KR101945810B1 - 스캐닝 프로젝터 - Google Patents

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KR101945810B1
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 프로젝터는, 복수의 레이저 광원을 포함하는 광원부, 광원부에서 출력되는 광을 투과하거나 반사하는 복수의 미러를 포함하는 미러부, 미러부에서 투과되거나 반사된 광들을 합성하는 광합성기, 입사되는 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 멤스 스캐너, 및, 광합성기를 거친 광을 상기 스캐너로 반사하는 광 반사부를 포함하고, 광합성기는, 하나의 PBS(Polarization Beam Splitter)면과 하나의 1/2 파장판(HWP)을 포함할 수 있다.

Description

스캐닝 프로젝터{SCANNING PROJECTOR}
본 발명은 스캐닝 프로젝터 및 상기 스캐닝 프로젝터를 포함하는 선반 디스플레이 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 매장 및 상품에 관한 정보를 표시할 수 있는 스캐닝 프로젝터 및 상기 스캐닝 프로젝터를 포함하는 선반 디스플레이 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 진열대는 물건이나 상품을 놓고 진열할 수 있도록 하나 이상의 선반을 포함하고 있다. 단지 물건만 진열하는 선반의 경우, 선반이 물건의 적재 이외에 다른 역할을 하지 않으므로 물건 적재에 특화된 구조를 가지고 있다.
한편, 선반의 앞 또는 위에는, 매장에 관한 정보 또는 선반 상에 진열된 상품에 관한 정보를 포함하는 종이 프린트(print)물, 장식품 등이 부착되기도 한다.
이 경우에는 제공할 수 있는 정보의 종류 및 양에 한계가 있었다. 또한, 정보의 업데이트에도 불편함이 있었다.
따라서, 선반의 앞 또는 위에 소정 디스플레이 장치를 배치하여, 다양한 정보를 제공하는 진열대 및 진열 방법이 제안되었다.
디스플레이 장치 중 프로젝터(Projector)는 영상을 투사하는 장치로, 회의실의 프리젠테이션(presentation), 극장의 영사기, 가정의 홈시어터(home theater) 등을 구현하는데 이용될 수 있다.
스캐닝 프로젝터는, 스캐너를 이용하여, 스크린에 광을 스캐닝하여 영상을 구현할 수 있다.
스캐닝 프로젝터는, 다른 디스플레이 장치에 비하여, 대화면을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있어 다양한 목적의 디스플레이에서 그 이용이 증가하고 있다.
따라서, 고품질의 영상을 구현하면서도 컴팩트(campact) 디자인이 가능하고 방열 특성 등이 우수한 스캐닝 프로젝터의 구조에 관한 연구가 증가하고 있다.
본 발명의 목적은, 고품질의 영상 구현이 가능한 스캐닝 프로젝터, 및 스캐닝 프로젝터를 포함하는 선반 디스플레이 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 저전력으로 대화면을 구현할 수 있는 스캐닝 프로젝터, 및 스캐닝 프로젝터를 포함하는 선반 디스플레이 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 스펙클(Speckle)을 저감할 수 있고, 컴팩트(campact) 디자인이 가능한 스캐닝 프로젝터의 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 방열 특성 및 조립성이 우수한 스캐닝 프로젝터의 구조를 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 프로젝터는, 복수의 레이저 광원을 포함하는 광원부, 광원부에서 출력되는 광을 투과하거나 반사하는 복수의 미러를 포함하는 미러부, 미러부에서 투과되거나 반사된 광들을 합성하는 광합성기, 입사되는 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 멤스 스캐너, 및, 광합성기를 거친 광을 상기 스캐너로 반사하는 광 반사부를 포함하고, 광합성기는, 하나의 PBS(Polarization Beam Splitter)면과 하나의 1/2 파장판(HWP)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광합성기는 하나의 BS(Beam Splitter)면, 제1 반사면, 및 제2 반사면을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 1/2 파장판은, 상기 BS면과 상기 PBS면 사이에 배치되거나, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에 배치될 수 있고, 상기 1/2 파장판의 배치 위치는, 상기 광합성기의 배치 방향과 상기 레이저 광원이 출력하는 광의 편광에 따라 상이할 수 있다.
또한, 상기 BS면은, 상기 미러부에서 투과되거나 반사된 광들을 상기 1/2 파장판과 상기 제1 반사면으로 분배하고, 상기 1/2 파장판은 상기 BS면에서 분배된 광을 편광 변환하며, 상기 제1 반사면은 상기 BS면에서 분배된 광을 상기 제2 반사면으로 반사하고, 상기 제2 반사면은 상기 제1 반사면에서 반사된 광을 상기 PBS면으로 반사하며, 상기 PBS면은 상기 1/2 파장판에서 편광 변환된 광과 상기 제2 반사면에서 반사된 광을 합성하여 출력할 수 있다.
또는, 상기 BS면은, 상기 미러부에서 투과되거나 반사된 광들을 상기 PBS면과 상기 제1 반사면으로 분배하고, 상기 제1 반사면은 상기 BS면에서 분배된 광을 상기 1/2 파장판으로 반사하고, 상기 1/2 파장판은 상기 제1 반사면에서 반사된 광을 편광 변환하며, 상기 제2 반사면은 상기 1/2 파장판에서 편광 변환된 광을 상기 PBS면으로 반사하며, 상기 PBS면은 상기 BS면에서 분배된 광과 상기 제2 반사면에서 반사된 광을 합성하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 BS면과 상기 PBS면은, 광경로에 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
또는, 상기 1/2 파장판과 상기 PBS면은, 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
또한, 상기 광원부는 적색, 녹색, 청색 레이저 다이오드를 각각 하나 이상씩 포함하고, 상기 1/2 파장판으로 제1 적색, 제1 녹색, 제1 청색 레이저 다이오드에 대응하는 광이 입사되는 경우, 나머지 레이저 다이오드들에 대응하는 광은 상기 PBS면으로 입사되며, 상기 PBS면으로 제1 적색, 제1 녹색, 제1 청색 레이저 다이오드에 대응하는 광이 입사되는 경우, 나머지 레이저 다이오드들에 대응하는 광은 상기 1/2 파장판으로 입사될 수 있다.
또한, 상기 PBS면은, 상기 1/2 파장판에서 파장 변환된 광과 상기 미러부로부터 입사되는 광을 합성하여 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 프로젝터는, 상기 광합성기에서 출력되는 광의 광경로를 상기 광반사부로 변경하는 프리즘(prism) 소자를 더 포함하고, 상기 미러부는 상기 광합성기에서 출력되는 광을 상기 프리즘 소자로 반사하는 미러를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 프로젝터는, 상기 복수의 레이저 광원의 전방에 배치되는 복수의 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 프로젝터는, 상기 광합성기에서 출력되는 광의 광경로를 상기 광반사부로 변경하는 프리즘(prism) 소자를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 프로젝터는, 광을 감지하는 광 감지부, 상기 광원부에서 출력되는 광의 일부를 상기 광 감지부로 전달하는 필터부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 프로젝터는, 상기 스캐너 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 왜곡보정 광학계는, 상기 스캐너의 전면에 배치되는 프리즘과 상기 프리즘의 전면에 배치되는 발산 렌즈부를 포함할 수 있다.
상기 발산 렌즈부는 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성되는 발산렌즈와 적어도 일면이 비구면렌즈로 형성되는 색수차보정렌즈를 포함하거나, 하나의 비구면렌즈로 구성되고 상기 비구면렌즈의 전면은 후면보다 높은 차수의 비구면계수를 가지도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 미러부의 복수의 미러 중 가장 외곽에 배치되는 2개의 미러는 토탈 미러(Total mirror)이고, 나머지 미러들은 다이크로익(Dichroic) 미러일 수 있다.
본 발명에 따른 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 왜곡없는 고품질의 영상 구현이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 저전력으로 대화면을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 레이저 광원의 사용에 의한 스펙클(Speckle)을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 컴팩트(campact) 디자인의 스캐닝 프로젝터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 열 특성 및 조립성이 우수한 스캐닝 프로젝터를 제공할 수 있다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈의 표시 영상에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈의 분해 사시도이다.
도 7은 스캐닝 프로젝터의 개념도를 예시한다.
도 8은 스캐닝 프로젝터의 간략한 내부 구조도의 일예이다.
도 9는 스캐닝 프로젝터의 구동 신호 파형의 일예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터의 간략한 내부 블록도의 일예이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터의 분해 사시도이다.
도 12 내지 도 25는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 엔진의 구조 및 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 진열대에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈은 그 내부에 프로젝터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 프로젝터로 광 스캐너로 영상을 투사하는 스캐닝 프로젝터를 이용할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈(100)은, 수납 공간을 구비하는 선반 케이스(130), 상기 수납 공간의 전면에 배치되는 스크린(120) 및, 상기 수납 공간의 내부에 배치되고, 소정 영상을 상기 스크린(120)으로 투사하는 프로젝터(110)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스크린(120)은 상기 프로젝터(110)로부터 상기 프로젝터의(110) 영상 투사 방향, 즉 상기 수납 공간의 전면 방향으로 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
도 1은 선반 디스플레이 모듈(100)의 외관을 보여주기 위한 도면으로, 선반 케이스(130)의 상판 케이스(131)까지 도시하였다.
하지만, 도 2와 도 3은 선반 디스플레이 모듈(100)의 내부 수납 공간을 보여주기 위하여 상판 케이스(131)를 도시하지 않았다.
선반 케이스(130)의 상판 케이스(131)는 물품이 놓여지고, 물품을 지지하는 역할을 한다.
또한, 선반 케이스(130)의 하판 케이스(132)는 상판 케이스(131)와 함께 내부 수납 공간을 형성하고, 프로젝터(110)의 고정 및 상판 케이스(131), 측면판(133)을 지지할 수 있다.
하판 케이스(132)의 윗면은, 수납 공간의 내부 바닥면이 되고, 내부 바닥면에 프로젝터(110)를 배치할 수 있다.
한편. 선반 케이스(130)의 측면판(133)은 하판 케이스(132)와 일체형 혹은 분리형으로 구성 가능하며, 상판 케이스(131)/하판 케이스(132)와 함께 물품을 지지하는 역할을 할 수 있다.
선반 케이스(130)의 내부 수납 공간에는 프로젝터(110)가 배치된다.
스크린(120)은 프로젝터(110)의 전면, 즉, 영상 투사 방향으로 소정 거리 이격되어 배치되고, 프로젝터(110)에서 나온 영상을 표시할 수 있다.
현재 마트, 백화점 등 소매 시장(retail market)에서 가격 등 제품의 정보를 표시해주는 방법으로 종이(paper price tag)를 가장 많이 사용하고 있다.
한편, 종이 태그의 문제점은 가격 정보를 수시로 변경하고자 할 때, 수작업으로 인한 교체 시간 및 비용이 증가하며, 잦은 오류가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
종이 태그 대체 방안으로, 다양한 디스플레이 유닛을 이용하는 방안들이 제안되고 있다.
예를 들어, ESL (Electronic shelf label, 전자선반표시장치)를 이용하면, 중앙서버에서 가격 정보를 업데이트 가능하다.
하지만, e-ink로 구현되는 ESL은 검정(black)/회색(grey)/적색(red) 등 단색 표현만 가능하다는 단점과 정지화면만 디스플레이 가능하여 시인성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 액정 디스플레이 모듈(LCD)은, 진열대의 긴화면을 구현하기 위해 막대한 시설투자 필요하고 소비전력이 크다는 단점이 있다. 또한, 카트와의 충돌로 인한 파손 우려 및 교체비용이 크다는 단점이 있다.
본 발명은 기존 선반 가격 표시 방법들의 문제점을 개선하고자 프로젝터로 상품 정보 등을 표시할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 프로젝터 및 선반 디스플레이 모듈은 멤스 스캐너(micro-electro-mechenical syste(MEMS) scanner)를 이용하여 저전력으로 대화면이 구현이 가능하고, 가격 이외에도 진열되는 제품의 정보(e.g. 원산지), 이미지 및 영상을 표시할 수 있다.
도 2 내지 도 4을 참조하면, 선반 디스플레이 모듈은 프로젝터(110), 스크린(120), 선반 케이스(130)를 포함할 수 있다.
상기 프로젝터(110)는 멤스 스캐너 및 레이저 광원, 광학계 등 광학 부품을 구비하는 광학 엔진을 포함할 수 있다.
한편, 멤스 스캐너는 수직 및 수평 구동하여, 시야 범위(Field Of View: FOV, 190)를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈의 표시 영상에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 상품 'A'의 명칭, 가격 정보, 뿐만 아니라, 상품 'B'의 명칭, 'C'의 가격 정보도 함께 제공할 수도 있다. 즉, 서로 다른 여러 상품에 관련된 정보를 스크린(120)에 동시에 표시할 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 상품 'D'의 명칭, 가격 정보, 뿐만 아니라, 동영상 또는 정지영상을 함께 제공할 수도 있다. 동영상 또는 정지영상는 상품 'D' 또는 제조사 또는 매장과 관련된 영상일 수 있다.
또한, 소정 상품 'D'에 대한 할인 정보 등 추가 정보를 더 표시할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈의 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터(610)를 포함하는 선반 디스플레이 모듈(shelf display module)은, 내부에 수납 공간을 형성하는 선반 케이스(631a, 631b, 632, 633)와 상기 수납 공간의 전면에 배치되는 스크린(620)을 포함할 수 있다.
상기 선반 케이스는, 상기 프로젝터가 고정되는 하판 케이스(632), 상기 하판 케이스(632)와 상기 수납 공간을 형성하고 탈부착 가능한 상판 케이스(631a)를 포함할 수 있다.
상기 상판 케이스(631a)는 위에 상품을 놓고 진열할 수 있도록 평평한 형상을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈은, 상기 상판 케이스(631a)에서 분리 가능한 엔진 조립 커버(631b)를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 전체 상판 케이스를 제거하지 않고, 엔진 조립 커버(631b)만을 열어, 프로젝터(610) 및 프로젝터(610) 내부의 광학 엔진을 점검, 수리, 교체할 수 있다.
또한, 프로젝터(610)의 자세 조정 시에도 상판 케이스에서 엔진 조립 커버(631b)를 분리하여 작업할 수 있다.
실시예에 따라서는, 선반 케이스는 엔진 조립 커버(631b)를 더 포함하지 않고, 상판 케이스(631a)가 엔진 조립 커버(631b)가 있는 영역까지 평평하게 구성될 수 있다.
한편, 상기 상판 케이스(631a)와 하판 케이스(632)를 포함하는 선반 케이스는 일정한 부피를 가지고 내부에 프로젝터(610)를 수납할 수 있다.
한편. 선반 케이스의 측면판(633)은 하판 케이스(632)와 일체형 혹은 분리형으로 구성 가능하며, 상판 케이스(631)/하판 케이스(632)와 함께 물품을 지지하는 역할을 할 수 있다.
또한, 선반 케이스의 측면판(633)은 진열대와의 조립을 위한 체결부를 구비하거나, 체결 부재와 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈은, 상기 선반 케이스의 전면에 배치되는 스크린(620)을 포함할 수 있다, 여기서, 상기 스크린(620)은 투과형 스크린일 수 있다.
상기 선반 케이스의 수납 공간에 배치되는 프로젝터(610)는 소정 영상을 상기 스크린(620)으로 투사할 수 있다.
한편, 상기 프로젝터(610)는, 상기 선반 케이스의 내부 바닥면(632)에 배치될 수 있다. 상기 프로젝터(610)가 선반 디스플레이 모듈의 특정 위치에 부착되는 것보다, 상기 선반 케이스의 내부 바닥면(632)에 배치, 고정함으로써, 상기 프로젝터(610)를 더 안정적으로 고정할 수 있다.
한편, 상기 선반 케이스의 내부 바닥면(632)은 상기 선반 케이스의 하판 케이스(632)의 윗면일 수 있다.
한편, 상기 프로젝터(610)는, MEMS 스캐너를 포함하는 스캐닝 프로젝터일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈(shelf display module)은, 상기 상판 케이스(631a)와 상기 하판 케이스(632)의 상기 수납 공간의 전면 측 일면은 곡면으로 형성할 수 있다.
또한, 도 6과 같이, 스크린(620)은 곡면으로 배치될 수 있다.
한편, 선반 디스플레이 모듈은 내부 구획 및 격벽이나 보강 부재를 더 포함할 수 있다.
MEMS 스캐너는 수직/수평으로 구동하면서 빛을 투사하게 되는데, MEMS 스캐너와 스크린 사이의 거리가 일정할수록, 왜곡 없이 영상을 표시하고 영상 처리가 용이하다.
스크린(620) 및 선반 디스플레이 모듈의 전면이 평평하게 구성되는 경우에, MEMS 스캐너와 스크린(620)의 중앙 부분은 거리가 가장 짧고, 스크린(620)의 양 끝단은 거리가 가장 길게 된다. 이에 따라, 스크린(620)의 양 끝단에서는 영상의 밝기가 약하거나, 영상이 완전히 표시되지 않거나, 영상이 떨리는 등 화질 열화 현상이 나타날 수 있다.
본 발명은 상기 상판 케이스(631a)와 상기 하판 케이스(632)의 상기 수납 공간의 전면 측 일면을 곡면으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 스크린(620)도 곡면으로 배치, 고정이 가능하다.
따라서, 선반 디스플레이 모듈 내의 MEMS 스캐너의 위치를 원의 중심으로 볼 때, MEMS 스캐너의 위치로부터 소정 반지름을 가지는 원의 일부 영역에 대응하도록 스크린(620) 및 선반 디스플레이 모듈의 전면을 구성할 수 있다.
이에 따라, MEMS 스캐너와 스크린(620) 사이의 거리가 일정해지고, 스크린(620)의 양 끝단에서도 왜곡없는 영상을 구현할 수 있고, 화질 열화 현상을 방지할 수 있다.
MEMS 스캐너를 포함하는 스캐닝 프로젝터의 동작에 대해서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터의 개념도를 예시한다.
도 7을 참조하면, 스캐닝 프로젝터(110) 내의 스캐너(240)는, 입력되는 광을, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부 스캔 영역에 출력할 수 있다.
도 7에서는 스크린(202)의 투사 영역에, 스캐닝 프로젝터(110)로부터 가시광(RGB)에 기초한 투사 영상이 출력되는 것을 예시한다.
도 7을 참조하면, 스캐닝 프로젝터(110)는, 복수의 광원(210r, 210g, 210b), 광 반사부(223), 광파장 분리부(224, 224), 스캐너(240)를 포함할 수 있다.
한편, 광원(210r, 210g, 210b)은, 외부 대상물에, 광 투사를 위해, 광의 시준성이 중요하며, 이를 위해, 레이저 다이오드를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 예가 가능하다.
한편, 광원(210r, 210g, 210b), 청색 단일광을 출력하는 청색 레이저 다이오드(210b), 녹색 단일광을 출력하는 녹색 레이저 다이오드(210g), 적색 단일광을 출력하는 적색 레이저 다이오드(210r)를 포함할 수 있다.
한편, 도 7에서는, 파장이 짧은 청색 레이저 다이오드(210b)가 스캐너(240)에서 가장 멀리 배치되고, 순차적으로, 녹색 레이저 다이오드(215r)와 적색 레이저 다이오드(215g)가 배치되는 것을 예시한다.
도 7과 같이, 스캐닝 프로젝터(110)는 3개의 광원(210r, 210g, 210b)을 포함할 수 있고, 그 외 다양한 개수의 광원을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 광원 및 광학 부품들의 배치 순서와 위치는 설계에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 소정 광원(210b)에서 출력되는 광은, 토탈 미러(223)에서 반사되고, 광파장 분리부(224)에서 투과되어, 스캐너(240)로 입사될 수 있다.
또한, 소정 광원(210g)에서 출력되는 광은, 광파장 분리부(224)에서 반사되고, 광파장 분리부(225)에서 투과되어, 스캐너(240)로 입사될 수 있다.
또한, 소정 광원(210r)에서 출력되는 광은, 광파장 분리부(225)에서 반사되어, 스캐너(240)로 입사될 수 있다.
광파장 분리부(224, 225)는, 광 파장 별로, 반사 또는 투과가 가능한 것으로서, 예를 들어, 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)로 구현될 수 있다.
한편, 어느 하나의 광원의 파장이 다른 광원의 파장보다 더 짧은 경우, 광파장 분리부(224, 225)는, 더 짧은 파장의 광은 투과시키고, 더 긴 파장의 광은 반사시킬 수 있다.
한편, 스캐너(240)는, 광원(210r, 210g, 210b)으로부터의 출력광을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다.
스캐너(240)는, 광합성부에서 합성된 광을, 입력받아, 수평 방향 및 수직 방향으로 투사한다. 예를 들어, 스캐너(240)는, 제1 라인에 대해 수평 방향으로 합성된 광을 투사(수평 스캐닝)하며, 제1 라인 하의 제2 라인으로 수직 이동(수직 스캐닝)한다. 이후, 다시 제2 라인에 대해 수평 방향으로 합성된 광을 투사(수평 스캐닝)할 수 있다. 이러한 방식에 따라, 스캐너(240)는, 표시할 영상을 스크린(202)의 전 영역에 투사할 수 있게 된다.
도 7과 같이, 스캐너(240)는, 스캐닝 가능한 영역을 중심으로, 좌에서 우로 수평 스캐닝을 수행하고, 상에서 하로 수직 스캐닝을 수행하며, 다시 우에서 좌로 수평 스캐닝을 수행하고, 다시 상에서 하로 수직 스캐닝을 수행할 수 있다. 또한, 이와 같은 스캐닝 동작을, 투사 영역의 전체에 대해, 반복하여 수행할 수 있다.
도 8은 스캐닝 프로젝터의 간략한 내부 구조도의 일예이다.
도 8을 참조하면, 스캐닝 프로젝터(110)는, 복수의 광원을 구비하는 광원부(210)를 포함할 수 있다. 즉, 적색 광원부(210R), 녹색 광원부(210G), 청색 광원부(210B)를 구비할 수 있다. 한편, 광원부(210R, 210G, 210B)는, 레이저 다이오드를 구비할 수 있다.
한편, 각 광원부(210R, 210G, 210B)는, 광원 구동부(185)로부터의 전기 신호에 의해, 구동될 수 있다. 이러한 광원 구동부(185)의 전기 신호는 프로세서(170)의 제어에 의해, 생성될 수 있다.
광원부(210)에서 출력되는 광은 광학계를 거쳐 광 스캐너(240)로 전달될 수 있다.
각 광원부(210R, 210G, 210B)에서 출력되는 광들은, 집광부(222) 내의 각 집광 렌즈(collimating lens)를 통해, 시준될 수 있다(collimate).
광합성부(221)는, 각 광원부(210R, 210G, 210B)에서 출력되는 광을 합성하여 일 방향으로 출력한다.
이를 위해, 광합성부(221)는, 소정 개수의 미러(mirror)(221a, 221b, 221c)를 구비할 수 있다. 또한, 광합성부(221)는 다수의 미러를 포함하므로 미러부로도 명명될 수 있다.
예를 들어, 제1 광합성부(221a), 제2 광합성부(221b), 및 제3 광합성부(221c)는, 각각, 적색 광원부(210R)에서 출력되는 적색광, 녹색 광원부(210G)에서 출력되는 녹색광, 청색 광원부(210B)에서 출력되는 청색광을, 스캐너(240) 방향으로 출력하도록 할 수 있다.
광반사부(226)는, 광합성부(221)를 통과한 적색광, 녹색광, 청색을 스캐너(240) 방향으로 반사시킨다. 광반사부(226)는, 다양한 파장의 광을 반사시키며, 이를 위해, 토탈 미러(Total Mirror, TM)로 구현될 수 있다.
한편, 스캐너(240)는, 광원부(210)으로부터의 가시광(RGB)을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 스캐닝 동작을, 외부 스캔 영역의 전체에 대해, 반복하여 수행할 수 있다.
특히, 스캐너(240)에서 출력되는 가시광(RGB)은, 스크린(202)의 투사 영역에 출력될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 투사 영상이 표시되는 스크린(202)이 자유 곡면(free-form)을 가져도, 해당 스크린의 곡면에 대응하여, 투사 영상을 표시하는 것이 가능하다.
한편, 도 8을 참조하면, 프로세서(170)는, 스캐닝 프로젝터(110)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 스캐닝 프로젝터(110) 내의 각 유닛의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(170)는, 외부로부터 수신되는 비디오 영상을, 투사 영상으로서, 외부 스캔 영역에 출력되도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 프로세서(170)는, R, G, B 등의 가시광을 출력하는 광원부(210)를 제어하는 광원 구동부(185)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 광원 구동부(185)에, 표시할 비디오 영상에 대응하는 R, G, B 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(170)는, 스캐너(240)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부에 출력하도록 제어할 수 있다.
광원부(210)는, 청색 단일광을 출력하는 청색 광원부, 녹색 단일광을 출력하는 녹색 광원부, 및 적색 단일광을 출력하는 적색 광원부를 포함할 수 있다. 또한, 광원부(210)는, 적외선 방식의 출력광을 출력하는 출력광 광원부(210IR)를 구비할 수 있다. 이때, 각 광원부는, 레이저 다이오드로 구현될 수 있다. 또는, LED로 구현될 수도 있다.
광원 구동부(185)는, 프로세서(170)로부터 수신되는 R, G, B 신호에 대응하여, 광원 구동부(185) 내의 적색 광원부, 녹색 광원부, 청색 광원부에서, 각각 적색광, 녹색광, 청색광이 출력되도록 제어할 수 있다.
도 9는 스캐닝 프로젝터의 구동 신호 파형의 일예를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 스캐너는 구동 신호 파형에 따라, 수평, 수직으로 스윕(sweep)하며, 초기 픽셀 위치에서 시작하여 최종 픽셀 위치까지 이미지 스캐닝을 수행하고, 스캐닝 과정을 반복한다.
도 9를 참조하면, 스캐너는, 수직으로는 램프(ramp) 구동, 예를 들어, 톱니 파형(sawtooth)으로 구동되고, 수평으로는 사인파로(Sinusoidal) 구동될 수 있다.
도 9의 (a)는 수직 주기 TV를 가지는 수직 톱니 파형(sawtooth)을 예시하고, 도 9의 (b)는 수평 주기 TH를 가지는 수평 사인 파형을 예시한다. 도 9의 (c)는 이미지를 스캐닝하는 액티브 비디오(Active Video) 구간과 영상이 표시되지 않는 블랭킹(Blanking) 구간을 예시한다.
예를 들어, 스캐너는, 수직 주기 TV를 가지는 수직 톱니 파형(sawtooth)을 따라, 이미지를 스캐닝하는 동안, 수직 방향으로 선형적으로 스윕(sweep)할 수 있다.
스캐너는, 수직 스윕(Vertical Sweep) 기간 동안에, 수직 방향, 예를 들어, 상부에서 하부로 스윕하고, 플라이 백(Fly-Back) 기간 동안에, 다시 픽셀 최초 위치로 돌아온 후, 다시 새로운 이미지의 스캐닝을 시작할 수 있다.
또한, 스캐너는, 수평 주기 TH를 가지는 사인 파형에 따라, 이미지를 스캐닝하는 동안, 스윕 주파수(1/TH)로 수평 방향으로 사인파 형태로 스윕할 수 있다.
한편, 수직 스윕(Vertical Sweep) 기간은, 이미지를 스캐닝하는 액티브 비디오(Active Video) 구간으로 광원이 온(on)되어 영상을 구현할 수 있다.
한편, 플라이 백(Fly Back) 기간은 영상이 표시되지 않는 블랭킹(Blanking) 구간으로 광원이 오프(off)될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터의 간략한 내부 블록도의 일예이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터(110)는, 복수의 색상 광원을 포함하는 광원부(910), 상기 광원부(910)에서 출력되는 광을 합성하는 광학계(920), 상기 합성된 광을 출력하여 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝(Scanning)하는 스캐너(940), 및, 상기 스캐너를 구동하는 스캐너 구동 신호를 생성하는 프로세서(1070)를 포함할 수 있다.
상기 스캐너(940)는 상기 광원부(910)에서 출력되는 광을 반사하는 미러판을 포함하고, 스캐닝 미러(scanning mirror)로도 명명될 수 있다.
스캐닝 프로젝터(110)는, 광학 엔진(900)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 광학 엔진(900)은 광원부(910), 광학계(920), 스캐너(940) 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진(900)은, 상기 스캐너(940)의 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계(990)를 더 포함할 수 있다.
특히, 왜곡보정 광학계(990)는 상기 스캐너(940)에서 출력되는 광이 곡면을 가지는 스크린에 투사될 때 발생할 수 있는 왜곡을 보정할 수 있다.
광학 엔진(900)은 레이저 광을 생성하는 복수 개의 레이저 다이오드를 포함하는 광원부, 발광하는 레이저 광을 집광시켜주는 집광렌즈부(collimating lens), 상기 생성된 각 레이저 광을 합성하는 광 합성부(예를 들어, 필터(filter), 화면에 영상을 투사하는 MEMS 스캐너(940)로 구성될 수 있다.
상기 광원부(910)는 복수의 광원을 포함할 수 있다. 즉, 상기 광원부(910)는 적색 광원부, 녹색 광원부, 청색 광원부를 구비할 수 있다. 한편, 각 광원부는, 레이저 다이오드를 구비할 수 있다.
한편, 상기 광원부(910)는, 광원 구동부(1085)로부터의 전기 신호에 의해, 구동될 수 있으며, 이러한 광원 구동부(1085)의 전기 신호는, 프로세서(1070)의 제어에 의해, 생성될 수 있다.
광원부(910)에서 출력되는 광은 광학계(920)를 거쳐 스캐너(940)로 전달될 수 있다.
광학계(920)는 다양한 광학 부품으로 구성될 수 있다. 광학계(220)는 광의 반사나 굴절을 이용하여 물체의 영상을 구현하기 위하여 필터(filter), 거울(mirror)이나 렌즈(lens) 등의 광학부품들을 포함할 수 있다.
각 광원부(910)에서 출력되는 광들은, 광학계(920), 특히 집광부 내의 각 집광 렌즈(collimating lens)를 통해, 시준될 수 있다(collimate).
즉, 본 발명에 따른 스캐닝 프로젝터는, 상기 광원부(910)의 전방에 배치되어 상기 광원부(910)의 빛을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 더 포함할 수 있고, 상기 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)는 각 광원의 수에 대응하도록 구비될 수 있다.
광합성부는, 광원부(910)에서 출력되는 광을 합성하여 일 방향으로 출력한다. 이를 위해, 광합성부는, 소정 개수의 필터 또는 미러(mirror)를 구비할 수 있다.
한편, 개별 광합성부들은 하나 이상의 광학 부품으로 구성될 수 있고, 이러한 광학 부품들의 집합을 광합성부로 통칭할 수도 있다.
또한, 광합성부는 다수의 미러를 포함하므로 미러부로도 명명될 수 있다.
한편, 광학계(920)는 광의 반사나 굴절을 이용하여 물체의 영상을 구현하기 위하여 필터(filter), 거울(mirror)이나 렌즈(lens) 등의 광학부품들의 구성을 통칭할 수 있다.
인터페이스(1035)는 스캐닝 프로젝터(110)에 유선 또는 무선으로 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행할 수 있다. 인터페이스(1035)는 이러한 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 스캐닝 프로젝터(110) 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 스캐닝 프로젝터(110) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.
한편, 스캐너(940)는, 광원부(910)으로부터의 광을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 스캐닝 동작을, 외부 스캔 영역의 전체에 대해, 반복하여 수행할 수 있다.
특히, 스캐너(940)에서 출력되는 광은, 스크린의 투사 영역에 출력될 수 있다.
스캐너(940)는, 광원부(910), 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode)에서 나온 빔을 영상에 맺히도록 수평/수직으로 스캐닝하는 장치로, 입력되는 광을, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부에 출력할 수 있다.
스캐너(940)는, 외부 스캔 영역에 대해, 좌에서 우 방향 스캐닝 및 우에서 좌방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하면서, 외부 스캔 영역 전체에 대한 스캐닝을 프레임 단위로 수행할 수 있다. 그리고, 이러한 스캐닝에 의해, 가시광에 기초한 투사 영상을, 외부 스캔 영역에 대해 출력할 수 있다.
제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행 가능한, 2D 스캐너를 사용함으로써, 복수의 스캐너가 필요 없게 되며, 따라서 스캐닝 프로젝터(110)를 소형화할 수 있게 된다. 또한, 제조비용도 저감할 수 있게 된다.
한편, 스캐너(940)는, MEMS(micro-electro-mechenical system) 스캐너일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 투사 영상이 표시되는 스크린이 자유 곡면(free-form)을 가져도, 해당 스크린의 곡면에 대응하여, 투사 영상을 표시하는 것이 가능하다.
한편, 프로세서(1070)는, 스캐닝 프로젝터(110)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 스캐닝 프로젝터(110) 내의 각 유닛의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(1070)는, 외부로부터 수신되는 비디오 영상을, 투사 영상으로서, 외부 스캔 영역에 출력되도록 제어할 수 있다.
상기 프로세서(1070)는, 메모리(1020)에 저장되는 비디오 영상, 또는 인터페이스(1035)를 통해 외부로부터 수신되는 비디오 영상을, 투사 영상으로서, 외부 영역에 출력되도록 제어할 수 있다.
프로세서(1070)는, 스캐너(940)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는, 상기 스캐너(940)를 구동하는 스캐너 구동부(1045)를 더 포함할 수 있고, 상기 프로세서(1070)는, 상기 스캐너(940)를 구동하는 상기 스캐너 구동부(1045)를 제어할 수 있다.
스캐너 구동부(1045)는 사인파 생성회로, 삼각파 생성회로, 신호 합성 회로 등을 포함할 수 있다.
스캐너 구동부(1045)는 수신되는 스캐너 구동 신호에 따라, 스캐너(940)를 구동시키기 위한 구동 주파수를 생성하고, 스캐너(940)는 수평 및 수직 구동 주파수에 따라, 수평 및 수직 구동하여 광을 스크린에 스캐닝함으로써, 스크린에 영상을 구현할 수 있다.
상기 스캐너 구동부(1045)는, 상기 수평 방향 스캐닝은 사인(sine) 파형으로 구동하고, 상기 수직 방향 스캐닝은 톱니(sawtooth) 파형으로 구동할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 스캐너 구동부(1045)는 MEMS 스캐너(940)의 구동 신호를 생성할 수 있다.
광원부(910)는, 청색 단일광을 출력하는 청색 광원부, 녹색 단일광을 출력하는 녹색 광원부, 및 적색 단일광을 출력하는 적색 광원부를 포함할 수 있다. 이때, 각 광원부는, 레이저 다이오드로 구현될 수 있다.
광원 구동부(1085)는, 프로세서(1070)로부터 수신되는 R, G, B 신호에 대응하여, 광원 구동부(1085) 내의 적색 광원부, 녹색 광원부, 청색 광원부에서, 각각 적색광, 녹색광, 청색광이 출력되도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 광원 구동부(1085)는, 비디오 데이터, 프로세서(1070)의 제어에 따라 레이저 다이오드의 커런트 변조(current modulation)를 수행할 수 있다.
전원 공급부(1090)는 프로세서(1070)의 제어에 의해 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 스캐닝 프로젝터(110)는, 스캐닝 프로젝터(110) 내부에서 광을 감지하는 광 감지부(1075)를 더 포함할 수 있다. 상기 광 감지부(1075)는 스캐닝 프로젝터(110) 내에 구비되어 광원부(910)의 출력 광 및/또는 스캐너(940)의 출력 광을 감지할 수 있다.
예를 들어, 광 감지부(1075)는 수광하여 전기적인 신호로 변환할 수 있는 포토 다이오드(photo diode) 센서를 포함할 수 있다. 포토 다이오드 센서는 광을 수광하고, 상기 수광된 광에 따라 전기적인 신호를 생성하여여 스캐닝 프로젝터의 프로세서(1070)로 전송할 수 있다.
광 감지부(1075)는, 레이저 다이오드 밝기를 감지(detection)할 수 있고, 감지된 데이터는, 밝기, 색감(white balance) 등을 조정하기 위한 데이터로 사용할 수 있다.
한편, 프로세서(1070)는 광 감지부(1075)에서 감지되는 신호 및/또는 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(1070)는 광 감지부(1075)에서 감지되는 신호 및/또는 데이터에 기초하여 현재 상태를 판별하고, 판별된 결과에 따른 동작을 수행하도록 스캐닝 프로젝터(110)를 제어할 수 있다.
또한, 상기 프로세서(1070)는, 광 감지부(1075)로부터 수신된 감지 데이터에 따라 스캐닝 구동 신호를 변경할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터의 분해 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝(Scanning) 프로젝터는(110), 수납 공간을 구비하는 하부 케이스(1120), 상기 하부 케이스(1120)와 조립되는 상부 케이스(1110)를 포함할 수 있다.
상기 하부 케이스(1120)는 수납 공간에 각종 부품들이 고정되도록 구성되며, 상기 상부 케이스(1100)는 내부 부품들을 보호할 수 있다.
상기 상부 케이스(1110)와 상기 하부 케이스(1120) 사이의 내부 수납 공간에 복수의 부품들, 예를 들어, 영상 투사를 위한 광원, 스캐너 등 광학 부품들을 포함하는 광학 엔진 모듈(1200)이 수납 공간의 내부에 배치될 수 있다.
한편, 광학 엔진 모듈(1200)은, 상기 수납 공간의 내부에 배치되는 베이스부, 복수의 레이저 광원을 포함하는 광원부, 상기 광원부에서 출력되는 광에 기초하여 광을 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너 등을 포함할 수 있다.
광학 엔진 모듈(1200)에 대해서는, 도 12 내지 도 25를 참조하여 상세히 후술한다.
한편, 상기 하부 케이스(1120)는, 선반 케이스(도 1 내지 도 5의 130)와 조립될 수 있고, 광학 엔진 모듈(1200)이 고정될 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스캐닝 프로젝터(110)는, 비디오(video) 신호 등을 처리하는 제어부 및 레이저 다이오드와 스캐너(Scanner) 구동하는 구동부가 실장되는 구동 보드(1130)를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 보드(1130)에는, 이미지 처리, 이미지 보정, 화이트 밸런스(White balance), 밝기 균일도(Brightness uniformity)를 처리하고, 스캐너 구동부(SD), 레이저 다이오드 구동부(LDD)의 타이밍 컨트롤러(Timing controller) 역할을 수행하는 비디오 프로세서(Video Processor, VP)가 실장될 수 있다.
또한, 상기 구동 보드(1130)에는, 스캐너 구동부(SD)와 레이저 다이오드 구동부(LDD)가 실장될 수 있다.
스캐너 구동부(SD)는, SDD(Digital Driver)와 SDA(Analog Driver) 를 포함할 수 있다. SDD는 스캐너 구동 알고리즘(Scanner Driving Algorithm)을 처리하고, SDA는, 스캐너 구동 신호를 생성하고, 스캐너의 수직/수평 모션(Motion)을 센싱(Sensing)할 수 있다.
한편, 레이저 다이오드 구동부(LDD)는 기본적으로 레이저 다이오드 전류 변조(Current modulation)를 수행하고, 스펙클 저감을 위한 처리부를 포함할 수도 있다.
한편, 상기 구동 보드(1130)에는, 전력을 관리하는 파워 매니지먼트(PM)가 실장될 수 있다.
스캐닝 프로젝터(110) 내부에서는 광학 엔진 모듈(1200)이 가장 부피 및 무게가 가장 큰 부품이므로, 구동 보드(1130)는 상기 광학 엔진 모듈(1200) 위에 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 구동 보드(1130)는 상기 상부 케이스(1110)와 상기 광학 엔진 모듈(1200) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 스캐닝 프로젝터는 밝기 향상 등을 위해 복수의 레이저 광원을 사용할 수 있다. 하지만, 광원의 수가 많아질수록 광원에서 발생하는 열이 증가하여, 광원의 수명이 감소하고, 광학 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 광원에서 발생되는 열을 방열시켜 프로젝터 및 광원을 적정온도의 범위 내에서 동작시키는 것은 매우 중요하고, 광원에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각하기 위한 솔루션(solution)이 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 스캐닝 프로젝터(110)는, 냉각 수단으로 블로워 팬(blower fan, 1171)을 더 포함할 수 있다, 상기 블로워 팬(1171)은 광학 엔진 모듈(1200)의 측면에서 공기 유동을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 구동 보드(1130) 및 광학 엔진 모듈(1200)의 열을 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 12 내지 도 25는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 엔진 모듈의 구조 및 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 12는 광학 엔진 모듈에 조립되는 광학 부품들을 예시한 상면도(Top View)이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝(Scanning) 프로젝터가 구비하는 광학 엔진 모듈(1200)은, 복수의 레이저 광원을 포함하는 광원부(1210), 상기 광원부(1210)에서 출력되는 광을 투과하거나 반사하는 복수의 미러를 포함하는 미러부(1220), 상기 미러부(1220)에서 투과되거나 반사된 광들을 합성하는 광합성기(1230), 입사되는 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 멤스 스캐너(1240), 및, 상기 광합성기(1230)를 거친 광을 상기 멤스 스캐너(1240)로 반사하는 광 반사부(1275)를 포함할 수 있다.
상기 광합성기(1230)는, 적어도 하나의 PBS(Polarization Beam Splitter)면과 하나의 1/2 파장판(HWP)을 포함할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 광합성기(1230)는, 하나의 BS(Beam Splitter)면, 제1 반사면, 및 제2 반사면을 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 광합성기(1230)는, 하나의 PBS(Polarization Beam Splitter)면과 하나의 1/2 파장판(HWP)으로 구성되거나, 하나의 PBS(Polarization Beam Splitter)면과 하나의 1/2 파장판(HWP), 하나의 BS(Beam Splitter)면, 제1 반사면, 및 제2 반사면으로 구성될 수 있다.
레이저를 광원으로 사용하는 디스플레이 시스템에서는 레이저 광이 가지는 특성인 간섭성에 의해 스크린 상에서 레이저의 간섭 현상이 일어나 화면상에서 작은 알갱이들이 반짝거리는 듯한 스펙클(Speckle) 현상이 나타날 수 있다.
가간섭성(coherence)이 높은 레이저 광(빔)이 표면 조도가 높은, 즉 거친 표면 구조를 갖는 물체에서 산란이 일어나게 될 때 파면(wavefront)들의 상호 작용에 의해서 보강 간섭과 소멸 간섭이 발생한다.
따라서, 스크린 상의 보강 간섭이 일어나는 지점에서는 밝은 알갱이가, 소멸 간섭이 발생하는 지점에서는 어두운 알갱이가 보이는 스펙클 패턴(speckle pattern)이 형성된다.
이러한 스펙클 패턴은, 레이저를 광원으로 사용하는 디스플레이 시스템에서 노이즈 성분으로 작용하기 때문에 스펙클을 저감시키기 위한 기술들이 개발되고 있다.
스펙클 패턴을 제거하는 방법으로 다양한 방법이 이용될 수 있다. 이는 임의의 패턴이 형성된 유리를 통과시켜 인위적인 산란을 유도하는 방법이 이용될 수 있고, 또한 광학계 중 하나 또는 일부의 부품에 인위적인 진동을 가함으로써 제거할 수 있다.
또한, 레이저의 편광 다양성을 이용한 방법이 있다.
본 발명은 광합성기(1230)를 이용하여, 레이저(laser)의 광 경로 차이(optical path difference: OPD)만큼 분리된 P파와 S파가 생성하는 서로 독립인 두 개의 스펙클 패턴을 중첩시켜 스펙클을 저감할 수 있다.
상기 광합성기(1230)의 1/2 파장판은, 입사되는 광의 파장을 회전시켜, 편광 변환할 수 있고, 상기 광합성기(1230)의 PBS면은, 특정 편광의 광은 투과하고, 다른 편광의 광은 반사하여, 편광 분리할 수 있다.
상기 광합성기(1230)는 P파와 S파 편광을 분리후 합성함으로써, 합성된 P파+S파가 스크린에서 산란되어 디텍터나 사람의 시세포에 도달할 경우 서로 독립인 두 개의 스펙클 패턴을 생성하게 되어 스펙클 컨트라스트를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)은, 하부 케이스(도 11의 1120)에 구비되는 수납 공간의 내부에 배치되는 베이스부(1201)를 포함할 수 있다. 상기 베이스부(1201)는 마그네슘/알루미늄 합금 또는 플라스틱(plastic) 재질등으로 가공 가능하며, 광학 부품들이 조립되는 베이스(base)가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)의 광학 부품들은 실질적으로 동일 평면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광학 엔진 모듈(1200)의 광학 부품들이 상기 베이스부(1201)의 상면에 배치되도록 조립될 수 있다.
이에 따라, 상기 베이스부(1201)의 일면에만 광학 부품들이 조립되므로, 조립 과정에서 상기 베이스부(1201)를 뒤집거나 회전시키는 공정이 불필요하다. 따라서, 조립성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 광원부(1210)는 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 청색 레이저 다이오드를 하나 이상씩 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 광원부(1210)는 2개의 적색 레이저 다이오드, 2개의 녹색 레이저 다이오드, 2개의 청색 레이저 다이오드를 구비할 수 있다.
통상적으로 풀 화이트(full white)를 구현할 때, 청색이 가장 적게 사용되므로, 더욱 바람직하게는 상기 광원부(1210)는 2개의 적색 레이저 다이오드, 2개의 녹색 레이저 다이오드, 1개의 청색 레이저 다이오드를 구비할 수 있다.
상기 광원부(1210)가 구비하는 복수의 레이저 다이오드들은 나란히 배치될 수 있고, 이때 동일한 색상의 광을 가지거나 파장차이 30nm 이내의 레이저 다이오드들은 서로 인접하지 않도록 배치될 수 있다.
특히, 녹색 레이저 다이오드(1210G1, 1210G2)가 가장 발열이 심하므로, 두 녹색 레이저 다이오드(1210G1, 1210G2)는 연속하여 배치하지 않는 것이 바람직하다.
상기 광원부(1210)의 각 레이저 광원들은, 상기 베이스부(1201)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 광원부(1210)의 각 레이저 광원들은, 상기 베이스부(1201)의 일면에 형성된 개구부에 장착 또는 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)은, 상기 광원부(1210)의 복수의 레이저 광원의 전방에 배치되는 복수의 콜리메이팅 렌즈(collimating lens, 1212)를 더 포함할 수 있다. 각각의 콜리메이팅 렌즈(1212)는 렌즈 홀더(holder, 미도시)에 고정되어 각 광원의 일측에 정렬되어 고정될 수 있다.
한편, 광 반사부(1275)는 최종적으로 입사되는 모든 광을 상기 멤스 스캐너(1240)로 반사하는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 상기 광 반사부(1275)는 광을 전반사하는 토탈 미러(Total mirror)일 수 있다.
상기 미러부(1220)는 복수의 미러를 포함하고, 복수의 미러 중 적어도 일부는 토탈 미러(Total mirror)이고, 나머지 일부는 다이크로익(Dichroic) 미러일 수 있다.
토탈 미러는 빛을 전반사할 수 있고, 다이크로익 미러는 입사되는 광의 파장에 따라 분리되거나 합파해주는 역할을 할 수 있다. 다이크로익 미러의 표면은 파장별 빛에 따라 투과 혹은 반사를 달리하는 코팅을 사용하며, 또한 반사율을 최소화하기 위하여 AR 코팅(anti-reflection coating)을 사용할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 미러부(1220)의 복수의 미러 중 가장 외곽에 배치되는 2개의 미러는 토탈 미러(Total mirror)이고, 복수의 미러 중 2개의 토탈 미러 사이에 배치되는 나머지 미러들은 다이크로익(Dichroic) 미러일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)은, 상기 광합성기(1230)에서 출력되는 광의 광경로를 상기 광반사부(1275)로 변경하는 프리즘(prism) 소자(1280)를 더 포함할 수 있다.
상기 프리즘 소자(1280)는, 밝기 효율을 높이기 위해 레이저 다이오드 광의 일부를 조정하여 스캐너(1205) 표면에 되도록 많이 입사시켜주는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 타원형으로 입사되는 광을 원형으로 조정할 수 있다. 또한, 상기 프리즘 소자(1280)는, 광 경로를 변경할 수도 있다.
한편, 상기 프리즘 소자(1280)를 포함하는 실시예의 경우, 상기 프리즘 소자(1280)를 광경로 상 상기 광 반사부(1275) 이전에 배치할 수 있다. 또한, 상기 프리즘 소자(680)를 광경로 상 상기 광합성기(1230) 이후에 배치할 수 있다. 이 경우에, 광은 광합성기(1230), 프리즘 소자(1280), 광 반사부(1275) 순서로 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)은, 상기 스캐너(1205)의 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계(1291, 1292)를 더 포함할 수 있다.
상기 왜곡보정 광학계(1291, 1292)는 프리즘 소자(1280) 등에 의해 발생한 색수차 및 왜곡 이미지를 보정하는 렌즈일 수 있다.
상기 왜곡보정 광학계(1291, 1292)는, 상기 스캐너(1205)의 전면에 소정 거리 이격되어 배치되는 프리즘(1291)과 상기 프리즘(1291)의 전면에 소정 거리 이격되어 배치되는 발산 렌즈부(1292)를 포함할 수 있다.
상기 발산 렌즈부(1292)는 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성되는 발산렌즈와 적어도 일면이 비구면렌즈로 형성되는 색수차보정렌즈를 포함할 수 있다.
또는, 상기 발산 렌즈부(1292)는 하나의 비구면렌즈로 구성될 수 있다. 이 경우에, 상기 비구면렌즈의 전면은 후면보다 높은 차수의 비구면계수를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)은, 스캐닝 프로젝터(110) 내부에서 광을 감지하는 광 감지부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 광 감지부는, 포토 다이오드(photo diode)일 수 있다. 광 감지부(335)는, 레이저 다이오드 밝기를 감지(detection)하여, 밝기, 색감(white balance) 등을 조정하기 위한 데이터로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)은, 상기 광원부(1200)에서 출력되는 광의 일부를 상기 광 감지부(335)로 전달하는 필터부(1250)를 더 포함할 수 있다.
상기 필터부(1250)는 상기 광원부(1200)의 복수의 광원에 대응하는 복수의 필터를 구비할 수 있다.
상기 필터부(1250)는, 광원부(1210)에서의 광 중 일부, 예를 들어, 1 내지 4%의 광을 광 감지부 PD(photo diode) 센서로 보내고 나머지는 투과할 수 있다.
한편, 상기 필터부(1250)는, 광원부(1210)의 출력 광을 센싱(sensing)하기 위한 광을 획득하기 위하여, 광원부(1210)의 전방에 배치될 수 있다.
또한, 상기 필터부(1250)는, 콜리메이팅 렌즈(1212)와 미러부(1220) 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스캐닝 프로젝터(110)는, 상기 광원부(1210)의 복수의 레이저 광원의 후면에 접촉되는 히트싱크(heat sink, 1205)를 더 포함할 수 있다.
상기 히트싱크(1205)는 열전도성이 큰 금속으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 마그네슘, 구리 등으로 제작될 수 있다.
상기 히트싱크(1205)는 베이스(base)와 상기 베이스에서 돌출되어 형성되는 복수의 방열핀을 포함할 수 있다. 방열핀은 상기 히트싱크(1205)의 방열 면적을 증가시켜 베이스로부터 전달되는 열을 공기와의 접촉을 통해 추가적으로 방열시키는 부분이다.
상기 히트싱크(1205)는 레이저 광원과 접촉(contact)하여 레이저 다이오드의 발열을 외부로 전달할 수 있다. 따라서, 복수의 레이저 광원에서 발생하는 열은 상기 히트싱크(1205)로 전달되어 방열, 냉각될 수 있다.
도 11을 참조하여 설명한 것과 같이, 냉각 수단으로 블로워 팬(blower fan, 1171)을 더 포함할 수 있다, 상기 블로워 팬(1171)은 상기 히트싱크(1205)의 측면에서 공기 유동을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 광학 엔진 모듈(1200)의 열을 효율적으로 냉각할 수 있다.
한편, 반도체 레이저 광원에서 출력되는 광은 S편광 또는 P편광을 가질 수 있다. 이하에서는 레이저 광원에서 출력되는 광의 편광에 따른 광학 엔진 모듈(1200) 내 구성요소들의 동작을 상세히 설명한다.
도 13은 도 12에서 도시된 광학 엔진 모듈(1200) 중에서 광학 부품들을 광경로와 함께 간략히 도시한 도면이다.
도 13은 광원부(1210)의 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)이 S편광을 출력하는 경우를 예시한다.
상기 광원부(1210)는 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 청색 레이저 다이오드를 하나 이상씩 구비할 수 있다.
예를 들어, 도 13과 같이, 상기 광원부(1210)는, 2개의 적색 레이저 다이오드(1210R1, 1210R2), 2개의 녹색 레이저 다이오드(1210G1, 1210G2), 1개의 청색 레이저 다이오드(1210B1)를 구비할 수 있다.
또한, 녹색 레이저 다이오드(1210G1, 1210G2)가 가장 발열이 심하므로, 두 녹색 레이저 다이오드(1210G1, 1210G2)는 연속하여 배치하지 않는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 13과 같이, 제1 적색 레이저 다이오드(1210R1), 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1), 청색 레이저 다이오드(1210B1), 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2) 순서로 배치될 수 있다.
한편, 콜리메이팅 렌즈(1212)는, 별도의 홀더와 조립되어 광축 조정을 거쳐 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 전방에 배치될 수 있다. 상기 콜리메이팅 렌즈(1212)는, 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)에서 출력된 광을 평행하게 만들어 줄 수 있다.
한편, 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)에서 출력된 광 중 일부를 광 감지부(335)로 전달할 수 있다.
미러부(1220)는, 광을 투과하거나 반사하는 복수의 미러(1221, 1222, 1223, 1224, 1225)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 미러(1221, 1222, 1223, 1224, 1225)는 각각 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)에 대응하여 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 미러(1221, 1222, 1223, 1224, 1225) 중 가장 외곽에 배치되는 2개의 미러(1221, 1225)는 토탈 미러(Total mirror)이고, 복수의 미러 중 2개의 토탈 미러(1221, 1225) 사이에 배치되는 나머지 미러들(1222, 1223, 1224)은 파장 별로 반사 또는 투과가 가능한 다이크로익(Dichroic) 미러일 수 있다.
또한, 상기 다이크로익 미러(1222, 1223, 1224)는, 다른 파장 대의 광을 투과하거나 반사할 수 있다.
예를 들어, 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1)에 대응하여 배치되는 다이크로익 미러(1222)는 녹색광은 반사하고, 적색광은 투과할 수 있다. 따라서, 다이크로익 미러(1222)는 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1)에서 출력되는 광은 반사하고, 토탈 미러(1221)에서 반사된 적색광은 투과할 수 있다.
또한, 청색 레이저 다이오드(1210B1)에 대응하여 배치되는 다이크로익 미러(1223)는 챙색광은 반사하고, 녹색광, 적색광은 투과할 수 있다. 따라서, 다이크로익 미러(1222)는 청색 레이저 다이오드(1210B1)에서 출력되는 청색광은 반사하고, 토탈 미러(1221)에서 반사된 적색광과 다이크로익 미러(1222)에서 반사된 녹색광은 투과할 수 있다.
또한, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2)에 대응하여 배치되는 다이크로익 미러(1224)는 녹색광은 반사하고, 적색광은 투과할 수 있다. 따라서, 다이크로익 미러(1224)는 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2)에서 출력되는 광은 투과하고, 토탈 미러(1225)에서 반사된 녹색광은 투과할 수 있다.
상기 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)에서 출력된 S편광은, 복수의 미러(1221, 1222, 1223, 1224, 1225)에서 투과되거나 반사되어 광합성기(1230a)로 입사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광합성기(1230a)는, 하나의 PBS면(1232a), 하나의 1/2 파장판(HWP, 1235a), 하나의 BS면(1231a), 제1 반사면(1233a), 및, 제2 반사면(1234a)을 포함할 수 있다.
상기 1/2 파장판(1235a)의 배치 위치는, 상기 광합성기(1230a)의 배치 방향과 상기 레이저 광원(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)이 출력하는 광의 편광에 따라 상이할 수 있다.
도 13과 도 14를 참조하면, 상기 제1 반사면(1233a)과 제2 반사면(1234a)이 위치하는 방향을 광합성기(1230a)의 후방으로 정의하고, 후방의 반대 방향을 전방이라고 정의할 때, 본 실시예에서 광합성기(1230a)는 전방이 복수의 미러(1221, 1222, 1223)을 향하도록 배치될 수 있고, 광합성기(1230a)의 측면에는, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2), 및 이에 대응하여 배치되는 미러들(1224, 1225)가 위치할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 1/2 파장판(1235a)은, 상기 BS면(1231a)과 상기 PBS면(1232a) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 BS면(1231a)과 상기 PBS면(1232a)은, 광경로에 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
한편, 상기 BS면(1231a)은 입사되는 광을 반사 및 투과하여 50:50으로 분배할 수 있다.
또한, 상기 PBS면(1232a)은, 특정 편광의 광은 투과하고, 다른 편광의 광은 반사하여, 편광 분리할 수 있다. 예를 들어, 상기 PBS면(1232a)은, S편광은 반사하고 P편광은 투과할 수 있다.
또한, 상기 제1 반사면(1233a)과 상기 제2 반사면(1234a)은, 입사되는 광을 반사할 수 있다.
이를 위해, 상기 제1 반사면(1233a)과 상기 제2 반사면(1234a)의 표면은 금속 물질로 코팅 처리된 미러면을 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1 반사면(1233a)과 상기 제2 반사면(1234a)은 별도의 코팅 처리 없이 글래스(glass)면의 전반사를 이용하도록, 소정 각도로 기울어지게 배치된 2개의 글래스(glass)면으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 1/2 파장판(1235a)은, 입사되는 광의 파장을 회전시켜, 편광 변환할 수 있다. 도 13을 참조하면, 상기 1/2 파장판(1235a)은, S편광을 P편광으로 변광 변환할 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 BS면(1231a)은, 상기 미러부(1220)에서 투과되거나 반사된 광들을 상기 1/2 파장판(1235a)과 상기 제1 반사면(1233a)으로 분배하고, 상기 1/2 파장판(1235a)은 상기 BS면(1231a)에서 분배된 광을 편광 변환하며, 상기 제1 반사면(1233a)은 상기 BS면(1231a)에서 분배된 광을 상기 제2 반사면(1234a)으로 반사하고, 상기 제2 반사면(1234a)은 상기 제1 반사면(1233a)에서 반사된 광을 상기 PBS면(1232a)으로 반사하며, 상기 PBS면(1232a)은 상기 1/2 파장판(1235a)에서 편광 변환된 광과 상기 제2 반사면(1234a)에서 반사된 광을 합성하여 출력할 수 있다.
도 13과 같이 구성된 광합성기(1230a)는 P편광과 S편광을 합성하여 스펙클을 저감시킬 수 있다.
도 15는 스펙클 저감을 위한 광합성기의 설계 조건에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 15의 (a)와 (b)를 참조하면, 광 A와 광 B는 서로 다른 상태의 편광, d는 광 A와 B의 간격, n은 광합성기 내 광학부품의 제작에 사용된 물질의 굴절률, Lc는 레이저 다이오드 광원의 가간섭성 길이(Coherence Length)로 정의할 수 있다.
이 때, d, Lc, n 각 인자들이 도 15의 (b)에서 예시된 식을 만족하도록 광합성기를 제작할 수 있다.
한편, 광합성기가, 전방에 상기 BS면과 상기 PBS면이 배치되고, 제1 반사면과 제2 반사면이 배치되는 구조를 가지는 것을 가정하면, 광 A와 광 B가 서로 다른 상태의 편광이 되도록 하기 위하여, 1/2 파장판이, 상기 BS면과 상기 PBS면 사이에 배치되거나, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에 배치될 수 있다.
도 13과 도 14를 참조하면, PBS면(1232a)과 BS면(1231a)이 전방에 배치되고, 제1 반사면(1233a)과 제2 반사면(1234a)이 후방에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 1/2 파장판(1235a)은, 상기 BS면(1231a)과 상기 PBS면(1232a) 사이에 배치될 수 있다.
BS면(1231a)은 입사되는 광을 분배하여 2개의 광경로가 형성되도록 하며, 1/2 파장판(1235a)을 통과한 광(광A)와 제1,2 반사면을 거쳐 PBS면(1232a)으로 입사되는 광(광B)은 서로 다른 편광을 가지게 된다.
또한, 상기 PBS면(1232a)에서 서로 다른 편광을 가지는 광A와 광B이 합쳐지게 된다. 따라서, 광합성기(1230a)를 거치면서 P편광과 S편광이 혼합되게 된다.
이와 같이, 서로 다른 편광상태로 변화된 편광 모드를 갖는 광의 결합은 광의 간섭성 특성을 저하시키게 되어 스펙클 감소 효과를 얻을 수 있다.
도 16은 스펙클 현상 및 편광을 이용한 스펙클 저감 기술에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 16을 참조하면, 레이저 광원을 사용하는 스캐닝 프로젝터(1100)에서 출력되는 광은 스크린 상에서 산란 및 반사되어 사용자가 인식하게 된다.
본 발명에 따라, △OPD 만큼의 시간적인 분리가 존재하도록 구성된 △ P파+S파가 스크린에서 산란되어, 디텍터나 사람의 시세포에 도달할 경우, 서로 독립인 두 개의 스펙클 패턴(1610, 1620)을 생성하게 되어 스펙클 컨트라스트를 줄일 수 있다.
레이저 광원에 의한 빔은 편광 성분을 지니게 되고, 두 개의 파동의 위상차가 π가 될 경우 디텍터(detector) 면이나 사람의 시세포상에 생성되는 스펙클은 서로 독립인 상태가 된다.
서로 독립인 n개의 스펙클 패턴이 중첩될 경우 1/√n으로 스펙클 컨트라스트 값이 줄어든다.
본 발명의 경우, 독립인 스펙클 패턴의 수가 2개이므로, 감소 비율은 1/√2=0.707이 된다. 즉, 본 발명에 따른 광합성기를 사용하게 되면 초기 대비 약 29%정도 스펙클을 김소시킬 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 광합성기(1230a)에서 출력되는 광은 프리즘(prism) 소자(1280)로 입사될 수 있다.
상기 프리즘 소자(1280)는, 밝기 효율을 높이기 위해 레이저 다이오드 광의 일부를 조정하여 스캐너(1205) 표면에 되도록 많이 입사시켜주는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 타원형으로 입사되는 광을 원형으로 조정할 수 있다. 또한, 상기 프리즘 소자(1280)는, 광 경로를 변경할 수도 있다.
도 17은 프리즘 소자(1280)를 이용한 빔 정형에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 17의 (a)를 참조하면, 프리즘 소자(1280)는, 전면과 후면이 다른 경사면을 가지고, 광경로를 굴절시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 도 17의 (b)와 같이 비대칭적인 빔 형상을 도 17의 (c)와 같이 대칭적인 빙 형상으로 정형할 수 있다.
비대칭적인 빔 형상은 광효율 및 화질 저하의 한 원인이므로, 빔 정형을 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)은 프리즘 소자(1280)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 프리즘 소자(1280)를 포함하는 실시예의 경우, 상기 프리즘 소자(1280)를 광경로 상 상기 광 반사부(1275) 이전에 배치할 수 있다. 또한, 상기 프리즘 소자(680)를 광경로 상 상기 광합성기(1230) 이후에 배치할 수 있다. 이 경우에, 광은 광합성기(1230), 프리즘 소자(1280), 광 반사부(1275) 순서로 진행될 수 있다.
도 13을 참조하면, 광 반사부(1275)에서 반사된 광은 멤스 스캐너(1205)로 입사되고, 상기 멤스 스캐너(1205)는 수직, 수평 방향으로 구동되어 스캐닝 프로젝터(100) 외부로 광을 투사할 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)은, 상기 스캐너(1205)의 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계(1291, 1292)를 더 포함할 수 있다.
상기 왜곡보정 광학계(1291, 1292)는 프리즘 소자(1280) 등에 의해 발생한 색수차 및 왜곡 이미지를 보정하는 렌즈일 수 있다.
상기 왜곡보정 광학계(1291, 1292)는, 상기 스캐너(1205)의 전면에 소정 거리 이격되어 배치되는 프리즘(1291)과 상기 프리즘(1291)의 전면에 소정 거리 이격되어 배치되는 발산 렌즈부(1292)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발산 렌즈부(1292)는 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성되는 발산렌즈와 적어도 일면이 비구면렌즈로 형성되는 색수차보정렌즈를 포함할 수 있다.
또는, 상기 발산 렌즈부(1292)는 하나의 비구면렌즈로 구성될 수 있다. 이 경우에, 상기 비구면렌즈의 전면은 후면보다 높은 차수의 비구면계수를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계(1291, 1292)는 왜곡 보정 기능, 뿐만 아니라, 화면의 해상도를 화면 전체적으로 균일하게 유지하는 화질 보정 기능을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계(1291, 1292)는, 왜곡 보정 기능과 화질 보정 기능을 분리하여 광학 부품을 설계, 구성할 수 있다. 즉, 왜곡보정 광학계(1291, 1292)는 왜곡 보정 기능을 담당하는 프리즘(1291)과 화질 보정 기능을 담당하는 발산 렌즈부(1292)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 왜곡 보정을 담당하는 광학 부품- 프리즘(1291)의 물리적인 위치를 변경하여 왜곡량(보정량)을 조정할 수 있고, 스크린 형태에 따라서 변경되는 왜곡량을 상기 조정 기능으로 대응 가능하다.
따라서, 후면 투사 방식 선반 디스플레이에서 스크린 디자인 변경에 따라서 변경되는 화면 왜곡을 부품 변경 없이 보정할 수 있고, 회로적 왜곡 보정에 대한 부담을 광학적 왜곡 보정으로 줄일 수 있어 전체 단가를 줄일 수 있다.
한편, 상기 발산 렌즈부(1292)는, 상기 프리즘(1291)과 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
상기 발산 렌즈부(1292)는 상기 프리즘(1291)을 통과한 광의 입사각도를 확대할 수 있다.
한편, 상기 발산 렌즈부(1292)는, 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성되는 발산렌즈(미도시)와 적어도 일면이 비구면(Aspherical)렌즈로 형성되는 색수차보정렌즈(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 발산렌즈는 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성될 수 있고, 상기 발산렌즈는, 평면오목렌즈(plano-concave), 양면오목렌즈(bi-concave), 오목 메니스커스(diverging meniscus) 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 발산렌즈는 플라스틱 오목 싱글렛 렌즈(Plastic Concave Singlet Lens)일 수 있다. 플라스틱 렌즈는 사출 방식 생산이 용이하므로 대량 생산에 적합할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 발산렌즈도 비구면렌즈로 형성될 수 있다.
한편, 상기 발산 렌즈부(1292)는, 상기 프리즘을 통과한 광을 확대할 수 있다. 특히, 상기 발산렌즈는 화면크기를 제어하는 광학부품으로서 상기 프리즘(1291)의 전면에 배치되어 상기 프리즘(1291)을 통과한 광을 확대할 수 있다.
또한, 색수차보정렌즈는 색수차보정 및 해상도를 제어하며, 적어도 일면이 비구면렌즈로 형성될 수 있다.
한편, 상기 색수차보정렌즈도 플라스틱 오목 싱글렛 렌즈(Plastic Concave Singlet Lens)일 수 있다.
또는, 상기 발산 렌즈부(1292)는 하나의 비구면렌즈로 구성될 수 있다. 상기 발산 렌즈부(1292)를 하나의 렌즈로 구성함으로써 제조비를 더욱 절감할 수 있다.
이 경우에, 상기 비구면렌즈의 전면과 후면이 모두 비구면으로 형성될 수 있고, 상기 비구면렌즈의 전면이 후면보다 높은 차수의 비구면계수를 가지도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 비구면렌즈의 전면과 후면은 색수차보정렌즈의 기능과 발산렌즈의 기능을 함께 수행할 수 있다.
도 18은 도 6과 같이 평면과 곡면이 포함된 스크린 형태에 본 발명의 실시예에 따른 왜곡보정 광학계를 미적용(a), 적용(b)하여 스크린 왜곡 화면을 시뮬레이션 실험한 결과를 나타낸 것이다.
도 18의 (b)를 참조하면, 화면의 좌/우 외곽 경계면에서 약간의 왜곡이 있으나, 이는 스크린 끝부분으로 전체 화면에서 왜곡이 제거되었음을 확인할 수 있다.
도 19는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 이하에서는 도 13 내지 도 18을 참조하여 설명한 실시예와의 차이점 위주로 설명한다.
도 19는 광원부(1210)의 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)이 P편광을 출력하는 경우를 예시한다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광합성기(1230b)는, 하나의 PBS면(1232b), 하나의 1/2 파장판(1235b), 하나의 BS면(1231b), 제1 반사면(1233b), 및, 제2 반사면(1234b)을 포함할 수 있다.
상기 1/2 파장판(1235b)의 배치 위치는, 상기 광합성기(1230b)의 배치 방향과 상기 레이저 광원(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)이 출력하는 광의 편광에 따라 상이할 수 있다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에서 광합성기(1230b)는 전방이 복수의 미러(1221, 1222, 1223)을 향하도록 배치될 수 있고, 광합성기(1230b)의 측면에는, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2), 및 이에 대응하여 배치되는 미러들(1224, 1225)가 위치할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 1/2 파장판(1235b)은, 상기 제1 반사면(1233b)과 상기 제2 반사면(1234b) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 상기 BS면(1231b)과 상기 PBS면(1232b)은, 광경로에 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
도 19를 참조하면, 상기 BS면(1231b)은, 상기 미러부(1220)에서 투과되거나 반사된 광들을 상기 PBS면(1232b)과 상기 제1 반사면(1233b)으로 분배하고, 상기 제1 반사면(1233b)은 상기 BS면(1231b)에서 분배된 광을 상기 1/2 파장판(1235b)으로 반사하고, 상기 1/2 파장판(1235b)은 상기 제1 반사면(1233b)에서 반사된 광을 편광 변환하며, 상기 제2 반사면(1234b)은 상기 1/2 파장판(1235b)에서 편광 변환된 광을 상기 PBS면(1232b)으로 반사하며, 상기 PBS면(1232b)은 상기 BS면(1231b)에서 분배된 광과 상기 제2 반사면(1234b)에서 반사된 광을 합성하여 출력할 수 있다.
이 경우에, 상기 BS면(1231b)에서 분배되어 상기 PBS면(1232b)으로 반사된 광은 P편광을 유지하고, 상기 BS면(1231b)에서 분배되어 상기 제1 반사면(1233b)으로 반사된 광은 상기 1/2 파장판(1235b)을 거쳐 S편광으로 변환된다.
이에 따라, 광합성기(1230b)가 S편광과 P편광을 혼합하여 출력함으로써, 스펙클을 저감할 수 있다.
도 20은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 이하에서는 상술한 실시예와의 차이점 위주로 설명한다.
도 20은 광원부(1210)의 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 광학 엔진 모듈(1200) 내 조립 위치가 90도로 회전 변경되고, S편광을 출력하는 경우를 예시한다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광합성기(1230b)는, 하나의 PBS면(1232b), 하나의 1/2 파장판(1235b), 하나의 BS면(1231b), 제1 반사면(1233b), 및, 제2 반사면(1234b)을 포함할 수 있다.
상기 1/2 파장판(1235b)의 배치 위치는, 상기 광합성기(1230b)의 배치 방향과 상기 레이저 광원(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)이 출력하는 광의 편광에 따라 상이할 수 있다.
도 20을 참조하면, 본 실시예에서 광합성기(1230b)는 전방이 복수의 미러(1221, 1222, 1223)을 향하도록 배치될 수 있고, 광합성기(1230b)의 측면에는, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2), 및 이에 대응하여 배치되는 미러들(1224, 1225)가 위치할 수 있다.
하지만, 도 20의 실시예를 도 19의 실시예와 비교하면, 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 조립 위치가 90도로 회전함에 따라, 광합성기(1230b)도 90도로 회전되어 조립됨을 확인할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 1/2 파장판(1235b)은, 상기 제1 반사면(1233b)과 상기 제2 반사면(1234b) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 상기 BS면(1231b)과 상기 PBS면(1232b)은, 광경로에 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 BS면(1231b)은, 상기 미러부(1220)에서 투과되거나 반사된 광들을 상기 PBS면(1232b)과 상기 제1 반사면(1233b)으로 분배하고, 상기 제1 반사면(1233b)은 상기 BS면(1231b)에서 분배된 광을 상기 1/2 파장판(1235b)으로 반사하고, 상기 1/2 파장판(1235b)은 상기 제1 반사면(1233b)에서 반사된 광을 편광 변환하며, 상기 제2 반사면(1234b)은 상기 1/2 파장판(1235b)에서 편광 변환된 광을 상기 PBS면(1232b)으로 반사하며, 상기 PBS면(1232b)은 상기 BS면(1231b)에서 분배된 광과 상기 제2 반사면(1234b)에서 반사된 광을 합성하여 출력할 수 있다.
이 경우에, 상기 BS면(1231b)에서 분배되어 상기 PBS면(1232b)으로 반사된 광은 S편광을 유지하고, 상기 BS면(1231b)에서 분배되어 상기 제1 반사면(1233b)으로 반사된 광은 상기 1/2 파장판(1235b)을 거쳐 P편광으로 변환된다.
이에 따라, 광합성기(1230b)가 S편광과 P편광을 혼합하여 출력함으로써, 스펙클을 저감할 수 있다.
도 21은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 이하에서는 상술한 실시예와의 차이점 위주로 설명한다.
도 21은 광원부(1210)의 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 광학 엔진 모듈(1200) 내 조립 위치가 90도로 회전 변경되고, P편광을 출력하는 경우를 예시한다.
도 21을 참조하면, 본 실시예에서 광합성기(1230a)는 전방이 복수의 미러(1221, 1222, 1223)을 향하도록 배치될 수 있고, 광합성기(1230a)의 측면에는, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2), 및 이에 대응하여 배치되는 미러들(1224, 1225)가 위치할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 1/2 파장판(1235a)은, 상기 BS면(1231a)과 상기 PBS면(1232a) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 BS면(1231a)과 상기 PBS면(1232a)은, 광경로에 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
하지만, 도 21의 실시예를 도 13, 도 14의 실시예와 비교하면, 상기 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 조립 위치가 90도로 회전함에 따라, 광합성기(1230a)도 90도로 회전되어 조립됨을 확인할 수 있다.
도 21을 참조하면, 상기 BS면(1231a)은, 상기 미러부(1220)에서 투과되거나 반사된 광들을 상기 1/2 파장판(1235a)과 상기 제1 반사면(1233a)으로 분배하고, 상기 1/2 파장판(1235a)은 상기 BS면(1231a)에서 분배된 광을 편광 변환하며, 상기 제1 반사면(1233a)은 상기 BS면(1231a)에서 분배된 광을 상기 제2 반사면(1234a)으로 반사하고, 상기 제2 반사면(1234a)은 상기 제1 반사면(1233a)에서 반사된 광을 상기 PBS면(1232a)으로 반사하며, 상기 PBS면(1232a)은 상기 1/2 파장판(1235a)에서 편광 변환된 광과 상기 제2 반사면(1234a)에서 반사된 광을 합성하여 출력할 수 있다.
이 경우에, 상기 BS면(1231a)에서 분배되어 상기 제1 반사면(1233a)으로 반사된 광은 P편광을 유지하고, 상기 BS면(1231a)에서 분배되어 상기 PBS면(1232a)으로 반사된 광은 상기 1/2 파장판(1235a)을 거쳐 S편광으로 변환된다.
이에 따라, 광합성기(1230a)가 S편광과 P편광을 혼합하여 출력함으로써, 스펙클을 저감할 수 있다.
도 22는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 이하에서는 상술한 실시예와의 차이점 위주로 설명한다.
도 22는 광원부(1210)의 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)이 S편광을 출력하는 경우를 예시한다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광합성기(1230c)는, 하나의 PBS면(1232c)과 하나의 1/2 파장판(HWP, 1235c)을 포함할 수 있다.
상기 1/2 파장판(1235c)의 배치 위치는, 상기 광합성기(1230c)의 배치 방향과 상기 레이저 광원(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)이 출력하는 광의 편광에 따라 상이할 수 있다.
도 22를 참조하면, 상기 광합성기(1230c)의 1/2 파장판(1235c)이 위치하는 방향을 광합성기(1230c)의 전방으로 정의하고, 전방의 반대 방향을 후방이라고 정의할 때, 본 실시예에서 광합성기(1230c)는, 전방이 상기 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2), 및 이에 대응하여 배치되는 미러들(1224, 1225)을 향하도록 배치될 수 있고, 광합성기(1230c)의 측면에는 복수의 미러(1221, 1222, 1223)가 위치할 수 있다.
또한, 상기 1/2 파장판(1235c)과 상기 PBS면(1232c)은, 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
한편, 상기 광원부(1210), 적색, 녹색, 청색 레이저 다이오드를 각각 하나 이상씩 포함할 수 있다.
이 경우에, 상기 1/2 파장판(1235c)으로 제1 적색, 제1 녹색, 제1 청색 레이저 다이오드에 대응하는 광이 입사되는 경우, 나머지 레이저 다이오드들에 대응하는 광은 상기 PBS면(1232c)으로 입사될 수 있다.
반대로 상기 PBS면(1232c)으로 제1 적색, 제1 녹색, 제1 청색 레이저 다이오드에 대응하는 광이 입사되는 경우, 나머지 레이저 다이오드들에 대응하는 광은 상기 1/2 파장판(1235c)으로 입사될 수 있다.
상기 PBS면(1232c)은, 상기 1/2 파장판(1235c)에서 파장 변환된 광과 상기 미러부(1220)로부터 입사되는 광을 합성하여 출력할 수 있다.
도 22를 참조하면, 광원부(1210)는, 제1 적색 레이저 다이오드(1210R1), 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1), 제1 청색 레이저 다이오드(1210B1), 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2)를 포함할 수 있다.
도 22를 참조하면, 제1 적색 레이저 다이오드(1210R1), 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1), 제1 청색 레이저 다이오드(1210B1)에서 출력된 S편광은 대응하는 미러들(1221, 1222, 1223)을 거쳐 광합성기(1230c)의 PBS면(1232c)으로 입사될 수 있다.
또한, 도 22를 참조하면, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2)에서 출력된 S편광은 대응하는 미러들(1224, 1225)을 거쳐 광합성기(1230c)의 1/2 파장판(1235c)으로 입사될 수 있다.
이 경우에, 1/2 파장판(1235c)으로 입사된 S편광은 P편광으로 변환되고, PBS면(1232c)에서 상기 제1 적색 레이저 다이오드(1210R1), 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1), 제1 청색 레이저 다이오드(1210B1)에서 출력된 S편광과 합성될 수 있다.
이에 따라, 광합성기(1230c)가 S편광과 P편광을 혼합하여 출력함으로써, 스펙클을 저감할 수 있다.
도 23은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 이하에서는 상술한 실시예와의 차이점 위주로 설명한다.
도 23은 광원부(1210)의 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)이 P편광을 출력하는 경우를 예시한다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광합성기(1230d)는, 하나의 PBS면(1232d)과 하나의 1/2 파장판(1235d)을 포함할 수 있고, 본 실시예에서 광합성기(1230d)는, 1/2 파장판(1235d)이 향하는 전방이 복수의 미러(1221, 1222, 1223)를 향하도록 배치될 수 있고, 광합성기(1230c)의 측면에는 상기 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2), 및 이에 대응하여 배치되는 미러들(1224, 1225)이 위치할 수 있다.
또한, 상기 1/2 파장판(1235d)과 상기 PBS면(1232d)은, 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
도 23을 참조하면, 제1 적색 레이저 다이오드(1210R1), 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1), 제1 청색 레이저 다이오드(1210B1)에서 출력된 P편광은 대응하는 미러들(1221, 1222, 1223)을 거쳐 광합성기(1230d)의 1/2 파장판(1235d)으로 입사될 수 있다.
또한, 도 23을 참조하면, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2)에서 출력된 P편광은 대응하는 미러들(1224, 1225)을 거쳐 광합성기(1230d)의 PBS면(1232d)으로 입사될 수 있다.
이 경우에, 1/2 파장판(1235d)으로 입사된 P편광은 S편광으로 변환되고, PBS면(1232d)에서 나머지 P편광과 합성될 수 있다.
이에 따라, 광합성기(1230d)가 S편광과 P편광을 혼합하여 출력함으로써, 스펙클을 저감할 수 있다.
도 24는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 이하에서는 상술한 실시예와의 차이점 위주로 설명한다.
도 24는 광원부(1210)의 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 광학 엔진 모듈(1200) 내 조립 위치가 90도로 회전 변경되고, S편광을 출력하는 경우를 예시한다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광합성기(1230c)는, 하나의 PBS면(1232c)과 하나의 1/2 파장판(HWP, 1235c)을 포함할 수 있다.
도 24를 참조하면, 본 실시예에서 광합성기(1230c)는, 1/2 파장판(1235c)이 향하는 전방이 상기 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2), 및 이에 대응하여 배치되는 미러들(1224, 1225)을 향하도록 배치될 수 있고, 광합성기(1230c)의 측면에는 복수의 미러(1221, 1222, 1223)가 위치할 수 있다.
또한, 상기 1/2 파장판(1235c)과 상기 PBS면(1232c)은, 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
하지만, 도 24의 실시예를 도 22의 실시예와 비교하면, 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 조립 위치가 90도로 회전함에 따라, 광합성기(1230c)도 90도로 회전되어 조립됨을 확인할 수 있다.
도 24를 참조하면, 상기 미러부(1220)는 상기 광합성기(1230c)에서 출력되는 광을 프리즘 소자(1280)로 반사하는 미러(1226)를 더 포함할 수 있다.
도 24를 참조하면, 제1 적색 레이저 다이오드(1210R1), 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1), 제1 청색 레이저 다이오드(1210B1)에서 출력된 S편광은 대응하는 미러들(1221, 1222, 1223)을 거쳐 광합성기(1230c)의 PBS면(1232c)으로 입사될 수 있다.
또한, 도 24를 참조하면, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2)에서 출력된 S편광은 대응하는 미러들(1224, 1225)을 거쳐 광합성기(1230c)의 1/2 파장판(1235c)으로 입사될 수 있다.
이 경우에, 1/2 파장판(1235c)으로 입사된 S편광은 P편광으로 변환되고, PBS면(1232c)에서 나머지 S편광과 합성될 수 있다.
이에 따라, 광합성기(1230c)가 S편광과 P편광을 혼합하여 출력함으로써, 스펙클을 저감할 수 있다.
도 25는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 엔진 모듈(1200)에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 이하에서는 상술한 실시예와의 차이점 위주로 설명한다.
도 25는 광원부(1210)의 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 광학 엔진 모듈(1200) 내 조립 위치가 90도로 회전 변경되고, P편광을 출력하는 경우를 예시한다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광합성기(1230d)는, 하나의 PBS면(1232d)과 하나의 1/2 파장판(HWP, 1235d)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 미러부(1220)는 상기 광합성기(1230d)에서 출력되는 광을 프리즘 소자(1280)로 반사하는 미러(1226)를 더 포함할 수 있다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광합성기(1230d)는, 하나의 PBS면(1232d)과 하나의 1/2 파장판(1235d)을 포함할 수 있고, 본 실시예에서 광합성기(1230d)는, 1/2 파장판(1235d)이 향하는 전방이 복수의 미러(1221, 1222, 1223)를 향하도록 배치될 수 있고, 광합성기(1230c)의 측면에는 상기 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2), 및 이에 대응하여 배치되는 미러들(1224, 1225)이 위치할 수 있다.
또한, 상기 1/2 파장판(1235d)과 상기 PBS면(1232d)은, 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
하지만, 도 25의 실시예를 도 232의 실시예와 비교하면, 레이저 광원들(1210R1, 1210G1, 1210B1, 1210R2, 1210G2)의 조립 위치가 90도로 회전함에 따라, 광합성기(1230d)도 90도로 회전되어 조립됨을 확인할 수 있다.
도 25를 참조하면, 제1 적색 레이저 다이오드(1210R1), 제1 녹색 레이저 다이오드(1210G1), 제1 청색 레이저 다이오드(1210B1)에서 출력된 P편광은 대응하는 미러들(1221, 1222, 1223)을 거쳐 광합성기(1230d)의 1/2 파장판(1235d)으로 입사될 수 있다.
또한, 도 25를 참조하면, 제2 적색 레이저 다이오드(1210R2), 제2 녹색 레이저 다이오드(1210G2)에서 출력된 P편광은 대응하는 미러들(1224, 1225)을 거쳐 광합성기(1230d)의 PBS면(1232d)으로 입사될 수 있다.
이 경우에, 1/2 파장판(1235d)으로 입사된 P편광은 S편광으로 변환되고, PBS면(1232d)에서 나머지 P편광과 합성될 수 있다.
이에 따라, 광합성기(1230d)가 S편광과 P편광을 혼합하여 출력함으로써, 스펙클을 저감할 수 있다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 진열대에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 26을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진열대(2600)는, 각각 스캐닝 프로젝터를 포함하는 복수의 선반 디스플레이 모듈(2710, 2720), 상기 선반 디스플레이 모듈(2710, 2720)과 결합되는 하나 이상의 암(Arm, 2620)과 상기 암(2620)에 수직으로 배치되는 메인(main) 프레임(2610), 상기 메인 프레임(2610)과 결합되는 지지대(2630)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 암(2620)은 상기 선반 디스플레이 모듈(2710, 2720)의 측면 구조물에 결합하는 홈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 암(2620)은, 상기 메인 프레임(2610)의 측면에 상하로 소정 간격을 두고 순차적으로 배치될 수 있다.
한편, 상기 메인 프레임(2610)과 상기 암(2620)은 일체형으로 제작되거나, 별도로 제작된 후 조립될 수 있다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진열대(2600)는, 메인 프레임(2610)의 일측면에 배치되는 복수의 선반 디스플레이 모듈(2710, 2720)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 선반 디스플레이 모듈(2710, 2720)은, 각각, 수납 공간을 구비하는 선반 케이스, 상기 수납 공간의 전면에 배치되는 스크린, 및, 상기 수납 공간의 내부에 배치되고, 소정 영상을 상기 스크린으로 투사하는 스캐닝 프로젝터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 스캐닝 프로젝터, 선반 디스플레이 모듈, 및 그 동작 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터와 선반 디스플레이 모듈의 동작 방법은, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
선반 디스플레이 모듈: 100
스캐닝 프로젝터: 110
스크린: 120
선반 케이스: 130

Claims (20)

  1. 복수의 레이저 광원을 포함하는 광원부;
    상기 광원부에서 출력되는 광을 투과하거나 반사하는 복수의 미러를 포함하는 미러부;
    상기 미러부에서 투과되거나 반사된 광들을 합성하는 광합성기;
    입사되는 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 멤스 스캐너; 및,
    상기 광합성기를 거친 광을 상기 멤스 스캐너로 반사하는 광 반사부;를 포함하고,
    상기 광합성기는, 하나의 PBS(Polarization Beam Splitter)면과 하나의 1/2 파장판(HWP)을 포함하며,
    상기 광원부는, 적색, 녹색, 청색 레이저 다이오드를 각각 하나 이상씩 포함하고,
    상기 1/2 파장판으로 제1 적색, 제1 녹색, 제1 청색 레이저 다이오드에 대응하는 광이 입사되는 경우, 나머지 레이저 다이오드들에 대응하는 광은 상기 PBS면으로 입사되며,
    상기 PBS면으로 제1 적색, 제1 녹색, 제1 청색 레이저 다이오드에 대응하는 광이 입사되는 경우, 나머지 레이저 다이오드들에 대응하는 광은 상기 1/2 파장판으로 입사되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 1/2 파장판과 상기 PBS면은, 45도 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 PBS면은, 상기 1/2 파장판에서 파장 변환된 광과 상기 미러부로부터 입사되는 광을 합성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광합성기에서 출력되는 광의 광경로를 상기 광반사부로 변경하는 프리즘(prism) 소자;를 더 포함하고,
    상기 미러부는 상기 광합성기에서 출력되는 광을 상기 프리즘 소자로 반사하는 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이저 광원의 전방에 배치되는 복수의 콜리메이팅 렌즈(collimating lens);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광합성기에서 출력되는 광의 광경로를 상기 광반사부로 변경하는 프리즘(prism) 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  14. 제1항에 있어서,
    광을 감지하는 광 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광원부에서 출력되는 광의 일부를 상기 광 감지부로 전달하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 스캐너 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 왜곡보정 광학계는,
    상기 스캐너의 전면에 배치되는 프리즘과
    상기 프리즘의 전면에 배치되는 발산 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 발산 렌즈부는 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성되는 발산렌즈와 적어도 일면이 비구면렌즈로 형성되는 색수차보정렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 발산 렌즈부는 하나의 비구면렌즈로 구성되고,
    상기 비구면렌즈의 전면은 후면보다 높은 차수의 비구면계수를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 미러부의 복수의 미러 중 가장 외곽에 배치되는 2개의 미러는 토탈 미러(Total mirror)이고, 나머지 미러들은 다이크로익(Dichroic) 미러인 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
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