KR20060136405A - 증가된 주소성을 위한 광학적 인터레이싱을 제공하는 픽셀시프팅 프로젝션 렌즈 조립체 - Google Patents

Abstract

프로젝션 디스플레이 시스템은 픽셀화된 디스플레이 장치에 의해 디스플레이 정보가 부여된 광을 수용하도록 구성된 다중 프로젝션 렌즈 요소를 갖는 프로젝션 렌즈 조립체를 포함한다. 프로젝션 렌즈 요소는 디스플레이 스크린을 향해 광을 투사한다. 픽셀 시프팅 요소는 디스플레이 스크린에 픽셀의 적어도 2개의 인터레이스 어레이를 형성하도록 프로젝션 렌즈 조립체 내부에서 적어도 2개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하도록 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 포함된다. 전기-기계식 변환기가 픽셀 시프팅 요소에 결합되어 위치들 사이의 주기적인 시프팅을 부여한다.

프로젝션 디스플레이 시스템, 픽셀화된 디스플레이 장치, 조명 시스템, 프로젝션 렌즈 조립체, 픽셀 시프팅 요소

Description

증가된 주소성을 위한 광학적 인터레이싱을 제공하는 픽셀 시프팅 프로젝션 렌즈 조립체 {PIXEL-SHIFTING PROJECTION LENS ASSEMBLY TO PROVIDE OPTICAL INTERLACING FOR INCREASED ADDRESSABILITY}

본 발명은 프로젝션 디스플레이 시스템을 위한 프로젝션 렌즈 조립체에 관한 것으로, 특히 증가된 주소성을 위하여 픽셀의 광학적인 인터레이싱을 제공하는 픽셀 시프팅 요소를 포함하는 프로젝션 렌즈 조립체에 관한 것이다.

많은 형태의 디스플레이 시스템에서, 통상적인 액정 디스플레이, 디지털 마이크로미러 장치, 실리콘상층액정(liquid crystal-on-silicon) 변조기 등과 같은 픽셀화된 광학 변조기에 의해 화상이 형성된다. 이들 픽셀화된 디스플레이는 많은 이점이 있지만, 고정되고 비교적 거친 주소성의 단점도 있다. 픽셀화된 디스플레이 패널에서 해상도는 픽셀의 수와 관련되고, 주소성은 디스플레이 화상 내의 픽셀 위치의 수(즉, 디스플레이 패널 해상도와 디스플레이 화상에서 각각의 픽셀이 차지할 수 있는 구분된 위치의 수의 곱)에 관련된다.

다른 문제점은 일부 픽셀화된 디스플레이의 각각의 화소(picture element)가 화상 정보를 투과 또는 반사하는 중앙 화상형성 영역 또는 개구를 포함하고 불투명한 가장자리에 의해 한정되어 있다는 점이다. 불투명한 가장자리는 광학적 개구에 관계가 있는 화소의 중요한 부분을 포위할 수 있다. 프로젝션 디스플레이 시스템에서, 이들 화소의 투사된 화상은 화소 가장자리에 관련된 식별가능한 화상 결함을 가질 수 있다. 이 화상 결함은 거친 화상 에지 및 화상 균일도에 가시가능한 어두운 방해물을 포함할 수 있다.

픽셀 화상을 이동시켜서 주소성을 증가시키기 위하여 픽셀화된 디스플레이 장치로부터 광을 물리적으로 이동시킴으로써 화상 외관을 개선하기 위한 시도가 행해져 왔다. 일 예로서, 픽셀화된 전방 프로젝터는 프로젝션 렌즈 조립체의 앞 또는 뒤에 위치된 픽셀 시프팅 장치를 이용하여 디스플레이 픽셀을 이동시켰다. 일 구현예로서, 픽셀 시프팅 조립체는 2개의 유리판 사이에서 가압된 실리콘 재료를 포함하였다. 조립체는 프로젝션 렌즈 조립체 뒤에 위치설정되었고 3개의 솔레노이드가 함께 작동되어 서로에 대해 유리판을 틸트시켜서 필인 픽셀 주사(fill-in pixel scanning)를 달성하였다. 다른 구현예에서, 외팔보형 유리판이 프로젝션 렌즈 조립체의 전방에 위치설정되었고 한 쌍의 변조기에 의해서 구동되어 또한 필인 픽셀 주사를 달성하였다.

비록 필인 픽셀 주사를 제공하지만, 양 구현예는 모두 최적 화상 명확성을 유지하는 데에 관련된 단점이 있을 수 있다. 프로젝션 렌즈 뒤에 위치설정된 픽셀 시프팅 조립체는 프로젝션 렌즈로부터의 광이 디스플레이 스크린을 향해 전파됨에 따라 발산하는 발산 광학 공간에서 작용한다. 이러한 발산 광학 공간 내의 시프팅 픽셀 위치는 디스플레이 스크린의 상이한 부분을 향해 투사되는 광의 전파 각의 차이에 관련된 결점을 유발할 수 있다. 프로젝션 렌즈 앞에 위치설정된 픽셀 시프팅 조립체는 틸트된 판이 비점수차를 유발하여 렌즈 성능을 감소시키는 텔레센트릭 광학 공간에서 작용한다.

전방 프로젝터를 위한 주소성 개선 방식이 후방 프로젝터에 채용된다면 이들 단점은 보다 더 악화될 수 있다. 전방 프로젝터는 임의의 디스플레이된 화상의 관찰자와 함께 반사형 디스플레이 스크린의 전방에 위치설정된다. 반대로, 후방 프로젝터는 디스플레이된 화상의 관찰자와는 반대로 투과형 디스플레이 스크린 뒤에 위치설정된다. 후방 프로젝터는 일반적으로 디스플레이 스크린의 크기에 비해 비교적 짧은 초점 거리를 가져서, 이들 프로젝터의 프로젝션 렌즈 조립체는 전방 프로젝터의 프로젝션 렌즈 조립체를 위한 25 내지 30 도의 프로젝션 각에 비해 약 45 도까지의 훨씬 급한 프로젝션 각을 가진다. 결과적으로, 전방 프로젝터를 위한 주소성 개선은 후방 프로젝터에 대해서는 실질적으로 덜 성공적일 것이다.

따라서, 본 발명은 프로젝션 디스플레이 시스템용 프로젝션 렌즈 조립체를 포함한다. 프로젝션 렌즈 조립체는 픽셀화된 디스플레이 장치에 의해 디스플레이 정보가 부여된 광을 수용하도록 구성된 다중 프로젝션 렌즈 요소를 포함한다. 프로젝션 렌즈 요소는 디스플레이 스크린을 향해 광을 투사한다. 픽셀 시프팅 요소는 디스플레이 스크린에 픽셀의 적어도 2개의 인터레이스 어레이를 형성하도록 프로젝션 렌즈 조립체 내부에서 적어도 2개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하도록 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 포함된다. 전기-기계식 변환기가 픽셀 시프팅 요소에 결합되어 위치들 사이의 주기적인 시프팅을 부여한다. 본 발명은 또한 이러한 렌즈 조립체를 합체한 프로젝션 디스플레이 시스템을 포함한다.

렌즈 요소들 사이에 포함된 픽셀 시프팅 요소를 갖는 프로젝션 렌즈 조립체는 종종 픽셀화된 디스플레이 장치의 실제 해상도의 적어도 2배인 해상도를 제공할 수 있다. 부가적으로, 프로젝션 렌즈 내부의 광학 공간은 프로젝션 렌즈 전 또는 후에 위치설정된 픽셀 주사기인 화상 결점을 도입하는 데 통상적으로 휠씬 덜 영향을 받는다. 더욱이, 프로젝션 렌즈 조립체 내부에서 픽셀을 이동시키는 것은 픽셀 시프팅 요소가 더 작은 크기로 형성되는 것을 허용하여서, 요구되는 속도로 픽셀 시프팅 요소를 조작하는 임의의 어려움을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 추가적인 설명 및 구현예가 첨부 도면을 참조하여 진행되는 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 증가된 픽셀 주소성을 위하여 픽셀 시프팅 광학 인터레이스를 채용하는 프로젝션 디스플레이 시스템의 개략 측면도이다.

도2는 본 발명에 따른 픽셀 시프팅의 결과로서 디스플레이 스크린 상에 인터레이스된 어레이로 위치설정된 픽셀의 확대된 개략적인 설명도이다.

도3은 시프트된 픽셀이 각각의 열의 픽셀들 사이에 개재된 상태의 대각선 매트릭스로 디스플레이 스크린 상에 위치설정된 픽셀의 확대된 개략 설명도이다.

도4는 시프트된 픽셀을 포함하는 서로 맞물린 열로 디스플레이 스크린 상에 위치설정된 픽셀의 확대 설명도이다.

도5는 2차원 픽셀 시프팅을 제공하기 위하여 2개의 횡방향으로 시프트하여 얻은 디스플레이 스크린 상의 4개의 상이한 위치에서의 픽셀의 확대 설명도이다.

도6은 쐐기와 같이 구성된 픽셀 시프팅 요소와 복수 렌즈 요소를 갖는, 본 발명에 따른 프로젝션 렌즈 조립체의 개략 측면도이다.

도7은 필드 순차 디스플레이 시스템의 컬러 성분 부 프레임에 관한 픽셀 시프팅의 타이밍 일치의 일 구현을 도시하는 개략적인 타이밍 다이어그램이다.

도8은 1차원 픽셀 시프팅을 제공하는 폴드 미러의 형태인 픽셀 시프팅 요소 및 복수의 렌즈 요소를 갖는 본 발명에 따른 다른 프로젝션 조립체의 개략적인 측면도이다.

도9는 2차원 픽셀 시프팅을 제공하는 폴드 미러의 형태인 픽셀 시프팅 요소 및 복수의 렌즈 요소를 갖는 본 발명에 따른 다른 프로젝션 조립체의 개략적인 측면도이다.

도10은 이들 중 적어도 하나가 주기적으로 이동되거나 시프트되어 픽셀 시프팅 요소로서 기능을 하는 다중 프로젝션 광학 렌즈 요소를 갖는 본 발명에 따른 다른 프로젝션 조립체의 개략적인 측면도이다.

도11은 한 쌍의 단부-단부 고정 웨지로서 구성된 픽셀 시프팅 요소와 프로젝션 조립체의 개략적인 측면도이다.

도12는 증가된 픽셀 주소성을 위하여 픽셀 시프팅 광학 인터레이스를 채용하는 프로젝션 디스플레이 시스템의 부분적인 개략 측면도이다.

도1은 본 발명에 따른 증가된 픽셀 주소성을 위하여 픽셀 시프팅 광학 인터 레이스를 채용하는 프로젝션 디스플레이 시스템(10)의 개략적인 측면도이다. 프로젝션 시스템(10)은 조명 시스템(12), 픽셀화된 디스플레이 장치(14) 및 픽셀 시프팅 요소(18)를 갖춘 다중 렌즈 프로젝션 렌즈 조립체(16)를 포함한다. 도1의 개략적인 도시는 프로젝션 디스플레이의 기술 분야에서 공지되어 있는 다양한 통상적인 광학 요소를 도시하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

조명 시스템(12)은, 임의의 통상적인 또는 유사한 방식으로 조명 광 상에 디스플레이 정보를 부여하는 픽셀화된 디스플레이 장치(14)에 조명 광을 안내한다. 픽셀화된 디스플레이 장치(14)는 액정 디스플레이, 디지털 마이크로미러 장치, 또는 임의의 다른 형태의 픽셀화된 디스플레이 장치를 포함할 수도 있다. 조명 광은 도시된 것과 같이 픽셀화된 디스플레이 장치(14)를 통해 전달되거나 또는 다른게는 이로부터 반사될 수도 있다. 프로젝션 렌즈 조립체(16)는 디스플레이 표면(20) 상에 픽셀화된 디스플레이 장치(14)로부터 수신된 디스플레이 정보를 투사하여, 디스플레이 화상을 형성한다. 디스플레이 표면(20)은 전방 프로젝터와 같이 디스플레이 화상이 하나 이상의 시청자를 향해 반사되도록 주로 반사형일 수도 있고 또는 후방 프로젝션 디스플레이에서와 같이 디스플레이 화상이 하나 이상의 시청자를 향해 투과되도록 주로 투과형일 수도 있다. 반사형 디스플레이 표면(20)을 갖는 적절한 프로젝션 디스플레이 시스템의 예가 미국 특허 제6,486,997호에 개시되어 있다.

픽셀 시프팅 요소(18)가 프로젝션 렌즈 조립체(16) 내부에 포함되고 광이 프로젝션 렌즈 조립체(16)를 통해 통과함에 따라 광의 광학 경로를 이동하도록 적어 도 2개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하여, 광학 경로가 디스플레이 표면(20)과 만나는 곳을 주기적으로 시프팅한다. 픽셀화된 디스플레이(14)의 화소(picture element)에 의해 부여된 화상 정보는 광학 경로를 따라 반송되어 화상 픽셀로서 디스플레이 스크린(20)과 만난다. 픽셀 시프팅 요소(18)의 주기적인 시프팅은 디스플레이 스크린(20)에서 픽셀의 위치가 이동되게 한다.

도2는 시프팅 없이 3개의 부분적인 열(31)로 디스플레이 스크린(20) 상에 위치된 감소된 개구 픽셀(30)(굵은선)의 확대된 도면이다. 각각의 픽셀(30)은 통상적인 액정 디스플레이 장치의 특징인 중앙의 밝은 개구(32) 및 불투명한 가장자리(33)를 포함한다. 픽셀화된 디스플레이 장치(14)에 의해 부여된 화상 정보는 개구(32)를 관통하거나 이에 부딪치는 광에 대응한다. 불투명한 가장자리(33)는 개구(32) 사이의 분리를 제공하는 기능을 한다. 일부 프로젝션 디스플레이 시스템의 광학 요소는 크기가 작아짐에 따라, 불투명한 가장자리(33)의 영역이 밝은 개구(32)의 영역에 비해 증가되어, 픽셀(30)의 주소성 또는 해상도를 감소시킨다.

이러한 관계에서 픽셀 시프팅 요소(18)는 열들(31)에 횡단하는(예를 들면, 직교하는) 적어도 하나의 축(34)을 따라 디스플레이 스크린(20) 상에서 주기적으로 이동하는 기능을 한다. 그 결과, 픽셀(30)은 일 시간 주기 동안은 열(31) 내에 위치설정되고, 이동된 픽셀(35)(굵은선 아님)은 두 번째 시간 주기 동안은 열(36) 내에 위치설정된다. 이는 픽셀(30, 35)의 2개의 인터레이스 어레이를 형성한다. 열(31) 내의 픽셀(30) 및 열(36) 내의 이동된 픽셀(35)은 디스플레이 스크린(20) 상에 교대로 표현된다. 열(31, 36)은 대략 이들의 공유 피치(37)의 절반만큼 서로 에 대해 오프셋되어, 이동된 픽셀(35)은 열(31)의 불투명한 가장자리(33)와 겹치는 밝은 개구(38)를 갖는다. 본 명세서에 기재된 이 실시예 및 다른 실시예의 픽셀이 부가적으로 또는 다르게 이동되어 오프셋 컬럼을 형성할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들면, 픽셀은 오프셋 열(31, 36)의 형성과 유사한 방식으로 오프셋 컬럼을 형성하기 위하여 적절한 방향으로 이동될 수 있다.

열(31, 36) 사이의 주기적인 시프팅은 픽셀화된 디스플레이 장치(14)에서 화면 요소의 수에 대하여 디스플레이 스크린(20) 상의 픽셀(30, 35)의 유효 수를 두배로 하는 1차원 시프팅을 나타낸다. 이 두배로 하는 것은 화상 위치의 외견 수를 2배로 제공하여, 화질을 개선한다.

열(36) 내의 이동된 픽셀(35)이 열(31) 내의 픽셀에 대하여 이동되는 동일한 정도로 열(31) 내의 픽셀(30)이 열(36) 내의 이동된 픽셀(35)에 대하여 이동된다는 것을 알 수 있을 것이다. 용어 "픽셀(30)" 및 "이동된 픽셀(35)"은 단지 설명을 위하여 사용되고 픽셀(30)과 픽셀(35) 사이의 기능적인 구분을 나타내지는 않는다.

도3은 시프팅 없이 이격된 대각선 매트릭스의 열(41)로 디스플레이 스크린(20) 상에 위치된 픽셀(40)(굵은선)의 확대된 도면이다. 이격된 대각선 매트릭스는 일부 통상적인 액정 디스플레이 장치의 특징인 연속적인 열(41)이 횡방향(42)으로 오프셋되는 화면 요소에 의해서 특징지어 진다.

이러한 관계에서, 픽셀 시프팅 요소(18)는 열(41)에 횡단하는(예를 들면, 직교하는) 적어도 하나의 축(43)을 따라 디스플레이 스크린(20) 상에서 픽셀(40)을 주기적으로 이동시키는 기능을 한다. 그 결과, 픽셀(40)은 일 시간 주기 동안에는 열(41) 내에 위치설정되고, 이동된 픽셀(44)(굵은선 아님)은 두 번째 시간 주기 동안에 인버하는 열(41) 내의 픽셀(40) 사이에 개재된다. 이는 각각의 열(41) 내의 픽셀(40)의 수를 두배로 만든다. 픽셀(40) 및 이동된 픽셀(44)은 디스플레이 스크린(20) 상에 교대로 표현된다.

도4는 디스플레이 스크린(20) 상의 서로 맞물린(interdigitated) 열(47)로 위치설정된 픽셀(46)(굵은선)의 확대된 도면이다. 열(47)의 서로 맞물림은 서로 대면하는 인접 픽셀(46)의 정점을 가짐으로써 제공되어, 픽셀(46)에 "다이아몬드 형"으로 종종 참조되는 외관을 준다. 이러한 픽셀(46)의 배열은 디지털 마이크로미러 장치와 같은 고개구(high-aperture)의 픽셀화된 디스플레이 장치(14)에 채용될 수도 있다.

이 관계에서 픽셀 시프팅 요소(18)는 서로 맞물린 열(47)에 횡단하는(예를 들면, 직교하는) 적어도 하나의 축(48)을 따라 디스플레이 스크린(20) 상에서 픽셀(46)을 주기적으로 이동시키는 기능을 한다. 그 결과, 픽셀(46)은 일 시간 주기 동안에는 열(47) 내에 위치설정되고, 이동된 픽셀(49)(굵은선 아님)이 두 번째 시간 주기 동안 인접하는 열(47) 내에 위치설정된다. 이동된 픽셀(49)은 대략 열(47)의 피치의 절반만큼 이동되어 증가된 픽셀 주소성을 제공한다. 픽셀(40) 및 이동된 픽셀(49)은 디스플레이 스크린(20) 상에 교대로 표현된다.

도5는 2개의 교차 축(58, 59)에 따른 2차원 픽셀 시프팅에 기인한 디스플레이 스크린(20) 상에 4개의 상이한 위치에서의 픽셀(50 내지 56)의 확대도이다. 픽셀(50 내지 56)은 픽셀화된 디스플레이 장치(14)의 단일 화면 요소로부터의 광에 대응한다. 픽셀화된 디스플레이 장치(14)의 각각의 화소로부터의 광이 픽셀의 4개의 인터레이스 어레이를 형성하기 위하여 횡방향(58, 59)으로 마찬가지로 이동될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

축(58, 59)에 따른 주기적인 시프팅은 디스플레이 스크린(20) 상에 픽셀화된 디스플레이 장치(14)의 화면 요소의 수를 4배로 하여 제공하는 2차원 시프팅을 나타낸다. 1차원 시프팅과 마찬가지로, 2차원 시프팅은 개선된 화질의 이점을 제공한다.

도6은 실리콘과 같은 압축가능하거나 변형가능한 재료(63)에 의해서 분리된 한 쌍의 투명 광학 플레이트(61)로 형성된 구성가능한 웨지(configuralbe wedge)를 포함하는 픽셀 시프팅 요소(64) 및 다중 렌즈 요소(62)를 갖는, 본 발명에 따른 프로젝션 렌즈 조립체(60)의 개략 측면도이다. 도2에 도시된 것과 같은 일차원 픽셀 시프팅을 제공하기 위하여, 웨지형 픽셀 시프팅 요소(64)는 축(66)을 가로질러 주기적으로 틸트되어 상향 틸트 및 하향 틸트(tilt)를 교대로 형성한다.

웨지형 픽셀 시프팅 요소(64)는 프로젝션 렌즈 조립체(60) 내부에서 대략 퓨필(pupil) 또는 정지 위치(65)에 위치설정된다. 픽셀 시프팅 요소(64)의 적어도 하나의 플레이트(61)는 액츄에이터(68)에 의해서 변형가능한 재료(63)에 걸쳐서 물리적으로 요동되어 상향 틸트 및 하향 틸트를 교대로 제공한다. 액츄에이터(68)는 픽셀화된 디스플레이 장치(14)의 화면 요소의 활성과 조화되는 픽셀 시프팅 제어 신호를 제공하는 제어 회로(70)에 연결된다.

액츄에이터(68)는 후방 및 전방 요동 운동을 부여하도록 구성된 피에조 전기 또는 피에조 세라믹 변환기로 구현될 수도 있다. 전기 기계 시스템 설계에서 공지되어 있는 바와 같이, 액츄에이터(68)는 다르게는 보이스 코일, 솔레노이드 또는 원하는 운동을 달성할 수 있는 임의의 다른 전자기 효과로 구현 또는 포함할 수도 있다. 일부 구현예에서, 픽셀 시프팅 요소(64)는 정사각형파형 운동의 근사화로 별개의 위치로 이동된다. 다른 구현예에서, 픽셀 시프팅 요소(64)는 사인, 반향 운동으로 위치로 이동될 수 있다. 일반적으로, 픽셀 시프팅 요소(64)는 디스플레이 화상이 리트레이스 주기 동안에서와 같이 어둡거나(예를 들면, 빈화면) 또는 비활성인 때의 시간 동안 위치 사이에서 이동한다.

도5에 도시된 것과 같은 2차원 픽셀 이동을 제공하기 위하여, 웨지형 픽셀 시프팅 요소(64)는 축(66)에 대한 요동과 위상을 달리하는 다른 액츄에이터(도시 생략)에 의해서 제2 축(예를 들면, 도6에 도시된 것과 같이 플레이트(61) 사이에서 수직 라인에 대략 평행하게, 제2 축은 도시 생략)에 대하여 또한 요동되어, 4개의 방향으로의 픽셀 시프팅을 제공한다. 축(66) 및 제2 축에 대한 조합된 요동은 픽셀의 회전 위치설정을 효과적으로 제공한다.

도7은 필드 순차 디스플레이 시스템에서 컬러 성분 서브프레임(82)에 관한 픽셀 시프팅(80)의 타이밍 조정의 일 구현예를 도시하는 개략적인 타이밍 다이어그램이다. 일 예로서, 이러한 프로젝션 디스플레이 시스템(10)은 텍사스 인스트루먼트 인크사(Texas Instruments, Inc.)로부터 입수가능한 형태의 디지털 마이크로미러 장치의 형태인 픽셀화된 디스플레이 장치(14)를 채용할 수 있다. 이러한 시스템(10)에서, 조명 시스템(12)은 기술 분야에서 공지된 것과 같이, 적어도 레드, 그 린 및 블루 컬러 세그먼트를 갖는 컬러 휠(또는 다른 컬러 선택 기구)를 포함할 수 있다. 컬러 성분 서브 프레임(82)은 R, G 및 B 로서 지정되어 시간에 걸쳐서 연속적인 레드, 그린 및 블루 필드 순차 컬러 성분에 대응된다.

이 구현예에서, 제1 및 제2 픽셀 부분(84, 86) 사이의 픽셀 시프트(80)는 대략 3 밀리세컨드의 시간 주기를 나타내는 블러 컬러 성분 서브프레임(82B)과 조화된다. 도7에 도시된 타이밍 조화 구현예는 픽셀 시프트(80) 동안에 일어날 수 있는 시각적인 결함을 감소시키거나 최소화하기 위하여 사람의 시각에 의한 블루 컬러 성분의 비교적 불량한 해상도 및 블루 컬러 성분의 더 약한 휘도를 이용한다. 비록 이것이 블루 컬러 성분 서브 프레임(82B)의 약간 흐릿함을 초래할 수 있지만, 흐릿함은 블루 광의 불량한 해상도의 낮은 휘도 때문에 시각적으로 무시될 수 있다. 일부 구현예에서, 블루 컬러 성분 서브 프레임(82B)은 컬러 성분 서브 프레임 중 "가장 어두운" 것으로 고려될 수 있지만, 다른 디스플레이 구현예는 더 어두운 서브 프레임을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 디스플레이 시스템은 화상 리프레시 또는 다른 디스플레이 작동을 위하여 블랙 서브 프레임을 포함할 수 있다.

인간의 시각 시스템은 블루 파장에 대해서는 훨씬 덜 민감하고, 많은 컬러 디스플레이에서 블루 컬러 성분은 휘도의 오직 대략 8 %만을 차지한다. 이와 비교하여, 균형잡힌 화이트 포인트에서 그린 컬러 성분은 보통 휘도의 69 % 이고 레드 컬러 성분은 휘도의 약 23 % 이다. 그 결과, 블루 컬러 동안의 이동은 거의 눈에 띄지 않을 수 있고, 이는 컬러 텔레비전 동영상 및 픽셀 시프팅 액츄에이터(68)의 임의의 오버슈팅 및 다른 복잡한 운동의 경우에 유리하다.

도8은 폴드 미러의 형태의 픽셀 시프팅 요소(104) 및 다중 렌즈 요소(102)를 갖는, 본 발명에 따른 다른 프로젝션 렌즈 조립체(100)의 개략적인 측면도이다. 도2에 도시된 것과 같은 1차원 픽셀 시프팅을 제공하기 위하여, 픽셀 시프팅 폴드 미러 요소(104)는 하나의 중앙 회전축(106)에 대하여 후방 및 전방으로 주기적으로 틸트된다.

픽셀 시프팅 폴드 미러 요소(104)는 퓨필(pupil) 또는 정지 위치(108)의 인접부에서 프로젝션 렌즈 조립체(100)의 중심 구역에 위치설정된다. 픽셀 시프팅 요소(104)는 요소(104)의 에지에서 틸팅 운동을 부여하기 위하여 피에조 세라믹 변환기 또는 다른 액츄에이터로 구현될 수도 있는 액츄에이터(110)에 의해서 물리적으로 틸트된다. 픽셀 시프트 폴드 미러 요소(104)는 회전 축(106)에 정렬된 힌지 또는 피벗부에서 지지되는 딱딱하고 경량인 프레임(도시 생략)에 의해서 이의 에지가 지지된다. 액츄에이터(110)는 프레임에 결합되고 픽셀화된 디스플레이 장치(14)의 화면 요소의 활성과 조화되는 픽셀 시프팅 제어 신호를 제공하는 제어 회로(112)에 의해서 제어된다.

1차원 픽셀 시프팅을 갖는 구현예에서, 픽셀 시프팅 요소(104)는 대략 픽셀 피치의 절반 정도의 픽셀 시프팅을 제공하기 위하여 한 쌍의 위치 사이에서 대략 0.02 도의 범위에 걸쳐서 틸트될 수도 있다. 이 구현예는 0.6 인치 (15.25 ㎜)의 대각선 치수 및 13.8 ㎛ 픽셀 피치를 갖는 픽셀화된 디스플레이 장치(14) 및 50 인치(127 ㎝)의 대각선 치수를 갖는 디스플레이 스크린(20)을 포함한다. 이러한 틸팅은 주기적인 틸팅 동안 대략 10 ㎛의 픽셀 시프팅 요소(104)의 에지의 이동을 부 여하는 액츄에이터(110)로 달성될 수 있다. 이러한 이동 거리는 상업적으로 입수가능한 피에조 전기 장치의 범위 내에 있다.

도9는 폴드 미러의 형태의 픽셀 시프팅 요소(124) 및 다중 렌즈 요소(122)를 갖는, 본 발명에 따른 다른 프로젝션 렌즈 조립체(120)의 개략적인 측면도이다. 프로젝션 렌즈 조립체(120)는 프로젝션 렌즈 조립체(100)와 실질적으로 동일하지만, 도5에 도시된 것과 같이 2차원 픽셀 시프팅을 제공하도록 구성된다. 따라서, 픽셀 시프팅 폴드 미리 요소(124)는 한 쌍의 회전축(126X, 126Y)에 대하여 전후로 주기적으로 틸트된다.

픽셀 시프팅 요소(124)는 요소(124)의 에지에 틸팅 운동을 부여하도록 구성되는, 피에조 세라믹 변환기 또는 다른 액츄에이터로 구현될 수도 있는 한 쌍의 액츄에이터(130X, 130Y)에 의해서 물리적으로 틸트된다. 픽셀 시프팅 폴드 미러 요소(124)는 회전축(126X, 126Y)과 정렬된 힌지 또는 피벗부의 짐벌(gimbaled) 쌍에서 지지되는 딱딱한 경량 프레임(도시 생략)에 의해서 이의 에지가 지지된다. 액츄에이터(130X, 130Y)는 프레임에 결합되고 개별 축(126X, 126Y)에 대하여 틸팅을 제공한다. 제어 회로(132)는 액츄에이터(130X, 130Y)에 픽셀화된 디스플레이 장치(14)의 화면 요소의 활성과 조화된 픽셀 시프팅 제어 신호를 제공한다.

도10은 픽셀 시프팅 요소(144)로서 기능을 하기 위하여 이의 적어도 하나가 주기적으로 변위 또는 이동되는 다중 프로젝션 광학 렌즈 요소(142)를 갖는, 본 발명에 따른 다른 프로젝션 렌즈 조립체(140)의 개략적인 측면도이다. 프로젝션 렌즈 조립체(140)는 분리된 컬러 성분 경로에 따라 다중 픽셀화된 디스플레이 패널로 부터 통과한 광을 결합하는 교차된 이색성 결합기(145)로부터 광을 수용하는 것으로 도시된다. 프로젝션 렌즈 시스템(140)이 채용될 수 있는 이러한 프로젝션 디스플레이 시스템의 일 예가 이마이(Imai)의 미국특허 제6,067,128호에 개시되어 있다.

도2에 도시된 것과 같은 1차원 픽셀 시프팅을 제공하기 위하여, 픽셀 시프팅 요소(144)는 한 쌍의 대향하는 횡방향(146)으로 전후로 주기적으로 이동 또는 변위된다. 도5에 도시된 것과 같은 2차원 픽셀 시프팅을 제공하기 위하여, 픽셀 시프팅 요소(144)는 추가적으로 방향(146)과 교차하는(예를 들면, 직교하는) 다른 쌍의 대향 횡방향(도시 생략)으로 전후로 주기적으로 이동 또는 변위된다.

프로젝션 렌즈 조립체(140)는 프로젝션 렌즈 시스템(60)과, 전자가 픽셀 시프팅을 제공하기 위해서만 기능을 하는 별도의 요소(예를 들면, 픽셀 시프팅 웨지 요소(64))를 포함하지 않는다는 구별된다. 대신에, 픽셀 시프팅 렌즈 요소(144)는 프로젝션 렌즈 조립체(140)의 광학 특성을 제공하기 위하여 렌즈 요소(144)와 협동하는 적어도 하나의 굴곡된 주요 표면을 갖는다. 픽셀 시프팅 요소(144)로서 작용하는 이들 렌즈 요소 또는 요소들의 선택은 광학적 감도에 따라 이뤄질 수 있다. 더 많은 광학적 파워(즉, 짧은 초점 거리)를 갖는 렌즈 요소는 더 빠른 변위 효과를 가질 것이다. 강력한 네가티브(예컨대, 오목) 렌즈 요소는 또한 픽셀 시프팅을 달성하도록 이동될 수 있다.

픽셀 시프팅 요소(144)는 횡방향 운동을 부여하도록 구성된 피에조 세라믹 변환기 또는 다른 액츄에이터로 구현될 수도 있는 액츄에이터(148)에 의해서 횡방 향(146)으로 물리적으로 이동된다. 액츄에이터(148)는 픽셀화된 디스플레이 장치(14)의 화면 요소의 활성에 조화된 픽셀 이동 제어 신호를 제공하는 제어 회로(150)에 결합된다. 1차원 또는 2차원 픽셀 시프팅 중 어느 하나를 갖는 구현예에서, 이동 축 중 어느 하나에 따른 예를 들면 20 ㎛의 거리만큼 픽셀 시프팅 요소(144)의 병진 이동은 투사된 화상에서 반픽셀 이동을 일으킨다.

도11은 한 쌍의 단부-단부 고정 웨지(166A, 166B)로 구성된 픽셀 시프팅 요소(164) 및 다중 렌즈 요소(162)(2개만 도시)를 갖는, 본 발명에 따른 프로젝션 렌즈 조립체(160)의 개략적인 측면도이다. 한 쌍의 조명 시스템(168A, 168B)은 오프셋 광학축(172A, 172B)을 따라 픽셀화된 디스플레이 장치(170)를 교대로 조명한다.

조명 시스템(168A)에 의한 조명 동안, 픽셀화된 디스플레이 장치(170)는 픽셀(174A)(1개만 도시)을 제1 오프셋 위치로 안내하는 웨지(166A)에 관계하여 화상이 형성된다. 조명 시스템(168B)에 의한 조명동안, 픽셀화된 디스플레이 장치(170)는 픽셀(174B)(1개만 도시)를 제1 위치와는 상이한 제2 오프셋 위치로 안내하는 웨지(166B)에 관계하여 화상이 형성된다. 조명 시스템(168A, 168B)은 교대의 조명을 제공하기 위하여 교대로 활성화되거나 닫힐 수도 있다.

도12는 증가된 픽셀 주소성을 위하여 픽셀 시프팅 광학 인터레이스를 채용하는 프로젝션 디스플레이 시스템(180)의 부분 개략 측면도이다. 프로젝션 시스템(180)은 조명 시스템(도시 생략), 픽셀화된 디스플레이 장치(182), 커버링 프레넬 렌즈(184) 및 광을 다중 렌즈 프로젝션 렌즈 조립체(188)로 안내하는 폴드 미러(186)를 포함한다. 도2에 도시된 것과 같은 1차원 픽셀 시프팅을 제공하기 위하 여, 폴드 미러(186)는 픽셀 시프팅 요소와 같이 작동되어 미러(186)의 평면에 일반적으로 수직인 한 쌍의 대향 방향(190)으로 전후로 주기적으로 시프트 또는 이동된다.

픽셀 시프팅 폴드 미러 요소(186)는 피에조 세라믹 변환기 또는 다른 액츄에이터로 구현될 수도 있는 액츄에이터(192)에 의해서 대향 방향(190)으로 물리적으로 이동된다. 미러(186)의 평면에 직각인 방향(190)으로의 미러(186)의 병진 이동은 프로젝션 렌즈 조립체의 광학적 중심의 변위를 일으켜서 그에 의해서 원하는 반 픽셀이 시프트한다. 액츄에이터(192)는 픽셀화된 디스플레이 장치(182)의 화면 요소의 활성과 조화되는 픽셀 시프팅 제어 신호를 제공하는 제어 회로(194)에 결합된다. 다른 구현예에서, 프레넬 렌즈(184)는 또한 미러(186)와 함께 이동될 수도 있다.

본 발명의 원리가 적용될 수 있는 많은 가능한 실시예에 비추어, 상세한 실시예는 오직 예시적이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨져서는 안된다는 것을 알아야 한다. 오히려, 우리는 후속하는 청구범위의 범위 및 기술 사상과 그의 균등물 내에 있을 수 있는 모든 이러한 실시예들을 우리의 발명으로 주장한다.

Claims (27)

1. 픽셀화된 디스플레이 장치와,

   디스플레이 정보가 광에 부여되도록 조명 광을 상기 픽셀화된 디스플레이 장치로 안내하는 조명 시스템과,

   디스플레이 스크린을 향해 광을 투사하기 위하여 상기 픽셀화된 디스플레이 장치로부터의 부여된 디스플레이 정보를 갖는 광을 수용하는 프로젝션 렌즈 조립체를 포함하고,

   상기 프로젝션 렌즈 조립체는 디스플레이 스크린에 픽셀의 적어도 두 개의 인터레이스 어레이를 형성하기 위하여 프로젝션 렌즈 조립체 내부에서 적어도 두 개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하는 픽셀 시프팅 요소를 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 픽셀의 두 개의 인터레이스 어레이 사이에 수직 오프셋을 제공하는 두 개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 디스플레이 장치에 픽셀의 네 개의 인터레이스 어레이를 형성하기 위하여 4개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 레드, 그린 및 블루 컬러 서브 필드를 갖는 필드 순차식으로 작동되며 픽셀 시프팅 요소는 블루 컬러 서브 필드 동안 적어도 두 개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치된 구성가능한 웨지를 포함하고 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 웨지를 제1 및 제2 틸트로 구성하는 것을 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 상기 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치된 구성가능한 웨지를 포함하고 상기 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 웨지를 통해 연장하는 축에 대한 틸팅을 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 상기 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치설정된 폴드 미러를 포함하고 상기 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 폴드 미러의 주기적인 틸팅을 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 적어도 하나의 만곡된 표면을 갖고 상기 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치설정된 렌즈 요소를 포함하고 상기 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 렌즈 요소의 주기적인 이동을 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 전기-기계식 변환기에 의해서 주기적으로 이동되는 프로젝션 디스플레이 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 전기-기계식 변환기는 피에조 전기 변환기를 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
11. 제9항에 있어서, 상기 전기-기계식 변환기는 피에조 전기 변환기를 포함하지 않는 프로젝션 디스플레이 시스템.
12. 프로젝션 디스플레이 시스템용 프로젝션 렌즈 조립체이며,

    다중 프로젝션 렌즈 요소와,

    프로젝션 렌즈 조립체 내부의 적어도 2개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하는 픽셀 시프팅 요소를 포함하는 프로젝션 렌즈 조립체.
13. 제12항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 2개의 수직 오프셋 위치 사이에서 주기적으로 이동하는 프로젝션 렌즈 조립체.
14. 제12항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 4개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하는 프로젝션 렌즈 조립체.
15. 제12항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치설정된 구성가능한 웨지를 포함하고 상기 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 웨지의 제1 및 제2 구성으로의 틸팅을 포함하는 프로젝션 렌즈 조립체.
16. 제12항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치설정된 투명한 웨지를 포함하고, 상기 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 웨지를 통해 연장하는 축을 중심으로 하는 회전을 포함하는 프로젝션 렌즈 조립체.
17. 제12항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치된 폴드 미러를 포함하고, 상기 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 폴드 미러의 주기적인 틸팅을 포함하는 프로젝션 렌즈 조립체.
18. 제12항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 적어도 하나의 만곡된 표면을 갖고 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치설정된 렌즈 요소를 포함하고, 상기 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 렌조 요소의 주기적인 이동을 포함하는 프로젝션 렌즈 조립체.
19. 프로젝션 디스플레이 시스템이며,

    인접하는 화소의 어레이를 갖는 픽셀화된 디스플레이 장치와,

    디스플레이 정보가 광에 부여되도록 픽셀화된 디스플레이 장치로 조명 광을 안내하는 조명 시스템과,

    디스플레이 스크린을 향해 광을 투사하기 위하여 픽셀화된 디스플레이 장치로부터의 부여된 디스플레이 정보를 갖는 광을 수용하는 프로젝션 렌즈 조립체를 포함하고,

    상기 프로젝션 렌즈 조립체는 디스플레이 스크린에 픽셀의 적어도 2개의 인터레이스 어레이를 형성하도록 부여된 디스플레이 정보를 갖는 광의 이동을 주기적으로 제공하는 픽셀 시프팅 웨지 요소를 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 웨지 요소는 제1 및 제2 구성 사이에서 주기적으로 틸트하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
21. 제19항에 있어서, 상기 조명 시스템은 제1 및 제2 광학 축을 따라 조명을 교대로 안내하는 제1 및 제2 조명 광원을 포함하고, 상기 픽셀 시프팅 웨지 요소는 상기 제1 및 제2 광학 축에 정렬된 제1 및 제2 단부-단부 고정 웨지 요소를 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
22. 프로젝션 디스플레이 시스템이며,

    픽셀화된 디스플레이 장치와,

    디스플레이 정보가 광에 부여되도록 픽셀화된 디스플레이 장치에, 연속적인 레드, 그린 및 블루 컬러 서브 필드를 포함하는 조명 광을 필드 순차식으로 안내하는 조명 시스템과,

    디스플레이 스크린을 향해 광을 투사하도록 픽셀화된 디스플레이 장치에 의해 디스플레이 정보가 부여된 광을 수용하도록 위치설정된 프로젝션 렌즈 조립체와,

    디스플레이 스크린에 픽셀의 적어도 인터레이스 어레이들을 형성하도록 블루 컬러 서브 필드 동안에 적어도 2개의 위치 사이에서 주기적으로 이동하는 픽셀 시프팅 요소를 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
23. 제22항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치설정되는 프로젝션 디스플레이 시스템.
24. 제22항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 프로젝션 렌즈 조립체 내부에 위치설정된 투명한 웨지를 포함하고, 상기 픽셀 시프팅 요소의 주기적인 시프팅은 웨지의 제1 및 제2 위치 사이에서의 틸팅을 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
25. 프로젝션 디스플레이 시스템이며,

    픽셀화된 디스플레이 장치와,

    디스플레이 정보가 광에 부여되도록 픽셀화된 디스플레이 장치에 조명 광을 안내하는 조명 시스템과,

    디스플레이 스크린을 향해 광을 투사하기 위하여 픽셀화된 디스플레이 장치로부터 부여된 디스플레이 정보를 갖는 광을 수용하는 프로젝션 렌즈 조립체와,

    디스플레이 스크린에 픽셀의 적어도 2개의 인터레이스 어레이를 형성하도록 적어도 2개의 위치 사이에서 비회전 이동으로 주기적으로 이동하는 픽셀 시프팅 요소를 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
26. 제25항에 있어서, 광은 일반적으로 제1 방향으로 프로젝션 렌즈 조립체를 통과하고, 픽셀 시프팅 요소는 프로젝션 렌즈 조립체 내에 포함된 복수의 렌즈 요소 중 하나를 포함하고, 비회전 이동은 제1 방향에 횡단하는 방향으로 일어나는 프로젝션 디스플레이 시스템.
27. 제25항에 있어서, 상기 픽셀 시프팅 요소는 평면 표면을 갖고 조명 시스템과 디스플레이 스크린 사이에 위치설정된 폴드 미러를 포함하고, 상기 비회전 이동은 폴드 미러의 평면에 횡단하는 방향으로 일어나는 프로젝션 디스플레이 시스템.

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