KR100705062B1 - 투사율이 작은 프로젝션 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력 영상데이타를 기초로 스크린에 보정된 광학영상을 디스플레이하는 프로젝션 시스템과 방법에 관한 것으로, 전자보정기, 영상 프로젝터 및 반사조립체를 포함한다. 전자교정기는 입력 영상데이타를 받아 사전왜곡 영상데이타를 생성한다. 프로젝터는 전자보정기로부터 사전왜곡 영상데이타를 받아, 사전왜곡 영상데이타에 대응하는 사전왜곡 광학영상나 프로젝션 광학왜곡에 의해 보정된 사전왜곡 영상을 투사한다. 반사조립체는 사전왜곡 광학영상의 광행로에 위치하여, 스크린에 광학영상을 투사한다. 반사조립체는 필요에 따라 곡면거울과 평면거울을 다양하게 조합하여 이루어질 수 있다. 전자보정기는 영상데이타로 표현되는 영상의 형상을 사전왜곡하도록 암호화되어, 사전왜곡 광학영상을 프로젝터를 통해 투사하고 반사조립에서 반사하면, 프로젝터와 반사조립체 내부의 거울에 관련된 광학적이고 기하학적인 왜곡을 디스플레이된 광학영상에서 제거한다.

Description

투사율이 작은 프로젝션 시스템 및 방법{SHORT THROW PROJECTION SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 프로젝션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 투사율이 작은 프로젝션 시스템 및 방법에 관한 것이다.

프로젝션 시스템은 시청자와 프로젝터가 스크린에 대해 어떻게 위치하느냐에 따라 정면투사형과 배면투사형으로 구분된다. 정면 프로젝션 시스템에서는, 시청자와 프로젝터가 스크린의 한쪽에 있고, 프로젝터의 영상은 스크린에서 시청자쪽으로 반사된다. 배면 프로젝션 시스템에서는, 시청자와 프로젝터가 스크린의 양쪽에 있고, 프로젝터의 영상은 스크린을 통해 시청자에게 전달된다.

도 1은 종래의 배면 프로젝션 시스템(21)과 정면 프로젝션 시스템(23)을 보여준다. 도시된 바와 같이, 영상 프로젝터(24)는 스크린(20) 반대쪽에 위치한다. 투사율은 투사거리 d를 스크린 대각선 길이 D로 나눈 값으로,

투사율 = d/D (2)

프로젝션 시스템의 공통적인 설계 목표는 영상 품질을 해치지 않고 투사율을 최소화하는데 있다. 투사율은 투사된 영상의 크기에 대해 가장 먼 광학요소(프로젝터 등)의 스크린으로부터의 거리의 비로 정의되는바, 영상/스크린대각선으로 주어 진다. 투사율을 최소화하는 것은 특히 배면 프로젝션 시스템에서 중요한데, 배면시스템의 예로는 프로젝터와 스크린을 하나로 결합한 배면 프로젝션 텔레비젼을 들 수 있다. 이런 장치에서 투사율을 최소화하면 스크린과 프로젝터를 수용하는 캐비넷의 깊이를 줄일 수 있다. 정면 프로젝터의 투사율을 최소화하면, 프로젝터를 스크린 표면 가까이 배치하여 설치가 쉽고 프레젠터와 시청자에 의한 광행로 간섭을 피할 수 있다는 장점이 있다.

투사율을 줄이기 위한 종래의 방법은, 왜곡이 낮고 시야각(FOV; field of view)이 넓은 광각렌즈와 평면거울들을 결합해 광행로를 폴드함으로써, 투사거리와 투사율을 줄이는 것이었다. 광학적 형상(렌즈 타입, 촛점거리, 거울 각도)를 정밀 튜닝하면, 영상 왜곡을 최소화할 수 있다. 그러나, 설계가 어렵고 제조비가 비싼 광학요소를 필요로 하고 광학요소의 사이즈/설치가 제한되는 문제가 있다. 이런 광학적이고 기하학적인 제한들은 핀쿠션(pincushion)이나 배럴(barrel) 왜곡과 키스톤(keystone) 왜곡으로 나타난다. 종래의 시스템의 설계는 왜곡을 최소화하는 조건에 있어서 크게 제한되었다.

최근에는 왜곡을 없애는 기능을 하는 연산회로와 곡면거울을 함께 사용한 Hiller의 미국특허 6,233,024가 있다. 그러나, 미국특허 6,233,024의 발명은 (왜곡의 최소화로 인한) 제한조건들로 인해 배면 프로젝션 시스템만 최적화할 수 밖에 없다. 또, 거울의 각도가 일정 범위로 제한되고 싱글 프로젝터 시스템에 한정된다. 끝으로, 미국특허 6,233,024는 스캐닝 레이저광 번들을 이용해 스크린에 영상을 생성하는 프로젝션 메커니즘을 기초로 하고, 연산회로는 레이저광 번들의 편향과 세 기를 제어하는데, 이런 작업은 귀찮기도 하면서 데이타의 정밀튜닝을 제한하는 융통성 없는 배열을 가져온다.

현재의 CRT계 프로젝션 시스템들은 수평수직 편향회로로 전자제어되는 래스터 스캔포맷의 영상을 형성한다. 이런 편향회로들은 편향각도 사이의 비선형성을 보정하여 표면스캔 영역을 디스플레이하기 위해 비선형 편향제어신호들을 생성하는 보정회로들을 병합한다. 이런 왜곡으로 핀쿠션 영상이 디스플레이된다. 일반적으로, 보정회로들은 프로젝션 시스템에서 렌즈의 왜곡이나 기타 왜곡으로 인한 변형을 보정하도록 조정될 수 있다. 고정매트릭스 디스플레이, 구체적으로는 마이크로디스플레이를 채택하는 차세대 프로젝션 시스템들에서는, 이런 보정방법을 채택할 수 없다. 또, 마이크로디스플레이를 이용하는 프로젝션 시스템은 60-70 인치의 영상을 비추려면 약 100배의 확대를 해야만 한다. 이 경우, 운반과 장기간 사용에서 생기는 오정렬 때문에 프로젝션 광학계의 정렬과 교정에 있어서 높은 허용오차가 필요하다.

끝으로, 모든 광각/뒤축(off-axis) 프로젝션 시스템에는 기본적으로 광학 포락선(optical envelope) 내의 광행로에 큰 변동이 있다. 이런저런 광학요소(예; 광원, 디스플레이장치, 렌즈 등)의 변동 때문에 투사된 영상은 휘도가 불균일함은 물론 색차도 불균일하다. 또, 광굴절차도 영상 색상에서 상당한 일탈을 유도할 수 있다.

발명의 요약

본 발명은, 입력 광학영상을 표현하는 입력 영상데이타를 기초로 투사스크린에 왜곡보정된 광학영상을 디스플레이하는 투사율이 작은 프로젝션 시스템에 있어서:

⒜ 입력 영상데이타를 받아, 사전왜곡된 광학영상을 표현하는 사전왜곡 영상데이타를 생성하는 전자보정기;

⒝ 상기 전자보정기에 연결된 디스플레이 장치를 구비하여, 사전왜곡된 영상데이타를 받아 사전왜곡 광학영상을 제공하는 영상 프로젝터; 및

⒞ 하나 이상의 거울을 포함하고, 사전왜곡 광학영상의 광행로상에 위치하여 프로젝션 스크린에 투사할 디스플레이 광학영상을 생성하는 반사조립체;를 포함하고,

⒟ 상기 전자보정기는 입력 영상데이타에 대응하는 입력 광학 영상의 형상을 사전왜곡하기에 적합하며, 상기 사전왜곡은 소정의 영상 투사 왜곡 설명 데이타를 기초로 하고, 상기 사전왜곡 영상 데이타를 기초로 한 사전왜곡 광학영상을 영상 프로젝터를 통해 제공하고 반사조립체에서 반사하면 디스플레이된 광학영상에서 광학적이고 기하학적인 정렬 왜곡들이 모두 제거되는 프로젝션 시스템을 제공한다.

본 발명은 또한, 입력 광학영상을 표현하는 입력 영상데이타를 기초로 투사스크린에 왜곡보정된 광학영상을 디스플레이하는 투사율이 작은 프로젝션 방법에 있어서:

⒜ 입력 영상데이타를 받아, 사전왜곡된 광학영상을 표현하는 사전왜곡 영상데이타를 생성하는 단계;

⒝ 디스플레이 장치를 구비한 영상 프로젝터를 통해 사전왜곡된 영상데이타를 제공하는 단계; 및

⒞ 하나 이상의 거울을 포함하는 반사조립체에서 사전왜곡 광학영상을 반사해 프로젝션 스크린에 투사할 디스플레이 광학영상을 생성하는 단계; 및

⒟ 입력 영상데이타에 대응하는 입력 광학 영상의 형상을 사전왜곡하되, 상기 사전왜곡은 소정의 영상 투사 왜곡 설명 데이타를 기초로 하고, 상기 사전왜곡 영상 데이타를 기초로 한 사전왜곡 광학영상을 영상 프로젝터를 통해 제공하고 반사조립체에서 반사하면 디스플레이된 광학영상에서 광학적이고 기하학적인 정렬 왜곡들이 모두 제거되는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 극히 짧은 투사가 가능하고 각도가 아주 넓고 곡면 거울에 기본적으로 존재하는 비선형 2차원 왜곡을 보정하는 디지탈 영상처리회로들을 이용할 수 있다. 디지탈 영상처리회로들은 또한 요소의 허용오차와 시스템정렬로 인한 왜곡들과 배율색수차를 보상할 수도 있다. 이런 고유의 2차원 왜곡들은 일반적으로 광학적으로 보정하기가 곤란하고 비용이 많이 든다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 종래의 배면/정면 프로젝션 시스템의 개략도;

도 2는 평면거울 하나를 이용해 광행로를 폴딩하는 방법을 보여주는 종래의 배면 프로젝터의 개략도;

도 3은 평면거울 두개를 이용해 광행로를 폴딩하는 방법을 보여주는 종래의 배면 프로젝터의 개략도;

도 4는 본 발명의 프로젝션 시스템의 대표적 구성의 블록도;

도 5는 곡면거울에서 반사된 뒤의 왜곡된 영상과 왜곡을 보정할 사전왜곡 영상의 개략도;

도 6은 도 4의 프로젝션 시스템으로서 곡면거울을 이용하는 싱글폴드 배면 프로젝션 시스템의 측면도;

도 7은 도 4의 프로젝션 시스템으로서 곡면거울을 이용하는 싱글폴드 정면 프로젝션 시스템의 측면도;

도 8은 4의 프로젝션 시스템으로서 볼록거울을 이용하는 데스크탑 정면 프로젝션 시스템의 측면도;

도 9는 4의 접이식 반사광학계를 구비한 정면 프로젝션 시스템의 측면도;

도 10은 광행로를 폴딩하는데 오목형 및 볼록형 포물선/쌍곡선 거울들을 이용하는 도 4의 프로젝션 시스템의 다른 예의 측면도;

도 11은 볼록거울과 오목거울을 순서대로 사용하는 2폴드 배면프로젝션 시스템의 측면도;

도 12는 하나의 프로젝터에서 나온 빛을 2개의 광행로로 분할해 절반의 빛으로 각각 스크린 반쪽을 별도로 조명할 수 있는 방법을 보여주는 도 4의 프로젝션 시스템의 다른 구성의 평면도;

도 13은 프로젝터 2개를 이용해 각각 반쪽 영상을 구성하는 배면 프로젝션 시스템 2개를 연결한 구성의 평면도.

도 2, 3은 개념적 폴드를 갖는 종래의 배면 프로젝션 시스템(21)과, 투서길이를 줄여 투사율을 줄이는데 광행로 폴딩을 이용하는 종래의 배면 프로젝션 시스템(31)을 보여준다.

도 2에는, 평면거울(33)을 이용해 프로젝터(25)의 광행로를 스크린(20)에 반사하여 영상 폴딩을 이루는 싱글폴드 구성이 보인다. 구체적으로, 싱글 폴딩의 결과, 프로젝터(25)가 프로젝터(25') 위치에 있는 것처럼 평면거울(33) 정면에 위치할 수 있다. 이런 구성에서는 투사거리가 줄어든다(비폴딩 구성의 거리 d' 대신 d 때문). 도시된 바와 같이, 스크린으로부터 d/s(s>1)의 거리에서의 폴딩에 의해 s만큼 투사율이 줄어든다. 거울과 프로젝터의 각도가 올바르면, 왜곡 없는 영상이 디스플레이되어야 한다. 도시된 싱글폴딩 구성에서 평면거울(33)과 프로젝터(25)는 일정한 각도에 있어야 한다. 구체적으로, 거울(33)의 표면과 수직투사선(N) 사이의 각도가 α이면, 프로젝터(25)에서 투사된 영상이 도시된 각도로 거울(33)에 도달하도록 수직투사선(N)에 대해 프로젝터(25)가 π- 2α각도로 위치해야 한다.

도 3과 같이, 평면거울(33,35)을 두개 사용하면 멀티폴딩을 이룰 수 있다. 마찬가지로, 스크린에서부터 d/s (s>1)의 거리에서 폴딩하면 투사율이 s만큼 감소된다. 거울과 프로젝터의 각도가 올바르면, 중요한 왜곡이 없는 영상이 디스플레이되어야 한다. 도시된 더블폴딩 구성에서 평면거울(33,35)과 프로젝터(25)는 일정한 각도에 있어야 한다. 구체적으로, 거울(33)의 표면과 수직투사선(N) 사이의 각도가 α₂이고 거울(35)이 수직투사선(N)에 대해 2α₂ -α₁의 각도에 있으면, 프로젝터(25)에서 투사된 영상이 옳은 각도로 거울(35)에 도달하고 거울(35)에서 반사된 영상이 옳은 각도로 거울(33)에 도달하여 투사스크린(20)에서 완전한 반사를 하도록 수직투사선(N)에 대해 프로젝터(25)가 2α₂ - 2α₁각도로 위치해야 한다.

알려진 바와 같이, 투사광 성분의 위치를 조정하면 모든 렌즈왜곡이나 포커스 문제들이 광학적으로 보정된다. 또, 거울/프로젝터 구성과 렌즈의 타입도 최종 영상에 왜곡이 없도록 제한된다. 여러가지 다른 거울 구성도 가능하고, 이들 구성을 배면 프로젝션 시스템은 물론 정면 프로젝션 시스템에도 활용할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라 구성된 프로젝션 시스템(10)을 보여준다. 프로젝션 시스템(10)은 전자보정기(12), 영상 프로젝터(14), 및 반사광학계(16)를 포함하고, 반사조립체는 영상소스(18)에서 제공된 입력영상을 표현하는 영상 데이타를 프로젝션 스크린(20)에 투사할 사전왜곡된 광학영상으로 변환하여 왜곡없는 영상을 만든다.

영상소스(18)는 방송수신기, 비디오 레코더, 카메라, PC, 또는 기타 필요한 비디오/그래픽 포맷(예; YprPb, RGB, DVI 등)으로 영상을 생성할 수 있는 다른 장치의 비디오일 수 있다.

전자보정기(12)는 영상소스(18)로부터 입력영상 데이타를 받고, 이들 입력영상 데이타를 왜곡설명 데이타에 맞게 디지탈 워핑(wraping)하거나 사전왜곡하므로, 사전왜곡된 영상데이타를 반사광학계(16)를 통해 영상 프로젝터(14)에서 투사하면 프로젝션 스크린(20)에 디스플레이된 광학 영상은 왜곡을 갖지 않는다. 전자보정기(12)는 영상 데이타의 각각의 원색을 별도로 균일하게 처리하기 위한 별도의 회로들(도시 안됨)을 구비하여 디스플레이된 광학영상의 모든 컬러왜곡과 휘도 불균일을 보정하는데 이에 대해서는 후술한다. 전자보정기(12)는 영상 프로젝터(14)에 제공되는 디지탈 영상 데이타에 전자식 보정을 가하여, 데이타의 디지탈 정밀튜닝을 한다. 전자보정기(12)의 구체적인 기능에 대해서는 뒤에 더 자세히 설명한다.

영상 프로젝터(14)는 전자보정기(12)로부터 사전왜곡된 영상을 받고, 프로젝션 광학계(26)의 모든 광학적 왜곡에 의해 변경된 사전왜곡 영상에 대응하는 사전왜곡 광학영상을 생성한다. 영상 프로젝터(14)는 발광부(22), 마이크로-디스플레이 장치(24) 및 프로젝션 광학계(26)를 포함한다. 발광부(22)는 광원(예; 램프나 레이저), 색분해 프리즘 및 적분기/분광기(도시 안됨)와 같은 요소들(도시 안됨)을 포함한다. 마이크로-디스플레이 장치(24)는 시중에서 구입할 수 있는 어떤 하드웨어(예; LCD, CRT, DLP^TM, LCOS 등)도 포함하며, 전자보정기(12)에서 생성된 사전왜곡 디지탈 영상데이타에 맞게 빛을 반사/전파하여 광학영상을 만드는데 사용된다. 마이크로-디스플레이 장치(24)를 하나가 아닌 여러개 사용하여 입력 영상 내부의 독립적인 색보정을 촉진할 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다. 프로젝션 광학계(26)는 반사광학계(16)를 통해 스크린(20)에 사전왜곡 영상을 투사하고 포커싱하는 렌즈들로 구성된다.

프로젝션 광학계(26)는 비점수차를 줄이는 렌즈나 광각렌즈로 구성될 수 있 다. 또, 프로젝션 광학계(26)의 투사각은 수직이거나 넓은 시야각(FOV; field of view)일 수 있고, 곡면거울에서 반사되었을 때 더 넓은 FOV로 확장된다. 프로젝션 광학계(26)는 평면거울만으로도 필요한 투사율을 얻는데 필요한 FOV를 충분히 제공할 수 있다. 본 발명에서는 프로젝션 광학계(26)가 무왜곡일 필요는 없는데, 이는 프로젝션 광학계(26)와 곡면거울에서의 어떤 왜곡도 디지탈 영상 처리에 의해 보정되기 때문이다. 프로젝션 광학계(26)의 설계는 스크린(20)의 필드 깊이내에서 비점수차를 줄이거나 포커스 품질을 개선하는데 주안점을 두고 있다.

반사광학계(16)는 사전왜곡 광학영상을 포함하는 영상 프로젝터(14)로부터 빛을 받는다. 반사광학계(16)는 곡면 및/또는 평면 거울들로 구성되고, 이들 거울은 광행로를 폴딩하도록 배열되며 투사율을 크게 줄이도록 구성됨은 물론(이에 대해서는 후술함), 스크린의 오버스캔을 최소화하여 해상도의 손실을 최소화하도록 구성된다. 볼록/오목 거울들만을 조합하거나 또는 평면거울들과 조합하면 투사율의 변동을 가져올 수 있는데, 이에 대해서는 뒤에 자세히 설명한다.

따라서, 프로젝션 시스템(10)은 특별히 구성된 투사요소들을 이용해 광학 영상을 왜곡없이 투사할 수 있다. 또, 프로젝션 시스템(10)을 배면이나 정면 투사방식으로 구성할 수 있음을 알아야 한다. 끝으로, "무왜곡"이란 키스톤(keystone), 틸트(tilt), 핀쿠션(pincushion)/배럴(barrel), 기타 비선형 효과와 같은 다양한 형태의 기하학적 왜곡에 사용되는 용어이고 비점수차와 같은 문제만을 의미하지는 않는다.

도 4, 5에 의하면, 전자보정기(12)는 디스플레이된 광학영상을 무왜곡상태로 만들도록 입력 디지탈 영상을 기하학적으로 사전왜곡하는데 이용된다.

도 5는곡면거울(도시 안됨)에서 이상적 영상(44)를 반사하여 생긴 왜곡영상(40)의 일례를 보여준다. 또, 곡면거울에서 반사되었을 때 곡면거울에 의한 왜곡을 보정하거나 보상하고 이상적 영상(44)를 스크린(20)에 투사하기 위한 사전왜곡 영상(42)도 보인다. 즉, 곡면거울에서 사전왜곡 영상(42)를 반사하면, 스크린(20)에는 이상적 영상(44)이 투사된다. 구체적으로, 아무 보정도 없으면, 이상적 영상 ABCD는 모서리/경계선들이 도시된 것과 같이 그려진 곡선 "사다리꼴" EFGH 모양으로 스크린(20)에 디스플레이될 것이다. 반대로 "사다리꼴" IJKL과 같이 영상을 사전왜곡하면, 최종 영상은 무왜곡 상태로 스크린에 정확히 ABCD 모양으로 디스플레이될 것이다.

프로젝션 시스템(10)은 프로젝터(도시 안됨)와 관련 반사(거울) 광학계(도시 안됨)에 의해 유도된 기하학적 왜곡의 역변환으로 입력영상을 사전왜곡하는데 전자보정기(12)를 이용한다. (렌즈/거울에 의해) 프로젝션 시스템(10) 내부에서 이루어진 전체왜곡을 변환함수 F라 하면, 영상은 F ^-1으로 사전왜곡되어 다음 관계가 생긴다:

디스플레이된 영상 = F(F ^-1(입력영상)) = 입력영상 (2)

따라서, 전자보정기(12)는 기본적으로 무왜곡 디스플레이 영상의 제한을 없앤다. 왜곡을 디지탈 보정할 수 있다는 것은, 광학적 형상과 광학적 요소(예; 거울과 렌즈의 각도, 형태 등)를 특정 설계목적에 맞게 변경할 수 있음을 의미한다. 기 하학적 보정이 없으면, 여러 광학처리단계들 때문에 디스플레이 영상에 왜곡이 생긴다. 전자보정기(12)에서 행해지는 사전왜곡이란 기본적으로 입력영상 데이타를 리샘플링/필터링하는 것이다. F ^-1으로 화소들을 리샘플링하면, 화소 위치들에서 기하학적 변환이 일어난다. 변환함수 F ^-1은 여러 광학요소들의 공간적 변환특성에서 결정될 수 있다. 전자보정기의 사양에 따라 F ^-1이 필요로 하는 포맷(예; 2D 표면, 1D 다항식 등)이 결정된다.

광반사 때문에, 빛의 색이 다르면 프로젝터(14)의 프로젝션 광학계(26)를 통과하면서 공간적 변환도 달라진다. 빛이 보정되지 않으면, 배율색수차가 생길 수 있다. 전술한 바와 같이, 발광부(22)는 색분해 프리즘(도시 안됨)과 적분기/분광기(도시 안됨)를 구비하여 3가지 별개의 색광 스트림을 제공한다(도 4 참조). 마이크로-디스플레이 장치(24)는 발광부(22) 안에 위치한 분광기(도시 안됨) 정면에 위치한다. 앞에서 지적한대로, 발광부(22) 내부의 분광기에 의해 빛은 원색광 스트림들로 분리된다. 관련 마이크로-디스플레이 장치(24)는 전자보정기(12)의 회로에서 제공된 사전왜곡 원색 영상 데이타에 맞게 원색광 스트림들을 변조한다. 이런식으로, 스크린(20)에 투사된 영상 내부의 배율색수차를 보정할 수 있다. 또, 입력영상 데이타에 관련된 영상 휘도를 마이크로-디스플레이 장치(24)에서 변조하여, 광학성분, 투사경로 및 디스플레이 장치의 특성들로 인한 휘도변화를 보상할 수 있다.

영상 데이타의 색신호들을 시간 멀티플렉스하면, 마이크로-디스플레이 장치(24)를 하나만 사용해도 된다. 그러나, 다수(3개)의 장치(24)를 사용하는 것도 가 능하다. 마이크로-디스플레이 장치(24)를 여러개 사용하면, 각각의 장치가 특정 색상(예; 적색, 청색, 녹색)과 관련된 고유의 사전왜곡 영상데이타를 갖는다. 즉, 마이크로-디스플레이 장치(24) 각각은 전자보정기(12)의 회로에서 제공되는 관련 사전왜곡 원색 영상데이타를 이용해 발광부(22)에서 분리된 원색광 스트림들을 변조하기에 적합하다. 이런 방식으로, 스크린(20)에 투사된 영상 내부의 배율색수차를 보정할 수 있다. 또, 마이크로-디스플레이 장치(24)가 여러개이면, 각각의 장치에서 입력영상 데이타에 관련된 영상 휘도를 변조하여, 광학성분, 투사경로 및 디스플레이 장치의 특성으로 인한 휘도변화를 보상할 수 있다.

끝으로, 영상데이타의 3원색 신호(예; 적색, 청색, 녹색)를 전자 보정부(12) 내부의 싱글 회로를 통해 전자 보정부에 대해 타임 멀티플렉스(즉, 순차적으로 제공)할 수 있다. 그러나, 전자보정기(12)의 회로는 필요에 따라 영상 데이타의 각각의 원색의 형상을 개별적으로나 균일하게 처리하기 위해 하나가 아니라 다수(3개)일 수도 있다. 마이크로-디스플레이 장치(24)가 하나일 경우 다수(3개)의 회로를 사용하면 비효율적이지만, 호환성 문제로 이것이 바람직할 수도 있다(즉, 하나나 3개의 마이크로 디스플레이 장치(24)와 호환성을 갖도록 해야 할 경우).

전자보정기(12)는 휘도의 불균일을 보정하는데에도 이용된다. 투사스크린(20)에 디스플레이된 영상의 휘도는 프로젝터의 구성요소(예; 발광부 등)의 제한 때문에 또는 광행로의 성질 때문에 변할 수 있다. 특히, 스크린(20)에 비친 포인트나 섹션들이 여러개의 광행로와 동시에 연관될 수 있다. 이 경우, 디스플레이된 영상의 다른 스크린 포인트나 섹션을 담당하는 빛들은 여러 광원에서 나와 이동거리 가 서로 다름을 의미한다. 디스플레이된 영상의 포인트나 섹션의 광도는 거리 제곱에 반비례하므로, 영상내의 휘도가 변하게 된다. 전자보정기(12)는 투사에 앞서 화소의 휘도를 사전조정하여 최종 영상을 균일한 휘도로 디스플레이하는데 이용된다. 화소 휘도는 F ^-1과 비슷한 맵인 G ^-1에 의해 색공간에서 사전조정된다. 이 맵은 색공간에서만 작용하고, 추가 필터링은 불필요하다(즉, 화소 색은 변하되 화소 위치는 조정되지 않는다). F ^-1처럼, G ^-1는 여러 광학요소와 광행로의 휘도/명도 변환 특성으로부터 결정된다. 전자보정기는 각각의 화소 색상값에 G ^-1을 적용한다. 간단한 경우는 선형함수로 주어진다:

G ^-1(O) = αO + β

O는 RGB 색상값이고, α와 β는 모든 화소에 대한 상수이다.

프로젝션 시스템(10)의 전자보정에 의해 광학렌즈의 선택폭이 넓어지는데, 이는 모든 관련 왜곡들이 렌즈의 광학적 성질의 매칭에 의해서보다는 사전-워핑(pre-warping)에 의해 제거되기 때문이다. 특히, 광각렌즈를 사용하면 같은 크기의 영상을 더 짧은 거리에서 투사할 수 있어서, 투사율을 줄이는 또다른 변수가 된다. 그러나, (기하학적 문제와는 반대인) 포커스 문제는 기하학적 사전왜곡으로 보정할 수 없으므로 적절한 렌즈 선택에 의해 광학적으로 접근할 필요성이 여전히 있음에 주의해야 한다.

렌즈의 형태에 유연성이 있으면 사용할 수 있는 거울의 형태도 확장될 수 있 다. 종래의 프로젝션 시스템은 대부분 평면형 반사광학계를 이용하는데, 이는 여러 광학 요소들을 신중하게 배열해 거울에 의한 왜곡을 없앨 수 있기 때문이다(도 2 참조). 반대로, 곡면거울을 이용하면 키스톤과 핀쿠션/배럴 타입 효과의 결합에 의해 왜곡된 스크린 영상이 생기고, 따라서 광학요소의 배열만 바꾸어서는 이런 왜곡들을 보상할 수 없다. 그러나, 프로젝션 시스템(10)의 전자식 형상보정으로 이런 왜곡들을 쉽게 없앨 수 있다. 곡면거울의 반사로 생길 수 있는 왜곡된 스크린 영상(40)과 형상왜곡을 보정하는 역할을 하는 대응 사전왜곡 영상(42)이 도 5에 도시되어 있다.

곡면거울을 이용하면 투사율을 더 줄일 수 있다는 장점이 있다. 일반적으로, 곡면거울에서 반사하는 인접 2개의 빛이 마주보는 각도는 평면거울의 각도보다 크다. 즉, 곡면거울이 프로젝터에서부터 평면거울과 같은 거리에 위치해도 영상 크기는 더 커짐을 의미한다. 반대로, 곡면거울을 프로젝터에 더 가까이 두어도 동일한 크기의 영상을 얻을 수 있고, 이는 투사거리가 짧아져 투사율이 단축됨을 의미한다. 이렇게 되면 프로젝션 시스템(스크린/거울/프로젝터)를 모두 수용할 캐비넷 사이즈나 공간이 줄어든다.

도 6은 본 발명의 배면형 프로젝션 시스템(60)의 일례를 보여준다. 프로젝션 시스템(60)은 전자보정기(62), (P에 프로젝터 렌즈가 달린) 프로젝터(64) 및 반사광학계(66)를 포함하고, 반사광학계는 싱글폴드 배면투사 구성의 미세한 곡면거울(63)(예; C-D로 표시된 것과 같은 볼록형)을 구비한다. 도시된 바와 같이, 곡면거울(63)로 인해 프로젝션 시스템(60)은 (A-B를 따르는) 종래의 평면거울(61)을 이용 하는 시스템에 비해 투사율이 낮아진다. 적절히 구성된 전자보정기(62)와 함께 다른 형태의 곡면거울을 사용해도 비슷한 투사율을 얻을 수 있다.

영상 소스(도시 안됨)를 통해 전자보정기(62)에 입력영상 데이타가 제공되고, 이 데이타는 적당한 사전왜곡 영상이 생성될 때까지 전자보정기(62)에서 처리된다. 사전왜곡 영상은 수평선(H)에 대해 α각도로 기울어지고 조리개각도 θ인 (P에 렌즈가 달린) 프로젝터(64)로 보내진다. 도시된 바와 같이, 상부 광선(PA)은 스크린에 평행하고(즉, θ/2 + α= π/2), 하부 광선(PB)은 상부광선(PA)에 대해 θ각도로 취해진다. 반사광학계(66)에서 스크린(20)으로 반사된 사전왜곡 영상이 시청자(5)에게 보이는데, 이에 대해서는 후술한다.

대표적인 평면폴딩 시스템(즉, A-B를 따르는 평면거울(61)을 이용하는 시스템)에서는, 평면거울(61)에서 사전왜곡 영상을 (E-F를 따르는) 스크린(20)에 반사한다. 하부광선(PB)은 반사규칙에 따라 B에서 스크린(20)의 F로 반사된다. 마찬가지로, 상부광선(PA)은 A에서 스크린(20)의 E로 반사된다. 이런 식으로, 상부광선(PA)과 하부광선(PB) 사이의 모든 중간광선들, 즉 모든 빛이 스크린(20)에 투사된다. 도시된 바와 같이, 평면시스템의 투사깊이는 d ₂이다.

프로젝터의 변수(즉, 위치와 각도)가 고정되었다고 보면, 프로젝터에서 나온 빛의 피라미드(즉, 영상을 형성하는 원추형 빛 피라미드)이 고정되어, A와 B를 PA, PB를 따라 P를 향해 C, D까지 움직이면 이론적으로는 투사거리가 줄어든다. 이 지점에서, 광선 PC는 C에서 E로 반사되고 광선 PD는 D에서 F로 반사된다. 파단선분 KC와 LD는 각 PCE와 PDF를 반분하고, 선분 GH와 IJ는 이에 직각인 선이다. C-D 사이의 거울은 입사각과 반사각이 같으려면 C에서는 GH에 접하고 D에서 IJ에 접해야 한다.

일반적으로, 접선 GH와 IJ는 기울기가 서로 다르고, 이것은 CD에서의 거울(63)이 휘어져야 함을(이 경우 볼록해야 함을) 의미한다. 사실상, 도 6과 같이 배열된 빛 피라미드와 스크린(20)에서는 평면거울(61)은 AB 사이에만 가능하다. 곡면거울(63)을 구비한 반사광학계(66)를 이용하면, 투사거리가 d ₂에서 d ₁으로 단축되어, 투사율이 작아진다. C, D에서의 접선기울기와 C, D의 위치는 특정 투사 및 스크린 구성의 스크린/빛 피라미드의 위치/형상에 의해 결정될 수 있다. 일단 이들 값이 결정되면, 필요한 특성을 갖는 곡면거울들을 (수학적으로) 정확하게 설명할 수 있다. 즉, 필요한 접선으로 C, D 지점들을 내삽하는 입체 스플라인 곡선들을 설명할 수 있다.

종래에 알려진 바와 같이, 양단 접선(GH,IJ)을 바꾸지 않고 2군데 내부 제어지점들을 변화시키면 곡선 집단이 얻어진다. 이렇게 되면, 곡률이 다른 거울들을 사용할 수 있으면서도, PC가 C에서 E로 반사하고 PD가 D에서 F로 반사하는 조건을 만족한다. 관련거울을 적절하게 구성하면서도 모든 포커스 문제를 최소화하는 최적의 곡선을 선택할 수 있다. 이 곡선은 볼록형이나 오목형을 취하는 것이 바람직하다. 끝으로, 작은 투사깊이 d ₁를 갖는 도 6의 배면 프로젝션 시스템을 케이싱하고 프로젝션 시스템(10)의 광학계를 방해하지 않고 필요한 다른 요소들을 수용하기에 충분한 추가 공간을 확보하기 위해 캐비넷(68)을 이용한다.

이상의 설명은 2차원 곡률 형상을 기준으로 한 것이다. 구체적으로, 이 거울은 도 6의 평면을 따라서만 휘어져 있지만, 도 6의 평면에 횡방향으로도 휘어질 수 있다. 이렇게 하려면, 좀더 복잡한 3차원 분석을 해야만 하지만, 이 단계도 2차원에 대해 설명한 단계와 동일하다. 단, 상하부 광선 PA, PB만을 고려하지 않고, (4개의 광선으로 둘러싸인) 전체 빛 피라미드의 반사를 고려해야 한다. 빛 피라미드의 4 모서리 반사지점들을 (P 지점에서) 프로젝터(64)를 향해 움직여 투사거리 d를 단축한다.

이들 4 지점과 이들이 이루는 사다리꼴은 스크린 평면상의 사다리꼴로 둘러싸인 영역(곡면에서의 반사때문에 휘어진 영역)이 스크린을 완전히 둘러싸도록 반사되어야 한다(도 5에서 EFGH는 스크린 ABCD를 완전히 둘러싸는 것을 참조). 이렇게 되면, 전자보정기(12)에 의한 전자보정이 끝난 뒤, 디스플레이된 영상이 정확히 직사각형 스크린(20)을 커버한다. 보정 없이는 스크린(20)의 일부를 비추지 않도록 할 경우, 어떤 전자보정량도 이들 부분에는 비치지 않을 것이다. 이런 조건은 한쪽 방향으로만 휘어진 거울에 필요하다. 반사하는 사다리꼴 영역의 8군데 이상의 지점(즉 4 모서리와 4군데 중간지점)에 대한 위치와 접면을 알면(즉, 3차원 평면이 필요), 곡면거울 세트를 바이큐빅(bi-cubic) 스플라인 면 집합으로 정밀하게 형성할 수 있다. 이런 거울들은 포커스 문제를 최소화하도록 볼록형이나 오목형으로 선택할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 정면형 프로젝션 시스템(70)의 일례를 보여준다. 이 프로젝션 시스템(70)은 전자보정기(72), (P 지점에 프로젝터 렌즈가 달린) 영상 프로젝터(74) 및 반사광학계(76)를 포함하고, 반사광학계는 실글폴딩 정면투사 구성의 (C-D를 따르는 볼록형) 미세 곡면거울(73)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 곡면거울(73) 때문에 프로젝션 시스템(70)은 곡면거울(73) 대신 평면거울을 사용하여 얻는 투사율보다 낮은 투사율을 얻을 수 있고, 이에 대해서는 후술한다. 적절히 구성된 전자보정기(72)와 함께라면 프로젝션 시스템(70)에 다른 형태의 곡면거울을 사용해도 비슷한 투사율을 얻을 수 있음을 알아야 한다.

반사광학계가 없으면, 정면 프로젝션 시스템에서 프로젝터 위치 P'에 영상 프로젝터를 배치해야 한다. 시청자(5)가 스크린 정면에서 방해 없이 보려면 프로젝터를 FM 선 밑에 설치해야만 한다. 투사거리 d ₂를 최소화하되 스크린(20) 전체를 조사할 수 있도록 배향각도 α와 조리개각도 θ' 를 선택한다. 일반적으로 이런 배열에서는 키스톤 보정이 필요하다. 프로젝터 위치 P'와 스크린(20) 사이에 C-D를 따라 (평면형이나 곡면형) 거울(73)을 두고 프로젝터(14)를 프로젝터 위치 P를 향해 적절히 움직이면 투사거리를 단축할 수 있다. 도 6의 프로젝션 시스템(60)에서 설명한 것과 같은 단계들을 이용해 프로젝션 시스템(70)의 곡면(또는 평면) 거울을 설명할 수 있다. 즉, C, D에서의 접선기울기와 위치를 특정하면, 거울(73)을 스플라인 곡선으로 설명할 수 있다. 또, 프로젝터 위치 P를 바꿔 최적의 형상을 결정할 수 있다. 프로젝션 시스템(60)에서 설명한 대로, 적절한 구성의 전자보정기(12)와 함께 오목형이나 볼록형 거울을 사용할 수 있다.

도 7의 반사광학계(76)는 P에서 보아 수렴형 오목거울(73)이다. 수렴거울을 이용해 (스크린 대각선과) 같은 크기의 영상을 얻으려면, 광각렌즈를 사용해야만 한다(즉, θ>θ'). 이것은 적절히 구성된 전자보정기(12)를 이용해 렌즈를 융통성있게 선택할 수 있는 일례이다. 조리개각도가 증가하면 렌즈로 인한 광학왜곡도 증가하지만, 이런 왜곡은 전자보정기(12)에서의 기하학적 사전왜곡으로 보상된다. 반사광학계(76)를 사용하면, 투사거리가 d ₂에서 d ₁로 단축되어, 전체 케이스 사이즈를 줄일 수 있다. 도시된 바와 같이 소형 캐비넷(78)에 프로젝터(74)와 반사광학계(76)를 넣을 수 있다. 필요하다면, 전체 장치를 FM선 밑에 배치한다.

도 7의 구성은 도 8, 9의 2가지 컴팩트형 정면 프로젝션 시스템(80,90)의 기본이 된다. 이들 시스템(80,80)은 모두 영상 폴딩에 하나의 볼록거울(83,93)을 이용한다.

도 8은 본 발명에 따른 컴팩트형 정면 프로젝터를 구현하는 프로젝션 시스템(80)의 일례이다. 이 프로젝션 시스템(80)은 전자보정기(82), 영상 프로젝터(84) 및 반사광학계(86)를 포함하고, 반사광학계는 싱글폴드 정면투사 구성의 (볼록형 등의) 미세 곡면거울(83)을 포함한다. 프로젝션 시스템(80)은 데스크탑 형태로서, 캐비넷(88) 안에 전자보정기(82), 프로젝터(84) 및 반사광학계(86)가 모두 들어간다. 영상 소스(도시 안됨)는 프로젝션 시스템(80) 외부에 있다고 본다. 또, 적절히 구성된 전자보정기(82)와 함께라면 다른 곡면거울들을 프로젝션 시스템(80)에 이용할 수 있음도 알아야 한다.

반사광학계(86)의 곡면거울 때문에 시청자(5)를 방해하지 않고 시스템(80)을 스크린(20) 가까이 둘 수 있다. 전자보정기(82)는 모든 왜곡이나 휘도불균일을 디지탈 보정한다. 거울(83)과 프로젝터(84)의 각도를 조정하고 전자보정기(82)에서 사전왜곡 투사를 적절히 조정하면 프로젝션 시스템(80)의 정밀 튜닝이 가능하다.

도 9의 프로젝션 시스템(90)은 도 8의 시스템(80)의 변형으로서, 스크린(20) 위에서 스크린에 영상을 투사한다. 컴팩트한 타입의 캐비넷(98)을 스크린(20) 평면 가까이 두되, 시청자(5)의 시야를 방해하지 않게 스크린 위에 두며, 전자보정기(92)와 프로젝터(94)는 캐비넷에 넣는다. 반사광학계(96)의 곡면거울(93)은 스크린(20)과 시청자(5) 사이에 지지아암(97)을 이용해 시야를 방해하지 않도록 위치한다. 지지아암(97)은 피봇팅, 텔레스코핑 등의 방식으로 사용하지 않을 때는 접어둘 수 있다. 지지아암(97) 때문에 거울(93)을 정밀하게 각도조정할 수 있다. 양쪽 시스템에서, 캐비넷(98)은 도 6의 배면 프로젝션 시스템(60)처럼 스크린(20)이나 아암(97)을 수용하도록 확장될 수 있다.

도 6-9의 시스템 각각에 사용된 곡면거울들은 (일반적으로 제어점이라 보는) 일정 지점들에서의 일단의 접선/접면 및 위치들로 정의된 스플라인 곡선/표면들의 관점에서 설명했다. 이것은 곡면거울에 대한 아주 일반적인 설명이지만, 더 구체적인 타입의 곡면거울들도 사용할 수 있음을 알아야 한다. 이런 거울로는 구면, 타원면, 쌍곡선면, 포물선면 등의 기존의 반사특성을 갖는 거울/표면이 있다. 거울의 선택은 거울과 투사렌즈의 광학적 특성에 따른다. 즉, 스크린 영상을 포커스하도록 양쪽 요소들을 정합해야만 한다. 어떤 곡면이든, 곡률이 너무 크거나 부정확하게 선택되면, 포커스 문제가 생길 수 있다. 경우에 따라서는, 하이브리드 형태(한쪽 방향으로 일부 타원형인 것)의 거울이 이상적일 수도 있다.

도 10은 프로젝션 시스템(100,110) 내부에서 광행로를 폴딩하는데 포물선/쌍곡선 거울들을 이용하는 예를 보여준다. 포물선은 한개의 촛점에서 나오는 빛이 다른 촛점에서 나오는 것처럼 반사되는 성질을 갖는다. 프로젝션 시스템(100)은 포물선의 촛점(f1; 광축이 파단선으로 표시됨)에 프로젝터(104)를 배치하는 방법을 보여준다. 제2 촛점은 f2이다. f1에서 보아 포물선의 볼록 곡선 성분을 곡면거울(103)에 사용한다. f1에서 나온 빛은 f2에서 나오는 것처럼 거울(103)에서 반사되어, (가상의) 프로젝터의 영상을 형성한다. (양방향으로 휘어진 거울인) 3차원 상태를 위해, 포물선을 쌍곡선으로 대체하되, 반사 특성은 변하지 않게 한다.

프로젝션 시스템(110)은 수직축을 중심으로 촛점(f1) 쪽에 위치하는 거울(113)의 오목 곡선성분을 포함한다. 마찬가지로, 빛은 촛점(f2)에서 나오는 것처럼 반사된다. 오목거울(113)이 수렴형 거울이므로, 프로젝터(114)용 광각렌즈가 필요하다. 캐비넷의 크기를 키워(투사거리를 증가시켜), 크기를 약간 희생하는 대신 보정해야 할 왜곡문제를 완화한다(모든 포커스 문제 역시 줄어든다). 스크린에 투사된 빛의 방향은 평면형 폴딩거울을 사용하는 도 2의 종래의 프로젝션 시스템의 방향과 일치한다.

도 11에는 순서대로 2개의 포물선거울인 오목거울(121)과 볼록거울(123)을 사용하는 2폴드 배면 프로젝션 시스템(120)이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 광학계에서는 배면형이든 정면형이든 간에 거울이 하나로 제한되지 않는다. 프로젝 터(124)는 첫번째 거울(121)의 촛점(f1)에 위치하고, 이 거울(121)은 발산형 포물선 볼록거울 형태를 취한다. 이 거울은 영상을 확장하는 역할을 하므로, 프로젝터(124)와 거울(121)은 함께 광각렌즈 기능을 효과적으로 발휘한다. 거울(121)의 촛점(f2)은 또한 두번째 거울(123)의 촛점이기도 하며, 두번째 거울은 다른 수렴형 포물선 오목거울 형태를 취한다. 두번째 거울(123)의 반사광은 거울(123)의 다른 촛점(f3)에서 나오는 것처럼 보인다. 수렴형 제2 거울(123)로 인해 왜곡이 줄어들고, 첫번째 발산형 거울(121)로 인해 표준렌즈를 광각렌즈처럼 사용할 수 있다. 마찬가지로, 전술한 시스템 어떤 것도 반사광학계의 일부로서 두번째 곡면거울을 사용할 수 있다.

도 12는 한개의 프로젝터(134)에서 나온 빛을 두개의 경로로 분할하되, 각각의 빛을 별도로 반사하여 스크린 절반을 비추는 프로젝션 시스템(130)의 일례를 보여준다. 반사광학계(136)는 2쌍의 자가반사 평면거울(131,135;133,137)을 포함한다. (2개 이상의) 여러개의 거울 및/또는 하나 이상의 프로젝터를 사용하면 또 다르게 변형할 수 있다. 거울이나 프로젝터를 여러개 사용해 광행로와 관련 반사광학계를 여러개 하위단위로 분할/분리할 수 있고, 이들 하위단위가 스크린의 다른 부분들을 조명하게 한다.

도 12의 각 쌍의 거울(131,135;133,137)은 스크린 절반씩을 비추는 독립적인 2폴드 반사광학계를 구성한다. 첫번째 2개의 거울(135,137)은 빛(빛 피라미드)을 2개의 경로로 분할하는 역할을 하고, 이들 분할된 빛은 두번째 2개의 거울(131,133)에서 스크린으로 반사된다. 이 경우, 좌우 거울쌍에 의해 나타나는 조리개각도가 효과적으로 줄어들어, 거울 크기를 줄이면서도 작은 투사율을 유지할 수 있다. 전자보정기는 좌우 절반을 적절히 보정하여 스크린에서 올바른 영상을 재구성할 수 있어야 한다. 이것은 원래의 신호로부터 2개의 비공통 하위 영상을 형성하고 이들 영상을 독립적으로 사전왜곡한다는 의미이다. 각각의 광행로에 의해 투사된 영상이 조명된 스크린 부분들은 중앙(도 12의 C 지점) 부근에서 오버랩될 수 있다. 이런 오버랩 밴드의 명도는 더 높으므로, 스크린 전체에서 이음매 없는 영상을 얻으려면 전자보정기(132)에서 어느정도 가장자리를 혼합하거나 소프트하게 할 필요가 있다. 간단한 가장자리 혼합법은, 사전왜곡 하위 영상을 스크린에 투사했을 때 오버랩 밴드들의 폭이 동일하게 하는 것이다. 또, 하위 영상 오버랩 밴드의 명도들의 합이 일정하도록 선형 구배로 이들 명도를 감쇠시켜야 한다.

도 13은 영상/빛을 광학적으로 분할하기 보다는 2개의 프로젝터로 영상 절반씩을 형성하는 다른 프로젝션 시스템(140)의 일례를 보여준다. 투사거리를 줄이는데 곡면거울(141,145;143,147)을 이용한다. 이 구성은 2개의 배면 프로젝션 시스템을 연결한 것으로 보일 수 있다. 즉, 제각기 원래 신호의 절반씩을 투사하는 2개의 프로젝터(144,144')를 이용해 빛 피라미드를 분할한다. 제각기 한쪽 광행로를 담당하는 2쌍의 발산형 볼록거울(141,145;143,147)을 이용해 투사율을 더 감축한다. 각각의 프로젝터(144,144')는 별도의 전자보정기(142)를 갖거나 신호장치를 공유할 수 있다. 2개의 하위영상들은 전자보정기(12)에 의해 독립적으로 왜곡되거나 가장자리 조정되므로, 최종 영상은 왜곡과 이음매가 없이 가급적 소스신호에 가깝게 보인다.

경사진 곡면거울을 사용할 때마다, 광행로의 비점수차로 인해 포커스문제가 생긴다. 요컨대, 투사렌즈의 외곽부에서 나온 빛은 모든 부분의 촛점거리가 서로 다르다. 촛점거리가 크게 변하면, 양질의 촛점을 얻기가 어려워진다. 이를 극복하기 위해, 모든 비점수차를 제한하는 다른 형상제한 조건을 거울에 둘 수 있다. 전술한 스플라인형 곡면거울 구성에서는, 표면 곡률을 조정하기 위해 (특정 접선기울기와 위치)의 가장자리 조건들을 해치지 않고도 제어점들을 조정할 수 있다. 이렇게 되면, 비점수차가 최소화되도록 거울의 형상을 바꿀 수 있다. 특히, 제한조건들을 구체화할 수 있고, 비점수차의 양을 타당하게 할 수 있다. 다른 방법은, 프로젝터의 광학계에 보상 비점수차를 추가하는 것이다. 프로젝션 광학계에 하나 이상의 원통렌즈를 추가해, 전체 필드에 균일하고 알려진 정도의 비점수차를 생성할 수 있다. 다음, 이 비점수차를 전체 필드에 걸쳐 허용오차 범위에서 균일하게 반전시키도록 곡면거울을 디자인할 수 있다. 이 경우, 설계의 자유도, 즉 광학계의 비점수차 정도가 커져, 전체 시스템의 광학성능과 거울형상을 최적화할 수 있다.

전자보정기(12)에 의한 일반적인 전자식 형상보정이 없으면, 전체 영상 왜곡을 받아들일 수 있도록 프로젝션 시스템(10)을 설계해야만 한다. 곡면거울의 왜곡효과, 뒤축(off-axis) 투사(키스톤 효과) 및 원통렌즈요소들 때문에 이런 설계제한은 문제가 될 수 있다. 본 발명의 전자식 보정으로 인해, 프로젝션 시스템에 대한 설계제한에도 불구하고 기하학적 왜곡(은 물론 휘도불균일)을 없앨 수 있으며, 종래의 제한조건들도 설계가 자유롭도록 할 수 있다. 따라서, 광행로의 영상왜곡을 자유롭게 변경하여 비점수차나 다른 수차문제를 개선할 수 있다. 또, 입력신호의 ( 사전왜곡을 통한) 디지탈 보정을 이용해 이 문제를 보상할 수 있으므로, 스크린에 왜곡없는 영상을 비출 수 있다.

설명의 편의상, 볼록 스크린에서의 반사를 예로 들어 이런 최적화의 일례를 설명한다. 어떤 보정도 없는 최종 영상은 핀쿠션에 키스톤 왜곡을 더한 상태로 디스플레이된다(도 5의 EFGH 참조). 핀구션 왜곡의 반대가 배럴왜곡이고(도 5의 IJKL 참조, 이것도 수직 키스톤 성분을 가짐), 배럴왜곡에 맞게 사전왜곡하면 핀큐션왜곡을 줄이거나 없앨 수 있다. 따라서, 볼록거울의 왜곡을 없애는 다른 방법은 광각렌즈를 사용해 배럴왜곡을 추가하는 것이다. 2가지 보상효과들을 밀접하게 정합하면, 거울/광각렌즈 조합의 곡률로 인한 왜곡들을 줄일 수 있어서, 전자보정기가 뒤축 투사/키스톤 효과를 일차로 보상할 수 있다.

따라서, 프로젝션 시스템(10)은 기하학적인 왜곡과 기타 광학적 왜곡을 보정하는 전자보정기로 투사거리를 줄이면서도 왜곡을 받는 일반적 짧은 투사 광학시스템을 이룬다. 전자보정기(12)는 입력 영상데이타에 반대 왜곡을 부여해 광학왜곡을 보상함으로써 종래의 시스템에서 생기는 잔류 광학왜곡을 없앤다. 전자보정기(12)는 또한 설계변경에 관련된 디스플레이 변형을 보정할 수 있음은 물론, 동시에 영상처리와 스케일링 같은 종래의 디스플레이 처리기능도 갖는다. 전자보정기(12)는 또한 불균일한 명도와 불균일한 색차를 가져오는 광학 포락선(optical envelope) 내부의 큰 광행로 변형에 관련된 광학적 변동사항과 기타 광학요소(예; 광원, 디스플레이장치, 렌즈 등)의 변형을 보상하는 디지탈 영상처리도 가능하다.

프로젝션 시스템(10)은 광학적 보정 또는 미보정 투사렌즈가 달린 곡면거울을 이용하거나, 광각투사렌즈가 달린 평면이나 곡면 거울을 이용해, 투사율을 줄일 수 있다. 전자보정기는 배율색수차를 포함한 모든 기하학적 왜곡을 제거하면서 휘도나 명도 불균일을 보정하는 기능을 하는데, 이런 기능은 종래의 방법에서는 선택적이었다. 본 발명의 시스템은 더이상 광학적으로 왜곡을 최소화하는 제한조건의 제한을 받지 않는다. 이 경우, 복잡한 광학수단이 아닌 디지탈 방식으로 모든 정밀튜닝을 할 수 있다는 추가 이점이 있다. (평면형 및/또는 곡면형의) 여러 거울들 및/또는 영상 프로젝터들을 조합하면 여러가지 변형이 가능할 수 있다. 본 발명의 시스템은 정면형과 배면형 투사방식에 모두 적용할 수 있다. 투사율이 작은 정면 및 배면 프로젝션 시스템을 구현할 수 있다.

Claims (40)

1. 입력 광학영상을 표현하는 입력 영상데이타를 기초로 투사스크린에 왜곡보정된 광학영상을 디스플레이하는 투사율이 작은 프로젝션 시스템에 있어서:

   ⒜ 입력 영상데이타를 받아, 사전왜곡된 광학영상을 표현하는 사전왜곡 영상데이타를 생성하는 전자보정기;

   ⒝ 상기 전자보정기에 연결된 디스플레이 장치를 구비하여, 사전왜곡된 영상데이타를 받아 사전왜곡 광학영상을 제공하는 영상 프로젝터; 및

   ⒞ 하나 이상의 거울을 포함하고, 사전왜곡 광학영상의 광행로상에 위치하여 프로젝션 스크린에 투사할 디스플레이 광학영상을 생성하는 반사조립체;를 포함하고,

   ⒟ 상기 전자보정기는 입력 영상데이타에 대응하는 입력 광학 영상의 형상을 사전왜곡하기에 적합하며, 상기 사전왜곡은 소정의 영상 투사 왜곡 설명 데이타를 기초로 하고, 상기 사전왜곡 영상 데이타를 기초로 한 사전왜곡 광학영상을 영상 프로젝터를 통해 제공하고 반사조립체에서 반사하면 디스플레이된 광학영상에서 광학적이고 기하학적인 정렬 왜곡들이 모두 제거되며;

   ⒠ 상기 전자보정기는 상기 사전왜곡으로 입력 영상데이타를 변조하기에 적합하여, 광학성분, 광행로 및 디스플레이 장치의 특성들로 인한 휘도변화를 디스플레이된 광학영상에 맞게 보상하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 입력 영상데이타가 원색 광학영상을 표현하는 원색 영상데이타를 포함하고, 상기 전자보정기는 각각의 원색 영상의 형상을 독립적으로 사전왜곡하고 사전왜곡된 원색 영상데이타를 형성해 각각의 원색의 광굴절차를 보상하기에 적합하므로, 각각의 사전왜곡된 원색영상을 영상 프로젝터와 반사조립체를 통해 투사스크린에 투사하면 원색 광학영상에 관련된 광학적이고 기하학적인 왜곡들이 없어지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 영상 프로젝터가

   (ⅰ) 평행광을 만들기 위한 발광부;

   (ⅱ) 상기 발광부에 연결되고, 사전왜곡된 원색 영상데이타로 표현되는 빛에 대응하는 원색광 스트림들로 빛을 분해하는 분광기; 및

   (ⅲ) 상기 분광기 앞에 위치하여, 사전왜곡된 원색 영상데이타로 상기 분해된 원색광 스트림들을 변조하는 디스플레이 장치; 및

   (ⅳ) 상기 디스플레이 장치 정면에 배치되어, 사전왜곡된 광학영상을 프로젝션 스크린에 투사 및 포커싱하는 광학조립체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 발광부가 램프와 레이저로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 디스플레이 장치는 마이크로-디스플레이 장치이며, 상기 광학조립체는 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
5. 제3항에 있어서, 다수의 디스플레이 장치를 더 포함하고, 상기 분광기는 분해된 원색광 스트림들을 상기 다수의 디스플레이 장치로 향하게 하며, 각각의 디스플레이 장치는 원색광 스트림들 각각을 대응하는 원색 영상데이타로 동시에 변조하기에 적합하며, 상기 광학조립체는 모든 원색광 영상들을 복합색 광학 영상으로 배향 및 포커스하기에 적합한 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
6. 제3항에 있어서, 상기 영상 프로젝터의 광학조립체가 상기 사전왜곡 광학영상의 광행로의 포커스 비점수차들을 보상하도록 설계된 비점수차 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
7. 제3항에 있어서, 상기 영상 프로젝터의 광학조립체가 비보정 광학왜곡과 배율색수차중의 하나나 둘다를 갖는 광각렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 반사조립체가 광학왜곡과 형상왜곡중 하나나 둘다를 보정하기에 적합한 하나 이상의 곡면거울과 평면거울을 포함하고, 상기 곡면거울과 평면거울의 반사면은 사전왜곡 광학영상의 광행로상에 위치하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 반사조립체가 볼록거울을 포함하고, 볼록거울의 볼록반사면은 사전왜곡 광학영상의 광행로상에 위치하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 반사조립체가 오목거울을 포함하고, 오목거울의 오목반사면은 사전왜곡 광학영상의 광행로상에 위치하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 반사조립체의 곡면거울이 포물선/쌍곡선 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 반사조립체가 제1 및 제2 곡면거울들을 포함하되, 사전왜곡 광학영상의 광행로는 제1 곡면거울의 표면으로부터 제2 곡면거울의 표면으로 반사되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
13. 제12항에 있어서, 제1 곡면거울이 볼록거울이고 제2 거울은 오목거울이되, 사전왜곡 광학영상의 광행로는 제1 곡면거울의 볼록면으로부터 제2 곡면거울의 오목면으로 반사되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
14. 제1항에 있어서, 상기 반사조립체가 하나 이상의 곡면거울과 하나 이상의 평면거울을 포함하여 광학 포락선(optical envelope)을 줄이는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
15. 제1항에 있어서, 상기 전자보정기, 투사기 및 반사조립체가 정면 프로젝션 구성으로 작동하기에 적합한 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
16. 제1항에 있어서, 상기 전자보정기, 투사기 및 반사조립체가 배면 프로젝션 구성으로 작동하기에 적합한 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
17. 제1항에 있어서, 상기 광학조립체를 프로젝션 스크린 평면을 향해 접어서 스크린 정면의 방해물을 없애기 위한 피봇조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
18. 제1항에 있어서, 사전왜곡 광학영상을 두개 이상의 광행로로 분해하되, 상기 반사조립체의 거울을 각각의 광행로에 배치해 각각의 광행로가 디스플레이되는 광학영상의 다른 부분들을 포함하도록 하고, 이들 부분들 각각이 프로젝션 스크린의 다른 부분에 비치도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
19. 제1항에 있어서, 프로젝션 시스템이 2개 이상이고, 프로젝션 시스템 각각의 전자보정기가 영상의 다른 부분들의 다른 왜곡들을 보정하고, 각각의 프로젝션 시스템이 광학영상의 다른 보정부분을 프로젝션 스크린에 디스플레이하는 프로젝션 시스템들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 프로젝션 스크린에 디스플레이된 광학영상의 상기 다른 부분들이 약간 오버랩되고, 전자보정기는 디스플레이된 광학영상내의 가시적인 이음매를 줄이거나 없애기 위해 광학영상에 대해 가장자리를 부드럽게 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
21. 입력 광학영상을 표현하는 입력 영상데이타를 기초로 투사스크린에 왜곡보정된 광학영상을 디스플레이하는 투사율이 작은 프로젝션 방법에 있어서:

    ⒜ 입력 영상데이타를 받아, 사전왜곡된 광학영상을 표현하는 사전왜곡 영상데이타를 생성하는 단계;

    ⒝ 디스플레이 장치를 구비한 영상 프로젝터를 통해 사전왜곡된 영상데이타를 제공하는 단계;

    ⒞ 하나 이상의 거울을 포함하는 반사조립체에서 사전왜곡 광학영상을 반사해 프로젝션 스크린에 투사할 디스플레이 광학영상을 생성하는 단계; 및

    ⒟ 입력 영상데이타에 대응하는 입력 광학 영상의 형상을 사전왜곡하되, 상기 사전왜곡은 소정의 영상 투사 왜곡 설명 데이타를 기초로 하고, 상기 사전왜곡 영상 데이타를 기초로 한 사전왜곡 광학영상을 영상 프로젝터를 통해 제공하고 반사조립체에서 반사하면 디스플레이된 광학영상에서 광학적이고 기하학적인 정렬 왜곡들이 모두 제거되는 단계; 및

    상기 사전왜곡으로 입력 영상데이타를 변조하되, 광학성분, 광행로 및 디스플레이 장치의 특성들로 인한 휘도변화를 디스플레이된 광학영상에 맞게 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 입력 영상데이타가 원색 광학영상을 표현하는 원색 영상데이타를 포함하고, 원색 영상의 형상을 독립적으로 사전왜곡하며 각각의 원색의 광굴절차를 보상하는 사전왜곡 원색 영상 데이타를 생성하여, 각각의 사전왜곡된 원색영상을 영상 프로젝터와 반사조립체를 통해 투사스크린에 투사하면 원색 광학영상에 관련된 광학적이고 기하학적인 왜곡들이 없어지는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 영상 프로젝터를 통해 사전왜곡 광학영상을 제공하는 상기 단계에서 평행광을 형성하고, 평행광을 원색광 스트림들로 분해하며, 사전왜곡된 원색 영상데이타를 변조하는 디스플레이 장치를 배치하고, 사전왜곡된 광학영상을 프로젝션 스크린에 투사 및 포커싱하는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 원색분해광 스트림들 각각이 별도의 디스플레이 장치로 향하고, 디스플레이 장치는 원색광 스트림들 각각을 대응 원색 영상데이타로 동시에 변조한 다음 각각의 원색 광학영상을 복합색 광학영상으로 배향 및 포커스하기에 적합한 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제21항에 있어서, 포커스 비점수차들을 보상하도록 사전왜곡 광학영상의 광행로에 비점수차 요소들을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제21항에 있어서, 사전왜곡 광학영상의 광행로에 미보정 광학왜곡과 배율색수차중의 하나 또는 둘다를 갖는 광각렌즈를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제21항에 있어서, 반사조립체에서의 사전왜곡 광학영상의 반사동작이 볼록거울 표면에서의 사전왜곡 광학영상 반사를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제21항에 있어서, 반사조립체에서의 사전왜곡 광학영상의 반사동작이 오목거울 표면에서의 사전왜곡 광학영상 반사를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 제21항에 있어서, 반사조립체에서의 사전왜곡 광학영상의 반사동작이 포물선/쌍곡선 거울 표면에서의 사전왜곡 광학영상 반사를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
30. 제21항에 있어서, 반사조립체에서의 사전왜곡 광학영상의 반사동작이 제1 곡면거울 표면에서 제2 곡면거울 표면으로의 사전왜곡 광학영상 반사를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제21항에 있어서, 반사조립체에서의 사전왜곡 광학영상의 반사동작이 광학왜곡이나 형상왜곡을 보정하는 곡면거울과 평면거울중 하나의 표면으로부터 나머지 거울 표면으로 사전왜곡 광학영상을 반사해 광학 포락선을 줄이는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 제30항에 있어서, 제1 곡면거울이 볼록거울이고 제2 곡면거울이 오목거울인 것을 특징으로 하는 방법.
33. 제21항에 있어서, 상기 프로젝션 시스템이 정면투사형인 것을 특징으로 하는 방법.
34. 제21항에 있어서, 상기 프로젝션 시스템이 배면투사형인 것을 특징으로 하는 방법.
35. 제21항에 있어서, 상기 광학조립체를 프로젝션 스크린 평면을 향해 접어서 스크린 정면에 방해물을 없애는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
36. 제21항에 있어서, 사전왜곡 광학영상을 두개 이상의 광행로로 분해하되, 상기 반사조립체의 거울을 각각의 광행로에 배치해 각각의 광행로가 디스플레이되는 광학영상의 다른 부분들을 포함하도록 하고, 이들 부분들 각각이 프로젝션 스크린의 다른 부분에 비치도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
37. 제21항에 있어서, 프로젝션 시스템이 2개 이상이고, 각각의 프로젝션 시스템의 각각의 전자보정기가 영상의 다른 부분들의 다른 왜곡들을 보정하고, 각각의 프로젝션 시스템이 광학영상의 다른 보정부분을 프로젝션 스크린에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 방법.
38. 제36항 또는 제37항에 있어서, 디스플레이된 광학영상내의 가시적인 이음매를 줄이거나 없애기 위해 광학영상의 각각의 부분들의 가장자리를 부드럽게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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