KR20100095028A - 광학 장치 및 이미지 투사 방법 - Google Patents

광학 장치 및 이미지 투사 방법 Download PDF

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KR20100095028A
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강 첸
롤랜드 리프
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알카텔-루센트 유에스에이 인코포레이티드
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Abstract

일 실시예에 의하면, 이미지 프로젝터는, 공간 패턴(spatial pattern)을 이용하여 레이저로부터 조명광을 변조하고, 그 변조된 조명이 뷰잉 화면(viewing screen) 상에 이미지를 투사하도록 구성된 공간광 변조기(SLM)를 갖는다. 이미지 프로젝터는 레이저와 SLM간의 광로 상에 위치한 광확산기를 더 갖는다. 레이저는 광확산기를 통해 SLM을 조명하여, SLM에서 조명 영역을 형성한다. 광확산기는 그것을 통해서 송신된 광으로 각도 확산(angular spread)을 유도한다. 이미지 프로젝터는 SLM에 대해 조명 영역을 이동시켜서 투사된 이미지에서 스펙클(speckle)을 저감시킨다.

Description

광학 장치, 발명 및 이미지 투사 방법{DIFFUSER CONFIGURATION FOR AN IMAGE PROJECTOR}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은, (1) Gang Chen 및 Roland Ryf에 의한 발명의 명칭 "System and Method for Color-Compensating a Video Signal Having Reduced Computational Requirements"(대리인 관리 번호 G.Chen 11-21)의 미국 특허 출원 제12/017,984호; (2) Gang Chen 및 Roland Ryf에 의한 발명의 명칭 "Multi-Color Light Source"(대리인 관리 번호 G.Chen 13-23)의 미국 특허 출원 제12/009,991호; (3) Gang Chen, David A. Duque 및 Roland Ryf에 의한 발명의 명칭 "Time Division Multiplexing a DC-to-DC Voltage Converter"(대리인 관리 번호 G.Chen 14-1-24)의 미국 특허 출원 제12/009,851호에 관련되어 있으며, 이들 출원 모두는 본 출원과 동일한 날짜에 출원되었고, 이들 각각은 본 명세서에서 그 전체가 참조로써 포함되어 있다.
본 발명은 이미지 프로젝터 및 휴대용 전자 장치에 관한 것이다.
이 부분에서는 본 발명의 보다 나은 이해를 도울 수 있는 측면을 설명한다. 따라서, 이 부분의 기재는 이러한 면에서 해석되어야 하고, 종래기술인지 및/또는 종래기술이 아닌지에 관한 인정으로서 이해되지 말아야 한다.
프로젝터는, 하나의 이미지 또는 일련의 이미지들을 예를 들어 컴퓨터 또는 비디오 입력으로부터 이미지 확대용 벽 또는 화면 상에 투사하기 위해서, 광원, 광학 장치, 전자 장치, 및 광변조 소자를 내장한 장치이다. 시장에서 입수 가능한 다수의 프로젝터들은 사이즈, 해상도, 성능 및 그 밖의 특징들이 상이하다. 레이저의 사용은 다른(레이저가 아닌) 광원으로는 달성되기 어려울 수 있는 광범위한 컬러 커버리지를 갖는 선명한 이미지의 생성을 가능하게 하기 때문에, 일부 프로젝터는 레이저 광원을 채용한다. 그러나, 레이저 이미지 투사에 대한 하나의 중요한 문제점은, 인식된 이미지 상에 입상 구조(granular structure)가 중첩되기 쉬운 스펙클(speckle) 현상이다. 스펙클은 이미지의 선명함을 저하시켜서 시청자를 불쾌하게 하기 때문에, 스펙클 감소가 매우 요구되고 있다.
일실시예에 의하면, 이미지 프로젝터는, 상기 이미지를 형성하기 위해, 공간 패턴(spatial pattern)을 이용하여 수신된 조명광을 변조하도록 구성된 복수의 픽셀을 갖는 공간광 변조기(SLM)를 갖는다. 이미지 프로젝터는, 복수의 픽셀 중 각각의 픽셀에서, 조명광 빔이 입사각의 범위에 대응하는 광선을 갖도록, 레이저와 SLM 사이의 광로를 따라 위치하고, SLM에서 상기 조명광 빔을 생성하기 위해 레이저에 의해 생성된 광을 송신하는 광확산기를 더 갖는다. 광학 장치는 SLM을 가로질러서 조명광 빔을 이동시킨다. 복수의 픽셀 중 각각의 픽셀에서, 상기 조명 광 빔의 상기 움직임은, 상이한 입사각을 갖는 광선의 상대적인 광학 위상을 변화시킨다.
다른 실시예에 의하면, 이미지 프로젝터는, 공간 패턴을 이용하여 코히런스 조명(coherent illumination)을 변조하는 SLM을 갖는다. 이미지 프로젝터는, SLM에 의해 차단되기 전에 상기 코히런스 조명 빔이 뒤따르는 광로를 따라 위치한 광확산기를 더 갖는다. 광확산기는 그것을 통해서 송신된 광으로 제 1 방향을 따라 하나의 각도 확산을 유도하고, 상기 송신된 광으로 상이한 제 2 방향을 따라 상이한 각도 확산을 유도한다. 광확산기는 SLM의 표면에 대해서 움직이도록 구성된다.
또 다른 실시예에 의하면, 뷰잉 화면 상에 이미지를 투사하는 방법은, (A) 복수 픽셀 중 각각의 픽셀에서, 조명광 빔이 입사각의 범위에 대응하는 광선을 갖도록, 그 내부에 입사하는 광빔을 각도 확산시키는 광확산기를 통해서 광빔을 통과시킴으로써, 레이저를 이용하여, SLM의 표면의 일부를 조명하는 단계와, (B) 상기 이미지를 형성하기 위해, SLM의 복수의 픽셀에 의해 표시되는 공간 패턴을 이용하여 상기 조명광 빔을 변조하는 단계와, (C) SLM을 가로질러서 조명광 빔을 이동시키는 단계를 갖고, 복수의 픽셀 중 각각의 픽셀에서, 상기 이동은, 상이한 입사각을 갖는 광선의 상대적인 광학 위상을 변화시킨다.
본 발명의 다른 측면, 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명, 첨부된 청구항, 및 첨부 도면으로부터 보다 완전히 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터의 평면도를 나타내고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝터의 평면도를 나타내고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로젝터의 평면도를 나타내고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로젝터의 평면도를 나타내고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 전자 장치의 3차원 사시도를 나타낸다.
전자 장치의 제조자들은, 예컨대 핸드폰에 내장될 수 있고, 또한 벽 또는 8.5"x11"의 종이 상에 비교적 큰 이미지를 투영하는데 사용될 수 있는 컴팩트 이미지 프로젝터에 관심이 있을 수 있다. 현대의 휴대용 전자 장치의 컴팩트함이 휴대성의 목적에서 유리하지만, 그것들의 비교적 작은 사이즈는 가시적인 정보를 표시함에 있어서 내재된 결점을 갖는다. 보다 구체적으로, 휴대폰, PDA, 또는 휴대용 미디어 플레이어의 표시 화면은, 통상, 대부분의 문서를 그들 원래의 전면 포맷으로 표시하고 및/또는 그래픽 및 비디오 콘텐츠를 그들 원래의 해상도로 표시하기에는 너무 작다. 휴대용 전자 장치에서 일반적인 표시 화면에 부가하여 또는 이를 대신하여, 컴팩트 이미지 프로젝터를 갖음으로써, 사용자가 보다 적절한 형식으로 상기한 가시적인 정보를 표시해서 볼 수 있도록 한다.
레이저 이미지 프로젝터에서, 스펙클 감소는 일반적으로 사람의 눈과 같은 검출기의 공간 및/또는 시간적인 해상도 내에서 2개 이상의 독립적인 스펙클 구성을 평균화하는 것에 기초하고 있다. 사람의 눈에 있어서, 평균화 시간은 깜박임 융합 임계치(flicker fusion threshold) 또는 깜박임 융합 레이트(flicker fusion rate)로 불리는 생리학적 파라미터로부터 도출될 수 있다. 보다 구체적으로, 깜박임 융합 레이트보다 낮은 레이트로 진동하고 있는 광은, 사람에 의해 깜박거리는 것으로 인지된다. 반대로, 깜박임 융합 레이트보다 높은 레이트로 진동하고 있는 광은, 항상 일정한 것으로 인지된다. 깜박임 융합 레이트는 사람마다 다르고, 또한 개인의 피로 정도, 광원의 밝기, 광원을 관찰하는데 사용되는 망막의 면적에 의존한다. 그럼에도 불구하고, 약 75Hz보다 높은 레이트에서 깜박임을 인지하는 사람은 거의 없다. 실제로, 영화 및 텔레비전에서, 프레임 전달 레이트는 20Hz와 60Hz 사이이고, 30Hz가 일반적으로 사용된다. 대다수의 사람들에게 있어서, 이들 레이트는 사람들의 깜박임 융합 레이트보다 높다.
독립적인 스펙클 구조는 위상 변화, 전파각, 편광, 및/또는 조명 레이저 빔의 파장을 이용하여 생성될 수 있다. 각도 다이버시티(angel diversity)를 달성하기 위한 하나의 방안은, 시간 변화(예를 들면, 진동) 확산기를 이용하는 것이다. 그러나, 시간 변화 확산기는 소형의 휴대용 프로젝터에서 바람직하게 사용하기에는 너무 큰 물리적 크기를 갖기 쉽다. 따라서, 소형의 휴대용 투사 장치에서 사용할 수 있는 확산기 구조를 갖는 것이 요구되고 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터(100)의 평면도를 나타낸다. 프로젝터(100)는 변조부(150)로 다색의 광(예를 들면, 빨강, 초록, 파랑)을 공급하는 광원(110)을 갖는다. 변조부(150)는, 투사 렌즈(160)를 통과한 후에, 화면(190) 상에 컬러 이미지를 형성하는 공간적으로 강도 변조된 빔(170)을 생성한다. 도 1에서는, 투사 렌즈(160)가 3개의 렌즈(160a-c)를 갖는 복합 렌즈로 도시되어 있지만, 다른 형태의 투사 렌즈가 마찬가지로 사용될 수 있다.
광원(110)은 예를 들어 빨강, 초록, 파랑과 같은 지정된 색상의 펄스광(pulsed light)을 각각 생성하도록 구성된 3개의 레이저(112r, 112g, 112b)의 세트를 갖는다. 레이저에 의해 생성된 광빔은 실질적으로 도 1의 XY면에 평행한 면에 존재한다. 레이저(112r, 112g, 112b)에 의해 생성된 각각의 광빔은, 레이저의 앞쪽에 위치한 대응 렌즈(114)에 의해 콜리메이트(collimate)되는 발산 빔(diverging beam)이다. 레이저(112r, 112g, 112b)는 변조부(150)가 주기적인 일련의 펄스를 수신하도록 동기화된다. 예컨대, 각 조명 주기는 상이한 색상의 3개 이상의 순차적인 펄스를 가질 수 있고, 여기서 펄스는 선택된 반복 레이트로 출현한다. Gang Chen 및 Roland Ryf에 의한 상기한 미국 특허 출원 제12/009,991호(대리인 관리 번호 G.Chen 13-23)에서는, 광원(110)에서 사용하기에 적합한 다양한 색상의 광 펄스를 시간 다중화하는 여러 방법들을 개시하고 있다.
색 합성기(X-큐브라고도 자주 지칭됨)(118)는, 렌즈(114r, 114g, 114b)로부터 수신된 콜리메이트된 광빔을, 제 1 광확산기(122), 콜리메이션/콘덴서 렌즈(126), 및 제 2 광확산기(130)(이것들의 각각의 광학 기능은 이하에서 보다 상세히 설명함)로 (다시) 향하게 한다. 도 1에서, 광원(110)은 렌즈(126)보다 하류쪽에 위치한 광확산기(130)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 광확산기(130)는 렌즈(126)보다 상류쪽에 위치할 수 있다. 광원(110)은, 필요에 따라, 변조부(150)의 적절한 조작을 가능하게 하기 위해 출력 빔(132)의 편광을 조정하게 하는 편광기 또는 다른 복굴절 소자(명확히 도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
변조부(150)는 편광빔 스플리터(PBS)(152)와 1/4파(λ/4)판(154)에 광학적으로 접속된 LCOS(liquid-crystal-on-silicon) 공간광 변조기(SLM)(156)를 갖는다. SLM(156)으로서 사용될 수 있는 대표적인 LCOS SLM은, 예컨대 "Polarization Engineering for LCD Projection", M.G.Robinson, J.Chen, G.D.Sharp, Wiley, Chichester(영국), 2005년, 11장, 257-275페이지에 개시되어 있고, 그 내용은 본 명세서에서 참조로써 포함되어 있다. SLM(156)으로서 사용될 수 있는 LCOM SLM은, 예컨대 미국 특허 제7,268,852호, 제6,940,577호, 제6,797,983호에도 개시되어 있고, 그 전체 내용은 본 명세서에서 참조로써 포함되어 있다. SLM(156)으로서 사용될 수 있는 적합한 LCOS SLM은 JVC 주식회사에 의해 제조되고, JVC 프로젝터 모델 DLA-HD2K의 부품으로서 상업적으로 이용가능하다.
PBS(152)는 빔의 실질적으로 모든 광이 SLM(156)을 다시 향하도록 빔(132)을 편광시킨다. 1/4파판(154)은 수직으로 통과하는 광빔의 2개의 직교 직선 편광 성분간에서 대략 1/4의 파장 지연을 생성하는 복굴절판이다. 1/4파판(154)을 수직으로 2번 가로지르면, SLM(156)을 향한 후에 SLM(ON 상태에 있는 픽셀로부터)으로부터 반사되는 광이, PBS(152)에 의해 송신되어야 하는 편광을 갖는다. 즉, 이렇게 반사된 광의 편광은, PBS(152)가 광원(110) 쪽을 향해서 광을 실질적으로 반사시키지 않고서 광을 송신하도록 한다. PBS(152)를 통해서 송신된 후에, SLM(156)으로부터 반사되어 렌즈(160)에 의해 만들어진 공간적으로 변조된 광은 출력 빔(170)을 형성한다.
SLM(156)의 ON 상태 픽셀에 의해 표시되는 각 반사 패턴은 화면(190) 상에 투사되는 이미지를 나타내고, SLM은 레이저 펄스마다 새로운 반사 패턴을 표시할 수 있다. 사실상, 투사 렌즈(160)는 SLM(156)에 의해 화면(190) 상에 표시되는 반사 패턴을 이미지화한다. 펄스 반복 레이트가 충분히 높으면(예를 들어, 깜박임 융합 레이트보다 높음), 3개의 상이한 색상에 대응하는 이미지들은 사람의 눈에 의해 융합되어, 인지되는 컬러 이미지를 형성한다.
광확산기(122)는 빔 형상기로서 동작한다. 레이저(112)는 일반적으로 원형 또는 타원형의 단면을 갖는 광뿔을 통상 방사하는 반면에, SLM(156)은 직사각형 이미지를 표시하기에 적합한 일반적인 직사각형의 액티브 영역(즉, 변경가능한 픽셀을 포함하는 영역)을 통상적으로 갖는다. 따라서, 광확산기(122)는, 일반적으로 원형 또는 타원형의 단면을 갖는 빔을, SLM(156)의 액티브 영역의 형상에 대응하는 일반적으로 직사각형의 단면을 갖는 빔으로 변형시킨다. 본 명세서에서 그 전체가 참조로써 포함되어 있는 미국 특허 제7,307,786호는, 광확산기(122)로서 기능할 수 있는 광확산기의 제조 및 사용 방법을 개시하고 있다. 다양한 실시예에서, 미국 뉴욕 로체스터의 RPC 포토닉스 주식회사로부터 상업적으로 입수가능한 것들 중에서 선택된 다양한 광확산기가 광확산기(122)로서 사용될 수 있다.
빔 형성을 수행하면서, 광확산기(122)는 그것을 통해서 송신된 광빔의 각분산도(angular divergence)를 변경한다. 보다 구체적으로, 광확산기(122)는 색 합성기(118)로부터 수신된 실질적으로 콜리메이트된 빔을, 예를 들어 도 1에서 점선으로 표시되는 바와 같이, 분산 빔으로 변환한다. 렌즈(126)는 그 분산 빔을 대체로 리콜리메이트하여, 광확산기(130)를 향해서 그 콜리메이트된 빔의 방향을 조정한다.
광확산기(130)는 다음의 적어도 2개의 광학적 기능을 수행한다. (1) 공간 강도 균질기(spatial intensity homogenizer)로서 동작하는 기능, (2) 렌즈(126)로부터 수신된 콜리메이트된 빔 위에 특정한 각분포를 부가하는 기능. 광확산기(130)의 제 1 기능과 관련하여, 광확산기(130)에 인가된 광은 다양한 강도 불균일성을 통상적으로 갖는데, 이는 주로, 빔의 주변부 부근보다 빔의 중심축 부근에 보다 많은 광이 집중되어 있어서, 레이저(112)에 의해 방사된 광의 빔이 명점(bright spots) 및/또는 다양한 형상의 스트라이프와 같은, 불균일한 강도 분포를 갖기 때문이다. 그러나, SLM(156)이 그 액티브 영역에 걸쳐서 일반적으로 균일한 조명 또는 실질적으로 균일한 강도 분포 하에서 위치되어 있으면, 통상적으로 고품질의 투사 이미지가 얻어진다. 따라서, 광확산기(130)는 불균일한 광강도 분포를 실질적으로 균일한 광강도 분포로 변환시킨다.
일실시예에서, 광확산기(130)의 제 2 기능과 관련하여, 광확산기는 비교적 복잡한 미세 구조의 표면을 갖는 광학적으로 투명한 판을 구비한다. 콜리메이트된 빔이 광확산기(130) 상에 조사되면, 표면의 상이한 부분들은 콜리메이트된 빔의 대응하는 부분들의 전파 방향을 각각의 상이한 양만큼 변경시켜서, 광확산기에 의해 생성된 빔에 있어서 대응하는 각분포를 형성한다. 이러한 각분포는 SLM(156)의 각 픽셀이 광원(110)으로부터 광을 수신하여 SLM에서 경사각 다이버시티를 생성하는 각도의 범위를 정의한다. 다양한 실시예에서, 광확산기(130)는 약 2°~약 10° 사이에 있는 각분포 폭을 생성하도록 설계될 수 있다. 본 명세서에서 그 전체가 참조로써 포함되어 있는 미국 특허 출원 제20020034710호는, 광확산기(130)로서 기능할 수 있는 광확산기의 제조 및 사용 방법을 개시하고 있다. 다양한 실시예에서, 미국 뉴욕 로체스터의 RPC 포토닉스 주식회사에서 상업적으로 입수가능한 것으로부터 선택된 다양한 광확산기가 광확산기(130)로서 사용될 수 있다.
프로젝터(100) 내의 광학 소자가 일시적으로 고정되면(다른 것에 대해 움직이지 않음), SLM(156)의 픽셀은 상이한 입사각을 갖는 광선간에서 소정의 위상 관계로 특성화된 조명을 수신한다. 그러나, 이러한 위상 관계는 광확산기(130)에 대한 픽셀의 위치 함수로서 변화된다. 프로젝터(100)는 이러한 상대적인 위상 변화를 이용하여 투사된 이미지에서의 스펙클이 감소하도록 설계되어 있다.
일실시예에서, 광확산기(130)는 움직이도록, 예를 들어 도 1에서 양쪽 화살표로 표시된 바와 같이 X축을 따라 진동하도록 되어 있다. SLM(156)의 소정의 픽셀에서, 광확산기(130)의 이러한 움직임은, 픽셀에서 수신되고 있는 광의 각도 범위를 실질적으로 변경하지 않고서, 상이한 입사각을 갖는 광선의 상대적인 위상에 대해 진동의 일시적 변조를 실시한다. 이러한 진동 변조의 빈도가 충분히 높으면, 예를 들어 깜박임 융합 레이트보다 높으면, 변조가 픽셀에서 수신된 광의 공간 코히런스를 감소시켜서 스펙클을 일으키는 간섭을 억제할 수 있기 때문에, 투사된 이미지에서 스펙클의 출현이 감소될 수 있다.
당업자라면 광확산기(130)의 다른 형태의 주기적 또는 비주기적인 움직임도 투사된 이미지에서의 스펙클을 감소시킬 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 광확산기(130)는 XZ면에 평행한 평면 궤적을 따라 움직이도록 구성될 수 있다. 광확산기(130)의 임의의 선택된 포인트의 궤적이 약 1mm의 변을 갖는 직사각형 내에 들어가도록 평면 궤적을 구성할 수 있다. 평면 궤적은 하나 이상의 직선 부분을 갖도록 더욱 구성될 수 있고, 이들 직선 부분의 각각은 대응하는 방향에서 광확산기(130)를 이동시킨다. 상기 궤적은 마찬가지로 하나 이상의 곡선 부분을 가질 수 있고, 이들 곡선 부분의 각각은, Y축에 실질적으로 평행한 회전축을 갖는 이동 움직임 성분 및 회전 움직임 성분으로 분해될 수 있는 광확산기(130)의 움직임을 생성한다. 일실시예에서, 광확산기(130)는 3차원 궤적을 따라 움직이도록 구성될 수 있다. 이러한 3차원 궤적은 XZ면에 평행한 움직임 성분을 생성하는 실질적인 부분을 갖는 것이 바람직하다.
프로젝터(100)의 전체적인 사이즈는 다양한 구성요소들의 상대적인 방향 및 위치와, 그것들의 형상 및 사이즈에 의해 제어된다. 휴대용 전자 장치 상에 탑재가능한 프로젝터(100)를 제작하기 위해, 프로젝터의 적어도 하나의 치수, 예컨대 Z치수는 예를 들어 약 10mm보다 작을 수 있다. 그러나, 프로젝터(100)의 상기한 광학 구조는 투사 렌즈(160)의 최소 사이즈에 대해 소정의 제약을 부여한다. 다음 단락에서 설명되는 프로젝터(100)의 실시예는, 상기의 휴대용 애플리케이션에 있어서 바람직할 수 있는 예시적인 실시예를 제공한다.
일실시예에서, 광확산기(130)는 이방성의 각분포를 생성하도록 설계된다. 예컨대, 수직(예를 들어, Z) 방향을 따른 각도 확산(angular spread)이 수평(예를 들어, X) 방향을 따른 각도 확산보다 좁아지도록(예를 들어, 2배 이상만큼), 광확산기(130)를 설계할 수 있다. 투사 렌즈(160)의 높이(즉, Z수치)가 광확산기(130)와 투사 렌즈 사이의 유효 광로의 길이 및 수직 방향에서의 각분포의 폭(또는 범위)에 대해 직접적으로 관련되어 있기 때문에, 투사 렌즈의 Z-방향 사이즈(또는 높이)를 감소시키는데 각분포의 감소된 폭을 이용할 수 있다. 일실시예에서, 광확산기(130)는 약 10mm보다 작은 높이를 갖는 투사 렌즈(160)를 이용할 수 있도록 설계 및 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝터(200)의 평면도를 나타낸다. 프로젝터(200)는, 프로젝터(100)의 광원(110) 및 변조부(150)와 각각 많은 동일한 소자를 채용하는 광원(210) 및 변조부(250)를 갖는다. 그들 소자의 설명은 이하에서 반복하지 않는다. 이하의 설명은, (i) 광원(210)과 광원(110), (ii) 변조부(250)와 변조부(150) 사이에서의 차이에 대해 주로 초점이 맞춰져 있다.
광원(210)에 있어서, 광원(110)과는 달리, 광원(210)은 콜리메이트 렌즈(114r, 114g, 114b)와 유사한 콜리메이트 렌즈를 채용하지 않기 때문에(도 1 및 2 참조), 각 레이저(112r, 112g, 112b)는 대응하는 발산빔을 색 합성기(118)에 인가한다. 색 합성기(118)는 각각의 발산 빔을 렌즈(224)로 향하게 한다. 렌즈(224)는 수신된 발산 빔의 각각을 대응하는 수렴빔(converging beam)으로 변형하도록 구성된다. 변조부(250)의 SLM(156)으로 가는 도중에, 상기 수렴빔의 광은 2개의 빔 성형 소자, 즉 광원(210) 내에 위치한 광확산기(228)와 변조부(250) 내에 위치한 광학 필드 렌즈(258)와 마주친다. 이들 빔 성형 소자가 없는 경우에, 레이저(112r, 112g, 112b)의 출력 개구가 SLM(156)의 액티브 영역의 중간 부분(예를 들면, 중심 부근) 상에 이미지화되도록 렌즈(224)를 구성한다.
광확산기(228)는, 광확산기(122, 130)(도 1)의 대응하는 2개의 기능(도 1)과 유사한 2개의 기능을 수행하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 광확산기(228)는, (1) 일반적으로 원형 또는 타원형의 단면을 갖는 빔을, SLM(156)의 액티브 영역에 대응하는 형상인 직사각형의 단면을 일반적으로 갖는 빔으로 변형시키고, (2) 그 변형된 빔 내에서 강도 분포를 균질화하도록 구성된다. 이들 기능을 수행하는 동안에, 광확산기(228)는 그것을 통해서 송신된 광빔의 수렴도를 변경한다. 보다 구체적으로, 수신된 광선마다, 광확산기(228)는 예를 들어 도 2에 점선으로 표시된 바와 같은 소정의 각도 확산을 제공한다. 상기한 미국 특허 출원 제20020034710호 및 미국 특허 제7,307,786호는, 광확산기(228)로서 기능할 수 있는 광확산기의 제조 및 이용 방법을 개시하고 있다.
도 2에서, 광확산기(228)는 예시적으로 렌즈(224)보다 하류쪽에 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 광확산기(228)는 렌즈(224)보다 상류쪽에 배치될 수 있다. 일실시예에서, 광확산기(228)로서 사용하기에 적합한 광확산기는, 상기한 RPC 포토닉스 주식회사로부터 구입할 수 있다.
렌즈(224) 및 광확산기(228)의 결합 효과는, SLM(156)의 실질적으로 직사각형의 액티브 영역에 걸쳐서 실질적으로 균일한 조명 강도를 생산하는 것이다. SLM(156)에서 광원(210)에 의해 형성된 조명 영역(광 스팟)은 SLM의 액티브 영역보다 다소(예를 들어, 10%) 큰 영역이며, 액티브 영역의 형상에 대응하여 일반적으로 직사각형 형상을 갖는다. 렌즈(224)의 상기한 구성으로 인해, 조명 영역은 비교적 날카로운 가장자리(즉, 조명 영역과 비조명 영역 사이의 천이 영역이 비교적 좁음, 예를 들면, 조명 영역의 직선 크기의 약 1%와 약 10% 사이에 있는 거리에 걸쳐서 광강도가 약 90%만큼 떨어짐)를 갖는다. 프로젝터(200)에서의 SLM(156)의 각 픽셀은, (1) 레이저(112r, 112g, 112b)에 의해 방사된 광의 발산각과, (2) 렌즈(224)에 의해 도입되는 확대 인자(magnification factor)와, (3) 광확산기(228)에 의해 유도된 각도 확산에 관련되어 있는 각분포를 갖는 조명을 수신한다. 다양한 실시예에서, 이들 파라미터는, 약 2°~약 10°의 범위에 있는 각분포 폭을 생성하도록 SLM(156)에서 선택될 수 있다.
프로젝터(200)는 프로젝터(100)의 투사 렌즈(160)(도 1)와 일반적으로 유사한 투사 렌즈(260)를 갖는다. 그러나, 수용 제한 각도와 같은 투사 렌즈(260)에 대한 소정의 설계 제약 사항들을 경감시키는데 필드 렌즈(258)를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 필드 렌즈(258)가 없으면, 투사 렌즈를 향하고 있는 광이 비교적 큰 각도 범위를 갖기 때문에, 투사 렌즈(260)의 측면 사이즈가 상대적으로 커지기 쉽다. 필드 렌즈(258)는, 투사 렌즈(260)의 측면 사이즈를 감소시키거나, 투사 렌즈에 의해 SLM(156)으로부터 화면(190) 상에 형성된 이미지로 중계된 광의 양을 증가시키는데 사용될 수 있는 범위를 감소시킨다. 렌즈(258)를 사용함으로써, 투사 렌즈(260)는 텔레센트릭 렌즈(즉, 주광선(chief rays)이 렌즈의 광축에 평행한 렌즈)일 수 있다. 예컨대, 텔레센트릭 렌즈는 투사된 이미지 내에서의 비네팅(vignetting) 및 색상 누화를 줄이는 것을 돕고, 종래의 포토그래픽 렌즈보다 보다 높은 해상도를 지원하고 또한 보다 많은 광을 송신할 수 있기 때문에, 당업자라면, 텔레센트릭 투사 렌즈의 사용이 유리할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 투사 렌즈(260)의 텔레센트리시티(telecentricity)는 그 사이즈를 줄이는데 사용될 수 있다.
프로젝터(200) 내의 모든 광학 소자들이 고정적이면(다른 것에 대해 움직이지 않으면), SLM(156)의 픽셀은 상이한 입사각을 갖는 광선간에 특정한 위상 관계를 갖는 조명을 수신한다. 그러나, 이러한 위상 관계는 광원(210)에 의해 SLM(156)에서 생성되는 조명 영역 내에서 픽셀의 위치 함수로서 변화된다. 프로젝터(200)는 이후에서 설명되는 바와 같이 투사된 이미지에서의 스펙클을 감소시키기 위해서 이러한 상대적인 위상 변화를 이용하도록 설계되어 있다.
일실시예에서, 렌즈(224)는 광확산기(228)와 SLM(156)에 대해서 움직이도록, 예를 들어 도 2에 도시된 이중 화살표로 표시된 바와 같이 렌즈의 광축에 대해 수직으로 진동하도록 구성되어 있다. 렌즈(224)의 이러한 움직임은, 광원(210)에 의해 SLM(156)에서 생성된 조명 영역(광 스팟)의 측면 움직임을 형성한다. 이러한 움직임의 진폭은, SLM(156)의 액티브 영역이 조명 영역 내에 들어가도록 선택되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 조명 영역은 SLM(156)의 액티브 부분 상에 남아 있고, 조명 영역의 경계는 SLM의 액티브 부분의 바깥쪽에 있다. SLM(156)의 소정의 픽셀에서, 조명 영역의 측면 움직임은 상이한 입사각으로 픽셀에 대해 입사하는 광선의 상대적인 위상에 대해서 일시적인 변조를 부여한다. 이러한 일시적인 변조의 빈도가 충분히 높으면, 예를 들어 깜박임 융합 레이트보다 높으면, 투사된 이미지에서의 스펙클의 출현이 줄어들 수 있다.
당업자라면 렌즈(224)의 다른 형태의 주기적 또는 비주기적인 움직임도 투사된 이미지에서의 스펙클을 감소시킬 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 렌즈(224)는 XZ면에 평행한 평면 궤적을 따라 움직이도록 구성될 수 있다. 렌즈(224)의 임의의 선택된 포인트의 궤적이 약 1~3mm의 변을 갖는 직사각형 내에 들어가도록 평면 궤적을 구성할 수 있다. 평면 궤적은 하나 이상의 직선 부분을 갖도록 더욱 구성될 수 있고, 이들 직선 분분의 각각은 렌즈(224)의 대응 이동을 생성한다. 상기 궤적은 마찬가지로 하나 이상의 곡선 부분을 가질 수 있고, 이들 곡선 부분의 각각은, Y축에 대체로 평행한 회전축을 갖는 이동 움직임 성분 및 회전 움직임 성분으로 분해될 수 있는 렌즈(224)의 움직임을 생성한다. 일실시예에서, 렌즈(224)는 3차원 궤적을 따라 움직이도록 구성될 수 있다. 이러한 3차원 궤적은 XZ면에 평행한 움직임 성분을 생성하는 실질적인 부분을 갖는 것이 바람직하다.
일실시예에서, 광원(210) 내의 레이저(112r, 112g, 112b)의 각각은 반도체 레이저 다이오드 또는 DPSS(diode-pumped solid state) 레이저로서 구현된다. 종래기술에서 알려진 바와 같이, 통상의 에지 발광 반도체 레이저 다이오드는 일반적으로 타원형의 단면을 갖는 광뿔을 방사한다. 광원(210)에서, 각 타원형의 짧은 축은 Z축에 실질적으로 평행하고, 타원형의 긴 축은 XY면에 대해 평행하도록, 반도체 레이저 다이오드(레이저(112r, 112g, 112b))가 맞춰져 있다. 그 결과, 변조부(250) 내의 SLM(156)에 의해 수신된 광빔은, 수평의 각도 확산, 즉 X-Y면에서의 확산보다 좁은 수직, 즉 Z-방향의 각도 확산을 갖는 이방성의 각분포를 갖는다. 도 1을 참조하여 앞에서 설명한 바와 같이, 투사 렌즈(이 경우에는, 투사 렌즈(260))의 높이(즉, Z수치)는 수직의 각도 확산과 관련되어 있다. 따라서, 프로젝터(200)에서 비교적 작은 값의 각도 확산을 이용하여, 비교적 작은 높이를 갖는 투사 렌즈(260)로 프로젝터가 동작할 수 있게 된다. 일실시예에서, 프로젝터(200)는 약 10mm보다 작은 높이를 갖는 투사 렌즈(260)의 사용을 가능하게 하는 방사 패턴의 레이저(112r, 112g, 112b)를 채용한다.
다른 실시예에서, 광원(210) 내의 레이저(112r, 112g, 112b)의 각각은 일반적으로 원형의 단면을 갖는 광뿔을 방사한다. 그러나, 광확산기(228)는, 수직(Z) 방향에서의 각도 확산이 수평(X) 방향에서의 각도 확산보다 좁아지도록, 이방성의 각분포를 부여하도록 설계되어 있다. 비교적 작은 값의 수직의 각도 확산은, 프로젝터(200)가 약 10mm보다 작은 높이를 갖는 투사 렌즈(260)로 동작할 수 있게 한다.
광원(210)(도 2)과 광원(110)(도 1)을 비교해 보면, 광원(210)이 보다 적은 광학 소자를 가짐을 발견할 수 있다. 광원(210)의 이러한 특성은, 구현된 광원(110)보다 작은 사이즈를 가질 수 있게 한다. 당업자라면, 광원(210, 110)간의 가장 현저한 사이즈 차이가 Y치수에 있음을 이해할 것이다. 프로젝터(100)의 변조부(150)와 비교해서, 프로젝터(200)의 변조부(250)가 추가적인 소자, 즉 필드 렌즈(258)를 선택적으로 가지고 있더라도, 그 위치에서 비교적 단순하고 얇은 렌즈가 적절한 성능 특성을 제공할 수 있기 때문에, 그 렌즈를 수용하는데 필요한 추가적인 공간은 그리 중요하지 않다. 또한, 상기한 것과 유사한 이유 때문에, 프로젝터(100)의 소정의 실시예는 렌즈(258)와 유사한 필드 렌즈를 가질 수도 있다. 어느 경우에나, 프로젝터(200)는 일반적으로 프로젝터(100)보다 전체적으로 차지하는 공간이 작게 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로젝터(300)의 평면도를 나타낸다. 프로젝터(300)는 프로젝터(200)(도 2)와 대략 유사하고, 2개의 프로젝터에서 유사한 소자는 마지막 2자리수가 동일한 라벨로 표시된다. 프로젝터(300, 200)간의 주요한 차이에 대해 이하에서 보다 상세히 설명한다.
프로젝터(300, 200)간의 한가지 차이는, 스펙클 경감을 위해서, 대응하는 광원에 의해 생성된 조명 영역의 측면 움직임을 SLM에서 형성하는 방식에 있다. 보다 구체적으로, 프로젝터(300)는 다른 광학 소자를 통해서 광확산기(328)와 SLM(356)을 광학적으로 연결하는 미러(342)를 갖는다. 미러(342)는 웨지(wedge)(344)(플레이트에 걸쳐서 두께가 변하는 테이퍼를 가짐(테이퍼드 플레이트(tapered plate))의 측면 상에 반사(예를 들면, 금속)층을 증착함으로써 형성된다. 웨지(344)는 모터(348)의 회전자(346) 상에 탑재되어 있고, 웨지의 후면은 회전자의 회전축(도 3에서 OB로 표시됨)에 직교한다. 이러한 구조 때문에, 미러(344)에 대한 법선(도 3에서 OA로 표시됨)과 회전자(346)의 회전축은 그것들 사이에 각도 θ를 갖는다. 각도 θ는 웨지각, 즉 웨지(344)의 후면과 미러(342)의 평면 사이의 각도와 대략 동일한 값을 가짐을 유의한다. 일실시예에서, 각도 θ는 약 1°~약 10°이다.
모터(348)가 ON 되면, 회전자(346)가 회전함으로써, 미러(342)에 대한 법선이 회전축보다 전진한다. 이러한 전진(precession)은, PBS(352)를 향해 미러(342)에 의해 방향이 설정된 광빔(332)의 전파 방향에 있어서 대응되는 전진을 야기한다. 광빔(332)의 전진은, SLM(356)에서 빔에 의해 형성된 조명 영역이 원형 궤적을 따라 측면으로 이동하도록 한다. 이러한 원형 궤적의 직경은, SLM(356)의 액티브 영역이 조명 영역 내에 들어가도록, 즉 조명 영역이 SLM(356)의 액티브 영역에 남아 있고 또한 조명 영역의 경계가 SLM의 액티브 부분의 바깥쪽에 있도록 선택되는 것이 바람직하다. SLM(356)의 소정의 픽셀에서, 이러한 측면 움직임은 상이한 입사각을 갖는 광선의 상대적인 위상의 일시적 변조를 부여한다. 모터(348)의 회전 속도가 충분히 높으면, 위상 변조가 픽셀에서 수신된 광의 공간적인 코히런스를 적용가능한 시간 스케일로 줄일 수 있고, 스펙클을 야기하는 간섭 효과를 억제할 수 있기 때문에, 투사된 이미지에서 스펙클의 출현이 감소될 수 있다. 프로젝터(300) 내의 렌즈(324)는 프로젝터(200) 내의 렌즈(224)의 움직임과 동일한 방식으로 움직일 수 있거나 고정될 수 있음을 유의한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로젝터(400)의 평면도를 나타낸다. 프로젝터(400)는 프로젝터(200)(도 2)와 대략 유사하고, 2개의 프로젝터에서 유사한 소자는 마지막 2자리수가 동일한 라벨로 표시된다. 프로젝터(200, 400)간의 주요한 차이에 대해서 이하에 보다 상세히 설명한다.
프로젝터(200, 400)는 동일한 기본적인 광학 배치의 "접혀진(folded)"과 "접혀지지 않은(unfolded)" 구조를 각각 나타내고 있다. 프로젝터(200)의 접혀진 광학 배치는 반사시에 동작하는 SLM(156)을 갖는다. 그 결과, 광이 SLM(156)을 왕복하기 때문에, 광은 프로젝터(200) 내의 필드 렌즈(258)를 각각 2번 통과하게 된다. 반대로, 프로젝터(400)에서 사용되는 SLM(456)은 송신시에 동작한다. 그 결과, 동일한 광학 기능을 구현하기 위해, 프로젝터(400)는 2개의 필드 렌즈, 즉 렌즈(458a-b)를 채용한다. 프로젝터(400) 내의 렌즈(458a-b)는, 광이 SLM(156)에 의해 반사되기 전후에, 프로젝터(200) 내의 렌즈(258)에 의해 수행되는 것과 유사한 광학 기능을 각각 수행한다. 이러한 송신 구조 때문에, 프로젝터(400)는 PBS(152)와 유사한 PBS 또는 프로젝터(200)의 1/4파판(154)과 유사한 1/4파판을 사용할 필요가 없음을 유의한다. SLM(456)으로서 사용될 수 있는 적합한 LCOS SLM은, 세이코 엡슨 주식회사에 의해 제조되고, 멀티미디어 프로젝터 모델 EMP-83/822의 부품으로서 상업적으로 이용가능하다.
프로젝터(400)는 단일 레이저(412)를 갖는 것으로 예시적으로 도시되어 있고, 예를 들어 모노크롬 프로젝터로서 동작한다. 프로젝터(400)는 비교적 좁고 긴 공간을 차지하고, 예를 들어 비교적 좁은 종래의 레이저 포인터와 유사한 펜 형상의 장치에 내장하기에 매우 적합하기 때문에, 소정의 포터블 애플리케이션에 있어서 유리할 수 있다. 다른 실시예에서, 예컨대 도 1-2에 도시된 X-큐브를 이용하여, 보다 많은 레이저(컬러)가 프로젝터(400)에 추가될 수 있어, 프로젝터가 멀티 컬러의 이미지들을 투사시킬 수 있다.
프로젝터(400)에서의 스펙클 경감은, 예를 들어 도 4에서의 이중 화살표로 표시되는 바와 같이, 렌즈(424)를 움직이게 함으로써 가능하게 될 수 있다. 렌즈(424)의 이러한 움직임은, 레이저(412)에 의해 생성된 조명 영역의 SLM(456)의 표면에 대한 측면 움직임을 생성한다. SLM(456)의 소정의 픽셀에서, 이러한 측면 움직임은 상이한 입사각을 갖는 광선의 상대적인 위상에 대해 일시적 변조를 부여한다. 이러한 일시적 변조의 빈도가 충분히 높으면, 화면(490) 상에 투사되는 이미지 내의 스펙클의 양이 감소된다. 당업라자면, 투사된 이미지 내의 스펙클을 감소시키기 위해서, 다른 형태의 주기적 또는 비주기적인 움직임이 렌즈(424) 상에 동일하게 부여될 수 있음을 이해할 것이다.
일실시예에서, 렌즈(458a-b, 460)의 각각의 초점 길이(f1, f2, f3)의 위치는 도 4에 표시된 바와 같이 선택된다. 보다 구체적으로, 렌즈(458a-b)는 SLM(456)에 매우 가깝게 위치되어 있다. 광확산기(428)와 투사 렌즈(460)는, SLM의 반대쪽에서 SLM(456)으로부터 각각 거리 f3, a만큼 떨어져서 위치되어 있다. 투사 화면(490)은 렌즈(460)로부터 거리 b만큼 떨어져서 위치되어 있고, 여기서 a=1/(1/f1+1/b)이다. 이러한 광학 구조는 투사 렌즈(460)가 텔레센트릭 렌즈로 될 수 있으며, 그 소정의 이점은 앞서 설명한 바와 같다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전자 장치의 3차원 사시도를 나타낸다. 다양한 실시예에서, 장치(500)는 핸드폰, PDA, 미디어 플레이어 등일 수 있다. 장치(500)는 제어키의 세트(510)와 비교적 작은 통상의 표시 화면(520)을 갖는다. 장치(500)의 좁은 단말측(가장자리)은 장치에 내장된 프로젝터를 위한 광출력 포트로서 기능하는 구멍(530)을 가진다. 다양한 실시예에서, 장치(500)는 프로젝터(100, 200, 300, 400) 중 하나를 포함시킬 수 있다. 도 5에서, 장치(500)의 프로젝터는 예시적으로 백색 종이(590) 상에 비교적 큰 이미지를 투사하는 것으로 도시되어 있다.
본 명세서에서 설명되는 다양한 실시예는, Randy C. Giles 등에 의해 2007년 3월 2일에 출원된 미국 특허 출원 제11/713,207호, Vladimir A. Aksyuk 등에 의해 2007년 3월 2일에 출원된 미국 특허 출원 제11/681,376호, Vladimir A. Aksyuk 등에 의해 2007년 3월 2일에 출원된 미국 특허 출원 제11/713,155호, Gang Chen 등에 의해 2007년 3월 2일에 출원된 미국 특허 출원 제11/713,483호에 개시되어 있는 광학 프로젝터, 멀티 컬러 광원, 스펙클 제거 방법 및 구조, 및/또는 공간광 변조기(SLM)를 사용할 수 있고, 및/또는, 이들 특허 출원에 개시된 광학 프로젝터 및 광학 이미지 형성 방법에 사용될 수 있다. 이들 4개의 특허 출원은 본 명세서에서 참조로써 포함되어 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명을 제한된 의미로 해석하지 말아야 한다. 예컨대, 광확산기(228) 및 렌즈(224)의 광학적 기능은 실질적으로 단일체인 하나의 광학 소자로 통합될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예뿐만 아니라, 상기한 실시예의 다양한 변경은, 이하의 청구항에서 기재된 바와 같이 본 발명의 원리 및 범위 내에 있으며, 이는 당업자에게 있어서 명백하다.
그 밖에 명시적으로 기재되지 않는 한, 각 수치 및 범위는, 값 또는 범위의 앞에 "약" 또는 "대략"이란 단어와 같이 대략적인 것으로 해석되어야 한다.
만약에 이하의 방법 청구항에서의 소자들이 특정한 순서로 기재되어 있더라도, 청구항 설명이 그 소자들의 일부 또는 전체를 구현하기 위해 특정한 순서를 나타내지 않는 한, 그 소자들은 특정한 순서로 구현되는 것으로 반드시 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서의 "일실시예" 또는 "실시예"란, 실시예와 관련하여 설명되는 특정한 특성, 구조 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 여러 부분에서의 "일실시예에서" 라는 표현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니고, 다른 실시예들과 상호 배타적인 별도의 실시예또는 대안적인 실시예를 지칭하는 것도 아니다. "구현"이란 용어에 상기 동일한 사항이 적용된다.
상세한 설명의 전체에서, 도면은 크기를 변경하지 않고 예시적인 것이므로, 본 발명을 제한하는 것이 아니라 설명하는 것이다. 높이, 길이, 폭, 상부, 하부와 같은 용어의 사용은 엄격히 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위한 것이며, 특정한 방향으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 예컨대, 높이는 수직 상승 제한만을 의미하지 않지만, 도면에서 도시된 바와 같이 3차원 구조의 3개의 치수 중 하나를 식별하는데 사용된다. 이러한 "높이"는 "길이" 및 "폭"이 수평면에 놓여 있는 경우에는 수직적이지만, "길이" 및 "폭"이 수직면에 놓여있는 경우에는 수평적이다.
또한, 본 설명을 위해서, "연결", "연결하는", "연결된", "접속" , "접속하는" 또는 "접속된"은, 2개 이상의 소자 간에 에너지가 전달가능하게 되며, 요구되지 않더라도 하나 이상의 추가적인 소자의 삽입이 고려되는, 종래에 공지되거나 또는 이후에 개발되는 임의의 방식을 지칭을 지칭한다. 반대로, "직접 연결된", "직접 접속된" 등의 용어는 이러한 추가적인 요소가 없음을 의미한다.

Claims (10)

  1. 뷰잉 화면(viewing screen) 상에 이미지를 투사하기 위한 광학 장치로서,
    상기 이미지를 형성하기 위해, 공간 패턴(spatial pattern)을 이용하여 수신된 조명 광 빔을 변조하도록 구성된 복수의 픽셀을 갖는 공간 광 변조기(SLM)와,
    레이저와 상기 SLM 사이의 광로를 따라 위치하며, 상기 복수의 픽셀 중 각각의 픽셀에서, 상기 조명 광 빔이 입사각의 범위에 대응하는 광선을 갖도록 상기 SLM에서 상기 조명 광 빔을 생성하기 위해 상기 레이저에 의해 생성된 광을 송신하는 광 확산기를 포함하되,
    상기 광학 장치는 상기 SLM을 가로질러서 상기 조명 광 빔을 이동시키고,
    상기 복수의 픽셀 중 각각의 픽셀에서, 상기 조명 광 빔의 움직임은 상이한 입사각을 갖는 상기 광선의 상대적인 광학 위상을 변화시키는
    광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로를 따라 위치하고, 상기 조명 빔의 상기 움직임을 생성하기 위해 이동하는 렌즈를 더 구비하되,
    상기 렌즈는 상기 SLM 상에 상기 레이저의 출력 개구(output aperture)를 이미지화하도록 구성되는
    발명.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈와 상기 광 확산기는 단일체의 광학 소자(monolithic optical element)로서 구현되는
    발명.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로를 따라 위치하고, 상기 조명 빔의 상기 움직임을 유발하는 미러를 더 포함하는
    발명.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 미러는, 자신의 법선과 평행하지 않은 회전축으로 회전하는
    발명.
  6. 제 5 항에 있어서,
    웨지(wedge)를 더 포함하되,
    상기 미러는 상기 웨지의 일 표면인
    발명.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 SLM은 대응하는 공간 패턴을 이용하여 제 2 레이저로부터 광 빔을 변조하도록 더 구성되고,
    상기 2개의 레이저는 상이한 색상의 광을 방사하고,
    상기 광학 장치는, 상기 SLM으로 상기 2개 색상의 광을 시분할 다중 송신하며,
    상기 광학 장치는, 상기 광 확산기를 통해서 상기 2개의 레이저의 각각에 의해 방사되는 광의 방향을 정하는 색 합성기를 더 포함하는
    발명.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저를 더 포함하되,
    상기 레이저는, 자신의 방사축에 직교하는 상이한 축을 따라 상이한 각도 확산(angular spreads)을 갖는 광을 방사하는
    발명.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 확산기는 상기 송신된 광으로 상이한 방향을 따라 상이한 양의 각도 확산을 유도하는
    발명.
  10. 뷰잉 화면 상에 이미지를 투사하는 방법으로서,
    레이저를 이용하여, 광 확산기를 통해서 광 빔을 통과시킴으로써 공간 광 변조기(SLM)의 표면의 일부를 조명하는 단계 -상기 광 확산기는 복수의 픽셀 중 각각의 픽셀에서, 조명 광 빔이 입사각의 범위에 대응하는 광선을 갖도록 그 위에 입사하는 광 빔을 각도(angularly) 확산시킴- 와,
    상기 이미지를 형성하기 위해, 상기 SLM의 복수의 픽셀에 의해 표시되는 공간 패턴을 이용하여 상기 조명 광 빔을 변조하는 단계와,
    상기 SLM을 가로질러서 상기 조명 광 빔을 이동시키는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 픽셀 중 각각의 픽셀에서, 상기 이동은 상이한 입사각을 갖는 상기 광선의 상대적인 광학 위상을 변화시키는
    이미지 투사 방법.
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