, 상기 입사광을 반사 또는 회절 시키는 상부 광반사층;

   상기 구조물층 상에 위치하고, 수축 또는 팽창에 의해서 상기 구조물층의 중앙 부분을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체; 및

   상기 상부 광반사층과 이격되어 위치하며 상기 입사광을 반사 또는 회절시키는 하부 광반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 릴레이 광학계에 포함된 렌즈는 4 개인 것을 특징으로 하는 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 한 개 이상의 렌즈 중 하나의 렌즈의 위치를 변화시켜 상기 변조광이 일정한 초점에 맺히도록 하는 것을 특징으로 하는 영상 왜곡 보정 디스플레이 장치.

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