KR20040063972A - 슐리렌 필터를 포함하는 1ｄ 광 밸브 릴레이와 ｒｇｂ색상 조합기를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

슐리렌 필터를 포함하는 1ｄ 광 밸브 릴레이와 ｒｇｂ색상 조합기를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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그로스케네쓰피.
맨하트폴
벅로우더리차드에이.
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Abstract

광학 시스템(50)은 복수의 광 변조기(52, 54, 56), 하나 이상의 조합 필터, 필터를 포함하는 광학 릴레이 시스템을 포함한다. 각각의 광 변조기는 대응하는 입사 광 비임을 변조한다. 하나 이상의 조합 필터는 각각의 복수의 광 변조기로부터 조합된 광 비임을 중첩한다. 광학 릴레이 시스템은 중첩된 광을 여과시키고 여과된 광을 화상면으로 중계한다.

Description

슐리렌 필터를 포함하는 1Ｄ 광 밸브 릴레이와 ＲＧＢ 색상 조합기를 포함하는 디스플레이 장치 {DISPLAY APPARATUS INCLUDING RGB COLOR COMBINER AND 1D LIGHT VALVE RELAY INCLUDING SCHLIEREN FILTER}
광 변조기는 하나 이상의 파장의 광을 변조하기 위해 사용된다. 광 변조기는 디스플레이, 인쇄 및 전기 장치 기술에서 적용된다. 광 변조기의 예, 특히, 블룸 등에게 허여된, 미국 특허 제5,311,360호, 제5,841,579호, 제5,808,797호에 개시된 광을 변조하기 위해 현수식 마이크로-리본 구조를 사용하는 회절격자 광 밸브형 장치(grating light valve type device)는 그 내용이 본 명세서에 참조로 합체된다.
간단하게, 상기 참조 특허에 개시된 회절격자 광 밸브형 장치는 인접하여 나란하게 배열된 일련의 긴 반사 리본을 포함한다. 리본이 비스듬하지 않게, 즉 편평한 상태로 놓여질 때, 광의 입사 비임은 거울로서의 회절격자 광 밸브형 장치로부터 반사된다. 선택적인 리본이 아래로 당겨지거나 비스듬하게 되면, 입사광은회절된다. 작동 시에, 선택적인 리본이 소정 거리만큼 기울어져서 입사광의 최대 회절을 얻으면, 통과 상태(through-state)인 것으로 고려되고, 회절된 1차 광이 집광된다. 기울어진 상태에서 1차 광이 단순한 회절 광이 아니므로, 비효율성이 발생된다. 2차, 3차 등을 포함하는 고차 광이 또한 생성된다. 이러한 더 높은 차수의 광은 집광되지 않고 소모된다. 이는 효율성을 감소시킨다.
문제는 1차 광의 집광 과정과 관련하여 발생된다. 입사광이 통과 상태에서 회절될 때, 다른 파장에서는 다른 각도로 회절된다. 더 큰 파장은 더 큰 회절각을 갖는다. 이와 같이, 1차 광을 집광하기 위해 사용되는 임의의 파장 조합기는 변하는 파장 회절각을 수용하도록 충분히 커야 한다. 파장 조합기는 또한 파장 멀티플랙서(multiplexer)로 불리고, 예로써 이색성(dichroic) 필터, 회절격자(diffraction grating) 및 어레이 도파관을 포함한다. 유감스럽게도, 조합기가 더 커지면, 집광 공정에서 효율이 더 낮아지고, 더 낮은 콘트라스트 비가 얻어진다.
광학 시스템의 설계는 ±1차 광을 집광해야 할 뿐만 아니라, 1차 광을 고차 광 및 다른 반사광으로부터 격리시켜야 한다. 파장이 다르면 다른 각도로 회절되므로, 광학 시스템은 시스템에서 직면하는 모든 파장의 0차 및 1차 회절의 충분한 식별을 보장해야 한다. 이러한 시스템의 격리 및 집광 제한을 고려할 때, 종래의 회절격자 광 밸브형 장치를 사용하는 광학 설계의 고려가 실질적이다.
광의 다중 파장을 효율적으로 조합하고, 또한 특정 상태의 조합된 광을 격리시키거나 여과하는 광 변조기를 사용하는 광학 시스템이 필요하다.
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 슐리렌 필터를 포함하는 1D 광 밸브 릴레이와 RGB 색상 조합기를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 시스템을 도시하고 있다.
도2는 도1의 광학 시스템 내에 포함되는 회절격자 광 밸브형 장치의 바람직한 실시예를 도시하고 있다.
도3은 반사 모드의 회절격자 광 밸브형 장치의 단면도이다.
도4는 회절 모드의 회절격자 광 밸브형 장치의 단면도이다.
도5는 도1의 광학 시스템 내에 포함되는 색상 결합 렌즈를 도시하고 있다.
본 발명의 실시예는 광학 시스템을 포함한다. 광학 시스템은 복수의 광 변조기, 하나 이상의 조합 필터, 필터를 포함하는 광학 릴레이 시스템을 포함한다. 각각의 광 변조기는 대응하는 입사 광 비임을 변조한다. 하나 이상의 조합 필터는 각각의 복수의 광 변조기로부터 조합된 광 비임을 중첩한다.
각각의 광 변조기는 바람직하게는 회절격자 광 밸브형 장치이다. 광학 릴레이 시스템은 바람직하게는 제1 미러와 제2 미러를 포함하는 변조식 오프너 릴레이형 장치이다. 제1 미러는 바람직하게는 축을 벗어난 하나 이상의 조합 필터로부터 중첩된 광을 수용한다. 변조식 오프너 릴레이형 장치 내의 필터는 바람직하게는 변조식 오프너 릴레이형 장치의 변형면에 위치된다. 제2 미러는 바람직하게는 필터를 포함한다. 광학 릴레이 시스템 내의 필터는 바람직하게는 슐리렌형 필터이다. 조합 필터는 이색성 필터이다.
각각의 광 변조기는 바람직하게는 0차 광으로서 입사 광 비임의 일부를 반사시키고 1차 광으로서 입사 광 비임의 다른 부분을 회절시킴으로써 광을 변조한다. 0차 광이 화상면으로 중계되거나 또는 1차 광이 화상면으로 중계된다. 광학 시스템은 또한 하나 이상의 복수의 광 변조기와 조합 필터 사이에 연결된 색상 보정 렌즈를 포함한다.
본 발명의 전단계 광학 시스템의 예는 슐리렌형 필터를 포함하는 1D 광 밸브 릴레이와 RGB 색상 조합기를 포함한다. 본 발명의 예는 바람직하게는, 광 변조기를 사용하는 디스플레이 적용에 관한 것이다. 바람직하게는, 광 변조기는 회절격자 광 밸브형 장치이다. 전단계 광학 시스템은 디스플레이 공간에 펼쳐지는 3개의 주요 색상을 나타내는 3개의 회절격자 광 밸브형 장치로부터의 광 출력을 조합하기 위해 이색성 필터 및 변조된 오프너(Offner) 릴레이형 장치를 사용한다. 3개 색상은 이색성 필터와 조합되어, 3개의 조합된 색상은 변조된 오프너 릴레이형 장치에 의해 중계 및 여과되어, 기본적인 3색 1D 화상을 형성한다. 1D 화상을 디스플레이 스크린에 대해 중계하고 디스플레이 스크린에 걸쳐 1D 화상을 스캐닝함으로써, 2D 화상이 디스플레이 스크린 상에 형성된다.
여기에 기술된 본 발명의 실시예는 3개의 RGB 가시 파장을 결합하고, 통상의 회절 제한 화상면 상의 1D 화상에 대한 중첩된 광 변조기 출력을 적절히 중계하기 위한 효과적이고 신규한 수단에 관한 것이다. 변조된 오프너 릴레이형 장치를 포함하는 광학 릴레이 시스템은 실제의 3색 화상을 생성하도록 사용되고, 또한 높은 콘트라스트 화상 투사를 위해 적절한 회절격자 광 밸브 장치 상태를 선택하기 위해슐리렌형 필터로 기능한다. 바람직하게는, 단색 레이저 광은 각각의 주요 색상을 위해 하나씩 있는 동일 수의 광 변조기를 조사하도록 사용된다. 광학 슐리렌형 필터는 바람직하게는 조사된 광 변조기로부터 회절 제한 화상면으로 회절광 요소, 바람직하게는 1차 회절광을 중계하고, 동시에 광 변조기로부터의 임의의 미광(stray light)뿐만 아니라 정반사된 광 요소의 투과를 차단하도록 사용된다.
선택적으로, 광학 슐리렌형 필터는 조사된 광 변조기로부터 회절 제한 화상면으로 정반사된 광 요소를 중계하고, 동시에 광 변조기로부터의 회절된 광 요소의 투과를 차단하도록 사용된다. 이러한 선택적인 경우, 본 발명의 광학 시스템은 0차에서 작동된다.
일반적으로, 색상 조합 광의 중계된 화상은 원하지 않는 에너지가 시스템을 빠져나가는 것을 억제하기 위해 필드 스톱(field stop)을 통과하고, 입력은 종래의 투사 대물 렌즈를 사용하는 대형 스크린 상으로 더 처리되어 투사된다. 높은 화상 콘트라스트를 위한 슐리렌형 필터외에도, 본 발명의 예는 최종 투사 대물 렌즈의 축방향과 측방향 양자의 색수차를 보정 또는 보상하게 한다. 광학 시스템이 상술한 바와 같이 1차에서 작동하는 바람직한 실시예에서, 약 2000:1 보다 큰 완전 동적 범위의 콘트라스트비가 릴레이의 회절 제한 평면 출력에서 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 시스템(50)이 도1에 도시된다. 바람직한 광학 시스템(50)은 제1, 제2 및 제3 광 변조기(각각, 52, 54, 56), 제1, 제2 및 제3 조사 광 레일(각각, 58, 60, 62), 제1, 제2 및 제3 미러(각각, 64, 66, 68), 색상 조합 렌즈(70), 변조식 오프너 릴레이형 장치(72), 제4 미러(74), 투사렌즈(76)를 포함한다. 바람직하게는, 광 변조기(52, 54, 56)는 회절격자 광 밸브형 장치이다.
제1 조사 광 레일(58)은 제1 광 변조기(52)에 광학적으로 연결된다. 제1 광 변조기(52)는 색상 조합 렌즈(70)에 광학적으로 연결된다. 제2 조사 광 레일(60)은 제2 광 변조기(54)에 광학적으로 연결된다. 제2 광 변조기(54)는 색상 조합 렌즈(70)에 광학적으로 연결된다. 제3 조사 광 레일(62)은 제3 광 변조기(56)에 광학적으로 연결된다. 제3 광 변조기(56)는 색상 조합 렌즈(70)에 광학적으로 연결된다.
색상 조합 렌즈(70)는 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)에 광학적으로 연결된다. 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)는 제4 미러(74)에 광학적으로 연결된다. 제4 미러는 투사 렌즈(76)에 광학적으로 연결된다. 투사 렌즈(76)는 (도시되지 않은) 디스플레이 스크린에 광학적으로 연결된다.
바람직하게는, 제1 조사 광 레일(58)은 대략 630 내지 650nm 파장의 레드 광원(78)을 제1 광 변조기(52)에 연결한다. 바람직하게는, 제2 조사 광 레일(60)은 대략 520 내지 540nm 파장의 그린 광원(80)을 제2 광 변조기(54)에 연결한다. 바람직하게는, 제3 조사 광 레일(62)은 대략 440 내지 460nm 파장의 블루 광원(82)을 제3 광 변조기(56)에 연결한다.
선택적으로, 각각의 제1, 제2 및 제3 조사 광 레일(58, 60, 62)은 다른 광원을 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)에 연결한다. 각각의 제1, 제2 및 제3 조사 광 레일(58, 60, 62)은 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54,56)에 라인 조명을 생성하는 제1, 제2 및 제3 웨지형 초점을 각각 생성한다.
작동 시에, 레드, 그린, 블루 광은 각각의 제1, 제2 및 제3 조사 광 레일(58, 60, 62)을 사용하여 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56) 상에 입사된다. 레드, 그린, 블루 광은 설계 각도에서 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)를 벗어난다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 예시적인 회절격자 광 밸브형 장치(20)가 도2에 도시된다. 회절격자 광 밸브형 장치(20)는 바람직하게는 기판(38) 위에 제1 및 제2 포스트(34, 36)에 의해 현수되는 긴형상의 요소(32)를 포함한다. 긴형상 요소(32)는 전도 및 반사면(40)을 포함한다. 기판(38)은 도체(42)를 포함한다. 작동 시에, 회절격자 광 밸브형 장치(20)는 반사 모드 및 회절 모드로부터 선택된 변조된 광을 생성하도록 작동한다.
본 발명의 회절격자 광 밸브형 장치(20)의 단면이 도3과 도4에 더 도시된다. 회절격자 광 밸브형 장치(20)는 기판(38) 위에 현수되는 긴형상 요소(32)를 포함한다. 긴형상 요소는 전도 및 반사면(40)과 탄성 재료(44)를 포함한다. 기판(38)은 도체(42)를 포함한다.
도3은 반사 모드의 회절격자 광 밸브형 장치(20)를 도시하고 있다. 반사 모드에서, 긴형상 요소(32)의 전도 및 반사면(40)은 입사광(I)이 긴형상 요소(32)로부터 반사되어 반사광(R)을 생성하게 하는 면을 형성한다.
도4는 회절 모드의 회절격자 광 밸브형 장치(20)를 도시하고 있다. 회절 모드에서, 전기적 바이어스는 긴형상 요소(32)의 다른 하나가 기판(38)쪽으로 이동하게 한다. 전기적 바이어스는 긴형상 요소(32)의 다른 하나의 전도 및 반사면(40)과 도체(42) 사이에 인가된다. 전기적 바이어스는 긴형상 요소(32)의 선택적인 하나와 긴형상 요소(32)의 바이어스되지 않은 것 사이의 입사광(I)의 1/4 파장(λ/4)의 높이차로 된다. 1/4 파장(λ/4)의 높이차는 ±1 회절 차수(D+1, D-1)를 포함하는 회절 광을 생성한다.
도3과 도4는 각각 반사 모드 및 회절 모드에서 회절격자 광 밸브형 장치(20)를 도시하고 있다. 1/4 파장(λ/4) 보다 적은 긴형상 요소(32)의 다른 하나의 편향에서, 입사광(I)은 반사 및 회절되어, 반사광(R)과 ±1 회절 차수(D+1, D-1)를 포함하는 회절 광을 생성한다. 다시 말하면, 1/4 파장(λ/4) 보다 적은 긴형상 요소의 선택적인 하나를 편향시킴으로써, 회절격자 광 밸브형 장치(20)는 디스플레이 적용에서 그레이스케일 효과를 제공하는 변화 가능한 반사력을 생성한다.
전도 및 반사면(40)은, 전도성 요소가 각각의 긴형상 요소(32) 내에 또는 긴형상 요소(32)의 선택적인 하나에 매립되는 전도성 요소와 다층 유전성 반사경으로 대체될 수 있음은 당업자에게 명백하다. 또한, 전도 및 반사면(40)이 비반사층과 같은 투명층으로 코팅될 수 있음은 당업자에게 명백하다.
도2, 도3 및 도4가 6개의 긴형상 요소(32)를 갖는 회절격자 광 밸브형 장치(20)를 도시하지만, 회절격자 광 밸브형 장치(20)는 바람직하게는 더 많은 긴형상 요소(32)를 포함한다. 더 많은 긴형상 요소(32)를 제공함으로써, 긴형상 요소(32)는 픽셀로 불려지는 그룹으로서 기능할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 픽셀은 2개의 긴형상 요소(32)의 그룹이다. 선택적으로, 각각의 픽셀은 더 많은 긴형상 요소(32)의 그룹이다. 바람직하게는, 회절격자 광 밸브형 장치(20)는 3,240개의 픽셀을 포함한다. 선택적으로, 회절격자 광 밸브형 장치(20)는 많거나 더 적은 픽셀을 포함한다.
용어 "픽셀"은 디스플레이의 화상 요소에서의 특별한 정의가 아닌 광 변조기 요소의 관계에서 사용되었음은 당업자에게 명백하다.
도1을 참조하면, 각각의 광 변조기(52, 54, 56)로부터 유도된 레드, 그린, 블루 광이 색상 조합 렌즈(70)에 의해 조합된다. 콜리니어(Collinear) 색상 조합 공정이 바람직하게는 최소 2개의 이색성 판을 사용하여 수행되고, 각각의 판의 제1 반사 면은 장파 통과 다층 코팅(long-wave pass multilayer coating)으로 구성된다. 각각의 판의 제2 면은 다층의 비반사 코팅을 갖는다. 각각의 판의 이색성 면은 선택된 주요 색상 또는 주요 대역에 대한 높은 반사력을 갖도록 설계되고, 통과-대역을 위한 높은 투과성을 갖는다. 판의 비반사 코팅된 제2 면은 적용에 따라 좁은 대역 또는 넓은 대역일 수 있다. 바람직하게는, 비교적 저렴한 비용 및 넓은 각도 범위에 걸쳐 대체로 양호한 성능으로 인해 넓은 대역의 가시 가능한 코팅이 사용된다. 바람직하게는, 조합을 위해 거의 대칭인 광 변조기(52, 54, 56)가 선택되어, 각각의 광 채널 사이에서 대략 120°의 삼각형 배열로 된다.
본 발명의 색상 조합 렌즈(70)가 도5에 더 도시된다. 색상 조합 렌즈(70)는 제1 및 제2 이색성 판(82, 84)을 포함한다. 레드 광(86)은 제1 광 변조기(52)(도1)로부터 색상 조합 렌즈(70)로 연결된다. 제1 이색성 판(82)은 약간의 웨지형상을 포함하고 또한 제1 및 제2 레드 비반사 코팅(87, 88)을 포함한다. 제2 이색성 판(84)은 제3 및 제4 레드 비반사 코팅(90, 92)을 포함한다. 따라서, 레드 광(86)은 제1 및 제2 이색성 판(82, 84)을 통해 굴절된다.
그린 광(94)은 제2 광 변조기(54)(도1)로부터 색상 조합 렌즈(70)로 연결된다. 제1 이색성 판(82)은 그린 반사 코팅(96)을 포함한다. 제2 이색성 판은 제1 및 제2 그린 비반사 코팅(98, 100)을 포함한다. 따라서, 그린 광(94)은 제1 이색성 판(82)으로부터 반사되어, 그린 광(94)과 레드 광(86)을 조합하는 제2 이색성 판(84)을 통해 굴절된다.
제2 레드 비반사 코팅(88)과 그린 반사 코팅(96)이 바람직하게는 제1 다층 합체 코팅을 포함한다는 것은 당업자에게 명백하다.
블루 광(102)은 제3 광 변조기(56)(도1)로부터 색상 조합 렌즈(70)로 연결된다. 제2 이색성 판(84)은 블루 반사 코팅(97)을 포함한다. 따라서, 블루 광(102)은 제2 이색성 판(84)으로부터 반사되어, 상기 블루 광(102)은 레드 및 그린 광(86, 94)과 조합된다.
제3 레드 비반사 코팅(90)과 제1 그린 비반사 코팅(98)이 바람직하게는 제2 다층 합체 코팅을 포함한다는 것은 당업자에게 명백하다. 또한, 제4 레드 비반사 코팅(92), 제2 그린 비반사 코팅(100) 및 블루 반사 코팅(97)이 바람직하게는 제3 다층 합체 코팅을 포함한다는 것은 당업자에게 명백하다.
일부 종래의 색상 조합 프리즘 또는 판과 달리, 색상 조합 렌즈(70)는 f/3의 수의 구멍까지 편광 상태(S, P)를 수용한다. 판(82, 84)은 바람직하게는 S 및 P편광 상태에서 높은 성능을 달성하기 위해 대체로 30°이하 입사각으로 배열된다. 판(82, 84)이 제한된 두께를 갖고, 판(82, 84)이 일반적으로 평행하지 않은 광, 코마(coma) 및 비점 수차(astigmatism)를 가지면서 축을 벗어나서 사용되므로, 보정되지 않은 좌측은 특히 다수의 구멍에서 과도한 광학적 수차로 이어진다. 입사각에 대해 반대 각으로 배열된 판(82, 84)을 사용함으로써, 생성된 코마 항목은 없어질 정도로 작게 된다. 비점 수차는 추가의 원통형 광학 요소의 사용없이 제어된다. 본 발명의 실시예에서, 각각의 판(82, 84)은 종방향 비점 수차를 보정하기에 충분하도록 코마 보정을 조절하기 위해 약간 그리고 다르게 웨지형으로 된다. 이러한 색상 조합 배열은 보정된 색상과 f/3 이하의 수의 구멍을 위해 제한된 회절을 남기게 된다. 색상 조합 배열은 또한 색상 조합 판의 입사 판의 축 상에 있는 왜상 시스템을 위해 작동하고, 여기서 축을 벗어난 필드는 가로면 또는 직교면으로 제한되고 본질적으로 수직 입사각에 있다. 이는 본 발명의 상기 실시예에서 설명된 1D 광 변조기의 경우이다.
일단 색상 조합 렌즈(70)에 의해 조합되면, 3개 색상은 광 변조기(52, 54, 56)로부터 공통의 초점면으로 광을 중계하도록 구성되는 한정된 결합의 광학 시스템과 함께 적절히 상을 형성한다. 전반사 오프너 시스템을 사용함으로써, 조합 색상 입력은 색수차를 발생시키지 않고, 도1에 도시된 바와 같이 중간 초점(116)과 같은 중간 화상면에 중계된다. 이는 2개의 거의 동심의 미러를 사용하여 달성되고, 제1 미러면이 2번 사용된다. 미러의 초점 길이 및 크기는 입력광 및 출력광이 축을 벗어나도록 배열되어, 비교적 큰 차단되지 않은 구멍을 수용하고 릴레이의 두개의 결합 아암을 위한 적절한 작동 거리를 제공하도록 선택된다.
도1로 돌아가서, 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 색상 조합 렌즈(70)로부터 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)로 연결된다. 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)는 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)의 위치와 일치하는 제1 초점을 포함한다. 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)는 제1 미러(104)와 제2 미러(106)를 포함한다. 바람직하게는, 제1 미러(104) 및 제2 미러(106)는 구형 미러를 포함한다. 바람직하게는, 제2 미러(106)는 변조식 오프너 릴레이형 장치의 변형면에 위치된다. 제2 미러(106)는 슐리렌형 여과가 발생되는 슬릿(108)을 포함한다.
각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 제1 미러 광학 축(111)을 벗어나 제1 미러(104)에 연결되어, 제2 미러(106)로 반사된다. 바람직하게는, 제2 미러(106)는 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)에 의해 회절된 반사광에 의해 그리고 제2 미러(106)의 슬릿(108)을 통해 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)에 의해 반사된 통과 광에 의해 슐리렌형 여과를 수행한다.
특히, 슐리렌형 여과는 바람직하게는 이하와 같이 수행된다. 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)에 의해 회절된 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 도1에 정의된 광학 시스템 평면과 평행한 라인에서 제2 미러 광학 축(112)으로부터 벗어나게 제2 미러(106)를 조사한다. 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)에 의해 반사된 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 광학 시스템 평면과 평행한 라인에서 제2 미러 광학 축(112) 상의 제2미러(106)의 슬릿(108)을 통과한다. 슬릿(108)을 통과한 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 바람직하게는 비임 덤프(dump)(114)에 의해 집광된다. 비임 덤프(114)는 제2 미러(106)에 의해 반사되지 않은 광이 미광 문제를 일으키는 것을 방지한다.
선택적으로, 슐리렌형 여과는 다른 변조식 오프너 릴레이형 장치에 의해 수행된다. 다른 변조식 오프너 릴레이형 장치에서, 제2 미러(106)는 다른 제2 미러로 교체된다. 다른 제2 미러는, 광이 상기 다른 제2 미러를 조사하는 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)에 의해 회절되는 2개의 슬릿을 포함한다. 다른 제2 미러는 슬릿(108)을 포함하지 않는다. 다른 슐리렌형 여과에서, 각각의 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)에 의해 반사된 광은 다른 제2 미러로부터 반사되고, 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)에 의해 회절되는 광은 다른 슬릿을 통과한다.
중요한 이점은 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)가 무색성(achromatic)이라는 것이다. 즉, 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)가 반사성이므로 색수차가 없다. 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)가 반사성이고 굴절성이 아니므로, 레드, 그린 및 블루 광의 구배적 굴절에 의해 유발되는 분광이 없다. 변조식 오프너 릴레이형 장치에 의해, 레드, 그린 및 블루 광은 본질적으로 동일하게 다루어진다. 다른 중요한 태양은 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)가 구멍 또는 슬릿이 슐리렌형 여과를 수행하는 편리한 장소를 제공한다는 것이다.
각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)이 제2 미러(106)에 의해 반사된후, 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 제1 미러(104)에 연결되고, 여기서 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 다시 반사된다. 그후, 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 상기 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)을 초점(116)으로 반사하는 제4 미러(74)로 연결한다. 그후, 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 투사 렌즈(76)로 진행한다.
변조식 오프너 릴레이형 장치(72)는 통일된 확대를 갖는 2f/2f 구성이다. 따라서, 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)은 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)로부터 중계되었고, 동시에 반사된 부분은 각각의 레드, 그린 및 블루 광(86, 94, 102)으로부터 여과되었다. 색상 조합 렌즈(70) 및 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)는 색상을 조합하고, 광 변조기 출력의 콘트라스트를 설정하도록 여과하고, 초점(116)에서 확대 없이 실제 화상을 형성하도록 중계하는 기능을 수행한다. 따라서, 모든 3개의 색상은 조합되고, 여과되고, 초점(116)에서 중계된다. 그후, 초점(116)에서의 화상은 투사 렌즈(76)를 통해 (도시되지 않은) 스크린 상으로 투사되고, 스크린 상에 2D 화상을 형성하도록 미러로 스캔된다.
변조식 오프너 릴레이형 장치(72)의 통일된 확대는 최적의 성능과 최소의 비용을 제공하고 투사 렌즈(76)의 명확한 구멍이 달성 가능한 수의 구멍을 가지면서 가능한 한 작게 존재하게 한다.
제1 미러(104)의 1/2의 반경을 갖는 제2 미러(106)는 제1 미러(104)의 후방 초점 거리에 있고, 따라서 퓨리에(Fourier) 면 또는 변형면 및 구멍 스톱으로 작용한다. 제2 미러(106)를 적절히 형성함으로써, 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)의입력의 1/2은 광학적 또는 슐리렌형 필터로 사용되고, 바람직하게는 정보 내용을 실행하는 관심있는 광 변조기 회절 각만을 반사하도록 구성된다. 모든 다른 원하지 않는 주파수는 제2 미러(106) 내의 또는 주위의 구멍을 통과하고 비임 덤프(114)에 의해 적절히 종결된다. 대략 5°의 작은 필드각과 f/2.5까지의 구멍에서, 초점(116)에서의 1:1 화상 필드는 주로 편평하고, 제한된 회절을 갖고 색수차가 없다.
오프너 릴레이는 주로 반사 광학 시스템인 무색 릴레이 시스템이다. 반사 광학 시스템은 그 자체의 상부 후방에 화상을 형성하려는 경향이 있다. 그후, 2개의 화상이 분리되므로, 이는 다루기 어려워진다. 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)의 구성은 조합된 입사광이 제1 미러에 대해 축을 벗어나게 하여, 그 자체의 우측 후방이 아닌 곳에 무색 화상의 형성을 가능하게 한다. 조합된 입사광이 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)에 대한 축 상으로 유도되면, 반사된 화상은 그 자체의 후방에 형성된다. 그러나, 조합된 입사광이 축을 벗어나게 함으로써, 코마로 불리는 충분한 양의 광학 수차가 생성된다. 코마는 반전성(parity)을 가져서, 조합된 광이 처음에 제1 미러와 충돌하는 광축의 정확히 반대측에 2회에 걸쳐 조합된 광이 제1 미러 상으로 후방으로 반사될 때, 제1 바운드에 따라 생성된 코마는 주로 제거된다. 요약하면, 오프너 릴레이형 시스템은 반사 시스템에 의해 중계되어 그 자체의 상부 우측 후방이 아닌 곳에 화상을 형성하지만, 주된 비축(off-axis) 수차 코마를 방지한다.
코마는 제1 미러로부터의 제1 반사 중에 생성되고, 코마는 제1 미러로부터의제2 반사 중에 소멸된다. 변조식 오프너 릴레이형 장치는 또한 예를 들어, 슐리렌형 여과인 주파수 평면 여과가 수행되는 변형 위치를 형성한다. 주파수 평면 여과에서, 각도는 위치가 된다. 각도는 광 변조기로부터의 회절에서는 달라진다. 광 변조기에 의해 회절된 광은 ±1 회절 차수에서 2개의 각으로 회절된다. ±1 회절 차수는 제2 미러 상에 2개의 다른 위치를 형성한다. 광 변조기에 의해 반사된 광(또한 0차 광으로 불려짐)은 제2 미러 상에 다른 별개의 위치를 형성한다. 이는 슐리렌형 여과를 수행하기 위한 콘트라스트의 최적의 위치이다. 다른 위치에서는, 화상과 변형의 관계가 복잡한 방법으로 혼합되어, 슐리렌형 여과가 명확하지 않게 된다. 제2 미러는 슐리렌형 여과를 최적으로 수행하도록 변형면에 위치된다. 바람직한 실시예에서, 홀 또는 슬릿(슐리렌 구멍)은 제2 미러에 위치되고, 0차 광은 소거되고, ±1 회절 차수 광은 집광된다. 이는 바람직한 광학 시스템의 콘트라스트를 설정한다. ±1 회절 차수가 화상을 설정하기 위해 사용되므로, 이러한 실행은 1차 작업으로 불려진다.
본 발명의 실시예는 잘 보정되고 이용할 수 있는 명료한 3색 화상면을 제공한다. 화상은 구멍, 슬릿 또는 다른 수단에 의해 더 변조되고 여과되고 외부 대물 렌즈에 의한 투사에 적절하다. 각각의 RGB 색상은 개별적으로 접근 또는 유입되므로, 다수의 우수한 색상 보정 구성은 여기에 개시된 본 발명의 광학 시스템으로 달성된다. 이러한 구성은 오프너 화상의 결과로서 대물 렌즈의 고유의 색수차로 인해 필요할 수 있는 축방향 및 측방향 색상의 보정을 가능하게 한다. 대부분의 투사 렌즈 설계는 불충분하게 보정된 종방향 및 측방향 색상을 일정 정도로 갖는다.아포크라마틱(Apochromatic) 대물 렌즈는 고가이고 설계 및 제작이 어렵다. 이러한 색수차는 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)에 관하여 광 변조기(52, 54, 56)의 결합 거리를 변화시킴으로써 보정 또는 보상된다. 변조식 오프너 릴레이형 장치(72)는 물체 결합에 매우 잘 견딘다. 측방향 색상은 투사 대물 렌즈에서의 보정이 어렵고, 일반적으로 필요한 색상 보정의 정도에 따라 색다른 유리의 사용 및 주의깊은 선택을 필요로 한다. 측방향 색상 보정은 릴레이의 입력 아암에서 약한 필드 렌즈를 사용하여 본 발명의 실시예에 따라 수행된다.
도1을 참조하면, 바람직한 광학 시스템(50)은 색상 조합 렌즈(70)로의 그린 광 입력 경로에 위치되는 색상 보정 렌즈(120)를 포함한다. 비축(off-axis) 필드 각은 단지 약간 변화되어, 파장 또는 색상 채널의 함수로서 확대에서의 임의의 색차이를 감소시킨다. 투사 렌즈(76)는 레드 및 블루 색수차를 해상하지만, 색상 보정 렌즈(120)와 연계된 투사 렌즈(76)는 그린 색수차를 해상한다. 측방향 색수차는 주로 색상의 확대력의 차이이다. 측방향 색수차를 보정하기 위해, 적은 양의 광 파워가 색상 보정 렌즈(120)를 사용하여 그린에 부가되고, 레드 및 블루는 투사 렌즈(76)에서 보정된다.
색상 보정 렌즈(120)는 바람직하게는 도1에서 정의된 광학 시스템에 수직인 곡률을 갖는 원통형 렌즈를 포함한다. 선택적으로, 색상 보정 렌즈(120)는 구형 렌즈를 포함한다.
광학 시스템(50)의 선택적인 실시예는 각각, 제1, 제2 및 제3 광 변조기(52, 54, 56)로부터 특정 광, 예를 들어, 0차 광을 반사하고, 1차 광을 소거한다. 선택적인 실시예에서, 제2 미러(106)는 1차 광을 반사시키지 않고 통과시키는 2개의 슬릿을 갖는 선택적인 제2 미러로 교체된다.
본 발명은 본 발명의 구성 및 작동 원리의 이해를 용이하게 하기 위해 세부사항을 포함하는 특정 실시예에 관하여 기술되었다. 이와 같이, 특정 실시예 및 세부사상에 관한 참조는 여기에 첨부된 청구범위를 제한하려는 것은 아니다. 수정이 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않고 설명을 위해 선택된 실시예에서 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백하다.

Claims (20)

  1. (a) 대응하는 입사광 비임을 각각 변조하는 복수의 광 변조기와,
    (b) 각각의 복수의 광 변조기로부터 변조된 광 비임을 중첩하기 위한 하나 이상의 조합 필터와,
    (c) 필터를 포함하고 중첩된 광을 여과하고 여과된 광을 화상면으로 중계하는 광학 릴레이 시스템을 포함하는 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 광 변조기는 회절격자 광 밸브형 장치를 포함하는 광학 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 광학 릴레이 시스템은 제1 미러와 제2 미러를 포함하는 변조식 오프너 릴레이형 장치를 포함하는 광학 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 제1 미러는 축을 벗어난 하나 이상의 조합 필터로부터 중첩된 광을 수용하는 광학 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 변조식 오프너 릴레이형 장치 내의 필터는 변조식 오프너 릴레이형 장치의 변형면에 위치되는 광학 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 제2 미러는 필터를 포함하는 광학 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 광학 릴레이 시스템 내의 필터는 슐리렌형 필터를 포함하는 광학 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 조합 필터는 이색성 필터를 포함하는 광학 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 각각의 광 변조기는 0차 광으로서 입사 광 비임의 일부를 반사시키고 1차 광으로서 입사 광 비임의 다른 부분을 회절시킴으로써 광을 변조하는 광학 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 0차 광은 화상면으로 중계되는 광학 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 1차 광은 화상면으로 중계되는 광학 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 하나 이상의 복수의 광 변조기와 조합 필터 사이에 연결된 색상 보정 렌즈를 더 포함하는 광학 시스템.
  13. 복수의 광 비임을 조합, 중계 및 여과시키는 방법이며,
    (a) 복수의 광 비임을 각각 변조하는 단계와,
    (b) 각각의 변조된 광 비임을 조합하는 단계와,
    (c) 조합된 광 비임을 화상면으로 중계하는 단계와,
    (d) 조합된 광 비임이 화상면으로 중계되는 동안 조합된 광 비임을 여과시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 복수의 광 비임은 0차 광으로서 입사 광 비임의 일부를 반사시키고 1차 광으로서 입사 광 비임의 다른 부분을 회절시킴으로써 변조되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 조합된 광 비임은 0차 광을 통과시키고 1차 광이 화상면으로 중계되도록 1차 광을 반사시킴으로써 여과되는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 조합된 광 비임은 1차 광을 통과시키고 0차 광이 화상면으로 중계되도록 0차 광을 반사시킴으로써 여과되는 방법.
  17. (a) 복수의 광 비임을 각각 변조하는 수단과,
    (b) 각각의 변조된 광 비임을 조합하는 수단과,
    (c) 조합된 광 비임을 화상면으로 중계하는 수단과,
    (d) 조합된 광 비임이 화상면으로 중계되는 동안 조합된 광 비임을 여과시키는 수단을 포함하는 광학 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 변조하는 수단은 복수의 광 비임 중 하나에 각각 대응하는 복수의 회절격자 광 밸브형 장치를 포함하는 광학 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 중계하는 수단은 제1 미러 및 제2 미러를 포함하는 변조식 오프너 릴레이형 장치를 포함하는 광학 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 여과시키는 수단은 슐리렌형 필터로 구성되는 제2 미러를 포함하는 광학 시스템.
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