KR19980040063A

KR19980040063A - 투사형 화상 표시 장치 및 이를 이용한 투사 방법

Info

Publication number: KR19980040063A
Application number: KR1019960059187A
Authority: KR
Inventors: 황진
Original assignee: 배순훈; 대우전자 주식회사
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-08-17
Also published as: KR100238802B1

Abstract

액튜에이티드 미러 어레이(AMA)를 이용하는 투사형 화상 표시 장치 및 이를 이용한 투사 방법이 개시되어 있다. 투사형 화상 표시 장치는 광을 발생하기 위한 광원; 그 위에 광이 입사되는 다수의 미러를 포함하며, 각각의 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 AMA 광 변조기; 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하며, 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자는 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하며, 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들은 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하며, 제3 렌즈는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 중첩시켜 AMA 광 변조기의 전면에 조사하는 기능을 갖는 소오스 렌즈계; 및 AMA 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비한다. 소오스 렌즈계에 의해 화면의 밝기를 개선하고 AMA 광 변조기에 의한 광량 변조의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Description

투사형 화상 표시 장치 및 이를 이용한 투사 방법

본 발명은 투사형 화상 표시 장치 및 이를 이용한 투사 방법에 관한 것으로, 특히 화상을 스크린 상에 투영하는데 사용되는 액튜에이티드 미러 어레이(Actuated Mirro Array) 광 변조기를 이용하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 화면의 밝기를 개선하고 광 변조의 균일성을 향상시킬 수 있는 투사형 화상 표시 장치 및 이를 이용한 투사 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 에너지(Optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(Spatial light modulator)는 광 통신, 화상 처리, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(Direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(Projection-type image display device)로 구분된다.

직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.

투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함), 디포머블 미러 어레이(Deformable Mirror Device; 이하 DMD라 칭함), 및 액튜에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(Transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(Reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.

LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광 효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광 효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다.

DMD 및 AMA와 같은 광 변조기는 전술한 LCD 타입의 광 변조기가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위하여 개발되었다.

DMD는 5％ 정도의 비교적 양호한 광 효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생한다. 또한, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다.

이에 비해서, AMA는 압전식으로 구동하는 미러 어레이로서, 10％ 이상의 광효율을 제공한다. AMA 광 변조기에서, 각각의 액튜에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액튜에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액튜에이터의 상부에 장착된 각각의 미러들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 미러들은 광원으로 부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이러한 AMA 광 변조기는 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD 등에 비해 높은 광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 보통의 실온 광 조건 하에서 밝고 선명한 화상을 제공하기에 충분한 콘트라스트(Contrast)를 제공한다. 더욱이, 입사되는 빛의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 반사되는 빛의 극성에도 영향을 미치지 않는다. 또한, AMA의 반사 특성은 온도에 상대적으로 덜 민감하기 때문에, 고전력의 광원에 의해 쉽게 영향을 받는 다른 장치들에 비해서 스크린의 밝기를 향상시킬 수 있다는 잇점을 갖는다.

이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(bulk type) 장치와 박막형(thin film type) 장치로 구분된다. 상기 벌크형 AMA는 2개의 압전층들 사이에 중앙 전극을 구비한다. 상기 중앙 전극은 신호 전압을 위한 도전성 에폭시를 갖는 액티브 매트릭스(Active matrix)에 연결된다. 벌크형 AMA의 상부에는 미러층이 위치하는데, 이 미러층은 최대 30V의 전압 하에서 +/-0.25°의 경사각을 갖는다. 이로 인하여, 벌크형 AMA는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 구조물의 조립에 있어서도 많은 어려움이 있다.

이에 따라, 최근에는 미러 어레이들의 질을 완전하게 하기 위하여 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 AMA (이하 TFAMA라 칭함)가 개발되었다. 상기 TFAMA는 본 출원인에 의해서 1995년 5월 26일에 출원된 바 있는 한국 특허 출원 제95-13358호에 개시되어 있다.

TFAMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액튜에이터(thin film piezo-electric actuators)를 이용하는 반사형 광 변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000 개 이상의 화소(Pixel)에 결쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 TFAMA는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 나타내는 640×480 화소의 판(panel)들로 구성된다. 상기 화소들은 광효율을 높이도록 미러 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(Cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 화상 신호 전압이 인가되는 액티브 매트릭스 및 인가된 신호 전압에 의해 작동되는 미러를 포함한다.

단판식(Single panel) TFAMA를 이용하는 종래의 투사형 화상 표시 장치 (이하, AMA 프로젝터라 칭함)가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 AMA 프로젝터(10)는 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(Metal halide lamp)(11), 소오스 스톱(12), 반사 수단(14), 모듈레이션 렌즈(16), AMA 광 변조기(18), 프로젝션 스톱(20), 및 프로젝션 렌즈(22)를 포함한다.

소오스 스톱(12)은 광학적으로 불투명한 부재로서, 도 2에 그 확대도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 소오스 스톱(12)은 광선을 차단시키기 위한 차광부(12a)와 광선을 통과시키기 위한 다중 개구(Multi-Aperture)(12b)를 구비한다. 상기 개구(12b)는 바람직하게는 핀홀(Pinhole) 또는 슬릿(Slit)이다. 일반적으로, 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱은 단일 개구를 갖는데, 이 경우 광의 손실이 많아질 뿐만 아니라 단일 개구로 부터 나오는 광선의 각도가 특정 방향, 즉 AMA 광 변조기의 중심부를 향한다. 그 결과, AMA 광 변조기의 중심부에 도달하는 광의 세기가 그 주변부에 도달하는 광의 세기보다 커짐으로써, AMA 광 변조기의 미러가 틸딩(tilting)될 때 광량 변조가 불균일해지는 문제가 발생한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 다중 개구(12b)를 갖는 소오스 스톱(12)을 사용하게 되면, 광의 손실을 적게 하면서 소오스 스톱(12)을 통과하는 광선을 개구 수에 상응하는 개수로 분할한 후 다시 중첩시키므로, 단일 개구를 갖는 소오스 스톱에 비해 광선을 AMA 광 변조기(18) 전면에 균일하게 조사할 수 있다.

반사 부재(14)는 소오스 스톱(12)을 통과하는 광선의 경로를 변경하여 AMA 광 변조기(18)로 조사하는 기능을 수행하며, 바람직하게는 빔 스플리터(Beam splitter)를 사용한다. 상기 빔 스플리터는 광선의 일부는 반사하고 나머지는 투과하는 반사경이다.

프로젝션 스톱(20)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면과 광선을 통과시키도록 형성된 다중 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 상기 프로젝션 스톱(20)은 소오스 스톱(12)의 이미지에 1:1로 대응되어야 하므로, 소오스 스톱(12)이 다중 개구를 갖는 경우 프로젝션 스톱(20) 역시 다중 개구를 갖도록 형성된다.

이하, 종래의 AMA 프로젝터(10)의 작동을 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, AMA 프로젝터(10)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(11)로 부터 방출된 광선이 소오스 스톱(12)의 다중 개구(12b)에 의해 다수 개로 분할된 후 다시 중첩되어 반사 부재, 예컨대 빔 스플리터(14)에 조사된다. 상기 빔 스플리터(14)는 조사되는 광선의 일부를 반사하여 모듈레이션 렌즈(16)에 입사시킨다. 상기 모듈레이션 렌즈(16)는 소오스 스톱(12)의 이미지가 프로젝션 스톱(20)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 상기 소오스 스톱(12)을 통과한 광선을 평행광으로 AMA 광 변조기(18)에 조사한다. AMA 광 변조기(18)의 각각의 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기 신호에 따라 틸팅되어 조사된 광선의 세기를 변조한다. 변조된 광선은 다시 모듈레이션 렌즈(16)를 통해 빔 스플리터(14)에 조사된다. 상기 빔 스플리터(14)는 조사된 광선의 일부를 투과시켜 프로젝션 스톱(20)으로 보낸다. 프로젝션 스톱(20)으로 향한 광선은 상기 프로젝션 스톱(20)의 다중 개구를 통과한 후, 프로젝션 렌즈(22)를 통해 스크린 상에 투사됨으로써 화상을 형성한다. 이때, 상기 AMA 광 변조기(18)의 미러로 부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(20)의 다중 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(20)의 다중 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(20)에 대한 AMA 광 변조기(18)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.

전술한 바와 같은 종래의 AMA 프로젝터(10)는 다중 개구(12b)를 갖는 소오스 스톱(12)을 사용하는 AMA 광 변조기(18)에 의해 광원으로 부터 입사되는 광선의 세기를 변조하여 스크린 상에 결상시킨다.

AMA 프로젝터(10)의 광 효율(Light utilization efficiency)을 증가시키기 위해서는 램프(11)로 부터 발생되는 광을 그 손실을 적게 하면서 AMA 광 변조기(18)에 조사하여야 한다. 상술한 종래의 AMA 프로젝터(10)에 사용되는 소오스 스톱(12)은 차광부(12a)와 다중 개구(12b)를 구비하므로, 상기 차광부(12a)에 의한 광 손실이 커져서 화면의 밝기가 열화된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 AMA 광 변조기를 이용하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 화면의 밝기를 개선하고 광 변조의 균일성을 향상시킬 수 있는 투사형 화상 표시 장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 투사형 화상 표시 장치를 이용하여 화면의 밝기를 개선하고 광 변조의 균일성을 향상시킬 수 있는 투사 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 2는 도 1의 장치에 사용되는 소오스 스톱의 확대도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 4는 도 3의 장치에 사용되는 소오스 렌즈계의 확대도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,100 ... AMA 프로젝터11,111 ... 램프

12 ... 소오스 스톱112 ... 소오스 렌즈계

14, 114 ... 반사 수단117 ... λ/4 판

16,116 ... 모듈레이션 렌즈18,118 ... AMA 광 변조기

20,120 ... 프로젝션 스톱22,122 ... 프로젝션 렌즈

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

광을 발생하기 위한 광원;

그 위에 상기 광이 입사되는 다수의 미러를 포함하며, 각각의 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광 변조기;

다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하며, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자는 상기 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하고, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들은 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하며, 상기 제3 렌즈는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 중첩시켜 상기 AMA 광 변조기의 전면에 조사하는 기능을 갖는 소오스 렌즈계; 및

상기 AMA 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치를 제공한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

광원으로 부터 광선을 형성하는 단계;

다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하는 소오스 렌즈계에 상기 광선을 입사시키는 단계;

상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 상기 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하고, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 의해 상기 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하며, 상기 제3 렌즈에 의해 상기 분할된 각 광선을 중첩시켜 다수의 미러를 포함하는 AMA 광 변조기의 전면에 조사하는 단계;

상기 AMA 광 변조기의 각 미러를 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형시키는 단계; 및

상기 AMA 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 방법을 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명은, 광원과 AMA 광 변조기 사이에 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하는 소오스 렌즈계를 배치한다. 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자는 상기 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하는 기능을 한다. 상기 제2 렌즈 어레이는 종래의 투사형 화상 표시 장치에서 사용되는 다중 개구를 갖는 소오스 스톱에 상응하는 역할을 한다. 즉, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들은 제1 렌즈 어레이에 의해 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하여 제3 렌즈로 입사시킨다. 이때, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 의해 분할된 각 광선의 세기는 균일하다. 상기 제3 렌즈는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 중첩시켜 상기 AMA 광 변조기의 전면에 조사하는 기능을 수행한다. 상기한 구조의 소오스 렌즈계를 통과한 광선은 제3 렌즈의 각 지점으로 부터 균일한 세기와 균일한 각도로 발산되어 AMA 광 변조기 전면에 균일하게 조사된다.

따라서, 본 발명에 의한 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 종래의 투사형 화상 표시 장치에 사용되는 차광부를 갖는 소오스 스톱 대신 상기한 구조를 갖는 소오스 렌즈계를 사용하여 AMA 광 변조기로 광선을 조사하므로, 상기 AMA 광 변조기에 조사되는 광량의 손실을 크게 줄일 수 있어 화면의 밝기를 개선할 수 있다.

또한, 다수의 렌즈로 이루어진 제2 렌즈 어레이에 의해 광원으로 부터 발생되는 광선을 다수 개로 분할한 후 이들을 제3 렌즈에 의해 다시 중첩하기 때문에, 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈로 부터 분할되어 서로 간섭하는 빛들의 광로차가 중심축으로 부터의 거리에 관계없이 항상 일정하다. 따라서, AMA 광 변조기의 중심부에 조사되는 광선의 세기와 그 주변부에 조사되는 광선의 세기가 균일해진다. 더욱이, 소오스 렌즈계의 제3 렌즈의 각 지점으로 부터 나오는 광선의 발산 각도가 균일하므로, AMA 광 변조기의 전면에 광선을 균일하게 조사할 수 있어 광량 변조의 균일성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 단판식 박막형 AMA를 이용하는 투사형 화상 표시 장치 (이하 AMA 프로젝터라 칭함)를 나타내는 개략도로서, 단판식 박막형 AMA를 광 변조기로 이용한 단색(Monochrome) 시스템을 예시한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 AMA 광학적 투사 시스템(100)은 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(111), 소오스 렌즈계(112), 반사 부재(114), 모듈레이션 렌즈(116), AMA 광 변조기(118), 프로젝션 스톱(120) 및 프로젝션 렌즈(122)를 포함한다.

할로겐 금속 램프(111)는 광학 에너지의 광대역 소오스로서, 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다.

소오스 렌즈계(112)는 도 4에 확대 도시된 바와 같이, 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이(112a), 상기 제1 렌즈 어레이(112a)의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이(112b), 및 제3 렌즈(112c)를 구비하는 소오스 렌즈계를 배치한다. 도 4를 참조하면, 제1 렌즈 어레이(112a)는 그것의 평평한 표면이 램프(111) 쪽을 향하도록 배치되고, 제2 렌즈 어레이(112b)는 그것의 평평한 표면이 제3 렌즈(112c) 쪽을 향하도록 배치되며, 제3 렌즈(112c)는 그것의 평평한 표면이 상기 제2 렌즈 어레이(112b) 쪽을 향하도록 배치된다.

상기 제1 렌즈 어레이(112a)의 각 렌즈 소자는 상기 램프(111)로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈에 포커싱하는 기능을 한다. 상기 제2 렌즈 어레이(112b)는 종래의 투사형 화상 표시 장치에서 사용되는 다중 개구를 갖는 소오스 스톱에 상응하는 역할을 한다. 즉, 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자들은 제1 렌즈 어레이(112a)에 의해 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하여 제3 렌즈(112c)로 입사시킨다. 이때, 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈로 부터 분할되어 서로 간섭하는 빛들의 광로차가 중심축으로 부터의 거리에 관계없이 항상 일정하므로, AMA 광 변조기(118)의 중심부에 조사되는 광선의 세기와 그 주변부에 조사되는 광선의 세기가 균일해진다. 상기 제3 렌즈(112c)는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 중첩시켜 AMA 광 변조기(118)의 전면에 조사하는 기능을 수행한다. 이때, 상기 제3 렌즈(112c)로 부터 나오는 광선의 발산 각도가 제3 렌즈(112c)의 각 지점에 대해 동일하기 때문에, 상기 광선이 AMA 광 변조기(118)의 전면에 균일하게 조사된다.

상기 소오스 렌즈계(112)를 통과하는 광선의 경로를 변경하여 AMA 광 변조기(118)로 조사하기 위한 반사 부재(114)로서는 바람직하게는 편광 빔 스플리터(Polarizing beam splitter)를 사용한다. 편광 빔 스플리터(114)는 편광기와 빔 스플리터의 역할을 동시에 수행할 수 있게 제작된 것으로, 직각 프리즘의 빗면에 다중 박막 코팅하여 접착제로 부착한 것이다. 상기 편광 빔 스플리터(114)에 편광되지 않은 단색광을 입사시키면 직진 방향과 직각 방향으로 편광된 광이 나오게 되는데, 입사 평면에 직각으로 된 전기장 벡터인 S-편광은 직각 방향으로 나오고 입사 평면과 나란한 전기장 벡터인 P-편광은 투과된다. 여기서, 상기 편광 빔 스플리터 대신 빔 스플리터를 사용할 수도 있으나, 편광 빔 스플리터를 사용하면 빔 스플리터를 사용하는 경우에 비해 광 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

λ/4 판(117)은 편광 상태의 광을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 (즉, 90°가 되도록 반전시키는) 역할을 한다. 예를 들어, 선형 편광된 광이 λ/4 판을 나오게 되면, λ/4 판의 굴절률 이방성으로 인하여 좌원 또는 우원 편광된 광이 된다.

AMA 광 변조기(118)는 다수의 미러를 포함하며, 이들 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가되는 전기 신호에 따라서 광선의 세기를 변조한다. 즉, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중에서 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형된다.

모듈레이션 렌즈(116)는 소오스 렌즈계(112)를 통과한 이미지가 프로젝션 스톱(120)에 1:1로 대응되도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 소오스 렌즈계(112)를 통과한 광선을 광 손실 없이 평행광으로 AMA 광 변조기(118)에 조사하는 역할을 한다.

상기 프로젝션 스톱(120)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 다중 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 상기 프로젝션 스톱(120)은 소오스 렌즈계(112)를 통과한 이미지에 1:1로 대응되어야 한다. 따라서, 본 발명에서는 소오스 렌즈계(112)가 다중 개구의 역할을 하여 램프(111)로 부터 발생되는 광선을 다수 개로 분할하므로, 상기 프로젝션 스톱(120)은 분할되는 광선의 개수에 상응하는 개구 수를 갖도록 형성된다. 상기 프로젝션 스톱(120)의 다중 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 AMA 광 변조기(118)의 각 미러로 부터 반사된 광선의 세기를 제어한다.

상기 프로젝션 렌즈(122)는 프로젝션 스톱(120)의 다중 개구를 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다.

상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 AMA 프로젝터(100)의 작동 원리를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, AMA 프로젝터(100)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(111)로 부터 방출된 광선은 소오스 렌즈계(112)의 제1 렌즈 어레이(112a)에 입사된다. 상기 제1 렌즈 어레이(112a)의 각 렌즈 소자는 상기 램프(111)로 부터 방출된 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈에 포커싱한다. 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자들은 제1 렌즈 어레이(112a)에 의해 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하여 제3 렌즈(112c)로 입사시킨다. 이때, 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자들에 의해 분할된 각 광선의 세기는 균일하다. 상기 제3 렌즈(112c)는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 다시 중첩시켜 편광 빔 스플리터(114)에 조사한다. 이때, 상기 제3 렌즈(112c)의 각 지점으로 부터 나오는 광선의 발산 각도는 균일하다.

편광 빔 스플리터(114)는 S-편광을 반사시키고 P-편광을 투과시키므로, 반사된 S-편광은 모듈레이션 렌즈(116)를 통해 평행광으로 λ/4 판(117)에 입사된다. 상기 λ/4 판(117)에 입사된 선형 S-편광은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, AMA 광 변조기(118)에 조사된다. 상기 AMA 광 변조기(118)의 각각의 미러들은 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기 신호에 따라서 액튜에이팅된다. 이때, 상기 미러로 부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(120)에 대한 AMA 광 변조기(118)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.

만일, 상기 AMA 광 변조기(118)에 전압을 인가하지 않을 경우 (즉, 전압 OFF시), AMA 광 변조기(118)의 각 미러들이 진동하거나 기울어지거나 구부러지지 않으며, 그 결과 광선은 상기 프로젝션 스톱(120)에서 벗어나서 상을 맺게 되므로 스크린(도시되지 않음)에 도달되지 못한다.

만일, 상기 AMA 광 변조기(118)에 최대 전압이 인가되어 AMA 광 변조기(118)의 미러가 완전히 기울어지면, AMA 광 변조기(118) 상에 조사된 광선이 프로젝션 스톱(120)의 다중 개구를 통과하도록 조준된다. 따라서, 상기 AMA 광 변조기(118)에 조사된 광선은 상기 미러에 의해 반사되어 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하게 된다. 상기 AMA 광 변조기(118)의 미러로 부터 반사된 우원 또는 좌원 편광은 상기 λ/4 판(117)으로 역 입사되어, 상기 편광 빔 스플리터(114)로 부터 λ/4 판(117)으로 입사된 선형 S-편광에 대해 위상차가 90°가 됨으로써 선형 P-편광으로 변하게 된다. 이렇게 얻어진 선형 P-편광은 모듈레이션 렌즈(116)를 거쳐 다시 편광 빔 스플리터(114)에 입사된다. 상기 편광 빔 스플리터(114)는 P-편광을 투과시키므로, 투과된 P-편광은 프로젝션 스톱(120)의 다중 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(122)에 의해 스크린 상에 투사된다.

여기서, 도 3은 단판식 AMA 광 변조기를 사용한 단색 시스템을 예시하고 있으나, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 적색, 녹색 및 청색 투과 필터들(Transmission filters)의 일련의 색 단편들로 이루어진 컬러 휠(Colour wheel)을 사용하여 순차적으로 적색, 녹색 및 청색 광을 단판식(Single panel) AMA 광 변조기에 조사함으로써 적색, 녹색 및 청색 화상들을 표시할 수 있는 단판식 컬러 시스템에 본 발명의 소오스 렌즈계를 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, 3판(Three panel)의 AMA 광 변조기를 사용하는 다판식 컬러 시스템에 본 발명의 소오스 렌즈계를 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 다수의 렌즈 소자들로 이루어지며 그에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 광원으로 부터 발생되는 광선을 포커싱하기 위한 제1 렌즈 어레이, 상기 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하기 위한 제2 렌즈 어레이, 및 상기 분할된 각 광선을 중첩시켜 AMA 광 변조기에 조사하기 위한 제3 렌즈를 구비하는 소오스 렌즈계를 사용한다.

또한, 다수의 렌즈로 이루어진 제2 렌즈 어레이에 의해 광원으로 부터 발생되는 광선을 다수 개로 분할한후 이들을 제3 렌즈에 의해 다시 중첩하기 때문에, 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈로 부터 분할되어 빛들의 광로차가 중심축으로 부터의 거리에 관계없이 항상 일정하다. 따라서, AMA 광 변조기의 중심부에 조사되는 광선의 세기와 그 주변부에 조사되는 광선의 세기가 균일해진다.

더욱이, 소오스 렌즈계의 제3 렌즈의 각 지점으로 부터 나오는 광선의 발산 각도가 균일하므로, AMA 광 변조기의 전면에 광선을 균일하게 조사할 수 있어 광량 변조의 균일성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로 부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할수 있을 것이다.

Claims

광을 발생하기 위한 광원(111);

그 위에 상기 광이 입사되는 다수의 미러를 포함하며, 각각의 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광 변조기(118);

다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이(112a), 상기 제1 렌즈 어레이(112a)의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이(112b), 및 제3 렌즈(112c)를 구비하며, 상기 제1 렌즈 어레이(112a)의 각 렌즈 소자는 상기 광원(111)으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈에 포커싱하고, 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자들은 포커싱된 광선을 분할하며, 상기 제3 렌즈(112c)는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 광선을 중첩시켜 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(118)의 전면에 조사하는 기능을 갖는 소오스 렌즈계(112); 및

상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(118)의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 소오스 렌즈계(112)의 제1 렌즈 어레이(112a)는 그것의 평평한 표면이 광원(111) 쪽을 향하도록 배치되고, 제2 렌즈 어레이(112b)는 그것의 평평한 표면이 제3 렌즈(112c) 쪽을 향하도록 배치되며, 제3 렌즈(112c)는 그것의 평평한 표면이 상기 제2 렌즈 어레이(112b) 쪽을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 다중 개구를 가지며, 상기 개구를 통과하는 광선의 플럭스가 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(118)의 각 미러로 부터 반사되는 광선의 세기를 제어하는 프로젝션 스톱(120)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제3항에 있어서, 상기 프로젝션 스톱(120)의 개구 수는 상기 소오스 렌즈계(112)의 제2 렌즈 어레이(112b)에 의해 분할되는 광선의 수에 상응되는 것을 특징으로하는 투사형 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 소오스 렌즈계(112)의 제3 렌즈(112c)를 통과한 광선의 경로를 변경하여 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(118)로 조사하기 위한 반사 수단(114)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제5항에 있어서, 상기 반사 수단(114)은 편광 빔 스플리터를 사용하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제6항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터(114)에 의해 반사된 편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 λ/4 판(117)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제5항에 있어서, 상기 반사 수단(114)은 빔 스플리터를 사용하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
광원으로 부터 광선을 형성하는 단계;

다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하는 소오스 렌즈계에 상기 광선을 입사시키는 단계;

상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 상기 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하고, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 의해 상기 포커싱된 광선을 분할하며, 상기 제3 렌즈에 의해 상기 분할된 광선을 중첩시켜 다수의 미러를 포함하는 액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광 변조기의 전면에 조사하는 단계;

상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기의 각 미러를 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형시키는 단계; 및

상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
제9항에 있어서, 상기 소오스 렌즈계의 제1 렌즈 어레이는 그것의 평평한 표면이 광원 쪽을 향하도록 배치하고, 제2 렌즈 어레이는 그것의 평평한 표면이 제3 렌즈 쪽을 향하도록 배치하며, 제3 렌즈는 그것의 평평한 표면이 상기 제2 렌즈 어레이 쪽을 향하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
제9항에 있어서, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하는 단계 전에, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 다중 개구를 갖는 프로젝션 스톱으로 보내서 상기 다중 개구를 통과하는 광선의 플럭스가 상기 미러로 부터 반사된 광선의 세기를 제어하도록 하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
제11항에 있어서, 상기 프로젝션 스톱은 상기 소오스 렌즈계의 제2 렌즈 어레이에 의해 분할되는 광선의 수에 상응되는 개구 수를 갖는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
제9항에 있어서, 상기 소오스 렌즈계를 통과한 광선을 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기에 조사하는 단계 전에, 상기 소오스 렌즈계를 통과한 광선을 반사 수단에 조사하여 그 경로를 변경하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
제13항에 있어서, 상기 반사 수단은 편광 빔 스플리터 또는 빔 스플리터를 사용하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
제14항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터에 의해 반사된 편광을 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기의 앞에 위치한 λ/4 판에 입사시키는 단계; 상기 λ/4 판에 의해 위상차가 1/4 파장으로 바뀐 편광을 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기의 각 미러에 의해 반사시키는 단계; 및 상기 반사된 편광을 상기 λ/4 판으로 역 입사시켜서, 상기 편광 빔 스플리터로 부터 λ/4 판으로 입사된 편광에 대해 위상차가 90°로 되게 하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.