KR0184364B1 - 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치에 관한 것으로, 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사광을 집속시키는 광집속수단과과, 상기 광집속수단에 의해 집속된 입사광을 S파편광빔과 P파편광빔으로 분리하는 빔분리수단과, 상기 빔분리수단으로부터 분리된 광을 광변조하여 반사시키는 제1 및 제2광변조수단과, 상기 제1 및 제2 광변조수단에 의해 광변조되어 반사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈로 이루어지는 광반사형 모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치에 있어서, 상기 제1 및 제2광변조수단과과 빔분리수단의 사이에 상기 빔분리수단을 통과한 평행광이 다수개의 분리된 보다 작은 폭의 집속평행빔으로 전환되도록 하는 복수의 마이크로 렌즈 어레이패널과, 상기 집속평행빔이 평행하게 통과되도록 하는 복수의 픽셀스톱과, 상기 픽셀스톱온 통과하여 입사된 집속평행빔이 각각 R, G, B의 빔으로 분리되도록 하는 다이크로익 미러 어래인지먼트패널로 구성되는 색분리수단이 설치된 구조로 이루어지도록 구성하므로써 2개의 반사형 광모듈레이터를 이용하여 컬러 입체영상을 디스플레이할 수 있도록 한 것이다.

Description

반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치

제1도는 종래 일반적인 투사형 입체화상표시장치의 광학계를 나타내는 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치의 광학계를 나타내는 구성도.

제3도는 본 발명의 투사형 입체화상표시장치에서 반사형 광모듈레이터 및 색분리수단을 나타내는 확대도.

제4도는 본 발명의 투사형 입체화상표시장치에서 다이크로익미러 어레인지먼트패널을 나타내는 확대도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 광원 32 : 광집속수단

34 : 빔분리수단 36 : 제1 및 제2광변조수단

38 : 투사렌즈 40 : 마이크로 렌즈 어레이패널

42 : 픽셀스톱 44 : 다이크로익 미러 어레인지먼트패널

46 : 색분리수단 58 : λ/4플레이트

본 발명은 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치(Projector)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2개의 반사형 광모듈레이터를 이용하여 컬러 입체영상을 디스플레이할 수 있도록 한 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체 화상표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 화상표시장치는 표시방법에 따라, 직시형화상표시장치와 투사형화상표시 장치로 구분된다.

직시형화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT화상표시장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께가 증대되고, 가격이 비싸지는 등의 문제가 있어 대화면을 구비하는 데 한계가 있다.

한편, 투사형화상표시장치로는 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display: 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있으나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다는 문제가 있다.

따라서, 미합중국 Aura사에 의해 액추에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays: 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형화상표시장치가 개발되었다.

상기 투사형화상표시장치는 1차원 AMA를 이용하는 것과 2차원 AMA를 이용하는 것으로 구별되는 바, 상기 1차원 AMA는 거울면들이 M x 1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울면이 M x N 어레이로 배열되어 있음에 따라 1차원 AMA를 이용하는 투사형화상표시장치는 주사거울을 이용하여 M x 1 개의 광선들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형화상표시장치는 M x N개의 광속들을 투사시켜 M x N화소의 어레이를 가지는 영상을 나타내도록 되어 있다.

이하, 종래 투사형 입체화상표시장치에 대하여 설명한다.

제1도는 종래의 일반적인 투사형 입체화상표시장치의 개략도로서, 이에 따른 종래 투사형화상표시장치(1)는 광원(11), 소스렌즈(12), 소스스톱(13), 반사거울(14), 투사스톱(15), 투사렌즈(16), 다이크로익 필터(17)(18), 광반사부재(20)(22)(24)와, 필드렌즈(2)로 이루어지는 바, 상기 광원(11)으로부터는 고휘도의 백색광이 방사(Emitting)되고, 상기 광원(11)으로부터 방사된 광은 소스렌즈(12)에 의해 집속된 후, 소스스톱(13)을 투과하여 반사거울(14)에 의해 반사된다.

상기 반사거울(14)에 의해 반사된 광은 다이크로익 필터(17)(18)에 의해 각각 적색, 청색 및 녹색광으로 분리된다.

상기 필드렌즈(2)는 후술하는 광반사부재(20)(22)(24)앞에 위치하여 큰 반사각을 갖고 다이크로익 필터(17)(18)에서 반사되는 광이 손실되지 않도록 하며 광로를 줄이는 역할을 한다.

상기 광반사부재(20)(22)(24)는 상기 필드렌즈(2)로부터 입사된 화소들과 대응하여 광의 경로가 조절되도록 반사시키는 거울(도시되지 않음)과, 이 거울이 일정경로를 가지도록 하는 액츄에이터(도시되지 않음)가 M × N개가 실장된AMA(20a, 22a, 24a)로 이루어진다. 상기 AMA패널(20a)(22a)(24a)은 M × N개의 트랜지스터들(도시되지않음)이 내장되고, 액츄에이터는 트랜지스터들과 전기적으로 연결되게 AMA패널(20a)(22a)(24a)에 실장되어 화상신호에 의해 발생되는 전계에 의해 변형되어 상부에 실장된 거울을 일정각도만큼 경사지게 한다.

상기 투사렌즈(16)는 상기 광반사부재(20)(22)(24)에 의해 반사되어 투사스톱(15)을 통과한 광을 스크린에 투사시킨다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래 투사형화상표시장치는 광반사부재를 통해 광변조된 영상을 스크린을 통해 관람하는 것이지만, 평면영상으로 관람자가 입체감을 느낄 수 없는 것이었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 투사형화상표시장치에서 구현할 수 없었던 입체영상을 제공하고자 안출한 것으로, 그 목적은 2개의 반사형 광모듈레이터를 이용하여 컬러 입체영상을 디스플레이할 수 있도록 한 새로운 형태의 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치를 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사광을 집속시키는 광집속수단과, 상기 광집속수단에 의해 집속된 입사광을 S파편광빔과 P파편광빔으로 분리하는 범분리수단과, 상기 빔분리수단으로부터 분리된 광을 광변조하여 반사시키는 제1 및 제2광변조수단과, 상기 제1 및 제2 광변조수단에 의해 광변조되어 반사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈로 이루어지는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치에 있어서, 상기 제1 및 제2광변조수단과과 빔분리수단의 사이에 상기 빔분리수단을 통과한 평행광이 다수개의 분리된 보다 작은 폭의 집속평행빔으로 전환되도록 하는 복수의 마이크로 렌즈 어레이패널과, 상기 집속평행빔이 평행하게 통과되도록 하는 복수의 픽셀스톱과, 상기 픽셀스톱을 통과하여 입사된 집속평행빔이 각각 R, G, B의 빔으로 분리되도록 하는 다이크로익 미러 어레인지먼트패널로 구성되는 색분리수단이 설치된 특징을 갖는다.

이하 본 발명에 따른 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시 장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 광반사형 모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치의 광학계를 나타내는 구성도로서, 이에 따른 본 발명은 고휘도의 백색광을 방사하는 광원(30)과, 상키 광원(30)으로부터 방사광을 집속시키는 광집속수단(32)과, 상기 광집속수단(32)에 의해 집속된 입사광을 S파편광빔과 P파편광빔으로 분리하는 빔분리수단(34)과, 상기 빔분리수단(34)으로부터 분리된 광을 광변조하여 반사시키는 제1 및 제2광변조수단(36)과, 상기 제1 및 제 2 광변조수단(36)에 의해 광변조되어 반사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈(38)로 이루어지는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치에 있어서, 상기 제1 및 제2광변조수단과(36)과 빔분리수단(34)의 사이에 상기 빔분리수단(34)을 통과한 평행광이 다수개의 분리된 보다 작은 폭의 집속평행빔으로 전환되도록 하는 복수의 마이크로 렌즈 어레이패널(40)과, 상기 집속평행빔이 평행하게 통과되도록 하는 복수의 픽셀스톱(42)과, 상기 픽셀스톱(42)을 통과하여 입사된 집속평행빔이 각각 R, G, B의 빔으로 분리되도록 하는 다이크로익 미러 어레인지먼트패널(44)로 구성되는 색분리수단(46)이 설치된 구조로 이루어진 것을 나타낸다.

이와 같은 본 발명에서 상기 광집속수단(32)은 상기 광원(30)의 됫쪽에 설치되는 비구면반사경(48)과, 상기 광원(30)앞쪽의 광투사방향상에서 일정간격으로 설치되어 상기 광원(30)에서 방사된 후 정해진 광경로의 외측으로 퍼져나가는 조명광을 상기 비구면반사경(48)쪽으로 재반사시켜주는 구면반사경(50)과, 상기 광원(30)과 구면반사경(50)사이에 해당되는 광경로상에 설치되어 상기 비구면반사경(48)으로부터 반사되는 백색광이 평행광으로 전환되도록 하는 광가이드(52)로 이루어진 것을 나타낸다.

한편, 이와 같은 본 발명에서 상기 빔분리수단(34)은 편광빔분리프리즘(54)으로 이루어지되, 상기 편광빔분리프리즘(54)의 투사측에는 평행광으로부터 열선을 제거하기 위한 적외선/자외선차단필터(56)가 설치되고, 상기 편광빔분리프리즘(54)의 반사측으로부터 약간 떨어진 위치에는 λ/4플레이트(58)가 설치된 것을 나타낸다.

한편, 상기 색분리수단(46)은 제3도에 도시된 바와 같이, 상기 빔분리수단(34)을 통과한 평행광이 다수개의 분리된 보다 작은 폭의 집속평행빔으로 전환되도록 하는 복수의 마이크로 렌즈 어레이패널(40)과, 상기 집속평행빔이 평행하게 통과되도록 하는 복수의 픽셀스톱(42)과, 상기 픽셀스톱(42)을 통과하여 입사된 집속평행빔이 각각 R, G, B의 빔으로 분리되도록 하는 다이크로익 미러 어레인지먼트패널(44)로 구성된다.

한편, 상기 빔분리수단(34)과 투사렌즈(38)사이에는 상기 광변조수단(36)에 의하여 재반사된 후, 상기 빔분리수단(34)에 의하여 반사된 광을 상기 투사렌즈(38)쪽으로 집속시켜주는 필드렌즈(60)가 설치된 것을 나타낸다.

한편, 이와 같은 본 발명에서 상기 색분리수단(46)을 구성하는 다이크로익 미러 어레인지먼트패널(44)은 제4도에 도시된 바와 같이, 중앙부에서 서로 교차되게 설치되는 두개의 다이크로익 필터(62)와, 상기 다이크로익 필터(62)를 지나면서 분리되어 입사빔의 진행방향에 대하여 직각으로 분리되는 2색성분을 반사하기 위한 2개의 반사미러(64)로 이루어진 것을 나타낸다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 입체영상 투사형화상표시장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

제2도에 도시된 바와 같이, 광원(30)으로부터의 조명광이 광집속수단(32)를 구성하는 비구면반사경(48)과 구면반사경(50)및 광가이드(52)를 통하여 평행광으로 방사되고, 이와 같이 방사된 조명광은 상기 편광빔분리프리즘(54)의 투사측에 설치된 적외선/자외선차단필터(56)를 통과하면서 열선이 제거된 상태에서 상기 편광빔분리프리즘(54)내로 입사된다.

이와 같이, 빔분리수단(34)을 구성하는 편광빔분리프리즘(54)내로 입사된 조명광은 S파와 P파로 분리되는 데, 이 때 S파는 편광빔분리프리즘(54)의 분리면에서 반사되어 λ/4플레이트(58)를 지나 원편광의 빔으로 된 후, 제3도에 도시된 바와 같이, 상기 색분리수단(46)을 지나면서 다수개의 픽셀스톱(42)들을 통과하게 되고, 이와 같이 통과된 빔은 제4도에 도시된 바와 같이, 다이크로익 미러 어레인지먼트패널(44)을 구성하는 다이크로익 필터(62)와 반사미러(64)를 통과하면서 각각 1/3폭의 R, G, B, R, G, B, ---의 순서로 분리되어 상기 제1 및 제2광변조수단(36)에 도달되며, 이 때, 상기 각 광변조수단(36)에 실린 영상정보에 따라 결정되는 광변조수단(36)의 단위픽셀의 틸팅반사각에 의하여 재반사되는 빔의 경로가 조절된다.

이와 같이 조절된 반사빔은 제3도에 도시된 바와 같이, 복수개로 배치된 픽셀스톱(42)들을 통과하게 되는 데, 이때 통과되는 광량은 상기 광변조수단(36)에 실린 오른쪽 또는 왼쪽 영상정보에 따라 조절되며, 상기 영상정보에 따라 통과량이 조절된 광은 다시 상기 마이크로 렌즈 어레이패널(40)을 통과하면서 다시 백색광이 된 후, λ/4플레이트(58)를 통과하면서 P파편광빔으로 바뀌게 되고, 계속하여 상기 빔분리수단(34)과 투사광을 집속하기 위한 필드렌즈(60)를 통과한 다음, 투사렌즈(38)에 의하여 입체영상에 필요로 하는 오른쪽 또는 왼쪽 영상정보가 P파형태로 스크린에 투사되는 것이다.

한편, 이와 마찬가지로 상기 빔분리수단(34)을 구성하는 편광빔분리프리즘(54)을 지나면서 분리된 P파는 λ/4플레이트(58)를 지나 원편광의 빔이 되고, 이 때, 제2도에서 오른쪽에 해당되는 색분리수단(46)과 광변조수단(36)에 의하여 입체영상정보구현을 위한 왼쪽 또는 오른쪽 영상정보를 실어 되반사되어 진행되고, 계속하여 λ/4플레이트(58)를 지나면서 S파로 바뀌어 빔분리수단(34)의 분리면에서 반사된 후, 필드렌즈(60)를 통과하여 투사렌즈(38)입체영상에 필요로 하는 왼쪽 또는 오른쪽 영상정보가 S파형태로 스크린에 투사되는 것이다.

이 때, 관찰자가 편광안경으로 스크린을 응시하면 오른쪽 영상정보는 오른쪽을 통하여, 왼쪽 영상정보는 왼쪽을 통하여 볼 수 있게 되어 입체영상을 인식하게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 고휘도의 백색광을 방사하는 광원(30)과; 상기 광원(30)으로부터 방사광을 집속시키는 광집속수단과(32)과; 상기 광집속수단(32)에 의해 집속된 입사광을 S파편광빔과 P파편광빔으로 분리하는 빔분리수단(34)과; 상기 빔분리수단(34)으로부터 분리된 광을 광변조하여 반사시키는 제1 및 제2광변조수단(36)과; 상기 제1 및 제2 광변조수단(36)에 의해 광변조되어 반사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈(38)로 이루어지는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치에 있어서, 상기 제1 및 제2광변조수단과(36)과 빔분리수단(34)의 사이에 상기 빔분리수단(34)을 통과한 평행광이 다수개의 분리된 보다 작은 폭의 집속평행빔으로 전환되도록 하는 복수의 마이크로 렌즈 어레이패널(40)과, 상기 집속평행빔이 평행하게 통과되도록 하는 복수의 픽셀스톱(42)과, 상기 픽셀스톱(42)을 통과하여 입사된 집속평행빔이 각각 R, G, B의 빔으로 분리되도록 하는 다이크로익 미러 어레인지먼트패널(44)로 구성되는 색분리수단(46)이 설치된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 빔분리수단(34)은 편광빔분리프리즘(54)으로 이루어지되, 상기 편광빔분리프리즘(54)의 투사측에는 평행광으로부터 열선을 제거하기 위한 적외선/자외선차단필터(56)가 설치되고, 상기 편광빔분리프리즘(54)의 반사측으로부터 약간 떨어진 위치에는 λ/4플레이트(58)가 설치된 것을 특징으로 하는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 다이크로익 미러 어레인지먼트패널(44)은 중앙부에서 서로 교차되게 설치되는 두개의 다이크로익 필터(62)와; 상기 다이크로익 필터(62)를 지나면서 분리되어 입사빔의 진행방향에 대하여 직각으로 분리되는 2색성분을 반사하기 위한 2개의 반사미러(64)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 입체화상표시장치.