KR20020086475A - 비디오프로젝터용 포커싱 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(Digital Micromirror Device)를 구비하는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템에 관한 것이다; 본 시스템의 주요 특징은 적어도 하나의 색지움 이중 렌즈과 관련하는 적어도 하나의 비구면 렌즈를 구비하는 것에 있다. 이러한 구성은 색수차, 구면 수차, 상면만곡 및 왜곡을 실제로 감소시키며, 이미지 마이크로포밍 디바이스의 더욱 균일한 조사를 얻는다.

Description

비디오프로젝터용 포커싱 시스템{FOCUSING SYSTEM FOR VIDEOPROJECTOR}
이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(Digtal Micromirror Device)에 기반한 비디오프로젝션 시스템은, 무엇보다 자체의 뛰어난 화질, 특히 자체의 선명도 및 해상도 뿐만 아니라 키네스코프를 사용한 디바이스와 비교하여 프로젝터의 소형 크기로 인해 점점 더 확산되고 있다.
간단히 말하면, 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD는, 각각 하나가 투사될 하나의 이미지 엘리먼트, 즉 하나의 화소를 형성하는, 한 변이 16 ㎛인 알루미늄 사각 미러의 세트로 구성된다. 미러는 대각선 둘레로 ±10 각도까지 회전할 수 있으며, 각 방향의 회전은 회전 축과 관련하여 마주하는 측부 상의 미러 아래에 위치한 두 개의 전극의 동작에 의해 발생한다. 미러가 "유휴" 상태에 있을 때, 즉, 두 개의 전극중 어느 것에 의해서도 끌어당겨지지 않을 때, 광은 미러 평면에서 수직과 관련하여 대략 20 각도로 미러에 부딪힌다. 미러가 일 방향으로 회전할 때, 반사된 광선은 편향될 것이고 프로젝션 렌즈로 진입하지 않으며; 따라서 스크린으로전송되지 않으며, 즉 화소가 "오프" 되며; 만약 회전이 마주하는 방향으로 발생하면, 편향된 광이 스크린으로 전송되기 때문에, 화소는 "온"이 된다.
각각의 화소에 대해 SRAM(Static Random Access Memory) 형태의 정적 기억장치의 하나의 셀이 관련하며, 이러한 SRAM은 미러를 회전시키는 전극을 제어하기 위한 모든 정보를 포함하고 있다. 만약 각각의 미러에 의해 편향된 광이 항상 동일한 세기를 갖더라도, 화소가 온으로 남아있는 동안의 시간 변화는 육안에 의해 발생된 전체 동작으로 의해 선명도를 변화시킬 것이다.
비디오프로젝터는 하나, 두 개 또는 세 개의 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD를 구비할 수 있다. 오로지 하나의 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD만을 사용한 해상도는 특히 저비용, 전체 크기 및 무게에 있어서 유리하며; 본 발명은 주로 이러한 해상도와 관련이 있다.
본 발명은 적어도 하나의 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(Digtal Micromirror Device)를 구비하는 비디오프로젝터용 광 빔의 포커싱 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비디오프로젝터용 포커싱 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 비디오프로젝터용 포커싱 시스템의 제 2 실시예를 도시한다.
오로지 하나의 DMD 디바이스만을 사용할 때 색상화된 이미지를 얻기 위하여, 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD의 미러는 적색, 녹색 및 청색인 세 개의 주요 색에 의해 순차적으로 조사되며, 세 개의 주요 색은 발광 램프의 광을, 각각 하나가 세 개의 주요 색중 하나를 생성하는데 적합한 색선별 필터(dichroic filter)로 구성된 적어도 세 개의 섹터로 분리된, 색상 휠(color wheel)로 불리는 회전 휠(revolving wheel)로 전송하여 얻어진다. 색상 휠의 회전을 이용하여, 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD에 전송된 광 빔은 모든 세 개의 다른 색을 순차적으로 취한다.
비디오프로젝터에서 광 빔은 포커싱을 필요로한다. 일반적으로 이것은, 또한 "릴레이 렌즈"로서 알려진, 수렴 렌즈 시스템을 이용하여 얻어지며; 포커싱 평면은, 공지된 콜러(Kohler) 구성에 따른, 프로젝션 렌즈의 진입부 상에서 얻어질 수 있으며; 선택적으로, 포커싱 평면은, 임계 또는 아베(Abbe)의 조사도(illumination diagram)에 따른, 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD의 표면 상에 배치될 수 있다. 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD 상의 이미지 크기는 선명도를 약화시키지 않으면서 프로젝션 축에 수직 방향으로 투사 렌즈의 ±6 mm 변위를 가질 정도로 충분히 크기 때문에, 콜러의 구성은 프로젝션 스크린 상의 이미지 수직 중심을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 정면 투사의 예에서, 이것은 이미지 자체의 높이와 대략 동일한 양까지 스크린 상의 이미지 수직 변위를 가능하게 한다.
적어도 세 개의 수렴 렌즈를 사용하는 포커싱 시스템은, 주로 색수차 현상, 구면수차 현상 뿐만 아니라 상면만곡(curvature of field)으로 불리는 추가의 수차 현상으로 인해, 화질이 정교하지 않은 단점을 갖는다. 더욱이, 상기 수렴 렌즈는 일반적으로 현저한 이미지 왜곡을 발생시킨다.
알려진 바와 같이, 색수차 현상은 광 빔 부품의 파장에 의존하는 수렴 렌즈를 가로지르는 광 빔의 포커싱 평면으로 인한 것인데, 이는 예컨대, 청색 광 빔은 렌즈에 인접한 플랜에 수렴하는 반면에, 적색 광 빔은 멀리 떨어진 플랜에 수렴하고; 녹색 광 빔은 청색 광 빔과 적색 광 빔과 관련한 플랜 사이의 중간 플랜 상에 포커싱하기 때문이다. 오로지 하나의 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD를 갖는비디오프로젝터의 예에서, 아베의 조사도에 따른, 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD 표면 상의 포커싱은 세 개의 주요 색의 포커싱 표면 사이의 절충 결과이다. 빔이 프로젝션 렌즈의 진입부에서 수렴하는, 콜러 구조의 예에 동일한 고려가 적용된다.
구면수차 현상은 광 빔이 수렴 렌즈를 통과할 때 발생하며, 이러한 경우에 상기 광 빔의 소위 주변 광선, 즉 주변 영역내의 렌즈를 통과하는 광선은, 중심 영역내의 렌즈를 통과하는, 소위 근축 광선의 렌즈 평면에 인접한 포인트에 수렴할 것이다. 또한 이러한 예에서 포커싱은 중심 또는 근축 광선과 주변 광선 사이의 절충 결과이다.
상면만곡 현상은 렌즈에 의해 포커싱된 이미지가 올바르게 평면 상에서 보다 굴곡된 표면 상에 포커싱되는 사실에 기인한다. 또한 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD를 플랫 표면 상에 배열하는, 이러한 예에서, 포커싱은 절충 결과이다. 최종으로, 왜곡이라는 용어는 이미지의 형상 변형을 나타내며, 가장 중요한 것은 소위 "경사(tilt)" 변형이며, 이것은 렌즈 시스템을 통해 투사된 직사각형이 평행사변형의 형상을 가질 때 쿠션 왜곡(cushion distortion) 및 배럴 왜곡(barrel distortion)으로 알려진 왜곡들을 발생시킨다.
상기 수차 및 왜곡을 감소시키기 위하여, 각각의 효과가 특정 광학 디바이스에 의해 수정되는, 적절한 렌즈 시스템이 일반적으로 제안되며, 그 결과 렌즈의 수와, 이로 인한 투사 복잡성 및 비용이 증가한다.
본 발명의 목적은 상기 단점을 해결하고 개선된 현실성(realization)을 가지며 현재의 해결책에 비해 더욱 효율화된 비디오프로젝터용 포커싱 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 구성에서, 본 발명의 주목적은, 균일하게 이미지를 포커싱하는 것이 가능하고 간단하고 경제적인 방식으로 왜곡을 낮추며, 화질을 현저히 개선하고 감소된 수의 렌즈를 사용하는, 상기 단점들을 제거한 비디오프로젝터용 포커싱 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 목적은, 본 명세서의 전체를 형성하는, 종속항의 특징을 포함한 비디오프로젝터용 포커싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적, 특징 및 장점은 제한되지 않은 예에 의해 제공된 하기 설명과 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다.
도 1에서, 참조 번호 1은 파라볼라 반사기를 구비한 조명 램프를 지시하고, 참조 번호 2는, 조명 램프(1)로부터 균일한 광 빔을 보장하는, 평행육면체형 광학 유리에 의해 형성된 집적 막대(integrating bar)(4)의 진입부에서 광을 포커싱하는 비구면 커패시터를 지시한다. 여기서 설명한 예와 관련하여, 상기 설명한 것처럼자체의 색선별 필터를 이용하여 오로지 하나의 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD를 사용하는 비디오프로젝터내에서 색상의 재현을 가능하게 하는 색상 휠(3)이 집적 막대(4)보다 우선한다. 집적 막대(4)로부터의 출력 광은, 릴레이 렌즈로서 공지된, 렌즈 시스템에 의해 수집된다. 릴레이 렌즈는 대물 또는 프로젝션 렌즈에 이미지를 전송하는 렌즈 시스템과 다른 광학 디바이스를 의미한다. 상기 릴레이 렌즈는 참조 번호 5, 6 및 7로 지시된다. 상기 렌즈(5,6,7)는 광을, 상기 언급한 아베의 조사 플랜에 따라, 집적 막대(4)의 출구에서 이미지와 관련하여 확대되어 포커싱된 이미지가 형성되는, 참조 번호 10으로 지시되는 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD로 전달한다. 그러나, 또한 하기 고려가, 추가로 설명한 것처럼 도 1에서 참조 번호 11로 지시된 프로젝션 렌즈의 진입부(콜러 조사)에서 포커싱되는 이미지의 경우에 적용된다.
본 발명에 따라서, 참조 번호 5로 지시된 렌즈는 구면 수차를 감소시키도록 비구면 렌즈, 즉 프로파일이 표준 수렴 렌즈의 구면 프로파일과 관련하여 프로파일이 수정되는 수렴 렌즈를 이용하여 얻어진다.
수학적 용어로, 렌즈의 굴곡면은 렌즈의 구면 성분 이외에 2차보다 높은 차수의 다항식 성분을 포함하는 방정식에 의해 표현된다.
포인트 ABCD를 통과하는 점선에 의해 도면에서 표현된 광 빔의 광학 경로를 따라서, 구면 렌즈(5)가 참조 번호 6으로 지시되는 색지움 이중 렌즈(achromatic doublet)보다 앞서 위치한다. 공지된 것처럼, 색지움 이중 렌즈(6)는 다른 광학 유리로 상호 접합하여 얻어진, 발산 렌즈와 수렴 렌즈에 의해 형성된다. 만약 두개의 유리의 굴절 계수가 적절하게 선택된다면 색수차는 현저하게 감소할 것이다.
또한, 바람직하게, 릴레이 렌즈로서 이미지 전송과 단일 렌즈에 기인한 특정 수차의 단일 보상 효과 이외에, 비구면 렌즈(5)와 색지움 이중 렌즈(6)의 조합 효과는 사실상 이전에 설명한 상면만곡 현상과 이미지 왜곡 모두를 감소시킬 것이다.
비구면 렌즈(5)의 프로파일과 색지움 이중 렌즈(6)에 사용된 광학 유리의 굴절 계수는 또한, 자체의 길이, 굴절 수, 광 빔 선택 등의, 램프(1)로부터 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(10)까지 연장하는 광학 경로(ABC)의 특징에 의존하여 선택된다.
다음에 색지움 이중 렌즈(6)는, 릴레이 렌즈 시스템이 종료되는, 참조 번호 7로 지시되는 수렴 렌즈에 앞서 위치한다.
따라서, 릴레이 렌즈 시스템으로서 비구면 렌즈(5), 색지움 이중 렌즈(6) 및 수렴 렌즈(7)로 구성되는, 간단한 저비용 3개의 렌즈 시스템 사용은 주요 형상 및 색수차 뿐만 아니라 포커싱 시스템에 의해 도입되는 왜곡을 사실상 감소시킨다. 바람직하게, 렌즈(7)는 평면-볼록(plan-convex) 렌즈이며, 구면 수차를 추가로 감소시킨다.
참조 번호 8로 지시된 프리즘은, 일반적으로 디바이스 제조자가 부여한 특성에 의해 필요에 따라서, 대략 20도의 입사각을 갖도록 광 빔을 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD에 전달하는, TIR(내부 전반사;Total Internal Reflection) 프리즘 유형이다.
프리즘(9)은 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD의 미러로부터 프로젝션렌즈(11) 방향으로 들어오는 광 빔을 편향시킨다.
비구면 렌즈(9)와 색지움 이중 렌즈(6)를 동시에 사용하는 것은 더욱 바람직하게 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(10) 표면의 일관된 조사를 가능하게 하고, 주변 영역과 관련하여 이미지의 더욱 선명한 중심 영역을 방지한다.
최종으로, 구면 수차를 감소시키는 것은 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(10)의 활성 영역, 즉 미러를 포함하는 활성 영역 상에서 더욱 정밀하게 광을 집중시키며, 이로 인해 전체 효율과 시스템 선명도를 증가시킨다.
도 2는 콜러 조사 플랜이 사용되는 경우에, 즉 이미지가 프로젝션 렌즈(11)의 진입부에서 포커싱될 때, 본 발명에 따른 포커싱 시스템을 나타낸다.
이러한 예에서, 광 빔은 참조 번호 12로 지시된 미러에 의해 쏘아져 올바른 각으로 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD로 전송되어, 도 1의 프리즘(8,9)이 사용되지 않는다. 부품과 광학 경로 사이의 기계적인 간섭을 방지하기 위하여, 미러(12)가 또한, 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD를 구비한 비디오프로젝터의 일반 기술에 따라, 빔을 상향으로 편향시킨다. 동일한 참조 번호로 지시되는 도 2의 나머지 블록은 도 1에서 이미 설명한 것과 동일한 기능을 수행한다.
당업자가 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 예를 이용하여 상기 설명한 비디오프로젝터용 포커싱 시스템을 변화시키는 것이 가능하고, 또한 본 발명의 실제 구현에 있어서 부품들이 상기 설명한 것들과 형태 및 크기상에서 다를 수 있으며 기술적으로 동일한 엘리먼트들로 대체될 수 있다.
예를 이용하여, 램프(1)로부터 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(10)까지연장하는 광학 경로의 부분(ABC)은 도 1 및 도 2의 예에서처럼 오로지 하나의 반사 대신에 여러 개의 반사를 포함할 수 있다.
상기 포커싱 시스템은, 비록 적은 장점을 갖지만 두 개 이상의 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD를 사용한 비디오프로젝터에 사용될 수 있는 것에 유의해야 한다.

Claims (8)

  1. 광원(1), 이미지를 비디오프로젝터의 프로젝션 렌즈(11)에 전송하기 위한 광학 수단(5,6,7) 및 이미지 마이크로포밍 디바이스(10)를 포함하는 형태의 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템으로서,
    상기 이미지를 전송하기 위한 상기 광학 수단(5,6,7)은 적어도 하나의 색지움 이중 렌즈(6)와 관련하여 적어도 하나의 비구면 렌즈(5)를 구비하는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비구면 렌즈(5) 및 상기 색지움 이중 렌즈(6)는 상기 광 빔의 경로 상에 순차적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 색지움 이중 렌즈(6)는 다른 굴절 계수를 갖는 적어도 두 가지 유형의 광학 유리에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 평면-볼록(plan-convex) 렌즈(7)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지는, 아베의 조사 플랜에 따른, 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(10)의 표면 상에 포커싱되는 것을 특징으로 하는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 마이크로포밍 디바이스 DMD(10)로의 순차적인 상기 이미지 포커싱은, 콜러의 조사 플랜에 따라, 상기 프로젝션 렌즈(11)의 진입부에서 발생하는 것을 특징으로 하는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 광원(1)으로부터 상기 이미지 마이크로포밍 디바이스(10)까지 연장하는 상기 광 빔의 상기 광학 경로(ABC)는 하나 이상의 반사에 따르는 것을 특징으로 하는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템.
  8. 릴레이 렌즈 시스템(5,6,7), 광원(1)으로부터 이미지 마이크로포밍 디바이스(10)를 통해 프로젝션 렌즈(11)까지 이르는 광 빔을 포함하는 형태의 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템으로서, 상기 릴레이 렌즈 시스템(5,6,7)은 수차 교정 수단, 특히 구면 렌즈 및 색지움 이중 렌즈를 통해 얻어지는 비디오프로젝터용 광 빔 포커싱 시스템.
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