WO2018012734A1 - 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈 - Google Patents

스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈 Download PDF

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WO2018012734A1
WO2018012734A1 PCT/KR2017/005525 KR2017005525W WO2018012734A1 WO 2018012734 A1 WO2018012734 A1 WO 2018012734A1 KR 2017005525 W KR2017005525 W KR 2017005525W WO 2018012734 A1 WO2018012734 A1 WO 2018012734A1
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WO
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screen
scanner
prism
disposed
distortion correction
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PCT/KR2017/005525
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English (en)
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박우제
이지연
김봉호
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/103—Scanning systems having movable or deformable optical fibres, light guides or waveguides as scanning elements
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/005—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for correction of secondary colour or higher-order chromatic aberrations
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories

Definitions

  • the present invention relates to a scanning projector and a shelf display module including the same, and more particularly, to a scanning projector and a shelf display module including the same that can optically correct screen distortion to improve image quality.
  • Display racks typically include one or more shelves to display items or goods.
  • the shelf In the case of shelves displaying only goods, the shelf does not play any role other than loading goods, and thus has a structure specialized in loading goods.
  • paper prints, ornaments, etc., including information on the store or information on the goods displayed on the shelf may be attached.
  • a projector is an apparatus for projecting an image, and may be used to implement a presentation of a conference room, a projector of a theater, a home theater of a home, and the like.
  • the scanning projector has an advantage that a large screen can be easily implemented as compared to other display apparatuses by implementing an image by scanning light on a screen using a scanner.
  • the shelf display module and the display stand are basically for the purpose of displaying goods and providing information, and may be implemented in various designs according to a customer's use behavior, an interior of a store, a structure of an arrangement area, and the like.
  • 1 is a diagram illustrating shapes of various shelf display modules and screens.
  • the shelf display module may arrange the projector 10 in the shelf case 20 and project an image from the rear of the screens 30a, 30b, and 30c.
  • the screen 30a may have a curved surface that is convex to the outside of the shelf case 20.
  • the screen 30b may have a flat shape.
  • the screen 30c may have a curved shape concave into the shelf case 20.
  • distortion occurring on the screen may also have various characteristics.
  • FIG. 2 and 3 are views referred to for describing distortion generation according to shapes of various shelf display modules and screens of FIG. 1.
  • (A), (b) and (c) of FIG. 3 illustrate the form of screen distortion according to the screen form of (a), (b) and (c) of FIG. 1, respectively.
  • the projector 10 may project an image from the rear of the screens 30a, 30b, and 30c, and the screen may be implemented on the screens 30a, 30b and 30c.
  • the projector 10 may process an image based on a flat screen and may be optically implemented.
  • the flat screen does not cause distortion in the flat screen form 30b, but in the curved screen forms 30a and 30c, the projection distance for each position P1 and P2 is based on the flat screen form 30b. This may cause distortion on the screen.
  • the heights Y1 and Y2 of the image displayed on the screen may vary for each location according to the positions P1 and P2.
  • the degree of screen distortion may be proportional to the difference X between the shortest position P1 and the longest position P2 of the screens 30a, 30b, and 30c on the same straight line with respect to the projector 10. That is, as the position difference X in the screen increases with respect to the flat screen form 30b, the screen distortion may increase.
  • the distortion screen can be corrected by circuit. There is a limit and can be a cause of cost increase.
  • An object of the present invention is to provide a scanning projector and a shelf display module including the same that can realize a high quality image without distortion.
  • An object of the present invention is to provide a scanning projector and a shelf display module including the same that can optically correct screen distortion in correspondence with various screen structures.
  • An object of the present invention is to provide a scanning projector and a shelf display module including the same that can implement a wide screen while reducing noise.
  • An object of the present invention is to provide a scanning projector and a shelf display module including the same that can be handled without changing the design of the optical component when the design of the shelf display module changes.
  • a scanning projector includes a scanner that reflects light and scans in a horizontal direction and a vertical direction, and a distortion correction optical system disposed in front of the scanner, wherein the distortion correction is performed.
  • the optical system may include a prism disposed on the front of the scanner and a diverging lens unit disposed on the front of the prism.
  • the shelf display module for achieving the above or another object object, the shelf case having a storage space, the screen disposed in the front of the storage space, and is disposed inside the storage space,
  • a scanning projector for projecting a predetermined image onto the screen, the scanning projector includes a scanner for reflecting light, scanning in the horizontal and vertical direction and a distortion correction optical system disposed in front of the scanner, the distortion correction optical system It may include a prism disposed on the front of the scanner and a diverging lens unit disposed on the front of the prism.
  • an object of the present invention it is possible to optically correct various screen distortions according to various screen structures.
  • 1 is a diagram illustrating shapes of various shelf display modules and screens.
  • FIG. 2 and 3 are views referred to for describing distortion generation according to shapes of various shelf display modules and screens of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view referred to for describing a shelf display module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a conceptual diagram of a scanning projector.
  • FIG. 6 shows an example of a drive signal waveform of a scanning projector.
  • FIG. 7 is an example of a simplified internal block diagram of a scanning projector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a view referred to in the description of the display rack according to an embodiment of the present invention.
  • 9 and 10 are views referred to for explaining the principle of distortion correction according to the screen shape.
  • FIG. 11 is a top view of a distortion correction optical system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view of a distortion correction optical system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a top view of a distortion correction optical system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 15 and 16 are diagrams referred to for explaining an example of a conventional distortion correction.
  • 17 to 19 are views referred to for description of noise generation when driving a scanner of a scanning projector.
  • 20 is a conceptual diagram of distortion correction according to an embodiment of the present invention.
  • 21 and 22 are views referred to for describing an arrangement angle of a prism according to an embodiment of the present invention.
  • 23 to 27 are views referred to for describing the distortion correction optical system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a top view of a shelf display module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a distortion test result in the shelf display module of FIG. 28.
  • module and “unit” for the components used in the following description are merely given in consideration of ease of preparation of the present specification, and do not give particular meanings or roles by themselves. Therefore, the “module” and “unit” may be used interchangeably.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 4 is a view referred to for describing a shelf display module according to an embodiment of the present invention.
  • the shelf display module 400 may include a shelf case 430 having a storage space, a screen 420 disposed in front of the storage space, and the storage space.
  • the projector 410 may be disposed inside the projector 410 to project a predetermined image onto the screen 420.
  • the screen 420 may be a rear projection screen.
  • the screen 420 may be disposed to be spaced apart from the projector 410 by a predetermined distance in an image projection direction of the projector 410, that is, in a front direction of the storage space.
  • the front surface of the storage space of the shelf case 430 may be formed in a curved surface. Accordingly, the screen 420 may also be arranged and fixed in a curved surface.
  • FIG. 4 is a view illustrating the appearance of the shelf display module 400, and shows the top case 431 of the shelf case 430.
  • the upper case 431 of the shelf case 430 is placed on the article, and serves to support the article.
  • the lower case 432 of the shelf case 430 may form an inner storage space together with the upper case 431, and may support the fixing of the projector 410, the upper case 431, and the side plate 433. have.
  • the upper surface of the lower plate case 432 serves as an inner bottom surface of the storage space, and the projector 410 can be disposed on the inner bottom surface.
  • the side plate 433 of the shelf case 430 may be configured integrally or separately with the lower plate case 432, and may serve to support the article together with the upper plate case 431 / lower case 432.
  • the projector 410 is disposed in the inner storage space of the shelf case 430.
  • the screen 420 may be disposed at a predetermined distance away from the front of the projector 410, that is, in the image projection direction, and display an image from the projector 410 projecting from the rear side.
  • the paper price tag is most frequently used as a method of displaying product information such as prices in retail markets such as marts and department stores.
  • the price information can be updated in the central server.
  • the ESL implemented by e-ink has a disadvantage in that it is possible to express only a single color such as black, gray, and red, and it is inferior in visibility because only a still image can be displayed.
  • a liquid crystal display module has a disadvantage in that a large facility investment is required to realize a long screen of a display stand, it is not applicable to various screens such as curved surfaces other than flat surfaces, and power consumption is large. In addition, there is a disadvantage that the damage caused by the collision with the cart and the replacement cost is large.
  • the present invention can display product information and the like using a projector to improve the problems of existing shelf price display methods.
  • the projector and the shelf display module according to the present invention can implement a large screen at low power using a micro-electro-mechenical system (MEMS) scanner, and display information (eg origin) in addition to the price. Images and images can be displayed.
  • MEMS micro-electro-mechenical system
  • the projector 410 may include an optical engine including an optical component such as a MEMS scanner, a laser light source, and an optical system.
  • an optical engine including an optical component such as a MEMS scanner, a laser light source, and an optical system.
  • the MEMS scanner may be driven vertically and horizontally to form a field of view (FOV).
  • FOV field of view
  • the shelf display module 400 includes a shelf case 430 having a storage space, a screen 420 disposed in front of the storage space, and a predetermined image disposed inside the storage space.
  • Scanning projector 410 for projecting the light to the screen 420, the scanning projector 410 reflects the light, scanning the scanner in the horizontal and vertical direction and the distortion correction optical system disposed in front of the scanner
  • the distortion correction optical system may include a prism disposed on the front of the scanner and a diverging lens unit disposed on the front of the prism.
  • the projector 410 may be a scanning projector described in detail below.
  • FIG. 5 illustrates a conceptual diagram of a scanning projector.
  • the scanning projector 410 may include a light source unit 510 having a plurality of light sources. That is, the red light source 510R, the green light source 510G, and the blue light source 510B may be provided.
  • the light source parts 510R, 510G, and 510B can be equipped with a laser diode.
  • each light source unit 510R, 510G, 510B can be driven by an electric signal from the light source driver 585.
  • the electrical signal of the light source driver 585 may be generated by the control of the processor 570.
  • Light output from the light source unit 510 may be transmitted to the optical scanner 540 through an optical system.
  • the light output from each of the light source units 510R, 510G, and 510B may be collimated through each collimator lens in the light collecting unit 522.
  • the photosynthesis unit 521 synthesizes the light output from each of the light source units 510R, 510G, and 510B and outputs the light in one direction.
  • the photosynthesis unit 521 may include optical components 521a, 521b, and 521c such as a predetermined number of mirrors and dichroic mirrors.
  • the first photosynthesis 521a, the second photosynthesis 521b, and the third photosynthesis 521c are respectively output from the red light and the green light source 510G output from the red light source 510R.
  • the green light and the blue light output from the blue light source unit 510B can be output in the direction of the scanner 540.
  • the light reflection part 526 reflects the red light, green light, and blue which have passed through the photosynthesis part 521 toward the scanner 540.
  • the light reflection unit 226 reflects light of various wavelengths, and for this purpose, may be implemented as Total Mirror (TM).
  • the scanner 540 may receive visible light RGB from the light source unit 510 and sequentially and repeatedly perform the first direction scanning and the second direction scanning to the outside. Such a scanning operation can be repeatedly performed for the entire external scan area.
  • the visible light RGB output from the scanner 540 may be output to the projection area of the screen 502.
  • the scanning projector may further include a distortion correction optical system 550 disposed on the front surface of the scanner 540.
  • the distortion correction optical system 550 may correct distortion that may occur when the light output from the scanner 540 is projected onto a curved screen.
  • the distortion correction optical system 550 is backed out in detail with reference to FIGS. 9 to 27.
  • the screen 502 on which the projection image is displayed has a free-form, it is possible to display the projection image corresponding to the curved surface of the screen.
  • the processor 570 may perform an overall control operation of the scanning projector 410.
  • the operation of each unit in the scanning projector 410 may be controlled.
  • the processor 570 may control the video image received from the outside to be output to the external scan area as a projection image.
  • the processor 570 may control the light source driver 585 for controlling the light source unit 510 for outputting visible light such as R, G, and B.
  • the R, G, and B signals corresponding to the video image to be displayed may be output to the light source driver 585.
  • the processor 570 may control an operation of the scanner 540. Specifically, the first direction scanning and the second direction scanning may be sequentially and repeatedly performed to control the output to the outside.
  • the light source unit 510 may include a blue light source unit for outputting blue single light, a green light source unit for outputting green single light, and a red light source unit for outputting red single light.
  • the light source unit 510 may include an output light source unit 510IR for outputting infrared light output light.
  • each light source unit may be implemented by a laser diode.
  • the light source driver 585 controls the red light source, the green light source, and the blue light source in the light source driver 585 to output red light, green light, and blue light, respectively, in response to the R, G, and B signals received from the processor 570. can do.
  • FIG. 6 shows an example of a drive signal waveform of a scanning projector.
  • the scanner sweeps horizontally and vertically according to a driving signal waveform, performs image scanning starting from an initial pixel position to a final pixel position, and repeats a scanning process.
  • the scanner may be vertically driven by ramp, for example by sawtooth, and horizontally by sinusoidal.
  • FIG. 6A illustrates a vertical sawtooth waveform having a vertical period TV
  • FIG. 6B illustrates a horizontal sinusoidal waveform having a horizontal period TH
  • 6C illustrates an active video section scanning an image and a blanking section in which an image is not displayed.
  • the scanner may sweep linearly in the vertical direction while scanning an image, along a vertical sawtooth with a vertical period TV.
  • the scanner sweeps vertically, e.g. from top to bottom, during the vertical sweep period, back to the original pixel position during the flyback period, and then resumes scanning of the new image. You can start
  • the scanner may sweep in the form of a sinusoid in the horizontal direction at the sweep frequency (1 / TH) while scanning the image, according to the sinusoidal waveform having the horizontal period TH.
  • a light source is turned on in an active video section for scanning an image to implement an image.
  • the light source may be turned off in a blanking period in which an image is not displayed.
  • FIG. 7 is an example of a simplified internal block diagram of a scanning projector according to an embodiment of the present invention.
  • a scanning projector may include a light source unit 710 including a plurality of color light sources, an optical system 720 for synthesizing light output from the light source unit 710, and the synthesized light source. It may include a scanner 740 for outputting light to scan in the horizontal and vertical directions, and a processor 670 for generating a scanner driving signal for driving the scanner 740.
  • the scanning projector may further include a distortion correction optical system 750 disposed on the front surface of the scanner 740.
  • the distortion correction optical system 750 may correct distortion that may occur when the light output from the scanner 740 is projected onto a curved screen.
  • the distortion correction optical system 750 is backed out in detail with reference to FIGS. 9 to 27.
  • the processor 670 may change the scanner driving signal based on the pattern change of the infrared light detected by the light detector.
  • the scanning projector may include an optical engine 700.
  • the optical engine 700 may include a light source 710, an optical system 720, a scanner 740, and a distortion correction optical system 750.
  • the processor 670 may perform overall control operations of the scanning projector. Specifically, the operation of each unit in the scanning projector can be controlled.
  • the processor 670 may receive image video data, a vertical synchronization signal of the video data, and the like to perform overall control operations of the scanning projector for displaying an image.
  • the processor 670 may control the video image stored in the memory 620 or the video image received from the outside through the interface 635 to be output to the external region as a projection image.
  • the processor 670 may control the light source driver 685 for controlling the light source unit 710 for outputting visible light such as R, G, and B.
  • the processor 670 may output the R, G, and B signals corresponding to the video image to be displayed to the light source driver 685.
  • the processor 670 may control the operation of the scanner 740. Specifically, the first direction scanning and the second direction scanning may be sequentially and repeatedly performed to control the output to the outside.
  • the scanning projector may further include a scanner driver 645 that drives the scanner 740, and the processor 670 controls the scanner driver 645 that controls the scanner 740. can do.
  • the power supply unit 690 may receive an external power source or an internal power source under the control of the processor 670 to supply power for operation of each component.
  • the interface 635 serves as an interface with all external devices that are wired or wirelessly connected to the scanning projector.
  • the interface 635 may receive data or power from the external device and transmit the data to each component inside the scanning projector, and may transmit the data inside the scanning projector to the external device.
  • FIG 8 is a view referred to in the description of the display rack according to an embodiment of the present invention.
  • the display rack 800 may include a plurality of shelf display modules 841 and 842 and a shelf display module 841 and 842 each including a projector.
  • the arm 820 may include a main frame 810 disposed perpendicular to the arm 820.
  • the arm 820 may include a groove coupled to side structures of the shelf display modules 841 and 842.
  • the arms 820 may be sequentially disposed on the side surfaces of the main frame 810 at predetermined intervals up and down.
  • main frame 810 and the arm 820 may be integrally manufactured or separately manufactured and then assembled.
  • the display rack 800 may further include a support 830 at the bottom of the display rack for rigid reinforcement and stable arrangement of the display rack 800.
  • the support part 830 may support a lower end of the main frame 810.
  • the main frame 810 may be formed in the vertical direction from the support 830, or may be separately manufactured and combined.
  • the display rack 800 may include a plurality of shelf display modules 841 and 842 disposed on one side of the main frame 810.
  • the plurality of shelf display modules 841 and 842 each include a shelf case having a storage space, a screen disposed on the front surface of the storage space, and an interior of the storage space, and converts a predetermined image into the screen. It may include a scanning projector for projecting. In this case, each scanning projector may include a distortion correction optical system.
  • 9 and 10 are views referred to for explaining the principle of distortion correction according to the screen shape.
  • a screen incident on a curved screen may be corrected by using a distortion screen generated in a concave in the case of the convex screen a.
  • the concave screen (b) can be corrected using a screen generated from the convex.
  • the principle of screen distortion correction in curved screens can be applied to both circuit correction and optical correction.
  • Rear-projection shelf display modules have different requirements for appearance screen designs. Accordingly, since the shape of the distortion screen is changed to correspond to the screen shape, a means for correcting the need is needed.
  • the distortion correction is set to a target in the plane form, and additional distortion correction according to the screen curved form can be corrected in a circuit.
  • additional distortion correction according to the screen curved form can be corrected in a circuit.
  • the degree of correction of the circuit correction there is a limitation in the degree of correction of the circuit correction, and the cost of the circuit component can be increased, so that a means for correcting the distortion correction without optically changing parts is required.
  • the present invention proposes a distortion correction optical system that optically corrects distortion of a screen.
  • the distortion correction optical system 1020 may be disposed in front of the scanning projector 1010.
  • the distortion correction optical system 1020 may be provided inside the scanning projector 1010.
  • the distortion correction optical system 1020 may be disposed at the final output terminal of the scanning projector 1010. That is, the distortion correction optical system 1020 may be disposed in front of the scanner that projects the light.
  • FIG. 11 is a top view of a distortion correction optical system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a side view of the distortion correction optical system according to an embodiment of the present invention.
  • a scanning projector includes a scanner 1140 for reflecting light and scanning in a horizontal direction and a vertical direction, and a front surface of the scanner 1140.
  • the distortion correction optical system 1150 may be included.
  • the distortion correction optical system 1150 may include a prism 1151 disposed on the front surface of the scanner 1140 and diverging lens units 1152 and 1153 disposed on the front surface of the prism 1151. ) May be included.
  • the distortion correction optical system may have a distortion correction function, as well as an image quality correction function that maintains the screen resolution uniformly throughout the screen.
  • the distortion correction optical system 1150 may design and configure an optical component by separating a distortion correction function and an image quality correction function.
  • the distortion correction optical system 1150 may include a prism 1151 in charge of the distortion correction function and diverging lens units 1152 and 1153 in charge of the image quality correction function.
  • the amount of distortion (correction amount) can be adjusted by changing the physical position of the optical component-prism 1151 which is responsible for distortion correction, and the amount of distortion that is changed according to the screen shape can be coped with the adjustment function.
  • the screen distortion that is changed according to the screen design change can be corrected without changing parts, and the burden on the circuit distortion correction can be reduced by optical distortion correction, thereby reducing the overall cost.
  • the diverging lens units 1152 and 1153 may have refractive indices different from those of the prism 1151.
  • the diverging lens units 1152 and 1153 may enlarge the incident angles of the light passing through the prism 1151.
  • the diverging lens units 1152 and 1153 may include a diverging lens 1152 having at least one surface formed as a concave lens and a chromatic aberration correcting lens 1153 having at least one surface formed with an aspherical lens.
  • At least one surface of the diverging lens 1152 may be formed as a concave lens, and the diverging lens 1152 may include a plano-concave, a bi-concave, and a concave meniscus. meniscus) and the like.
  • the diverging lens 1152 may be a plastic concave singlet lens.
  • Plastic lenses are easy to produce by injection, making them suitable for mass production.
  • the diverging lens 1152 may also be formed as an aspherical lens.
  • the diverging lens units 1152 and 1153 may enlarge the light passing through the prism 1151.
  • the diverging lens 1152 is an optical component that controls the screen size and is disposed on the front surface of the prism 1151 to enlarge the light passing through the prism 1151.
  • the chromatic aberration correction lens 1153 controls chromatic aberration correction and resolution, and at least one surface may be formed as an aspherical lens.
  • the chromatic aberration correcting lens 1153 may also be a plastic concave singlet lens.
  • the prism 1151 may be disposed to be tilted at a predetermined angle.
  • the tilt angle of the prism 1151 may correspond to the curvature or tilt angle of the screen on which the light is projected.
  • the tilt angle of the prism 1151 will be described later with reference to FIGS. 21 and 22.
  • the prism 1151 may be a wedge prism.
  • FIG. 12 illustrates an example in which optical components 1151, 1152, and 1153 of the distortion correction optical system 1150 are disposed above the central axis of the scanner 1140, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 12 illustrates a distortion correction optical system 1150 applied to an upward projection method in which light is projected from the lower side of the central axis of the scanner 1140.
  • the optical components 1151 and 1152 of the distortion correction optical system 1150 according to the light projection method are shown in FIG.
  • the placement position of 1153 can be adjusted.
  • FIG. 13 is a top view of a distortion correction optical system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a scanning projector includes a scanner 1340 reflecting light and scanning in a horizontal direction and a vertical direction, and a distortion correction optical system disposed in front of the scanner 1340. 1350.
  • the distortion correction optical system 1350 may include a prism 1351 disposed on the front surface of the scanner 11340 and a diverging lens unit 1354 disposed on the front surface of the prism 1351.
  • the diverging lens unit 1354 may be composed of one aspherical lens. The manufacturing cost can be further reduced by configuring the diverging lens unit 1354 as one lens.
  • the embodiment of FIG. 13 differs from the embodiments of FIGS. 11 and 12 in that the diverging lens unit 1354 is composed of one aspherical lens.
  • both the front surface 1354a and the rear surface 1354a of the aspherical lens 1354 may be formed as an aspherical surface, and the front surface 1354a of the aspherical lens 1354 is aspherical with a higher degree than the rear surface 1354a. It can be formed to have a coefficient.
  • the front surface 1354a and the rear surface 1354b of the aspherical lens 1354 may perform the function of the chromatic aberration correction lens 1153 and the diverging lens 1152 of the embodiments of FIGS. 11 and 12. .
  • FIG. 14 is a diagram referred to a description of optical distortions.
  • FIG. 14 is a diagram referred to explaining distortion and a correction principle using a camera lens in which optical distortion generally occurs for convenience.
  • FIG. 14b illustrates barrel distortion
  • FIG. 14c illustrates pincushion distortion. do.
  • Barrel distortion as shown in (b) of FIG. 14 is a phenomenon that occurs frequently in a wide-angle / fisheye lens having a short focal length of the camera lens, and is reduced in a direction smaller than an image without distortion ((a) of FIG. 14). Distortion occurs.
  • the distortion correction is a general and easy design direction in which the optical system is designed to be 'zoom in'.
  • Pincushion distortion as shown in (c) of FIG. 14 is a phenomenon that occurs a lot in a telephoto lens having a long focal length of the camera lens, and distortion is increased in a direction in which the distortion is larger than an image without distortion ((a) of FIG. 14). Occurs.
  • the distortion correction is a general and easy design direction in which the optical system is designed to be "shrinked".
  • 15 and 16 are diagrams referred to for explaining an example of a conventional distortion correction.
  • distortion correction is performed by reducing a screen after forming a screen 1501 having a length L larger than a screen 1502 having a target screen length T.
  • FIG. 16 illustrates an example of a conventional distortion correction lens 1560 having a bonding structure of two glass lenses disposed in front of the scanner 1540.
  • the conventional distortion correction lens 1560 reduces the large screen 1501 to implement the small screen 1502. Therefore, the conventional distortion correction lens 1560 is designed to reduce the pincushion distortion screen, and the design of the direction to reduce the screen is relatively low in design difficulty because it maps to a small area to implement a large screen. .
  • the MEMS scanner may be vertically and horizontally driven to form a viewing range a.
  • the viewing range a may correspond to 4 * 33 degrees.
  • the MEMS scanner was wide-angle-driven to form a viewing range a corresponding to the screen 1501 having the length L.
  • the noise may increase.
  • 17 to 19 are views referred to for description of noise generation when driving a scanner of a scanning projector.
  • the horizontal driving angle of the MEMS scanner is increased to realize a wide screen and a high resolution screen, and the mirror amplitude is increased.
  • the amplitude of the mirror of the MEMS scanner increases, so that the sound pressure increases to increase the noise level.
  • the mirror 1711 of the MEMS scanner rotates at a larger angle to implement a wider screen on the screen 1702, which is wider than a conventional screen.
  • the distance between the mirror 1711 and the magnetic body 1720 for forming the magnetic field is reduced during driving.
  • the pressure between the mirror 1711 and the magnetic body 1720 increases.
  • the horizontal resonance frequency of the MEMS scanner to implement this is determined.
  • the horizontal resonant frequency may be obtained by the following equation.
  • N vertical resolution
  • FIG. 18 illustrates noise level measurement results for frequencies corresponding to various resolutions.
  • 25,920 Hz is an unrecognizable area, and the user does not recognize the noise.
  • the scanning projector can be used in various fields because it can be miniaturized and high-quality image at the same time. Accordingly, various resolutions and aspect ratios may be required.
  • the horizontal frequency is 5,280 Hz as follows.
  • 5,280 Hz is an audible frequency range that can be recognized by a user, and the user recognizes noise.
  • the amplitude of the mirror of the MEMS scanner increases, so that the sound pressure increases to increase the noise level.
  • the driving angle of the MEMS scanner is small in terms of yield, reliability and noise reduction of the MEMS scanner.
  • 20 is a conceptual diagram of distortion correction according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention performs distortion correction by forming a screen 2001 having a length L smaller than a screen 2002 having a target screen length T and then enlarging the screen.
  • the driving angle of the MEMS scanner can be reduced to correspond to the viewing range b smaller than the conventional wide-angle viewing range a described with reference to FIG. 15.
  • the yield and reliability of the MEMS scanner can be increased during long-term driving, and noise during driving can be reduced.
  • 21 and 22 are views referred to for describing an arrangement angle of a prism according to an embodiment of the present invention.
  • a prism 2151 may be tilted at a predetermined angle d4 based on the scanner 2140.
  • the tilt angle d4 of the prism 2151 may correspond to the curvature or tilt angle d6 of the screen on which the light is projected.
  • the screen according to an embodiment of the present invention may be formed in a curved surface, or may include a planar region in the center and a curved region disposed on the left and right sides of the planar region.
  • the present invention it is possible to adjust the distortion correction performance by adjusting the design factor of the optical component-prism (2151) responsible for distortion correction.
  • the present invention can be implemented by adjusting the distortion correction performance by changing the prism tilt angle d4.
  • FIG. 22 shows the results of the distortion correction design simulation according to the change of the prism tilt angle d4 in the same state with other factors.
  • the prism tilt angle d4 decreases in the order of (a), (b), and (c) of FIG. 22.
  • FIG. 22B corresponds to a flat flat screen.
  • the prism tilt angle d4 may be largely adjusted, intentionally distorted into a barrel type, and finally a distortion-corrected image may be realized.
  • the prism tilt angle d4 may be adjusted to be small, intentionally distorted to a pincushion type, and finally a distortion-corrected image may be realized.
  • the prism 2150 may correct the barrel distortion generated on the screen, and if it is set to large, the pincushion distortion may be corrected.
  • design parameters of the prism 2151 may be adjusted to cope with the shape change of various shelf display modules and screens without replacement and redesign of the optical component.
  • 23 to 27 are views referred to for describing the distortion correction optical system according to the embodiment of the present invention.
  • the screen 2301 when the scanner 2340 according to an embodiment of the present invention does not have a distortion correction optical system, the screen 2301 finally has a size S smaller than a target size to be implemented on the screen. Can be driven relatively small (b).
  • chromatic aberration may occur in the entire area of the distortion screen 2301.
  • the beam may not be formed more accurately than the center of the screen toward the left / right side of the distortion screen 2301, the resolution may be reduced.
  • the prism 2351 when the prism 2351 is disposed on the front surface of the scanner 2340, a large change in the size of the screen, the position of the R / G / B beam (amount of chromatic aberration), and the beam shape and size (resolution)
  • the screen 2302 can be implemented without the screen distortion correction.
  • 25 illustrates a case where the prism 2351 and the diverging lens 2352 are disposed on the front surface of the scanner 2340.
  • the screen 2303 that is enlarged to correspond to the target length T while correcting the screen distortion may be implemented. Can be.
  • deterioration may occur in the position (a chromatic aberration generation amount) and the beam shape and size (resolution) of the R / G / B beam.
  • FIG. 26 illustrates a case where the prism 2351 and the diverging lens units 2352 and 2353 are disposed on the front surface of the scanner 2340. That is, the embodiment illustrated in FIG. 26 is an embodiment in which the diverging lens units 2352 and 2353 include a diverging lens 2352 and a chromatic aberration correcting lens 2353. same.
  • the screen distortion is corrected and enlarged to correspond to the target length T.
  • the screen 2304 can be implemented.
  • the enlarged screen 2304 has almost no positional difference between the center of the screen and the R / G / B beam on the left and right sides, the amount of chromatic aberration is reduced.
  • the resolution may not be reduced.
  • FIG. 27 illustrates a case where the prism 2351 and the diverging lens unit 2354 are disposed on the front surface of the scanner 2340. That is, the embodiment illustrated in FIG. 27 is an embodiment in which the diverging lens unit 2354 includes one aspherical lens, which is the same as the embodiment described with reference to FIG. 13.
  • a screen 2305 enlarged to correspond to the target length T while correcting the screen distortion may be implemented. have.
  • the enlarged screen 2305 has almost no positional difference between the center of the screen and the R / G / B beam on the left and right sides, the amount of chromatic aberration is reduced.
  • the resolution may not be reduced.
  • FIG. 28 is a top view of a shelf display module according to an embodiment of the present invention.
  • the screen according to an embodiment of the present invention may be formed in a curved surface.
  • the screen according to an embodiment of the present invention may include a planar region in the center and a curved region disposed on left and right sides of the planar region. That is, the screen according to the embodiment of the present invention may include both flat and curved surfaces.
  • FIG. 28 is a top view of a shelf display module according to a screen design in which a flat surface and a curved surface are applied together.
  • the scanning projector provided in the shelf case 2830 is replaced with the projection position 2840 of the scanner and omitted.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a distortion test result in the shelf display module of FIG. 28.
  • the screen 2802 may include a planar region F in the center and a curved region R disposed on left and right sides of the planar region F.
  • the sum of the lengths of the planar region F and the curved region R may correspond to the target length T described above.
  • the MEMS scanner may drive a driving angle of ⁇ c degrees.
  • the viewing range b corresponding to the above-described target length T may be 4 * c degrees.
  • FIG. 29 illustrates a simulation result of a screen distortion screen by applying a distortion correction optical system according to an exemplary embodiment of the present invention to a screen form including a flat surface and a curved surface as shown in FIG. 28.
  • the scanning projector and the shelf display module including the same according to the present invention are not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, but the embodiments may be modified in various ways so that various modifications may be made. Or some may be selectively combined.

Landscapes

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터는, 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너, 및, 스캐너 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계를 포함하고, 왜곡보정 광학계는, 스캐너의 전면에 배치되는 프리즘과 프리즘의 전면에 배치되는 발산 렌즈부를 포함한다.

Description

스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈
본 발명은 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 화면 왜곡을 광학적으로 보정하여 이미지 품질을 높일 수 있는 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 진열대는 물건이나 상품을 놓고 진열할 수 있도록 하나 이상의 선반을 포함하고 있다. 단지 물건만 진열하는 선반의 경우, 선반이 물건의 적재 이외에 다른 역할을 하지 않으므로 물건 적재에 특화된 구조를 가지고 있다.
한편, 선반의 앞 또는 위에는, 매장에 관한 정보 또는 선반 상에 진열된 상품에 관한 정보를 포함하는 종이 프린트(print)물, 장식품 등이 부착되기도 한다.
이 경우에는 제공할 수 있는 정보의 종류 및 양에 한계가 있었다. 또한, 정보의 업데이트에도 불편함이 있었다.
따라서, 선반의 앞 또는 위에 소정 디스플레이 장치를 배치하여, 다양한 정보를 제공하는 진열대 및 진열 방법이 제안되었다.
디스플레이 장치 중 프로젝터(Projector)는 영상을 투사하는 장치로, 회의실의 프리젠테이션(presentation), 극장의 영사기, 가정의 홈시어터(home theater) 등을 구현하는데 이용될 수 있다.
스캐닝 프로젝터는, 스캐너를 이용하여, 스크린에 광을 스캐닝하여 영상을 구현함으로써, 다른 디스플레이 장치에 비하여, 대화면을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
이러한 스캐닝 프로젝터를 포함하는 선반 디스플레이 모듈 및 진열대가 제안되고 있다.
한편, 선반 디스플레이 모듈 및 진열대는, 기본적으로 상품의 진열 및 정보 제공을 목적으로 하는 것으로, 고객의 이용 행태, 매장의 인테리어, 배치 구역의 구조 등에 따라 다양한 디자인으로 구현될 수 있다.
도 1은 다양한 선반 디스플레이 모듈 및 스크린의 형상들을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 선반 디스플레이 모듈은 선반 케이스(20) 내에 프로젝터(10)를 배치하고, 스크린(30a, 30b, 30c)의 후면에서 영상을 투사할 수 있다.
도 1의 (a)를 참조하면, 스크린(30a)은 선반 케이스(20) 외부로 볼록한 곡면형상을 가지질 수 있다.
또는, 도 1의 (b)와 같이, 스크린(30b)은 평평한 형상을 가질 수 있다.
또는, 도 1의 (c)와 같이, 스크린(30c)은 선반 케이스(20) 내부로 오목한 곡면 형상을 가지질 수 있다.
한편, 선반 디스플레이 모듈 및 스크린의 형상들이 다양화됨에 따라서, 화면에 발생하는 왜곡도 다양한 특성을 가질 수 있다.
도 2와 도 3은 도 1의 다양한 선반 디스플레이 모듈 및 스크린의 형상에 따른 왜곡 발생에 대한 설명에 참조되는 도면이다. 도 3의 (a), (b), (c)는 각각 도 1의 (a), (b), (c) 스크린 형태에 따른 화면 왜곡의 형태를 도시한 것이다.
도면들을 참조하면, 프로젝터(10)는 스크린(30a, 30b, 30c)의 후면에서 영상을 투사하고, 스크린(30a, 30b, 30c) 상에 화면이 구현될 수 있다.
통상적으로 프로젝터(10)는 평평(Flat)한 화면을 기준으로 영상을 처리하고, 광학적으로 구현할 수 있다.
이때, 평평(Flat)한 화면은 평면 스크린 형태(30b)에서는 왜곡이 발생하지 않으나, 곡면 스크린 형태(30a, 30c)에서는 평면 스크린 형태(30b)를 기준으로 위치(P1, P2)별 투사거리가 달라져서 화면에 왜곡이 발생할 수 있다.
또한, 상기 위치(P1, P2)에 따라 스크린에 표시되는 영상의 높이(Y1, Y2)가 위치별로 달라질 수 있다.
화면 왜곡의 정도는 프로젝터(10)를 기준으로 동일 직선 상에 스크린(30a, 30b, 30c)의 최단 위치(P1)과 최장 위치(P2)의 차이(X)에 비례할 수 있다. 즉, 평면 스크린 형태(30b)를 기준으로 스크린 내 위치 차이(X)가 커질수록 화면 왜곡이 커질 수 있다.
한편, 왜곡 화면의 보정은 회로적으로도 보정이 가능하나. 한계가 있고, 비용 증가의 한 원인이 될 수 있다.
따라서, 다양한 스크린 구조에 대응하여 화면 왜곡을 광학적으로 보정할 수 있는 방안에 대한 요구가 커지고 있다.
특히, 곡면 스크린에서도 고품질의 영상을 구현할 수 있는 방안에 대한 연구가 증가하고 있다.
본 발명의 목적은, 왜곡없는 고품질의 영상을 구현할 수 있는 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 다양한 스크린 구조에 대응하여 화면 왜곡을 광학적으로 보정할 수 있는 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 소음을 저감하면서도 와이드 화면을 구현할 수 있는 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 선반 디스플레이 모듈의 디자인 변경 시 광학 부품의 교체 설계 제작 없이 대응 가능한 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 프로젝터는, 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너, 및, 스캐너 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계를 포함하고, 왜곡보정 광학계는, 스캐너의 전면에 배치되는 프리즘과 프리즘의 전면에 배치되는 발산 렌즈부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 또는 다른 목적 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 선반 디스플레이 모듈은, 수납 공간을 구비하는 선반 케이스, 수납 공간의 전면에 배치되는 스크린, 및, 수납 공간의 내부에 배치되고, 소정 영상을 스크린으로 투사하는 스캐닝(Scanning) 프로젝터를 포함하고, 스캐닝 프로젝터는 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너와 스캐너 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계를 포함하며, 왜곡보정 광학계는 스캐너의 전면에 배치되는 프리즘과 프리즘의 전면에 배치되는 발산 렌즈부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 왜곡없는 고품질의 영상 구현이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명의 목적은, 다양한 스크린 구조에 따른 다양한 화면 왜곡을 광학적으로 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 소음을 저감하면서도 와이드 화면을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 선반 디스플레이 모듈의 디자인 변경 시 광학 부품의 교체 설계 제작 없이 대응 가능하다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 다양한 선반 디스플레이 모듈 및 스크린의 형상들을 예시한 도면이다.
도 2와 도 3은 도 1의 다양한 선반 디스플레이 모듈 및 스크린의 형상에 따른 왜곡 발생에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5는 스캐닝 프로젝터의 개념도를 예시한다.
도 6은 스캐닝 프로젝터의 구동 신호 파형의 일예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터의 간략한 내부 블록도의 일예이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진열대에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 9와 도 10은 스크린 형상에 따른 왜곡 보정 원리에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계의 상면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계의 측면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계의 상면도이다.
도 14는 광학적인 왜곡들의 설명에 참조되는 도면이다.
도 15와 도 16은 종래 왜곡 보정의 일예를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 17 내지 도 19는 스캐닝 프로젝터의 스캐너 구동시 소음 발생에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정의 개념도이다.
도 21과 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘의 배치 각도에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 23 내지 도 27은 본 발명의 실시예에 따른 왜곡보정 광학계에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈의 상면도다.
도 29는 도 28의 선반 디스플레이 모듈에서의 왜곡 실험 결과를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈(400)은, 수납 공간을 구비하는 선반 케이스(430), 상기 수납 공간의 전면에 배치되는 스크린(420) 및, 상기 수납 공간의 내부에 배치되고, 소정 영상을 상기 스크린(420)으로 투사하는 프로젝터(410)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스크린(420)은 후면 투사 방식 스크린일 수 있다.
한편, 상기 스크린(420)은 상기 프로젝터(410)로부터 상기 프로젝터(410)의 영상 투사 방향, 즉 상기 수납 공간의 전면 방향으로 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 선반 케이스(430)의 상기 수납 공간의 전면 중 적어도 일부를 곡면으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 스크린(420)도 곡면으로 배치, 고정이 가능하다.
도 4는 선반 디스플레이 모듈(400)의 외관을 보여주기 위한 도면으로, 선반 케이스(430)의 상판 케이스(431)까지 도시하였다.
선반 케이스(430)의 상판 케이스(431)는 물품이 놓여지고, 물품을 지지하는 역할을 한다.
또한, 선반 케이스(430)의 하판 케이스(432)는 상판 케이스(431)와 함께 내부 수납 공간을 형성하고, 프로젝터(410)의 고정 및 상판 케이스(431), 측면판(433)을 지지할 수 있다.
하판 케이스(432)의 윗면은, 수납 공간의 내부 바닥면이 되고, 내부 바닥면에 프로젝터(410)를 배치할 수 있다.
한편. 선반 케이스(430)의 측면판(433)은 하판 케이스(432)와 일체형 혹은 분리형으로 구성 가능하며, 상판 케이스(431)/하판 케이스(432)와 함께 물품을 지지하는 역할을 할 수 있다.
선반 케이스(430)의 내부 수납 공간에는 프로젝터(410)가 배치된다.
스크린(420)은 프로젝터(410)의 전면, 즉, 영상 투사 방향으로 소정 거리 이격되어 배치되고, 후면에서 투사하는 프로젝터(410)에서 나온 영상을 표시할 수 있다.
현재 마트, 백화점등 소매 시장(retail market)에서 가격 등 제품의 정보를 표시해주는 방법으로 종이(paper price tag)를 가장 많이 사용하고 있다.
한편, 종이 태그의 문제점은 가격 정보를 수시로 변경하고자 할 때, 수작업으로 인한 교체 시간 및 비용이 증가하며, 잦은 오류가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
종이 태그 대체 방안으로, 다양한 디스플레이 유닛을 이용하는 방안들이 제안되고 있다.
예를 들어, ESL(Electronic shelf label, 전자선반표시장치)를 이용하면, 중앙서버에서 가격 정보를 업데이트 가능하다.
하지만, e-ink로 구현되는 ESL은 검정(black)/회색(grey)/적색(red) 등 단색 표현만 가능하다는 단점과 정지화면만 디스플레이 가능하여 시인성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 액정 디스플레이 모듈(LCD)은, 진열대의 긴 화면을 구현하기 위해 막대한 시설투자 필요하고 평면 외의 곡면 등의 다양한 스크린에 적용이 불가하며 소비전력이 크다는 단점이 있다. 또한, 카트와의 충돌로 인한 파손 우려 및 교체비용이 크다는 단점이 있다.
본 발명은 기존 선반 가격 표시 방법들의 문제점을 개선하고자 프로젝터를 이용하여 상품 정보 등을 표시할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 프로젝터 및 선반 디스플레이 모듈은 멤스 스캐너(micro-electro-mechenical system(MEMS) scanner)를 이용하여 저전력으로 대화면이 구현이 가능하고, 가격 이외에도 진열되는 제품의 정보(e.g. 원산지), 이미지 및 영상을 표시할 수 있다.
상기 프로젝터(410)는 멤스 스캐너 및 레이저 광원, 광학계 등 광학 부품을 구비하는 광학 엔진을 포함할 수 있다.
한편, 멤스 스캐너는 수직 및 수평 구동하여, 시야 범위(Field Of View: FOV)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선반 디스플레이 모듈(400)은, 수납 공간을 구비하는 선반 케이스(430), 수납 공간의 전면에 배치되는 스크린(420), 및, 수납 공간의 내부에 배치되고, 소정 영상을 스크린(420)으로 투사하는 스캐닝(Scanning) 프로젝터(410)를 포함하고, 스캐닝 프로젝터(410)는 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너와 스캐너 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계를 포함하며, 왜곡보정 광학계는 스캐너의 전면에 배치되는 프리즘과 프리즘의 전면에 배치되는 발산 렌즈부를 포함할 수 있다.
즉, 상기 프로젝터(410)는 이하에서 상세히 기술하는 스캐닝 프로젝터일 수 있다.
도 5는 스캐닝 프로젝터의 개념도를 예시한다.
도 5를 참조하면, 스캐닝 프로젝터(410)는, 복수의 광원을 구비하는 광원부(510)를 포함할 수 있다. 즉, 적색 광원부(510R), 녹색 광원부(510G), 청색 광원부(510B)를 구비할 수 있다. 한편, 광원부(510R, 510G, 510B)는, 레이저 다이오드를 구비할 수 있다.
한편, 각 광원부(510R, 510G, 510B)는, 광원 구동부(585)로부터의 전기 신호에 의해, 구동될 수 있다. 이러한 광원 구동부(585)의 전기 신호는 프로세서(570)의 제어에 의해, 생성될 수 있다.
광원부(510)에서 출력되는 광은 광학계를 거쳐 광 스캐너(540)로 전달될 수 있다.
각 광원부(510R, 510G, 510B)에서 출력되는 광들은, 집광부(522) 내의 각 집광 렌즈(collimator lens)를 통해, 시준될 수 있다(collimate).
광합성부(521)는, 각 광원부(510R, 510G, 510B)에서 출력되는 광을 합성하여 일 방향으로 출력한다.
이를 위해, 광합성부(521)는, 소정 개수의 미러, 다이크로익 미러 등 광학 부품 (521a, 521b, 521c)들을 구비할 수 있다.
예를 들어, 제1 광합성부(521a), 제2 광합성부(521b), 및 제3 광합성부(521c)는, 각각, 적색 광원부(510R)에서 출력되는 적색광, 녹색 광원부(510G)에서 출력되는 녹색광, 청색 광원부(510B)에서 출력되는 청색광을, 스캐너(540) 방향으로 출력하도록 할 수 있다.
광반사부(526)는, 광합성부(521)를 통과한 적색광, 녹색광, 청색을 스캐너(540) 방향으로 반사시킨다. 광반사부(226)는, 다양한 파장의 광을 반사시키며, 이를 위해, Total Mirror(TM)로 구현될 수 있다.
한편, 스캐너(540)는, 광원부(510)으로부터의 가시광(RGB)을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 스캐닝 동작을, 외부 스캔 영역의 전체에 대해, 반복하여 수행할 수 있다.
특히, 스캐너(540)에서 출력되는 가시광(RGB)은, 스크린(502)의 투사 영역에 출력될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터는, 상기 스캐너(540)의 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계(550)를 더 포함할 수 있다.
왜곡보정 광학계(550)는 상기 스캐너(540)에서 출력되는 광이 곡면을 가지는 스크린에 투사될 때 발생할 수 있는 왜곡을 보정할 수 있다.
왜곡보정 광학계(550)에 대해서는 도 9 내지 도 27을 참조하여 상세히 후출한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 투사 영상이 표시되는 스크린(502)이 자유 곡면(free-form)을 가져도, 해당 스크린의 곡면에 대응하여, 투사 영상을 표시하는 것이 가능하다.
한편, 도 5를 참조하면, 프로세서(570)는, 스캐닝 프로젝터(410)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 스캐닝 프로젝터(410) 내의 각 유닛의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(570)는, 외부로부터 수신되는 비디오 영상을, 투사 영상으로서, 외부 스캔 영역에 출력되도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 프로세서(570)는, R, G, B 등의 가시광을 출력하는 광원부(510)를 제어하는 광원 구동부(585)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 광원 구동부(585)에, 표시할 비디오 영상에 대응하는 R, G, B 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(570)는, 스캐너(540)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부에 출력하도록 제어할 수 있다.
광원부(510)는, 청색 단일광을 출력하는 청색 광원부, 녹색 단일광을 출력하는 녹색 광원부, 및 적색 단일광을 출력하는 적색 광원부를 포함할 수 있다. 또한, 광원부(510)는, 적외선 방식의 출력광을 출력하는 출력광 광원부(510IR)를 구비할 수 있다. 이때, 각 광원부는, 레이저 다이오드로 구현될 수 있다.
광원 구동부(585)는, 프로세서(570)로부터 수신되는 R, G, B 신호에 대응하여, 광원 구동부(585) 내의 적색 광원부, 녹색 광원부, 청색 광원부에서, 각각 적색광, 녹색광, 청색광이 출력되도록 제어할 수 있다.
도 6은 스캐닝 프로젝터의 구동 신호 파형의 일예를 도시한 것이다.
도 6은 참조하면, 스캐너는 구동 신호 파형에 따라, 수평, 수직으로 스윕(sweep)하며, 초기 픽셀 위치에서 시작하여 최종 픽셀 위치까지 이미지 스캐닝을 수행하고, 스캐닝 과정을 반복한다.
도 6은 참조하면, 스캐너는, 수직으로는 램프(ramp) 구동, 예를 들어, 톱니 파형(sawtooth)으로 구동되고, 수평으로는 사인파로(Sinusoidal) 구동될 수 있다.
도 6의 (a)는 수직 주기 TV를 가지는 수직 톱니 파형(sawtooth)을 예시하고, 도 6의 (b)는 수평 주기 TH를 가지는 수평 사인 파형을 예시한다. 도 6의 (c)는 이미지를 스캐닝하는 액티브 비디오(Active Video) 구간과 영상이 표시되지 않는 블랭킹(Blanking) 구간을 예시한다.
예를 들어, 스캐너는, 수직 주기 TV를 가지는 수직 톱니 파형(sawtooth)을 따라, 이미지를 스캐닝하는 동안, 수직 방향으로 선형적으로 스윕(sweep)할 수 있다.
스캐너는, 수직 스윕(Vertical Sweep) 기간 동안에, 수직 방향, 예를 들어, 상부에서 하부로 스윕하고, 플라이 백(Fly-Back) 기간 동안에, 다시 픽셀 최초 위치로 돌아온 후, 다시 새로운 이미지의 스캐닝을 시작할 수 있다.
또한, 스캐너는, 수평 주기 TH를 가지는 사인 파형에 따라, 이미지를 스캐닝하는 동안, 스윕 주파수(1/TH)로 수평 방향으로 사인파 형태로 스윕할 수 있다.
한편, 수직 스윕(Vertical Sweep) 기간은, 이미지를 스캐닝하는 액티브 비디오(Active Video) 구간으로 광원이 온(on)되어 영상을 구현할 수 있다.
한편, 플라이 백(Fly Back) 기간은 영상이 표시되지 않는 블랭킹(Blanking) 구간으로 광원이 오프(off)될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터의 간략한 내부 블록도의 일예이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터는, 복수의 색상 광원을 포함하는 광원부(710), 상기 광원부(710)에서 출력되는 광을 합성하는 광학계(720), 상기 합성된 광을 출력하여 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝(Scanning)하는 스캐너(740), 및, 상기 스캐너(740)를 구동하는 스캐너 구동 신호를 생성하는 프로세서(670)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터는, 상기 스캐너(740)의 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계(750)를 더 포함할 수 있다.
왜곡보정 광학계(750)는 상기 스캐너(740)에서 출력되는 광이 곡면을 가지는 스크린에 투사될 때 발생할 수 있는 왜곡을 보정할 수 있다.
왜곡보정 광학계(750)에 대해서는 도 9 내지 도 27을 참조하여 상세히 후출한다.
상기 프로세서(670)는, 상기 광 감지부에서 감지되는 적외선 광의 패턴 변화에 기초하여, 상기 스캐너 구동 신호를 변경할 수 있다.
도 7을 참조하면, 스캐닝 프로젝터는, 광학 엔진(700)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 광학 엔진(700)은 광원부(710), 광학계(720), 스캐너(740), 왜곡보정 광학계(750)를 포함할 수 있다.
프로세서(670)는, 스캐닝 프로젝터의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 스캐닝 프로젝터 내의 각 유닛의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(670)는, 영상 비디오 데이터 및 비디오 데이터의 수직 동기 신호 등을 수신하여, 영상을 표시하기 위한 스캐닝 프로젝터의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다.
상기 프로세서(670)는, 메모리(620)에 저장되는 비디오 영상, 또는 인터페이스(635)를 통해 외부로부터 수신되는 비디오 영상을, 투사 영상으로서, 외부 영역에 출력되도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 프로세서(670)는, R, G, B 등의 가시광을 출력하는 광원부(710)를 제어하는 광원 구동부(685)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(670)는, 광원 구동부(685)에, 표시할 비디오 영상에 대응하는 R, G, B 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(670)는, 스캐너(740)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는, 스캐닝 프로젝터는 스캐너(740)를 구동하는 스캐너 구동부(645)를 더 포함할 수 있고, 프로세서(670)는, 스캐너(740)를 제어하는 스캐너 구동부(645)를 제어할 수 있다.
전원 공급부(690)는 프로세서(670)의 제어에 의해 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
인터페이스(635)는 스캐닝 프로젝터에 유선 또는 무선으로 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 상기 인터페이스(635)는 이러한 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 스캐닝 프로젝터 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 스캐닝 프로젝터 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진열대에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진열대(800)는, 각각 프로젝터를 포함하는 복수의 선반 디스플레이 모듈(841, 842), 상기 선반 디스플레이 모듈(841, 842)과 결합되는 하나 이상의 암(Arm, 820)과 상기 암(820)에 수직으로 배치되는 메인(main) 프레임(810)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 암(820)은 상기 선반 디스플레이 모듈(841, 842)의 측면 구조물에 결합하는 홈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 암(820)은, 상기 메인 프레임(810)의 측면에 상하로 소정 간격을 두고 순차적으로 배치될 수 있다.
한편, 상기 메인 프레임(810)과 상기 암(820)은 일체형으로 제작되거나, 별도로 제작된 후 조립될 수 있다.
실시예에 따라서, 진열대(800)는 진열대(800)의 강성 보강 및 안정적인 배치를 위하여 진열대 하단의 지지부(830)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지부(830)는 상기 메인 프레임(810)의 하단을 지지할 수 있다.
한편, 메인 프레임(810)은 지지부(830)로부터 수직 방향으로 형성되거나, 별도로 제작되어 결합될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진열대(800)는, 메인 프레임(810)의 일측면에 배치되는 복수의 선반 디스플레이 모듈(841, 842)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 선반 디스플레이 모듈(841, 842)은, 각각, 수납 공간을 구비하는 선반 케이스, 상기 수납 공간의 전면에 배치되는 스크린, 및, 상기 수납 공간의 내부에 배치되고, 소정 영상을 상기 스크린으로 투사하는 스캐닝 프로젝터를 포함할 수 있다. 이때, 각 스캐닝 프로젝터는 왜곡보정 광학계를 포함할 수 있다.
도 9와 도 10은 스크린 형상에 따른 왜곡 보정 원리에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 9를 참조하면, 곡면 스크린에 입사되는 화면을, 볼록 스크린(a)의 경우 오목에서 발생하는 왜곡 화면을 사용하여 보정할 수 있다. 또한, 오목 스크린(b)의 경우 볼록에서 발생하는 화면을 사용하여 보정이 가능하다.
이러한 곡면 스크린에서의 화면 왜곡 보정 원리는 회로적 보정과 광학계 보정 모두에 적용될 수 있다.
후면 투사 방식 선반 디스플레이 모듈은 고객사 마다 외관 스크린 디자인에 관련된 요구사항이 다르다. 이에 따라, 스크린 형태에 대응하여 왜곡 화면의 형태가 변경되므로, 이를 보정할 수 있는 수단이 필요하다.
원리적으로는 왜곡 보정은 평면 형태로 타겟(Target)을 설정하고 스크린 곡면 형태에 따른 추가 왜곡 보정은 회로적으로 보정이 가능하다. 하지만, 회로적 보정도 그 보정 정도에 한계가 있고, 회로 부품 단가를 높일 수 있어 광학적으로도 부품 변경 없이 왜곡 보정을 수정할 수 있는 수단이 필요하다.
따라서, 본 발명은 화면의 왜곡을 광학적으로 보정하는 왜곡보정 광학계를 제안한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계(1020)는 스캐닝 프로젝터(1010)의 전면에 배치될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계(1020)는 스캐닝 프로젝터(1010)의 내부에 구비될 수 있다. 이 경우에, 왜곡보정 광학계(1020)는 스캐닝 프로젝터(1010)의 최종 출력단에 배치될 수 있다. 즉, 왜곡보정 광학계(1020)는 광을 투사하는 스캐너의 전면에 배치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계의 상면도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계의 측면도이다.
도 11과 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터는, 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너(1140), 및, 상기 스캐너(1140) 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계(1150)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 왜곡보정 광학계(1150)는, 상기 스캐너(1140)의 전면에 배치되는 프리즘(1151)과 상기 프리즘(1151)의 전면에 배치되는 발산 렌즈부(1152, 1153)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계는 왜곡 보정 기능, 뿐만 아니라, 화면의 해상도를 화면 전체적으로 균일하게 유지하는 화질 보정 기능을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계(1150)는, 왜곡 보정 기능과 화질 보정 기능을 분리하여 광학 부품을 설계, 구성할 수 있다. 즉, 왜곡보정 광학계(1150)는 왜곡 보정 기능을 담당하는 프리즘(1151)과 화질 보정 기능을 담당하는 발산 렌즈부(1152, 1153)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 왜곡 보정을 담당하는 광학 부품- 프리즘(1151)의 물리적인 위치를 변경하여 왜곡량(보정량)을 조정할 수 있고, 스크린 형태에 따라서 변경되는 왜곡량을 상기 조정 기능으로 대응 가능하다.
따라서, 후면 투사 방식 선반 디스플레이에서 스크린 디자인 변경에 따라서 변경되는 화면 왜곡을 부품 변경 없이 보정할 수 있고, 회로적 왜곡 보정에 대한 부담을 광학적 왜곡 보정으로 줄일 수 있어 전체 단가를 줄일 수 있다.
한편, 상기 발산 렌즈부(1152, 1153)는, 상기 프리즘(1151)과 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
상기 발산 렌즈부(1152, 1153)는 상기 프리즘(1151)을 통과한 광의 입사각도를 확대할 수 있다.
한편, 상기 발산 렌즈부(1152, 1153)는, 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성되는 발산렌즈(1152)와 적어도 일면이 비구면(Aspherical)렌즈로 형성되는 색수차보정렌즈(1153)를 포함할 수 있다.
상기 발산렌즈(1152)는 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성될 수 있고, 상기 발산렌즈(1152)는, 평면오목렌즈(plano-concave), 양면오목렌즈(bi-concave), 오목 메니스커스(diverging meniscus) 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 발산렌즈(1152)는 플라스틱 오목 싱글렛 렌즈(Plastic Concave Singlet Lens)일 수 있다. 플라스틱 렌즈는 사출 방식 생산이 용이하므로 대량 생산에 적합할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 발산렌즈(1152)도 비구면렌즈로 형성될 수 있다.
한편, 상기 발산 렌즈부(1152, 1153)는, 상기 프리즘(1151)을 통과한 광을 확대할 수 있다. 특히, 상기 발산렌즈(1152)는 화면크기를 제어하는 광학부품으로서 상기 프리즘(1151)의 전면에 배치되어 상기 프리즘(1151)을 통과한 광을 확대할 수 있다.
또한, 색수차보정렌즈(1153)는 색수차보정 및 해상도를 제어하며, 적어도 일면이 비구면렌즈로 형성될 수 있다.
한편, 상기 색수차보정렌즈(1153)도 플라스틱 오목 싱글렛 렌즈(Plastic Concave Singlet Lens)일 수 있다.
상기 프리즘(1151)은 소정 각도로 틸트(tilt)되어 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 프리즘(1151)의 틸트 각도는 광이 투사되는 스크린의 곡률 또는 틸트 각도에 대응할 수 있다. 프리즘(1151)의 틸트 각도에 대해서는 도 21과 도 22를 참조하여 후술한다.
한편, 상기 프리즘(1151)은 웨지 프리즘(wedge prism)일 수 있다.
한편, 도 12에서는 상기 왜곡보정 광학계(1150)의 광학 부품들(1151, 1152, 1153)이 스캐너(1140)의 중심축 대비 상측에 배치되는 예를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 12는 광이 스캐너(1140)의 중심축 하측에서 투사되는 상향 투사 방식에 왜곡보정 광학계(1150)를 적용한 것으로, 광 투사 방식에 따라 왜곡보정 광학계(1150)의 광학 부품들(1151, 1152, 1153)의 배치 위치는 조정될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정 광학계의 상면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 프로젝터는, 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너(1340), 및, 상기 스캐너(1340) 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계(1350)를 포함할 수 있다.
상기 왜곡보정 광학계(1350)는, 상기 스캐너(11340)의 전면에 배치되는 프리즘(1351)과 상기 프리즘(1351)의 전면에 배치되는 발산 렌즈부(1354)를 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 발산 렌즈부(1354)는 하나의 비구면렌즈로 구성될 수 있다. 상기 발산 렌즈부(1354)를 하나의 렌즈로 구성함으로써 제조비를 더욱 절감할 수 있다.
즉, 도 13의 실시예는 발산 렌즈부(1354)는 하나의 비구면렌즈로 구성되는 점에서 도 11, 도 12의 실시예와 차이가 있다.
이 경우에, 상기 비구면렌즈(1354)의 전면(1354a)과 후면(1354a)이 모두 비구면으로 형성될 수 있고, 상기 비구면렌즈(1354)의 전면(1354a)이 후면(1354a)보다 높은 차수의 비구면계수를 가지도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 비구면렌즈(1354)의 전면(1354a)과 후면(1354b)은 도 11과 도 12의 실시예의 색수차보정렌즈(1153)의 기능과 발산렌즈(1152)의 기능을 함께 수행할 수 있다.
도 14는 광학적인 왜곡들의 설명에 참조되는 도면으로, 도 14는 편의상 일반적으로 광학적인 왜곡이 발생하는 카메라 렌즈의 경우를 이용하여 왜곡 현상 및 보정 원리에 대하여 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 14의 (a)와 같은, 왜곡이 없는 상태(No Distortion)를 기준으로, 도 14의 (b)는 배럴 왜곡(Barrel Distortion), 도 14의 (c)는 핀쿠션 왜곡(Pincushion Distortion)을 예시한다.
도 14의 (b)와 같은 배럴 왜곡(Barrel Distortion)은 카메라 렌즈의 초점거리가 짧은 광각/어안 렌즈에서 많이 발생하는 현상으로, 왜곡이 없는 이미지(도 14의 (a))보다 축소되는 방향으로 왜곡이 발생한다.
따라서, 왜곡 보정은 광학계를 '확대'되는 방향으로 설계하는 것이 일반적이고 용이한 설계 방향이다.
도 14의 (c)와 같은 핀쿠션 왜곡(Pincushion Distortion)은 카메라 렌즈의 초점거리가 긴 망원 렌즈에서 많이 발생하는 현상으로, 왜곡이 없는 이미지(도 14의 (a))보다 확대되는 방향으로 왜곡이 발생한다.
따라서, 왜곡 보정은 광학계를 “축소”되는 방향으로 설계하는 것이 일반적이고 용이한 설계 방향이다.
도 15와 도 16은 종래 왜곡 보정의 일예를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 15를 참조하면, 종래에는 타겟 화면 길이(T)를 가지는 화면(1502)보다 큰 길이(L)를 가지는 화면(1501)을 형성한 후에 화면을 축소하는 방식으로 왜곡 보정을 수행하였다.
도 16은 스캐너(1540)의 전면에 배치되는 글래스 렌즈 2매의 접합 구조를 가지는 종래 왜곡 보정 렌즈(1560)의 일예를 도시한 것이다.
종래 왜곡 보정 렌즈(1560)는 큰 화면(1501)을 축소하여 작은 화면(1502)을 구현한다. 따라서, 종래 왜곡 보정 렌즈(1560)는 핀쿠션 왜곡 화면을 축소하는 방향으로 설계하고, 화면을 축소하는 방향의 설계는 큰 화면을 구현하고자 하는 작은 영역에 매핑(mapping)시키는 것이므로 상대적으로 설계 난이도가 낮다.
도 15를 참조하면, 멤스 스캐너를 수직 및 수평 구동하여, 시야 범위(a)를 형성할 수 있다. 만약, 멤스 스캐너의 구동각이 ±33도인 경우를 예로 들면, 상기 시야 범위(a)는 4*33도에 해당할 수 있다.
이를 위해, 길이(L)를 가지는 화면(1501)에 대응하는 시야 범위(a)를 형성하도록 멤스 스캐너를 광각 구동하였다.
하지만, 와이드 화면 및 큰 화면을 구현하기 위한 멤스 스캐너의 구동각을 크게 설계하는 경우에는 멤스 스캐너의 수율이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 멤스 스캐너의 구동각이 큰 경우에, 장기 구동시 회전 부위가 손상되는 등 신뢰성 저하를 가져올 수 있었다.
또한, 멤스 스캐너의 구동각이 큰 경우에는 소음이 증가할 수 있다.
도 17 내지 도 19는 스캐닝 프로젝터의 스캐너 구동시 소음 발생에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
멤스 스캐너(MEMS scanner)를 이용한 스캐닝 프로젝터에 있어서, 16:9, 24:1 등 와이드(wide) 화면, 고해상도 화면을 구현할 필요성이 점점 더 증가하고 있다.
한편, 와이드(wide) 화면, 고해상도 화면을 구현하기 위해 멤스 스캐너의 수평 구동각이 증가하며, 미러 진폭량이 커지게 된다.
멤스 스캐너의 구동각(mechanical angle) 증가에 따라 멤스 스캐너의 미러의 진폭량이 증가하며, 이에 따라 음압이 증가하여 소음 레벨(level)이 증가한다.
이 경우에, 해상도 변경에 따른 가청 주파수 영역대(10~20kHz)에 스캐너 수평 공진주파수가 있을 경우, 고주파의 쇠소리 같은 불쾌한 소음이 발생할 수 있다.
도 17을 참조하면, 멤스 스캐너의 미러(mirror, 1711)는 통상적인 화면보다 더 폭이 큰 와이드 화면을 스크린(1702) 상에 구현하기 위해 더 큰 각도로 회전하게 된다.
이 경우에 구동시 미러(1711)와 자기장 형성을 위한 자성체(1720) 사이에 거리가 감소한다. 또한, 미러(1711)와 자성체(1720) 사이의 압력이 증가한다.
뿐만 아니라, 미러(1711)와 자성체(1720) 사이에 충분한 거리가 확보되지 않는 경우에는, 구동시 미러(1711)가 자성체(1720)에 부딪혀 간섭받는 상황이 발생할 수도 있다.
한편, 화면 해상도 변화에 따라, 이를 구현하기 위한 멤스 스캐너의 수평 공진주파수가 결정된다.
예를 들어, 수평 공진 주파수는 다음과 같은 수식에 따라 구해질 수 있다.
F_horizontal = N/2 * (active+blank)*F_vertical
F_horizontal = 수평 주파수 (Hz)
N = 수직 해상도
active = 비디오 액티브(video active) 구간
Blank = 비디오 오프(video off) 구간
F_vertical= 수직 주파수 (Hz)
예를 들어, active = 1, blank = 0.1로 가정하고, 수직 주파수(F_vertical)는 60Hz인 경우로 가정한다면, 해상도가 1280x720p인 경우에는 수평 주파수는 다음과 같이 25,920 Hz가 된다.
F_horizontal = 720/2 * (1+0.1) * 60 = 25,920 Hz
도 18은 다양한 해상도에 대응하는 주파수별 소음 레벨(level) 측정 결과를 도시한 것이다.
도 18을 참조하면, 25,920 Hz는 사람이 인지 불가능한 영역으로 사용자는 소음을 인식하지 못한다.
한편, 스캐닝 프로젝터는 소형화와 고품질의 영상 구현이 동시에 가능하므로 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 이에 따라, 다양한 해상도, 화면 비율이 요구될 수 있다. 예를 들어, 해상도가 3840x160인 와이드(wide) 화면인 경우에, 수평 주파수는 다음과 같이 5,280 Hz가 된다.
F_horizontal = 160/2 * (1+0.1) * 60 = 5,280 Hz
도 18을 참조하면, 5,280 Hz는 사람이 인지할 수 있는 가청 주파수 영역으로 사용자는 소음을 인식하게 된다.
도 19는 수평 구동각에 따른 소음 레벨(level) 측정 결과를 도시한 것이다.
멤스 스캐너의 구동각(mechanical angle) 증가에 따라 멤스 스캐너의 미러의 진폭량이 증가하며, 이에 따라 음압이 증가하여 소음 레벨(level)이 증가한다.
도 19를 참조하면, 구동각이 증가함에 따라, 소음 레벨이 증가함을 확인할 수 있다.
또한, 해상도 변경에 따른 가청 주파수 영역대에 스캐너 수평 공진주파수가 있을 경우, 고주파의 쇠소리 같은 불쾌한 소음이 발생할 수 있다.
따라서, 멤스 스캐너의 수율, 신뢰성 및 소음 저감 측면에서 멤스 스캐너의 구동각이 작은 것이 유리하다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡보정의 개념도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명은 타겟 화면 길이(T)를 가지는 화면(2002)보다 작은 길이(L)를 가지는 화면(2001)을 형성한 후에 화면을 확대하는 방식으로 왜곡 보정을 수행한다.
따라서 도 15를 참조하여 설명한 종래의 광각 시야 범위(a)보다 작은 시야 범위(b)에 대응하도록 멤스 스캐너의 구동각을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 멤스 스캐너의 수율과 장기 구동시 신뢰성을 높일 수 있고, 구동시 소음을 저감할 수 있다.
도 21과 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘의 배치 각도에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘(2151)은 스캐너(2140)를 기준으로, 소정 각도(d4)로 틸트(tilt)되어 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 프리즘(2151)의 틸트 각도(d4)는 광이 투사되는 스크린의 곡률 또는 틸트 각도(d6)에 대응할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린은 곡면으로 형성되거나, 중앙의 평면 영역과 상기 평면 영역 좌우 측면에 배치되는 곡면 영역을 포함할 수 있다.
한편, 도 21에서 도시된 각도들의 정의는 아래와 같다.
d1: 프리즘 제1각(Prism angle 1)
d2: 프리즘 제2각(Prism angle 2)
d3: 프리즘 제3각(Prism angle 3)
d4: 프리즘 틸트 각도(Prism tilt angle)
d5: 스캐너 입사각(Angle of incidence on Scanner)
d6: 스크린 틸트 각도(Screen tilt angle)
본 발명에 따르면, 왜곡 보정을 담당하는 광학 부품-프리즘(2151)의 설계 인자를 조정하여 왜곡 보정 성능 조정이 가능하다.
다른 인자가 동일하다면, 본 발명은 프리즘 틸트 각도(d4)를 변경하여 왜곡 보정 성능을 조정하여 구현할 수 있다.
도 22는 다른 인자는 동일한 상태에서 프리즘 틸트 각도(d4)의 변화에 따른 왝곡 보정 설계 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.
도 22의 (a), (b), (c) 순서로 프리즘 틸트 각도(d4)는 작아진다.
도 22의 (b)는 평평한 평면(flat) 화면에 대응한다.
스크린이 내부로 오목한 곡면을 가진다면 도 22의 (a)와 같이 프리즘 틸트 각도(d4)를 크게 조정하여, 의도적으로 배럴 타입으로 왜곡시켜 최종적으로는 왜곡 보정된 영상을 구현할 수 있다.
스크린이 외부로 볼록한 곡면을 가진다면 도 22의 (c)와 같이 프리즘 틸트 각도(d4)를 작게 조정하여, 의도적으로 핀쿠션 타입으로 왜곡시켜 최종적으로는 왜곡 보정된 영상을 구현할 수 있다.
즉, 프리즘 틸트 각도(d4)를 작게 조정하면, 상기 프리즘(2150)은 스크린에서 발생하는 배럴 왜곡(Barrel Distortion)을, 크게 조정하면 핀쿠션 왜곡(Pincushion Distortion)을 보정할 수 있다.
또한, 프리즘(2151)의 설계 인자를 조정하여 광학 부품의 교체 및 재설계 없이 다양한 선반 디스플레이 모듈 및 스크린의 형상 변경에 대응할 수 있다.
도 23 내지 도 27은 본 발명의 실시예에 따른 왜곡보정 광학계에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 23은 왜곡보정 광학계가 미적용된 예를 도시한 것이다.
먼저, 도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너(2340)는, 왜곡보정 광학계가 없다면, 최종적으로 화면(2301)이 스크린에 구현할 타겟 크기보다 작은 크기(S)를 가지도록, 상대적으로 작게 구동될 수 있다(b).
도 23을 참조하면, 왜곡 화면(2301)의 전체 영역에서 색수차가 발생할 수 있다.
또한, 왜곡 화면(2301)의 좌/우측으로 갈수록 화면 중심보다 R/G/B 빔의 위치 차이가 커지므로 색수차 발생량이 커진다.
또한, 왜곡 화면(2301)의 좌/우측으로 갈수록 화면 중심보다 빔이 정확히 맺히지 못하므로 해상도가 저하될 수 있다.
도 24는 스캐너(2340)의 전면에 프리즘(2351)을 배치한 경우를 예시한다.
도 24를 참조하면, 스캐너(2340)의 전면에 프리즘(2351)을 배치한 경우에, 화면의 크기, R/G/B 빔의 위치(색수차 발생량)과 빔 형태와 크기(해상도)에 큰 변화없이 화면 왜곡만 보정된 화면(2302)이 구현될 수 있다.
도 25는 스캐너(2340)의 전면에 프리즘(2351)과 발산렌즈(2352)를 배치한 경우를 예시한다.
도 25를 참조하면, 스캐너(2340)의 전면에 프리즘(2351)과 발산렌즈(2352)를 배치한 경우에, 화면 왜곡이 보정되면서 타겟 길이(T)에 대응하도록 확대된 화면(2303)을 구현할 수 있다.
하지만, 도 25를 참조하면, R/G/B 빔의 위치(색수차 발생량)과 빔 형태와 크기(해상도)에는 열화가 발생할 수 있다.
도 26은 스캐너(2340)의 전면에 프리즘(2351)과 발산렌즈부(2352, 2353)를 배치한 경우를 예시한다. 즉, 도 26에서 예시되는 실시예는 발산렌즈부(2352, 2353)가 발산렌즈(2352)와 색수차보정렌즈(2353)를 포함하는 실시예로서, 도 11, 도 12를 참조하여 설명한 실시예와 동일하다.
도 26을 참조하면, 스캐너(2340)의 전면에 프리즘(2351), 발산렌즈(2352)와 색수차보정렌즈(2353)이 배치됨에 따라, 화면 왜곡이 보정되면서 타겟 길이(T)에 대응하도록 확대된 화면(2304)을 구현할 수 있다.
또한, 상기 확대 화면(2304)은 좌/우측에서도 화면 중심과 R/G/B 빔의 위치 차이가 거의 없으므로, 색수차 발생량이 저감된다.
또한, 상기 확대 화면(2304)은 좌/우측에서도 화면 중심과 유사하게 빔이 정확히 맺히므로 해상도가 저하되지 않을 수 있다.
도 27은 스캐너(2340)의 전면에 프리즘(2351)과 발산렌즈부(2354)를 배치한 경우를 예시한다. 즉, 도 27에서 예시되는 실시예는 발산렌즈부(2354)가 1매의 비구면렌즈로 구성되는 실시예로서, 도 13을 참조하여 설명한 실시예와 동일하다.
도 27을 참조하면, 스캐너(2340)의 전면에 프리즘(2351)과 발산렌즈부(2354)배치됨에 따라, 화면 왜곡이 보정되면서 타겟 길이(T)에 대응하도록 확대된 화면(2305)을 구현할 수 있다.
또한, 상기 확대 화면(2305)은 좌/우측에서도 화면 중심과 R/G/B 빔의 위치 차이가 거의 없으므로, 색수차 발생량이 저감된다.
또한, 상기 확대 화면(2305)은 좌/우측에서도 화면 중심과 유사하게 빔이 정확히 맺히므로 해상도가 저하되지 않을 수 있다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 선반 디스플레이 모듈의 상면도다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린은 곡면으로 형성될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린은 중앙의 평면 영역과 상기 평면 영역 좌우 측면에 배치되는 곡면 영역을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린은 평면과 곡면을 모두 포함할 수 있다.
도 28은 평면과 곡면이 함께 적용된 스크린 디자인에 따른 선반 디스플레이 모듈의 상면도이다. 도 28에서는, 선반 케이스(2830) 내에 구비되는 스캐닝 프로젝터를 스캐너의 투사 위치(2840)로 대체하여 생략하였다.
도 29는 도 28의 선반 디스플레이 모듈에서의 왜곡 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 28을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린(2802)은 중앙의 평면 영역(F)과 상기 평면 영역(F) 좌우 측면에 배치되는 곡면 영역(R)을 포함할 수 있다.
상기 평면 영역(F)과 곡면 영역(R)의 길이의 합은 상술한 타겟 길이(T)에 대응할 수 있다.
한편, 도 28를 참조하면, 멤스 스캐너를 구동각이 ±c도로 구동할 수 있다. 또한, 상술한 타겟 길이(T)에 대응하는 시야 범위(b)는 4*c도일 수 있다.
도 29는 도 28과 같이 평면과 곡면이 포함된 스크린 형태에 본 발명의 실시예에 따른 왜곡보정 광학계를 적용하여 스크린 왜곡 화면을 시뮬레이션 실험한 결과를 나타낸 것이다.
도 29를 참조하면, 화면의 좌/우 외곽 경계면(600)에서 약간의 왜곡이 있으나, 이는 스크린 끝부분으로 전체 화면에서 왜곡이 제거되었음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 스캐닝 프로젝터 및 이를 포함하는 선반 디스플레이 모듈은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (10)

  1. 광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너; 및,
    상기 스캐너 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계;를 포함하고,
    상기 왜곡보정 광학계는,
    상기 스캐너의 전면에 배치되는 프리즘과
    상기 프리즘의 전면에 배치되는 발산 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발산 렌즈부는 적어도 일면이 오목 렌즈로 형성되는 발산렌즈와 적어도 일면이 비구면렌즈로 형성되는 색수차보정렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발산 렌즈부는 하나의 비구면렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비구면렌즈의 전면이 후면보다 높은 차수의 비구면계수를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘은 소정 각도로 틸트(tilt)되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프리즘의 틸트 각도는 광이 투사되는 스크린의 곡률 또는 틸트 각도에 대응하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스크린은 중앙의 평면 영역과 상기 평면 영역 좌우 측면에 배치되는 곡면 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘과 상기 발산 렌즈부의 굴절률을 상이한 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발산 렌즈부는 상기 프리즘을 통과한 광의 입사각도를 확대하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로젝터.
  10. 수납 공간을 구비하는 선반 케이스;
    상기 수납 공간의 전면에 배치되는 스크린; 및
    상기 수납 공간의 내부에 배치되고, 소정 영상을 상기 스크린으로 투사하는 스캐닝(Scanning) 프로젝터;를 포함하고,
    상기 스캐닝 프로젝터는,
    광을 반사시켜, 수평 방향 및 수직 방향으로 스캐닝하는 스캐너와 상기 스캐너 전면에 배치되는 왜곡보정 광학계를 포함하며,
    상기 왜곡보정 광학계는,
    상기 스캐너의 전면에 배치되는 프리즘과 상기 프리즘의 전면에 배치되는 발산 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선반 디스플레이 모듈.
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