KR19980056039A - 액튜에이티드 미러 어레이 광학계 및 이를 이용한 투사 방법 - Google Patents

Abstract

필드 렌즈의 표면 반사에 의해 야기되는 고스트(Ghost)를 제거할 수 있는 액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광학계 및 이를 이용한 투사 방법이 개시되어 있다. 상기 광학계는 광선을 발생하기 위한 광원과 그 위에 광선이 조명되는 다수의 미러를 포함하고, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 AMA 패널을 포함한다. 프로젝션 렌즈는 AMA 패널의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사한다. 소오스 미러는 프로젝션 렌즈의 광축 상에 -45°로 회전하여 위치하고, 광원으로부터 발생된 광선을 반사하여 AMA 패널로 입사시킨다. 필드 렌즈는 그 광축 윗 부분만이 사용되도록 반분되고, 소오스 미러로부터 반사된 광선을 AMA 패널에 평행광으로 조사한다. 콘-프리즘은 광원과 소오스 미러 사이에 위치하며, 광원으로부터 발생되는 광선을 그 축에 대하여 양분하여 각각 AMA 패널의 양쪽으로 조사한다. 광원으로부터 발생되는 광선이 콘-프리즘에 의해 그 축에 대해 양분된 후 소오스 미러면에서 겹쳐져서 AMA 패널의 양쪽에 균일하게 조사되기 때문에, 다크 상태의 스크린 중앙이 밝게 나타나는 노이즈를 제거할 수 있다.

Description

액튜에이티드 미러 어레이 광학계 및 이를 이용한 투사 방법

본 발명은 액튜에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함) 광학계 및 이를 이용한 투사 방법에 관한 것으로, 특히 화상을 스크린 상에 투영하는데 사용되는 AMA 패널을 광 변조기로 이용하는 광학계에 있어서, 필드 렌즈의 표면 반사에 의해 야기되는 고스트(Ghost)를 제거할 수 있는 광학계 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 광통신, 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 광효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광효율은 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 광효율을 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 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이러한 AMA 광 변조기는 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD 등에 비해 높은 광효율을 얻을 수 있다. 또한, 보통의 실온 광 조건하에서 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 걸쳐서 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 광 변조기로 이용하는 종래의 광학계가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 AMA 광학계(10)는 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(Metal halide lamp)(11), 상기 램프(11)로부터 광선을 반사시키기 위한 반사기(Reflector)(15), 상기 램프(11)로부터 방출된 광선을 평행광으로 만들기 위한 소오스 렌즈(12), 광선을 통과시키기 위한 개구(aperture)를 갖고 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱(13), 상기 소오스 스톱(13)의 이미지를 프로젝션 스톱(20)에 1:1로 대응시키기 위한 필드 렌즈(16), 다수의 미러를 구비하며 상기 필드 렌즈(16)로부터 조사되는 광선의 세기를 변조시키기 위한 AMA 패널(18), 광선을 통과시키기 위한 개구를 가지며 상기 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(20), 및 상기 프로젝션 스톱(20)을 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(22)를 포함한다.

종래의 AMA 광학계(10)의 동작 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, AMA 광학계(10)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(11)로부터 방출되는 광선이 소오스 렌즈(12)에 의해 평행광으로 집광된 후, 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 필드 렌즈(16)에 입사된다. 이어서, 상기 광선은 필드 렌즈(16)를 통해 평행광으로 AMA 패널(18) 상에 조사된다. AMA 패널(18)의 각각의 미러는 그 아래에 구비된 액튜에이터에 인가된 화상 신호 전압에 따라서 진동하거나 기울어지거나 구부러진다. 이에 따라, 필드 렌즈(16)를 통과한 광선은 상기 미러들로부터 반사된 후 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하여 프로젝션 렌즈(22)를 통해 스크린 상에 투사됨으로써 화상을 형성한다. 이때, 상기 AMA 패널(18)의 미러로부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(20)에 대한 AMA 패널(18)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.

도 1에서, 참조 부호 P1은 AMA 패널(18)로 조사되는 광선을 나타내고, P2는 틸팅되지 않은 광선을 나타내며, P3는 틸팅된 광선을 나타낸다.

상술한 종래의 AMA 광학계(10)에 의하면, 램프(11)로부터 방출된 광선이 필드 렌즈(16)를 통하여 AMA 패널(14) 상에 조사되는 과정에서, 그 일부가 필드 렌즈(16)의 각 면으로부터 반사된다. 즉, 필드 렌즈(16)는 제1 면(16a), 제2 면(16b) 및 제3 면(16c)으로 이루어지는데, 광축 윗 부분에 있는 각 면으로부터 반사되는 광선은 프로젝션 스톱(20)을 통과하지 못하지만, 광축 아래 부분에 있는 각 면으로부터 반사되는 광선은 프로젝션 스톱(20)을 통과하여 스크린에서 중심의 좌우에 대칭적으로 집중된 고스트를 형성한다. 통상적으로, 스크린 상에서 배경(Background)과 고스트 패턴의 조도 차는 6∼7 : 1 인데, 배경의 밝기가 낮을수록 고스트의 영상이 뚜렷하게 감지된다. 특히, AMA 패널에 제로의 전압이 인가되어 스크린이 다크(Dark) 상태가 되는 경우에 있어서 이러한 고스트의 영상이 뚜렷하게 나타난다. 고스트는 항상 노이즈(Noise)로 작용하여 화질을 열화시키기 때문에, 신뢰성있는 광학계를 구현하기 위해서는 이러한 고스트를 제거하여야만 한다.

이에 따라, 본 출원인은 고스트를 제거할 수 있는 AMA 광학계를 발명하여, 이를 1996년 12월 27일 한국 특허청에 한국 특허출원 제96­74015호로 출원하여 현재 계속 중이다.

도 2를 참조하면, AMA 광학계(50)는 할로겐 금속 램프(51), 반사기(55), 소오스 렌즈(52), 소오스 스톱(53), 필드 렌즈(56), AMA 패널(58), 프로젝션 스톱(60), 및 프로젝션 렌즈(62)를 포함한다.

도 1에 도시된 종래의 AMA 광학계(10)에 의하면, 필드 렌즈(16)의 제2 면(16b)에서 발생되는 고스트는 그 반사율이 떨어져서 눈에 잘 띄지 않는다. 따라서, 필드 렌즈(16) 하단부의 제1 면(16a)과 제3 면(16c)으로부터 반사되는 광선에 의해 발생되는 고스트를 제거하여야 한다. 이에 따라, 도 2의 AMA 광학계(50)에서는 필드 렌즈의 하단부 (즉, 광축 아래 부분)에서 발생하는 고스트 패턴을 제거하기 위하여 필드 렌즈(56)의 상단부만이 사용되도록 상기 필드 렌즈(56)를 반분하였다.

상기한 AMA 광학계(50)에서는 소오스 스톱(53)을 통과한 광선을 반사시켜 그 경로를 AMA 패널(58)로 향하도록 변경시키기 위한 소오스 미러(54)를 프로젝션 렌즈(62)의 광축 상에 -45°로 회전하여 배치하였다. 따라서, 소오스 미러(54)는 프로젝션 렌즈(62)의 구경 안쪽에 위치하게 되므로, 소오스 미러(54)와 프로젝션 렌즈(62)가 맞부딪히는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소오스 미러(54)로부터 AMA 패널(58)에 입사되는 광점(Beam spot)의 중심이 프로젝션 렌즈(62)의 광축에 위치하게 되므로, 프로젝션 렌즈(62)에 구면 수차 및 코마와 같은 수차들이 발생하지 않아 그 설계 코스트를 절감시킬 수 있다.

상기한 AMA 광학계(50)에서, AMA 패널의 미러들(58a)은 프로젝션 렌즈(62)의 광축을 기준으로 그 양측에 있는 미러들이 상반된 방향, 즉 서로 마주보는 방향으로 틸팅되도록 배치된다. 만일, 상기 AMA 패널(58)에 화상 신호 전압을 인가하지 않으면 (즉, 전압 OFF시), AMA 패널의 각 미러들(58a)이 진동하거나 기울어지거나 구부러지지 않는다. 이때, 상기 소오스 미러(54)로부터 AMA 패널(58)로 입사되는 광점의 중심이 AMA 패널(58)의 중심축에 위치하기 때문에, 틸팅되지 않은 미러(58a)로부터 반사된 광선은 소오스 미러(54)를 통해 램프(51)로 되돌아간다.

만일, 상기 AMA 패널(58)에 화상 신호 전압을 인가하면, AMA 패널의 각 미러들(58a)이 사용되어지는 실시예에 따라 진동하거나 기울어지거나 구부러지게 된다. 상기 AMA 패널의 미러들(58a)이 프로젝션 렌즈(62)의 광축을 기준으로 상반된 방향으로 틸팅되도록 배치되지 않는다면, 틸팅된 미러로부터 반사된 광선들의 일부가 소오스 미러(54)에 맞게 되어 램프(51)로 되돌아가는 문제가 발생한다. 그러나, 상기한 AMA 광학계(50)에서는 프로젝션 렌즈(62)의 광축을 기준으로 그 양측에 있는 미러들이 서로 마주보는 방향으로 틸팅되므로, 상기 미러(58a)로부터 반사된 광선은 소오스 미러(54)의 양측으로 빠져나가서 스크린 상에 투사된다.

도 3은 상기한 AMA 광학계(50)에서 소오스 미러(54) 면에서의 광점을 나타내는 개략도이다.

도 3을 참조하면, 상기한 AMA 광학계에서는 램프로부터 발생된 광선이 소오스 미러(54)의 중심부에 완전히 집광되지 못한다. 이와 같이 램프로부터 발생된 광선이 퍼지면서 소오스 미러(54)의 주변부에 입사되면, 상기 소오스 미러(54)의 주변부에 입사된 광선 (도 3의 빗금친 부분 참조)이 소정의 각도를 갖고 AMA 패널로 조사된다. AMA 패널에 화상 신호 전압을 인가하지 않아 스크린이 다크(Dark) 상태가 되는 경우, 상기 AMA 패널의 중심부에 조사되는 광선은 AMA 패널의 미러로부터 반사되어 소오스 미러(54)를 통해 램프로 되돌아간다. 그러나, 상기 소오스 미러(54)의 주변부로부터 AMA 패널의 주변부로 입사되는 광선은 그 입사 각도가 그대로 유지되므로 소오스 미러(54)를 벗어나서 프로젝션 렌즈를 통해 스크린 상에 투사된다. 따라서, 다크 상태의 스크린 중앙이 밝게 나타나는 노이즈가 발생하여, 화질이 열화되는 문제가 생긴다.

본 발명은 상술한 종래 방법의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1의 목적은 AMA 패널을 광 변조기로 이용하는 광학계에 있어서, 소오스 미러의 주변부로 입사되는 광선에 의해 다크 상태의 스크린 중앙이 밝게 나타나는 노이즈를 제거하여 화질을 개선할 수 있는 광학계를 제공하는데 있다.

본 발명의 제2의 목적은 상기 광학계를 이용하여 화질을 개선할 수 있는 투사 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 액튜에이티드 미러 어레이 광학계를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 출원인의 선행 출원에 기재된 액튜에이티드 미러 어레이 광학계를 나타내는 개략도이다.

도 3은 도 2의 광학계에 있어서, 소오스 미러면에서의 광점을 나타내는 개략도이다.

도 4는 본 발명에 의한 액튜에이티드 미러 어레이 광학계를 나타내는 개략도이다.

도 5는 도 4의 광학계에 있어서, 소오스 미러면에서의 광점을 나타내는 개략도이다.

도 6은 도 4의 광학계에 사용되는 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 50, 100 ... AMA 광학계11, 51, 111 ... 램프

12, 52 ... 소오스 렌즈13, 53, 113 ... 소오스 스톱

112 ... 콘-프리즘54, 114 ... 소오스 미러

16, 56, 116 ... 필드 렌즈18, 58, 118 ... AMA 패널

20, 60, 120 ... 프로젝션 스톱22, 62, 122 ... 프로젝션 렌즈

상기한 본 발명의 제1의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

광선을 발생하기 위한 광원;

그 위에 상기 광선이 조명되는 다수의 미러를 포함하고, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 AMA 패널;

상기 AMA 패널의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈;

상기 프로젝션 렌즈의 광축 상에 -45°로 회전하여 위치하고, 상기 광원으로부터 발생된 광선을 반사하여 상기 AMA 패널로 입사시키기 위한 소오스 미러;

그 광축 윗 부분만이 사용되도록 반분되고, 상기 소오스 미러로부터 반사된 광선을 상기 AMA 패널에 평행광으로 조사하기 위한 필드 렌즈; 및

상기 광원과 소오스 미러 사이에 위치하며, 상기 광원으로부터 발생되는 광선을 그 축에 대하여 양분하여 각각 AMA 패널의 양쪽으로 조사하기 위한 콘-프리즘(Cone-prism)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계를 제공한다.

상기한 본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

광원으로부터 광선을 발생시키는 단계;

상기 광원으로부터 발생된 광선을 콘-프리즘에 입사시켜 상기 광선을 그 축에 대해 양분시키는 단계;

상기 양분된 광선을 소오스 미러에 조사하여 그 광로를 변경시키는 단계;

상기 소오스 미러로부터 반사된 광선을 그 광축 윗 부분만이 사용되도록 반분된 필드 렌즈에 입사시켜 평행광으로 만들고, 이를 다수의 미러를 포함하는 AMA 패널에 조사하는 단계;

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

상기 AMA 패널의 각 미러로부터 반사된 광선을 프로젝션 렌즈를 통해 스크린 상에 투사하는 단계를 포함하는 투사 방법을 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 광원으로부터 발생되는 광선을 콘-프리즘에 의해 그 축에 대해 양분한 후 AMA 패널에 조사한다. 이에 따라, 소오스 미러면에서 양분된 광점이 겹쳐진 후 AMA 패널의 양쪽으로 균일하게 조사되기 때문에, 다크 상태의 스크린 중앙이 밝게 나타나는 노이즈를 제거하여 화질을 개선할 수 있다.

또한, 필드 렌즈의 각 면으로부터 반사된 광선으로 인하여 발생하는 고스트를 제거하기 위하여 그 상단부 (즉, 광축 윗 부분) 만이 사용되도록 상기 필드 렌즈를 반분한다. 상기 광원으로부터 발생된 광선을 반사하여 그 경로를 AMA 패널로 향하도록 변경시키기 위한 소오스 미러를 프로젝션 렌즈의 광축에 대해 -45°로 회전하여 설치한다. 상기 소오스 미러는 프로젝션 렌즈의 구경 안쪽에 위치하게 되므로, 소오스 미러를 통해 AMA 패널로 입사되는 광점의 중심이 프로젝션 렌즈의 광축에 위치하게 된다. 따라서, 상기 소오스 미러와 프로젝션 렌즈가 맞부딪히는 것을 방지할 수 있으며, 프로젝션 렌즈에 수차가 발생하지 않아 그 설계 코스트를 절감시킬 수 있다.

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

도 4는 본 발명에 의한 단판식 박막형 AMA 패널을 광 변조기로 이용하는 광학계를 나타내는 개략도로서, 단판식 단색(Monochrome) 시스템을 예시한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 AMA 광학계(100)는 광선을 방출하기 위한 램프(111), 콘-프리즘(112), 소오스 스톱(113), 소오스 미러(114), 반사기(115), 필드 렌즈(116), AMA 패널(118), 프로젝션 스톱(120), 및 프로젝션 렌즈(122)를 포함한다.

광선을 방출하기 위한 램프(111)는 바람직하게는, 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 타원형의 반사기(115)는 콘-프리즘(112)에 대해 반대 방향으로 램프로부터 방출되는 광선을 반사시켜 다시 콘-프리즘(112)으로 향하게 하는 역할을 한다.

콘-프리즘(112)은 램프(111) 및 반사기(115)로부터 방출되는 광선을 그 축에 대해 양분하여 소오스 스톱(113)으로 조사하는 역할을 한다. 소오스 스톱(113)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 갖는다. 상기 소오스 스톱(113)은 화상을 형성하는 광선의 양을 결정한다. 소오스 미러(114)는 상기 소오스 스톱(113)을 통과한 광선을 반사시켜 그 경로를 AMA 패널(118)로 향하도록 변경시키는 역할을 한다. 상기 소오스 미러(114)는 프로젝션 렌즈(122)의 광축 상에 -45°로 회전하여 배치한다. 따라서, 상기 소오스 미러(114)는 프로젝션 렌즈(122)의 구경 안쪽에 위치하게 되므로, 소오스 미러(114)를 통해 AMA 패널(118)로 입사되는 광점의 중심이 프로젝션 렌즈(122)의 광축에 위치하게 된다. 도 5는 도 4의 광학계에 있어서, 소오스 미러(114)면에서의 광점을 나타내는 개략도이다.

필드 렌즈(116)는 상기 소오스 스톱(113)의 이미지가 프로젝션 스톱(120)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 상기 소오스 스톱(113)을 통과한 각각의 광선을 광 손실 없이 AMA 패널(118)로 조사하는 역할을 한다. 종래의 AMA 광학계에서는, 램프로부터 방출된 광선이 필드 렌즈를 통하여 AMA 패널에 조사되는 과정에서, 그 일부가 필드 렌즈의 각 면으로부터 반사된다. 이때, 필드 렌즈의 광축 윗 부분에 있는 각 면으로부터 반사되는 광선은 프로젝션 스톱을 통과하지 못하지만, 광축 아래 부분에 있는 각 면으로부터 반사되는 광선은 프로젝션 스톱을 통과하여 스크린 상에 노이즈로 작용하는 고스트를 형성하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 AMA 광학계(100)에서는 필드 렌즈(116)의 광축 윗 부분, 즉 상단부만을 사용하도록 상기 필드 렌즈(116)를 반분하였다. 따라서, 고스트를 제거하면서 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다는 잇점을 제공한다.

AMA 패널(118)은 조사된 광선을 반사시키기 위한 다수의 미러(118a)를 포함하며, 상기 미러(118a)는 그 아래에 구비된 액튜에이터에 인가되는 화상 신호 전압에 따라서 광선의 세기를 변조한다. 즉, 각각의 미러(118a)는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중에서 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형된다. 여기서, 상기 AMA 패널의 미러들(118a)은 도 6에 도시된 바와 같이, 프로젝션 렌즈(122)의 광축을 기준으로 그 양측에 있는 미러들이 상반된 방향, 즉 서로 마주보는 방향으로 틸팅되도록 배치된다.

프로젝션 스톱(120)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 상기 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 AMA 광 변조기(118)의 각 미러로부터 반사된 광선의 세기를 제어한다. 프로젝션 렌즈(122)는 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다.

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

먼저, AMA 광학계(100)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(111)로부터 방출된 광선이 반사기(115)에 의해 반사된 후 콘-프리즘(112)에 집광된다. 상기 콘-프리즘(112)은 상기 광선을 양분하여 소오스 스톱(113)을 통해 소오스 미러(114)에 입사시킨다. 이와 같이 콘-프리즘(112)에 의해 양분된 광선들은 도 5에 도시된 바와 같이 소오스 미러(114) 면에서 겹쳐진 후 필드 렌즈(116)에 의해 평행광으로 AMA 패널(118)에 조사된다. 이때, 소오스 미러(114) 면에서 겹쳐진 광점은 균일한 각도를 가지고 AMA 패널(118)의 양쪽에 입사된다.

만일, 상기 AMA 패널(118)에 화상 신호 전압을 인가하지 않으면 (즉, 전압 OFF시), AMA 패널의 각 미러들(118a)이 진동하거나 기울어지거나 구부러지지 않는다. 이때, 상기 소오스 미러(114)로부터 AMA 패널(118)로 입사되는 광점의 중심이 AMA 패널(118)의 중심축에 위치하기 때문에, 틸팅되지 않은 미러들(118a)로부터 반사된 광선은 상기 소오스 미러(114)를 통해 램프(111)로 다시 되돌아간다. 또한, 콘-프리즘(112)에 의해 양분된 광선이 소오스 미러(114) 면에서 겹쳐진 후 AMA 패널(118)의 양쪽으로 균일하게 조사되기 때문에, 상기 광선이 소오스 미러(114)를 벗어나서 스크린 상에 투사되는 문제를 해결할 수 있다.

만일, 상기 AMA 패널(118)에 화상 신호 전압을 인가하면, AMA 패널의 각 미러들(118a)이 사용되어지는 실시예에 따라 진동하거나 기울어지거나 구부러지게 된다. 이때, 상기 AMA 패널의 미러들(118a)이 프로젝션 렌즈(122)의 광축을 기준으로 상반된 방향으로 틸팅되도록 배치되지 않는다면, 틸팅된 미러로부터 반사된 광선들의 일부가 소오스 미러(114)에 맞게 되어 램프(111)로 다시 되돌아가는 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명의 AMA 광학계(100)에서는 AMA 패널의 미러들(118a)의 틸팅각도의 균일성을 유지하기 위하여, 도 6에 도시된 바와 같이 프로젝션 렌즈(122)의 광축을 기준으로 그 양측에 있는 미러들이 상반된 방향, 즉 서로 마주보는 방향으로 틸팅되도록 배치하였다. 이에 따라, 상기 미러(118a)로부터 반사된 광선은 소오스 미러(114)의 양측으로 빠져나가서 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과한 후, 프로젝션 렌즈(112)를 통해 스크린 상에 투사된다.

여기서, 도 3은 단판식 AMA를 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 청색광을 단판식(Single panel) AMA에 조사함으로써 적색, 녹색 및 청색 화상들을 표시할 수 있는 단판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, 3판식(Three panel) AMA를 사용하는 다판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 광학계 및 이를 이용한 투사 방법에 의하면, 다음과 같은 효과들을 갖는다.

첫째, 램프 및 반사기로부터 발산되는 광선을 콘-프리즘에 입사시켜 상기 광선을 그 축에 대해 양분한 후 AMA 패널에 조사한다. 이에 따라, 소오스 미러면에서 양분된 광점이 겹쳐진 후 AMA 패널의 양쪽에 균일하게 조사되기 때문에, 다크 상태의 스크린 중앙이 밝게 나타나는 노이즈를 제거하여 화질을 개선할 수 있다.

둘째, 필드 렌즈의 각 면으로부터 반사된 광선으로 인하여 발생하는 고스트를 제거하기 위하여 그 상단부 (즉, 광축 윗 부분) 만이 사용되도록 상기 필드 렌즈를 반분함으로써, 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

셋째, 상기 광원으로부터 발생된 광선을 반사하여 그 경로를 AMA 패널로 향하도록 변경시키기 위한 소오스 미러를 프로젝션 렌즈의 광축 상에 -45°로 회전하여 설치한다. 따라서, 상기 소오스 미러는 프로젝션 렌즈의 구경 안쪽에 위치하게 되므로, 소오스 미러와 프로젝션 렌즈가 맞부딪히는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소오스 미러로부터 AMA 패널에 입사되는 광점의 중심이 프로젝션 렌즈의 광축에 위치하므로, 프로젝션 렌즈에 수차들이 발생하지 않아 그 설계 코스트를 절감시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 광선을 발생하기 위한 광원(111);

   그 위에 상기 광선이 조명되는 다수의 미러(118a)를 포함하고, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 액튜에이티드 미러 어레이 패널(118);

   상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(122);

   상기 프로젝션 렌즈의 광축 상에 -45°로 회전하여 위치하고, 상기 광원으로부터 발생된 광선을 반사하여 상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널로 입사시키기 위한 소오스 미러(114);

   그 광축 윗 부분만이 사용되도록 반분되고, 상기 소오스 미러(114)로부터 반사된 광선을 상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널에 평행광으로 조사하기 위한 필드 렌즈(116); 및

   상기 광원과 소오스 미러 사이에 위치하며, 상기 광원으로부터 발생되는 광선을 그 축에 대하여 양분하여 각각 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 양쪽으로 조사하기 위한 콘-프리즘(112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
2. 제1항에 있어서, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 미러들(118a)은 상기 프로젝션 렌즈(122)의 광축을 기준으로 양측에 있는 미러들이 상반된 방향으로 변형되도록 배치된 것을 특징으로 하는 광학계.
3. 제1항에 있어서, 상기 소오스 미러(114)는 상기 프로젝션 렌즈(122)의 구경 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 광학계.
4. 제1항에 있어서, 상기 콘-프리즘에 대해 반대 방향으로 광원으로부터 방출되는 광선을 반사시키기 위한 반사기(115), 개구를 가지며 상기 콘-프리즘에 의해 양분된 광선의 플럭스를 집중시켜 상기 소오스 미러로 조사하기 위한 소오스 스톱(113), 및 개구를 가지며 상기 개구를 통과하는 광선의 플럭스가 상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 각 미러로부터 반사되는 광선의 세기를 제어하는 프로젝션 스톱(120)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
5. 광원으로부터 광선을 발생시키는 단계;

   상기 광원으로부터 발생된 광선을 콘-프리즘에 입사시켜 상기 광선을 그 축에 대해 양분시키는 단계;

   상기 양분된 광선을 소오스 미러에 조사하여 그 광로를 변경시키는 단계;

   상기 소오스 미러로부터 반사된 광선을 그 광축 윗 부분만이 사용되도록 반분된 필드 렌즈에 입사시켜 평행광으로 만들고, 이를 다수의 미러를 포함하는 액튜에이티드 미러 어레이 패널에 조사하는 단계;

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

   상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 각 미러로부터 반사된 광선을 프로젝션 렌즈를 통해 스크린 상에 투사하는 단계를 포함하는 투사 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 소오스 미러는 상기 프로젝션 렌즈의 광축 상에 -45°로 회전하여 위치시키는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 미러들을 상기 프로젝션 렌즈의 광축을 기준으로 양측에 있는 미러들이 상반된 방향으로 변형되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하는 단계 전에, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 패널의 각 미러로부터 반사된 광선을 개구를 갖는 프로젝션 스톱으로 보내서 상기 개구를 통과하는 광선의 플럭스가 상기 미러로부터 반사된 광선의 세기를 제어하도록 하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.