KR20040086271A - 프로젝션 시스템들에 사용하기 위한 프리즘 어셈블리와커널 구성의 설계 - Google Patents

프로젝션 시스템들에 사용하기 위한 프리즘 어셈블리와커널 구성의 설계 Download PDF

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KR20040086271A
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아서 베르만
마이클 데트로
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라이트마스터 시스템즈 인코포레이티드
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Abstract

커널들은 외장 또는 다른 요구조건들의 설계 특성들을 기초로 서로 다른 장치들에서 설계된다. 다양한 형태의 필터들, 웨이브판들, 빔 분할기들(예, 경로길이 매칭된 빔 분할기들) 및/또는 다른 광 컴포넌트들을 갖는 프리즘 어셈블리는 광을 조정하여 조정된 광을 출력 영상으로 결합시키는 레드, 그린, 및 블루 마이크로디스플레이 각각으로 광선들을 선택적으로 향하게 하기 위해 제공된다. 프리즘 어셈블리는 마이크로디스플레이들이 많은 서로 다른 장치들에 부착되는, 입력면, 출력면, 및 다른 면들을 포함한다. 광 컴포넌트들의 요구조건들과 정확한 배치는 마이크로디스플레이가 어느 면에 부착되는지에 따라 변한다. 프리즘 어셈블리의 컴포넌트들은 경로 길이 매칭된 위치들에 배치될 수 있다.

Description

프로젝션 시스템들에 사용하기 위한 프리즘 어셈블리와 커널 구성의 설계{DESIGN OF PRISM ASSEMBLIES AND KERNEL CONFIGURATIONS FOR USE IN PROJECTION SYSTEMS}
광 제어 시스템(LMS)은 광학 장치, 특히 프로젝션 비디오 장치에 사용되며, 통상적으로 광원, 집광기(codenser), 커널, 프로젝션 렌즈, 및 디스플레이 스크린과 관련된 전자 부품을 포함한다. 비디오 프로젝터(100)의 소자의 기능은 도1과 참조하여 설명된다. 도시된 바와 같이, 백색광(110)이 광원(105)으로부터 생성된다. 광은 집광기(115)의해 모여지고, 동질화되고 적절한 형태로 형성된다. UV 및 IR 성분은 필터(예를 들어, 핫/콜드 미러(116/117))에 의해 제거된다. 이어 백색광(110)은 프리즘 어셈블리(150)로 진입하는데, 편광되어 레드, 그린 및 블루의 편광된 광선으로 나눠진다. 한 세트의 반사 마이크로디스플레이(152A, 152B, 및 152C)가 제공되어 편광된 광선(부착된 마이크로디스플레이를 갖는 프리즘 어셈블리는 커널로 불린다) 각각에 대응하도록 배치된다. 이어, 빔은 각각의 빔이 특정한반사 마이크로디스플레이(microdisplay)로 향하도록 프리즘 어셈블리(150) 내의 상이한 경로를 진행한다. 그린 빔과 서로 작용하는(반사하는) 마이크로디스플레이는 전체 컬러 비디오 이미지의 그린 성분을 디스플레이한다. 이어 반사된 그린 빔은 전체 컬러 비디오 이미지의 그린 성분을 포함한다. 블루 및 레드 마이크로디스플레이의 경우도 마찬가지이다. 픽셀대 픽셀 기반에서, 마이크로디스플레이는 컬러화된 광빔을 변조 및 반사시킨다. 이어, 프리즘 어셈블리(150)는 반사된 빔을 전체 컬러 비디오 이미지를 포함하는 변조된 백색광선(160)으로 재결합시킨다. 이어 최종의 변조된 백색광선(160)은 프리즘 어셈블리(150)를 빠져나와 프로젝션 렌즈(165)로 진입한다. 결국, 이미지 포함 빔(백색광선(160)이 변조되어 전체 컬러 이미지를 포함)이 스크린(170)에 프로젝션된다.
공개적으로 개시된 프리즘 어셈블리는,
●Digital Reflection's Star Prism
●Philip's Trichoic Prism
●IBM's X Prism with 3 PBS
●S-Vision/Aurora System' Off-Axis Prism
●Digital Reflection's MG Prism
●ColorLink's ColorQuad Prism
●Unaxis' ColorCorner Prism
본 발명은 광학 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 광 프로젝션 시스템에 사용되는 프리즘 어셈블리 및 커널에 관한 것이며, 특히 LCoS 기재의 비디오 프로젝션 시스템에 사용되는 프리즘 어셈블리 및 커널에 관한 것이다.
도 1 은 광제어 시스템 비디오 프로젝터이다.
도 2 는 광경로 및 본 발명이 적용되는 프리즘 어셀블리의 가능한 구성의 구성 성분을 설명하는 간략화된 커널이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LMS 프리즘 어셈블리의 구성 기술을 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LMS 프리즘 어셈블리에서 구성 성분의 유동성 결합을 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LMS 어셈블리의 구성 성분을 유지시키는 프레임의 평면 및 측면도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LMS 프리즘 어셈블리의 구성 성분의 공간 및 유동성 결합을 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링 유동성 충전 방법을 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 어셈블리의 구성 성분을 유지하는데 사용되는 메카니즘의 예를 도시한다.
도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 다이아프램 900을 갖춘 프리즘 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 10 은 본 발명의 실시예에 따른 블래더 장착 프리즘 어셈블리의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 밀봉된 튜브 어셈블리의 실시예를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 옥외 피스톤 장치를 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 내부적으로 밀봉된 프리즘 어셈블리를 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 내부적으로 밀봉된 프리즘 어셈블리의 내부 밀봉부의 상세도이다.
도 15는 경로길이 매칭 편광 빔 분할기(PBS) 입방체를 도시한다.
도 16A는 본 발명의 실시예에 따른 경로길이 매칭 PBS 입방체를 생산하기 위하여 사용된 장치를 도시한다.
도 16B는 본 발명의 실시예에 따른 경로 길이 매칭 빔분할기를 생산하기 위한 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 경로길이 매칭 PBS 입방체를 생산하기 위하여 사용된 장치를 도시한다.
도 18은 다수의 여러 커널(kernel) 구조에 응용할 수 있는 광학 구성요소 레이아웃의 블록도이다.
도 19-66은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 커널 구성을 도시한다.
도 67은 본 발명의 실시예에 따른 다른 커널 구성을 도시한다.
도 68은 본 발명의 실시예에 따른 다른 커널 구성을 도시한다.
도 69는 본 발명의 실시예에 따른 다른 커널 구성을 도시한다.
상기 나열한 프리즘 구성이 있음에도 불구하고 (만일 유용하지 않다면), 새로운 비디오 프로젝터 설계는 새로운 프리즘의 개발을 필요로 할 수도 있다. 그 이유는, 적절하게 고안된 비디오 프로젝터가 프리즘을 포함하여 시스템 내에서 모든 구성 성분의 상호간의 최적화를 필요로하기 때문이다. 본 발명은 광 엔진 및 다른 광 제어 시스템(LMS)의 프리즘 어셈블리 및 커널에 적용가능한 많은 독특한 설계 및 구성을 실현하였다. 본 발명은 또한 특정 프로젝션 시스템 설계에 대해 최적화된 프리즘 어셈블리의 구성을 용이하게 하기 위해 프리즘 어셈블리의 구성 성분을 배열할 필요성을 실현하였고, 소정의 하나 이상의 프로젝션 시스템 설계(LMS, 비디오 프로젝터, 광 엔진 등)에 적용할 수도 있는 프리즘 어셈블리의 다양한 광학적 설계를 제공하였다. 본 발명은 또한 전술한 Detro et al. IV에 개시된 새로운 비디오 프로젝터를 설계하였다. 비록 본 명세서에 설명된 프리즘 및 커널 구조가 다른 응용예에 사용될 수 있지만, 이들은 진보되었고, 본 명세서에 설명된 바와 같이 새로운 비디오 프로젝터에 최적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
일 실시예에서, 본 발명은 네 개의 사분면에 배치된 프리즘 어셈블리를 포함하는 커널을 제공하는데, 네 개의 사분면은 제 1 사분면에 입력면, 제 1 사분면에 제 1 면 및 제 2 면, 제 3 사분면에 출력면, 및 제 4 사분면에 제 3 및 제 4 면을 포함하며, 네 개의 면 중 하나는 부착된 마이크로디스플레이이며, 네 개의 면 중 하나는 부착된 그린 마이크로디스플레이이며, 네 개의 면 중 하나는 부착된 블루 마이크로디스플레이이며, 프리즘 어셈블리는 프리즘 어셈블리로 입력면을 통해 대응하는 하나의 레드, 그린 및 블루 마이크로디스플레이로 각각 향하는 레드, 그린및 블루 컴포넌트 광선을 통해 프리즘 어셈블리로 진입하는 광의 분할을 용이하게 하는 광학 구성 성분을 포함하는데, 광선은 반사되어 출력면으로 향한다.
일 실시예에서, 제 2 분면은 제 4 분면에 대해 비스듬하며, 입력면은 제 4 면에 인접하고, 출력면은 제 3 면에 인접한다. 일 실시예에서, 제 2 면은 제 4 면에 비스듬하고, 입력면은 제 1 면에 인접하고, 출력면은 제 3 면에 인접한다.
레드, 그린 및 블루 마이크로디스플레이는 프리즘 어셈블리의 여러 면들에 부착되며, 빔 분할 장치와 함께 웨이브판, 필터 등과 같은 대응하는 추가의 광학 소자가 대응하는 광선을 각각의 마이크로디스플레이로 향하도록 중요한 위치에서 프리즘 어셈블리에 배치된다. 도면은 다양한 광학 소자의 가장 유용한 조합 및 바람직한 배치를 도시하지만, 다른 조합 및 배치는 본 설명의 검토 후에 당업자에 명백할 것이다.
일 실시예에서, 빔 분할기는 경로 길이 매칭된 빔 분할기를 포함하는데, 빔 분할기를 통과하는 광 경로는 동일하다. 그리고, 소정의 빔 분할기를 포함하는 프리즘 어셈블리의 구성 성분은 경로 길이 매칭된 위치에 배치될 수도 있는데, 전체 프리즘 어셈블리를 통과하는 경로 길이는 동일하다.
본 발명의 보다 완벽한 이해와 주의할 만한 장점은 이하의 상세한 설명되 첨부한 도면을 통해 이해할 수 있을 것이다.
도면을 참조하여, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 대응하는 부분들을 나타내고, 특히 도 2에는 본 발명이 적용되는 프리즘 어셈블리의 하나의 가능한 구조의광경로들과 컴포넌트들을 나타내는 광 관리 시스템(LMS) 커널(200)이 도시된다. 경로 길이 매칭 및 다른 피쳐들은 본 발명을 바탕으로 제공된다. 커널(200)은 프리즘 어셈블리(201), 부착된 마이크로디스플레이들("그린(green)" 마이크로디스플레이 230, "레드(red)" 마이크로디스플레이 232, 및 "블루(blue)" 마이크로디스플레이 234 - 상기 컬러들은 컬러가 각각의 마이크로디스플레이에 의해 디스플레이될 이미지의 성분, 또는 조작될 광을 식별하기 때문에 인용된다)을 포함한다. 상기 커널은 비디오 투사 시스템의 기본 구성요소이다.
프리즘 어셈블리(201)는 한세트의 광학 구성요소들, 막들, 및 단일 프리즘 어셈블리 유니트를 형성하는 매칭 엘리먼트들을 포함한다. 백색광(205)은 편광 빔 분할기(PBS)(210)에서 지향된다. 편광 빔 분할기 박막(215)은 백색광을 수직으로 편광하고 두개의 편광된 광(220 및 240)으로 분할한다. 프리즘 어셈블리를 통한 광경로들은 각각의 광 경로의 편광 및 컬러를 나타내기 위하여 각각 라벨링된다. 예를들어 인입 백색광(205)은 W S + P(편광된 백색 S 및 P를 의미함)로 라벨링되고; 광선(220)은 처음에 WS(백색, s 편광을 의미함)로 라벨링된다. s 편광 백색광(220)은 그린 이색성 필터(221) 및 박막(215)으로부터 반사된 임의의 원하지 않는 p 편광 광을 제거하는 클린-업(clean-up) 편광기(221B)(예를들어, 모스텍 편광기 : Mosteck polarizer)(이색성 221 및 클린-업 편광기 221B는 그린 광을 통과하여, 빔 220이 그린 s 편광 빔(및 GS로 라벨링됨)이 되도록 함)을 통하여 통과한다. 그린 s 편광 빔은 제 2 빔 분할기(212)에 진입한다. 편광 빔 분할기 박막(217)은 s 편광 그린 광을 "그린" 마이크로디스플레이(230)쪽으로 반사한다.
광 경로들에는 백색(W), 레드(R), 블루(B) 및 레드(R)가 도시된다. 편광은 S 편광 광(S), P 편광 광(P)을 사용하여 도시된다. 게다가, Y는 옐로우이고, C는 시안(cyan:청록색)이다.
그린 마이크로디스플레이(230)는 디스플레이될 이미지의 그린 성분에 따라 편광된 그린 광을 조작한다. "그린" 마이크로디스플레이는 화소 단위로 그린 광의 편광을 조절한다. 예를들어, 변경되지 않고 남겨지는 디스플레이될 이미지의 그린 성분 화소는 없고, 디스플레이될 이미지의 강한 그린 성분 화소는 90°회전된 편광을 가질 것이고, 그린 성분의 가변 레벨들을 가진 다른 화소들은 그린 성분의 양에 비례하여 가변하는 양들로 회전되는 편광을 가질것이다. 마이크로디스플레이는 또한 편광 빔 분할기 박막(217)쪽으로 다시 그린 광(현재 변조됨)을 반사한다(마이크로디스플레이의 편광 조작에 의해 광에 대한 반사 또는 다른 편광은 고려된다).
그 다음 편광 빔 분할기 박막(217)은 일부를 반사하고 그린 광의 나머지 부분들을 통과시킨다. 반사된 광의 양 대 통과된 광의 양은 반사된 그린 광에서 수행되는 변조량을 바탕으로 한다. 그린 마이크로디스플레이쪽으로 반사된 동일한 편광을 가진 광은 다시 반사된다. 반대로 편광된 광(또는 편광 빔 분할기 박막 217의 편광 감도와 최소한 다름)은 통과된다. 본래 그린 광의 전체 양 미만이고 영 이상인 그린 광의 양은 조절 양에 따른다.
빔(235)은 편광 빔 분할기 박막(217)을 통하여 다시 통과하는 조절된 그린 광을 나타낸다(예를들어, 그린 광은 편광 빔 분할기 박막 217을 통하여 통과하게 충분히 조절된다). 빔(235)은 최종 빔 분할기(216)로 진입하고 편광 빔 분할기 박막(213)에서 반사된다. 각각의 레드 및 블루 성분들은 간단히 조절되고 빔(250)을 형성하기 위하여 대응하는 편광 감응 재료들을 통과하거나 상기 재료들로부터 반사된다. 편광 빔 분할기 박막(213)에서 반사후, 조절된 그린 광선(235)은 빔(250)의 레드 및 블루 성분들과 결합되고 그 다음 디스플레이될 이미지를 포함하는 백색 광(280)으로서 출력 면(275)을 통하여 프리즘 어셈블리에서 출력된다.
PBS(210, 212, 214 및 216)는 간단히 구성된다. 이 구성에서, 각각의 PBS는 2개의 광 컴포넌트들(예를들어, 프리즘들 208 및 206) 및 편광 빔 분할기 박막(예를들어, 215)을 포함한다. 편광 빔 분할기 박막은 예를들어 s 편광된 광을 반사시키고 p 편광된 광을 통과시키는 코팅이다. 광학 엘리먼트들(예를들어, 리타더(retarder), 회전기들 등)은 편광을 변경하기 위하여 사용되어, 목표된 광선들은 편광 빔 분할기 박막에 의해 반사되거나 통과되고, 이에 따라 다음의 편광 빔 분할기 박막들은 광 컴포넌트들의 구조 및 각각의 광선의 목표된 경로에 따라 목표된 광선들을 통과 또는 반사시킬 수 있다(도 2는 하나의 예시적인 구조 및 목표된 경로들이다). 예를들어, PBS(210)가 인입 백색광을 2개의 빔들로 분할할때, 제 2 빔(240)은 파장 특정 리타더(블루/레드 컬러선택부 291)을 통하여 통과하여, PBS(214)는 빔(240)을 레드 마이크로디스플레이(232) 및 블루 마이크로디스플레이(234) 각각으로 지향된 성분 빔들로 분할할 수 있다(리타더없이, 빔 240에서 백색 광의 블루 성분은 p 편광을 유지하고 그 다음 PBS 214는 블루 마이크로디스플레이 234로 블루 광을 반사하는 대신 블루 광을 레드 마이크로디스플레이 232쪽으로 통과시킨다).
도 2의 구조는 유사하게 구성된 PBS가 특정 광학 설계 컴포넌트들의 컴포넌트들 수 및 다른 기능을 감소시키기 때문에 다양한 기능들을 수행하는 광 컴포넌트들을 사용하는 시스템들에 비해 장점을 가진 4개의 유사하게 구성된 PBS로 이루어진 프리즘 어셈블리를 도시한다. 따라서, 대응 생산 라인은 크기, 감소된 재고 등 경제적적으로 이익이다. 그러나, 광학 엘리먼트들의 많은 다른 결합들은 다양한 빔들을 적당하게 반사 또는 통과시키고 그 다음 최종 광선(280)에 재결합하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 다양하게 상이한 기능을 갖는 광 컴포넌트를 사용하는 프리즘 어셈블리들이 구성될 수 있다. 그리고, 상기 설명한 바와 같이, 전체 이들 다양성(상이한 크기, 상이한 형상, 상이한 구성 등)의 프리즘 어셈블리들은 본 명세서에서 개시된 기술 및 프로세스를 사용하여 구성될 수 있다.
광 컴포넌트들은 빔 분할기들을 형성하기 위해 조합된다. 예를 들어, 각각의 프리즘(206, 208)은 편광 빔 분할기(PSB:210)를 형성하도록 조합되는 광 컴포넌트들이다. 프리즘 어셈블리를 제조하기 이전에, 빔 분할기 광 컴포넌트가 구성된다. 프리즘 어셈블리(201)는 4개의 빔 스플리트 광 컴포넌트, 편광 빔 분할기(PBS: 210, 212, 215, 및 216)를 나타낸다. 각각의 편광 빔 분할기(이하 PBS)는 편광 빔 분할기 박막(예를 들어, 215, 217, 219 및 213)을 포함한다. 바람직하게, 편광 빔 분할기 박막은 빔 분할기의 대각선에 있으며 PBS의 외측면에 의해 형성된 코너를 통해 연장된다. 예를 들어, 편광 빔 분할기 박막(215)은 PBS(210)의 코너(202, 204)를 통해 (206, 208의)대각선을 따라 연장된다. PBS는 특히 광이 대각선의 전체 범위를 통과하지 않는 경우 편광 빔 분할기 박막이 대각선 평면상에위치되어 코너를 통해 연장될 필요가 없도록 구성될 수 있다.
이러한 PBS의 어셈블리는 광학 경로길이 매칭의 사용에 의해 달성된다. PBS(210)를 참조로, 2개의 광 컴포넌트(프리즘)(206, 208)가 정확하게 동일한 크기(결과적으로, PBS의 외측 치수가 임의의 특정 치수 조건을 만족시킬 필요는 없다)일 필요는 없다는 것을 알 수 있을 것이다. PBS에 대한 특정한 치수 조건이 없기 때문에, "약한(loose)" 기계적 톨러런스(tolerance)를 갖는 광 컴포넌트들이 이용될 수 있다. 이러한 광 컴포넌트들(및 이들 성분들을 구성하기 위해 사용되는 프리즘)은 광 컴포넌트의 벤더(vendor)에 의해 적절한 비용으로 다량 제조될 수 있다.
광 컴포넌트들은 "아웃사이드 인(outside in)" 방식으로 조립된다. 도 3에 도시된 것처럼, 프리즘 어셈블리(201)의 4개의 PBS 각각의 2개 외측면은 어셈블리 툴(310)의 정밀 얼라인먼트 코너(300A, 300B, 300C 및 300D)에 의해 위치에 정확하게 고정된다. 예를 들어, PBS(210)의 외측면은 얼라인먼트 코너(300A)에 의해 결정된 고정 위치에 고정된다.
어셈블리 툴은 정밀 얼라인먼트 코너(300)에 고정되는 어셈블리 툴 베이스판(315)를 포함한다. 얼라인먼트 코너(300A, 300B, 300C 및 300D)의 구성은 기계적 공구세공(mechanical tooling)을 사용하여 수행될 수 있다. 얼라인먼트(alignment) 코너는 각각의 PBS의 외측 치수를 정확하게 고정하는 톨러런스로 구성되며 어셈블리 툴 베이스판 상에 위치된다. 각각의 얼라인먼트 코너는 어셈블리 동안 위치에 PBS를 고정하는 장치를 포함한다. 예를 들어, PBS(210)는진공 홀더(330, 335)를 통해 얼라인먼트 코너(300A)에 견고히 고정된다. 진공 홀더는 진공 튜브(325)를 통해 진공 펌프(320)에 연결된다. 일 실시예에서는 얼라인먼트 코너의 코너에 있는 단일 진공 홀더가 제공된다.
얼라인먼트 코너는 경로길이 매칭을 달성하기 위해 요구되며 고가의 견고한 톨러런스 광 컴포넌트 보다는 기계적 공구세공에 의해 달성되는 정확한 치수 정밀도를 제공한다. 그러나, 경로길이 매칭만이 허용가능한 프리즘 어셈블리를 산출하지 않는다. 경로길이가 매칭되었더라도, 광 컴포넌트는 가변의 비-정확 톨러런스(상이한 크기)이기 때문에, PBS는 서로 정확하게 고정되지 않으며(예를 들어, PBS(210, 214)의 교차, 및 이들 사이에 위치되는 임의의 다이크로익(dichroic) 또는 필터는 정확하게 위치되지 않는다) 에어 갭은 PBS의 내부 광학 표면 사이에 도입된다. 에어 갭 자체는 감소되거나 소거될 필요가 있는 굴절 및 다른 광학 편차를 포함하는 다른 문제점을 야기시킨다.
본 발명은 액체와 PBS를 결합시킴으로써 PBS의 부정확한 고정의 바람직하지 않은 결과를 방지한다. 일 실시예에서, 프리즘 어셈블리의 모든 내부 광학 표면은 액체를 사용하여 결합된다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 광학 어셈블리 성분의 액체 결합의 도면이다. 인접한 PBS 사이에는 액체로 채워진 결합부가 있다. 액체로 채워진 결합부의 두께는 프리즘 어셈블리의 원하는 외부 치수를 유지하기 위해 각각의 PBS의(또는 다른 프리즘 어셈블리 구성에서 이용되는 다른 광학 성부들) 크기의 변화를 기초로 가변한다. 예를 들어, 액체로 채워진 결합부(J1), PBS(212) 및 PBS(216) 사이의 결합부는 PBS들 사이에 액체를 포함하며, 전체 결합부는 공간(t1, t2 및 t3)내에 액체 결합 유체(400)를 포함하여 다이크로익 및 다른 광학 엘리먼트들은 PBS 사이에 위치된다(예를 들어, 광학 엘리먼트(410, 420)는 PBS 사이에 위치된다). 예를 들어, 다른 광학 엘리먼트들은 다이크로익 또는 다른 필터의 임의의 조합일 수 있다. 액체 결합 유체의 도입은 컴포넌트들내에 형성되는 스트레스를 방지한다.
일 실시예에서, 프리즘 어셈블리의 외부 표면에 아교접착되는 프레임이 액체를 함유하고 위치에 컴포넌트를 고정하는데 사용된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 다른 LMS 프리즘 어셈블리의 컴포넌트들을 고정하는 프레임(500)의 상부 측면에서 도시한 것이다. 하나 또는 몇 개의 컴포넌트들로 이루어질 수 있는 프레임(500)(주목할 것은 프레임 재료 상에서는 임의의 광학 조건이 없다는 것이다)은 PBS 사이의 각각의 결합부 상에 위치된다. 본 실시예에서, 프레임(500)은 2개의 측면 컴포넌트(500A, 500C), 및 4개의 에지 컴포넌트(500B)를 포함한다. 각각의 측면 컴포넌트는 플러스 부호(+) 형상의 글라스, 플라스틱, 아크릴 등 또는 다른 물질이며, 플러스 부호의 각각의 부가물(appendage)은 결합부를 커버하고, 플러스 부호의 중심부는 모두 4개의 결합부의 접속부를 커버한다. 에지 컴포넌트(500B)는 결합부중 각각 하나의 에지를 커버한다. 상부 측면 컴포넌트(500A)는 유체가 필요에 따라 인가 및/또는 부가될 수 있는 충진 홀(fill hole)(510)을 포함한다. 캡(미도시)은 유체 유출을 방지하기 위해 충진 홀을 마무리 짓는데(cap off) 사용된다. 에어 버블(550)은 광 컴포넌트상에 형성되는 스트레스를 방지하고 액체 팽창/수축을 보상한다. 프레임(500)은 플러스 부호 형상으로 도시되었으나, 프레임이 각각의 결합부를 충분히 커버하는 한, 완전한 직사각형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 프레임에 도포되는 아교 또는 접착제는 프레임과 PBS 사이에 밀봉부(seal)를 형성하여 결합 유체를 완전히 포함할 수 있다. 또한 아교 또는 다른 접착제는 서로에 대해 PBS의 부동(non-movement)을 위해(LMS의 모놀리틱 특성을 유지하기 위해) 프레임에 PBS의 위치를 고정한다.
매칭된 경로길이를 고정하기 위한 프레임과 PBS 사이의 접착제 사용은 프리즘 어셈블리 컴포넌트의 매칭된 경로길이 위치를 검출하고(예를 들어, 정확한 광학 경로길이를 확보하기 위해 코너 컴포넌트 또는 다른 위치결정 장치를 갖는 공구를 사용하여), 이들 매칭된 경로길이 위치에서 프레임의 하나 이상의 부분에 컴포넌트(예를 들어, PBS)를 아교접착 함으로써 수행된다. 다음 결합부에 부가적인 광학 엘리먼트(예를 들어, 광학 엘리먼트(410,420))가 위치되고, 결합부는 광학 결합 유체(액체 결합 유체)가 적어도 부분적으로 채워진 후, 상부 프레임 컴포넌트로 캡처리되고, 이후 결합 유체가 (에어 버블 또는 다른 팽창 에어 공간은 제외하고) 마무리되고(topped off), 충진 홀이 캡처리된다.
본 발명은 결합 유체로 프리즘 어셈블리를 채우기 위한 다양한 방법 및 장치를 포함한다. 예를 들어, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 결합 유체 충진 장치 및 방법을 나타내는 도면이다. 결합 유체는 결합 유체로 채워진 주사기를 사용하여 중심 충진 홀(700) 속으로 주입된다. 중심 충진 홀(700)은 프리즘 어셈블리의 중심 영역에 있으며, 통상적으로 내부에 광 컴포넌트를 갖지 않는다. 그러나, 중심 충진 홀 속의 적어도 일부부분에 하나 이상의 광 컴포넌트가 위치될 수도 있다.일 실시예에서, 프리즘 어셈블리는 프리즘 어셈블리 상에 프레임의 상부 부분을 고정시키기 이전에 적어도 부분적으로 채워진다. 프리즘의 상부 부분이 부착되지 않는 경우, 결합 유체는 중심 충진 홀 이외의 영역에 인가될 수 있으나, 중심 충진 홀에서의 채움이 바람직하다. 또한 중심 충진 홀의 하부에 결합 유체가 주입되는 것이 바람직하다. 수직 및 수평 방향 모두에서 광학 엘리먼트 및 PBS 사이의 모세 작용(capillary action)은 충진 프로세스를 보조한다.
다른 실시예에서, 동일한 프로세스가 프레임의 상부에서 발생하며, 이러한 경우 서링거(syringe)는 충진 홀(510)(캡이 제거됨)을 관통하여 중앙 충진 홀(700)의 바닥(bottom)까지 삽입되고, 프리즘 어셈블리는 커플링 유체(fluid)로 채워진다. 튜브, 펌프, 또는 다른 붓는(pour) 메커니즘을 포함하는 다른 디바이스들이 중앙 충진 홀 내에 유체를 위치시키는데 사용될 수 있다.
만약 프리즘 어셈블리가 갖는 컴포넌트(component)들이 직접 접촉(touch)하게 되면(광학 엘리먼트(410)는 다른 광학 엘리먼트(420) 또는 PBS(212)를 직접 접촉함), 그 결과는 프리즘 어셈블리에 의해 투사된 이미지 내에 가시적인 인공물(artifact)이 될 수 있다는 것을 인지해야 한다. 이러한 문제점에 대한 해결책은 액체(liquid)의 얇은 층이 컴포넌트들 사이 및/또는 광학 어셈블리의 엘리먼트들 사이에 존재한다는 것을 확인하는 것이다. 많은 다른 방법 및/또는 디바이스들은 액체 층이 컴포넌트들 사이에 존재한다는 것을 확인하도록 구현될 수 있다. 예컨대, 광학 엘리먼트는 커플링 유체의 충진동안 물리적으로 분리될 수 있고, 스페이서들은 엘리먼트와 PBS를 분리하기 위해 프레임의 부분들에 부착될 수 있다.일 실시예에서, 스페이서들은 광학 표면들 사이에 제동된다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LMS 프리즘 어셈블리 컴포넌트의 스페이서(스페이서 볼(600))과 액체 커플링의 도면이다. 스페이서는 수천분의 일 인치 정도의 직경을 갖는 글래스 막대(rod) 또는 볼이 될 수 있다. 액체 커플링 유체의 굴절 지수는 스페이서의 굴절 지수와 매칭되게 선택되어 눈에 보이지 않게 한다.
본 발명은 스페이서들을 적용하기 위한 다양한 방법과 디바이스들을 포함한다. 일 실시예에서, 스페이서들은 PBS 및/또는 광학 엘리먼트의 광학 표면에 직접 제공된다. 일 실시예에서, 스페이서들은 광학 표면들 위로 스프레이(spray)된다. 광학 표면들 위로 스페이서를 스프레이하는 것은 액정 디스플레이 제조 기술과 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 습식 또는 건식 스페이서 어플리케이션이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 스페이서는 적어도 제작 동안 액체 커플링 유체 내에서 부유한다(suspend). 프리즘 어셈블리를 제작한 후에, 부유된 스페이서는 광학 표면들 사이에 정착해(lodge) 남아있고 및/또는 시계(view) 영역 외부의 프리즘 어셈블리의 바닥부에 정착(settle)한다.
액체 커플링 유체는 PBS 및 유체 내에서 이격된 광학 엘리먼트의 굴절 지수를 매칭시키는 (또는 정밀하게 매칭시키는) 굴절 지수를 갖도록 선택된 광학 커플링 유체이다. 굴절 지수는 파장에 의존하여 변하고, 프리즘 어셈블리 내 각각의 컴포넌트와 엘리먼트에 따라 다르다. 통상적인 값은 플라스틱 엘리먼트에 있어서 1.52이고 글래스 컴포넌트에 있어서 1.71이다. 광학 커플링 유체는 1.50-1.85 범위의 굴절 지수를 갖는 것이 바람직하다. 발명가가 실시한 실험에서 광학 커플링유체는 1.6의 굴절 지수에서 잘 작동하였다. 유사하게, 스페이서를 사용한 실시예에서, 광학 커플링 유체는 PBS, 광학 엘리먼트, 및 스페이서 각각을 가능한 정밀하게 매칭시키는 굴절 지수를 갖도록 선택된다. 굴절 지수를 매칭시키는 것은 광 컴포넌트와 엘리먼트의 굴절지수 사이에서의 차이를 분할(splitting)함으로써 수행될 수 있다. 또 다른 방법은 (각각의 광 컴포넌트/엘리먼트에 대한 굴절 지수 제곱의 합의 제곱근을 취한) 계산(arithmetic)의 임피던스 매칭 타입을 수행하는 것이다. 그러나, 본 발명자는 겔(gel)화되고, 경화된 에폭시 및 본 명세서의 다른 곳에서 논의된 실시예에서 충진된 공기를 포함하는, 광 컴포넌트과 엘리먼트의 높고 낮은 굴절 지수 사이에서 임의의 굴절 지수를 선택하는 것이 경로길이가 매칭된 프리즘 어셈블리의 다른 실시예보다 더 매칭한다는 것을 인지하였다. 또한 커플링 유체의 선택된 굴절 지수는 프리즘 어셈블리에서 더 빈번하게 발생하는 매칭하는 컴포넌트 인터페이스 방향으로 가중될 수 있다. 일 실시예에서, 커플링 유체의 굴절 지수는 스페이서의 굴절 지수와 매칭한다.
커플링 유체에 대한 중요한 특성은 유독성이고, 인화성이며, 황화(yellow) 경향을 가지며, 화학물이고, 비용이 많이 든다는 것이다. 유독성과 인화성은 안전에 중요한 사항이기 때문에, 제품은 비독성이고 비인화성인 것이 바람직하다. 또한, 구현될 광학 커플링 유체는 특히 강한 빛과 열 조건에서 황화되지 않아야 한다. 광학 커플링 유체는 다른 광학 엘리먼트, 컴포넌트, 및 프리즘 어셈블리의 부분들과 반응하지 않는 화학 특성을 가져야 한다. 그리고, 상업적으로 이용하기 위해서, 광학 커플링 유체는 비교적 값싸고 용이하게 이용가능해야 한다. 일 실시예에서, 예컨대 광학 커플링 유체는 미네랄 오일이다. 광학 커플링 유체의 많은 상이한 타입과 특성들이 상업적으로 이용가능하다(카길 회사(Cargille Corp)는 많은 상이한 타입의 지수 매칭 유체를 제조한다).
일 실시예에서, 광학 커플링 유체는 경화될 때 고체 프리즘 어셈블리를 형성하는 UV 경화 접착제(adhesive)이며, 경화된 접착제는 흐르지 않고 광학 엘리먼트/컴포넌트를 커플링한다. 그러나, 액체 충진 실시예는 상업적으로 실시가능한 UV 경화 접착제 보다 양호하게 매칭하는 굴절 지수를 갖기 때문에 액체 충진 실시예가 바람직하다. 또 다른 실시예에서, 광학 커플링은 프리즘 어셈블리의 다양한 컴포넌트/엘리먼트 사이에서 광학 커플링 젤을 삽입함으로써 수행된다. NYE 회사는 적합한 젤(매칭 젤)을 제조한다. 또 다른 실시예에서, 커플링 재료는 공기이거나, 또 다른 가스가 광 컴포넌트와 엘리먼트 사이의 커플러로서 사용된다. 공기-충진된 실시예에서, 비-반사 코팅부가 반사를 제거 또는 감소시키기 위해 광학 엘리먼트 및 컴포넌트의 표면 상에 위치한다.
여기 개시된 어셈블리 기술의 변형은 본 명세서에서 논의한 임의의 프리즘 어셈블리 구성물에 적용될 수 있다.
상기 개시한 구성물과 제조 방법에 의해 많은 장점들이 제공된다. 이들은 하기 사항을 포함한다:
여러 프리즘 어셈블리 구성물은 (빔(235)이 분극화 빔 분할기 박막(thin film)(217)을 통과한 후에 분극화 빔 분할기 박막(213)에 반사되도록 빔(235)을 회전시키는) 분극화-회전 컴포넌트(들)(회전자(rotator))을 포함한다. 회전자는일반적으로 폴리카보네이트 플라스틱의 층들이 함께 결합하여 구성된다. 종래 시스템에서, 접착제는 회전자의 폴리카보네이트 플라스틱을 프리즘 어셈블리 컴포넌트의 글래스에 결합시킬 수 있어야 했다. 이러한 문제점에 대한 일반적인 해결책은 업계에서 "샌드위치" 형태의 분극화 회전자를 구매하는 것이다. "샌드위치" 형태에서, 회전자는 두 개의 커버 글래스들 사이에 본딩되었다. 커버 글래스는 프리즘 어셈블리 제작자가 회전자를 프리즘 어셈블리에 용이하게 본딩시킬 수 있게 한다(인접한 커버 글래스의 표면들 사이를 본딩시킴). 그러나, 폴리카보네이트 회전자와 비교할 때, 샌드위치는 공급이 제한되어 이용할 수 있고 더 비싸다. 반대로, 본 발명에서, 액체 커플링 방법은 폴리카보네이트 컴포넌트를 저렴하고 용이하게 직접 이용할 수 있다. 접착제를 이용하여 폴리카보네이트가 본딩되지 않고 액체 커플링을 이용하기 때문에, 상기와 같은 문제가 제거된다.
새로운 제조 방법을 사용하여 얻어진 프리즘 어셈블리의 정밀한 외부 크기는 마이크로디스플레이를 프리즘 어셈블리 위로 직접 장착할 뿐만 아니라, 사용될 디바이스(광 엔진)으로 완성된 커널(kernel)(마이크로디스플레이가 부착된 프리즘 어셈블리)을 장착하기 위해 정밀한 (또는 고정된) 장착 포인트를 사용할 수 있게 한다. 정밀 또는 고정된 장착 포인트를 사용하는 것은 커넬을 광 엔진으로 장착할 때 물리적인 조절 메커니즘과 처리에 대한 필요성을 감소시키거나 제거한다.
일반적으로 종래 프리즘 어셈블리는 일련의 아교(glue) 경화 단계들을 이용한다. 프리즘 어셈블리가 크기가 커지고 복잡해지기 때문에, 글래스에 의한 광 흡수 및/또는 컴포넌트의 광학 특성으로 인한 접착제를 경화시키는 것이 점차 어려워진다. 본 발명에 의해 제공된 액체 커플링은 이러한 문제를 제거하고 프리즘 어셈블리에 요구되는 시간을 크게 감소시킬 수 있다.
본 발명은 광학 엘리먼트(광학 엘리먼트(410,420))를 제자리에 홀딩하는 디바이스와 방법을 포함한다. 광학 엘리먼트는 일반적으로 장방형이고 (얇은 폭을 갖는) 플랫형이기 때문에 플랫 컴포넌트로 불린다. 그러나, 본 발명은 다른 형태 및 폭의 광 컴포넌트들을 사용하여 실행될 수도 있다.
제조, 수송, 저장 및/또는 실제 사용하는 동안을 포함하여 언제라도 한 가지 중요한 점은 커플링 유체 내에서의 광 컴포넌트들의 잠재적인 움직임이다. 중심 충진 홀(700) 쪽으로의 이동은 이동된 컴포넌트(또는 이동된 컴포넌트의 부품들)는 잠재적으로 광로를 벗어나게 할 수 있다. 본 발명은 중심 충진 홀(700)에 스페이서 디바이스를 배치하여 안정된 일반 위치에 고정 컴포넌트들을 수용한다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광 컴포넌트들을 수용하는데 이용되는 스페이서 디바이스(800)의 예시도이다. 도시한 실시예에서, 스페이서 디바이스(800)는 단단한 원통에 감겨진 한 장의 폴리카보네이트이다. 스페이서 디바이스(800)는 중심 충진 홀(700)에 삽입된다. 제자리에 있으면, 컴포넌트들이 중심 홀 안에 들어가지 않도록 원통이 "풀리고" 컴포넌트들에 압력을 가하게 된다.
상술한 바와 같이 프리즘 어셈블리 내부에 각종 컴포넌트들의 팽창의 원인이 되는 에어 버블이 남을 수도 있다. 컴포넌트들의 팽창으로 인한 하나의 문제점은 컴포넌트들이 다른 비율로 팽창한다는 점이다. 광학 커플링 유체가 팽창함에 따라 프리즘 어셈블리의 광 컴포넌트들도 팽창한다. 그러나, 유체와 광 컴포넌트들은다른 비율로 팽창한다(차동 팽창). 대부분의 경우, 광학 커플링 유체는 광 컴포넌트들보다 높은 비율로 팽창한다. 팽창하는 유체에 의해 에어 버블 없이 상당한 응력이 광 컴포넌트들에 가해진다. 에어 버블 없이 이 응력은 액체 커플링 유체가 팽창할 때 프리즘 어셈블리의 광 컴포넌트들을 통과하는 다양한 광선에 영향을 주는 바람직하지 않은 양의 응력 유도 복굴절을 일으킬 수 있다.
도 5를 참조하여, 에어 버블(55)에 대해 설명한다. 충진 홀(510)이 덮여지면 프리즘 어셈블리 내에 에어 버블(550)이 영구적으로 유지된다. 도 5에서 프리즘 어셈블리 바깥쪽의 "프레임" 엘리먼트(500A, 500B, 500C)는 액체를 담고 프리즘 어셈블리 컴포넌트들을 제자리에 정확히 수용하는 역할을 한다.
도 5의 실시예에서, 프레임(500)에 의해 둘러싸인 프리즘 어셈블리 내의 부피는 프리즘 어셈블리 컴포넌트(예를 들어, PBS)의 글래스, 광학 엘리먼트 및 광학 커플링 유체가 차지한다. 프리즘 어셈블리의 온도가 상승함에 따라(동작하는 동안) 모든 컴포넌트들의 선형(linear) 부피 치수가 커진다. 그러나, 광학 커플링 유체의 열 부피 팽창 계수가 유리나 그 밖의 물질보다 상당히 높다는 사실에 적어도 일부 기인하여, 온도가 상승할 때 유체의 부피는 유리 "용기"(광 컴포넌트 및 액체 결합 프레임)의 부피보다 빠르게 팽창한다. 바람직하지 않은 광학적 효과 외에도, 이러한 차동 팽창에 의해 일어나는 과도한 응력이 접합된 컴포넌트들을 잠재적으로 분리시킬 수 있다. 에어 버블(550)은 차동 팽창 효과를 조정하고 응력 강화를 피하기 위한 하나의 방법이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 격판(900)을 갖춘 프리즘 어셈블리의 도면이다. 격판(900)은 고무, 플라스틱, 또는 팽창하는 유체를 조정함으로써 응력을 경감시키기에 충분한 강도 및 유연성을 갖는 다른 재료 등, 유연한 재료로 구성된다. 격막(900)은 액체의 부피가 증가 또는 감소함에 따라 움직인다. 바람직하게는, 격막(900)은 원형이며 접착제에 의해 충진 홀(510) 위에 부착된다. 그러나, 다른 모양 및 부착 기구들이 이용될 수도 있다(예를 들어, 충진 홀 둘레의 프레임에 클립 고정된 링 아래에 유연한 재료가 맞춰질 수도 있다).
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 프리즘 어셈블리를 갖춘 에어 블래더(air bladder)(1000)의 도면이다. 일 실시예에서, 프레임(500)은 뚜껑이 덮여지고(예를 들어, 캡(1010)), 블래더(bladder)는 광학 어셈블리에 삽입된다. 블래더는 액체의 부피가 감소 및 증가함에 따라 팽창 및 수축한다.
공기가 채워진 블래더(1000)가 충진 채널(중심 충진 홀(700))에 삽입된다. 블래더의 부피는 커플링 유체의 부피 변화를 조정하기 위해 증가 또는 감소될 수 있다. 다른 실시예에서는 블래더가 임의의 적당히 압축 가능한 재료(예를 들어, 기체, 액체, 고체 또는 이들의 조합)로 채워질 수도 있다. 블래더(1000)는 또한 프레임에 접착되지 않은 컴포넌트들(예를 들어, 분극화된 빔 분리 입방체들 사이에 위치하는 "고정" 컴포넌트들(예를 들어, 410, 420)))을 제자리에 수용하는 보조 역할을 할 수도 있다. "고정" 컴포넌트들을 제자리에 수용하는데 보조하도록 구성되면, 폴리카보네이트 롤(800) 등의 스페이서가 불필요하다.
도 11은 본 발명에 따른 밀폐관(1100)의 실시예의 도면이다. 밀폐관(1100)은 충진 홀(510)에 부착된다. 밀폐관(1100)의 일부는 에어 버블(1105)을 포함한다. 에어 버블(1105)은 프리즘 어셈블리 내에서 액체의 팽창 또는 수축을 조정하도록 확대 또는 축소된다. 이 방법에서는, 상술한 에어 버블만의 방법과 마찬가지로, 라이트 엔진 응용에 있어서의 프리즘 어셈블리의 방위를 이해하는 것이 중요하다. 이러한 이유로 에어 버블(1105)이 프리즘 어셈블리 내의 최고점으로 이동하게 된다. 따라서, 튜브의 단부가 높은 지점이 되도록 시스템을 설계할 필요가 있다. 튜브는 에어 버블을 적절한 위치에 전달하기 위한 굴곡 또는 다른 구조로 구성될 수도 있다. 따라서 에어 버블만의 방법의 경우, 프리즘 어셈블리의 높은 지점이 프리즘 어셈블리의 광로에 있는 지점에 있지 않는 것이 중요하다.
도 12는 본 발명에 따른 개방 에어 피스톤(1200) 구조의 도면이다. 충진 홀(510)에 개방 단부 튜브(1205)가 부착된다. 슬라이딩 피스톤(1200)이 개방 단부 튜브 내부에 편안하게 맞춰진다. 광학 커플링 액체가 온도 상승에 의해 팽창함에 따라 피스톤(1200)이 개방 단부 튜브 내에 바깥쪽으로 미끄러진다. 광학 커플링 액체가 온도 하강에 의해 수축함에 따라 표면 장력(및/또는 프리즘 어셈블리 내부와 외부 사이의 압력 차)이 피스톤을 개방 단부 튜브(1205) 내에 안쪽으로 미끄러지게 한다. 일 실시예에서, 개방 단부 튜브는 광학 커플링 유체의 예상되는 최대 팽창보다 길다. 다른 실시예에서는 개방 단부 튜브 내에 스톱(1210)이 위치하여 피스톤이 튜브(1205)의 개방 단부에 이르는 것을 막는다. 또 다른 실시예에서 스톱(1210)은 비상 차단 회로에 접속된 전극이며, 피스톤(1200)은 바깥 표면 상에 도전 재료를 갖는다. 피스톤이 스톱(1210)에 접촉하면, 프리즘 어셈블리가 설치된 라이트 엔진이 적어도 프리즘 어셈블리가 충분히 냉각될 때까지 휴지하여피스톤(1200)을 스톱(1210)으로부터 떼어낸다. 여기에 기재된 모든 실시예에서와 같이, 개방 단부 튜브는 하나 이상의 다른 실시예(예를 들어, 에어 블래더)와 결합하여 광학 커플링 유체의 팽창 및 수축을 보상하는 응력 경감을 제공한다.
상기 실시예들 각각은 프리즘 어셈블리를 밀폐시키고 광학 커플링 유체를 함유하는 외부 프레임(예를 들어, 프리즘 어셈블리의 광 컴포넌트 외부의 프레임(500))을 구비한다(그리고 상술한 응력 경감 특징에 필요한 부속물을 포함한다). 프레임은 또한 프리즘 어셈블리에 구조적 강도를 제공한다. 그러나, 본 발명자들은 광학 커플링 유체를 밀폐시키기 위한 소형 장치에 대한 요구 또한 실현시켰다. 그리고 소형 장치는 프리즘 어셈블리가 다른 LCoS 기반 비디오 투사 시스템을 포함하여 광범위한 광학 응용에 이용될 수 있게 한다.
더욱이, 새로 설계 및/또는 기존의 라이트 엔진 시스템이 유체 결합 프리즘 어셈블리에 맞춰질 수 있다. 새로운 설계에서 유체 결합 프리즘 어셈블리를 맞추는 것은 하나 이상의 액체 결합 프리즘 어셈블리 크기를 조정하는 투사 시스템 내에 설치부를 맞춤으로써 행해질 수도 있다. 그러나, 구형 장치의 개장 시스템의 경우(액체가 채워진 프리즘 어셈블리를 이전의 고체 투사 시스템에 맞추는 것 및/또는 액체 결합 프리즘 어셈블리를 이전 설계의 새로운 투사 시스템에 맞추는 것), 액체 결합 프리즘 어셈블리의 물리적 조정이 쉽게 달성되지 않을 수도 있다. 즉, 유체 결합형 프리즘의 물리적 크기와 모양은 현재 존재하는 광 엔진(light engine)내에 통상적인 프리즘 어셈블리를 위해 제공된 위치에 맞추어지지 못할 수 있다. 유체 결합형 프리즘 어셈블리를 수용하기 위해 요구되는 광 엔진의 변형은 난해하고, 많은 비용이 소요될 수 있으며, 극단적인 경우 불가능할 수 있다. 따라서, 밀폐되며 구조적 강도를 제공하며 대응되는 통상적인 프리즘 어셈블리의 크기와 유사한 외부 크기를 갖는 유체 결합형 프리즘 어셈블리를 제공함으로써, 그 프리즘 어셈블리가 임의의 광 엔진 디자인에서 통상적인 프리즘 어셈블리의 대체로서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 개시되는 본 발명은 그러한 수단이다.
이러한 이유들 때문에, 본 발명의 발명자들은 밀봉시켜서 그 구조적 일체성을 액체 충진된 프리즘 어셈블리에 제공하는, 내부적으로 밀봉된 프리즘 어셈블리를 개발해 왔다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 내부적으로 밀폐된 프리즘 어셈블리(1300)를 도시한다. 내부적으로 밀폐된 프리즘 어셈블리(1300)는 베이스판(1310)과 프리즘 어셈블리의 광 컴포넌트들 사이에서 적어도 하나의 내부 밀봉부(internal seal)(1320)를 포함한다. 이 실시예를 선행 구조들과 비교해보면, 외부 프레임의 대부분의 특징들은 베이스판(1310)을 제외하고는(베이스판은 통상적인 프리즘 어셈블리와 유체 결합형 프리즘 어셈블리 모두에 공통된 특징임) 존재하지 않는다. 베이스판(1310)은 PBS(1301-1304)들을 부착시키기 위한, 튼튼하고 단단한 표면을 제공한다. 도 13에서 도시된 바와 같이, 내부 밀봉부는 광학 엘리먼트들(410 및 420) 사이, 광학 엘리먼트(410)와 PBS(1302), 그리고 광학 엘리먼트(420)와 PBS(1303) 사이에 맞추어진다. 내부 밀봉부는 광학 엘리먼트들/PBS들의 상부에서부터 아래방향으로 짧은 거리(예를 들어, 1mm) 만큼 연장되어 프리즘 어셈블리에 설치되는 광학 결합 유체(optical coupling fluid)을 유지하는 밀봉부(seal)를 형성한다. 하나의 실시예에서, 내부 밀봉부는 또한 광학 엘리먼트들(410 및 420)의 상부를 덮어서, 밀봉부가 광학 엘리먼트들의 노출된 표면들을 덮지만, 바람직하게는 PBS들의 외부 표면을 넘어서 연장되지 않는다. 깊이에 있어서, 밀봉부들은 광학 엘리먼트들/PBA들 사이에서 정해진 밀폐 깊이(예들 들어, 1mm)로 스며든다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 내부적으로 밀폐된 프리즘 어셈블리(1400)의 내부 밀봉부의 확대도(부분도)이다. 도 14에서, 2개의 PBS들(4101 및 1402)은 그들 사이에서 내부 밀봉부(1410)를 갖는다. 내부 밀봉부는 PBS 엘리먼트들 사이에서 "액자틀(picture frame)"으로서 설명될 수 있다. 점착제는 프리즘 어셈블리의 외부 표면을 넘어 연장되지 않는다. 바람직하게는, 내부 밀봉부는 프리즘 어셈블리를 밀폐시켜서 광학 결합 유체의 누설을 방지할 뿐 아니라, 전체 구조에 대해 부가적인 경직성(rigidity)을 제공할 수 있는 접착제이다. 예를 들어, 접착제는 경화되며 밀폐되는 일액형 또는 이액형 에폭시(1 or 2 part epoxy) 또는 UV 경화형 접착제(UV cured adhesive)일 수 있다.
또는, 접착제 밀봉부는 실리콘 기반 접착제와 같은 유연성 있는 접착제일 수도 있다. 그러나, 비-경화성 밀폐제가 사용된다면 프리즘 어셈블리의 유연성은 문제가 될 수 있다. 프레임의 베이스판은 몇몇 응용예에서 유연성이 있는 접착제가 채택될 수 있기에 충분한 경직성을 제공함과 동시에, 베이스판에 더하여 상부판(베이스판에 대향하는 프리즘 어셈블리의 측면상의)은 유연성 있는 접착제들이 거의 모든 응용예에서 완전히 채택될 수 있기에 충분한 경직성을 부가한다.
도 14는 스페이서(1420)에 의해 분리된 광학 엘리먼트("평면형(planar)" 광컴포넌트(1430))을 도시한다. 광학 엘리먼트는 접착 밀폐제의 저면 높이보다 짧다. 광학 엘리먼트는 대표적인 것이며, 사실 부가적인 스페이서들에 의해 PBS들 및 서로로부터 분리되는 여러 광학 엘리먼트들일 수 있다. "평면형" 광 컴포넌트들(1410)은 PBS들 사이에 포함되고 광학 결합 유체내에 떠있는 다이크로익(dichroic)들, 반사형 편광기(reflective polarizer)들 및 특정 파장 리타더(wavelength specific retarder)들과 같은 종류들이다. 평면형 컴포넌트들은 앞서 설명한 바와 같은 스페이터 엘리먼트들을 사용함으로써 글래스(glass) 표면들로부터 이격된다. 접착제(1410)의 침투(정해진 밀폐 깊이)는 광경로의 바깥 영역에 한정된다. 베이스판(1310)은 프리즘 어셈블리에 필요한 경직성을 제공한다.
위에서 설명한 바와 같이, 개시된 유체 결합형 프리즘 어셈블리 기술들과 구조들의 주요한 장점들에는 값싸며, 작은 오차(tolerance)의 글래스 컴포넌트들의 사용을 가능하게 한다는 점, 프리즘 어셈블리가 "완전히" 외부 치수만을 갖도록 제조할 수 있게 되어 그 프리즘 어셈블리에 마이크로디스플레이(microdisplay)들을 직접 부착시킬 수 있다는 점이 포함된다. 차례로, 후자는 여러 장점들을 제공하는데, 그 중 주요한 장점은 결과로서의 모노리식(monolithic) 어셈블리가 넓은 범위의 조건들하에서 정렬될 것이라는 점이다.
이러한 장점들을 얻을 수 있는 대안적인 수단은 앞서 설명된 "빌드 프롬 더 아웃사이드 인(build from the outside in)" 절차를 이용하는 것인데, 이때 프리즘 어셈블리를 광학 결합 유체로 충진시키기 보다는 어셈블리를 텅빈 상태로 남겨서 공기로 충진시킨다. 그러나, 이 접근방식에서는, 반사를 억제하기 위하여 모든 노출 표면들을 반사 방지 박막(anti-reflection thin film)(AR coatings)으로 코팅할 필요가 있을 것이다. 확장 포트(port)는 이 구조에서 요구되지 않는다. 소정의 응용예에서, 프레임의 측면 레일들(예를 들어, 508B)와 가능하다면 상부(500C)를 생략하는 것도 가능할 수 있다.
또다른 대안에서, 프리즘 어셈블리는 경화되는 에폭시로 충진된다. 바람직하게는 경화된 에폭시는 사용된 PBS들과 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 매칭되는 굴절율을 갖는다. 또다른 대안에서, 겔 재료가 인접 PBS들의 접합부들을 충진하는데 사용될 수 있다. 또한, 바람직하게는 그 겔은 프리즘 어셈블리의 다른 부분들의 굴절율에 근사하는 굴절율을 갖는다. 사용될 수 있는 예시적인 겔은 NYE 코포레이션에 의하여 제조된다.
도 15는 경로길이 매칭형(pathlength matched) PBS(polarizing beam splitter) 입방체(cube)를 도시한다. 도 16A는 경로길이 매칭형 PBS 또는 빔 분할기 입방체를 제조하는데 사용되는 경로길이 매칭 디바이스(1600)를 도시한다. 경로길이 매칭형 PBS 입방체의 제조 공정이 이제 설명된다. 경로길이 매칭 디바이스(1600)는 2개의 프리즘들(예를 들어, 프리즘들(1610 및 1620))을 고정하도록 구성되며, 2개의 프리즘들을 통과하는 선택된 경로 길이들을 정렬하거나 또는 매칭하기 위한 미세조정(예를 들어, 마이크로미터 조정(1630))을 제공한다. 제조 공정이 완료되자마자 PBS를 구성할 2개의 프리즘들(1610 및 1620)은 경로길이 매칭 디바이스(1600)의 "스톱(stop)들" 상에 정밀하게 배치된다. 도 15에서 정의된 용어를 사용하면, 페이스(1)(상부 프리즘(1610) 상의)는 측면(1642)을 따라 조절가능한 스톱(1640)에 부착되며, 페이스(2)(프리즘(1620)의 측면 상의)는 측면(1652)를 따라 고정형 스톱(1620)에 부착된다.
프리즘들을 스톱들에 견고하지만 일시적으로 부착시키는 하나의 방법은 진공 흡착(vacuum hold down)을 사용하는 것이다. 예를 들어, 진공척(vacuum chuck)(미도시)은 각 스톱상의 적어도 하나의 위치에 배치되며 그 척들에 부착된 진공라인은 프리즘을 고정시키는 흡입을 제공한다. 그러나, 클램프와 같은 다른 디바이스들이 이용될 수 있다. 따라서, 프리즘들은 경로길이 매칭 디바이스의 대응 스톱들에 위치된다.
상부와 하부 프리즘 사이의 갭을 충진하는데에는 접착제(예를 들어, UV 경화형 접착제)가 불필요하다. 정밀하게 위치된 얼라인먼트 타겟(alignment target)이 각 스톱의 페이스 상에 있다. 얼라인먼트 타겟은 미세라인(fine line)(10 마이크론 차수)이다. 스톱(1640)은 얼라인먼트 타겟(1644)를 포함하며, 스톱(1650)은 얼라인먼트 타겟(1654)를 포함한다. 고해상도 비디오 카메라는 프리즘(1610)의 기준 페이스(1612)를 통해 아직 조립되지 않은 PBS(non-assembled PBS)를 관찰한다. 양 얼라인먼트 라인들은 비디오 카메라를 통해 관찰된다. 경로길이 매칭은 두개의 얼라인먼트라인들이 일치될 때 성취된다. 라인들은 상부 프리즘(1610)과 하부 프리즘(1620) 사이에서 대각선(diagonal)(1660)을 따라 상부 프리즘을 "이동시킴(sliding)으로써" 일치될 수 있다.
프리즘 어셈블리를 시각적으로 관찰하고 조절함으로써 조절량이 수행된다. 경험적으로, 조립자(assembler)는 조절량을 평가하고 그 양을 마이크로미터로 다이얼로 맞출 수 있을 것이며, 경로길이 매칭된 위치에 프리즘들을 위치시키기 위해 1 또는 2의 미세 조절을 할 것이다. 그러나, 마이크로미터로 다이얼을 맞추는 정확한 횟수에 대한 지식은 필수적이지 않으며, 단순히 관할과 조절에 의해 경로 길이 매칭된 위치들에 도달될 수 있다. 따라서, 마이크로미터(1630)는, 2개의 프리즘들의 상대 위치를 그들의 대각선을 따라 이동시키도록 구성될 수 있는 미세 조절 나사 또는 임의의 디바이스로 대체될 수 있다.
또한, 경로길이 조절은 프리즘들을 그들의 대각선들을 따라 미끄러져 움직임으로써 미세 조정되며, 프리즘들이 일반적으로 정밀하게 동일한 치수를 갖지 않기 때문에, 프리즘 코너(corner)들이 완전하게 정렬하지는 않을 것임을 주목(대각선들의 각 단부에서 오버핸드(overhand)를 주목)해야 한다. 최종적인, 경로길이 매칭형 빔 분할기(예를 들어, PBS)에서, 돌출양은 프리즘들의 치수에 있어서 비-일정성 또는 비-균등성의 양에 비례한다. 동등한 치수를 갖는 일정한 프리즘들에 있어서, 프리즘들은 함께 균일하게 짝을 이루지만, 위에서 언급한 바와 같이 그러한 프리즘 제조에서의 정밀성은 매우 많은 비용을 소요시킨다. 따라서, 본 발명은 정밀하게 크기가 정해지는 프리즘들의 필요 없이 경로길이 매칭형 구성을 가능하게 한다.
도 16A의 실시예에서, 마이크로미터(1630)는 상부 프리즘의 위치를 조절하고 얼라인먼트 라인들을 일치시키는데 사용된다. 하나의 실시예에서, 작동자는 디스플레이 스크린 상에서 비디오 카메라의 출력을 관찰하며, 얼라인먼트 타겟들이 일치될 때까지 마이크로미터 조절기를 수동으로 돌린다. 또다른 실시예에서, 비디오 카메라는 얼라인먼트 타겟들이 정렬되는 때를 인지하는 비전 시스템소프트웨어(vision system software)를 갖는 컴퓨팅 디바이스를 공급한다. 컴퓨터 생성 신호들이 작동자에게 마이크로미터를 얼마나 조절할 지를 알려주거나, 또는 비전 시스템에 의해 명령된 바와 같이 스테핑 모터(stepping motor)(또는 다른 제어 모터)에 의하여 마이크로미터가 조절된다. 다른 실시예에서, 비디오 카메라는 작동자가 얼라인먼트 타겟들을 직접 관찰하여 수동으로 마이크로미터(1630)를 조절하는 대안 렌즈(eyepiece)로 대체된다.
마지막으로, 일단 얼라인먼트가 만족되면, UV 램프가 PBS를 비추는데 사용되어 접착제를 경화시키고 컴포넌트들을 위치에 고정시킨다. 도 16A에 도시된 경로길이 매칭형 빔 분할기 입방체를 형성하기 위한 전체 공정은 도 16B에서 도시된다. 편광 빔분할기(PBS)를 만들기 위해서, 프리즘들 중 하나의 대각선에 또는 프리즘들의 각각의 대각선들 사이에 편광층, 박막을 적용하는 부가의 단계가 추가된다. 다른 형태의 빔분할기들은 다양한 박막(예, 컬러층에 더하여 컬러 빔분할기)을 추가하거나 제거함으로써 만들어질 수 있다.
경로길이(pathlength) 매칭 PBS 입방체의 두 번째 제조 방법이 설명된다. 도 17 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 경로길이 매칭 PBS 입방체를 제조하기 위해서 사용된 장치를 예시한다. 도 17 의 장치의 몇 가지 특징들은 도 16A 의 장치와 동일하다. PBS를 포함하는 2개의 프리즘들은 정밀 스톱들(stops)(1640,1650) 상에 고정된다. (상부 프리즘(1610) 상에) 1 면은 조절 가능한 스톱(1640)에 부착되고, (하부 프리즘(1620) 상에) 2 면은 고정 스톱(1650)에 부착된다. 다시, 진공 홀드 다운(vaccum hold down)은 스톱들에 프리즘들의 일시적 부착이 아닌 견고하게부착하기 위해서 사용된다. 이전 처럼, 접착제(UV 접착제)는 상부 및 하부 프리즘 사이의 갭을 대각선(1660)을 따라서 충진하도록 분배된다.
얼라인먼트 타겟은 각각 스톱 면상에 위치한다. 상기 실시예에서, 얼라인먼트 타켓의 위치는 정밀할 필요는 없다. 고해상도 비디오 카메라 (상부 프리즘(1610)의) 기준 면(1612)을 통해서 분리된 PBS를 검사한다. 상기 실시예에서, (렌즈에 의해서 결정된) 비디오 카메라의 필드의 깊이(DOF)는 매우 제한되게 선택된다. 상부 프리즘의 위치는 비디오 카메라가 초점에서 동시에 두 개의 얼라인먼트 타켓들을 가질 때까지 마이크로미터(1630)에 의해서 조절된다. 두 개의 얼라인먼트 타겟들로부터 기준 면까지(및 비디오 카메라 초점 평면)의 동일한 거리(매칭 경로길이)가 두 개의 얼라인먼트 타겟들이 초점에 있을 때 이루어진다. 비디오 카메라의 DOF는, 프리즘들이 PBS가 사용되는 제품에 필요한 허용 한도내에 경로길이 매칭 위치에 배치될 때, 얼라인먼트 타겟들이 초점에 동시에 있도록 제한된다. 이전 처럼, 얼라인먼트이 만족될 때, 최종 단계는 PBS를 조사하고 접착제를 치유하기 위해서 UV 램프를 사용하는 것이다.
본 발명은 위에 설명된 하나 이상의 부품들, 특징들, 또는 기술들을 사용해서 설계될 수 있는 다수의 커널(kernels) 구성들을 포함한다. 특정 구성은 소정의 컴포넌트들(예, 필요한 다이크로익(dichroics), 필터들등의 비용/이용 가능성)의 이용 가능성 및 비용에 근거하고 커널을 사용한 완제품을 하우징하기 위해서 사용된 외장의 크기 및 형태와 같은 물리적 설계 파라미터에 근거한 다른 구성들에 대해서도 바람직하다. 텔레비젼 및 비디오 프로젝션에 대한 다수의 예시적인 외장은버먼등의 "디스플레이 가전의 설계" 라는 명칭의 2002년 12월 13일에 제출된 가출원 60/XXX,XXX호에 개시되었고, 상기 전체 내용은 본 발명의 참조로 통합된다. 다른 예시 설계 패키지들은 문헌 및 제조사들로부터 이용 가능한 홍보 재료들과 관련된 텔레비젼에 바로 이용할 수 있다.
도 18은 다수의 다른 커널 구성들에 적용할 수 있는 광학 컴포넌트들의 설계의 블록 다이어그램이다. 테이블 1은 본 발명에 의해서 제공된 몇 가지 커널 구성들의 리스트를 제공한다.
테이블 1
도면 번호 입력방향 1 면 2 면 3 면 4 면
19 직각 블루 레드 그린 -
20 직각 블루 레드 - 그린
21 직각 블루 그린 레드 -
22 직각 블루 그린 - 레드
23 직각 블루 - 레드 그린
24 직각 블루 - 그린 레드
25 직각 레드 블루 그린 -
26 직각 레드 블루 - 그린
27 직각 레드 그린 블루 -
28 직각 레드 그린 - 블루
29 직각 레드 - 그린 블루
30 직각 레드 - 블루 그린
31 직각 그린 레드 블루 -
32 직각 그린 레드 - 블루
33 직각 그린 블루 레드 -
34 직각 그린 블루 - 레드
35 직각 그린 - 레드 블루
36 직각 그린 - 블루 레드
37 직각 - 블루 레드 그린
38 직각 - 블루 그린 레드
39 직각 - 레드 블루 그린
40 직각 - 레드 그린 블루
41 직각 - 그린 블루 레드
42 직각 - 그린 레드 블루
43 직선 블루 레드 그린 -
44 직선 블루 레드 - 그린
45 직선 블루 그린 레드 -
46 직선 블루 그린 - 레드
47 직선 블루 - 레드 그린
48 직선 블루 - 그린 레드
49 직선 레드 블루 그린 -
50 직선 레드 블루 - 그린
51 직선 레드 그린 레드 -
52 직선 레드 그린 - 블루
53 직선 레드 - 그린 블루
54 직선 레드 - 블루 그린
55 직선 그린 레드 블루 -
56 직선 그린 레드 - 블루
57 직선 그린 블루 레드 -
58 직선 그린 블루 - 레드
59 직선 그린 - 레드 블루
60 직선 그린 - 블루 레드
61 직선 - 블루 레드 그린
62 직선 - 블루 그린 레드
63 직선 - 레드 블루 그린
64 직선 - 레드 그린 블루
65 직선 - 그린 블루 레드
66 직선 - 그린 레드 블루
테이블 1 에서 사용된 용어들은 도 18 에 정의된다. 기초 커널 구성은 도 2 에 개시된 것과 몇 가지 유사점들을 같이 가지는 도 20 에 리스트된다.
몇 가지 특징들이 설명을 단순화하기 위해서 기초 커널 구성 도면들(도시되지 않음) 외에 있다는 것을 주목해야 한다.
ㆍ광학 경로길이를 동일하게 하기 위한 PBS 들 또는 다른 광학 컴포넌트들 사이의 갭에 글래스 스페이서들 또는 다른 조정들.
ㆍ덤프 광 경로.
ㆍ소정의 프리즘 면들 상에 비반사 코팅들.
ㆍ편광된 라이트 입력을 가능하게 하는 커널 입력에 컬러선택 재료.
ㆍ모든 선형 출력을 하나의 평면으로 회전시키기 위한 커널 출력에 컬러선택 재료.
ㆍ마이크로 디스플레이 상에 보상 웨이브 판, 커버 글래스 또는 블랙 마스크.
ㆍ접착층들 또는 광학 연결 유체와 같은 커널 어셈블리와 결합된 특징들.
ㆍ유체 결합된 커널의 광학 컴포넌트 외부에 구조적인 특징들(프레임).
ㆍ광학 연결 유체를 포함하는 것을 허용하지 않는 것을 보장하기 위한 PBS 및 플랫 컴포넌트들 사이의 공간 엘리먼트들을 포함한다.
상기 열거된 것 또는 도면에 도시되지 않은 다른 특징들은 여기에 설명된 커널 구성을 변경하는데 적용될 수 있다.
도 67 은 프리즘 및 커널 구성(6700)을 도시하고, 광학 컴포넌트들 각각이 명명되고, 프리즘 내의 각각의 지점에서 경로 및 라이트 편광이 지시된다(이전 다이어그램처럼, S 및 P는 편광을 지시하고, W(화이트), R(레드), 및 B(블루)는 컬러를 지시한다). 커널 구성에서 이용된 광 관리 시스템의 다른 컴포넌트들이 또한 도시된다(광원, 집광기, 및 프로젝션 렌즈). 도 68 은 또 다른 프리즘 및 커널 구성(6800)을 도시한다.
다시, 예시들은 구성들의 광학부만을 도시한다. 실제 프리즘은 추가 컴포넌트들이 필요하다. 예를 들면, "클린-업" 편광기가 콘트라스트비를 개선하기 위해서 입력 PBS(6710)의 왼쪽 및/또는 아래에 삽입될 수 있다. 바람직하게, 이는 반사 편광기이다. 또한, "스페이서 글래스들"이 마이크로 디스플레이들의 반사 표면으로부터 출력 PBS의 출력 면까지 광학 경로길이를 동일하게 하기 위하여 PBS 들 사이에 삽입될 수 있다. 여기에 설명된 커널 구성들로, 유체 연결 및/또는 정밀 얼라인먼트 코너들이 이용될 수 있기 때문에(예, 도 3 및 도 5 참조), PBS 들은 (예, 도 15 에 도시된 것과 유사하고, 도 16A, 16B, 및 17 에 따라 구성된)경로길이 매칭 PBS 일 수 있다.
유체 연결을 이용하는 한 가지 장점은 연결이 더 효과적이라는 것이다(예, 적은 반사). 또 다른 장점은 스페이서 클래스들을 제거함으로써 컴포넌트의 수를 감소시킬 수 있는 가능성 및 유체 연결의 두께를 조절할 수 있는 가능성이다. 선택적으로, 광학 경로의 컴포넌트들 사이의 "연결"은 종래에, 즉 강성 접착제이다.
프리즘 및 커널 구성들 둘 다에 이용 가능한 선택적인 추가 구성은 하나 이상의 PBS 들을 45도로 지향된 반사 편광기로 대체하는 것이다.(이 때, 상기 반사 편광기들은 Moxtek사에 의해서 제조된 것이다)
도 67 및 도 68 모두에서, 프리즘으로부터 광 출력은 선형적으로 편광되지만, 그러나 그린 편광 방향은 레드 및 블루의 편광 방향에 수직한다. 몇몇 비디오 프로젝터 응용예에서, 프리즘에 의한 모든 광 출력이 한 방향으로 선형적으로 편광되는 것이 바람직하다. 이는 광학 시리즈의 마그네타/그린 컬러선택를 출력 빔에 위치함으로써 달성될 수 있다.
도 69 는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 어셈블리 및 커널 구성(6900)을 도시한다. 커널 구성의 컴포넌트들이 명명되고, 프리즘 어셈블리 내에 각각의 지점에서 라이트 경로 및 편광이 지시된다. 부분 실버 거울(6910)에 의한 입력 비편광 라이트의 분할(입력6905)은 광원 및 프리즘의 성질들(및/또는 전체 라이트 매니지먼트 시스템의 다른 컴포넌트들) 및 뷰어의 시각 반응에 의한 출력을 매칭하기 위해서 조절될 수 있다. 단지 예시적인 목적으로 값은 1/3 및 2/3으로 선택된다. 또한 도면을 단순화하기 위해서, 광선들의 강도는 도면 내에 모든 다른 지점들에서 생략된다.
도 69 는 구성의 광학부만을 도시한다. 실제 프리즘 어셈블리는 추가 컴포넌트들이 필요하다. 특히, 예를 들면, 1/4 웨이브판은 비축면광선 보상을 위해서 둘 중 하나 또는 둘 다의 PBS에 삽입될 수 있다. 또한, "스페이서 글래스들"은 마이크로 디스플레이들로부터 프리즘 어셈블리의 출력까지 광학 경로길이를 같게 만들기 위해서 삽입될 수 있다. 다시, 광학 경로들의 컴포넌트들 사이의 유체 커플링(liquid coupling)("liqud joints") 또는 종래의 강성 접착제가 이용될 수 있다. 유체 연결을 사용하는 한 가지 부가 장점은 스페이서 글래스들을 제거함으로써 컴포넌트들의 수를 감소시키는 가능성 및 유체 연결의 두께를 조절하는 가능성이다.
여기에 설명된 대부분의 실시예에 따라, 프리즘 어셈블리의 구성에 이용할 수 있는 선택적인 추가 구성은 PBS의 하나 또는 둘(모두)를 임의의 각도(예, 45도)로 지향된 반사 편광기로 대체하는 것이다(이 때, 상기 반사 편광기는 Moxtek사에 의해서 제조된 것이다). 마이크로디스플레이들의 장착에 관련하여, 접착제를 가진 프리즘 어셈블리의 하나 이상의 PBS 면들에 마이크로 디스플레이를 적용하는 것과 같은 직접 장착이 이용될 수 있거나 또는 다른 부착 기술들을 이용함으로써 가능하다(예, 버먼등의 2002년 9월 20일에 제출된 "실리콘 상층 액정 및 다른 민감한 디바이스들을 장착하는 방법 및 장치"라는 명칭의 미국 특허출원 10/251,104호 참조).
도면들에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예들의 설명에서, 특정 기술이 명확함을 위해서 사용되었다. 그러나, 본 발명은 선택된 특정 기술에 한정되지 않고, 각각의 특정 엘리먼트는 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적 등가물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 롤 폴리카보네이트로 만들어진 스페이서 디바이스를 설명할 때, 기하학적 형태(사각형, 삼각형, 오각형, 육각형등)와 같은 다른 등가 디바이스들, 또는 롤 폴리카보네이트의 다른 형태 또는 다른 재료 또는 등가 기능 및 능력을 가지는 다른 디바이스, 여기에 열거되었는지에 아닌지간에 대체될 수 있다. 편광기들, 웨이브판들, 빔분할기들, 필터들, 및 다른 광학 컴포넌트들의 설명은 유사한 기능을 가지는 다른 컴포넌트들로 대체될 수 있다. 컴포넌트들의 위치 및/또는 각도 관계들은 또한 바뀌거나 또는 다시 배치되고, 그리고 본 발명과 일치하는 광학 성질들을 여전히 가진다. 또한, 본 발명의 발명자들은 현재까지 공지되지 않은 개발된 기술들이 또한 설명된 부분으로 대체되고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다는 것을 인식하고 있다.
본 발명은 개개의 픽셀들의 편광을 회전시킴으로써 동작하는 마이크로디스플레이들을 가진 커널을 이용하는 LMS 와 결합하여 주로 설명된다. 그러나, 여기에 제공된 설명에 기초해서, 본 발명은 다른 형태의 마이크로 디스플레이들(예, 마이크로 디스플레이들에 기초한 스캐터링, 흡수, 굴절), 또는 마이크로 디스플레이들 없이 제조된 광학 디바이스들에서 실시될 수 있다.
분명히, 본 발명의 많은 개조들 및 변경들이 상기 기술들을 기초로 가능하다. 따라서 첨부된 청구항들의 범위 내에서, 본 발명은 여기에 특정 설명된 것과는 다르게 실시될 수 있다.

Claims (69)

  1. 4개의 사분면들에 배치되는 프리즘 어셈블리
    - 상기 프리즘 어셈블리는,
    상기 제 1 사분면상의 입력면,
    상기 제 2 사분면상의 제 1 면과 제 2 면,
    상기 제 3 사분면상의 출력면, 및
    상기 4개 사분면들 중 제 4 사분면상의 제 3 및 제 4 면을 포함함 -
    를 포함하며, 상기 4개의 면들 중 하나는 부착되는 레드 마이크로디스플레이를 가지고, 상기 4개의 면들 중 하나는 부착되는 그린 마이크로디스플레이를 가지며, 상기 4개의 면들 중 하나는 부착되는 블루 마이크로디스플레이를 가지고,
    상기 프리즘 어셈블리는, 상기 입력면을 통해 상기 프리즘 어셈블리로 진입하여, 해당하는 상기 레드, 그린, 및 블루 마이크로디스플레이 중 하나로 개별적으로 향하는 레드, 그린, 및 블루 컴포넌트 광선들로의 광 분할을 촉진시키는 광 컴포넌트들을 포함하는, 커널.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 사분면은 상기 제 4 사분면에 대해 대각선상에 있고, 상기 입력면은 상기 제 4 면에 인접하며, 상기 출력면은 상기 제 3 면에 인접하는 것을 특징으로 하는 커널.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 사분면은 상기 제 4 사분면에 대해 대각선상에 있고, 상기 입력면은 상기 제 1 면에 인접하며, 상기 출력면은 상기 제 3 면에 인접하는 것을 특징으로 하는 커널.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  27. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  29. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  30. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  31. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  32. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  33. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  34. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  35. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  36. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  37. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  38. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  39. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  40. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  41. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  42. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  43. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  44. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  45. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  46. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  47. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  48. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  49. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  50. 제 1 항에 있어서, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  51. 제 1 항에 있어서, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되며, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  52. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 사분면은 상기 프리즘 어셈블리에서 경로길이 매칭된 위치에 배치되는 경로길이 매칭된 빔 분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 커널.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 마이크로디스플레이들은 다이렉트 장착 기술에 의해 해당하는 사분면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  54. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 사분면은 경로길이 매칭된 위치에 배치되는 적어도 하나의 광 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 커널.
  55. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 사분면은 경로 길이 매칭된 빔 분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 커널.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 빔 분할기들은 경로길이 매칭된 위치들에 배치되는 것을 특징으로 하는 커널.
  57. 제 55 항에 있어서, 각각의 상기 빔 분할기는 오버랩핑되는 코너들과 함께 접하는 2개의 프리즘들을 포함하며, 상기 오버랩핑되는 코너들에서 오버랩의 합계는 각각의 상기 프리즘들을 통과하는 경로길이 차이들에 직접적으로 비례하는 것을 특징으로 하는 커널.
  58. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 사분면은 부분 실버 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 커널.
  59. 제 1 항에 있어서, 다이크로익 및 컬러 선택형 필터 중 적어도 하나는 적어도 하나의 상기 면들과 그 부착 마이크로디스플레이 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 커널.
  60. 제 1 항에 있어서, 상기 입력면에 부착되는 반사성 선형 편광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커널.
  61. 제 60 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 2 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  62. 제 60 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 마이크로디스플레이는 청구항 제 59항에서 구체화된 것과 다른 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  63. 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 마이크로디스플레이는 청구항 제 4 항에서 구체화된 것과 다른 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  64. 제 3 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 마이크로디스플레이는 청구항 제 4 항에서 구체화된 것과 다른 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  65. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 마이크로디스플레이는 청구항 제 4 항에서 구체화된 것과 다른 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  66. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 사분면은 상기 입력면에 인접한 상기 제 1 사분면의 면에 부착되는 전면 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 커널.
  67. 제 66 항에 있어서, 상기 그린 마이크로디스플레이는 상기 제 4 면에 부착되고, 상기 레드 마이크로디스플레이는 상기 제 3 면에 부착되며, 상기 블루 마이크로디스플레이는 상기 제 1 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
  68. 제 67 항에 있어서, 상기 프리즘 어셈블리와 상기 전면 미러 사이에 위치되는 웨이브판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커널.
  69. 제 66 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 마이크로디스플레이는 청구항 제 65 항에서 구체화된 것과 다른 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 커널.
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