KR20190078616A - 다중 레이저 광대역 광원 및 이미지 콘트라스트 비를 동적으로 제어하는 시스템을 갖는 rgb 프로젝터 - Google Patents

다중 레이저 광대역 광원 및 이미지 콘트라스트 비를 동적으로 제어하는 시스템을 갖는 rgb 프로젝터 Download PDF

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Abstract

광역 동적 범위 프로젝터(HDRP)는 적색, 녹색 및 청색 디지털 광 프로젝터(DPL) 칩을 갖는 적어도 하나의 공간 광 변조기, 각각의 DLP 칩을 조명하도록 작동하는 적색, 녹색 및 청색(RGB) 광 레이저 시스템을 포함하는 레이저 광원; 및 DLP 엔진 및 각각의 RGB 광 레이저 시스템에 연결된 중앙처리유닛(CPU)으로 구성되며, CPU는 원하는 콘트라스트 비에 기반하여 프레임률에서 RGB 광 레이저 시스템 각각의 최적 평균 파워를 결정하도록 작동한다.

Description

다중 레이저 광대역 광원 및 이미지 콘트라스트 비를 동적으로 제어하는 시스템을 갖는 RGB 프로젝터
본 개시 내용은 다중 레이저(multi-laser) 광원을 갖는 RGB(적색, 청색 및 녹색) 프로젝터에 관한 것이다. 특히, 본 개시 내용은 스페클(speckle) 감소에 기여하는 개별적으로 제어되는 광대역 섬유(broadband fiber) 적색, 녹색, 및 청색 다이오드(diode) 레이저에 관한 것이며, 또한 이미지 콘트라스트 비(image contrast ratio)를 동적으로 제어하기 위한 레이저 빔(beam) 전달 시스템에 관한 것이다.
고품질의 프로젝션 디스플레이(projection display)에 대한 수요는, 이미지 품질을 추구하고 영화적 경험을 극대화하려는 소비자와 창조 산업 모두에서 계속 성장하고 있다. 영화 산업이 경주하고 있는 주된 노력들 중 하나는 이미지의 밝기와 콘트라스트를 개선하는 것이다. 최근 파워하우스(powerhouse) 극장 및 프로젝터 기업은 레이저 기술로 돌아섰다. 레이저 기반 프로젝터의 사용은 크세논(Xenon) 전구를 갖춘 전통적인 프로젝터보다 더 저렴한 소유 비용으로, 증가된 수명을 포함하여 더 넓은 색상 영역(gamut) 및 더 높은 콘트라스트 비와 함께 더 밝은 이미지를 제공한다. 그러나 단지 디스플레이의 밝기를 개선하는 것만으로는 어두운 톤(tone)을 약화시켜(wash out) 미디엄 그레이(medium grey)로 바꿀 수 있다. 결과적으로 새로운 레이저 광원에 더하여, 그 산업은 장면(scene)의 최대 밝기 부분에 대한 장면의 밝기의 최저 부분의 세기의 비율인 이미지 콘트라스트의 상당한 확장이 필요했다. 다시 말하면, 콘트라스트가 확장될 때, 이미지는 현실 세계 장면을 더욱 충실히 나타낼 수 있다. 이러한 필요는 광역 동적 범위(high dynamic range)(HDR) 기술을 활용하는 프로젝션 디스플레이에 의해 부분적으로 충족되었다.
진보된 HDR 디스플레이 디자인은 50,000 : 1 을 훨씬 넘어서는 동적 범위를 허용하고 1000000 : 1 만큼 높다고 주장되는 디지털 광 프로젝터(Digital Light Projector)(DLP)에 기반한다. DLP 프로젝터는, 최대 몇백만 개의, 사람의 머리카락 너비의 1/5 보다 넓지 않은 아주 작은 거울을 포함하는 DLP 칩(chip), 즉 디지털 마이크로미터 소자(digital micromirror device)(DMD)에 기반한다. 이 칩에 있는 각각의 거울은 광원에 대해 그 각위치(angular position)를 변경하여 어둡거나 밝은 픽셀을 생성하도록 독립적인 조정이 가능하다. 그러나 이 시점에서 이미지는 그레이 스케일(grayscale)에 있다. 색상은 칩에 도달하기 전에 스피닝 프리즘(spinning prism)을 통과하는 광선에 의해 DMD에 공급된다. 프리즘의 각 세그먼트(segment)는 하나의 색상을 전달한다. 원래 오직 기본 색상인 적색, 청색 및 녹색만이 지원되었다. 더욱 진보된 시스템에서는, 프리즘은 원색에 더하여, 청록색(cyan), 자홍색(magenta), 노란색을 지원한다. 이러한 칩은 최대 1670만 개의 색상을 생성할 수 있는 반면, 3 칩 구조를 갖는 DLP 프로젝터는 최대 35조 개의 색상을 전달할 수 있다. 색상이 DMD에 도달한 후에, 이미지는 렌즈를 통해 그리고 프로젝션 스크린 상으로 공급된다.
생산 단계 동안, 카메라 비디오 정보는 HDR 프로젝터 디스플레이의 컴퓨터 기반 처리 유닛(computer-based processing unit)에 의해 처리된다. 보통 이것은 이미지 변환 유닛이나 스케일러(scaler)를 갖는 카메라 제어 유닛에 최초에 저장된 다양한 표준에 기반하여 이미지 신호를 입력함으로써 이루어진다. 스케일러는 입력 이미지 신호를 프로젝션 포맷(format)을 갖는 이미지 신호로 통합하여, 그러한 신호를 비디오 램(RAM)에 저장한 다음, 그것들을 처리 유닛으로 전송한다. 처리 유닛은 각각의 전송된 이미지 신호를 사용하여 미리 결정된 포맷에 부합되는 프레임률, 예를 들어 1초당 60 프레임, 색상 성분의 디비전 수(division number) 및 디스플레이 그라데이션 수(gradation number)가 증대된 더 빠른 속력의 시분할(time-sharing) 구동에 기반하여 반사형 마이크로 소자를 구동한다.
실용적인 측면에서, 처리 유닛은 카메라로부터 전송되는 데이터에 기반하여 콘트라스트를 향상시키도록 설계된다. 따라서 처리 유닛의 작동은 레이저 기반 광원의 출력 및 DMD의 선택적 "온(on)", '오프(off)" 위치를 관리하는 특정 알고리즘에 기반한다. 그러나 몇몇 알려진 HDR 프로젝터에서, 레이저 기반 광원은 반드시 효율적으로 작동하지는 않아, 광원의 비교적 짧은 유효 수명, 높은 유지 비용 및 다른 알려진 단점을 초래한다. 따라서 HDR 프로젝터에서 레이저 기반 광원의 작동을 최적화하는 것이 바람직하다.
게다가 적어도 몇몇 HDR 프로젝터는, 비디오그래퍼(videographer), 영화 제작자 및 다른 사람들이 그/그녀의 창조적 시각(creative vision)에 따라 미리 프로그래밍된 콘트라스트를 변경하기 위해 레이저 공급원의 출력을 변경하는 수단이 없게끔 작동한다. 따라서 영화 제작자가 레이저 기반 광원의 세기를 조절할 수 있게 하는 콘트라스트 개선 구조(scheme)를 갖는 HDR 디스플레이를 제공하는 것이 바람직하다.
도 1은 레이저 공급원 출력의 조절을 포함하는 HDR의 발명 개념의 개략도(diagrammatic view)이다.
도 2는 RGB 레이저 기반 광원의 하나의 구성을 도시한다.
도 3은 레이저 기반 광원의 또 다른 구성을 도시한다.
도 4a 내지 4c는 개시된 녹색 광섬유 레이저 시스템의 구조 및 작동 원리를 도시한다.
도 5는 DMD 칩의 개략적 단부도(diagrammatic end view)를 도시한다.
도 6은 몇몇 디스플레이에 전력을 공급하는 도 1 내지 3의 하나 또는 다수의 광원을 포함하는 광학적 구조의 개략도(schematic)를 도시한다.
도 1은, 각각의 적색, 녹색 및 청색 레이저 공급원(각각 52, 54 및 56) 사이에 제어 채널(control channel) 및, 원하는 경우 작업자가 탑재된 알고리즘에 따라 본래 생성되는 이미지의 밝기를 변경하기 위해 공급원 각각의 출력을 조절할 수 있게 하는 HDR 프로젝터(60)의 제어 유닛(18)이 각각 제공되는 HDR 프로젝션 디스플레이 시스템(50)을 도시한다.
특히 개시된 디스플레이(50)는 임의의 주어진 비디오 프레임, 즉 연이은 프레임들 사이뿐만 아니라, 동영상(moving picture)을 구성하는 많은 개별적인 정지 이미지들 중 하나에 따라 레이저의 작동을 변경하도록 작동한다. 이는 레이저 시스템(52, 54 및 56)의 입력에 연결된 제어기(55)를 사용함으로써, 그리고 제어기(55)로의 외부 신호에 응답하여 레이저의 출력 각각 또는 임의의 조합의 세기를 변경함으로써 실현될 수 있다. 예를 들어, 일단 콘트라스트 비가 영화 제작자의 요구사항을 충족하면, 변경된 세기는 HDR 프로젝터(60)의 제어 처리 유닛(18)에 저장된다. HDR 프로젝터는 적어도 하나의 광 변조기(light modulator)를 가지지만, 각각의 원색인 적색, 녹색 및 청색에 상응하는 3개의 DLP 엔진을 각각 포함하는 2개의 광 변조기로도 구성될 수 있다.
HDR 디스플레이(50)의 작동을 짧게 살펴보면, 2개 또는 전체 3개의 레이저 시스템이 각각의 출력 빔을 방출한 다음, 그 빔들은 균질화된 결합된 빔을 출력하는 직사각형의 인터그레이터 로드(integrator rod)에서 균질화를 겪는 백색광으로 결합된다. 그 다음 균질화된 빔은 필립스(Philips) 프리즘에 입사하여 적색, 녹색 및 청색 성분으로 분리된다. 그 성분들은 각각의 DLP 엔진을 조명하며, 엔진 각각은 픽셀 배열에서 그에 상응하는 색상에 대한 이미지를 형성한다. 각각의 DLP 엔진으로부터 반사되는 각각의 입사광 성분들의 일부는 추가적인 콘트라스트 향상을 위해 추가로 재결합될 수 있고/있거나 렌즈(40)를 통해 스크린(30) 상에 직접 투영될 수 있다.
일부 RGB 디스플레이에는 각 원색에 대해 216개 또는 65,636개 그리고 심지어 더 높은 가능한 수준들이 있다. 전형적으로, 균일한 백색 또는 흑색을 갖는 프레임은 다색 이미지를 함유하는 프레임과 비교하여 거의 발생하지 않는다. 이들 착색된 이미지의 콘트라스트는, 원하는 온, 오프 및 그 사이의 위치에서 각각의 DMD를 위치시키는 제어기(18)를 작동시키는 알고리즘에 의해 결정된 광도(light intensity)의 변화 정도에 따라 빛의 원색 중 2개 또는 3개를 함께 혼합할 것을 요구한다.
임의의 주어진 프레임이나 이미지는 전형적으로, 알려진 센서 시스템에 의해 결정된 가장 밝은 지점 및 가장 어두운 지점을 갖는다. 알려진 바와 같이, 심지어 DMD가 "오프" 위치에 있고 빛을 반사하지 않더라도, 이 빛은 여전히 스크린 상으로 새어든다. 누구도 정말로 빛의 누출 때문에 밝은 색상의 흔적이 있는 흑색이어야 하는 스크린을 본다고 하여 놀라지 않는다. 그러나 예를 들어, 본 발명 개념은 선택적인 레이저 또는 레이저들의 출력 세기를 감소시킴으로써, 또는 임의의 주어진 프레임에 따라 불필요한 레이저 시스템을 완전히 끔으로써 어두운 프레임 상의 원하지 않는 빛의 흔적을 상당히 감소시키는 것을 가능하게 한다. 임의의 주어진 프레임에 대한 레이저 시스템 각각의 세기에 관한 모든 필요한 정보는 제어기(18)에 저장되고, 그때 피드백 루프 R, G 및 B(각각 62, 64 및 66)에 의해 공급원의 출력 세기를 자동으로 낮추기/증가시키기 위해 사용되며, 따라서 편집된 프레임은 스크린(30) 상에 이미지화될 수 있다.
레이저 시스템(52, 54 및 56)은 펄스형 체제(pulsed regime)에서 작동하며, 거울의 "온" 또는 "오프" 위치로의 변위와 동기식으로 펄스를 출력하도록 선택적으로 제어될 수 있다. 아래 상세하게 논의되는 바와 같이, 적색 및 녹색 섬유 시스템(각각 52, 54)은 프레임률을 상당히 초과하는 펄스 반복률(pulse repetition rate)에서 작동한다. 전형적으로 각 프레임의 지속 시간은 펄스 반복률보다 실질적으로 큰 약 15μs이다. 프레임률과 펄스 반복률의 차이는 바로 아래 설명되는 바와 같이, 향상된 동적 콘트라스트 비 제어에 기여한다.
상기는 DLP 칩(84)을 도시하는 도 5와 함께 더 잘 이해될 수 있다. 예를 들어 오직 칩(84)의 바닥에 위치하는 DMD(86)의 일부만이 "온" 위치에 있는 것을 요구한다고 가정하라. 제어기(18)로부터의 명령에 따라 요구되는 DMD의 "온" 위치로의 변위와 동기하여 섬유 레이저 시스템이 하나의 펄스 또는 펄스들을 출력하도록 섬유 시스템의 펄스형 공급원 또는 공급원들을 작동시키는 것이 가능하다. 섬유 시스템 각각의 펄스형 광원의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어함으로써, DMD 및 섬유 시스템의 펄스형 광원(각각 52 내지 56)의 이러한 동기식 작동이 쉽게 설정될 수 있다. 미리 프로그래밍된 동기화 외에, 작업자는 외부 입력(55)을 사용함으로써 수동으로 프로그램을 재기록하고 미리 결정된 콘트라스트 비를 변경할 수 있다. 녹색, 적색 및 청색 시스템 각각의 빛의 주파수 변환 효율이 악화되지 않도록 섬유 레이저 시스템의 출력의 조절이 제어된다.
완전한 어둠이 요구되지 않는다면, 각 프레임은 항상 가장 밝은 지점을 가지며, 이는 전형적으로 칩의 모든 DMD의 온 위치에 상응하는 최대 가능한 밝기보다 낮다. 이는 임의의 주어진 프레임에 따라 레이저 작동의 최적화를 가능하게 한다. 프로젝터(60)의 제어기(18)에 의해 카메라로부터 수신된 데이터는 원하는 콘트라스트를 제공하기 위해 각 프레임에 대한 각각의 DLP에서 "온"으로 위치된 DMD의 수 및 오프 위치에 있는 각각의 DMD의 수를 포함한다. 그러나 흔히 레이저 광원의 출력 파워는 일정한 수준 또는 요구되는 콘트라스트 비를 제공할 수 있는 요구되는 최소치를 넘어서는 수준에서 유지된다. 이러한 레이저의 작동은 이것의 기능 및 유지 비용에 악영향을 미칠 수 있다.
전술한 단점을 최소화하기 위해, 제어기(18)는, 숙련자에게 공지된 수단(94)에 의해 결정되는, 임의의 주어진 프레임 상의 결정된 가장 밝은 픽셀과 가장 어두운 픽셀 사이에서 원하는 콘트라스트 비를 얻기 위해 필요한 모든 또는 선택적인 레이저 시스템(52 내지 56)의 최소 평균 파워를 결정하도록 작동한다. 계산된 비율에 대한 최소 평균 파워가 결정되고 나면, 제어기(18)는 프레임률에서 모든 또는 선택적인 레이저 시스템의 평균 출력 파워를 제어 가능하게 감소시키도록 작동한다. 개시된 구조와 방법은 작동 온도를 낮추고 레이저 공급원의 전력 소비량을 감소시키는 데 도움을 주며, 이 모든 것은 더 긴 유효 수명과 낮은 유지 비용으로 이어진다.
도 1의 구조는 또한 영화 제작자에 의해 접근 가능한 외부 입력(55)을 갖는다. 때때로 레이저 시스템의 미리 프로그래밍되거나 새롭게 결정된 출력을 겹쳐 쓰는 것(overwrite)이 바람직하다. 입력(55)으로, 영화 제작자는 CPU(18)에 추가로 저장될 수 있는 원하는 비율을 얻기 위해 그/그녀의 창조적 시각에 따라 출력 세기를 수동으로 조절할 수 있다.
바람직하게는, 개시된 광원은 섬유 적색, 녹색 및 청색 레이저 시스템(각각 52, 54 및 56)을 포함한다. 그러나 본 개시 내용의 범위는 섬유 시스템에만 제한되지 않으며 다이오드, 섬유 및 다른 레이저 구성의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색 및 녹색 레이저 시스템(52, 54)이 섬유 레이저 기반 시스템일 수 있는 반면, 청색 레이저 시스템(56)은 바람직하게는 다이오드 레이저에 기반한다. 섬유 레이저 시스템은 전달 섬유 트레인(delivery fiber train)을 거쳐 프로젝터(60)로 안내되는 펄스형 빛을 출력하도록 구성된다. 각각의 레이저 시스템(52 내지 56)은, 각각 오직 하나의 섬유 발진기만을 포함하지만 전형적으로 마스터 발진기 출력 섬유 증폭기(master oscillator power fiber amplifier)(MOPFA) 구조임을 특징으로 하는 하나 이상의 레이저 모듈(module)을 가질 수 있다.
도 2는 개시된 광원의 하나의 구성을 도시하며, 선택된 섬유 레이저 시스템(52 내지 56) 각각은 각각의 전달 섬유(721 내지 72n)를 갖는 다수의 모듈(701 내지 70n)을 포함한다. 균일한 색상의 빛을 발하는 모듈은 일부 또는 모든 모듈의 출력 세기를 감소시키도록, 또는 주어진 프레임이 요구하는 경우 그것들을 완전히 차단(shut down)하도록 작동하는 제어기(18)에 의해 제어된다.
도 3은 개시된 광원의 또 다른 구성을 도시하며, 선택된 섬유 레이저 시스템(52 내지 56) 각각은 단일 모듈(74)을 포함한다. 그러나 모듈(74)로부터의 출력은 다수의 전달 섬유(721 내지 72n)를 통해 프로젝터(60)로 선택적으로 안내될 수 있다. 전달 섬유(72) 사이의 빛의 분포는 스캐너의 작동을 선택된 DMD의 온/오프 위치 및 장소와 동기화하는 제어기(18)에 의해 작동되는 스캐너(76)에 의해 실현될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 개시된 레이저 공급원의 구조 각각은, 누적되는 빛을 다수의 섬유(721 내지 72n)에서 도 1의 프로젝터(60)로 안내하는 출력 섬유(82)를 갖는 섬유 결합기(80)를 추가로 가질 수 있다. 결합기가 없는 도 2 및 도 3의 구성과 같이, 결합기를 갖는 구조는 동일한 색상의 빛이 단일 출력 섬유(82)로 연결되기 전에 선택적인 전달 섬유(721 내지 72n)를 따라 안내될 수 있도록 작동한다.
전술한 도 5로 돌아가서, 결합기(80)가 없는 변경에서 도 2 및 도 3 각각의 임의의 구성에서, 동일한 색상을 안내하는 각 전달 섬유(72)의 출력 단부는 그에 상응하는 DMD 칩(84)과 직접적으로 병치(juxtapose)될 수 있다. 도 1의 제어 회로의 유연성을 사용하여, 동일한 색상의 빛은 칩(84)의 원하는 세그먼트에 대향하는 그 섬유(72)에 의해서만 안내될 수 있다. 이 특징은 DMD 및 광원의 동기화된 작동에 더하여 사용될 수 있다.
섬유 레이저는 수명이 길며 벽-플러그 효율(wall-plug efficiency)이 높고 공간 밝기가 극히 높은 것으로 알려져 있으며, 거의 평행한 빔에서 아주 작은 지점으로부터의 파워를 전달한다. 이러한 고유의 광학적 특성은 영화관을 위한, 그리고 궁극적으로 새로운 종류의 레이저 조명을 위한 핵심 역량을 가능하게 하며, 이는 거의 무제한의 양의 RGB 광을 디지털 프로젝터로 입력시키는 능력이고, 효율적이고 유연한 광섬유를 거쳐 수 킬로와트(kilowatt)의 가시광선을 전달하는 능력이다. 섬유 레이저의 또 다른 독특한 특징은, 완전히 포화된 색상의 인지에 기여하는 그들의 본질적인 협대역이다.
불행히도, 무작위의 거친 표면[예를 들면, 프로젝션 스크린(30)] 상에 입사하는 협대역 빛은 또한 “스페클”로 알려진 받아들일 수 없는 이미지 아티팩트(artifact)를 도입한다. 스페클의 시각적 효과는 이미지의 미적인 품질을 손상시키고 또한 이미지 해상도의 감소를 초래한다. 결과적으로 고해상도 디스플레이 시스템의 맥락에서, 스페클이 제거되어야 한다는 것은 보통 필수적인 것으로 여겨진다. 이상적으로는 프로젝션 디스플레이 광원에 대한 스펙트럼 대역폭(spectral bandwidth)은 최소 4nm이고 바람직하게는 약 20nm 만큼 넓은 몇 나노미터(nanometer) 정도여야 한다. 이러한 광원은 준단색(quasimonochromatic), 즉 스페클의 제거에 대해서는 충분히 광대역이지만 색 순도(color purity)에 대해서는 충분히 협대역인 것으로 여겨질 수 있다. 개시된 광원은 아래 개시되는 바와 같이 스페클 효과를 최소화하는 넓은 선복사(broad line radiation)를 출력하도록 구성된다.
알려진 바와 같이, 프레임률은 최대 초당 120 프레임이다. 실제로 프레임률은 전형적으로 60fps 또는 60Hz보다 높지 않다. 이것은 보통 kHz 및 더 높은 주파수 범위에 있는 레이저 출력이 조절될 수 있는 주파수보다 훨씬 낮다. 이러한 높은 주파수는 심지어 연이은 프레임들 사이에서 레이저 공급원의 완전한 차단을 허용할 수 있다. 다시 말하면, 조금씩(iota by iota), 공급원의 효율이 증가하고, 이는 경쟁률이 높은 영화 및 디스플레이 산업에서 결정적인 장점이 된다.
추가적인 광원 변경은 도 6에 도시된 바와 같이, 빔 스위치 조립체(beam switch assembly)(65)를 거쳐 몇몇 HDR 디스플레이에 출력을 공급하는 하나의 고출력 섬유 레이저 공급원의 사용을 여전히 포함한다. 이 구조는 특히 테마 파크(theme park)에 적합할 수 있다. 도 1 내지 도 3의 단일 레이저 공급원을 갖는 다중 디스플레이의 사용은 빔 스위치를 활용함으로써 실현될 수 있다.
알려진 바와 같이, 전형적으로 섬유에 발광 이온으로 사용되는 희토류 금속 이온은 각각의 미리 결정된 파장 범위에서 빛을 발한다. 원하는 파장 범위가 임의의 주어진 종류의 발광 이온의 자연적으로 이용 가능한 범위 밖에 있는 경우, 추가적인 기술이 사용된다. 예를 들어, 각각의 적색, 녹색 및 청색 파장 범위는 주파수 변환 기술을 사용함으로써 얻어질 수 있다.
도 4a는 본 개시 내용에 따라 구성된 녹색 섬유 레이저 시스템(52)의 하나의 변경을 도식적으로 도시한다. 섬유 레이저 펌프(85)는 바람직하게는, 이테르븀(ytterbium)(Yb) 이온에 대해 전형적인 1064μm 와 같은 1 마이크로미터(micron) 범위의 펄스형 광대역 광과 2 미만이면서 바람직하게는 1.1 미만의 좋은 M2 인자를 출력하는 MOPFA 구조를 갖는다. 1nm와 30nm 사이의 선폭을 갖는 광대역 광은, 결정체 내부에 빔의 잉여분을 갖도록 제어 가능하게 위치된, 붕산 리튬(lithium borate)(LBO)과 같이 비임계 위상 정합(non-critically phase match)된 비선형 결정체(90)를 포함하는 제2 고조파 발생기(second harmonic generator)(SHG) 상에 입사된다. 결정체(90)의 출력은 약 532nm의 파장을 중심으로 하는 최대 10nm 및 심지어 15nm의 스펙트럼 선폭(
Figure pct00001
내지
Figure pct00002
)을 갖는 광대역 녹색 광을 포함한다.
주파수 변환 대역폭은 결정체(90)의 실질적으로 전체의 길이를 따라 일정한 온도 구배(gradient)를 생성함으로써 유도될 수 있다. 결정체(90)의 위상 정합 파장은 결정체 온도에 따라 달라진다. 일정한 온도 구배가 결정체 내부에 부과되면,
Figure pct00003
내지
Figure pct00004
범위를 정의하는 다른 파장에 대한 위상 정합 조건은 결정체를 따라 다른 위치에서 충족되며, 이는 넓은 변환 대역폭을 제공한다. 이러한 넓은 변환 대역폭은 적절한 수준 이상으로 스페클을 억제한다.
주변 온도에 관계없이 원하는 온도 구배를 유지하기 위해, 도 1의 제어기(18)에 의해 제어되는 2개의 열전 냉각기(thermoelectric cooler)(TEC)(각각 92, 94)를 구현함으로써 원하는 온도 구배(Tn 내지 T1)가 실현될 수 있다. 온도 T1이 Tn보다 높으면, 변환된 파장은
Figure pct00005
에서
Figure pct00006
으로 증가한다.
레이저 펌프로부터의 빔은 도 4b에 도시된 바와 같이 종(bell)의 형상을 가질 수 있다. 그러나 선폭(
Figure pct00007
내지
Figure pct00008
)은 도 4b의 플랫 탑(flat-top) 빔의 선폭보다 다소 작다. 따라서 많은 경우에 플랫 탑 빔이 선호된다. 변환된 파장 대역은 임의의 적절한 수단에 의해 이중 화살표 A를 따라 TEC(92 및 94)를 이동시킴으로써 제어될 수 있다. 현재 결정체(90)는 최대 5mm의 길이를 가질 수 있지만, 더 긴 결정체가 시험되고 있다.
녹색 섬유 레이저 시스템의 또 다른 구성은 본 출원과 공동 소유되고 참조에 의해 본원에 완전히 포함된 WO20150916('916)에 개시되어 있다. 적색 섬유 레이저 공급원은, 또한 WO '916에 개시되고 참조에 의해 본원에 완전히 포함되는 구성을 가질 수 있다.
비록 본 개시 내용이 개시된 예시에 관해 설명되었더라도, 그러나 전술한 실시예에 대한 많은 수정 및/또는 추가사항은 다음 청구항의 범위 및 진정한 의미에서 벗어남이 없이 레이저 분야의 통상의 기술자에게 쉽게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 광역 동적 범위 프로젝터(HDRP)이며,
    적색, 녹색 및 청색 디지털 광 프로젝터(DLP) 칩을 갖는 적어도 하나의 공간 광 변조기(spatial light modulator);
    각각의 DLP 칩을 조명하도록 작동하는 적색, 녹색 및 청색(RGB) 펄스형 광 레이저 시스템(pulsed light laser system)을 포함하는 레이저 광원; 및
    상기 DLP 엔진 및 각각의 RGB 광 레이저 시스템에 연결된 중앙처리유닛(CPU)을 포함하며,
    상기 CPU는 원하는 콘트라스트 비에 기반한 프레임률에서 상기 RGB 광 레이저 시스템 각각의 최적 평균 파워를 결정하도록 작동하며, 상기 RGB 광 레이저 시스템 각각은 상응하는 광 레이저 시스템의 선택적 디지털 마이크로미러의 "온" 위치로의 변위와 동기하여 펄스를 출력하도록 작동하는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    각 프레임 상의 가장 밝은 픽셀과 가장 어두운 픽셀을 감지하며, 상기 원하는 콘트라스트 비를 결정하도록 작동하는 상기 CPU에 연결되는 각 신호를 발생시키도록 작동하는 센서 시스템을 더 포함하는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    영화 제작자로부터의 외부 입력을 수신하며 상기 원하는 콘트라스트 비를 변경하기 위해 상기 레이저 광원의 출력을 조절하도록 작동하는 제어 채널을 더 포함하는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 적색 및 녹색 광 레이저 시스템은 각각 마스터 발진기 출력 섬유 증폭기(MOPFA) 구조를 갖도록 구성되는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적색 및 녹색 광 레이저 시스템 각각은 단일 MOPFA 모듈 및 복수의 전달 섬유를 포함하는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적색 및 녹색 광 레이저 시스템 각각은 전달 섬유가 각각 제공되는 다수의 MOPFA 모듈을 포함하는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 전달 섬유의 출력 단부를 단일 시스템 출력 섬유와 결합하는 섬유 결합기를 더 포함하는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 녹색 광 레이저 시스템은,
    1nm에서 20nm의 대역폭을 갖는 펄스형 광대역 광선을 출력하는 펌프,
    상기 광대역 광선을 수신하는 제2 고조파 발생기(SHG); 및
    비선형 결정체의 실질적으로 전체의 길이를 따라 상기 광대역 광선의 상기 대역폭 내부에 복수의 파장에 대한 위상 정합 조건을 제공하기 위해 상기 SHG의 상기 비선형 결정체 내부에 온도 구배를 부과하도록 작동하는 다수의 열전 냉각기를 포함하며,
    상기 비선형 결정체로부터의 녹색 광선은 상기 펌프 광대역 광선의 상기 대역폭의 실질적으로 절반인 넓은 변환 대역폭을 가지고, 상기 넓은 변환 대역폭은 스크린 상의 스페클을 억제하기에 충분한,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 펌프로부터의 상기 광대역 광선은 종 형상 또는 플랫 탑 형상을 갖는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 녹색 광 레이저 시스템은 WO20150916에서 청구된 바와 같이 구성되는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적색 광 레이저 시스템은 WO20150916에서 청구된 바와 같이 구성되는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CPU는 연이은 이미지들 사이에서 상기 레이저 광원을 완전히 차단(de-energize)하도록 작동하는,
    광역 동적 범위 프로젝터.
  13. 제1항의 RGB 프로젝터에서 콘트라스트 비를 동적으로 향상시키는 방법이며,
    각 프레임에서 최대 콘트라스트 비를 결정하는 단계; 및
    레이저 공급원 출력이 프레임률에서 상기 결정된 콘트라스트 비를 제공하는 데 필요한 최소 평균 파워를 갖도록 상기 레이저 공급원의 상기 출력을 조절하는 단계를 포함하는,
    콘트라스트 비를 동적으로 향상시키는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    외부 신호에 응답하여 제어 신호를 상기 레이저 공급원에 입력하여 상기 레이저 공급원 출력의 상기 최소 평균 파워를 변경하기 위해 상기 레이저 공급원 출력을 선택적으로 조절하는 단계를 더 포함하는,
    콘트라스트 비를 동적으로 향상시키는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 레이저 공급원은 연이은 이미지들 사이에서 차단되는,
    콘트라스트 비를 동적으로 향상시키는 방법.
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