KR101052418B1

KR101052418B1 - 화상 프로젝션 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101052418B1
Application number: KR1020057012620A
Authority: KR
Inventors: 고팔 라마찬드란; 조지 에이. 프라이어
Original assignee: 에스오 델라웨어 코포레이션 (에이/케이/에이 실리콘 옵틱스, 인크.)
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2011-07-28
Also published as: WO2004064370A2; US7384158B2; WO2004064370A3; TW200424739A; JP2007525854A; US20040141157A1; EP1588546A2; CN1735837A; EP1588546A4; TWI231886B; JP4538598B2; KR20050090442A; CN100510943C

Abstract

본 발명은 화질을 최적으로 유지하면서 광경로를 축소하는 화상처리법과 광학계를 조합한 투사율이 짧은 프로젝션 시스템과 방법에 관한 것으로, 입력 화상데이터를 받아서 왜곡보정된 화상데이터를 생성하는 화상처리부; ⒝ 화상처리부에 결합되어 왜곡보정된 화상데이터를 받고 이 데이터에 대응하는 왜곡보정된 광학 화상을 투사하는 투사광 엔진; 및 투사광 엔진에 결합되고, 투사렌즈에서 나오는 왜곡보정된 화상의 광경로상에 위치하여 디스플레이면에서 왜곡이 축소되는 디스플레이 화상을 생성하는 하나 이상의 곡면거울을 포함한다.

Description

화상 프로젝션 시스템 및 방법{IMAGE PROJECTION SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 프로젝션 시스템과 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 화질을 최적으로 유지하면서 광경로를 축소하는 화상처리법과 광학계를 조합한 투사율이 짧은 프로젝션 시스템과 방법에 관한 것이다.

정면 프로젝션 시스템에서는 디스플레이면을 중심으로 프로젝터와 뷰어가 같은 쪽에 위치하고, 프로젝터의 화상은 디스플레이면에서 뷰어쪽으로 반사된다. 도 1a에 도시된 것은 종래의 표준형 8개 요소 투사렌즈(5)로서, 입력된 광학화상(2)을 취하여 확대된 출력 광학화상(3)을 투사한다. 도 1b는 투사광 엔진(6)으로서 3개 요소 투사렌즈(5)를 이용해 디스플레이면(20)에 바로 화상을 투사한다. 이 장치는 화상을 만들어 디스플레이면(20)에 수직인 직선축(10a)을 따라 투사하는 동축 프로젝션 시스템의 일례이다.

배면 프로젝션 시스템의 경우 이런 디자인을 더욱 소형화하여 배면 투사스크린 캐비넷 치수의 상용 조건을 만족해야만 한다. 이런 "소형화"는 "투사율" 관점에서 이루어진다. 프로젝션 시스템의 투사율은 투사거리 d를 디스플레이면(20)의 대각선 길이 Dㄹ 나눈 값이다(도 1b 참조). 대각선 D는 디스플레이면(20)의 양 꼭지점 사이의 길이로서, 투사율은 다음과 같다:

투사율 = d/D

도 1c, 1d에서 보듯이, 정면 프로젝션 구성의 일반 투사렌즈(5)는 왜곡율이 낮고 일반적인 스팟사이즈(즉, 모서리에서의 디포커스된 포인트 화상)를 갖는 화상을 생성한다. 구체적으로, 치수가 1480mmX834mm인 디스플레이면(20)과 25.4mm f/2.8 투사렌즈(5)로는 중앙의 스팟이 1mm이고 모서리 스팟이 3mm인 투사 화상이 생성된다. 정면 프로젝션 시스템의 설계목적은 화소 스판이 중앙에서는 1 화소 이하이고 모서리에서는 2~3 화소 미만인 최소 해상도의 포커스된 스팟사이즈를 갖도록 하는데 있다. 본 실시예에서는 마이크로디스플레이 화상장치의 화소사이즈와 원격 디스플레이면에 대한 투사로 인한 확대를 고려하여, 디스플레이면(20)에서의 화소스판이 약 1mm이다. 전체적인 렌즈 왜곡은 디스플레이면(20)의 스크린 사이즈에 걸쳐 1% 이상이다. 왜곡맵은 사각형이고 디스플레이 영역을 정확히 덮어쓰도록 하여, (디스플레이면을 덮어쓰지 않아 결국 전체 휘도에 기여하지 못하는 불능 화소로 인한) 화소와 휘도 손실을 줄이는 것이 바람직하다. 또, 도 1d의 스팟도에서 최소 소팟사이즈 증가를 보여주고(화소는 디스플레이의 중앙에서보다 멀다) 대칭인 것이 바람직하다. 스팟사이즈 증가를 최소화하면 포인트 화상 디포커싱도 최소화된다.

소형 프로젝션 시스템 설계의 다른 중요한 목적은 투사율을 최소화하면서 좋은 화질을 얻는 것이다(디자이너에 따라서는 투사율을 계산할 때 대각선이 아닌 화상의 폭을 이용하므로, 투사율을 어떻게 정의하는가는 중요하다). 투사율 최소화는 프로젝터와 스크린이 하나의 기능부로 물리적으로 결합된 배면 프로젝션 시스템, 구체적으로는 배면 프로젝션 텔레비젼에 특히 중요하다. 이런 장치에서, 투사율을 최소화한다는 것은 투사길이가 짧아져, 디스플레이면과 투사광 엔진을 담는 캐비닛의 깊이를 줄일 수 있음을 의미한다. 정면 프로젝션 시스템에서 투사율을 최소화하면, 스크린에 아주 가까이 있는 프로젝터로 대형 화상을 투사할 수 있다.

배면 프로젝션 시스템의 캐비넷 깊이와 깊이 단축은 구체적으로 디스플레이 대각선 대 캐비넷 깊이의 비인 D-D 비를 측정하면 된다. 동축 투사형 평면거울과 왜곡보정 광학수단을 이용하는 종래의 구성의 D-D 비는 약 2.5~3.5이다(예컨대 대각선 길이 61", 깊이 19.5", 또는 대각선 길이 55', 깊이 18" 등).

캐비넷 깊이를 줄이기 위해, 종래의 방법에서는 왜곡이 낮고 FOV(field of view)가 넓은 렌즈가 달린 (광경로를 접는) 평면거울들을 조합했는데, 이런 거울은 투사길이를 줄여 투사율을 단축하는 기능을 한다. 광학적 형상(렌즈의 종류, 초점길이, 거울각)을 정밀 투닝하면, 화상왜곡을 최소화할 수 있다. 종래의 구성에서는 폴드 거울을 투사광과 동축으로 놓는다. 이렇게 하면 키스톤왜곡이 생기지 않는 장점을 갖는다. 그러나, 캐비넷 깊이를 크게 줄일 수 없거나 D-D 비가 증가하지 않는 단점도 있다.

일례로, 도 2a의 종래의 프로젝션 시스템(6')은 투사광 엔진(14), 평면거울(8) 및 디스플레이면(20)을 갖는다. 이것은 동축 시스템의 일례로, 평면거울은 광경로를 접고 디스플레이면(20)에 대해 각도 α로 놓인다. 캐비넷 깊이는 T이다. 이 프로젝션 시스템(6')에서는 키스톤왜곡이 생기지 않으며(도 2b 참조), 화상(I)이 디스플레이면(20)에 투사된다.

종래의 구성에서 캐비넷 깊이를 줄이는 주요 방법은 짧은 투사율 광각렌즈를 동축 광경로에 사용하는 것이다. 이 경우 캐비넷 깊이의 축소에 제한이 있다는 단점이 있고, 키스톤왜곡은 나타나지 않지만, 광학요소의 설계와 제조에 제한이 있다. 광학적이고 기하학적인 제한요소들은 핀쿠션, 경통왜곡 및 키스톤왜곡이 증가할수록 현저해진다. 종래의 시스템의 디자인은 필요한 MTF(Modulation Transfer Function)를 얻으면서 상기 왜곡들을 최소화하여, 횡색을 보정해 렌즈의 F-넘버 사양을 만족하면서도 비용-성능을 절출해야만 한다.

종래의 배면 프로젝션 시스템은 (흡광물질을 이용해) 정면에서 입사되는 빛에 대해 낮은 반사율을 가져 높은 콘트라스트 비를 내는 스크린 조립체들을 이용한다. 이들 스크린 조립체들은 (렌즈 배열과 평행광을 이용해) 배면에서 입사하는 빛의 투과율을 높여 휘도를 높이기도 한다. 프레넬렌즈를 스크린 조립체의 일부로 사용하면 통상 빛이 평행광으로 된다. 프레넬렌즈는 동축 프로젝션 시스템을 위해 대칭 원형 구조를 갖는다(광학중심이 물리중심상에 또는 투사경로의 축선상에 위치함). 일정 초점길이의 프레넬렌즈를 동일한 초점길이의 대형 원형 양면볼록렌즈 대신 사용한다. 이런 프레넬렌즈의 직경은 최대 디스플레이면의 대각선과 같다. 이런 프레넬렌즈는 일반적으로 얇고, 아주 유연하며, 내부온도가 상승하면 팽창한다. 동축 프로젝션 시스템의 화질은 프레넬렌즈의 (광축 부근) 중앙부의 표면 모양의 변화에 크게 민감하지 않다. 불행히도, 이런 대칭 프레넬렌즈는 엇축 RP 시스템에는 사용할 수 없다. 또, D-D 비가 높은 프로젝션 시스템에서는 프레넬렌즈를 신중하게 설계해야 하는데, 이는 스크린의 하단 부근에서 20±5도의 최소값에서 스크린 상단 부근의 60±5도의 최대값까지 변하는 입사극으로 스크린 배면에 빛이 입사하기 때문이다. 따라서, 입사광의 입사각에 대한 평행 기능의 민감도 때문에 렌즈면을 아주 정밀하게 유지해야만 한다.

본 발명은 일체형 프레넬 평행광렌즈를 갖춘 배면 프로젝션 투과스크린을 이용한 소형 배면 프로젝션 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 반사스크린에 아주 가까이 있는 소형 정면 프로젝션 시스템에 관한 것이기도 하다. 특히, 본 발명은 광경로와 투사율을 줄이면서도 시각적으로 제대로 된 형상과 최적의 화질로 디스플레이면에 화상을 광학적으로 투사하는 엇축 프로젝션 시스템과 방법에 관한 것이다.

본 발명의 프로젝션 시스템은 화상처리부, 투사광 엔진 및 반사조립체를 구비한다. 화상처리부는 디지탈 입력 화상데이타를 받고, 이 데이타는 해상도와 종횡비에 있어서 다르며 입력 화상데이타를 투사광 엔진의 올바른 종횡비와 해상도로 축소확대한다. 화상처리부는 또한 후술하는 역변환을 이용해 광변조기로 보내진 디지탈 화상의 왜곡보정을 하여, 화상 변조광이 완전한 광경로를 지나갈 때 이 빛이 광학적이고 기하학적인 경로상의 왜곡을 겪고 아무런 왜곡과 흐림 없이 뷰어를 향해 나아가도록 한다. 다시말해, 왜곡보상으로 인해, 광변조기와 스크린 사이의 광경로상의 왜곡이 각각의 화소를 스크린상의 원하는 위치로 되돌릴 정도로 화상변조기의 모든 각각의 화소가 충분히 반대방향으로 움직인다. 투사광 엔진은 화상처리부로부터 왜곡이 보상된 화상데이타를 디지탈 포맷으로 받고, 이런 디지탈 포맷은 광변조 마이크로디스플레이 소자가 빛을 생성케 하는 신호로 변환된다. 이런 빛은 왜곡보상된 화상데이타에 대응하는 광학화상을 형성한다. 투사광 엔진은 투사 형상과 반사조립체로 인한 빛의 산란 때문에 생기는 스팟 디포커싱을 보정하는 보정렌즈를 더 구비할 수 있다. 한편, 이 기능을 갖는 일반 투사렌즈를 사용할 수도 있다.

광반사 조립체는 왜곡보상된 광학화상의 광경로에 위치하여 이 화상을 디스플레이면의 특정 부분에 반사한다. 광반사 조립체는 디스플레이면에 대한 반사를 조절하는 비구면 거울을 하나 이상 구비한다. 비구면 거울의 상하좌우 곡률반경은 디스플레이면에 시각적으로 제대로 된 화상을 형성하는 것을 돕기 위해 매끄럽게 변한다. 투사광 엔진과 광반사 조립체는 광학변형을 최소화하도록 설계되고 공간적 정밀도를 절충할 수 있다. 화상처리부는 투사광 엔진, 광반사 조립체에 의한 전체 공간왜곡, 투사형상의 변경은 물론, 정렬도에 있어서의 3축 회전자유도와 2차원의 직진자유도(상하좌우)의 오차에 대한 최종적인 보정을 수행할 수 있다. 전후 직진 오차는 초점을 변화시키고 화상처리부에 의해 보정될 수 없다. 디스플레이면은 빛을 높은 위치에서 받고 입사각을 변화시키며 디스플레이면에 수직으로 빛을 반사하거나 투과하도록 설계된다.
따라서, 본 발명은 입력 화상데이타를 기초로 디스플레이면에 광학화상을 디스플레이하는 엇축 프로젝션 시스템을 제공한다. 이 프로젝션 시스템은 2차원 화소 어레이를 나타내는 입력 화상데이터를 받고, 이 입력 화상데이터를 투사하기 전에 미리 전자적으로 워핑(왜곡)하여 2차원 전자워핑 화상데이터를 생성하는 화상처리부; 화상처리부에 결합되어 상기 전자워핑 화상데이터를 받고, 전자워핑 화상데이터에 대응하는 2차원 워핑 화상을 변조하며, 2차원 워핑화상을 투사하여 투사화상을 생성하는 투사광 엔진; 및 투사광 엔진에 결합되어 투사화상을 디스플레이면에 비추고, 하나 이상의 곡면거울을 구비한 반사조립체;를 포함하고, 전자워핑이 일어난 투사화상에서는 투사광 엔진과 반사조립체에서 일어나는 광학적 왜곡과 기하학적 왜곡들이 상쇄된다.

본 발명은 또한 입력 화상데이터를 기초로 엇축 프로젝션 시스템의 디스플레이면에 광학 광학 화상을 디스플레이하는 엇축 프로젝션 방법을 제공한다. 이 방법은, 2차원 화소 어레이를 나타내는 입력 화상데이터를 받고, 이 입력 화상데이터를 투사하기 전에 미리 전자적으로 워핑(왜곡)하여 2차원 전자워핑 화상데이터를 생성하는 단계; 화상처리부에 결합되어 상기 전자워핑 화상데이터를 받고, 전자워핑 화상데이터에 대응하는 2차원 워핑 화상을 변조하며, 2차원 워핑화상을 투사하여 투사화상을 생성하는 투사광 엔진을 제공하는 단계; 및 투사광 엔진에 결합되어 투사화상을 디스플레이면에 비추고, 하나 이상의 곡면거울을 구비한 반사조립체를 이용해 투사화상을 반사하는 단계;를 포함하고, 전자워핑이 일어난 투사화상에서는 투사광 엔진과 반사조립체에서 일어나는 광학적 왜곡과 기하학적 왜곡들이 상쇄된다.

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이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1a는 일반적인 8개 요소 투사렌즈의 개략도;

도 1b는 스크린에 화상을 엇축으로 투사하는데 사용되는 도 1a의 투사렌즈의 개략도;

도 1c, 1d는 도 1b의 직접 프로젝션 시스템에 고유한 왜곡을 보여주는 왜곡도와 초점도;

도 2a는 종래의 동축 프로젝션 시스템의 개략도;

도 2b는 도 2a의 종래의 프로젝션 시스템에 대응하는 왜곡도;

도 3a는 다른 (엇축) 프로젝션 시스템의 개략도;

도 3b는 도 3a의 다른 프로젝션 시스템에 대응하는 왜곡도;

도 4a는 평면거울이 2개인 폴딩형 프로젝션 시스템의 개략도;

도 4b-c는 도 4a의 프로젝션 시스템에 관련된 화상왜곡과 초점 스팟사이즈를 보여주는 왜곡도와 초점도;

도 5는 본 발명의 프로젝션 시스템의 블록도;

도 6은 소형 비구면거울과 보정렌즈를 순서대로 사용하는 2폴드 배면 프로젝 션 시스템으로서의 도 5의 시스템의 구성례의 개략도;

도 7a-b는 도 6의 소형 비구면거울을 몰드의 형상을 보여주는 도면;

도 7c는 도 6의 소형 비구면거울을 절단해낸 거울면을 보여주는 도면;

도 8a-c는 도 6의 보정렌즈의 표면곡률을 보여주는 도면;

도 9a는 본 발명의 프로젝션 시스템에서 생긴 왜곡보정된 화상을 보여주는 도면으로서, 위의 것은 디스플레이 소자에서 생긴 화상이고 아래 것은 디스플레이 스크린에 생긴 이상적인 화상임;

도 9b는 디스플레이 소자에서 생기고 평면거울에서 보이는 사각 매트릭스 화상의 초점도;

도 10a는 소형 비구면 곡면거울만 이용한 도 6의 2폴드 배면 프로젝션 시스템의 개략도;

도 10b-c는 도 10a의 폴딩된 배면 프로젝션 시스템과 관련된 왜곡도와 초점도;

도 11a-b는 도 6의 배면 프로젝션 시스템과 관련된 화상도와 초점도;

도 12는 수직 프로젝션 장착에 적합한 3개의 거울을 이용하는 본 발명의 다른 예의 개략도;

도 13은 2개는 곡면거울인 3개의 거울을 이용하는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 또다른 예의 개략도;

도 14a는 대형 곡면거울 1개를 이용하는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 다른 예의 개략도;

도 14b-d는 도 14a의 엇축 배면 프로젝션 시스템에 관련된 화상왜곡도와 초점도;

도 15a는 평면거울이 하나인 종래의 동축 프로젝션 시스템의 개략도;

도 15b-c는 도 15a의 프로젝션 시스템에 고유한 왜곡을 보여주는 왜곡도와 초점도;

도 16a는 하나의 대형 곡면 비구면거울을 이용하는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 다른 예를 보여주는 개략도;

도 16b-c는 도 16a의 엇축 프로젝션 시스템에 고유한 왜곡을 보여주는 왜곡도와 초점도;

도 17a는 하나의 대형 곡면 비구면거울을 이용하는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 다른 예의 개략도;

도 17b-c는 도 17a의 엇축 프로젝션 시스템에 고유한 왜곡을 보여주는 왜곡도와 초점도;

도 18a는 대형 곡면 비구면거울을 프레넬거울로 대체한 2-거울 구성을 이용하는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 다른 예를 보여주는 개략도;

도 18b는 도 18a의 실시예에 사용된 프레넬거울로 변환되는 대형 곡면거울 구간의 3차원 도면;

도 18c는 보정렌즈를 사용하지 않을 때의 도 18a의 프로젝션 시스템의 왜곡도;

도 18d는 도 18a의 프로젝션 시스템에서 프레넬거울 왜곡과 빛확산을 보정하 는데 사용된 비구면 회전비대칭 보정렌즈의 3차원 도면;

도 18e는 도 18d의 보정렌즈가 전자보정을 전혀 이용하지 않을 때의 도 18a의 프로젝션 시스템의 왜곡도;

도 18f는 도 18a의 프레넬거울과 같이 사용할 수 있는 일반 투사렌즈의 평면도;

도 18g는 도 18f의 일반 투사렌즈의 측면도;

도 19a는 30도 윗쪽으로 엇축되어 투사하여 약 27% 키스톤 왜곡을 보이는 종래의 프로젝션 시스템의 개략도;

도 19b는 도 19a의 프로젝션 시스템의 27% 키스톤왜곡을 보여주는 왜곡도;

도 19c는 투사렌즈와 마이크로디스플레이 사이의 시프트를 갖는 종래의 엇축 투사광 엔진의 개략도;

도 19d는 30도 엇축 프로젝션 시스템에 사용되는 도 19b의 종래의 투사광 엔진을 보여주는 도면(렌즈경통은 수평이지만 렌즈는 여전히 30도 윗쪽으로 화상을 투사함);

도 19e는 도 19c의 "시프트된 렌즈" 투사광 엔진을 이용해 키스톤왜곡을 보정하는 도 19d의 종래의 엇축 프로젝션 시스템의 왜곡도;

도 20a는 상면만곡을 이용해 디포커싱을 최소화하도록 투사렌즈 광축을 팅팅하는 종래의 투사광 엔진의 개략도;

도 20b는 디포커싱을 줄이도록 종래의 프로젝션 시스템에 이용되는 (동일한 교차선을 따라 만나는 마이크로디스플레이, 렌즈 및 스크린의 평면인) 샤임프리그 법칙을 보여주는 도면;

도 21a는 보정렌즈의 성능을 갖는 일반 투사렌즈의 평면도;

도 21b는 보정렌즈 성능을 갖는 일반 투사렌즈의 측면도;

도 21c는 도 21a-b의 일반 투사렌즈의 (비구면, 비대칭) 세번째 표면도;

도 22는 전자 왜곡보정을 위해 본 발명의 모든 실시예에서 사용될 수 있는 화상처리부의 블록도.

도 3a에서, 캐비넷 두께(T)를 줄이기 위해서는 먼저 각도(α)를 줄인다(도 2a 참조). 따라서, 프로젝션 시스템(6")(즉, 엇축 프로젝션 시스템)은 동축 프로젝션 시스템(6')과 동일한 구성요소를 갖지만, 평면거울(8)은 디스플레이면(20)에 비해 좁은 각도로 배치된다. 이렇게 되면 캐비넷 두께를 T에서 T'로 줄이는 효과가 얻어진다. 그러나, 이렇게 생긴 화상은 키스톤 왜곡을 보여(도 3b 참조), 엇축 프로젝션 시스템(6")에서 생긴 화상(I')은 원래의 화상(I)에 비해 왜곡된다(도 2b 참조). 키스톤 왜곡에서는 화상(I')의 바닥 부근에서는 수평방향으로 화상(I')의 수축이 일어나고, 화상(I')의 상단 부근에서는 수평방향으로 화상이 늘어난다. 또, 화상(I')이 수직방향으로 늘어난다.

도 4a에 도시된 배면 프로젝션 시스템(21)에서는 캐비넷 두께를 줄이기 위해 엇축 거울을 사용하고 소형 캐비넷 안에 시스템을 설치하도록 폴딩한 광경로를 이용한다. 두개의 평면거울(33,35)을 사용해 여러번 폴딩하면 캐비넷 두께를 얇게할 수 있으면서도 투사경로 길이 전체를 수용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 투사된 화상은 2차 평면거울(35)에서 1차 평면거울(33)로 반사된다. 1차 평면거울(33)은 투사된 화상을 디스플레이면(20)의 뒷쪽으로 반사하여 반대쪽에 있는 뷰어(4)가 볼 수 있도록 한다. 그러나, 이렇게 평면거울이 2개인 배면 프로젝션 구성에서도 여전히 키스톤 왜곡이 일어난다. 도 4b는 투사된 화상이 어떻게 스크린 하단에서는 줄어들고 상단에서는 늘어나 (즉, 투사된 화상(I1)이 스크린 둘레(S1)에 일치하지 않아) 크게 왜곡되는 지를 보여준다. 특히, 도 4b와 같이, 이런 배면투사 구조는 65%의 키스톤 왜곡과 관련됨을 알 수 있다. 또, 도 4c를 보면, 스팟 사이즈(spot size)가 어떻게 디스플레이면(20)의 상단을 따라 (원하는 높이 2-3mm를 훨씬 넘는) 약 50mm로 되는지를 보여준다. 투사광 엔진(14)의 투사렌즈(5)에 대해 정밀하게 조금씩 움직이면 키스톤 왜곡을 어느정도 줄일 수 있고, 투사렌즈(5)에 대해 정밀하게 각도를 움직이면 디포커싱을 줄일 수 있다. 이에 대해서는 도 19-20을 참조해 설명한다.

도 5, 6은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템(10)을 보여준다. 프로젝션 시스템(10)은 화상처리부(12), 투사광 엔진(14) 및 반사조립체(16)를 포함하는데, 반사조립체는 화상 소스(18)에서 제공된 입력화상을 나타내는 화상데이터를 디스플레이면(20)에 투사할 왜곡보상 화상으로 변환하되 왜곡이 없는 화상으로 만든다.

화상 소스(18)는 비디오카메라, PC, 기타 원하는 비디오/그래픽 포맷(예; YPrPb, RGB, DVI 등)의 화상을 만들 수 있는 장치를 포함한다.

화상처리부(12)는 화상원(18)로부터 입력 화상데이타를 받고, 이 데이터를 프로젝션 시스템(10)에 들어가기 전에 전자적으로나 디지탈 방식으로 미리 워핑(왜곡), 즉 전자워핑함으로써, 뒤에 디스플레이면(20)에 디스플레이되는 화상에 왜곡이 일어나지 않도록 한다. 화상처리부(12)는 또한 디스플레이되는 화상에서 일어나는 모든 밝기/휘도의 불균일도 미리 전자워핑한다. 화상처리부(12)는 투사광엔진(14)에 제공되는 디지탈 화상데이터에 대해 미리 전자워핑을 하여 화상데이터에 대한 디지탈 정밀튜닝을 한다. 화상처리부(12)의 구체적인 기능에 대해서는 뒤에 자세히 설명한다.

투사광 엔진(14)은 이런 전자워핑 디지탈 화상데이터를 화상처리부(12)로부터 받아 전자워핑 광학화상을 생성한다. 투사광 엔진(14)은 발광부(22), 마이크로디스플레이(24) 및 투사광학계(26)를 포함한다. (조명장치로 알려진) 발광부(22)는 (초고압 아크등, RGB LED 또는 RGB 레이저 등의) 광원, 색분리 프리즘, 파라볼릭 반사경, 적분봉 및/또는 적분기/콜리메이터(collimator)와 같은 요소(도시 안됨)를 포함한다. 마이크로디스플레이(24)는 적당한 색상관리장치(즉, 컬러휠, 편광프리즘, 색선택 필터 등)를 갖춘 (마이크로디스플레이 특정 인터페이스 ASIC를 포함한 1 또는 3 패널 LCD, 1, 2 또는 3 패널 DLP™, 1 또는 3 패널 LCOS 등의) 시중에서 구입 가능한 마이크로디스플레이 기반의 모든 광변조 장치를 포함할 수 있다. 마이크로디스플레이(24)는 화상처리부(12)에서 생긴 왜곡보상 디지탈 화상데이타에 맞게 반사/전송된 빛을 변조하여 광학화상을 만드는데 이용된다. 실제, 조명장치는 광변조 마이크로디스플레이를 균일하게 조명하는 형태의 빛을 만들면서도 적당한 색상관리 및/또는 편광 복귀 요소를 갖는다. 광변조 마이크로디스플레이 장치는 디지탈 화상데이타를 광학화상으로 변환하기 위해 조명장치 앞에 위치한다. 투사광학계(26)는 왜곡보상 화상을 투사하고 포커싱하는 렌즈로 이루어진다.

투사광학계(26)는 초점길이가 고정되고 투사율이 길거나 짧은 렌즈들로 이루어지거나, 또는 초점길이가 가변적인 줌렌즈로 이루어진다. 또, 투사광학계(26)의 투사각은 정상적이거나 넓은 시야각(FOV)일 수 있다. 본 발명의 투사광학계(26)는 무왜곡일 필요가 없는데, 이는 투사광학계(26)와 곡면거울에서의 모든 왜곡이 디지탈 화상처리에 의해 보정되기 때문이다. 투사광학계(26)는 또한 투사렌즈(25)에 배치되는 보정렌즈(49)를 포함하는데, 이 보정렌즈는 투사렌즈(25)와 반사조립체(16) 사잉의 왜곡보상 광학화상의 광경로에 위치한다. 보정렌즈(49)의 기능에 대해 더 설명한다. 투사광엔진(14)의 전연부 일부분을 14a로 표시한다. 투사광학계(26)가 후술하는 것과 같이 주문제작될 경우 보정렌즈(49)는 없어도 된다.

반사조립체(16)는 왜곡보상 광학화상들로 구성되는 투사광 엔진(14)으로부터의 빛을 받고 이 빛을 디스플레이면(20)으로 반사한다. 도 6은 반사조립체(16)를 더 자세히 보여준다. 반사조립체(16)는 비구면 거울(39)과 1차 평면거울(33)로 이루어진다. 비구면 거울(39)은 비구면적인 비대칭(또는 회전비대칭) 곡면거울로서 1차 평면거울(33)과 연계되어 광경로를 폴딩하는데 사용된다. 이런 거울은 (높은 D-D 비로 인한) 심각한 키스톤 왜곡을 보상하는데 가장 효과적이고 직접적인 방법인데, 이는 키스톤 왜곡 자체가 비대칭이기 때문이다. 키스톤 왜곡에서는, 화상의 상단과 하단의 확대율이 다르다. 종래의 방법은 키스톤 왜곡의 보정량(따라서 D-D 비 개선)에 한정되었는데, 이는 종래의 방법은 모든 왜곡을 반드시 광학수단으로 보정해야만 한다는 조건 때문에 마이크로디스플레이 오프셋만을 이용해 키스톤 왜곡과 대칭 거울/렌즈에 대한 보정을 하기 때문이다. 비구면 거울(39)의 주목적은 엇축 (off-axis) 투사로 인한 왜곡을 줄이고 조명원으로부터의 빛과 모든 가능한 마이크로디스플레이 화소를 사용하도록 하는데 있다. 비구면 거울(39)은 또한 마이크로디스플레이 시프트로 보정되지 않는 모든 좌측 왜곡을 보정하는데 마이크로디스플레이 시프트를 이용하는 프로젝션 시스템에 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 투사광학계(26)의 보정렌즈는 투사렌즈(25)와 비구면 거울(39) 사이의 왜곡보상 광학화상의 광경로상에 위치하여, 넓은 광발산을 보정하고 관련 디포커싱 왜곡을 제어하는데, 이에 대해서는 후술한다. 보정렌즈(49)는 비구면적으로 곡면을 이루고 회전 비대칭인 렌즈이기도 하다.

디스플레이면(20)은 높고 다양한 입사각으로 빛을 받고 이 빛을 직각으로 반사하거나 투과하도록 설계된다. 디스플레이면(20)은 정면 프로젝션 시스템에서는 반사를, 배면 프로젝션 시스템에서는 투과를 한다. 일반적인 배면 프로젝션 시스템에서는, 디스플레이면(20)을 수직으로 나가 뷰어를 향하는 빛의 방향을 바꾸거나 입사광을 수직이 아니게 받는데, 즉 빛을 조정하는데 프레넬렌즈를 사용한다. 일반적인 배면 프로젝션 시스템에서, 프레넬렌즈의 중심은 디스플레이면의 중심에 있고 디스플레이면의 입사각을 방사상 대칭으로 분산시킨다.

본 발명에 따라 설계된 RP(배면 프로젝션) 엇축 시스템에서도 프레넬렌즈가 필요하지만, 디스플레이면에 들어가는 입사광 각도를 비대칭으로 분산시켜야만 하는데, 이는 축이 서로 어긋난 엇축 형상이기 때문이다. 이때문에 프레넬렌즈의 중심이 디스플레이면의 중심에서 상당히 아래쪽으로 벗어나 있어야 하는데, 벗어나는 정도는 시스템의 D-D 비(사용되는 축의 엇축 정도)에 따라 다르다. 따라서, 엇축 프로젝션 시스템에 사용되는 프레넬렌즈는 대칭이 아니다. 이런 비대칭 프레넬렌즈는 엇축 광경로를 포함한 원추형 투사광에서 나온 빛을 평행하게 하도록 설계되어야만 한다. 실제로, D-D 비가 높은 시스템의 경우, 투사축이 경사져 있어, 키스톤 왜곡을 더 보정해야 한다. 즉, 디스플레이면의 상단과 하단 사이의 입사각이 더 넓게 분산된 마이크로디스플레이에서는 빛이 원추형으로 발산함을 의미한다. 이런 원추형 빛의 광축은 프레넬렌즈의 중심을 통과해야만 하고, 프레넬렌즈의 중심은 이런 광학조건을 만족하기 위해 더 크게 아랫쪽으로 어긋나게 된다. 극단적인 엇축 구성을 갖는 프로젝션 시스템에서, 프레넬렌즈의 광학중심은 스크린 중심과 완전히 어긋날 수 있다. 그 결과, 프레넬렌즈의 직경이 스크린 대각선 길이보다 훨씬 크고, 사각형 조각을 잘라내어 스크린과 겹쳐놓은 것 같이 된다. 분명한 것은, 사용가능한 프레넬렌즈 조각을 한조각만 대직경 구조에서 추출할 수 있으면, 렌즈의 비용이 상승한다는 것이다. 몇몇 비대칭 프레넬렌즈 디자인에서는, 기본 대직경 완성품 프레넬렌즈에서 사용가능한 렌즈조각을 하나 이상 잘라내어, 프레넬렌즈를 만드는 가공비를 줄일 수 있다.

도 7a-c는 도 6의 비구면 거울(39)의 표면곡률을 보여준다. 비구면 거울(39)은 프로젝션 시스템(10)의 엇축 특성으로 인한 키스톤 왜곡을 보정하는데 사용된다. 비구면 거울(39)은 오목면에서 화상을 반사하면 크기가 줄어들과 볼록면에서 반사하면 크기가 늘어난다는 사실을 기초로 한다. 예컨대, 도 3b에서는 디스플레이면 상단에서 그 폭보다 넓게 수평으로 화상이 확장되었다. 또, 디스플레이면 하단에서는 그 폭보다 좁게 수평으로 화상이 축소되었다. 거울중 오목한 윗부분에서 디 스플레이면에 반사된 화상은 축소되고, 볼록한 아랫부분에서 반사된 화상은 디스플레이면 하단부에 맞게 확장된다. 실제로 엇축 투사체계에서는, 화상의 윗부분이 수평 디스플레이면 폭과 같거나 그보다 작도록 프로젝션 시스템을 디스플레이면에 약간 가깝게 하여, 거울 형상을 조정하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, (폴딩 구성으로 캐비넷 두께를 축소할 수 있는) 투사거리의 단축은 물론, 거울의 형상을 오목-볼록 이중형이 아닌 볼록형으로만 하여 쉽게 제작할 수 있다는 이중의 장점이 생긴다. 투사길이를 단축하면, 투사광 엔진의 렌즈는 더 광각렌즈로 되어 설계하기가 어렵고 구면편차가 더 커져 더 큰 보정이 필요하게 된다. 따라서, 최적의 구성을 하려면 투사길이, 투사렌즈 및 구면거울(39)의 곡률을 여러가지로 조합하는 시도를 해야 한다.

그러므로, 본 발명의 비구면 렌즈(39)는 설계상 볼록한 윗부분은 부드럽게 수평을 이루어 디스플레이면(20) 상단에서 아주 약간의 수평확대효과(즉 투사경로가 단축됨)를 보고, 수평하게 좀더 볼록한 하부에서는 디스플레이면의 하단에서 더 크게 수평으로 확대하는 효과를 본다. 비구면 거울(39)은 키스톤 왜곡의 상하 스트레칭 보정을 위해 상하로 오목하기도 하다. 따라서, 비구면 거울(39)은 상하 오목면과, 볼록한 형태에서 평면형이나 덜 볼록한 형태로 변하는 수평면을 갖는다. 편의상, 도 7a는 비구면 거울(39)이 이루는 수평방향 곡률을 보여주고, 도 7b는 비구면 거울(39)의 상하방향 곡률을 보여준다. 도 7c는 Y축 방향의 수평방향, 좌측에서 우측으로 가는 수직방향 및 z축 방향인 높이(두께) 방향의 곡률을 모두 갖는 비구면 거울(39)의 곡률의 사시도이다. 이 거울의 실제 활동면적은 도 7c에 도시된 면 적보다 작지만, 비구면 거울(39)의 표면 형태의 변화를 보여주기에는 충분하다. 비구면 거울(39)의 수평 곡률반경은 상단부의 높은 양의 값(즉, 낮은 곡률)로부터 하단부의 낮은 양의 값(즉 큰 곡률)로 천이한다. 수직 곡률반경은 키스톤 왜곡으로 인한 수직 치수오차를 보정하도록 선택한다.

비구면 거울(39)의 전체 형상은 최초/최종 반경과 천이율에 의해 결정되고, 이상의 설명으로부터 알 수 있듯이 회전축에 대해 비대칭이지만, 수직축에 대해서는 대칭이다. 비구면 거울(39)의 구체적인 표면 형태는 대응 투사렌즈 디자인, 보정하고자 하는 왜곡, 원하는 유효 해상도 및 캐비넷 깊이에 의해 선택된다. 따라서, 상하로 오목하면서 수평 곡률은 위에서 아래로 가면서 오목, 평면 및 볼록하게 변하도록 구면 거울을 설계할 수 있다. 예를 들어, 종래와 동일한 투사렌즈를 사용하고자 하는 배면 프로젝션 TV(RPTV) 생산자라면 보정렌즈가 필요할 것이고, 기존 투사렌즈의 치수로 인한 한계 때문에 새로운 투사렌즈를 설계하고자 하는 다른 RPTV 생산자에 비해 대각선-깊이 비(캐비넷 깊이)를 다르게 선택할 것이다. 다른 예로는 캐비넷의 크기를 제한하여 간접적으로 비구면거울(39)의 크기를 제한할 수 있는 평면거울을 이용한 RPTV 생산자가 있을 수도 있다.

캐비넷 깊이를 줄이면, 비구면 거울(39)과 투사렌즈(5) 사이의 각도가 작아져, 보정해야 할 키스톤 왜곡이 커진다. 결과적으로, 비구면 거울(39)의 곡률을 더 크게해야 하는데, 이는 위쪽의 수평방향의 더 큰 팽창과 아래의 수평방향의 더 큰 수축 및 상햐방향의 더 심각한 팽창을 보정해야 하기때문이다. 이렇게 곡률을 더 크게할수록 비구면 거울(39)은 더 대형화되고 두꺼워진다. 이 경우, 비구면 거울 (39)의 곡률증가로 인해 추가된 디포커싱 효과를 보정할 곡률을 위해 보정렌즈(49)를 변경한다.

비구면 거울(39)은 엇축 프로젝션 시스템의 키스톤 왜곡을 부분적으로나 전체적으로 보정할 수 있다. 이런 시스템에서, 평면거울은 보정기능을 못한다. 비구면 거울(39)의 볼록면 부분을 이용해 화상을 (수평으로 크거나 작게) 확대하고 거울의 오목면 부분을 이용해 화상을 상하로 축소하면 키스톤 왜곡이 줄어든다. 곡률의 크기와 모양(볼록 또는 오목)을 사인파형으로 스무스하게 바꾸면, 키스톤 형상의 왜곡 형태가 다소간 사각형 왜곡 형태로 바뀐다. 비구면 거울(39)과 보정렌즈(49)를 적절히 설계하면, 화상처리부(12)가 디스플레이면(20) 가장자리 부근의 화소의 품질(즉, 밝기와 초점)을 유지하기가 더 쉬워진다. 그러나, 비구면 거울(39)은 복잡한 필드 곡률 문제, 즉 스팟 사이즈/초점 문제를 일으키는바, 화상의 중심부에서는 MTF와 초점이 적절하지만 화상의 가장자리에서는 디포커싱과 MTF 감소가 일어난다.

도 8a-c는 투사렌즈(5)를 통해 비구면 거울(39)에 투사된 빛의 디포커싱(즉, 빛의 산란)을 줄이는데 (마이크로 디스플레이(24)를 투사렌즈(25)에 대해 또는 그 반대로 움직이거나 기울이면서) 사용되는 도 6의 보정렌즈(49)의 표면곡률을 보여준다. 보정렌즈(49) 역시 비구면 거울(39)의 곡률에 대응하는 비구면의 비회전 대칭렌즈이고 프로젝션 시스템(10)에 사용되는 투사렌즈(5)와 같이 사용하도록 설계되었다. 구체적으로, 보정렌즈(49)는 투사렌즈(5) 앞에 위치한다(도 6 참조). 도 8a는 보정렌즈(49)의 수평방향 곡률을, 도 8b는 보정렌즈의 상하방향 곡률을 보여 주며, 도 8c는 좌우 수평방향, y축 방향의 상하방향 및 z축 방향의 보정렌즈(39)의 곡률의 사시도이다. 보정렌즈(49)의 형상은 비구면 거울(39)의 형상과 비슷하고 회전방향으로 비대칭이며 수직축에 대해 좌우대칭이다. 특히, 보정렌즈(49)는 수평하게 볼록한 원통렌즈로서 그 곡률은 작은 반경에서 큰 반경으로 천이하며 상하로는 오목한 형상을 갖는다. 그러나, 보정렌즈(49)가 좀더 평평하다(즉, 수평수직 양방향의 곡률반경이 더 크다).

보정렌즈(49)는 비구면 거울(39)보다 큰 곡률반경을 갖고 투사렌즈(5)의 특징들을 보상하며 빛의 산란을 보정한다. 보정렌즈(49)를 사용하면, 본 발명의 프로젝션 시스템(10)에 기존의 투사렌즈(5)를 사용해 최소의 성능과 치수값(즉, 렌즈 속도, MTF, 소형 케이스 적용 등)을 충족할 수 있다. 뒤에 자세히 설명할 시스템용 전용 투사렌즈는 보정렌즈의 기능을 갖도록 개발하여, 보정렌즈를 별도로 준비해 장착할 필요성을 없앨 수 있다. 또, 투사렌즈(5), 보정렌즈(49), 비구면 거울(39), 엇축 투사형상 및 오정렬 설치로 인한 나머지 비교정 왜곡들을 보정하기 위한 사전 전자워핑을 하는데 화상처리부(12)를 이용하는 것이 중요하다. 따라서, 화상처리부(12)는 프로젝션 시스템(10)의 모든 물리적 부정확도나 오정렬을 보상할 수 있다.

이제 도 6-8을 참조하여 각종 요소의 크기에 대해 설명한다. 보정렌즈(49)에 대해 제1 표면처짐은 4.58mm이고 제2 표면은 평탄하며 투사렌즈의 최종 렌즈면부터의 거리는 11mm이다(중심선 기준). 곡면거울(39)에 대해, 처짐은 33.5mm이고, 경사각은 -46.4도, 최종 보정렌즈면에서부터의 거리는 201.7239mm이며(중심선 기준), x-y 모서리 좌표는 mm 기준으로 (295.528198,276.941671), (141.557812,- 87.435980), (-141.557812,-87.435980), (-295.528198,276.941671)이다. 거울(33)에 대해, 경사각은 +51.2도, 곡면거울(39)부터의 거리는 298.775mm(중심선 기준), x-y 모서리 좌표는 mm 기준으로 (713.058886,579.509103), 9611.018382,-235.682721), (-611.018382,-235.682721), (-713.058886,579.509103)이다. 디스플레이면(20)에 대해, 경사각은 0도, 거울(33)로부터의 거리는 384.2278mm(중심선 기준), 사이즈는 폭 1480mm, 높이 834mm, 대각선 1702mm이다.

도 9b에는 평면거울(33)에서 화상의 촛점의 도시되어 있다. 화상은 마이크로디스플레이(24)에서 생긴 직사각형의 5x7 매트릭스로서, 보정렌즈(49)와 비구면 거울(39)을 통해 투사광 엔진(14)에 의해 투사된다. 비구면 거울(39) 하단 부근의 볼록 곡률의 증가에 의해 도 9b 하단 부근에서는 점들이 분산되어 있지만, 비구면 거울(39) 상단 부근에서의 오목 곡률의 증가에 의해 도 9b의 상단 부근에서는 점들이 모여있다. 도 9b는 전자워핑의 영향을 받지 않은 촛점 거동들을 보여준다.

비구면 거울(39)의 곡률은 키스톤 왜곡을 보정하고자 하고, 평면거울(33)에서 보는 바와 같이, 왜곡이 줄어든다. 촛점도에서 보다시피, 화상 가장자리 부근에서는 약간의 키스톤 효과는 물론 디포커싱 효과가 여전히 있다. 이런 미세한 키스톤 효과는 디스플레이면(20)을 평면거울(33)에서 일정 거리에 두면 보정될 수 있다. 그러나, 디스플레이면(20)을 평면거울(33)에서 멀리 두면, 반대의 키스톤 왜곡이 생기고 디포커싱 효과도 늘어난다. 그러나, 미세한 키스톤 효과를 보정하고자 하는 다른 방식은 전자적인 방식으로서 이에 대해 설명한다.

도 5, 6, 9a를 참조하여, 디스플레이된 광학화상에 왜곡이 없도록 입력 디지 탈 화상에 대해 기하학적으로 왜곡보상을 적용하는데 화상처리부(12)를 이용하는 것에 대해 설명한다.

구체적으로, 도 9a는 비구면 거울(39) 같은 곡면거울에 이상적 화상(44)을 반사하여 생긴 왜곡된 화상(40)의 일례를 보여준다. 비구면 거울(39)은 키스톤 왜곡을 보정하지만, 여전히 보정해야 할 왜곡이 잔류한다. 또, 도시된 것은 곡면거울에서 반사될 때 곡면거울에 의한 왜곡을 보정하거나 보상할 왜곡보정 화상(42)과, 그 결과 디스플레이면(20)에 투사되는 이상적 화상(44)이다. 즉, 왜곡보정 화상(42)이 곡면거울에서 반사되면, 이상적 화상(44)이 디스플레이면(20)에 투사된다. 구체적으로, 아무 보정이 없으면, 이상적 화상 ABCD가 디스플레이면(20)에 디스플레이되는데, 이는 곡면의 "사다리꼴" EFGH이 도시된 것과 같이 그려지기 때문이다. 반대로 IJKL과 같이 화상을 보상하면, 디스플레이되는 최종 화상은 스크린상의 이상적 화상 ABCD와 정확히 일치하게 되어, 결국 왜곡이 없어질 것이다.

따라서, 프로젝션 시스템(10)은 투사광 엔진(14)과 관련 반사(거울) 광학계(도시 안됨)에 의한 기하학적 왜곡의 반대인 기하학적 변형에 의한 입력화상을 왜곡보상하는데 화상처리부(12)를 이용한다. (렌즈/거울로 인한) 프로젝션 시스템(10)내의 전체 왜곡이 변환 F라면, 화상은 F^-1으로 왜곡보상되어 다음 관계와 같다:

디스플레이된 화상 = F(F^-1(입력 화상)) = 입력 화상 2)

따라서, 화상처리부(12)는 기본적으로 왜곡없는 디스플레이 화상의 조건과 관련된 제한이 없다. 왜곡을 디지탈로 보정한다는 것은, 광학적 형상과 광학요소( 예; 거울이나 렌즈의 각도, 종류, 곡면거울이 회전 비대칭 등)를 특수한 설계목적에 맞게 필요한대로 바꿀 수 있다는 것을 의미한다. 화상처리부(12)에 의한 기하학적 보정이 없으면, 각종 광학적 처리단계에서 디스플레이된 화상내의 왜곡이 생긴다. 화상처리부(12)에 의한 왜곡보정은 기본적으로 입력된 화상데이타를 재차 샘플링/여과하는 것이다. 화소를 F^-1에 맞게 재차 샘플링하고, 이렇게 하면 화소위치가 기하학적 변환을 겪게된다. 변환 F^-1은 각종 광학요소의 공간적 봔환 성질로부터 결정될 수 있다. 화상처리부(12)의 사양은 F^-1을 정하는데 필요한 포맷(예; 2D 표면, 1D 다항식 등)을 결정한다.

화상처리부(12)는 밝기나 휘도의 불균일을 보정하는데에도 이용된다. 디스플레이면(20)에 표시된 화상의 휘도는 투사광 엔진의 한계(예; 발광부, 렌즈 흐림 등) 또는 광경로의 특성 때문에 변할 수 있다. 특히, 디스플레이면(20)의 일부 점이나 구간들은 반사, 보정렌즈의 굴절을 포함한 전체 경로를 고려해 투사렌즈에서 각각 다른 거리를 이동하는 빛으로 조명된다. 디스플레이된 화상의 어떤 지점이나 구간을 비추는 빛의 강도가 이동 거리의 제곱에 반비례하므로, 화상의 휘도변동이 생긴다. 엇축 프로젝션 시스템의 경우, 스크린의 상단과 하단에 투사되는 빛이 이동하는 길이에는 상당한 차이가 있다. 결국, 엇축 프로젝션 시스템의 경우 동축 프로젝션 시스템보다 휘도변화가 더 크다.

화상처리부(12)는 최종 화상이 균일한 휘도로 표시되도록 투사에 앞서 화소 의 휘도를 사전조정하는데 사용된다. 화소의 휘도는 소정의 맵, 즉 F^-1과 비슷한 G^-1에 따라 색공간에서 사전조정되고 디스플레이면(20)내의 화소의 위치를 제공한다. 이 맵은 색공간에서만 작용하고 추가적인 여과는 더이상 불필요하다(즉, 화소 위치가 아닌 화소의 색값만 조정됨). F^-1과 마찬가지로, G^-1에은 여러 광학요소와 광경로의 밝기/휘도 변환 성질로부터 결정될 수 있다. 화상처리부(12)는 각각의 화소값에 G^-1을 적용한다. 간단하게 선형함수 G ^-1(0)=α0+β를 들 수 있는데, 0은 RGB 색값이고 변수 α, β는 각 화소의 상수이다. 프로젝션 시스템(10)의 전자보정은 광학렌즈의 선택을 더 유연하게 하는데, 이는 모든 관련 왜곡이 렌즈의 광학적 성질들을 일치시켜서 보다는 사전 워핑에 의해 제거되기 때문이다. 특히, 광각렌즈를 사용해 동일한 크기의 화상을 더 짧은 투사거리에서 투사할 수 있어, 투사율을 단축하는 또다른 변수가 제공된다. (기하학적 문제와는 반대로) 초점 문제는 기하학적 왜곡보상에 의해 보정될 수 없고 여전히 적당한 렌즈의 선택에 의해 광학적으로 해결해야만 한다.

화상처리부(12)에 의한 범용적인 사전 전자워핑이 없으면, 전체적인 화상왜곡을 교정하도록 프로젝션 시스템(10)을 설계해야 한다. 이런 설계 제한도 곡면거울, 엇축 투사(키스톤 효과) 및 광각렌즈의 왜곡효과 때문에 문제가 될 수 있다. 본 발명에 따른 화상처리부에서의 사전 전자워핑을 이용하면, 프로젝션 시스템의 설계제한으로부터 기하학적 왜곡(은 물론 휘도 불균일)을 없앨 수 있는바, 이런 종래의 제한을 설계 "자유도"라 할 수 있다. 따라서, 광경로의 화상왜곡을 자유롭게 변경하여 다른 수차를 개선할 수 있다. 또, 입력신호의 (왜곡보상을 통한) 디지탈 왜곡을 이용해 이들을 보상할 수 있고, 따라서 왜곡이 없는 화상을 스크린에 비출 수 있다.

제각기 고유 통과대역, 예컨대 R, G, B에서 작동하는 3개의 독립적인 화성처리부를 배치하면, 각 통과대역의 왜곡보상 특성을 별도로 조정할 수 있다. 이렇게 하면, 굴절율 등과 같이 파장마다 다른 값을 갖는 광학효과로 인한 측면 색이동이나 색수차와 같은 문제를 보정할 수 있다. 이 기술을 이용하려면, 광원에서 관심 통과대역들(색 대역통과필터 등)을 분리하는 수단을 제공해야만 하고, 이에 따라 변조될 빛의 별도의 통과대역들에 동기화되는 구체적인 보상처리를 광번조기에 해야 한다. 필드순서 또는 3-패널 병렬 광변조 체계 모두 이 방식으로 보정 가능하다. 색공간에서 3가지 이상의 색을 이용하는 체계도 비슷하게 처리할 수 있다. 이 방식은 처리비용은 지속적으로 감소되지만 광학요소와 (정렬을 포함한) 수고비는 증가하기 때문에 광학요소와 정렬 비용에 대한 전자적 비용이 더 든다. 각 통과대역에 휘도 보상을 적용하면, 조명원(예; 초고압 기체와 소량의 아크를 이용하는 고강도 방전등)의 공간적 특성을 조정하여 기존의 피크 대신에 보다 균일한) 보다 바람직한 특성을 가질 수 있다.

곡면거울을 이용해 반사하면, 감소된 키스톤 효과와 핀쿠션/배럴 타입 효과의 조합에 따라 여전히 왜곡을 갖는 스크린 화상이 생긴다. 따라서, 단순히 광학적 요소를 적당히 배열해서는 이런 종류의 왜곡을 보상하기가 극히 어렵다. 프로젝션 시스템(10)의 기하학적 보정으로, 이런 왜곡들을 없앨 수 있다. 도 9a에는, 곡면거울의 반사로 인해 생길 수 있는 왜곡된 스크린 화상(40)과 기하학적 왜곡을 보정하 는 역할을 하는 대응 왜곡보상 화상(42)이 도시되어 있다. 그러나, 반사조립체(16)내의 곡면거울을 이용한 이점은, 키스톤 왜곡을 줄이면서도 마이크로디스플레이내의 모든 이용가능한 화소의 대부분이나 전체를 보존할 수 있다는데 있다.

도 5, 6에 의하면, 화상원(18)이 화상처리부(12)에 디지탈 입력 화상데이타를 제공하고, 이 데이타는 적절히 왜곡보상된 화상이 생길 때까지 화상처리부(12)에서 처리된다. 왜곡보상된 디지탈 화상데이타는 광변조를 위해 투사광 엔진(14)에 제공된 다음, 반사조립체(16)의 P 지점에 투사렌즈(5)를 통해 투사된다. 왜곡보상된 광학화상은 (구면수차와, 후술하는 렌즈 이동 및/또는 기울기에 의해) 렌즈에서 왜곡된 다음, 먼저 비구면 거울(39)에 의해 반사되지만, 엇축각의 키스톤 왜곡이 화상을 적절히 채우고 곡면에서의 반사로 인한 왜곡을 최종적으로 보정하여, 화상이 반사조립체(16)의 1차 평면거울(33)을 통해 디스플레이면(20)에 투사되어 뷰어(4)에서 볼 수 있는데, 이 화상은 왜곡이 보이지 않는다.

투사광 엔진(14)은 화상처리부(12)로부터 왜곡보상된 디지탈 화상데이타를 받고 변조된 빛을 만드는데, 이 빛은 비구면 거울(39)에서 생기는 디포커싱을 낮추는데 사용되는 보정렌즈(49)를 통과한다. 보정렌즈(49)는 투사렌즈(5)와 비구면 거울(39)의 특성으로 인한 빛의 산란을 보정한다. 투사된 화상은 보정렌즈(49)를 통과한 뒤 비구면 거울(39)에 부딪쳐 반사된다. 반사된 화상은 (A-B를 이루는) 1차 평면거울(33)에서 반사되고, 평면거울은 (E-F)를 이루는 디스플레이면(20)으로 왜곡보상 화상을 반사한다. 비구면 거울(39)이 좀더 볼록한 원통면에서 덜 볼록한 원통면으로 조금씩 변하므로, 1차 평면거울(33)로 보내지는 투사된 화상은 키스톤 왜 곡 효과, 즉 디스플레이면의 상단부터 하단까지 수평적인 치수 변화가 부분적으로 보정된다. 또, 비구면 거울(39)의 오목한 상하 곡률로 인해 키스톤 왜곡으로 인한 화상의 상하 팽창이 부분적으로 보정된다. 비구면 거울(39)의 부분적 왜곡 보정은 화상처리부(12)가 나머지 왜곡이나 모든 오정렬을 보정하는 전자적 보정을 하기 때문에 별 문제가 아니다. 오정렬 보정을 위한 전자 수단을 이용하지 않는 종래의 시스템에서는 반대로 문제가 된다. 오히려, 종래 기술에서는 초기 조립시 제대로 정렬하고 기계적 진동과 온도 변동하에서도 계속 정렬을 유지하기 위해 노력이 많이 드는 광학적, 기계적, 열적 기술을 이용한다.

4개의 점과 이들 점이 1차 평면거울(33)에 형성하는 사다리꼴은, 스크린 평면에서 (곡면반사로 인해 현재는 휘어진) 이 사다리꼴로 둘러싸인 영역이 디스플레이면(20)에서 스크린을 완전히 둘러싸도록(도 9a에서 보듯이 사다리꼴 EFGH가 스크린 ABCD를 완전히 둘러쌈) 반사되어야 한다. 이 경우, 화상처리부(12)에 의한 사전 전자워핑을 겪은 뒤에 디스플레이된 화상은 디스플레이면(20)에서 사각형 스크린을 정확히 커버한다.

빛이 완전한 경로를 이동한 뒤 전체 해상도를 유지하는 소정의 왜곡의존 형상에 맞는 모양의 화소로 투사광 엔진(14)의 광변조 디스플레이 장치를 설계하는 다른 방법이 있을 수 있다. 그 형상은 마이크로디스플레이 장치에 닿는 빛을 변조한 뒤 이 빛이 투사렌즈를 통과하고 곡면거울에서 반사한 다음 적당한 종횡비로 디스플레이면을 비추되 사각형 디스플레이면 전체를 덮을 정도로 한다. 가능한 빛을 잘 사용하려면, 마이크로디스플레이에 부딪치는 빛의 형상을 마이크로디스플레이의 형상에 맞추는게 좋다. 이것은 마이크로디스플레이 표면과 비슷한 형상의 내부 반사 적분봉을 이용하면 된다.
설명의 편의상, 본 발명의 프로젝션 시스템(10) 내부의 보정렌즈(49)의 중요성은 프로젝션 시스템(10)과 비슷한 프로젝션 시스템(100) 사이의 성능비교에서 알 수 있는데(양 시스템 모두 기존의 투사렌즈를 사용함), 유일한 차이점은 보정렌즈(49)의 유무이다. 도 10a에 도시된 프로젝션 시스템(100)의 각종 성능결과를 도 10b, 10c에 나타냈다. 구체적으로, 보정렌즈(49)는 없지만, 왜곡 모양은 (비구면 거울(39)의 사용으로 인한) 키스톤 왜곡을 비교적 타당한 정도로 보여주고(도 10b참조), 도 10c는 디포커싱이 심각함을 보여준다. 또, 도 10c에서는 초점 스폿(focus spot)이 디스플레이면(20) 중앙에서는 약 5mm(5 화소 스팬)이고 디스플레이면 가장자리에서는 약 30mm(30 화소 스팬)임을 보여준다. 초점스폿 사이즈는 디스플레이면(20) 가장자리에서 20mm를 넘고, 이 값은 일반 프로젝션 시스템의 조건을 만족치 못한다. 이 경우, 투사렌즈가 보정렌즈(49)의 특징을 갖도록 설계할 수 있다. 도 10b, 10c는 사전 전자워핑을 하지 않은 예를 보여준다.

대조적으로, 도 11a, 11b와 같이, 보정렌즈(49)를 투사렌즈(5) 정면에 설치하면 프로젝션 시스템(10)의 성능이 현저히 향상된다. 구체적으로 도 11b를 보면, 초점스폿이 스크린 투사면적 전체를 통해 성능의 필요에 따라 4mm(4 화소 스팬) 이하임을 알 수 있다. 실제로, 초점스폿 사이즈는 2-5mm이다. 그러나, 도 11a에서 보듯이, 추가 키스톤 왜곡중의 일부는 보정렌즈(49)에 의해 다시 도입된 것이다. 왜곡중 극히 일부는 다른 디자인 반복에 의해 축소될 수 있다. 구체적으로, 비구면 거울(39)의 표면을 보정렌즈(49)의 제시를 위해 다시 최적화할 수 있고, 새로이 반복되는 비구면 거울(39)의 도수를 이용해 보정렌즈(49)를 마찬가지로 다시 최적화할 수 있다. 도 11a, 11b의 경우 전자워핑은 이용하지 않았다.

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한편, 전술한 바와 같이 비구면 거울(39)을 고려해 투사광 엔진의 투사렌즈를 설계하면 보정렌즈(49)가 불필요하다. 투사광 엔진의 기존의 렌즈들중 하나에 보정렌즈(49)의 표면 형태를 적용하면 된다. 이런 렌즈로 바람직한 것은 기존의 플라스틱 성형 비구면 렌즈가 있다. 이 렌즈 자체는 완벽한 해결책은 제시하지 않지만, 원하는 표면 형태를 위한 훌륭한 1차 근사법을 제시한다. 가장 좋은 것은, 기존의 렌즈와 보정렌즈를 결합한 것보다 좋은 주문제작형 투사렌즈를 만드는 것이다.

도 12에는 도시된 다른 프로젝션 시스템(200)에는 3개의 거울이 있는데; 시스템(10)의 1차 평면거울(33)과 비구면 거울(39)은 물론 추가 2차 평면거울(202)이 그것이다. 비구면 거울(39)과 2차 평면거울(202)은 모두 소형이다. 프로젝션 시스템(200)에서는 투사광 엔진(14)을 좀더 상하로 설치하여, 프로젝션 시스템을 넣는 캐비넷에 투사광 엔진(14)이나 투사렌즈(5)의 선택에 유연성을 주도록 높이를 좀더 높여 캐비넷 깊이를 줄일 수 있다. 경우에 따라, 투사광 엔진(14)을 수평으로 설치하고, 화상을 90도 회전시키는 거울을 사용하여 설치에 있어서 어느정도 유연성을 얻을 수도 있다. 이런 디자인에서는 화상을 디지탈 방식으로 사전에 90도 회전시킬 필요가 있다. 이는, 광변조기(디지탈 마이크로-거울 장치, LCOS 패널 또는 LCD 패널 등)이 대개 4:3이나 16:9의 종횡비로 제작되기 때문이다. 빛을 90도 회전하는 거울을 이용하면, 광변조기로 보내진 화상 역시 마이크로디스플레이의 면적 전체를 완전히 이용하기 위해 회전시켜야 한다.

한편, 본 발명의 프로젝션 시스템에 대형의 평면거울 1개와 곡면거울 2개가 있을 수 있는데, 곡면거울중 하나는 예를 들어 플라스틱으로 된 원통 구간을 구부린 다음 알루미늄으로 코팅하여 적당한 반사율을 주도록 단순히 휜 것이다. 나머지 곡면거울은 소형 비구면 거울로서, 나머지 키스톤 보정을 한다. 도 13의 프로젝션 시스템(300)의 투사광 엔진(14)은 1개의 보정렌즈(49), 2개의 곡면거울(302,304), 1차 대형 평면거울(33), 디스플레이면(20) 및 화상처리부(12; 도시 안됨)를 갖는다. 화상처리부(12)를 이용하므로, 아주 저렴한 거울들을 곡면거울(302,304)로 사용할 수 있다. 이 프로젝션 시스템(300) 역시 프로젝션 시스템(10)의 다른 구성요소를 갖지만(도 5 참조), 반사조립체의 거울이 3개이고 그중 2개는 곡면거울이다.

곡면거울(302)은 도 12의 비구면 거울(39)과 비슷한 비구면 거울이지만 크기가 작다. 곡면거울(302)과 비구면 거울(39)의 곡률은 상하로 비슷하다. 따라서, 곡면거울(302) 역시 비구면이다. 그러나, 곡면거울(302)의 상단과 하단에서의 수평 볼록 곡률은 작다. 이는, 단순한 곡면거울인 곡면거울(304)의 곡률로 인해 빛이 더 확장하기 때문이다. 곡면거울(304)의 곡률은 거울 하단 부근의 큰 곡률과 상단 부근의 작은 곡률을 갖는 원추 구간에 의해 정해질 수 있다. 한편, 곡면거울(304) 역시 상하 방향으로 어느정도의 곡률을 가질 수 있다.

곡면거울을 2개 사용하면 비구면 거울(39)에 의한 키스톤왜곡 보정에 필요한 전체 곡률을 2개의 소형 곡면거울이 분담할 수 있다는 점에서 유리하다. 소형 비구 면 거울은 거울 자체의 가공시간이 단축되고 거울을 플라스틱 사출공정으로 대량생산할 수 있으므로 훨씬 경제적일 수 있다. 따라서, 2개의 곡면거울의 조립은 하나의 복잡한 비구면 거울보다 제작비용이 훨씬 경제적일 수 있다. 현대 광학 설계공구에 의하면 2개의 곡면거울(302,304)의 다양한 형상을 시뮬레이션할 수 있다. 따라서, 최종적인 곡률의 선택은 조립조건에 따라 좌우될 수 있다.

본 발명의 이상의 실시예들은 소형 곡면거울을 이용한 것이다. 본 발명에 따른 엇축 프로젝션 시스템의 다른 예로는 하나의 대형 곡면거울을 이용한 것이 있다. 대형 곡면거울과 소형 곡면거울의 일반적 형상은 서로 비슷하다. 그러나, 소형 곡면거울의 곡률 반경은 대형 곡면거울보다 작다. 대형 곡면거울은 일반적으로 디스플레이면과 비교해 높이는 같지만, 좌우치수는 곡면거울 상단 부근에서는 디스플레이면과 같되 하단 부근에서는 디스플레이면보다 약간 작다. 대형 곡면거울은 디스플레이면에 가장 가까운 거울이되, 구성상으로 투사광 엔진 가까이 절첩거울을 둘 수 있다. 절첩거울은 투사광 엔진에 가까울 수록 소형이다. 대형 곡면거울을 사용할 경우 거울을 디스플레이면에 더 가까이 둘 수 있고, 곡면에서 반사된 빛이 디스플레이면에 닿기 전까지의 경로가 훨씬 짧기 때문에 디포커싱 문제를 더 잘 조절할 수 있다는 점에서 유리하다.

도 14의 프로젝션 시스템(400)은 투사광 엔진(14), 하나의 곡면거울(402) 및 디스플레이면(20)을 갖는다. 곡면거울(402)의 크기는 디스플레이면(20)과 대략 비슷하다. 이 시스템(400)은 구성이 프로젝션 시스템(10)과 같지만(도 5 참조), 반사조립체의 곡면거울(402)이 하나뿐이다. 전과 마찬가지로, 일반 투사렌즈는 이 경우 하나의 곡면거울(402)의 광산란 디포커스를 보정하도록 설계될 수 있다. 마찬가지로, 엇축 투사와, 렌즈와 거울의 조합에 의한 왜곡 보정 및 화상처리로 인해 캐비넷 두께를 줄일 수 있다. 대형 곡면거울에서는 디포커싱을 더 잘 조절할 수 있으므로, 더 심한 엇축 형상도 사용할 수 있어, D-D 비와 캐비넷 두께를 더 개선할 수 있다.

하나의 대형 곡면거울(402)의 표면 형상은 소형 곡면거울의 형상과 비슷하여, 곡면거울(402)의 형상은 비구면이고 회전 비대칭이며 측방향으로 대칭이다. 하나의 대형 곡면거울(402)은 상하로 오목하다. 따라서, 곡면거울(402)은 상하 방향으로는 화상을 약간 축소시켜 상하방향의 엇축 팽창을 보정한다. 이 곡면거울(402)에서 생기는 왜곡은 투사렌즈/보정렌즈와 화상처리부(12; 도시 안됨)의 조합에 의해 조정된다. 보정렌즈를 사용하지 않으면, 주문설계된 투사렌즈(도시 안됨)를 사용해야만 한다. 주문설계 투사렌즈는 보정렌즈 기능을 갖는 다기능 렌즈이다. 주문설계 투사렌즈는 필요한 왜곡/초점 조정을 완화하기 위해 시프트/틸트 기술을 적용할 수 있다.
도 14b-d는 도 14a의 프로젝션 시스템(400)에 의한 왜곡과 초점을 보여준다. 도 14b는 대형 곡면거울에 의한 왜곡보정을 보여주는바, 가능한 모든 화소를 모두 이용할 수 있다. 도 14c는 보정렌즈가 없을 경우의 초점스팟을, 도 14d는 보정렌즈가 있을 경우의 초점스팟을 보여준다. 결과적으로, 프로젝션 시스템(400)의 스크린 크기는 대각선으로 60인치이고 캐비넷 두께는 11인치이다. 거울(402)의 처짐은 40mm 또는 1.5인치이다. 도 14b, 14d를 도 1c, 1d에 도시된 종래의 동축 성능과 비교하면, 대형 곡면거울의 경우 즉시 구입할 수 있는 렌즈를 이용해 잔류 보정을 보정하는 어떤 화상처리도 거의 필요치 않은 화질을 만들 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 최신의 일반 렌즈 설계와 틸트, 오프셋, 화상처리 등의 다른 기술을 이용해 D-D 비의 이득과 캐비넷 깊이 축소를 실현할 수 있다. 도 14b-d는 전자워핑을 이용하지 않았다.
다음은, 더 복잡한 기술을 이용해 지속적으로 더 좋은 D-D 비를 얻을 수 있는 단계적 확대과정을 설명한다. 도 15a에 도시된 것은 종래의 동축 배면 프로젝션 시스템(500)으로서, 이 시스템은 투사광 엔진(14), 하나의 평면거울(502) 및 디스플레이면(20)을 갖는다. 이 시스템의 스크린 투사각도는 90도이다. 도 15b, c는 각각 왜곡과 초점을 보여주는 도면이다. 캐비넷 두께(T1)는 67인치 스크린에 대해 약 19인치이고 D-D 비는 3.52이다. 초점스팟은 모두 0.5mm 이상 1.5mm 이하이다. 도 15a-b에서 전자워핑은 사용하지 않았다.
도 16a의 엇축 프로젝션 시스템(600)은 본 발명에 의한 것으로서, 투사광 엔진(14), 디스플레이면(20) 및 하나의 곡면거울(602)을 포함한다. 곡면거울(602)은 비구면 거울로서 도 7a-c에 도시된 것과 비슷하다. 곡면거울(602)은 그 중앙지점에 수직인 평면부터 가장자리에 수직인 평면까지의 간격인 처짐이 약 30mm이다. 도 16b-c는 각각 왜곡과 초점스팟이다. 이 시스템(600)은 디스플레이면의 상단은 가득 채우지만 하단은 아니다. 캐비넷 두께(T2)는 약 16인치, 스크린 크기는 67인치, D-D 비는 4.2이다. 키스톤 왜곡이 곡면거울(602)에서 줄어들지만, 여전히 각각의 선에 약간의 잔류 "워핑"이 있다(도 16b 참조). 곡면거울(602)의 왜곡은 약 7% 줄어들었다. (가능한 화소의 약 5%의 손실에 해당하는) 5%의 왜곡값은 허용 가능하다고 본다. 7% 왜곡은 화상처리부(12)에 의해 쉽게 조정될 수 있으며 1% 이하로 보정될 수 있지만 여전히 화소의 7% 정도의 손실이 있다. 이 왜곡은 다른 최적화 방식으로 개선될 수도 있다. 또, 보정렌즈는 사용되지 않으며 약간의 디포커싱은 투사광 엔진(14)의 투사렌즈를 약 0.2도 기울여 없앴다. 도 16c의 초종 초점스팟은 0.5mm 이상 1.5mm 이하로서, 도 15c와 동일하다. 도 16b-c에서도 전자워핑은 사용하지 않았다.

도 17a의 본 발명에 따른 엇축 프로젝션 시스템(700)은 투사광 엔진(14), 디스플레이면(20) 및 하나의 곡면거울(702)을 포함한다. 이 곡면거울(702)은 비구면 거울로서 처짐은 약 70mm이다. 도 17b-c는 각각 애곡과 초점스팟을 보여준다. 프로젝션 시스템(700)은 키스톤 왜곡을 가져 디스플레이면 상단을 완전히 채우지 못한다. 캐비넷 두께(T3)는 약 13인치, 스크린 크기 67인치, D-D 비는 약 5.15이다. 이 시스템(700)의 곡면거울(702)은 키스톤 왜곡을 보정하고 디스플레이면(20) 상단을 화상으로 채우기에 충분한 확대를 이룬다. 최종 왜곡은 약 3%이다. 이 값은 최적화 작업과 화상처리부(12)를 이용해 개선할 수 있다. 또, 보정렌즈는 사용하지 않았고, 투사광 엔진(14)의 투사렌즈를 약 0.8도 기울여 약간의 디포커싱을 없앴다. 도 17b-c에서 전자워핑은 사용하지 않았다.

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도 16a, 17a의 프로젝션 시스템에서, 키스톤 애곡으로 인한 상하 확장을 보정하려면 곡면거울(602,702)을 여전히 상하로 오목면으로 할 필요가 있다. 그러나, 이 경우, 곡면거울(602,702)은 수평 수축을 보정하기 위해 수평으로만 볼록면이 필 요하되, 디스플레이면 상단보다 하단이 더 수축된다. 이 경우, 필요한 것과 같거나 약간 작게 디스플레이면 상단의 수평 화상사이즈를 만들도록 투사렌즈를 설계해야 하므로, 곡면거울(602,702) 상단의 수평 곡률을 약간 볼록하게 해야 한다. 마찬가지로, 디스플레이면 하단에서는 키스톤 왜곡으로 인해 필요보다 훨씬 작은 크기의 수평화상이 생기므로, 수평 곡률을 더 볼록하게 해야한다. 그럼에도 불구하고, 곡면거울(602,702)은 동일한 기능을 수행하고 비구면 거울(39)과 기본적으로 같은 형상을 가지며, 따라서 회전 비대칭이다.

보정렌즈(49)는 그것이 이산렌즈든 복합렌즈의 일부든 간에 소형이나 대형의 비구면 회전 비대칭 거울과 함께 사용디면 동일한 기능을 한다. 따라서, 보정렌즈(49)는 어느 경우에도 기본형상은 동일하다. 일반적으로, 보정렌즈(49)의 형상은 곡면 비구면 거울의 형상을 따르는데, 이는 보정렌즈(49)가 비구면 거울로 들어가는 빛을 적절한 형상으로 만들고자하기 때문이다(즉, 빛의 산란을 줄여 스팟 사이즈를 줄임). 일반적으로, 비구면 거울의 상단과 하단 사이에는 현저한 비대칭이 있으므로, 보정렌즈도 마찬가진데, 이는 엇축 형상이기 때문이다. 그 원인은 비구면 거울과 보정렌즈가 회전 비대칭이기 때문이다.

도 15-17의 시스템은 f:5이고 마이크로디스플레이 크기가 18mm일 경우 초점길이 12.3mm의 투사렌즈 8개를 갖는 투사광 엔진을 이용해 설계되었다. 마이크로디스플레이의 화소피치는 1280x720 화소의 경우 12.27㎛, 또는 1920x1080 화소의 경우 8.17㎛이다. 투사광 엔진의 투사각은 32.8도이다. 도시된 다른 시스템은 f:2.8이고 마이크로디스플레이 크기가 0.9인치일 경우 초점길이 18.7mm의 투사렌즈 8개 를 갖는 투사광 엔진을 이용해 설계되었다. 이 투사광 엔진의 투사각은 31.7도이다. 그러나, 다른 종류의 투사광 엔진도 본 발명에 사용할 수 있다. 또, 도시된 프로젝션 시스템의 측면도는 실제보다 축소된 것이다. 프로젝션 시스템은 예를 든 것일 뿐이고 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

배면 프로젝션 시스템에도 투사된 화상의 빛을 정면의 시청자를 향해 디스플레이면(스크린)에서 수평으로 나가는 빛에 조준하는 수단이 항상 있다. 프레넬렌즈가 달린 스크린 조립체를 대개 이용하는데, 이는 프레넬렌즈가 포인트(즉, 프로젝터(25) 내부)에서 투사되는 큰 빛 무리를 수평으로 하는 가벼우면서 비교적 저렴한 수단이기 때문이다. 또, 빛의 공간적 분포도 프레넬렌즈 중심부에 집중되는 경향이 있다. 프레넬렌즈를 프로젝션 시스템(10)에 유용하게 사용하려면, 프레넬렌즈의 초점길이가 포인트(특히, 광변조 마이크로디스플레이 소자의 표면)로부터의 길이와 일치해야 한다. 프레넬렌즈는 디스플레이면(20)의 뒷면에 비스듬하게 도달한 거의 완벽한 광학화상을 옮기는 빛을 회전시키고 평행하게 하는데 사용된다. 디스플레이면에서의 위치에 따라 다른 각도로 프레넬렌즈에 입사하는 화상을 형성하는 빛과, 프레넬렌즈는 스크린에 수직으로 빛을 내보내기 위해 적당한 각도(수직, 수평)로 빛을 회전시켜야만 한다. 전술한 바와 같이, 프레넬렌즈의 중심은 디스플레이면 중심에서 상당히 아래로 벗어나있고, 벗어난 정도는 프로젝션 시스템의 D-D 비(즉, 사용되는 엇축 형상의 정도)에 따라 좌우된다.

다른 구성으로는, 비구면 곡면거울을 프레넬 반사거울로 사용할 수도 있다. 프레넬 거울은 종래 거울의 곡면 대신 얇고 가벼운 플라스틱판 표면에 일련의 동심 홈이 형성된 것을 말한다. 이들 홈은 각각 단면으로 보았을 때 작은 프리즘처럼 반사면으로 작용하여, 원래의 두툼한 곡면거울면과 비슷하게 평행광을 반사한다. 프레넬 거울은 비구면 거울의 곡률을 본따 몰드에 동일한 피치의 원형 홈을 절삭한 다음, 이 몰드로부터 프레넬 구조를 제작하고, 이 구조의 표면에 금속을 코팅하여 FSM(Front Surface Mirror) 가공을 하여 만들 수 있다. 프레넬-비구면 거울은 곡면거울의 처짐을 없애서 프로젝션 시스템의 캐비넷 두께를 1-2인치 정도 더 줄일 수 있다. 일례로, 직경 60인치, 두께 8인치인 시스템에서 곡면거울을 프레넬 거울로 대체하면, 1.5인치의 두께를 줄이고, D-D 비를 약 9:1(즉, 직경 60인치, 깊이 6.5인치)로 할 수 있다. 프레넬거울을 대칭으로 해야만 하고 두께를 약간만 줄여도 투사율에 약간의 변화가 생기기 때문에 이런 대체효과가 사소한 것은 아니지만, 캐비넷 두께의 감소는 프레넬 거울이란 해결책을 개발하는 동기가 된다. 프레넬 비구면 거울은 이것이 대체하는 곡면거울과 크기는 같지만 훨씬 얇다. 프레넬 거울은 또한 비구면 비대칭 곡면거울보다 키스톤 왜곡이 적은데, 이는 프레넬 거울에 형성된 작은 반사홈이 비구면 비대칭 곡면거울의 표면 곡률과 비슷한 효과를 내기 때문이다. 그러나, 키스톤 왜곡을 줄이는 프레넬 거울의 성능은 대칭 프레넬 거울용 비구면 비대칭 곡면거울만큼 좋을 수가 없다(이 경우, 화상처리부가 왜곡을 좀더 보정해야 한다).

일례로, 프레넬 거울의 홈 피치는 0.1mm로 하고 천연 다이아몬드 공구로 5개의 홈을 절삭할 수 있다. 이 공구는 특정 팁 각도로 특수하게 절삭된 것이고, 몰드는 황동으로 만들며, 당업자라면 알 수 있는 방법으로 냉각을 하고 가공된 재료를 제거할 목적으로 절삭부에는 특수한 액체를 흘려넣는다. 프레넬 비구면거울은 이것에 대체하는 곡면 회전비대칭 거울의 성능을 본받도록 비대칭인 것이 바람직하다. 그러나, 현재의 제조한계상, 프레넬 몰드 구조를 선반으로 가공하기 때문에 회전대칭일 수 밖에 없다. 대칭 프레넬 거울을 사용하면, 투사렌즈 디자인과 화상처리부(12)가 왜곡의 보정과 초점스팟 감소에 훨씬 더 많은 책임을 지어야 한다.

도 18a의 다른 프로젝션 시스템(750)에서는 비구면 곡면거울 대신에 프레넬거울(752)이 사용된다. 이 시스템(750)은 평면이나 곡면인 거울(7554), 투사광 엔진(756), 디스플레이면(20) 및 화상처리부(도시 안됨)를 더 구비한다. 프레넬거울(752)의 몰드는 선반에서 가공하도록 설계되어 현재의 기술로도 제작할 수 있는바. 프레넬거울은 회전대칭 비구면거울을 대체하도록 설계되었다. 종래의 자외선경화 폴리머 기술을 이용해 몰드에서 플라스틱 필름을 생산할 수 있고, 이 플라스틱 필름은 비구면 거울의 광학적 특성을 보이는 홈들을 갖는다. 이 필름을 단단한 기판에 설치해야 한다(공지의 기술로 유리에 접착할 수 있다). 거울면을 얻기 위해, 홈이 형성된 필름면에 반사면을 증착하는 방법이 필요하고, 이 방법은 당업자라면 알 수 있는 기술이다. 일단 프레넬 거울이 완성되면, 완성된 프레넬거울의 중심으로부터 사변형 구간을 절단하여 프레넬 거울(752)을 만든다. 도 18d는 완성된 프레넬거울을 절단한 4변형 프레넬거울(752)을 밑에 둔 원래의 곡면거울 구간의 3차원 형상을 보여준다.

도 18c의 왜곡도는 보정렌즈를 사용하지 않고 투사광 엔진(756)가 보정렌즈 기능을 갖지 않도록 설계되었을 때의 프로젝션 시스템(750)의 성능을 보여준다. 프 레넬거울(752)이 본 발명의 비구면 회전비대칭 곡면거울의 비대칭성을 갖지 않기 대문에, 프레넬렌즈(752)로는 키스톤왜곡을 효과적으로 보정할 수 없다. 그러나, (도 18d에 도시된 형상의) 보정렌즈를 추가하면 도 18e의 왜곡도와 같은 상당한 변화를 볼 수 있다. 이 경우, 보정렌즈는 대칭으로 제한되지 않고(선반 가공되기 보다는 성형될 수 있기 때문) 스팟 디포커스를 줄이는데 큰 역할을 해야만 한다. 도 18e의 왜곡도는 디지탈 화상처리에 의해 1% 미만의 수준으로 개선될 수 있다. 본 실시예에서, 대응 비구면 대칭거울 구간의 처짐은 45mm이고, 3mm 두께의 프레넬거울9752)로 대체하면 캐비넷 깊이도 42mm까지 줄어든다.

도 18f는 프레넬렌즈(752)와 같이 사용되는 일반 투사렌즈의 평면도이다. 이 투사렌즈(760)는 도 21a-b에 도시된 투사렌즈와 동일하되, 제2 렌즈요소(762)의 비구면 비대칭 표면은 도 18d의 형상으로 바뀌었다. 마찬가지로, 도 18g는 투사렌즈(760)의 측면도이다. 도 21d의 투사렌즈와 마찬가지로, 이 투사렌즈(760)도 설계상 시프트/틸트 기술을 이용한다. 렌즈요소(762)는 비구면 회전대칭 프레넬거울을 취급해야만 하는 보정렌즈의 기능을 갖는다. 보정렌즈면은 비구면이고 비대칭이며, 렌즈요소(762)의 우측면을 이룬다. 보정렌즈면의 주목적은 디포커싱의 보정에 있지만, 일부 키스톤왜곡을 보정하기도 한다.

전술한 바와 같이, 투사광 엔진의 투사렌즈의 틸트와 시프트는 비구면거울로 인한 왜곡의 보정에 이용될 수 있다. 특히, 렌즈 시프트나 투사렌즈에 대한 마이크로디스플레이의 시프트를 본 발명의 모든 엇축 프로젝션 시스템에 추가하여 키스톤왜곡을 줄일 수 있다. 렌즈 시프트는 엇축 투사로 인한 키스톤왜곡을 보정하는 다 른 기술이고, 따라서 D-D 비를 개선하는 다른 방법을 얻을 수 있다.

도 18에서 각종 부분의 치수를 예로 들어 설명한다. 거울(754)의 경우, 틸트각은 -19도이고, 투사렌즈의 최종 렌즈면부터의 간격은 중심선 기준으로 65.087736mm이며, X-Y 좌표는 mm 단위로 (68.766592, 92.704316), (51.292765, 10.947695), (-51.297133, 10.949841), (-68.765149, 92.709893)이다. 프레넬거울(752)의 경우, 처짐은 46.34mm, 틸트각은 +19도, 거울(754)로부터의 거리는 중심선 기준으로 353.0113mm, X-Y 좌표는 mm 단위로 (333.965543, 464.941499), (252.931401, 74.623281), (-252.963970, 74.640022), (-333.957131, 464.974787)이다. 디스플레이면(20)의 경우, 틸트각은 -19도, 거울(752)로부터의 거리는 중심선 기준으로 539.7357mm, 사이즈는 폭 1326mm, 높이 747mm, 대각선 1524mm이다.

도 19a에 도시된 것은 종래의 30도 엇축 프로젝션 시스템(780)으로서 키스톤 왜곡율은 도 19b와 같이 27%이다. 이 시스템(780)은 렌즈 시프트를 이용하지 않는다. 도 19c에 도시된 것은 종래의 투사렌즈 배열을 갖는 투사광 엔진(800)으로서 오프셋이나 시프트를 채택하고, 이는 마이크로디스플레이/TIR 프리즘 조립체(802)를 통과하는 광축과 투사렌즈(804) 자체의 광축의 중심선들 사이에 오프셋/시프트가 있음을 의미한다. 이 실시예에서, 투사광 엔진(800)을 동축 시스템에 사용하면, 시프트는 도 19b의 27% 키스톤 왜곡을 생성하기에 충분한 크기를 갖는다. 그러나, 도 19d에 도시된 30도 엇축의 종래의 프로젝션 시스템(820)은 투사광 엔진(800)을 이용한다. 이런 구성에서, 투사광 엔진(800)의 시프트는 키스톤 왜곡을 없애기에 충분한 크기이다(도 19e 참조). 도 19a-e 어디에서도 본 발명의 요소는 보이지 않 지만, 도 19c-d의 종래 기술을 본 발명에 적용하여 좋은 화질을 갖는 축소된 캐비넷 깊이를 제공하는데 도움을 줄 수 있다.

투사렌즈(804)의 경우 대부분 하반부를 이용하고 상반부는 이용하지 않는데, 이는 상반부에는 빛이 통과하지 않기 때문이다. 그러나, 구면 투사렌즈의 외주변에서는 중앙부보다 수차가 크기 때문에, 시프트/오프셋을 이용하지 않는 투사렌즈보다 그 직경을 더 크게 해야만 하고, 이때문에 평행광을 만드려면 렌즈의 비용이 약간 증가한다. 프로젝션 시스템의 엇축각이 커서 왜곡율이 27% 이상이었으면, 몇% 왜곡이 과잉되고 이런 왜곡은 시프트로 보정되지 않는다. 이런 과잉 왜곡은 화상처리부(12)나 곡면거울 또는 이들의 조합으로 다룰 수 있다. 한편, 프로젝션 시스템의 엇축각이 왜곡 27% 이하로 작으면, 투사렌즈(800)의 보정이 지나치게 되어 반대 개념의 왜곡이 있고(즉, 디스플레이면에서 화상 하단이 상단보다 커짐), 이것은 화상처리부나 거울형상의 변화로 보정할 수 있다.

27%란 값은 예를 든 것일 뿐이고, 왜곡율이 다르면 투사렌즈(800)의 시프트 량도 달리해야 한다. 그러나, 이용할 수 있는 시프트는 설계비를 증가시키는데, 이는 시프트를 크게 할수록 투사렌즈의 입사동공 커버구역은 시프트된 마이크로디스플레이를 둘러싸는 원을 커버할만큼 충분히 커야만 하고 렌즈는 디스플레이면에 화상을 투사하기에 충분히 넓은 각도를 가져야 하기 때문이다. 투사된 화상이 왜곡이 없고 테이블 윗면에서부터 간섭없이 약간 위쪽으로 엊축되게 투사되도록 테이블에 설치된 정면 프로젝터는 대개 소량의 시프트를 사용한다.

렌즈 시프트는 투사엔진 설계를 복잡하게 하지만, 사용될 때는 효과적일 수 있다. 렌즈 시프트와 밀접한 관계를 갖는 것이 렌즈 틸트이다. 당업자라면 알 수 있듯이, 최신 투사광 엔진은 이들 기술을 둘다 이용한다는 점에서 유리할 수 있다. 그러나, 어느 한가지 기술만 이용할 수도 있다. 렌즈틸트는 기울어진 초점면으로 인한 초점문제를 보정하는데 사용되는 것이 일반적이다. 지금까지 설명한 예에서는, 기울어진 초점면이 없다(즉, 마이크로디스플레이와 디스플레이면이 평행하다) 그러나, 렌즈시프트를 이용하면, 이로 인한 화상의 오프셋이 생긴다(즉, 오프셋이 50%이면, 화상 하단이 투사렌즈 중심 부근에 온다). 어떤 렌즈에서 생긴 화상도 곡면 필드를 갖기 때문에, 디스플레이면에 투사된 화상의 상단은 화상의 하단보다 더 초점이 가깝게 된다. 마이크로디스플레이, 렌즈, 디스플레이의 평면이 모두 동일 선을 따라 교차하는 구성에서는 키스톤 왜곡이 줄어든다. 이것이 샤임프리그의 법칙(Scheimpflug principle)으로서, 정면 프로젝션 시스템(900)에 적용되고 도 20b에 개략적으로 도시되었다. 디포커싱을 해결하기 위해, 투사렌즈를 기울여 "상면만곡(field curvature)" 효과를 줄일 수 있다. 한편, 디스플레이면을 안쪽으로 기울일 수도 있지만, 투사엔진을 약간 바깥쪽으로 기울이는 것이 더 쉽다.

도 20a에 도시된 종래의 투사광 엔진(900)에서는 투사렌즈(902)의 축이 틸트되어(기울어져) 있다. 이런 틸트를 본 발명의 프로젝션 시스템에 추가하여 상면만곡 디포커싱 효과를 줄이고 시스템 성능을 개선하면서도 캐비넷 깊이를 줄일 수 있다. 틸트는 마이크로디스플레이(904)의 화상면과 투사렌즈(902)의 입사면 사이에 있다. 본 실시예에서, 틸트량은 2도이고 통상 1-2도인데, 그 정도는 투사광 엔진에 시프트가 있는가와 그 시프트의 크기에 따라 변한다. 모든 물리적 렌즈에서 나가는 구형 파동으로 인해 초점 길이의 반경을 갖는 구면을 따라 최적 초점의 화상이 생긴다. 샤임프리그 법칙에 의하면, 화상 평면, 렌즈 평면 및 디스플레이면 모두가 동일한 선을 따라 교차하면, 초점 스팟이 최소로 된다.

도 20b의 투사광 엔진(900)은 붙박이 마이크로디스플레이 틸트를 가져 샤임프리그 조건을 만족하는 구조이다. 도면에 도시된 "최적 초점면)은 실제로 초점이 가장 좋은 평면으로서, 최적의 초점이 항상 구면상에 있는 것 같다. 최적 초점면은 투사된 화상의 곡면부를 교차한다. 디스플레이면과 투사렌즈의 주축에 수직인 평면과의 각도를 기계적으로 줄여 최적 초점면과 일치하도록 디스플레이면을 움직여야 한다. 비구면거울 등의 다른 요소는 설명의 편의상 도시하지 않았을 뿐이지 분명히 존재한다. 최적 초점이 항상 아치 모양으로 있으므로, 평면스크린에서는 항상 초점 문제가 생긴다. 본 발명의 엇축 프로젝션 시스템에서, 붙박이 틸트를 갖는 투사광 엔진(900)을 이용해 초점 문제를 줄일 수 있다. (최적 포커스의 구형 파동에 가장 일치하는) 최적 초점면과 일치하게 스크린을 몇도 틸트하면, 스팟 사이즈가 개선된다. 이론적으로는, 마이크로디스플레이(904)에 대해 투사렌즈(902)를 딧쪽으로 틸트하고 투사광 엔진을 몇도 앞으로 틸트하여 샤임프리그 법칙을 만족시키는 것이 쉽다. 기계적으로, 이런 작업은 렌즈 설치부를 신중하게 설계하고, 정밀하게 경사진 렌즈경통 및/또는 특수 쐐기/와셔 등을 이용해 구현해야 한다. 틸트된 투사렌즈(900)는 본 발명의 어떤 시스템에도 사용할 수 있다. 이 개념은 정면/배면 프로젝션 시스템 모두에 적용할 수 있다.

규격품 투사렌즈를 사용할 수도 있고, 투사렌즈보다 작은 마이크로디스플레 이가 달린 투사광 렌즈와 같이 사용할 렌즈를 틸팅하거나 시프트(즉, 오프셋)할 수도 있다. 물론, 전술한 바와 같이 기계적으로어느정도 변화를 주는 것이 필요할 수도 있다. 투사광 엔진은 본 발명의 어떤 변형례와도 함께 사용할 수 있는바, 렌즈시프트나 렌즈 틸트만을, 또는 렌즈시프트만을, 또는 렌즈시프트와 렌즈틸트를 동시에 사용할 수도 있다. 예컨대 특정 광변조기용으로 설계된 규격 투사렌즈를 시ㅡ트하고 틸트하여 다른 소형 광변조기에 사용하도록 개조할 수도 있다. 예컨대, 1.2" 크기와 광변조기로 설계된 통상의 렌즈를 50% 시프트하고 0.8" 광변조기와 같이 사용하도록 렌즈를 틸팅하기도 했다. 50% 시프트는, 마이크로디스플레이 상단부가 투사렌즈 중심까지 아래로 움직여 투사된 화상 대부분이 렌즈의 상분부에서 투사됨을 의미한다. 이 경우, 화질은 보정렌즈가 불필요할 정도로 충분히 좋고, 일반 투사렌즈의 설계비용을 절감했다. 그러나, 이런 디자인에서는 투사광 엔진의 개조가 필요한바, 첫째 0.8" 마이크로디스플레이가 엇축 구성에 필요한 시프트와 틸트를 용인해야 하고, 둘째 다른 투사광 엔진용으로 설계된 투사렌즈를 부착해야 한다. 그 결과가 0.8" 광변조 마이크로디스플레이를 이용한 60인치 크기와 8인치 캐비넷 깊이를 갖는 배면 엇축 프로젝션 시스템이다. 대형(가능하면 고가의) 1.2" 광변조 마이크로디스플레이를 이용한 60인치 크기와 20인치 캐비넷 깊이를 갖는 종래의 프로젝션 시스템용으로 설계된 투사렌즈를 사용해도 가능했다.

전술한 대로, 투사광 엔진에 장착된 일반 투사렌즈를 본 발명에 적용해 보정렌즈(49)를 없앨 수 있다. 일반 투사렌즈는 그 하우징에 보정렌즈(49)가 달려있을 수 있다. 이 경우, 투사광 엔진의 하우징이 더 길어지고, 전체 투사광 엔진이 비싸 진다. 한편, 일반 투사광 엔진은 곡면 비구면 거울에서 생긴 왜곡을 일부나 전체 보정하기 위한 비구면 회전비대칭 곡률을 갖는 일반 렌즈요소를 포함할 수 있다. 이 경우, 일반 투사광 엔진이 더 소형화된다.

비구면이고 곡면이며 회전 비대칭인 거울과 함께 사용할 수 있는 일반 렌즈의 일례가 도 21a-c에 도시되었다. 이 디자인은 비구면 곡면 회전대칭 거울과 함께 기능하도록 (이 거울을 프레넬거울로 대체하기 위해) 사용할 수도 있지만(도 18f-g 참조), 이들 렌즈요소들중 하나의 표면 형상을 바꿔야만 한다. 도 21a-b는각각 8개 요소로 된 일반 투사렌즈(950)의 평면도와 측면도이다. 투사렌즈(950)의 요소들은 우측부터 시작해서, 볼록면과 오목면을 갖는 제1 요소(952), 비대칭 비구면 오목면을 갖는 제2 요소(954), 이중렌즈인 제3 요소(956), 양면볼록렌즈인 제4 요소(958), 이중렌즈인 제5 요소(960), 이중렌즈인 제6 요소(962), 양면볼록렌즈인 제7 요소(964), 및 평면볼록렌즈인 제8 요소(966)이다. 렌즈의 시프트와 틸트 모두 이용되고 도 21b에서는 시프트(오프셋)는 명확히 보이지만, 틸트는 보기가 어렵다. 틸트는 렌즈요소(966)에서 시작한다.

도 21c는 비구면 회전비대칭면을 보이는데, 이것은 일반 투사렌즈(950)의 제2 렌즈요소(954)에 적용되었다. 도 21b의 측면도에서는 이 표면과 렌즈요소(952)의 제2 표면 사이의 간섭이 보이지만, 실제로는 이런 간섭이 일어나지 않는데, 이는 렌즈의 하단부가 (시프트 때문에) 사용되지 않기 때문이다. 투사렌즈(950)는 초점을 보정하고, 보정렌즈를 사용하는 모든 곡면거울 시스템에 사용될 수 있다. 도 18의 투사렌즈는 키스톤 왜곡을 보정하는데, 이 왜곡은 대칭면에 의한 한계 때문에 프레넬렌즈로는 완전히 다룰 수 없는 것이다.

도 22는 본 발명의 화상처리부(100)의 일례의 블록도이다. 이 화상처리부(1000)를 본 발명에 적용하여 모든 잔류 키스톤 왜곡과 기타 공간왜곡을 보정할 수 있다. 화상처리부(1000)의 화상캡처모듈(1002), 화상 프로세서모듈(1004), 디스플레이 제어모듈(1006), 컨트롤러(1008) 및 메모리 인터페이스모듈(1010)은 도시된 것과 같이 연결되어 있다. 화상 캡처모듈(1002), 화상 프로세서모듈(1004) 및 디스플레이 제어모듈(1006)은 모두 데이타와 변수의 저장 및 재생을 위해 메모리 인터페이스모듈(1010)에 연결된다.

원래의 화상데이타는 화상 캡처모듈(1002)에 의해 재생된다. 디지털 화상데이타가 휘도보정부(1012)와 화상 워핑부(1014)를 통한 디지탈 화상처리와 키스톤 보정을 위해 화상 프로세서모듈(1004)로 보내진다. 화상 프로세서모듈(1004)은 컨트롤러 모듈(1008)로부터 왜곡변수들을 얻고, 화상 워핑부(1014)를 통해 화상변환을 하여 디지탈 화상데이타를 왜곡보정한다. 이렇게 왜곡보정된 디지탈 화상데이타는 디스플레이 제어모듈(1006)로 보내지고, 이곳에서 왜곡보상된 화상데이타를 기초로 빛을 변조하며 투사광 엔진에서 빛을 투사한다. 빛이 광학계를 통해 디스플레이면으로 투사되면, 광학계로 인한 왜곡이 화상에 존재하는 보상 왜곡을 없애므로 디스플레이에서는 거의 왜곡이 없어진다.

휘도보정부(1012)는 휘도 불균일을 보정하는데 이용된다. 따라서, 휘도보정부(1012)는 입력 화상데이타를 받아 휘도조정된 화상데이터를 생성한다. 휘도보정부(1012)는 특정 화소위치의 색공간의 화소휘도를 보정하기 위해 소정의 맵을 이용 하는데, 이는 디스플레이된 화상의 점이나 구간의 강도가 이동 거리의 제곱에 반대로 변해 디스플레이된 화상내의 휘도변화를 일으키기 때문이다. 화상 맵에 대한 각종 방정식을 사용한다(선형방정식에 대해서는 앞에서 예를 들었다).

화상 워핑부(1014)는 투사렌즈(5), 보정렌즈(49), 비구면거울(39), 엇축 투사형상 및 구조적인 오정렬로 인한 총 잔류 왜곡을 보정하는데 사용된다. 화상 워핑부(1014)는 투사광 엔진(14)과 관련 반사(거울) 광학계(도시 안됨)에서 생긴 형상적 왜곡(도시 안됨)의 반대 형상인 형상변환에 따른 입력화상의 왜곡보정을 하도록 입력화상에 대한 변환을 한다(이 예가 도 9a에 도시되었음). 따라서, 화상 워핑부(1014)는 휘도조정된 화상데이타를 받아 왜곡보정된 화상데이타를 생성한다. 화상 워핑부(1014)는 광학렌즈의 선택에 있어서 더 유연한데, 이는 관련 모든 왜곡이 투사광 엔진의 렌즈들의 광학적 특성들의 매칭에 의해서가 아닌 사전 워핑에 의해 제거되기 때문이다. 화상 워핑부(1014)의 특별한 적용례가 본 발명에서 참고한 Greggain의 미국특허 5,594,676에 소개되었다.

휘도보정부(1012)와 화상워핑부(1014)는 백색광에 대한 모든 파장성분에 동일하게 작용할 수 있다. 그러나, 이들은 R, G, B 파장에 맞게 달리 작용할 수도 있다. 이것이 더 좋은데, 즉 횡색 시프트의 보정과 소정의 색수차의 보정에 더 유리하다. 색수차와 횡색시프트를 화상처리부(100)에서 보정할 수 있으면, 투사렌즈의 디자인을 크게 단순화할 수 있고 그만큼 제조비도 절감된다. 그러나, 화상처리부가 각각 하나씩이 아닌 3개의 동일한 화상처리엔진이 필요하기 때문에 비용이 증가한다.

휘도보정부(1012)와 화상워핑부는 디지탈 신호프로세서나 특정 집적회로와 같은 전용 처리회로나 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 데이타 경로에서의 이들의 배열순서는 바꿀 수 있다.

사용시, 전체 왜곡변수 공간을 커버하는 포괄적 범위의 왜곡변수 값들을 화상처리부(1000)에 대해 먼저 구한다. 이들 왜곡변수 값들은 사용자 인터페이스를 통해 구할 수 있고, 프로젝션 시스템의 각종 형상과 광학 구성에 맞게 오프라인으로 결정될 수 있다. 각각 한쌍의 왜곡변수 값들에 대해, 화상워핑부(1014)에 의해 적용되는 왜곡보상 변환을 변수화하는 변환을 구한다. 다음, 가능한 왜곡변수 값들의 전체 공간을 커버하는 왜곡맵 데이타베이스를 준비한다. 제조할 때나 선적 후에 일어날 수 있는 프로젝션 시스템에 대한 교정이 필요할 때마다 데이타베이스에 접속해야 한다. 다음, 프로젝션 시스템의 최종 왜곡변수들에 대응하는 싱글 왜곡변환을 왜곡맵 데이타베이스에서 추출한다(즉, 일단 프로젝션 시스템이 설치되면, 광학적 정렬상태가 그대로이기 때문에 왜곡변수들이 너무 많이 변하지 않는다. 최종 왜곡맵이 화상워핑부(1014)에 의해 이용되어 디지탈 입력화상데이타를 기하학적으로 조정한다(즉, 왜곡을 보정한다).

일반적으로, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템에 대한 각종 성능 도면들은 화상처리부(12)에서 하는 전자워핑은 보여주지 않는다. 그러나, 화상처리부(12)에서 전자워핑을 하면, 최종적으로 왜곡이 상당히, 즉 1% 미만의 값으로 감소됨을 알 수 있다.

본 발명자들은 렌즈틸트, 렌즈시프트, 투사렌즈 광학계에서의 하나 이상의 비구면 요소들, 하나 이상의 곡면 비구면거울 및 전자 왜곡보정의 여러가지 조합을 이용하는 프로젝션 시스템에서 D-D 비가 개선되면서도 화질을 수용 가능하게 유지할 수 있음을 밝혔다. 화상처리부에서의 전자 왜곡보정은 설계에 의하거나 개별 요소의 오정렬 및/또는 이들 요소의 조합에 대한 기계적 조립오차로 인해 생기는 잔류왜곡을 "없애는" 여분의 자유도로 사용될 수 있다.

현재 기술에서 D-D 비는 일반 RPTV의 경우 약 3.2:1이고, 전문가용 배면 프로젝션 시스템(일반용보다 3-5배 비쌈)의 경우 약 6:1이다. 본 발명을 적용할 경우, 그 비는 일반 RPTV의 경우 5:1 이상이다. 일례로, 간단한 비구면 투사렌즈를 갖는 대형 곡면거울과 화상처리부를 이용할 경우 D-D 비를 5.5:1까지 얻을 수 있ㅁ다. 또, 여기에 마이크로디스플레이 시프트와 틸트를 추가하고 일반형 렌즈형상을 최적화하면 그 비를 7.5:1까지 높일 수 있다. 일반 RPTV의 경우 D-D 비가 다음과 같다: a) (도 6에 도시된 것과 비슷한) 소형 곡면거울 엇축 프로젝션 시스템의 경우 투사렌즈를 틸팅하거나 시프트하지 않고 외부 보정렌즈를 사용할 때 약 6; b) (도 16a에 도시된 것과 비슷한) 대형 곡면거울 엇축 프로젝션 시스템의 경우 투사렌즈를 틸팅하거나 시프트하지 않고 외부 보정렌즈를 사용할 때 약 7; c) 일반 투사렌즈에서 틸팅과 시프트를 이용하는 대형 곡면거울 엇축 프로젝션 시스템의 경우 7.5 (이 값은 도 18a에 도시된 구성의 도 18f-g에 도시된 렌즈를 이용해 얻을 수 있다); d) 일반 투사렌즈에 틸팅과 시프트를 이용하는 대형 프레넬거울 엇축 프로젝션 시스템의 경우 8.5 (이 값은 도 16a의 구성중의 도 21a-b의 렌즈를 이용해 얻을 수 있다). 투사광 엔진을 캐비넷 안에 설치할 수 있는 소정의 최소 기계적 치수를 만족하기만 하면 스크린 크기와 캐비넷 두께에 대한 상세사항은 그렇게 중요하 지 않고 모든 치수의 선형 비율만 중요하다.

그러나, 이들 기술을 이용하는데 따른 비용과 성능은 상쇄관계에 있게된다. 예를 들어, 렌즈나 마이크로디스플레이를 오프셋으로 하면 대구경 렌즈를 사용해야 되고 비용이 증가한다. 즉, 대형 렌즈/마이크로디스플레이 오프셋의 경우 키스톤왜곡 보정은 개선되지만 투사렌즈가 대형화되어 그 비용은 증가한다. 또, 비구면 회전비대칭 렌즈요소를 사용하면 사출성형 렌즈요소를 만드는 가공비가 증가하여 비용이 증가한다. 또, 비구면 회전비대칭 거울을 만들 때 정밀한 광학면을 갖는 정면 거울을 제작하는 비용 증가가 있다(성형가공비도 발생한다).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 거울이 1-3개인 엇축 프로젝션 시스템에 적용할 수 있는데, 이 경우 적어도 하나의 거울은 곡면을 가져야 하고 또는 거울중 하나는 빛에 대해 엇각으로 위치해야 되거나, 또는 이들 두가지 구성을 모두 가져야 한다. 어느 경우에도, 보정렌즈나 일반형 투사렌즈를 이용해 화상이 곡면거울에서 반사된 뒤의 왜곡을 보정한다. 또, 모든 잔류왜곡을 보정하기 위해 화상처리부가 필요하다. 또, 하나 이상의 평면거울을 추가하면 수직높이와 캐비넷 깊이의 상쇄관계가 생긴다. 더 많은 거울을 사용하면 프로젝션 시스템의 요소들을 배치하는데 있어 더 큰 유연성이 생기고 캐비넷 깊이를 줄일 수 있지만, 대신에 정렬하기가 더 어려워진다. 2개의 곡면거울을 사용하면 거울 조립은 간단해지지만, 마찬가지로 정렬이 복잡해진다. 프레넬거울을 사용하면 대형 곡면거울을 대체할 수 있어, 비용절감은 물론 캐비넷 두께와 D-D 비를 개선할 수 있다.

본 발명에 의하면, 곡면거울이 하나 이상이고 화상처리부가 하나인 프로젝션 시스템을 설계하는 일반적인 설계과정이 다음과 같은 단계로 된다:

I) 프로젝션 시스템의 설계 제한요소들을 정의할 때:

1) 초점길이, f#(즉, 초점길이에 대한 렌즈직경의 비) 등을 갖는 투사렌즈 디자인과 같은 투사광 엔진의 변수들을 정의하는 단계;

2) 캐비넷 깊이, 거울수(1 내지 3), 어느 거울이 곡면거울인지, 케비넷 구조(프리스탠딩, 벽면 등), 디스플레이면의 크기 등을 정의하는 단계;

II) 거울의 초기 구조를 정의할 때:

3) 투사광 엔진과 거울 사이의 각도와 간격을 설정하도록 하나 이상의 거울을 사용할 때(거울이 하나이면 곡면거울; 거울이 하나 이상이면 거울중 하나는 평면거울; 프레넬거울을 사용해야 하면 대형 곡면거울 대신 사용);

a) 투사광 엔진과 거울 사이의 각도와 간격을 최적화하여 키스톤왜곡은 최소화하되 화상의 투사경로를 깨끗하게 유지하는 단계(즉, 광학화상에 음영을 없앰; 투사경로는 거울면에 따라 변함);

b) 디스플레이 장치에 대해 투사렌즈의 틸트와 시프트를 조정하여 (또는 그 반대로 하여) 투사광 엔진 때문에 생길 수 있는 왜곡과 초점흐림/디포커싱을 최소화하는 단계(이 단계에서 3a 단계에서의 각도와 간격을 재조정할 수 있음);

4) 적당한 광학 시큘레이터(예; Oslo™, Zemax™등)의 곡면거울에 대한 소정의 초기 구성, 재료 및 시작 치수를 선택하는 단계;

III) 곡면거울의 표면 형상을 최적화하고 보정렌즈를 설계할 때:

5) (평균오차제곱합 등과 같은 시뮬레이터로 제공되는) 최적화 오차함수 를 이용해 곡면거울에서 생긴 왜곡을 최소화하고, 곡면거울의 표면 형상을 최적화하여 오차함수를 최소화할 때;

a) 곡면거울의 두께, 곡률 및 틸트에 필요한 제한조건들을 조정하는 단계;

b) 상기 제한조건들을 필요에 따라 다시 시뮬레이션하고 재조정하는 단계;

c) 충돌을 위해 광로를 점검하는 단계;

d) 프로젝션 시스템에 적당한 왜곡과 초점스팟 사이즈를 얻을 때까지 5a~3c 단계들을 반복하는 단계;

6) 기계적 조건내에 보정렌즈를 구속하는 동안 최소 초점스팟 사이즈를 제공하고 과잉 왜곡을 방지하도록 보정렌즈를 최적하하면서 보정렌즈(또는 일반 투사광 엔진내의 렌즈면)의 디자인에 4, 5 단계를 적용하는 단계(즉, 보정렌즈가 원하는 표면형상으로 수렴하면서 보정렌즈의 표면형상을 정의하는 수학적 함수의 변동으로 인한 구조때문에 일반 사이즈보다 크게 보정렌즈를 설계하고; 일반치수를 벗어난 보정렌즈 부분은 단순히 제작하지 않음);

7) 보정렌즈나 일반 투사렌즈에서 생기는 모든 왜곡을 최적화하도록 곡면거울을 다시 최적화하는 단계(이 경우 곡률을 더하거나 빼서 오목곡률과 볼록곡률 사이의 천이율을 조정하여 곡면거울의 형상을 약간 조정함); 및

8) 곡면거울의 곡률변동으로 인한 초점스팟 사이즈의 모든 열화를 최소화하도록 보정렌즈를 다시 최적화하는 단계.

보정렌즈와 곡면거울에 적당한 초기 형상을 선택하면 이 방법에 의해 반퓸율이 아주 빨리 줄어들고 최적값을 얻을 수 있다. 이런 형상은 3차나 4차 다항식으로 구해진다. 쌍3차 스플라인 함수, 코사인함수 또는 비슷한 수학적 함수를 이용한 보간법을 거울면 곡률 설계에 이용할 수 있다. 엑셀 스프레드시트나 기타 적당한 컴퓨터 프로그램을 이용해 이들 근사값을 계산할 수도 있다.

프로젝션 시스템(10)은 특별히 구성된 투사요소를 이용해 광학 화상의 거의 무왜곡 투사한다. 프로젝션 시스템(10)은 투사율이 짧은 범용 광학장치로서, 고유 왜곡은 갖지만, 형상왜곡과 기타 광학왜곡을 보정하는 화상처리부로 짧은 투사거리를 얻는다. 프로젝션 시스템(10)은 비구면거울(39), 보정렌즈(49) 및 전자워핑을 이용해 왜곡율은 적절히 하면서도 짧은 투사율을 얻는다. 화상처리부(12)는 투사광엔진, 반사조립체, 투사형상은 물론 조립체의 3개 회전축으로 인한 모든 공간왜곡을 보정한다. 화상처리부(12)는 키스톤왜곡과 경통/핀-쿠션 왜곡은 물론 (마이크로디스플레이의 x, y 또는 세타 축 오정렬로 인할 수 있는) 색상불일치를 해결할 수 있다. 특히, 화상처리부(12)는 모든 가시 파장에 대한 (수평수직 치수는 물론 다른 부분의) 임의의 축척은 물론 선형 축척을 가능케하고, 또는 여러가지 원하는 통과대역들 각각에 대한 프로그램된 임의의 축척도 가능케한다. 화상처리부(12)는 또한 색수차와 휘도불일치를 보정할 수 있다. 공통 구면수차와 횡색시프트와 같은 왜곡과 렌즈수차를 전자보정할 수 있어 렌즈 디자인을 단순화할 수 있다. 화상처리부(12)가 모든 잔류왜곡을 없애는 역할을 하므로, 시스템 디자인은 더이상 왜곡을 광학적으로 최소화하는 제한을 받지 않는다. 또, 복잡한 광학적 수단보다도 디지탈 미세조정을 할 수 있다. 여러가지 거울(평면거울이나 곡면거울) 및/또는 투사광 엔진들을 조합하여 다양한 변형도 가능하다. 이런 시스템 디자인 방식은 정면과 배면 프로젝션 시스템 모두에 적용된다.

한편, 키스톤왜곡과 기타 공간왜곡을 수용하는 형상의 광변조 마이크로디스플레이를 사용할 수도 있다. 마이크로디스플레이는 변조된 빛이 투사렌즈와 거울로 구성되는 엇축 광경로를 지나갈 때 최종 왜곡의 일부나 전부를 보정하여 제대로 된 화상을 디스플레이면에 투사하기에 적당한 화소들로 이루어진다. 마이크로디스플레이를 보수적인 엇축시스템에 사용할 경우, 보수적인 D-D 시스템에는 평면거울을, 그리고 좀더 공격적인 특정 시스템에는 곡면거울을 사용할 수 있다. 그 장점은, 광학계와 화상처리를 단순화할 수 있다는 것이다. 그러나, 이 경우 일반 마이크로디스플레이의 제작비를 압박하게 된다. 이런 마이크로디스플레이를 만드는 어려움은 서로 직각이 아닌 라인을 갖는 에칭 포토리소그래픽 마스크에 있는데, 이는 라인상에 아주 미세한 "지그재그" 형상이 나타날 수 있기 때문이다. 다행히도, 이런 마이크로디스플레이를 제작하는데 사용되는 형상들은 메모리와 처리장치만큼 미세할 필요는 거의 없다.

지금까지의 설명은 소형 정면 프로젝션 시스템에 대한 것이지만, 정면 프로젝션 시스템의 경우 디스플레이 스크린에 프레넬렌즈가 필요없다.

Claims

입력 화상데이터를 기초로 디스플레이면에 광학 화상을 디스플레이하는 엇축 프로젝션 시스템에 있어서:

2차원 화소 어레이를 나타내는 입력 화상데이터를 받고, 이 입력 화상데이터를 투사하기 전에 미리 전자적으로 워핑(왜곡)하여 2차원 전자워핑 화상데이터를 생성하는 화상처리부;

화상처리부에 결합되어 상기 전자워핑 화상데이터를 받고, 전자워핑 화상데이터에 대응하는 2차원 워핑 화상을 변조하며, 2차원 워핑화상을 투사하여 투사화상을 생성하는 투사광 엔진; 및

투사광 엔진에 결합되어 투사화상을 디스플레이면에 비추고, 하나 이상의 곡면거울을 구비한 반사조립체;를 포함하고,

상기 전자워핑이 일어난 투사화상에서는 상기 투사광 엔진과 반사조립체에서 일어나는 광학적 왜곡과 기하학적 왜곡들이 상쇄되는 것을 특징으로하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 투사광 엔진과 곡면거울 사이의 투사화상의 광경로에 보정렌즈를 더 배치하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 화상처리부가 상기 입력 화상데이터를 축소/확대하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 투사광 엔진이, 빛을 내는 발광기; 발광기 앞에 위치하는 디스플레이 소자; 및 투사 화상의 초점을 맞춰 투사하기 위해 디스플레이 소자 앞에 위치하는 투사광학계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제4항에 있어서, 상기 투사광학계가 투사렌즈를 포함하고, 투사렌즈의 광축은 투사화상 경로의 동축 방향에 대해 발광기의 빛을 조정하도록 디스플레이 소자의 광축에서 벗어나 디스플레이면에 투사된 화상의 키스톤 왜곡과 스팟 사이즈를 더 보상하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제4항에 있어서, 상기 투사광학계가 투사렌즈를 포함하고, 투사렌즈의 광축은 투사 화상 경로의 동축 방향에 대해 발광기의 빛을 조정하도록 디스플레이 소자의 광축에서 틸팅(경사)되어 디스플레이면에 투사된 화상의 MTF를 개선하고 스팟 사이즈를 더 줄이는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제4항에 있어서, 상기 투사광학계가 투사렌즈를 포함하고, 투사렌즈의 광축은 투사 화상 경로의 동축 방향에 대해 발광기의 빛을 조정하도록 디스플레이 소자의 광축에서 벗어나고 틸팅되어 디스플레이면에 투사된 화상의 키스톤 왜곡과 스팟 사이즈를 더 보상하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제7항에 있어서, 상기 발광기가 휘도장치이고, 상기 디스플레이 소자가 마이크로디스플레이 계통의 광변조 장치이며, 상기 투사광학계가 렌즈요소의 조립체인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제8항에 있어서, 마이크로디스플레이 소자가 키스톤 왜곡과 공간 왜곡을 보정하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 반사조립체가 평면 반사면을 갖는 제1 평면거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제10항에 있어서, 제2 평면거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제10항에 있어서, 제2 곡면거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 화상처리부, 투사광 엔진 및 반사조립체가 배면투사 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 곡면거울이 프레넬거울로 대체되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 화상처리부가,

휘도를 조정한 입력 화상데이타를 생성하도록 입력 화상데이타의 화소 휘도를 조정하는 휘도보정부; 및

휘도를 조정한 입력화상 데이타를 받아 2차원 전자워핑 화상데이타를 생성하도록 휘도보정부에 연결된 화상워핑부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제15항에 있어서, 상기 휘도보정부가 입력 화상데이타에 관련된 각각 다른 스펙트럼 통과대역들을 처리하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제15항에 있어서, 상기 화상워핑부가 휘도조정된 입력 화상데이타에 관련된 각각 다른 스펙트럼 통과대역들을 처리하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 곡면거울이 비구면 회전비대칭 거울로서 상하로는 오목면을 갖고 좌우로는 윗면의 오목이나 볼록 곡률에서 아랫면의 볼록 곡률로 매끄럽게 변하여 디스플레이에 투사된 화상의 공간왜곡을 축소하는 형상을 갖고, 상기 곡면거울이 투사렌즈에서 나오는 투사 화상의 광경로에 위치하여 화상의 왜곡을 줄이는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제18항에 있어서, 상기 비구면 회전비대칭 거울이 윗부분의 좌우 볼록곡률이 작고 아랫부분의 좌우 볼록곡률이 커서 디스플레이면에 투사된 화상의 공간왜곡을 줄이는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제18항에 있어서, 상기 투사광 엔진이 비구면 회전비대칭 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
입력 화상데이터를 기초로 엇축 프로젝션 시스템의 디스플레이면에 광학 광학 화상을 디스플레이하는 엇축 프로젝션 방법에 있어서:

2차원 화소 어레이를 나타내는 입력 화상데이터를 받고, 이 입력 화상데이터를 투사하기 전에 미리 전자적으로 워핑(왜곡)하여 2차원 전자워핑 화상데이터를 생성하는 단계;

화상처리부에 결합되어 상기 전자워핑 화상데이터를 받고, 전자워핑 화상데이터에 대응하는 2차원 워핑 화상을 변조하며, 2차원 워핑화상을 투사하여 투사화상을 생성하는 투사광 엔진을 제공하는 단계; 및

투사광 엔진에 결합되어 투사화상을 디스플레이면에 비추고, 하나 이상의 곡면거울을 구비한 반사조립체를 이용해 투사화상을 반사하는 단계;를 포함하고,

상기 전자워핑이 일어난 투사화상에서는 상기 투사광 엔진과 반사조립체에서 일어나는 광학적 왜곡과 기하학적 왜곡들이 상쇄되는 것을 특징으로하는 프로젝션 방법.
제21항에 있어서, 상기 반사조립체 앞의 왜곡보상 광학화상의 광경로에 위치한 보정렌즈에 상기 투사화상을 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제21항에 있어서, 상기 투사화상을 비구면 회전비대칭 렌즈에 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제21항에 있어서, 빛을 만드는 단계, 왜곡보상 광학화상을 생성하도록 디스플레이 소자를 배치하는 단계, 및 상기 투사영상의 초점을 맞춰 투사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제24항에 있어서, 디스플레이된 화상의 키스톤 왜곡을 더 보상하도록 투사렌즈의 광축에 대해 디스플레이 소자의 광축을 시프트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제24항에 있어서, 디스플레이된 화상의 디포커싱을 축소하고 MTF를 개선하도록 투사렌즈의 광축에 대해 디스플레이 소자의 광축을 틸팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제24항에 있어서, 디스플레이된 화상의 키스톤 왜곡을 더 보상하며 디포커싱을 축소하고 MTF를 개선하도록 투사렌즈의 광축에 대해 디스플레이 소자의 광축을 시프트 및 틸팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제24항에 있어서, 디스플레이 소자 앞에 발광기를 배치하고 디스플레이 소자 뒤에 반사조립체를 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 발광기는 휘도장치이고 상기 디스플레이 소자는 마이크로디스플레이 계통의 화상장치이며, 상기 반사조립체가 렌즈요소들의 조립체인 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제21항에 있어서, 평면 반사면을 갖는 제1 평면거울이 상기 반사조립체에 추가되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제29항에 있어서, 반사조립체에 제2 평면거울이 추가되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제29항에 있어서, 반사조립체에 제2 곡면거울이 추가되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제21항에 있어서, 배면투사방식으로 프로젝션 시스템을 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제21항에 있어서, 곡면거울 대신 프레넬거울을 사용하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제21항에 있어서, 휘도를 조정한 입력 화상데이타를 생성하도록 입력 화상데이타의 화소 휘도를 조정하는 단계; 및 2차원 전자워핑 화상데이타를 생성하도록 상기 휘도조정된 입력 화상데이타를 워핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제34항에 있어서, 입력 화상데이타에 관련된 각각 다른 스펙트럼 통과대역들을 개별적으로 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제34항에 있어서, 휘도를 조정한 입력 화상데이타와 관련된 각각 다른 스펙트럼 통과대역들을 개별적으로 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제21항에 있어서, 상기 곡면거울을 비구면 회전비대칭 거울로 제공하되, 이 곡면거울이 상하로는 오목면을 갖고, 좌우로는 윗면의 오목이나 볼록 곡률에서 아랫면의 볼록 곡률로 매끄럽게 변하여 디스플레이된 광학화상의 공간왜곡을 축소하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.
제37항에 있어서, 상기 곡면거울의 윗부분의 좌우 볼록곡률이 작고 아랫부분의 좌우 볼록곡률이 커서 디스플레이된 광학 화상의 공간왜곡을 줄이는 것을 특징으로 하는 프로젝션 방법.