KR20040019022A - 섬유 광학 조명을 이용한 투사 시스템 - Google Patents

섬유 광학 조명을 이용한 투사 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20040019022A
KR20040019022A KR10-2003-7016860A KR20037016860A KR20040019022A KR 20040019022 A KR20040019022 A KR 20040019022A KR 20037016860 A KR20037016860 A KR 20037016860A KR 20040019022 A KR20040019022 A KR 20040019022A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
optical
elements
beam splitting
image
Prior art date
Application number
KR10-2003-7016860A
Other languages
English (en)
Inventor
사코만노로버트제이.
Original Assignee
허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 filed Critical 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
Publication of KR20040019022A publication Critical patent/KR20040019022A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3167—Modulator illumination systems for polarizing the light beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G02B27/102—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources
    • G02B27/1046—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with transmissive spatial light modulators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/145—Beam splitting or combining systems operating by reflection only having sequential partially reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/149—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using crossed beamsplitting surfaces, e.g. cross-dichroic cubes or X-cubes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3164—Modulator illumination systems using multiple light sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2817—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using reflective elements to split or combine optical signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/3147—Multi-projection systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)

Abstract

광학 투사 시스템은 조명원으로부터 출력되는 광을 섬유 광학 케이블(160)을 통해 비영상화 모핑 시준 광학 요소(162)와 빔 분할 요소(163)에 분배한다.

Description

섬유 광학 조명을 이용한 투사 시스템{PROJECTION SYSTEM UTILIZING FIBER OPTIC ILLUMINATION}
지금까지 가장 인기있는 큰 스크린 장치는 투사 디스플레이이다. 역사적으로 영상 소스는 음극선 튜브(cathode ray tube)였고, 최근에는 투과 및 반사성의 마이크로 디스플레이 영상출력기를 통해 큰 진보가 이루어졌다. 최근, JVC는 1920×1080 픽셀(pixel)의 1.3”크기, 최신의 액정 실리콘(Liquid Crystal On Display, LCOS) 영상출력기를 소개하였다. 이보다 높은 성능해결을 위해, 타일 시스템(tiled system)이 사용될 수 있다. 예를 들면, 올림푸스 광학사(Olympus Optical Co.)는 $200,000의 가격의, 2400×1800 픽셀의 100” 크기의 소자를 생성하도록 3×3 매트릭스 내에 각각 600×800 픽셀의 9개의 프로젝터를 개발하였다. 이 대신에, 클라리티 비쥬얼 시스템스(Clarity Visual Systems)는 모듈화할 수 있고, 적재가능하며, 그럼에도 불구하고 경계선이 없는 투사 요소들을 개발하였다.
플라즈마 디스플레이들은 50”의 최대크기를 갖는 고화질 텔레비젼(HDTV) - NEC의 PlasmaSync 50MP1은 101파운드의 무게에 1,365×768의 픽셀 성능을 갖고,Pioneer PDP-502MX는 88파운드의 무게에 1280×768픽셀 성능을 갖고, 이들 각각은 $ 10,000 이상의 가격이다 - 시장에 의해 일부 잠식되고 있다. 삼성(Samsung) 및 다른 회사의 최신 액정 디스플레이들(LCDs)은 플라스마 디스플레이를 능가하는 성능을 갖는 30 인치 크기에 도달하고 있다. 이보다 높은 다이렉트 뷰(direct view) 사이즈(또한 성능)을 위해, 타일 시스템이 사용될 수 있다. 예를 들면, 레인보우 디스플레이(Rainbow Displays)는 시준 후면광(collimated backlight), 좁은 폭을 갖는 통상적인 LCDs, 모든 장비를 지나 위치한 하나의 투사 스크린을 사용하는 타일 시스템을 개발하였다.
단일 프로젝터 또는 다이렉트 뷰 디스플레이는 크기 및 성능의 요구에 맞출수가 없다. 그러므로, 타일 해결책에 옵션이 존재하게 된다. 모든 타일 시스템들은 타일 요소들간의 인식 차이, 예를들면 모든 시각에서의 회색음영의 광도 및 색도의 균일성를 해결하여야 한다. 경계선없는 작동을 위해서는, 타일들간의 인식 경계가 제거되어야 하고, 그에따라 특히 시청면에서의 픽셀 피치가 수 밀리미터보다 작아야하는 부가적인 복잡성이 추가되어야 한다.
투사 및 다이렉트 뷰 타일링 시스템들은 단일 디스플레이에 비해 아래와 같은 비용면에서의 단점을 갖고 있다.
1. 경계선을 숨기기 위해 삽입되어야 하는, 광학 마스트 및 피드백 시스템과 같은 부가적인 요소의 필요.
2. 한정 시장, 낮은 비용 해법을 위한 투자가 충분한 충분한 회수기간을 갖지 않는 이유에 의한 고 회수 비용.
3. 정확하게 타일을 배열하고 조립 동안의 시스템을 측정하는 노동 시간.
투사 및 다이렉트 뷰 타일링 시스템들은 모두 단일 디스플레이에 비하여 아래와 같은 성능면에서의 단점을 갖는다.
1. 하나 또는 그 이상의 타일들 내의 구성요소들 사이의 작은 차이에 의해 야기되는 타일 요소 사이의 불균일성. 예를 들면, 디스플레이 소자의 전기/광학 특성, 램프 노화 특성 등
2. 타일 요소들 사이의 불 균일성을 보상하기 위한 회색 음영을 사용함에 의한 동적 범위(dynamic range)의 손실.
투사 기반 타일 시스템은 단일 프로젝터를 사용하는 시스템에 비해 아래와 같은 비용 측면에서의 단점을 갖는다.
1. 특별한 룸 냉각을 고려해야 하는, 프로젝터 어레이 주위의 열 하중 집중
2. 특별한 소음 감쇠 고려를 필요로하는, 프로젝터 어레이 주위의 팬(fan) 소음의 집중
3. 천장에 달려있는 램프, 특히 접근이 힘든 어레이의 중앙에 있는 프로젝터를 위한 램프를 교체하는데 투입되는 비용
4. 타일 요소들 사이의 정열을 보장하기 위한 피드백 제어 시스템의 필요
5. 다른 프로젝터 주위에 위치하는 프로젝터의 높은 주변 온도, 균일 휘도및 타일 요소들간의 응답시간을 보장하기 위한 영상 요소의 잠재 온도 평준화
투사 기반 타일 시스템은 단일 프로젝터를 사용하는 시스템에 비해 아래와 같은 성능상의 단점을 갖는다.
1. 하나 또는 그 이상의 유닛들 사이에서 달라지는 온도구배의 결과로 타일 요소들 사이의 열적 확산의 차이, 이에 따라 주기적인 재 보정이 수행되지 않는다면 타일들 간의 오버타임에 의해 정렬오류가 야기된다.
다이렉트 뷰 타일 시스템은 단일 프로젝터를 사용하는 시스템에 비해 아래와 같은 비용 측면에서의 단점을 갖는다.
1. 특별한 LCDs 가 활성 디스플레이 영역의 경계 주위의 통상적이지 않은 좁은 데드존(dead-zone)을 형성하도록 제조되어야 한다.
다이렉트 뷰 타일 시스템은 단일 프로젝터를 사용하는 시스템에 비해 아래와 같은 성능 측면의 단점을 갖는다.
1. 경계선 없는 시스템을 위한 성능 한계; 1mm 단위의 기계적인 경계 발생의 실제적인 한계.
2. 하나 또는 그 이상의 유닛 사이에서 달라지는 온도 구배의 결과로 타일 요소들 사이의 열적 확산의 차이, 이에 따라 구조적 피로(기계적 피로) 또는 스트레스로 인한 복굴절(광학 불균일성)을 야기할 수 있는 스트레스를 일으킨다.
3. 매우 큰 영역의 유리 구조를 위한 내재적인 기계적 한계, 이에 따라 상기 시스템을 정렬하는데 실용성을 떨어뜨린다.
높은 성능의 매우 큰 영역의 디스플레이를 얻는 하나의 방법은 타일을 통한 방법이다. 그러나, 종래기술고 결합된다 하더라도, 상기와 같은 시스템의 비용/성능 경향은 한정 시장 상태를 계속 초래하게 할 것이다. 광고, 극장, 정부를 위한 미디어, 회사, 방송국..과 같은 여러 응용분야에서의 고-선명도, 무결절성, 큰 스크린 디스플레이에 관한 알려진 수요가 있다. 특히, 낮은 비용으로 단일 장치의 특성을 얻을 수 있는 타일링 시도에 대한 필요성이 있는 것이다.
본 발명은 전자-광학 소자 조명 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 광학 섬유를 빛을 발하기 위하여 사용하는 투사 시스템에 관한 것이다.
도 1은 12개의 개별적인 디스플레이 타일로 추가로 분할된 투사 디스플레이 영상을 보여준다.
도 2는 섬유 기반의 색상 분할 장치의 실시예를 보여준다.
도 3은 섬유 기반의 색상 분할 장치의 다른 실시예를 보여준다.
도 4는 2001년 5월 18일에 출원된 미국특허출원 제09/860,731호에 기재된 투과형 영상 처리 장치를 사용하는 타일형 투사 디스플레이 시스템을 보여주며, 디스플레이 당 상기 장치 세 개를 사용하고 각각의 장치는 적색, 녹색 및 청색의 그룹에서 선택된 제1 색상에 할당된다.
도 5는 단일의 1:1 종횡비의 반사형 영상 출력기(imager)를 사용한 조명 기법을 상세히 나타낸다.
도 6은 단일의 4:3 종횡비의 반사형 영상 출력기를 사용한 조명 기법을 상세히 나타낸다.
도 7은 세 개의 투과형 영상 출력기를 사용한 조명 기법을 상세히 나타낸다.
도 8은 세 개의 반사형 영상 출력기를 사용한 조명 기법을 상세히 나타낸다.
도 9는 세 개의 4:3 종횡비의 투과형 영상 출력기를 사용한 조명 기법을 상세히 나타낸다.
도 10은 세 개의 4:3 종횡비의 반사형 영상 출력기를 사용한 조명 기법을 상세히 나타낸다.
도 11은 도 2에 도시된 조명 등급 섬유 광학 기법과 유사한 기법에 기반한 통신 등급 섬유 광학용 전자 광학 스위칭 시스템을 보여준다.
도 12는 동일한 광섬유에서 조명과 통신을 멀티플렉싱하는 시스템을 보여준다.
도 13은 통신 등급 광섬유용의 멀티플렉서-디멀티플렉서를 상세히 나타낸다.
도 14는 통신 등급 광섬유용의 전자 광학 교차점 스위치를 상세히 나타낸다.
본 발명의 실시예는 통상적인 광원으로부터의 고 강도의 백색광을 수집하고, 고 강도의 백색광을 3원색의 광 성분로 분리하고, 이들 요소를 광학 도관(conduit)들을 통해 복수 개의 타일 요소와 결합한다. "광학 도관(optical conduit)" 및 "광 섬유(fiber optic)"는 도면번호와 같이 서로 구분없이 쓰인다.
일 실시예에서, 투사 기반 타일 디스플레이 시스템, 단일 프레임 순차 영상출력기는 중심으로 조정된 전자 색 스위칭을 가진 각 투사 요소에서 사용되고, 이에 따라 각 영상출력기의 색 분리 및 광학 재결합의 연결 필요를 제거하고, 프로젝터들 사이의 색 균형을 유지하고, 각 프로젝터 내의 구조를 매우 단순하게 한다.플라스틱 광 섬유들(POFs)은 비용을 최소화하기 위하여 사용되고 독특한 비 영상 광학이 질량편차율 손실을 경감하기 위하여 사용된다. 상기 POFs들은 일반적으로 고체 코어 및 큰 코어로 언급된다. 작은 코어 POFs는 3mm코어 직경 까지의 섬유인 ESKA™ 브랜드의 미쯔비시(Mitsubishi) 제품을 사용할 수 있다. 큰 코어 POF는 18mm 까지의 코어 직경이고, Fiberstars에 의한 OptiCore™ 뿐 아니라 Lumenyte에 의해 Sta-Flex? 브랜드, Sumitimo 3M의 Light Fiber로 제작된다. 섬유 조명이 더욱 보편화되어 통신 등급 POFs가 조명 등급 POFs에 합쳐지도록 기술이 발전될 것으로 예측된다. 통신 등급 섬유는 매우 먼거리(1km 또는 그 이상)에서의 낮은 손실의 필요에 의해 POF 기술을 발전시켰다. 예를 들면, Mitsubishi의 ESKA 조명 등급 CK 제품은 0.2db/m의 감쇠를 갖고, GK 섬유의 통신 등급은 0.14db/m 의 감쇠를 갖는다. Asahi Glass는 Grand Index-CYTOP? Optical Fiber(GI-COF)인 Lucina™를 팔고 있다. Lucina™는 투명한 플루오르폴리머(fluoropolymer)인,CYTOP?로 만들어진다. 비록 적외선 파장으로 팔리고 있지만, 등급-인덱스(grade-index) 접근방식은 조명섬유를 위한 몇몇 약속을 제공한다. 사실, 조명-등급 섬유에 대한 통신-등급 섬유의 부가되는 단위 비용에 의한 부가 비용 및 상대적으로 작은 코어 직경과 낮은 개구수(numerical aperture)에 의한 더 많은 섬유의 필요성에 불구하고, 통신 섬유는 최근 조명 기기에 사용할 수 있게 된다.
POFs는 광 도관의 하나의 종류를 나타낸다. 예를 들면, 프리즘 광 가이드 기술을 사용한, 6인치 직경 및 그 이상까지의 중공형 광 튜브가 TIR Systems 사에서Light Pipe™의 상표로 제작되며,3M은 다층 폴리머 라디엔트 미러 필름(multilayer polymeric radiant mirror film)을 중공형 광 튜브의 잠재적인 해결수단으로 하여 팔기 시작하였다. 통상적인 번들들이 Schott-Fostec LLC에 의해 제조될 뿐 아니라, OPRA 브랜드의 유리 섬유 번들들이 Asahi Glass에 의해 제조되고 있다. 예를 들면 Translight LLC 사의, 액체 코어 광 가이드가 또한 사용 가능하다. 이러한 모든 도관들은 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있다;그러나, 현재 시장 상황은 비용/성능 측면에서 조명-등급 POF를 선호하고 있다.
본 발명의 실시예들은 종래 기술에 비해 아래의 장점들을 갖는다.
1. 타일들 사이의 어떠한 색의 불균일성도 최소화할 수 있는 단일 램프, 부가적인 램프들이 증가되는 휘도 및/또는 장애시 동작 성능을 위해 추가될 수 있다.
2. 큰 코어 폴리머 기반 기술을 사용함에 따른 섬유 비용의 최소화
3. 광 섬유와 관련한 질량편차 손실의 없음
4. 광원을 멀리 위치시킴으로써 프로젝터에 열 발생의 없음, 열적으로 영상출력기를 안정화할 필요를 감소 또는 제거한다.
5. 광원을 멀리 위치시킴으로써 프로젝터 근처의 소음의 제거
6. 어떠한 색의 불균일성도 최소화하도록, 영상출력기의 컬러 필터 제거
7. 단일 영상출력기 프로젝터가 세개의 영상출력기 프로젝터들보다 비용이 절감된다.
8. 타일들을 정렬하기 위한 회색 음영의 감소가 없음
9. 서비스를 위해 편리하게 배열되는 중심화된 램프 위치에 의해 촉진되는저렴한 유지비용
10. 광 섬유 통신 시스템에 관련된 응용기기들과 같이, 다른 타일 건축물들이 표현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 타일형 투사된 영상(100)는 개별적인 디스플레이 타일(101A, ..., 101N)로 구성된다. 본 발명의 실시예는 도 1에 도시된 바와 같은 3x4 어레이를 갖는다. 안출되는 다른 실시예들은 육각형과 같은 비장방형 디스플레이 타일과, 합성 투사 디스플레이가 삼각형과 같은 비장방형 또는 반구와 같은 비평면인 타일 형상을 비롯한 상이한 타일 형상을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 섬유(120a, 120b, 120c)의 어레이가 NIMCOLE(Non-Imaging Morphing Collimating Element: 비영상화 모핑 시준 요소)(122a, 122b, 122c)의 어레이 안으로 백색광원을 제공한다. 각각의 NIMCOLE은 둥근 섬유와 인터페이스 접속되고, 섬유로부터 받은 에너지를 원추형 테이퍼된 특징부로 시준한 다음, 둥근횡단면으로부터의 출력을 다각형 횡단면 중의 하나(이 경우에는 정사각형)로 모핑한다. 다각형 횡단면은 소정 거리에서 일정하게 유지되어, 몇 가지 이익을 제공한다. 먼저, 해당 분야에 공지된 바와 같이 소정 정도의 균질성을 제공한다. 두 번째로, 요소들이 조밀 충진 어레이로 배치되어 2차원 면들이 자체 정렬 특징부로 작용한다. 세 번째로, 인접한 2차원 면들이 광학 접촉하면 추가로 균질화되어 NIMCOLE들 사이에서 혼합될 수 있다. 거꾸로, 균질화가 바람직하지 않은 경우, (예컨대 NIMCOLE보다 낮은 굴절률을 갖는 접착제를 사용하여) 2차원 평면들을 광학적으로 고립시킬 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 NIMCOLE(122a, 122b, 122c)의 출력은 추가의 (광학적) 균등 분산기(homogenizer, 124)에 의해 더 균일해 질 수 있으며, 상기 균등 분산기(124)는 (이전에 Balzers였던) 유낵시스(Unaxis)에 의해 제조되는 LightTunnelTM과 같은 해당 분야에 공지되고 투사기에 채용되는 여러 유형들 중의 하나일 수 있다. 균등 분산기(124)의 경로길이는 꼭 비례하지는 않고 선택된 접근법에 의존하며, 브롤트 리서치(Breault Research)에서 구입 가능한 ASAPTM또는 옵티컬 리서치 어소시에츠(Optical Research Associates)에서 구입 가능한 Light Tools? 등의 소정의 적절한 광선 추적(ray-trace) 프로그램을 사용하여 확인할 수 있다. 다른 적절한 종류의 균등 분산기로는 플라이 아이(fly's eye) 광 적분기 렌즈 어레이와 십자형 원통 렌즈 어레이가 있다.
광학 균등 분산기(124)에 이어, 예컨대 멜레스 그리오(Melles Griot)에 의해제조된 “유전 입방체 빔 분할기 ”로 지칭되는 형태의 각각 적색, 녹색 및 청색을 위한 일련의 입방체 빔 분할기(140a, 140b, 104c)가 배치되어 있다. 일 실시예에서 중실형 입방체 빔 분할기가 사용되었지만, 화이트헤드(Whitehead)의 미국특허 제4,260,220호의 프리즘 필름 또는 3M의 다층 중합체 거울 기술(multilayer polymeric mirror technology)에 의해 중공형 입방체 빔 분할기를 구성할 수 있다. 빔 분할기(140a)에 진입하는 백색광 중에서, 적색 성분(126a)만이 소정의 면(147a)을 통해 상향 유도된다. (녹색과 청색을 포함하는) 나머지 빛은 빔 분할기(140b)에 진입하여, 녹색 성분(126b)만이 소정의 면(147b)을 통해 상향 유도된다. 최종적으로, 나머지 청색광 성분(126c)이 마지막 빔 분할기(140c)에서 상향 유도되어 면(147c)을 통해 배출된다. 각각의 색상이 해당 면을 통해 배출되도록 보장하기 위해, 프리즘(140a, 140b, 140c)보다 낮은 굴절률을 갖는 광 인터페이스가 경계(149a, 149b, 149c, 149d)에 적용되어야 한다. 광섬유 상의 클래딩과 같이 더 낮은 지수(굴절률)는 상향 유도된 광선이 내부 전반사(Total Internal Reflection, 이하 TIR이라 한다)에 의해 경계를 통과하지 못하게 한다. 경계에서의 더 낮은 지수의 물질은 예컨대 나이 옵티컬(Nye Optical)에 의해 제조되는 광학적으로 투명한 실리콘 젤이다. 공기 역시 낮은 지수로 인해 적절하지만, 면(149a, 149b, 149c)들로 수직으로 진행하는 빛에서 프레넬 반사 손실이 더 클 것이다. 실리콘 기반의 제품들은 대부분의 유리 제품과 광학 등급 중합체들보다 더 낮은 지수를 가지며, 투명하게 제조될 수 있다. 실제 지수는 개략적인 차수에서 계산하면 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
nlow< ncubex sin(90-θ)
수학식 1에서, nlow은 낮은 지수 재료이고,
ncube은 입방체의 지수이며,
θ는 면(147a, 147b, 147c)에 수직인 표면에 관한 (입방체 내부의) 더 나쁜 상황 발산(worse-case divergence)이다.
예컨대, BK7에서 제조된 입방체(n=1.52@550nm)는 θ=6도의 면들(147a, 147b, 147c)에 수직인 (입방체 내부의) 더 나쁜 상황에서 nlow< 1.51이어야 한다. 주목할 중요한 점으로서, 분산 및 온도 효과를 고려해야 하므로 nlow은 1.51보다 약간 작을 것이다. 또한, 경계 재료는 투명하며, 그렇지 않다면, 벌크 투과도와 산란{면(149a)에 수직인 광선}에 기인한 손실과 소실{면(149a)에서 TIR되는 광선}이 이루어질 것이다.
도 2를 다시 참조하면, 빔 덤프(150)가 이전에 추출되지 않은 빛을 흡수하도록 빔 분할기(140c)의 단부에 배치될 수 있다. 예컨대, 적색 탈포화에 이르는 메탈 할라이드와 고압 수은 아크등에서 우세한 대략 575 내지 600nm 사이의 빛의 황색/오렌지색 밴드가 빔 덤프(150) 안으로 덤핑될 수 있는데, 이는 빔 분할기(140a, 140b, 140c)를 이 복사 대역을 통과시키도록 구성함으로써 달성된다.
상향 유도된 광 성분(126a, 126b, 126c)은 도면부호 130a, 130b 및 130c와같은 NIMCONE(Non-Imaging Morphing Concentrating Element: 비영상화 모핑 집중 요소)의 어레이에 입사된다. 이들 요소는 최대한의 에너지를 각각의 섬유(132a, 132b, 132c)에 결합시키도록 사용된다. NIMCOLE과 NIMCONE의 정확한 형태는 ASAPTM또는 LightTools?을 이용하여 용이하게 확인할 수 있다. 각각의 NIMCONE의 2차원 특징부는 NIMCOLE을 위해 이전에 특정된 것과 동일한 유형의 장점을 제공한다.
빔 분할 입방체(140a, 140b, 140c)의 사변을 위한 유전체 코팅체 대신, 전자 광학 요소(Electro-Optical Element, 이하 EOE라 한다)를 사용할 수 있다. 예컨대, 디지렌즈(Digilens)는 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, 이하 PDLC라 한다)을 사용하여 이루어지는 전자적으로 스위칭 가능한 브래그 격자(Electronically Switchable Bragg Grating, 이하 ESBG라 한다)를 제조한다. 다층을 적층하여 각각의 층이 상이한 주파수 대역에서 작동하게 할 수 있다. 주어진 층이 선택되지 않으면 투명하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 전자 장치(145)에 의해 발생되고 전자 버스(142a, 142b, 142c)에 의해 요소들에 전송되는 전류를 PDLC에 인가하여 주어진 층을 선택한다. EOE의 광학 대역폭이 불충분하면( 즉 반사 대역폭이 한정되면), 추가의 빔 분할용 입방체단(cube stage)을 채용할 수 있다.
도 3에 도시된 칼라링크(ColorLink)에서 구입 가능한 ColorSwitchTM과 같이 EOE가 편광 민감성을 가지면, 편광 빔 분산 요소(163a, 163b)와 억제 포일(164)에 의해 제공되는 편광 컨버터가 광학 균등 분할기(168)에 선행할 수 있다. 추가의억제 포일(167)을 사용하여 전체 빔을 p-편광으로 전환할 수 있다. 하지만, 에너지 효율과 관련되면, NIMCOLE의 수는 연장적(etendue) 속박과 줄을 지어 2등분될 필요가 있다. 그렇지 않으면, 덜 비싼 흡수성 편광기를 사용할 수 있다. EOE(189a, 189b, 189c)는 액정의 전자 광학 효과를 이용하여 제조되며, p-편광으로부터 s-편광으로 빛의 파장 대역폭을 회전 선택한다. 예컨대, 백색광을 수신하는 EOE(189a)는 적색 대역을 p-로부터 s-로 일차 회전시키므로, 도면부호 168a 내의 적색 성분은 편광 빔 분할기(180a)로부터 면(187a)을 통해 도면부호 170a와 해당 섬유(172a)를 구비하는 NIMCONE 그룹쪽으로 반사될 수 있다. 유사하게 EOE(189b, 189c)는 각각 녹색과 청색 대역을 추출하도록 사용된다. 프레임 연속 시스템에서, 제어 요소(185)는 전기적 버스(182a, 182b, 182c)를 통해 EOE(189a, 189b, 189c)의 전압을 각각 스위칭하므로, 예컨대 광(196a, 169b, 169c)은 프레임 n에 대해서는 R-G-B이고, 프레임 n+1에 대해서는 G-B-R이고, 프레임 n+2에 대해서는 B-R-G이며, 프레임 n+3에 대해서는 다시 R-G-B이다.
전술한 바와 같이, 깜빡임 없는 실행을 위해서는 EOE를 위한 스위칭 시간(상승 시간 + 하강 시간)이 대략 1msec 이하가 되도록 규정할 필요가 있다.
개별적인 EOE의 파장 대역폭이 적색, 녹색 또는 청색의 전체 색상 대역을 제어하기에 불충분한 경우, 다른 EOE 스테이지를 추가할 수 있다. 예컨대, EOE단이 소정 시간에 30nm 폭의 대역만을 스위칭하는 경우, 시스템이 연장 한정되거나 심하게 비용 한정되지 않는다면, 녹색은 505-535nm, 535-565nm 및 565-595nm의 세 개의 빔 분산기를 포함할 수 있다. 실제로, 이러한 기법은 세 개의 녹색 EOE 중의 적어도 하나를 선택하여 색포화 및 광도 중의 적어도 하나를 만족시킬 수 있다.
도 4는 해당 디스플레이 프로젝터(400A, ..., 400N)로부터 투사된 와전한 영상의 일부를 수신하는 타일(101A, ..., 101N)을 시스템적으로 보여준다. 각각의 디스플레이 프로젝터(400)는 투사 렌즈 어셈블리(401)와 영상 형성 유닛(410)을 구비한다. 본 발명의 일 실시예에서, 영상 형성 유닛(410)은 청색 LC(액정) 장치(411), 녹색 LC 장치(412) 및 적색 LC 장치(413)로 이루어진 세 개의 투과형 폴리실리콘(Poly-Si) LC 장치와 결합 광학 장치(414)를 구비한다. 이와 같은 고온 Poly-Si(HTPS) 장치는 예컨대 소니(Sony)와 엡손(Epson)에서 구입 가능하다. 본 발명의 다른 실시예에서, 영상 처리 장치는 전술한 LC 기반 장치 대신에 세 개의 반사형 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 기반의 영상 장치(410)를 구비한다. 본 발명에서 안출되는 또 다른 실시예는 투사된 영상을 형성하도록 반사형 실리콘 액정 표시장치(Liquid Crystal on Silicon: LCOS)와 같은 다른 투과형 및 반사형 영상 형성 유닛(410)을 사용할 수 있다. 섬유로부터 영상 출력기로의 광의 결합은 도 5 내지 10에 도시된다.
도 4를 다시 참조하면, 광은 광 엔진(250, 275)에 의해 발생되며 각각 섬유 광학 케이블(265, 290)에 의해 광 분리 유닛(300)으로 전송되는데, 그 상세 내용은 도 2와 3에 나타난다. 요컨대, 광은 일차로 요소(305)에 의해 균질화된 다음, 청색, 녹색 및 적색과 같은 주요 색성분으로 분리된다. 주요 색성분은 제2 세트의 섬유 광학 케이블(350)에 의해 광 분리 유닛(300)으로부터 디스플레이 프로젝터(400A, ..., 400N)로 전송되어, 이곳에서 투사 영상이 형성되어 디스플레이 타일(101A, ..., 101N)에 투사된다. 탈포화 효과를 초래할 수 있는 파장은 빔 분할기(301, 302, 303)를 통과하여 빔 덤프(304)로 전송된다. 빔 덤프는 매우 다양한 재료로 이루어질 수 있다.
다른 실시예들는 비용 및/또는 성능 요구사항에 의해 한정되는 수효만큼 광 엔진을 구비할 수 있다. 성능 요구사항은 하나 이상의 광 엔진의 고장시 시스템 유효성, 연장에 의해 규정되는 광도 한도, 다수 유형의 광원을 포함하는 혼성 기법에 의해서만 충족되는 스펙트럼 및/또는 재점등(restrike) 품질 중에서 하나 이상과 관련된다. 광원 즉 광 엔진(250, 275)은 각각 NIMCONE(260, 285)의 조명을 통한 충전 분율 손실을 피할 것이 요구됨을 설명한다. 주목할 점으로서, 도 4가 통상적인 세 개의 영상 출력기 프로젝터를 나타내지만, 동일한 시스템 등급 기법을 프레임 연속 시스템에 적용할 수 있으며, 상세 내용은 후술한다.
주목할 중요한 점으로서, 섬유(350) 내의 손실에 기인해, 광 경로 길이와 섬유(350) 내의 동등한 굴곡을 주어진 프로젝터(400) 내부와 프로젝터(400A-400N)들 사이에서 비교적 일정하게 유지할 필요가 있다. 이와 달리, 광 감쇄기를 사용하여 시스템에 재평형을 줄 수 있다. 상기 감쇄기는 인라인(in-line) 중성 밀도 필터와 같이 간단할 수 있다. 또는, 펄스폭변조(PWM)에 의해 광을 조절하는 전자 광학(EO) 셔터와 같이 복잡할 수 있는데, 이는 광 분리 유닛(300)의 일부이거나, 그 외부에 설치되거나 양자의 조합이다. 상기 PWM 기술은 디머(dimmer)로서 작동할 수 있으며, 이는 램프 수명의 효과 때문에 대부분의 고광도(HID) 램프를 위한 표준 동력-감소 기술에서 달성할 수 없는 특징이다.
본 발명의 다른 중요한 특징은 디스플레이 프로젝터(400A, ..., 400N) 사이에 공지된 관계를 유지하는 것이다. 이것은 일차로 길이가 온도에 따라 충분히 특징화되는 로드 요소를 사용하여 인접한 프로젝터들 사이에 관계를 정하고, 존슨(Johnson) 등의 미국특허 제6,219,099호에서 제안되는 기술을 사용하여 시스템을 정렬하여 달성될 수 있다. 예컨대, 정 및 부의 열팽창 계수의 좌우 섹션을 갖는 바 부재가 크림(Krim)의 미국특허 제4,282,688호에서 교시된다. 상기 바는 팽창 계수가 대략 ±0.01x10-6in/in-℉이 되도록 동조되어, 한쪽 섹션이 온도 변화 환경에서 다른 섹션의 수축에 의해 오프셋(offset)된다. JVC2048x1536 영상 출력기는 종횡비가 4:3이고 대각선 길이가 1.3″이다. 이는 픽셀 피치가 5.08x10-4in임을 의미한다. 예컨대 커넥팅 로드의 길이가 (투사 렌즈를 위해 충분한 폭을 허용하도록) 10 인치이고 (77℉의 실온하의) 하나의 로드와 다른 로드 사이의 더 나쁜 상황 온도 기울기가 30℉인 경우, 순운동은
(0.01x10-6in/in-℉)x(10 인치)x(30℉)=3x10-6인치이다.
이는 픽셀 피치보다 2 차수가 작으므로, 아무런 운동도 감지되지 않는다. 그 한도에 의해, 타일형 어레이는 -55℃ 내지 85℃(-67℉ 내지 185℉)의 완전한 군용 온도 범위에 견딜 수 있다.
이와 달리, 루블(Ruble) 등의 미국특허 제3,753,254호는 초기 교정(calibration) 이후의 상대 운동을 측정하기 위해 로드를 따라 온도를 측정하고 보상 신호를 인가하기 위한 서미스터의 사용을 교시한다. 타일형 투사 시스템에 있어서, 이들 보상 신호는 타일 등록을 유지하도록 주기적으로 각각의 프로젝터의 영상을 조절하기 위해 존슨 등에 의해 교시된 알고리즘에 인가될 수 있다.
주목할 점으로서, 일정한 로드 온도를 유지하도록 가열 요소를 사용하여 크림과 루블 등의 교시들 사이의 혼성을 제공하는 다른 팽창 보상을 고려할 수 있다. 버그(Berg)의 미국특허 제5,121,987호와 같은 다른 정밀 기술을 채용하여, 보상 신호가 전개되는 광학 팽창계 시스템을 채용할 수 있다. 하나 이상의 단을 갖는 압전 기반의 기계식 액추에이터를 변위 센서와 함께 사용하여 영상 출력기의 위치를 인접한 프로젝터들의 위치에 관해 조절하여 보상을 제공할 수 있다. (예컨대 아크 램프와 같은) 고출력 소산 성분을 원격 배치하면 개별적인 프로젝터 유닛들 내부와 둘레의 온도 기울기는 각각의 프로젝터 내부에 램프를 놓는 것보다 덜 심하다는 점에 주목한다. 그러면, 커넥팅 로드의 팽창이 덜 야기되어 타일들 사이의 적절한 영상 등록을 유지하는 제어 시스템을 단순화할 수 있다.
온도 보상형 로드는 각각의 투사 어셈블리 내부의 기계적 플랫폼에 연결되면 바람직하다. 플랫폼은 영상 출력기 서브어셈블리와 투사 렌즈를 서로 정밀하게 정렬하는데 사용되며, 인접한 투사 어셈블리에 대한 로드들을 위한 체결 지점을 제공한다. 각각의 플랫폼은 보호 하우징 내부에서 “부동(float)”할 것이다. 이들 로드는 광학 어셈블리의 오염을 방지하는 주변으로부터 밀봉된(environmentally sealed) 포트를 통해 하우징 안으로 관통할 것이다. 상기 포트들은 해당 분야에 공지된 바와 같이 가요성 벨로즈 요소를 사용하여 밀봉될 수 있다. 이들 로드는 간단한 2D-격자 배열 또는 추가적인 안정성을 위해 또는 곡선면에 투사하기 위해3D 메시로 배치될 수 있다. 이들 하우징은 예컨대 앵글 강재에 의해 서로 구조 지지(hard-mount)되며, 전체 어셈블리는 벽 또는 천장에 매달린다.
이와 달리, 플랫폼 어셈블리와 커넥팅 로드는 홈 시어터, 명령 및 제어 센터 및 조종석 디스플레이와 같은 다양한 용례에 사용하기 위해 단일 하우징 내부에 수용될 수 있다. 재순환 팬이 있는 단일 하우징으로 요소들 간에 더 우수한 온도 균일성을 부여하여 타일들 사이의 온도에 의해 유도된 오등록을 줄일 수 있다.
섬유(505)로부터의 광을 1:1 종횡비의 반사형 영상 출력기(510)에 결합시키고 투사 렌즈(590)에 의해 투사하는 본 발명에 따른 효율적인 광 분배 기법이 도 5에 상세 도시된다. 본 실시예에서, 영상 출력기(510)는 예컨대 LCOS 장치이므로 편광된 광에 작용한다. 섬유(505a)로부터 출력된 광은 일차로 NIMCOLE(520)에 의해 시준되고, 억제 포일(540)에 의해 분리된 편광 빔 분할기(530, 550)에 의해 편광 빔(560, 570)으로 전환된다. 빔(560)은 NIMCOLE(520)에서 나와 편광 빔 분할기(530)에서 반사되어 영상 출력기(510)에 의해 변조되는 s-편광형 성분을 나타낸다. 투사될 광은 s-편광된 상태로 영상 출력기(510)에서 나와, 빔 분할기(530)를 통과하고 투사 렌즈(590)에서 방사될 수 있다. 빔(570)은 NIMCOLE(520)에서 나온느 p-편광된 성분을 나타내며, 편광 빔 분할기(530)를 통과하고, 억제 포일(540)에 의해 s-편광으로 전환된 다음 편광 빔 분할기(550)에서 반사되어 영상 출력기(510)에 의해 변조된다. 투사될 광은 p-편광된 상태로 영상 출력기에서 나와, 빔 분할기(550)를 통과하고 투사 렌즈(590)에서 방사될 수 있다. 주목할 점으로서, 영상 출력기의 편광 성질에 따라 영상 출력기와 조명 광학 장치(도시 생략) 사이에 추가의 억제 포일이 필요할 수 있다. 또한, 도브(Dove) 등의 미국특허 제6,082,861호에서 교시되는 바와 같이 위상 교정판(phase correcting plate)을 영상 출력기와 조명 광학 장치(도시 생략) 사이에 삽입하여 콘트라스트(contrast)를 증가시킬 수 있다.
1:1 종횡비 영상 출력기에 있어서, 섬유(505)에서 출력되는 편광되지 않은 광은 NIMCOLE(520)에 의해 시준될 것이지만, 연장적 속박에 기인해 영상 출력기의 절반만을 조명할 수 있다. 그 결과, 각각 정방형 출구 포트를 갖는 두 개의 NIMCOLE로 도 5에 평면과 측면이 도시된 영상 출력기를 충족시킬 수 있다.
도 6은 4:3 종횡비 영상 출력기를 위한 하나의 최적 기법을 예시한다. 이 경우, 모든 NIMCOLE이 정방형 출구 포트를 갖고 영상 출력기를 충족시킬 수 있는 기법으로 3x3 어레이가 있다. 주목할 점으로서, HDTV의 16:9 종횡비( 또는 다른 비율)를 유사한 방식으로 달성할 수 있다.
본 발명의 구성을 위해, 복굴절효과가 고려되어야 한다. 프리즘, 비영상 광학 요소 뿐 아니라 영상 요소(즉, 렌즈) 등이, 성형되면, 내부 응력에 의해 상당한 복굴절을 일으킬 수 있다. 몇몇 케이스에서는 어닐링이 스트레스를 풀기위해 사용될 수 있고, 다른 케이스에서는 특별한 재료가 사용되어야 한다.
도 7에서, 4:3 종횡비의 영상출력기(또는 16:9 종횡비 영상출력기, 또는 일반적인 케이스로 임의의 비 1:1 종횡비 영상출력기)를 조명하는 본 발명과 관련하여 다른 해법이 도시되어 있다. 이와 같은 경우, 세개의 사각 출구면 NIMCOLEs가 상기 영상출력기를 약간 과충전할 수 있고, 이는 효율 손실을 초래한다. 이러한 손실은 받아들일 수 없기 때문에, 상기 영상출력기를 과충전하는 것을 피하기 위해 상기 NIMCOLEs가 각각의 면에서 깍여질 수 있다. 이러한 접근 방식은 테이퍼진 원뿔이 하나의 축에서 충분히 길지 않기 때문에 일 축에서의 시준이 다른 것보다 작게 될 수 있다. 그러나, 이는 도 6에서 도시한 3×8 배열보다 공평한 거래가 될 수 있다. 각각의 구성요소들의, 어셈블리 프로세스, 요구되는 주변 상태에서의 기계적인 내구력 범위에서 영상출력기의 전체 조명을 보장하기 위하여, 적어도 작은 각도 내에서, 영상출력기를 과충전하는 것이 필요할 수 있다는 것이 중요하다.
도 7의 영상출력기가 충분히 빠르게 스위치된다면, 프레임 순차(FS) 타일 프로젝터 시스템의 구성이 가능하게 된다. Texas Instruments 사의 디지털 마이크로미러 장치(DMD) 및 Philips와 Displaytech 사의 LCOS 는 상기 영상출력기의 예시가 된다. FS 접근방식은, 그 간편성 때문에, 이하에서 논의되는 본 발명의 하나의 실시예가 된다.
도 8은 세개의 NIMCLOEs - 즉, 이미 언급한 Bradley의 미국 특허 5,845,981에 유사한, 스크롤링 조명 시스템 - 에 의해 비추어지는 영상출력기의 유용한 다른 특성을 도시하고 있다. Bradley 특허에서, 프리즘들은 기계적으로 회전한다. 이 메커니즘 동작은 도 8에 도시한 접근방식을 사용함으로써 제거될 수 있으며, 이에 의해 섬유(640a,b,c)들은 적색, 녹색, 및 청색 광을 각각 수용할 수 있게 된다. 각 색상들은 대응하는 NIMCOLE(645a,b,c)에 의해 시준된다. 각각의 이러한 요소들을 위한 광 경로는 낮은 반사 인덱스를 거쳐 인접한 원주형의 프리즘 쌍 요소(668a, 668b, 668c)들 사이에서 격리를 유지하고, 이에 의해 색상들의 혼합을 방지한다.예를 들면, 요소(668a)는 두개의 빔 분할 프리즘 - 광 빔(675)가 통과하는 상부 프리즘, 및 빔(670)이 통과하는 하부 프리즘, 이때 상부 및 하부 프리즘은 억제막에 의해 분리된다. - 을 포함한다. 이와 같이, 요소(668b) 및 요소(668c)는 각각 두개의 프리즘을 포함하고, 모두 6개의 프리즘을 형성하게 된다.
프레임 순차 시스템에서, 전자-기계적 컬러 시퀀서(예를 들면, 컬러 휠, 스크롤링 프리즘 등) 또는 바람직하게는 전자-광 컬러 시퀀서(예를 들면, 도 2 및 3에 도시)는 광을 섬유(640a,b,c)들 각각의 프레임으로, 즉, 프리즘 쌍(668a, 668b, 668c)이 각각 프레임 n 에서 R-G-B, 프레임 n+1에서 G-B-R, 프레임 n+2에서 B-R-G로, 다시 프레임 n+3에서 R-G-B가 되도록 공급한다.
또한, 도 8에서 NIMCOLEs은 더욱더 유선형의 패키징 접근방식을 허용하도록 90도로 회전되어 있다. 부가적인 기계적 간극이 필요한 경우, 광학적인 스페이서 요소(665, 색상 당 하나, 그리고 다시 광학적으로 서로 격리되어 있음)들이 도시된다.
합당한 각도의 시준 및 영상출력기의 얇은 커버 유리와 함께, 스크롤링 컬러들에 인접한 가장자리 픽셀들은 혼합되는 것을 피할 수 있다. 영상출력기 커버 유리를 마스킹하는 것 및/또는 커버 렌즈를 세개의 광학적으로 격리된 부분으로 분리하는 것과 같이, 영상출력기의 인접하게 스크롤되는 부분 사이에서의 혼합을 피하기 위한 선택적인 방법이 사용될 수 있다. 또한 선택적으로, 점착성으로 부착되어 있는 프리즘 쌍(668a,b,c)들은 그들 자체가 커버유리로 기능할 수 있다. 또한 프리즘 쌍들 사이의 억제막은 적층된 필름, 얇은 필름 코팅, 또는 상기 두가지의 일부조합이 될 수 있다.
도 9에서, 도 4에서 언급된 것과 같은 세개의 투과형 영상출력기 시스템을 위한 조명 배열이 도시되어 있다. 상기 세개의 색상은 예를 들면, Unaxis(또는 Balzers) 사에 의해 판매되는 ColorCube™(732)를 사용하여 조합된다. 존재하는 광은 그리고 나서 시청표면에 투사 렌즈(736)에 의해 조사된다.
도 10은 도 9의 반사 영상출력기를 도시하고 있다. Texas Instruments DND와 같은 비-편극 영상출력기, 억제막(747b) 및 대응하는 빔 분할 프리즘 요소들이 요구되지 않는다. 하나, 둘, 또는 세개의 DMDs의 구성을 위해 DMD의 활성 영역과 같이 동일한 크기인 NIMCOLEs의 배열들은 통상적인 광원 및 Texas Instruments에 의해 규정된 시준 광학을 대체할 수 있다.
도 4 내지 10에 도시된 모든 구성들이 장점이 있는데, 프레임 시퀀셜(FS) 타일 투사 시스템은 최고의 타일-타일 균일성을 제공하는 가장 간단한 방법으로 보인다. 중앙 컬러 시퀀싱을 가진 원격 소스는 휘도 및 타일-타일간의 스펙트럼 분포를 균질화한다. 비영상 모핑 시준기 및 집중기와 조합된 플라스틱 광 섬유의 사용은 현존하는 시스템들에 비해 보다 깊이 시장 침투할 수 있도록 비용 및 성능 이득을 제공한다. 마지막으로, 열적으로 보상된 연결 로드는 초기 연산후에 타일-타일 간 이동을 다루게 되고, 그에 의해 종래기술에서와 같이 카메라를 사용하여 재연산을 할 필요성을 제거하게 된다. 보다 유리하게는, 당 기술분야에서 알려진 열 보상 알고리즘을 적용함에 의해, 본 시스템은 타일들 간의 날카로운 컷오프(cutoffs)들을 제공하는 것에 의해 구배 필터를 사용하는 것을 피할 수 있게 되며, 상기 로드들이배열을 보장하게 된다. 본 시스템은 또한 중앙화된 색 스위칭을 가진 FS 접근방식이 타일들간의 색 및 휘도의 균일성을 보장하기 때문에 회색 음영의 손실을 피할 수 있게 된다.
상기 중심집중된 색상 순차처리는 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같은 전자-광학 시스템에 의해서 제공되어진다. FS 영상출력기들(예를 들면, 텍사스 인스트러먼트의 DMD 대 필립스 LCOS등, 상기에서 참조됨) 사이의 선택은 색상 순차처리기들(예를 들면, 디질렌사의 ESBG 대 컬러링크사의 ColorSwitchTM)들 사이의 선택과 같이 응용에 적절한 시스템 비용과 그 밖의 요소들에 기초할 것이다. 물론, 상기 FS 영상출력기들이 편광에 기초한다면, 상기 조명 시스템은 도 5-8에 도시된 바와 같은 구조에 기초할 것이다. 만일, 상기 FS 영상출력기들이 비-편광적이라면, 상기 설명한 바와 같이, NIMCOLEs의 조밀 충진(close-packed) 배열의 출력은 영상출력기로 유도될 것이다(편광 변환광학이 불필요함).
다른 요구사항들이 없이, 단일 광원이 다수의 광원들 보다 바람직할 것이며, 하나의 그러한 광원은 고압 수은(HPM) 타입의 것이다(예를들면 필립스사에 의해서 제작됨). 만일 시스템 유용성(또는 상기에서 언급된 다른 이유들)이 중요하다면, 도 4에 도시된 바와 같은 다수의 램프 조합기들이 활용될 것이다. 흥미롭게도, 세라믹 금속 할라이드 램프들은 그들의 보다 덜 바람직한 특성들(HPM 보다 긴 아크와 고온의 리스트라이크(restrike) 부족)이 극복될 수 있다고 가정하면, 화상시스템에 대해 매우 높은 스펙트럼 효율을 제시한다. 예를 들면, N x M 타일형(tiled) 시스템은 단일 영상출력기의 영역에 N x M 배의 대등한 영상출력기 영역을 갖는다. 연장(etendue) 관점에서 보면, 시스템의 휘도 요구조건들이 과도하게 거창하지 않은 경우를 가정한다면, 보다 긴 아크의 갭 램프들이 사용될 수 있으며, 그리고 조망 스크린은 합리적인 이득량과 효율을 갖는다.
도 11에서, 도 2및 도 3의 색상 분리 시스템이 광학 통신 시스템에 적용된다. 예를 들면, 3개의 광원들은 섬유(805a)로 부터의 단향성 신호, 섬유(805b)로 부터의 양방향성 신호및, 요소(810)로 부터의 포토 다이오드(또는 다른 리시버) 또는 레이저 다이오드(또는 다른 송신기)들 각각으로 통합된다. 이를 실행하기 위해서, 상기 3개의 광원들은 NIMCOLEs에 의해서 시준(collimated)되어 그들 모두는 동일한 수치의 개구들을 갖는다. 그 다음, 신호들은 요소(812)에 의해서 균질화되고, 그리고 프리즘(815a,b,c)을 통하여 NIMCONEs으로 배분된다. 예를 들면, NIMCONE(820)은 다른 섬유(822)에 공급하고, 그 다음으로 섬유(840)에 결합되며, 공통 섬유(835)를 따라서 전송된다. 이러한 시스템들은 상기에서 설명된 바와 같이, EOEs 를 사용하여 정역학적으로 또는 동역학적으로 스위칭될 수 있다. 도면부호 825, 842 및 830을 포함하는 상기 결합 배열은 다양한 응용예에 적용가능한 총칭 기능임을 주목하여야 한다. 그리고, 이 시스템은 양방향 모드로 잘 작동하여 섬유(835)로부터의 신호들이 섬유(805b)로 유도될 수 있다는 점을 주목하여야 한다.
다른 일반적인 예로서, 조명및 통신은 전송 모드사이에서 약간의 차이가 있는 한, 동일 섬유상에 공존할 수 있다. 예를 들면, 도 12에서, 가시광 조명원(855)이 근-적외 통신신호들{예를들면 광원(880b)}에 광선 조합기(865)의 사용에 의해서조합된다. 상기 조합기(865)의 빗변(hypotenuse)이 본 예에서는 가시광(865)을 통과시키고 근 적외 광(867a, 867b, 867c, 867d)을 반사하도록 구성되어 있다. 도시된 바와 같이, 신호들은 섬유(875)상에, 원형 섬유(875)와 사각 광선분할기(865)사이의 효과적인 연결기로서 NIMCONE(870)을 사용하여 공존할 수 있다. Unaxis로 부터의 CALFLEXTM상표와 유사한 고온 미러(857)가 사용되어 가시광(860)이 적외 신호(867a, 867b, 867c, 867d)의 신호 대 노이즈 비율(S/N)을 저하시키지 않는 것을 보장한다. 물론, 상기 필터의 폐기는 신중하게 고려되어야만 하고, 다수의 필터들이 가시광원으로 부터 불쾌한 적외광의 적절한 감쇠를 얻기 위하여 필요할 것이다. 또한, 상기 섬유(875)는 가시 에너지 및 적외 에너지 모두를 이송할 수 있어야 함을 주목하여야 한다. 실질적인 관점에서, POF는 만일 적외 통신 밴드가 대략 850nm 미만이고, 플라스틱이 아직 합리적인 투과율을 유지한다면 사용될 수 있다. 흥미롭게도, 군사용 야간 시야 호환 디스플레이들(Wamco 사 및 그 밖의 회사로 부터 판매되는 것들)에 사용되는 필터들은 표준형 고온 미러를 보완하는 데에 적합하며, 종종 650nm를 4 이상의 광학 밀도를 제공한다.
도 13은 광섬유 케이블(930),(935),(940)에 공급하는 요소(925)를 구비한 광학 멀티 플렉서를 나타내며, 요소(942를 통하여 먼저 광을 받는 광학 디멀티플렉서(dimultiplexer)가 이어지는 구조를 나타낸다. 레이저 다이오드(905a, 905b, 905c)들 각각은 스펙트럼의 별도의 부분상에 작용한다. 빔분할기(910)가 사용되어 효과적으로 빔들을 조합하고, 섬유(930, 935, 940)를 구동하는NIMCONE(925)에 공급한다. 광학 빔덤프(922)가 사용되어 상기 시스템의 S/N을 열화시키는 광학 에너지를 분해하게 된다. 광 케이블(940)상에서 복귀하는 광학에너지는 빔분할기(950)에 의해서 디멀티플렉싱(demultiplexed)되고, NIMCONEs(960)에 의해서 적절한 포토 다이오드 검출기로 보내진다. 다시, 선택적인 빔 덤프(952)가 사용되어 S/N을 향상시킬 수 있다.
최종적으로, 도 14는 X-큐브 프리즘을들을 사용하는 교차점(crosspoint) 스위치를 나타내며, 이는 전자 시스템(982)에 의해서 제어되는 EOEs에 의해서 보완될 수 있다. 광원(970)은 상기 X- 큐브 프리즘 요소들을 통하여 섬유(978)로 출력되도록 유도된다. 상기 에너지의 일부분은 수신기(996) 복귀되도록 향해지며, 예를들면, 상기 광원을 모니터하도록 될 수 있다. 당업계에서 알려진 바와 같이, 많은 다른 구성들이 가능하며, 어느 한 광원으로 부터의 에너지를 스위칭하여 다른 광원에 손상을 초래하는 것은 바람직하지 않지만, 이것은 대부분의 교차점 스위치의 경우에서, 그것이 광학적 또는 전기적일 지라도 사실인 것이다.
다른 실시예들이 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 발명될 수 있을 것이다. 예를 들면, 제안된 정렬 로드 접근이 타일형(tiled) 프로젝션 디스플레이들에 관한 것이지만, 당업자는 임의의 개구 배열들에 적용가능한 기술을 고려할 수 있다. 여기에서 설명된 상기 가시 및 적외광의 사용은 일반적인 전자기적 에너지에 적용될 수 있다. 상기 용어 광섬유, 섬유 광학 장치, 광학 도관 및 그와 유사한 것들은 여기서 일반적으로 도관으로 기재될 수 있다. 마지막으로, 여기에서 설명된 실시예들의 많은 것이 조명 시스템, 통신 시스템 및 그 모두의 조합에도 동일하게관련되는 것이다.

Claims (11)

  1. 하나 이상의 영상출력 장치들(510, 726)을 갖는 조명 시스템에 있어서,
    (a) 대응하는 광 도관(640)으로부터 광을 수용하는, 복수 개의 밀집된 비영상 모핑(morphing) 시준(collimating) 광학 요소; 및
    (b) 복수 개의 프리즘(655,668)을 포함하며,
    (c) 상기 프리즘들 각각은 대응하는 광학 요소의 광 출력 선상에 위치하는 조명 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프리즘들 중 두개는 편광 빔 분할기 쌍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 밀집된 비영상 모핑 시준 광학 요소들은 스크롤(scroll) 방식으로 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  4. (a) 복수 개의 광원(120);
    (b) 상기 광원로부터의 광 입력을 수용하는, 복수 개의 밀집된 비영상 모핑시준 광학 요소(122);
    (c) 입력 광 빔을 분할하도록 구성된 복수 개의 빔 분할 프리즘(140);
    (d) 상기 빔 분할 프리즘으로부터 분할되는 광 빔을 수용하는, 복수 개의 비영상 모핑 집중 요소(130);
    (e) 상기 비영상 모핑 집중 요소들에 의해 수용되지 않는 광을 수용하는 빔 덤프(150);
    를 포함하는 빔 분할 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 빔 분할 프리즘은 파장, 편광성, 및 시간으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 입력 빔의 특성 함수로써 상기 입력 빔을 분할하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 대응하는 상기 비영상 모핑 집중 요소들의 광 출력에 각각 연결되는 복수 개의 광 도관을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 시스템.
  7. 제 4항에 있어서, 대응하는 상기 비영상 모핑 집중 요소들의 광 출력에 각각연결되는 복수 개의 광 디텍터를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 시스템.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 비영상 모핑 시준 광학 요소들 중 하나와 상기 빔 분할 프리즘(180)들 중 대응하는 하나 사이에 광학적으로 각각 설치되는 복수 개의 광 균등 분산기(homogenizer, 168)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 시스템.
  9. 제 4항에 있어서, 상기 비영상 모핑 시준 광학 요소들 중 하나와 상기 빔 분할 프리즘(180)들 중 대응하는 하나 사이에 광학적으로 각각 설치되는 복수 개의 광 편광 분리 요소를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 시스템.
  10. 제 4항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 상기 빔 분할 프리즘들에 의해 나오는 에너지의 비율은 광 디밍(dimming), 프레임 순차 컬러 분리, 스크롤링 컬러 분리, 및 파장 스위칭으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 함수를 형성하도록 전기적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 빔 분할 시스템.
  11. (a) 복합 타일 디스플레이 영상의 일부를 기능적으로 조사하는 복수 개의 광 로드 요소로,
    (i) 상기 광 로드 요소 각각의 길이는 작동 온도 범위에 걸쳐 특성화되고,
    (ii) 상기 광 로드 요소 각각은 열적으로 안정화되는 재료로 구축되며;
    (b) 상기 광 로드 요소 중 적어도 하나는 디스플레이 프로젝터 내의 플로팅 플랫폼에 연결되며;
    (c) 공기 이동 장치가 상기 광 로드 요소 다수개들 사이의 온도 균일성을 증대시키기 위해 장착되는 광 투사 시스템.
KR10-2003-7016860A 2001-06-26 2002-06-26 섬유 광학 조명을 이용한 투사 시스템 KR20040019022A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US30099901P 2001-06-26 2001-06-26
US60/300,999 2001-06-26
PCT/US2002/020883 WO2003001799A1 (en) 2001-06-26 2002-06-26 Projection system utilizing fiber optic illumination

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040019022A true KR20040019022A (ko) 2004-03-04

Family

ID=23161493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-7016860A KR20040019022A (ko) 2001-06-26 2002-06-26 섬유 광학 조명을 이용한 투사 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7015983B2 (ko)
EP (1) EP1407599A1 (ko)
JP (1) JP2004531983A (ko)
KR (1) KR20040019022A (ko)
CA (1) CA2452064A1 (ko)
WO (1) WO2003001799A1 (ko)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7116479B1 (en) * 2001-07-19 2006-10-03 Wavesplitter Technologies, Inc. Array polarization beamsplitter and combiner
KR100917881B1 (ko) * 2002-06-25 2009-09-16 삼성전자주식회사 회절소자를 가지는 광분리 및 결합소자를 구비하는 조명광학계 및 이를 구비하는 화상 표시 장치
KR100816971B1 (ko) * 2002-12-26 2008-03-26 산요덴키가부시키가이샤 투사형 영상 표시 장치
US7344254B2 (en) * 2003-03-28 2008-03-18 Thomson Licensing Projection system with a common light source sharing system
US7318644B2 (en) * 2003-06-10 2008-01-15 Abu-Ageel Nayef M Compact projection system including a light guide array
KR20050010545A (ko) * 2003-07-21 2005-01-28 엘지전자 주식회사 프로젝션 시스템
WO2005074299A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-11 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Color splitting for producing differing width bands for a scrolling display projector
US7172326B2 (en) * 2004-08-19 2007-02-06 Honeywell International, Inc. Optical filter system employing a tilted reflector
JP2006184663A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Fuji Photo Film Co Ltd 光ビーム走査ディスプレイ
US7167314B2 (en) * 2005-03-17 2007-01-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Projector with total cross total internal reflection (TIR) prisms
US7576815B2 (en) * 2006-07-10 2009-08-18 Intel Corporation Method and apparatus of liquid-crystal-on-silicon assembly
US20080030974A1 (en) * 2006-08-02 2008-02-07 Abu-Ageel Nayef M LED-Based Illumination System
WO2008029337A1 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Beam combiner for multiple light sources
JP4329852B2 (ja) * 2007-07-11 2009-09-09 セイコーエプソン株式会社 偏光変換ユニット、偏光変換装置、およびプロジェクタ
US8677829B2 (en) * 2007-10-16 2014-03-25 Koninklijke Philips N.V. Apparatus, systems and methods for production and integration of compact illumination schemes
US8247999B2 (en) 2008-01-22 2012-08-21 Alcatel Lucent Time division multiplexing a DC-to-DC voltage converter
US8129669B2 (en) * 2008-01-22 2012-03-06 Alcatel Lucent System and method generating multi-color light for image display having a controller for temporally interleaving the first and second time intervals of directed first and second light beams
US8109638B2 (en) * 2008-01-22 2012-02-07 Alcatel Lucent Diffuser configuration for an image projector
US9244235B2 (en) * 2008-10-17 2016-01-26 Foro Energy, Inc. Systems and assemblies for transferring high power laser energy through a rotating junction
US20100309391A1 (en) 2009-06-03 2010-12-09 Honeywood Technologies, Llc Multi-source projection-type display
US20110234985A1 (en) * 2010-03-26 2011-09-29 Alcatel-Lucent Usa Inc. Despeckling laser-image-projection system
US20120001061A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 Hamilton Sundstrand Corporation Ion implanted beam dump
US8965156B2 (en) 2010-08-12 2015-02-24 Octrolix Bv Beam combiner
US8855447B2 (en) * 2010-08-12 2014-10-07 Octrolix Bv Scanning laser projector
CN102830069B (zh) * 2012-08-17 2014-08-06 中国计量学院 利用太赫兹异向介质谐振效应的酒精浓度测量方法
EP2930494B1 (de) 2012-11-06 2021-08-04 X-Rite Switzerland GmbH Handmessgerät zur erfassung des visuellen eindrucks eines messobjekts
CN103869585B (zh) * 2012-12-13 2016-01-27 联想(北京)有限公司 投影设备和用于其的信息处理方法
CA2898283C (en) * 2013-01-15 2021-05-11 Magic Leap, Inc. Ultra-high resolution scanning fiber display
US9473754B2 (en) 2013-10-31 2016-10-18 Christie Digital Systems Usa, Inc. Dynamic light distribution system and apparatus
US20150138509A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-21 Christie Digital Systems Canada Inc. Light distribution system with a blue laser and colour conversion
US9291826B2 (en) * 2013-11-20 2016-03-22 Christie Digital Systems Usa, Inc. System for variable distribution of light to a plurality of projectors
US10441465B2 (en) 2014-03-26 2019-10-15 Optimedica Corporation Registration of LOI fiducials with camera
EP3122297B8 (en) * 2014-03-26 2024-02-14 AMO Development, LLC Confocal laser eye system
US9997199B2 (en) * 2014-12-05 2018-06-12 Warner Bros. Entertainment Inc. Immersive virtual reality production and playback for storytelling content
CN110927880B (zh) * 2019-11-28 2021-06-18 中国科学院微电子研究所 高稳定偏振保持合束装置及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3236631B2 (ja) * 1991-01-25 2001-12-10 ソリッド ステイト オプト リミテッド パネル照明器
DE4324848C1 (de) * 1993-07-23 1995-03-30 Schneider Rundfunkwerke Ag Videoprojektionssystem
US5544268A (en) * 1994-09-09 1996-08-06 Deacon Research Display panel with electrically-controlled waveguide-routing
US5555035A (en) * 1994-10-03 1996-09-10 Hughes Aircraft Company Very high resolution light valve writing system based on tilting lower resolution flat panels
US6712481B2 (en) * 1995-06-27 2004-03-30 Solid State Opto Limited Light emitting panel assemblies
US6154259A (en) * 1996-11-27 2000-11-28 Photera Technologies, Inc. Multi-beam laser scanning display system with speckle elimination
JP2000019928A (ja) * 1998-04-13 2000-01-21 Mita Ind Co Ltd 画像形成機
JP3864598B2 (ja) * 1999-01-06 2007-01-10 セイコーエプソン株式会社 投写型表示装置
US6870523B1 (en) * 2000-06-07 2005-03-22 Genoa Color Technologies Device, system and method for electronic true color display

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004531983A (ja) 2004-10-14
EP1407599A1 (en) 2004-04-14
CA2452064A1 (en) 2003-01-03
US20030025842A1 (en) 2003-02-06
WO2003001799A1 (en) 2003-01-03
US7015983B2 (en) 2006-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20040019022A (ko) 섬유 광학 조명을 이용한 투사 시스템
US6553168B2 (en) Projection system utilizing fiber optic illumination
EP0734183B1 (en) Efficient optical system for a high resolution projection display employing reflection light valves
EP1626585B1 (en) Illumination unit for an image projecting apparatus
US20050174641A1 (en) Polarization conversion light integrator
US20090128781A1 (en) LED multiplexer and recycler and micro-projector incorporating the Same
EP0708568B1 (en) Projection-type color display device
AU2001274885A1 (en) Projection system utilizing fiber optic illumination
KR20080077370A (ko) 입체 촬상 장치, 투사 장치, 촬상 장치, 표시면 상에화상을 형성하는 방법 및 입체 화상의 표시 방법
JP2001092005A (ja) 電子画像を表示する投射装置
WO2005107271A1 (en) Method and apparatus for arranging light emitting devices in projection systems
EP2255242A1 (en) Light multiplexer and recycler, and micro-projector incorporating the same
US9638988B2 (en) Light multiplexer with color combining element
US7354162B2 (en) Projector
US7359122B2 (en) Prism assembly
EP1052856A2 (en) Reflection type color projector
US5184234A (en) Stacked LCD color projector with equal path lengths
US11454875B2 (en) Prism architecture
KR100695130B1 (ko) 하이브리드 광통합/분리 소자를 채용한 레이저 영상투사장치
JPH10111535A (ja) 液晶投射装置
KR19990011537A (ko) 액정 프로젝터용 조명장치
EP1094673A2 (en) Projecting device for displaying electronic images
EP1287706A2 (en) Projection system utilizing fiber optic illumination
KR20000044172A (ko) 박막형 미러 어레이 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치
CN1729699A (zh) 用于投影显示系统的集成的分束器和偏振器

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid