KR101004572B1 - 2단 프로젝션 아키텍처 - Google Patents

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Abstract

2단 광 프로젝션 시스템은 변조된 휘도를 가지는 광 픽셀들의 매트릭스를 포함하는 이미지를 투사하기 위하여 제공된다. 제 1 이미저는 제 1 출력 매트릭스를 제공하기 위하여 이미지의 각각의 픽셀에 제공된 그레이 스케일 값들에 비례하여 픽셀 단위로 광 대역를 변조하도록 구성된다. 제 2 이미저는 상기 이미지의 각각의 픽셀에 제공된 제 2 그레이 스케일 값에 비례하여 픽셀 단위로 변조된 픽셀들의 상기 제 1 출력 매트릭스를 수신하고, 상기 제 1 이미저로부터의 개별 변조된 광의 픽셀들을 변조하도록 위치되고 구성된다. 단일 가우스 렌즈 세트 및 시스템 스톱에 위치된 미러를 가지는 릴레이 렌즈 시스템은 픽셀 단위로 상기 제 1 이미저로부터 상기 제 2 이미저의 대응 픽셀들 상으로 변조된 광 출력을 포커싱한다.
Figure R1020057010186
광 대역, 그레이 스케일 값, 이미저, 릴레이 렌즈 시스템, 광 출력

Description

2단 프로젝션 아키텍처{Two-stage projection architecture}
관련 출원들과의 상호 참조
본 출원은, 여기서 참조에 의해 전체적으로 통합되는, 2002년 12월 4일에 출원된 발명의 명칭이 "간소화된 2단 프로젝터 아키텍쳐(SIMPLIFIED 2-STAGE PROJECTOR ARCHITECTURE)"인, 미국 가 특허 출원 제 60/430,996호(대리인 참조 번호 PU020474)의 이익을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 광 프로젝션 시스템에 관한 것이고, 특히 2단 프로젝션 아키텍처에 관한 것이다.
액정 디스플레이들(LCD들), 및 특히 반사형 광 엔진 또는 이미저를 사용하는 실리콘 상의 액정(LCOS: liquid crystal on silicon) 시스템들은 리어 프로젝션 텔레비젼(RPTV: rear projection television)과 같은 이미징 디바이스들에서 점점 우세해지고 있다. LCOS 시스템에서, 투사된 광은 편광 빔 분할기(PBS: polarizing beam splitter)에 의해 편광되고, 픽셀들의 매트릭스를 포함하는 LCOS 이미저 또는 광 엔진 상으로 안내된다. 본 명세서를 통하여, 그리고 관련된 기술의 관례에 일관적으로, 용어 픽셀은 이미지, 광 전송의 대응 부분, 및 그 광 전송을 생성하는 이미저의 부분의 작은 영역 또는 점을 나타내기 위하여 사용되었다.
이미저의 각각의 픽셀은 불연속의 변조된 광 신호들 또는 픽셀들의 매트릭스 를 형성하기 위하여 이미저 또는 광 엔진으로의 그레이 스케일 인자 입력에 따라 상기 각각의 픽셀 상에 입사하는 광을 변조한다. 변조된 광 신호들의 매트릭스는 이미저로부터 반사되거나 출력되고, 상기 변조된 광 신호를 디스플레이 스크린 상에 투사하고 가시적인 이미지를 형성하기 위하여 광의 픽셀들을 조합하는 프로젝션 렌즈들의 시스템으로 안내된다. 이 시스템에서, 픽셀 마다의 그레이 스케일 변경은 이미지 신호를 처리하기 위하여 사용되는 비트들의 수에 의해 제한된다. 밝은 상태(즉, 최대 광)에서부터 어두운 상태(최소 광)까지의 콘트라스트 비는 이미저에서 광의 누설(leakage)에 의해 제한된다.
현존하는 LCOS 시스템들의 주요 단점들 중 하나는 어두운 상태에서 광량을 감소시키는 데 있어서의 어려움과, 뛰어난 콘트라스트 비들을 제공하는 데 있어서의 결과적인 어려움이다. 이는 부분적으로, LCOS 시스템들에 고유한 광의 누설로 인한 것이다.
부가적으로, 입력은 광의 전체 스케일을 기술하여야 하는 비트들의 고정된 수(예를 들어, 8, 10 등)이므로, 화상의 더 어두운 영역들에서 미묘한 차이들을 기술하기 위하여 사용가능한 비트들이기 매우 적은 경향이 있다. 이것은 콘투어링 아티팩트들(contouring artifacts)을 야기할 수 있다.
어두운 상태에서 LCOS에서의 콘트라스트를 향상시키는 하나의 접근법은 COLORSWITCHTM을 사용하거나, 그 특정 프레임에서 최대 값에 기초하여 전체 화상을 스케일링하는 유사한 디바이스를 사용하는 것이다. 이것은 어떤 화상들을 개선하지 만, 높고 낮은 광 레벨들을 포함하는 화상들에 대하여는 별로 개선하지 못 한다. 문제점을 해결하기 다른 시도들이 더 좋은 이미저들 등을 만드는 방향으로 지향되어 왔지만, 이들은 기껏해야 부가적인(incremental) 개선들이다.
특히 어두운 상태에서 비디오 이미지들에 대한 콘트라스트 비를 향상시키고, 콘투어링 아티팩트들을 감소시키는 프로젝션 시스템이 필요하다.
발명의 요약
본 발명은, 2단 프로젝션 아키텍쳐를 사용하여 픽셀 단위로 광 신호의 개선된 콘트라스트 및 콘투어링을 제공하여 모든 비디오 화상들을 개선하는 프로젝션 시스템을 제공한다. 제 1 이미저는 제 1 출력 매트릭스를 제공하기 위하여 이미지의 각각의 픽셀에 제공된 그레이 스케일 값들에 비례하여 픽셀 단위로 광 대역을 변조하도록 구성된다. 제 2 이미저는 상기 제 1 출력 매트릭스를 수신하고, 각각의 픽셀에 제공된 제 2 그레이 스케일 값에 비례하여 픽셀 단위로 상기 제 1 이미저로부터의 개별 변조된 광의 픽셀들을 변조하도록 위치되고 구성된다. 단일 가우스 렌즈 세트 및 시스템 스톱에 위치된 미러를 가지는 릴레이 렌즈 시스템은 픽셀 단위로 상기 제 1 이미저로부터의 변조된 광 출력을 상기 제 2 이미저의 대응 픽셀들 상으로 포커싱한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 2단 프로젝션 아키텍쳐를 가진 LCOS 프로젝션 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명에 따라 예시적인 2단 프로젝션 시스템을 도시한 도면.
도 3은 폴딩되지 않은(unfolded) 대칭적인 렌즈 시스템을 가진 도 2의 프로젝션 시스템에 대한 동등한 프로젝션 시스템을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따라 예시적인 간소화된 2단 프로젝션 아키텍쳐에 대한 밝은 상태 광 경로를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따라 예시적인 간소화된 2단 프로젝션 아키텍쳐에 대한 어두운 상태에서 광 누설을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따라 예시적인 간소화된 2단 프로젝션 아키텍쳐에 대한 필드 굴곡 왜곡을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따라 예시적인 간소화된 2단 프로젝션 아키텍쳐에 대한 모듈러스 전달 함수를 도시한 도면.
본 발명은, 개선된 콘트라스트 비 및 감소된 콘투어링을 가진, 예컨대 텔레비전 디스플레이용의, 프로젝션 시스템을 제공한다. 도 1에 도시된, 예시적인 LCOS-LCOS(LCOS-to-LCOS) 프로젝션 시스템에서, 백색 광(1)이 램프(10)에 의해 생성된다. 램프(10)는 LCOS 시스템에서 사용되기에 적합한 임의의 램프일 수 있다. 예를 들어, 쇼트-아크(short-arc) 수은 램프가 사용될 수 있다. 백색 광(1)은 프로젝션 시스템(30)을 향하여 백색 광(1)의 텔레센트릭 빔(telecentric beam)을 안내하는 인테그레이터(integrator: 20)에 진입한다. 백색 광(1)은 컴포넌트, 광 2의 적색, 녹색 및 청색(RGB) 대역들로 분할된다. RGB 광(2)은 다이크로익 미러들(dichroic mirrors)(도시되지 않음)에 의해 분할될 수 있고, 변조를 위하여 분할된 적색, 녹색, 및 청색 프로젝션 시스템들(30)로 안내될 수 있다. 변조된 RGB 광(2)은 그후, 프리즘 어셈블리(prism assembly)(도시되지 않음)에 의해 재조합되고, 프로젝션 렌즈 어셈블리(40)에 의해 디스플레이 스크린(도시되지 않음) 상에 투사된다.
대안으로, 백색 광(1)은 타임 도메인에서 예를 들어, 컬러 휠(color wheel)(도시되지 않음)에 의해서, 광(2)의 RGB 대역들로 분할될 수 있고, 따라서, 한번에 하나씩 단일 LCOS-LCOS 프로젝션 시스템(30)으로 안내될 수 있다.
본 발명에 따라 예시적인 LCOS-LCOS 프로젝션 시스템(30)은 2단 프로젝션 아키텍쳐를 사용한다. 도 2의 단색의 RGB 대역들은 픽셀 단위로 2개의 상이한 이미저들(50, 60)에 의해 순차적으로 변조된다. 광(2)의 RGB 대역들은 p-편광된 컴포넌트(3) 및 s-편광된 컴포넌트(4)(도시되지 않음)를 포함한다. 광(2)의 이들 RGB 대역들은 제 1 PBS(71)의 제 1 표면(71a)에 진입하고, 상기 제 1 PBS(71) 내에서 편광 표면(71p)에 의해 편광된다. 편광 표면(71p)은 광(2)의 RGB 대역들의 p-편광된 컴포넌트(3)로 하여금 상기 제 1 PBS(71)를 통하여 제 2 표면(71b)으로 투과하는 것을 허용하는 반면에, 제 4 표면(71d)을 통하여 제 1 PBS(71)의 외부로 투과하는 프로젝션 경로로부터 떨어져, 비스듬히 s-편광된 컴포넌트를 반사한다. 제 1 이미저(50)은, 광의 RGB 대역들이 제 1 PBS(71)에 진입하는 제 1 페이스(face: 71a)에 반대인 제 1 PBS(71)의 제 2 표면(71b)의 너머에 배치된다. PBS(71)를 통과하는 p-편광된 컴포넌트(3)는 따라서, 제 1 이미저(50)에 입사한다.
도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 제 1 이미저(50)는 디스플레이 이미지(도시되지 않음)의 픽셀들에 대응하는 편광된 액정들의 매트릭스를 포함하는 LCOS 이미저이다. 이들 결정들은, 상기 결정들의 오리엔테이션에 따라, 광을 전송하고, 상기 오리엔테이션은 제 1 이미저(50)에 제공되는 신호에 의해 생성되는 전기장의 강도에 따라 차례로 변한다. 이미저 픽셀들은 각각의 개별 픽셀에 대하여 제 1 이미저(50)에 제공되는 그레이 스케일 값에 비례하여 픽셀 단위로 p-편광된 광(3)을 변조한다. 개별 픽셀들의 변조의 결과로, 제 1 이미저(50)는 픽셀들의 매트릭스 또는 광의 불연속 점들을 포함하는 제 1 광 매트릭스(5)를 제공한다. 제 1 광 매트릭스(5)는 제 1 이미저(50)로부터 제 1 PBS(71)의 제 2 표면(71b)의 뒤를 통하여 반사된 변조된 s-편광된 광의 출력이며, 여기서, 그것은 제 3 표면(71c)을 통하여 제 1 PBS(71)의 외부로 편광 표면(71p)에 의해 비스듬히 반사된다. 제 1 광 매트릭스(5)의 각각의 픽셀은 제 1 이미저(50)에서 그 픽셀에 제공된 개별 그레이 스케일 값에 비례하여 세기 또는 휘도를 가진다.
s-편광된 광의 제 1 광 매트릭스(5)는 릴레이 렌즈 시스템(80)을 통하여 PBS(71)에 의해 반사되고, 이것은 제 1 광 매트릭스(5)의 1대1 전송을 제공한다. 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 릴레이 렌즈 시스템(80)은 렌즈 세트를 통하여 이미지를 다시 반사하기 위하여 단일 가우스 렌즈 세트 및 미러(83)을 포함한다. 이 단일 가우스 렌즈 세트는 제 1 이미저(50)에서의 각각의 픽셀의 출력이 제 2 이미저(60)의 대응하는 픽셀 상에 투사되도록 약 -1의 배율을 가지며 전송되는 낮은 왜곡률의 이미지를 제공하도록 구성된 구면(spherical) 렌즈(81) 및 아크로매틱(acromatic) 렌즈(82)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 릴레이 렌즈 시스템(80)은 초점 또는 렌즈 시스템(80)에 대한 시스템 스톱에 위치한 미러(83), 제 1 PBS(71)와 미러(83) 간에 위치한 구면 렌즈(81) 및 구면 렌즈(81)와 미러(83) 간에 아크로매틱 렌즈(82)를 포함한다. 발명자들은, 이미지가 렌즈들(81, 82)을 통과하고, 미러(83)에 의해 반사되며, 반대 순서로 렌즈들(81, 82)을 통하여 다시 투과하도록, 프로젝션 시스템(30)의 프로젝션 경로가 폴딩될 수 있다고 결정하였다. 낮은 왜곡율 및 높은 광학 전달 함수 모듈러스를 가진 폴딩된 프로젝션 경로를 통하여 이미지를 릴레이하기 위하여, 본 발명자들은 렌즈 스톱에 대하여 대칭인 동등한 렌즈 시스템이 개발되어야 한다고 결정했다.
동등한 렌즈 시스템(80')이 도 3에서 도시된다. 동등한 렌즈 시스템(80')은 미러가 없는 시스템 스톱(83')을 가진, 위에서 기술된 단일 가우스 렌즈 세트의 구면 렌즈(81) 및 아크로매틱 렌즈(82)를 포함한다. 시스템 스톱(83')과 제 2 이미저(72) 간에서, 동등한 렌즈 시스템(80')은 동등한 아크로매틱 렌즈(82') 및 동등한 구면 렌즈(81')를 포함한다. 동등한 아크로매틱 렌즈(82') 및 동등한 구면 렌즈(81')는 반대 방향으로 그들을 통과하는 이미지를 가진 각각의 아크로매틱 렌즈(82) 및 구면 렌즈(81)이다. 구면 렌즈(81)는 제 1 PBS(71)로부터의 발산 광 패턴을 동등한 렌즈 시스템(80')의 광 축을 향하여 수렴하는 광 패턴으로 벤딩(bend)하는 제 1 표면(81a) 및 제 2 표면(81b)을 가진다. 아크로매틱 렌즈(82)는, 구면 렌즈(81)로부터 시스템 스톱(83') 상으로의 수렴 광 패턴을 포커싱시키는 제 1 표면(82a), 제 2 표면(82b), 및 제 3 표면(82c)을 가진다. 시스템 스톱(83')에서, 광 패턴은 인버팅되고 발산한다. 제 1 표면(82c), 제 2 표면(82b) 및 제 3 표면(82a)를 가지는 동등한 아크로매틱 렌즈(82')는 아크로매틱 렌즈(82)의 반대이다(즉, 동등한 아크로매틱 렌즈(82')의 제 1 표면(82c)은 아크로매틱 렌즈(82)의 제 3 표면(82c)과 동일하고 동등한 아크로매틱 렌즈(82')의 제 3 표면(82a)은 아크로매틱 렌즈(82)의 제 1 표면(82a)과 동일하도록 반대로 돌려진 동일 렌즈). 동등한 아크로매틱 렌즈(82')의 표면들(82c, 82b 및 82a)은 발산 광 패턴을 동등한 구면 렌즈(81') 상으로 분포한다. 제 1 표면(81b) 및 제 2 표면(81a)을 가진 동등한 구면 렌즈(81')는 구면 렌즈(81)의 반대이다. 표면들(81b 및 81a)은 제 1 이미저(50)로부터의 물체 또는 픽셀들의 매트릭스에 1대1 대응을 가지는 제 2 이미저(60) 상에 인버팅된 이미지를 형성하기 위하여 수렴하도록 광 패턴을 벤딩한다. 동등한 릴레이 렌즈 시스템(80')의 표면들은 제 1 이미저(50) 및 제 2 이미저(60)의 픽셀들의 1대1 대응을 달성하기 위하여 이미저들(50, 60) 및 PBS들(71, 72)과 함께 작동하도록 구성된다. 동등한 릴레이 렌즈 시스템(80')을 사용하여, 예시적인 2단 프로젝션 시스템(30)의 표면들의 요약은 테이블 1에 제공된다. 이들 예시적인 렌즈 표면들은 ZEMAXTM 소프트웨어 및 발명자들에 의해 결정된 새로운 특징들을 사용하여 발명자들에 의해 개발되었다. 다양한 수정들이 비용, 크기, 휘도 레벨들, 및 다른 디자인 요소들과 같은 요소들에 기초하여 이 예시적인 프로젝션 시스템에 대하여 만들어질 수 있다.
Figure 112005029792031-pct00001
위에서 설명된 바와 같은 제 1 광 매트릭스(5)는 변조된 s-편광된 광을 포함한다. 미러(83)에 의해 반사된 후에 제 1 PBS(71)을 통과되기 위하여, 제 1 광 매트릭스(5)는 인버팅된 제 1 광 매트릭스(5')로 인버팅되어야 한다. 이는 예를 들어, 렌즈들(81, 82)과 미러(83) 간의 쿼터 웨이브 플레이트(QWP: Quarter Wave Plate)(88)를 위치시킴으로써 이행될 수 있다. 예시적인 실시예에서, QWP(88)는 미러(83) 상에 라미네이팅된(laminated) 광대역(broadband) QWP이다. 프로젝션 경로가 QWP(88)를 두번 통과하기 때문에, 제 1 광 매트릭스(5)는 인버팅된 제 1 광 매트릭스(5')로 인버팅된다. 인버팅된 제 1 광 매트릭스(5)가 동등한 릴레이 렌즈 시스템(80')을 떠난 후에, 그것은 표면(71c)으로부터 표면(71d)으로 제 1 PBS(71)을 통하여 다시 투과하고, 제 1 표면(72a)을 통하여 제 2 PBS(72)로 진입하여 표면(72b)을 통하여 제 2 이미저(60) 상으로 나간다. 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 제 2 이미저(60)는, 각각의 개별 픽셀에 대하여 제 2 이미저(60)에 제공되는 그레이 스케일 값에 비례하여, 픽셀 단위로 사전 변조되고 인버팅된 제 1 광 매트릭스(5')를 변조하는 LCOS 이미저이다. 제 2 이미저(60)의 픽셀들은 제 1 이미저(50)의 픽셀들 및 디스플레이 이미지의 픽셀들과 1대1 대응에 기초하여 대응한다. 따라서, 제 2 이미저(60)로의 특정 픽셀(i,j)의 입력은 제 1 이미저(50)의 대응하는 픽셀(i,j)로부터의 출력이다.
그 후, 제 2 이미저(60)는 p-편광된 광의 출력 매트릭스(6)를 생성한다. 출력 매트릭스(6)에서 광의 각각의 픽셀은 제 2 이미저(60)의 상기 픽셀에 대하여 이미저에 제공된 그레이 스케일 값 만큼 세기에서 변조된다. 따라서, 출력 매트릭스(6)의 특정 픽셀(i,j)은 제 1 이미저로의 그 대응하는 픽셀(i,j)1 및 제 2 이미저(60)로의 그 대응하는 픽셀(i,j)2 의 양측 그레이 스케일 값에 비례하는 세기를 가질 수 있다.
특정 픽셀(i,j)의 광 출력(L)은 제 1 이미저(50)의 주어진 픽셀 상에 입사하는 광, 제 1 이미저(50)에서 주어진 픽셀을 위하여 선택된 그레이 스케일 값, 및 제 2 이미저(60)에서 선택된 그레이 스케일 값의 곱에 의해서 주어진다,
L=L0xG1xG2.
L0는 주어진 픽셀을 위한 상수이다(램프(10) 및 조명 시스템의 함수임). 따라서, 광 출력(L)은 각각의 이미저(50, 60) 상의 이 픽셀들을 위하여 선택된 그레이 스케일 값들에 의해 실질적으로 일차적으로 결정된다. 예를 들어, 그레이 스케일들을 최대 1로 표준화하고 각각의 이미저가 매우 적당한 200:1의 콘트라스트 비를 가진다고 가정하면, 픽셀(i,j)의 밝은 상태는 1 이고, 픽셀(i,j)의 어두운 상태는 1/200이다(누설 때문에 0은 아님). 따라서, 2단 프로젝터 아키텍쳐는 40,000:1의 휘도 범위를 가진다.
Lmax=1x1=1;
Lmin=.005x.005=.000025
이들 제한들에 의해 정의된 휘도 범위는 1/.000025:1 또는 40,000:1의 콘트라스트 비를 제공한다. 중요하게, 가설의 이미저가 현존하는 단일 이미저 아키텍쳐에 사용되었다면, 예시적인 2단 프로젝터 아키텍쳐는 밝은 상태의 200 분의 1이기보다 단지 밝은 상태의 휘도의 40000 분의 1일 것이다. 당업자들에게 이해되는 바와 같이, 낮은 콘트라스트 비를 가진 이미저는 높은 콘트라스트 비를 가진 이미저보다 상당히 저렴한 비용으로 제공될 수 있다. 따라서, 200:1의 콘트라스트 비를 가진 2개의 이미저들을 사용하는 2단 프로젝션 시스템은 40,000:1의 콘트라스트 비를 제공할 것이지만, 500:1을 가진 훨씬 비싼 이미저를 사용하는 1단 프로젝션 시스템은 단지 500:1의 콘트라스트를 제공할 것이다. 또한, 500:1 콘트라스트 비를 가지는 하나의 이미저 및 200:1 비율을 가지는 저렴한 이미저를 갖는 2단 프로젝션 시스템은 100,000:1의 시스템 콘트라스트 비를 가질 것이다. 따라서, 비용/성능 트레이드-오프는 최적 프로젝션 시스템을 생성하기 위하여 수행될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 출력 매트릭스(6)는 제 2 표면(72b)을 통하여 제 2 PBS(72)에 진입한다. 제 2 PBS(72)는 제 3 표면(72c)을 통하여 s-편광된 출력 매트릭스(6)를 반사하는 편광 표면(72p)을 가진다. 출력 매트릭스(6)가 제 2 PBS(72)를 떠난 후에, 그것은 프로젝션 렌즈 어셈블리(40)에 진입하고, 시청을 위해 디스플레이 이미지(7)를 스크린(도시되지 않음) 상에 투사한다.
밝은 상태 프로젝션 경로 및 누설 경로는 도 4 및 5에 각각 도시된다. 우선 도 4를 참조하면, 편광 빔 분할기들(PBS)(71, 72)은 p-편광된 광을 곧바로 투과하고, s-편광된 광을 편향시킨다. 제 1 이미저(50)의 픽셀이 밝은 상태로 설정되면, 그것은 입사 p-편광된 광을 s-편광된 광으로 인버팅하고, 이 s-편광된 광을 반사한다. 그후, 제 1 PBS(71)는 렌즈들, 쿼터 웨이브 플레이트, 및 미러를 포함하는 2단 프로젝션 시스템(30)을 향하여 s-편광된 광을 편향시킨다. 광이 쿼터 웨이브 플레이트를 통하여 두번 투과하기 때문에, 그것은 반파장에서 p-편광된 광으로 인버팅되고, 상기 p-편광된 광은 PBS들(71,72) 모두를 통하여 제 2 이미저(60) 상으로 투과한다. 제 2 이미저(60)는, 제 2 PBS(72)에 의해서 프로젝션 렌즈 시스템(도시되지 않음)을 향하여 편향되는 s-편광된 광으로서 광을 인버팅하고 반사한다.
도 5를 참조하면, 제 1 이미저의 픽셀이 어두운 상태로 설정되면, 대부분의 p-편광된 광은 제 1 이미저(50)에 의해 전송 및 반사되지 않는다. 광의 작은 일부는 이미저(50)를 통하여 p-편광된 제 1 누설(5')로 누설된다. 대부분의 이 p-편광된 제 1 누설(5')은 제 1 PBS(71)을 통과한다. 그러나, 작은 제 2 누설(5")은 프로젝션 시스템(30) 상으로 편향되고, 여기서, 그것은 s-편광된 광 제 2 누설(5'")로 인버팅된다. 대부분의 s-편광된 제 2 누설(5'")은 제 1 PBS(71)에 의해서 편향되지만, 작은 일부는 제 1 PBS(71)를 통하여 제 3 누설(5"")로서 투과한다. 제 2 PBS(72)는 대부분의 제 3 누설(5"")을 편향시키지만, 작은 일부는 제 2 PBS(72)를 통하여 제 2 이미저(60) 상으로 s-편광된 제 4 누설(5""')로 투과한다. 제 2 이미저(60)는, s-편광된 제 4 누설(5""')이 s-편광된 광이기 때문에, s-편광된 제 4 누설(5""')을 인버팅하지 않고 반사하고, 제 2 PBS(72)는 프로젝션 렌즈 시스템(도시되지 않음)을 향하여 s-편광된 광을 편향시킨다. 따라서, 어두운 상태에서, 프로젝션 렌즈 시스템에 도달하기 위하여, 광은 제 1 이미저를 통하여 한번, 제 1 PBS를 통하여 두번, 그리고 제 2 PBS를 통하여 한번 누설되어야 한다. 제 1 이미저(50) 및 PBS들(71,72) 각각이 0.05의 누설을 가진다면, 예를 들어, 넷 누설(net leakage)은 0.054 또는 6.25EE-06일 것이다.
위에 기술된 바와 같이, 테이블(1)에 요약된 렌즈 시스템(80)은 발명자들에 의해 고안된 시스템 제약들 하에서 ZEMAXTM 소프트웨어 패키지를 사용하여 설계되었다. 이 예시적인 렌즈 시스템을 위하여, ZEMAXTM 소프트웨어 패키지를 사용하여 계산된 왜곡 및 변조 전달 함수는 각각 도 6 및 도 7에 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 왜곡은 0.05% 이하이고, 도 7에 도시된 바와 같이, 밀리미터 당 36 사이클들의 공간 주파수에서의 광학적 전달 함수는 0.6보다 크다.
다시 테이블(1)을 참조하면, 각각의 표면에 제공된 두께는 프로젝션 시스템 내에서 다음 표면까지의 거리이다. 따라서, 제 1 PBS(71)과 미러 간의 전체 거리는 37밀리미터보다 작고, 최대 치수를 따르는 프로젝션 시스템의 길이는 100밀리미터보다 작고, 매우 컴팩트한 프로젝션 시스템을 제공한다.
앞의 설명은 본 발명을 실용화하기 위한 일부 가능성들을 설명한다. 많은 다른 실시예들이 본 발명의 범위 및 의도 내에서 가능하다. 따라서, 앞의 설명은 제한적이라기보다 설명적으로 여겨지고, 본 발명의 범위는 등가물들의 전체 범위들과 함께 첨부된 청구범위에 의해 주어진다는 것이 의도된다.

Claims (17)

  1. 변조된 휘도를 갖는 픽셀들의 매트릭스를 포함하는 이미지를 투사하는 프로젝션 시스템에 있어서:
    제 1 출력 매트릭스를 제공하기 위하여 상기 이미지의 각각의 픽셀에 제공된 그레이 스케일 값들에 비례하여, 픽셀 단위로 광 대역(light band)을 변조하도록 구성된 제 1 이미저;
    변조된 광의 픽셀들의 상기 제 1 출력 매트릭스를 수신하고, 상기 이미지의 각각의 픽셀에 제공된 제 2 그레이 스케일 값에 비례하여 픽셀 단위로 상기 제 1 이미저로부터의 상기 개별 변조된 광의 픽셀들을 변조하도록 위치되고 구성된 제 2 이미저; 및
    픽셀 단위로 상기 제 1 이미저로부터 출력된 상기 변조된 광을 상기 제 2 이미저의 대응 픽셀들 상으로 포커싱하도록 구성된 릴레이 렌즈 시스템을 포함하고, 상기 릴레이 렌즈 시스템은 단일-가우스(single-gauss) 렌즈 세트, 및 상기 렌즈 세트가 상기 렌즈 세트를 통하여 상기 이미지를 다시 반사시키도록 시스템 스톱에 위치된 미러를 포함하는, 프로젝션 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈 시스템은 상기 단일-가우스 렌즈 세트와 상기 미러 간에 배치된 쿼터-웨이브 플레이트(quarter-wave plate)를 더 포함하는, 프로젝션 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미러와 상기 제 2 이미저 간에 배치된 제 1 및 제 2 편광 빔 분할기들(polarizing beam splitters)을 더 포함하는, 프로젝션 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 빔 분할기는 조명 소스(illumination source)와 상기 제 1 이미저 간에 배치되는, 프로젝션 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일-가우스 렌즈 세트는 단일 구면 렌즈(spherical lens) 및 아크로매틱 렌즈(acromatic lens)를 포함하고, 상기 아크로매틱 렌즈는 상기 단일 구면 렌즈와 상기 시스템 스톱 간에 배치되는, 프로젝션 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈 시스템은 밀리미터 당 36 사이클들의 공간 주파수에서 0.6보다 큰 광학 전달 함수를 가지고 0.05%보다 적은 왜곡률을 가지는, 프로젝션 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈 시스템은 -0.9995와 -1.0005 사이의 배율을 가지는, 프로젝션 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈 시스템은 1.05도보다 작은 입사 및 출사각 편차를 가지는 텔레센트릭시티(telecentricity)를 가지는, 프로젝션 시스템.
  9. 프로젝션 경로를 따라 이미지를 투사하기 위한 2단 프로젝션 시스템에 있어서,
    각각 픽셀들의 매트릭스를 포함하는 제 1 및 제 2 이미저들을 포함하고, 미러가 상기 이미저들 간의 상기 프로젝션 경로에 배치되며, 단일-가우스 렌즈 세트가 상기 프로젝션 경로 상에 광 축을 갖고 상기 미러와 상기 이미저들 간에 배치되어, 제 1 이미저의 출력이, 상기 제 1 이미저의 특정 픽셀의 출력을 상기 제 2 이미저 상의 대응 픽셀 상으로 포커싱하는 상기 단일-가우스 렌즈 세트의 상기 광 축을 따라 각각의 방향으로 한번씩 상기 단일-가우스 렌즈 세트를 통과하는, 2단 프로젝션 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 이미저들은 LCOS 이미저들이고, 제 1 및 제 2 편광 빔 분할기들은 상기 미러와 상기 제 2 이미저 간에 배치되는, 2단 프로젝션 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 빔 분할기는 조명 소스와 상기 제 1 이미저 간에 동시에 배치되는, 2단 프로젝션 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단일-가우스 렌즈 세트와 상기 미러 간에 배치되는 쿼터-웨이브 플레이트를 더 포함하는, 2단 프로젝션 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 단일-가우스 렌즈 세트는 단일 구면 렌즈 및 아크로매틱 렌즈를 포함하고, 상기 아크로매틱 렌즈는 상기 단일 구면 렌즈와 시스템 스톱 간에 배치되는, 2단 프로젝션 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 단일-가우스 렌즈 세트는 밀리미터 당 36 사이클들의 공간 주파수에서 0.6보다 큰 광학 전달 함수를 가지고 0.05%보다 적은 왜곡률을 가지는, 2단 프로젝션 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 단일-가우스 렌즈 세트는 -0.9995와 -1.0005 사이의 배율을 가지는, 2단 프로젝션 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 단일-가우스 렌즈 세트는 1.05도보다 작은 입사 및 출사각 편차를 가지는 텔레센트릭(telecentric)인, 2단 프로젝션 시스템.
  17. 제 9 항에 있어서,
    최대 치수를 갖는 상기 프로젝션 시스템의 길이는 100밀리미터보다 작은, 2단 프로젝션 시스템.
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