KR20070027136A - 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대형 화면을 구현하는 디스플레이 시스템으로서 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 투사 표시 시스템(projection display system)에 있어서, 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(random phase computer generated hologram)을 이용하여 영상에 나타나는 스펙클을 제거할 수 있도록 한 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치를 구성함에 있어서, 상기 스펙클 제거장치는, R/G/B 레이저 광원에서 출사되는 각 색의 레이저광을 확장하는 레이저광확장부와; 상기 레이저광확장부내에 설치되는 마이크로 디스플레이(MD) 패널과; 상기 레이저광확장부를 통해 출사되는 레이저광을 모아 조명하는 서로 이웃하는 복수의 제 1 및 제 2 투과렌즈와; 상기 제 2 투과렌즈의 후방에 설치되는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGHH)과; 상기 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 통과한 영상을 제 3 투과렌즈를 통해 전달받아 스크린에 확대 투사하는 투사렌즈;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

레이저, 디스플레이, 스펙클, 컴퓨터 구동 홀로그램, 스크린

Description

랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치{Apparatus for removing speckle by using random phase computer generated hologram}

도 1은 일반적인 투사 표시장치의 구성도,

도 2는 종래 레이저 디스플레이 시스템의 구성도,

도 3은 종래 레이저 디스플레이 시스템의 다른 구성도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치의 구성도,

도 5는 도 4에 도시된 스펙클 제거장치에 사용되는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)을 나타낸 도면 및 부분 확대도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : R/G/B 레이저 광원 2 : 레이저광확장부

3 : 마이크로 디스플레이 패널 4 : 제 1투과렌즈

5 : 제 2투과렌즈 6 : 제 3투과렌즈

7 : 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)

8 : 투사렌즈 9 : 스크린

본 발명은 스펙클 제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형 화면을 구현하는 디스플레이 시스템으로서 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 투사 표시 시스템(projection display system)에 있어서, 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(random phase computer generated hologram)을 이용하여 영상에 나타나는 스펙클을 제거할 수 있도록 한 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 투사 표시 시스템(projection display system)은 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 시스템으로서, 근래에는 직진성이 우수하여 반사와 굴절에 의한 경로의 예측이 용이한 레이저광을 광원으로 이용하여 대형 화면을 구현하는 방법에 대한 연구 개발이 이루어지고 있다.

레이저를 광원으로 사용하면 화상의 색상이 선명하고 순색에 가까우며 색을 재현하는 범위가 넓은 장점이 있고 또한 콘트라스트가 높아서 선명한 화상을 얻을 수 있다.

R/G/B 레이저를 사용하는 프로젝션 디스플레이는 전범위 컬러 온도(wide color temperature)를 갖고 있어서 대형 스크린에 디스플레이되는 이미지의 컬러가 자연색에 가깝게 표현되며, 픽셀(pixel)화 되지 않는 이미지를 구현할 수 있다.

또한, 레이저 프로젝션 디스플레이는 최근 고도 정보화 사회 및 멀티미디어 산업의 급부상으로 디스플레이 장치의 대형화 및 고선명화에 대한 요구에 대응하면서도 자연색에 가까운 색 재현성 및 고 휘도성과 같은 레이저가 갖는 여러 가지 장 점때문에 옥외용 광고, 레이저 쇼, 대형 텔레비젼 영상표시등 다양한 분야의 활용이 기대되고 있다.

도 1은 일반적인 투사 표시 장치의 구성도로서, 램프(11)에서 발광된 빛이 반사경(12)에 의해 한쪽 방향으로 모아져 진행하게 되고 LCD 패널(13)과 같은 화상 표시장치에 조사된다. LCD 패널(13)에서는 빛의 투과율을 조절하여 영상을 표시하게 되고 이 영상은 투사광학계(14)에 의해 확대 투사되어 스크린(15)에 결상되며, 스크린(15)에 결상된 영상을 사용자가 앞쪽 또는 뒤쪽에서 감상하게 된다.

도 2는 종래 기술의 레이저 디스플레이 시스템의 구성도로서, 레이저를 광원으로 하는 투사 표시장치는 램프를 대신하여 레이저(21)를 광원으로 사용하고 레이저광을 조명광학계(22)에 의해 디스플레이 패널(23)에 조사시킨다. 그리고 디스플레이 패널(23)에서 전기적 신호에 의해 빛의 양을 조절하여 화상을 표시하고 화상을 투사광학계(24)에 의해 스크린(25)에 투사시켜 큰 화면으로 표시하게 된다.

도 3은 종래 기술의 레이저 디스플레이 시스템의 다른 구성도로서, 레이저 표시 장치에서 AOM(Acousto-Optic Modulator)을 채택하여 레이저 광의 투과량을조절할 수 있도록 한 것으로서, 레이저(31)를 광원으로 하고 광학계(32)에 의해 레이저광을 AOM(33)에 집속시킨다.

AOM(33)은 영상 신호와 연계된 전기적 신호에 의해 빛의 투과량을 조절하고 AOM(33)에 의해 조절된 레이저광은 폴리건 미러(polygon mirror)(34)로 진행되고, 폴리건 미러(34)는 회전하면서 화면의 수평 이미지를 구현하게 된다. 폴리건 미러(34)에서 반사된 광은 갈바노미터(galvanometer)(35)로 진행되어 일정 각도를 상하 로 반복 진행하면서 화면의 수직 이미지를 구현하게 된다. 그리고 폴리건 미러(34)와 갈바노미터(35)의 회전과 각도 조합에 의해 스크린(36) 위에 레이저광을 스캔하여 화면을 표시하게 된다.

그러나, 이상에서 설명한 종래 레이저 표시장치는 레이저가 갖고 있는 특성인 코히런스(coherence)에 의해 스크린 상에서 레이저의 간섭 현상이 일어나서 화면상에서 작은 알갱이들이 반짝거리는 듯한 스펙클(Speckle) 현상이 나타나며, 이러한 스펙클 현상은 화질을 저하시키는 요인으로써 콘트라스트와 해상도를 저하시키게 된다.

이와 같이 레이저를 이용한 디스플레이 장치는 우수한 색과 화질을 구현할 수 있는 요소를 가지고 있으나, 종래 기술에서는 레이저 자체의 코히런스(coherence)특성에 의해 화질이 악화되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 레이저 투사 표시 시스템 내부에 회전식 확산자(rotating diffuser)를 설치하여 상기 레이저가 갖는 코히런스(coherence)에 의한 제거하고 있으나, 대형 스크린에서 디스플레이되는 이미지에 여전히 열점 스펙클이 존재하는 문제점이 있었다.

한편, 국제 출원 번호(PCT Appl. Number):PCT/US02/20053호에는 랜덤 위상 판(random phase plate)을 이용하여 스펙클을 감소시키고자 한 것이 게시되어 있으나, 이는 16by16 픽셀(pixel) 형태의 하다마드 매트릭스(Hadamard matrix) 패턴을 기본으로 하는 것으로서, 이러한 패턴은 랜덤 위상 판 전면을 제작하기에는 너무 작고, 주기적인 패턴 형태로 나타남에 따라 완전한 랜덤 위상 판으로서는 한계점이 도출되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 레이저 투사 표시 시스템에 있어서, 컴퓨터 구동 홀로그램(CGH)을 이용하여 스크린 영상에 나타나는 열점 스펙클을 제거하므로써, 보다 선명한 영상의 구현이 가능한 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치를 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치를 구성함에 있어서, 상기 스펙클 제거장치는, R/G/B 레이저 광원에서 출사되는 각 색의 레이저광을 확장하는 레이저광확장부와; 상기 레이저광확장부내에 설치되는 마이크로 디스플레이(MD) 패널과; 상기 레이저광확장부를 통해 출사되는 레이저광을 모아 조명하는 서로 이웃하는 복수의 제 1 및 제 2 투과렌즈와; 상기 제 2 투과렌즈의 후방에 설치되는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)과; 상기 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 통과한 영상을 제 3 투과렌즈를 통해 전달받아 스크린에 확대 투사하는 투사렌즈;를 포함하여 구성되는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치에 의하여 달성된다.

바람직하게는 이러한 본 발명에서 상기 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGHH)은 상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널의 전방과, 상기 제 2 투과렌즈의 후방에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명에 따른 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치의 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 스펙클 제거장치에 사용되는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)을 나타낸 도면 및 부분 확대도로서,이에 따른 스펙클 제거장치는 크게 R/G/B 레이저 광원과, 이 레이저 광원에서 출사되는 각 색의 레이저광을 확장하는 레이저광확장부와, 이 레이저광확장부내에 설치되는 마이크로 디스플레이(MD) 패널과, 상기 레이저광확장부를 통해 출사되는 레이저광을 모아 조명하는 복수의 제 1 및 제 2 투과렌즈와, 이 제 2 투과렌즈의 후방에 설치되는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)과, 상기 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 통과한 영상을 제 3 투과렌즈를 통해 전달받고 이 영상을 스크린에 확대 투사하는 투사렌즈로 이루어져 있다.

상기 R/G/B 레이저 광원(1)은 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue)에 각각 해당하는 레이저광을 출사하며, 이와 같이 출사된 레이저광은 레이저광확장부(2)에 의해 각 색의 레이저광이 확장된다.

상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널(3)은 상기 레이저광확장부(2)내에 설치되며, 마이크로디스플레이(micro display)는 확대한 광학 시스템을 사용한 디스플레이 장치로서, 보통 1인치 이하의 소형 평판 디스플레이의 영상을 광학계를 사용해 60인치 이상으로 확대함으로써 많은 정보량을 작은 영역내에서도 구현할 수 있다는 특징이 있으며, 픽셀의 밀도가 일반 디스플레이보다 최소 5배에서 200배까지 도 가능한 것으로 알려지고 있다.

픽셀 수를 증가시키면 작은 영역내에서도 영상을 얻을 수 있어 HDTV 프로젝터나 고화질 휴대용 기기에 적합하다. 현재 대부분의 마이크로디스플레이에는 고온폴리 TFT-LCD와 LCoS, DMD 등이 있으나, 본 발명에서는 반사형 칩과 광원, 회로로 구성된 디지털 마이크로미러 장치(DMD;Digital Micromirror Device)를 사용하였다.

상기 레이저광확장부(2)를 통해 출사되는 레이저광은 서로 이웃하는 2개의 제 1 및 제 2 투과렌즈(4)(5)를 거쳐서 이 제 2 투과렌즈(5)의 후방에 설치된 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)(7)에 전달된다.

본 발명에서는 완전한 랜덤 위상(random phase plate)을 구현하기 위하여 이중(binary) 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용하여 위상만 형성되는 이중 컴퓨터 구동 홀로그램 패턴을 얻고자 하였다.

이러한 이중 컴퓨터 구동 홀로그램 패턴은 석영(quartz) 기판 마스크(Mask) 제작과, 자외선(Ultra Violet Light)을 이용하여 글래스 기판(glass plate)상에 에칭(etching)을 통해 제작할 수 있다.

상기 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(7)은 제 2 투과렌즈(5)의 후방에 설치되거나, 또는 상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널(3)의 전방과, 상기 제 2 투과렌즈(5)의 후방에 각각 1부위씩 설치될 수도 있다.

상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널(3)의 전방에 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(7)을 설치시, 레이저 빔을 평행하게 한후에 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(7)을 설치한다. 이때, 상기 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(7)은 기존의 확산 자(diffuser)와 비슷한 역할을 수행하며, 이에 따라 상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널(3)의 전방에 설치된 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(7)을 회전시킬 경우 본 발명의 목적을 더 잘 수행할 수 있게 된다.

상기 제 2 투과렌즈(5)의 후방에 설치된 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(7)은 푸리에 변환(Fourier Transform) 위치에 설치한다. 이에 따라 이곳을 지나가는 레이저 빔은 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(7)에 의해 서로간에 인코히런스(incoherence)한 형태로서 전술한 열점 스펙클을 감소시킨다.

즉, 상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널(3)을 통과한 이미지가 제 3 투과렌즈(6)와, 투사렌즈(8)를 통해 스크린(9)에 확대 투사되는 과정에서 상기 푸리에 변환(FT) 위치에 설치된 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(7)은 상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널(3)을 통과한 이미지로부터 상기 스크린(9)에 결상된 이미지를 보전하면서 열점 스펙클을 감소시킨다.

이상과 같이 본 발명에 따른 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 투사 표시 시스템에 있어서, 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)을 이용하여 영상에 나타나는 열점 스펙클을 제거하므로써, 보다 선명한 영상의 구 현이 가능한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치를 구성함에 있어서,

   상기 스펙클 제거장치는,

   R/G/B 레이저 광원에서 출사되는 각 색의 레이저광을 확장하는 레이저광확장부와;

   상기 레이저광확장부내에 설치되는 마이크로 디스플레이(MD) 패널과;

   상기 레이저광확장부를 통해 출사되는 레이저광을 모아 조명하는 서로 이웃하는 복수의 제 1 및 제 2 투과렌즈와;

   상기 제 2 투과렌즈의 후방에 설치되는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)과;

   상기 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 통과한 영상을 제 3 투과렌즈를 통해 전달받아 스크린에 확대 투사하는 투사렌즈;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2 투과렌즈의 후방에 설치되는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)은 푸리에 변환(Fourier Transform) 위치에 설치한 것을 특징으로 하는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램(RPCGH)은 상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널의 전방과, 상기 제 2 투과렌즈의 후방에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로 디스플레이(MD) 패널은 반사형 칩과 광원, 회로로 구성된 디지털 마이크로미러 장치(DMD)를 사용하는 것을 특징으로 하는 랜덤 위상 컴퓨터 구동 홀로그램을 이용한 스펙클 제거장치.

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