KR101213636B1

KR101213636B1 - 이미지를 투사하기 위한 투사기 및 대응 방법

Info

Publication number: KR101213636B1
Application number: KR1020107021473A
Authority: KR
Inventors: 헨닝 렌
Original assignee: 오스람 아게
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2012-12-18
Also published as: US8398249B2; TWI451132B; US20100302516A1; CN101965532B; WO2009106122A1; KR20100121681A; CN101965532A; TW200942860A

Abstract

본 발명은 광 번들(bundle)(12)을 생성하기 위한 광원(2); 상기 광원(2)에 의해 생성된 광 번들(12)을 투사 표면(5) 상에 편향하기 위해 설계된 피벗 가능한 편향 유니트(3); 및 상기 투사 표면(5) 상에 편향 유니트(3)의 개구를 이미지화하기 위한 이미지화 장치(7,8,9)를 포함하고, 상기 이미지화 장치(7,8,9)가 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들(8,9)을 가진 미러 대물렌즈(7)를 포함하는 이미지(6)를 투사하기 위한 투사기(1)에 관한 것이다.

Description

이미지를 투사하기 위한 투사기 및 대응 방법{PROJECTOR FOR PROJECTING AN IMAGE AND CORRESPONDING METHOD}

본 발명은 광 번들(bundle) 또는 광 빔을 생성하기 위한 광원, 광원에 의해 생성된 광 번들을 투사 표면상에 편향하기 위해 설계된 편향 유닛, 및 편향 유닛의 개구 또는 미러(mirror) 표면을 투사 표면상에 이미지화하기 위한 이미지화 장치를 포함하는 이미지를 투사하기 위한 투사기에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 투사기의 도움으로 이미지를 투사하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 경우에 이미지들이 매우 높은 품질을 가진 임의의 원하는 투사 표면들 상에 표현되도록 하는 (비점(flying spot) 원리) 스캐너 미러(scanner mirror)를 포함하는 레이저 투사기의 소형 버젼에 관심이 있다. 이런 타입의 투사기들에 대한 접근법들은 종래 기술로부터 이미 공지되었다. 상기 접근법들은 일반적으로 광 빔 또는 광 번들을 생성하도록 설계된 광원을 포함하고, 상기 광 번들은 피벗 가능한, 특히 두 개의 축들에서 왕복하는 편향 유닛에 의해 투사 표면상으로 편향된다. 이 경우, 광원은 적색, 녹색 및 청색을 생성할 수 있다.

편향 유닛의 개구 또는 스캐너 미러의 반사 표면 및 또한 투사된 이미지의 공칭 픽셀 크기는

의 에탕뒤(etendue) 또는 광 전도도를 가진 광학 시스템을 형성하고,

여기서

는 최대 편향 각도, 즉 미러 왕복의 각도 크기의 두 배를 나타내고, r은 편향 유닛의 반사 표면의 반경을 나타내고, N은 투사 표면상에서 고려하에 왕복 평면 내에서 분해될(resolve) 픽셀들의 수를 나타낸다. VGA 해상도에 해당하는 N=480, 반경(r) = 0.5 mm 및 최대 편향 각도(

=17°)에서, E_c = 2.5?10^-7mm²sr의 에탕뒤는 예를 들어 얻어진다. 오늘날 반도체 레이저들은 적색의 경우 예를 들어 3㎛의 반경을 가진 빔 웨이스트(waist), 및 이에 따라 적어도 8°의 방사 각도를 가진다. 결과적으로, 레이저 번들의 에탕뒤는 E = (π?3?10^-3mm?sin8°)² = 2?10^-6mm²sr이고, 즉 투사 시스템의 상기된 에탕뒤보다 상당히 크다. 그러므로, 부가적인 기술적 조치들 없이는 투사된 이미지의 휘도 및/또는 품질은 본질적으로 손상된다. 게다가, 이런 타입의 투사기의 경우 투사 표면상 이미지는 왜곡되고 도 2의 도면과 유사한 핀쿠션(pincushion) 형태를 가진다.

만약 예를 들어,레이저 번들이 편향 유닛의 개구상에 포커싱되면, 가능한 가장 큰 이미지 휘도가 얻어지지만, 투사 표면상 스폿(spot)은 공칭 픽셀 크기보다 상당히 크고, 결과적으로 투사된 이미지의 해상도는 크게 손상된다.

대조하여, 만약 빔 웨이스트가 투사 표면상에 배치되면, 스캐너 미러상 레이저 번들의 범위는 그들의 영역보다 커지고, 이것은 광 손실들을 유발한다. 게다가, 편향 유닛 또는 스캐너 미러 근처의 미러 드라이브의 빗 모양 구조들 상에 부딪치는 에너지는 편향 유닛의 공진 주파수를 동조 해제(detune)할 수 있어서 투사된 이미지의 원하지 않는 변경을 유도할 수 있는 미러 왕복의 크기 및 위상을 변경할 수 있다. 타협으로서, 빔 웨이스트는, 비록 기술된 모든 원하지 않는 효과들을 처리하는 것이 필요하지만, 편향 유닛 및 투사 표면 사이에 배치될 수 있다.

공진 주파수가 너무 낮게 되고 미러 표면 변형의 결과로서 수차들이 크게 증가하기 때문에 편향 유닛 또는 스캐너 미러의 개구 또는 미러 표면을 확장하는 것은 가능하지 않다.

상기된 에탕뒤 문제 및 그의 효과들은 투사 표면상에 편향 유닛 또는 스캐너 미러를 이미지화하는 임무를 가지는 이미지화 장치가 제공되면 회피될 수 있다.

따라서, 문헌 DE 43 24 849 C2는 이미지를 투사하기 위한 투사기를 개시하고, 여기서 광 번들은 광원에 의해 생성되고 그 다음 편향 유닛에 의해 투사 표면상으로 안내된다. 그 경우, 이미지화 장치는 편향 유닛 및 투사 표면 사이에 배열되고, 상기 이미지화 장치는 적어도 두 개의 스테이지들 및 무한 초점 방식으로 구현된다. 게다가, 공지된 이미지화 장치는 왜곡 없는 방식으로 교정되고 >1의 배율을 가진다. 공지된 이미지화 장치의 하나의 단점은 큰 수의 개별 렌즈들을 가진 대물 렌즈가 원하는 왜곡 없음을 얻고 색수차(chromatic aberration)들을 회피하여 상기 프로세싱에서 이미지 품질의 손상을 회피하기 위해 사용되어야 한다. 결과적으로, 투사 대물 렌즈는 소형 프로젝트들에 대해 거의 적합하지 않다.

본 발명의 목적은 투사기 및 또한 이미지를 투사하기 위한 방법을 구현하는데 있고, 이미지화 장치는 왜곡이 거의 없고 색수차들이 없는 이미지를 공급하기 위해 의도되고, 경제적으로 그리고 소형으로 구현될 수 있다.

이 목적은 청구항 제 1 항에 따른 특징들을 포함하는 투사기 및 또한 청구항 제 23 항에 따른 특징들을 포함하는 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명의 유리한 구성들 및 실시예들은 종속항들에 열거된다.

이미지를 투사하기 위한 본 발명에 따른 투사기는 광 번들을 생성하기 위한 광원, 및 상기 광원에 의해 생성된 광 번들을 투사 표면상에 편향하기 위해 설계된 편향 유닛을 포함한다. 투사기는 편향 유닛의 개구를 투사 표면상에 이미지화하기 위한 이미지화 장치를 더 가진다. 본 발명의 본질적인 개념은 이미지화 장치가 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들을 가진 미러 대물 렌즈를 포함한다는 사실에 있다.

다른 말로 본 발명의 기본 개념은 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들이 편향 유닛의 개구 또는 반사 표면을 투사 표면상에 이미지화하기 위해 사용되는 미러 대물 렌즈를 포함하는 방식으로 이미지 품질을 증가시키기 위한 이미지화 장치를 구성하는데 있다.

본 발명에 따른 투사기에 의해 유리하게 달성되는 것은 이미지화 장치 없는 투사와 비교하여 왜곡이 없거나 왜곡이 거의 없는 이미지가 투사 표면상에 생성될 수 있는 것이다.

특히, 투사기는 광원으로부터 나오는 광 번들의 빔 웨이스트가 편향 유닛의 개구 상에 배치되도록 설계되도록 의도되고, 상기 빔 웨이스트의 직경은 개구의 직경보다 다소 작도록 선택되어, 편향 유닛의 과도한 조명은 광 손실들이 유발되지 않고 방지된다. 미러 대물 렌즈의 이미지화 스케일(scale)은 특히 투사 표면상 편향 유닛의 개구 이미지가 원하는 픽셀 크기에 대응하고 바람직하게 원하는 픽셀 크기보다 다소 작도록 선택된다. 결과적으로, 빔 웨이스트는 또한 투사 표면상 또는 상기 투사 표면의 근처에 놓일 것이다. 이미지의 심도(depth of field)가 상기 이미지화에 의해 크게 감소되지 않고, 따라서 미러 대물 렌즈를 사용한 실제 투사 거리의 경우에 재포커싱을 이룰 필요가 없다는 것이 발견되었다.

소형 레이저 투사기들의 경우, 실제 투사 거리는 대략 500 mm(300 내지 1000 mm)일 것이다. 종래 기술에 따라 그리고 눈 안정성에 관련한 요구 조건들로 인해, 상기 투사기의 광속(luminous flux)은 5 내지 20 lm일 것이고, 이는 당업자에 대해 상기 투사 거리에 대해 대략 A5 내지 A4의 편리한 이미지 크기 및 15°의 스캐닝 각도를 유발한다.

미러 대물 렌즈는 바람직하게 1보다 크거나 같은 배율을 가지므로, 미러 대물 렌즈의 다운스트림 스캐닝 각도 범위는 적어도 편향 유닛으로부터 나오는 각도 범위만큼 크다. 각배율의 경우 작은 최대 편향 각도를 가진 편향 유닛을 사용하는 것은 가능하고, 그 결과 편향 유닛은 경제적으로 그리고 주파수 및 개구 크기에 대해 보다 큰 범위로 구현될 수 있다. 이 경우, 미러 대물 렌즈에 의한 각배율은 미러 왕복의 두 개의 방향들에 대한 크기와 동일하거나 상이할 수 있다. 따라서, 예를 들어 편향 유닛의 다운스트림의 스캐닝 각도 범위의 개구 각도가 바람직하게 수평 및 수직 방향들에서 5°이고, 미러 대물 렌즈가 바람직하게 개구 각도가 수평 방향에서 12°이고 수직 방향에서 10°이도록 구성되는 것이 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 편향 유닛은 이동 가능한 방식으로, 특히 두 개의 축들을 중심으로 피벗 가능한 방식으로 구현되는 적어도 하나의 스캐너 미러 또는 마이크로미러 또는 마이크로스캐너를 포함한다. 간단한 스캐너 미러를 사용함으로써, 비용이 감소되고 컴포넌트가 감소된 투사기가 제공된다. 추가 실시예에서, 편향 유닛은 각각의 방향으로 왕복하는 두 개의 별개의 마이크로미러들을 포함한다. 이 경우, 미러 대물 렌즈는 특히 광 방향으로 주 마이크로미러 상 빔 웨이스트가 투사 표면상에 이미지화되도록 설계될 것이다.

적어도 두 개, 특히 단지 두 개의 미러 엘리먼트들을 사용하여 이미지화함으로써, f-세타(theta) 수정이 이루어질 수 있고, 그 결과 실제로 왜곡 없는 이미지가 투사 표면상에 생성될 수 있다는 것이 발견되었다. 다른 말로, 이 수단에 의해 달성되는 것은 투사된 스폿의 스크린 좌표가 편향 유닛의 편향 각도의 선형 함수를 나타낸다는 것이다.

바람직하게, 광원은 적어도 하나의 다이오드-펌핑(pumped) 고체상(solid-state) 레이저(RGB 레이저원)를 포함하고, 상기 투사기는 특히 레이저 투사기로서 구현된다. 이 경우, 광원은 직접 변조될 수 있거나 광 번들을 변조하기 위해 설계된 변조 유닛(modulation unit)을 포함한다. 바람직하게, 광원은 편향 유닛의 이동에 종속되는 방식으로 광 번들을 변조하기 위해 설계된다. 특히, 광원에 의해, 3개의 적색, 녹색 및 청색은 이미 모든 이미지 정보를 포함하는 광 번들, 특히 레이저 번들을 형성하기 위해 생성, 변조 및 결합된다.

바람직하게, 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들의 반사 표면들은 각각의 경우 회전 축을 중심으로 원뿔 회전에 의해 형성되는 회전 고형물(solid of revolution) 로서 구현된다. 특히, 원뿔들은 쌍곡선들일 수 있다. 하나의 바람직한 실시예는 공통 회전 축을 가지도록 회전의 고형물들을 제공한다.

바람직하게, 편향 유닛의 개구 또는 미러 표면에 대한 법선은 정지 상태(rest state)에서 회전 고형물들의 공통 회전 축에 대해 20°내지 60°의 각도로, 특히 40°의 각도로 배열되도록 의도된다.

제 1 원뿔의 수치적 편심률에 대한 제 2 원뿔의 수치적 편심률의 지수가 0.6 내지 0.8의 값 범위에 놓이고 특히 0.7에 놓이는 것이 유리한 것으로 증명되었다. 특히 만약 제 1 원뿔의 수치적 편심률이 5 내지 7의 값 범위에 놓이고, 특히 6에 놓이는 것이 유리하다.

바람직하게, 편심 유닛은 미러 대물 렌즈의 제 1 쌍곡선 미러 엘리먼트들의 초점 또는 그 바로 근처에 배열된다. 특히, 편향 유닛은 제 1 미러 엘리먼트의 제 1 초점으로부터 2 mm미만의 거리, 특히 1 mm 미만의 거리에 배열되도록 의도된다. 바람직하게, 미러 대물 렌즈는 제 1 미러 엘리먼트의 제 2 초점이 제 2 미러 엘리먼트의 제 1 초점과 일치하도록 구현된다. 이 경우, 또한, 바람직하게 제 2 미러 엘리먼트의 제 1 초점이 제 1 미러 엘리먼트의 제 2 초점으로부터 2 mm 미만의 거리, 특히 1 mm 미만의 거리에 배열되는 것이 제공될 수 있다. 이들 디포커싱(defocusing)은 구면 수차(spherical aberration)의 효과 및 콤마(koma) 사이의 타협을 허용한다. 특히, 미러 엘리먼트들 사이의 거리는 디포커싱의 결과로서 증가시키도록 의도된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 광 전파 방향으로, 미러 엘리먼트들 중 하나가 볼록 형태를 가지며 다른 미러 엘리먼트들이 오목 형태를 가지는 것이 제공된다. 특히, 제 2 미러 엘리먼트를 향하는 제 1 미러 엘리먼트의 반사 표면은 오목 방식으로 구현되도록 의도되고, 제 1 미러 엘리먼트를 향하는 제 2 미러 엘리먼트의 반사 표면은 볼록 방식으로 구현되도록 의도된다. 이런 방식으로, 제 1 반사는 오목 반사 표면에서 발생하고 제 2 반사는 볼록 반사 표면에서 발생한다.

소형 투사기를 제공하기 위하여, 일 실시예에서, 제 1 미러 엘리먼트의 제 1 및 제 2 초점들 사이의 거리가 20 mm 미만이고 제 2 미러 엘리먼트의 초점들 사이의 거리에 대한 제 1 미러 엘리먼트의 초점들 사이의 거리의 지수가 1.2 내지 1.8의 값 범위 내에 놓이고, 특히 1.5인 것이 제공된다.

특히, 투사기는 미러 대물 렌즈를 통과한 후 이미지의 하부 에지쪽으로 지향하는 광 번들이 미러 대물 렌즈를 통과하기 전 광 번들보다 수직 방향으로 0°내지 20°의 각도만큼 더 높게 지향되고, 특히 5°내지 10°만큼 더 높게 지향되도록 설계된다.

투사기는 바람직하게 별개의 장치로서 구성되거나 예를 들어 이동 전화, 디지털 카메라 또는 비디오 카메라 같은 모 장치(parent device)에 통합될 수 있다.

일 실시예에서, 투사기는 바람직하게 투사기 또는 모 장치의 하우징상에 배열된 피벗 가능하거나 접힐 수 있는 장치를 가지며, 상기 피벗 가능하거나 접힐 수 있는 장치에 의해 제 2 미러 엘리먼트는 유지되고 상기 미러 엘리먼트의 후면측이 하우징에서 종료하는 스타팅 위치, 및 하우징으로부터 광 번들의 방사가 가능한 반사 위치 사이에서 피벗될 수 있다. 특히, 제 2 미러 엘리먼트가 적어도 부분적으로 반사 위치에서 하우징으로부터 돌출하는 것이 제공된다. 특히, 하우징 내에서, 광 번들에 대한 통과 개구부는 제 2 미러 엘리먼트의 반사 위치 내에 형성되어, 하우징으로부터 광 번들의 방사는 가능하게 된다. 제 2 미러 엘리먼트들의 최초 위치에서, 상기 통과 개구부는 바람직하게 피벗 가능한 제 2 미러 엘리먼트에 의해 폐쇄될 수 있다. 특히, 반사 위치로의 제 2 미러 엘리먼트의 피벗팅(pivoting)은 투사기가 스위칭 온 되게 한다.

대안적인 실시예에서, 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들이 투사기 또는 모 장치의 하우징 내에 적어도 부분적으로 배열되는 것이 제공될 수 있다. 특히, 하우징은 스크린 엘리먼트를 가질 수 있고, 상기 스크린 엘리먼트를 통하여 광 번들이 하우징으로부터 나온다. 특히, 이 실시예는 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들이 하우징 내에 완전하게 배열되게 제공한다.

대안으로서, 미러 엘리먼트들 중 하나가 투사기 또는 모 장치의 하우징의 외부 표면 상에 등각으로 배열되는 것이 제공될 수 있다. 예를 들어, 하우징은 베이스 바디를 가질 수 있고 또한 베이스 바디상에 배열되는 실질적으로 구형의 파트(part)를 가질 수 있고, 제 2 미러 엘리먼트는 바람직하게 하우징의 실질적으로 구형 파트상에 배열되어, 제 2 미러 엘리먼트의 볼록 반사 표면의 형태는 실질적으로 하우징의 구형 파트의 외부 표면의 형태에 대응한다. 특히, 이 실시예에서, 하우징은 제 2 미러 엘리먼트를 향하는 베이스 바디측 상에 바람직하게 형성될 수 있는 통과 개구부를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 투사기의 도움으로 이미지를 투사하기 위해 설계된다. 상기 방법에서, 광 번들은 광원에 의해 생성되고 편향 유닛에 의해 투사 표면상으로 편향되고, 편향 유닛의 개구는 이미지화 장치에 의해 투사 표면상에 이미지화된다. 상기 방법의 기본 개념은 편향 유닛의 개구가 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들을 가진 이미지화 장치의 미러 대물 렌즈에 의해 투사 표면상에 이미지화된다는 사실에 있다.

본 발명에 따른 투사기의 유리한 구성들은 본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예들로서 간주되어야 한다.

본 발명의 추가 장점들, 특징들 및 상세한 것들은 개별 바람직한 예시적인 실시예들의 다음 상세한 설명 및 첨부 도면들을 참조하여 명백하게 될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 편향 유닛으로서 스캐너 미러를 가진 레이저 투사기를 개략적인 도면으로 도시한다.
도 2는 두 개의 축들에서 왕복하는 스캐너 미러를 가진 통상적인 레이저 투사기에 의해 생성된 왜곡된 이미지를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 투사기에 대한 미러 대물 렌즈를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 미러 엘리먼트들을 가진 미러 대물 렌즈의 개략도를 도시한다.
도 5는 하나의 예시적인 실시예에 따라 하우징 내에 레이저 투사기의 삽입을 개략적인 도면으로 도시한다.
도 6은 추가 예시적인 실시예에 따라 하우징 내에 레이저 투사기의 삽입을 개략적인 도면으로 도시한다.
도 7은 추가 예시적인 실시예에 따른 레이저 투사기를 개략적인 도면으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따라 미러 대물 렌즈에 대한 XGA 픽셀 크기와 비교한 수차-관리된 스폿 크기들을 도시한다.
도 9는 투사 표면상 빔 웨이스트를 통한 단면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 미러 대물 렌즈에 의해 생성되는 적은-왜곡 이미지화를 도시하는 이미지 필드를 도시한다.
도 11은 심도를 도시하기 위해 XGA 픽셀 크기와 비교하여 투사 거리의 함수로써 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미러 대물 렌즈에 대한 수차-관리된 스폿 크기들을 도시한다.

하기에 보다 상세히 서술된 예시적인 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타내고, 본 발명은 도면들에 도시된 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다. 하기에 기술되고 도면들에 도시된 모든 특징들은 다양한 방식으로 서로 결합될 수 있다.

도면들에서, 동일하거나 기능적으로 동일한 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들을 가진다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따른 투사기(1), 본 경우 레이저 투사기는 광원(2)을 포함하고, 상기 광원은 다수의 다이오드-펌핑 고형 레이저들(RGB 레이저원)을 포함한다. 광원(2)은 3 개의 적색, 녹색 및 청색에 대한 각각의 광 번들을 생성하고, 모든 이미지 정보를 포함하는 광 번들, 본 경우 레이저 번들을 형성하기 위하여 이들 광 번들을 변조하고 이들을 결합하는 임무를 가진다. 이를 위해, 광원(2)은 각각의 색을 생성하기 위해 설계된 3 개의 레이저 유닛들(2a, 2b, 2c)을 포함한다. 레이저 투사기(1)는 본 실시예에서 스캐너 미러를 포함하는 편향 유닛(3)을 추가로 가진다. 스캐너 미러(3)는 개구 또는 반사 표면(3a)을 가지며, 본 경우 두 개의 축들, 수평 피벗 가능 축 A 및 수직 피벗 가능 축 B을 중심으로 피벗될 수 있다. 게다가, 종래 기술에 따른 레이저 투사기(1)는 투사 표면(5)을 가진 스크린(4)을 포함하고, 상기 투사 표면상에 이미지가 광 번들에 의해 생성된다. 이미지는 이미 모든 이미지 정보를 포함하고, 스캐너 미러(3)에 의해 투사 표면(5) 위로 안내되는 광 번들에 의해 투사 표면(5)상에 생성된다.

이런 공지된 투사 방법의 하나의 단점은 작은 에탕뒤이고, 이에 따라 이미지 휘도 또는 이미지 품질에 관련하여 제한들을 유도한다.

게다가, 근본적으로 왜곡된 이미지가 투사 표면(5)상에 발생하고, 상기 이미지는 이미지(6)의 핀쿠션 왜곡이 명확하게 식별될 수 있는 도 2에 도시된다.

왜곡 없는 이미지가 투사 표면(5) 상에 생성되는 것을 보장하기 위하여, 본 발명에 따라 편향 유닛(3)의 개구 또는 편향 표면(3a)은 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들을 가진 미러 대물 렌즈를 포함하는 이미지화 장치에 의해 투사 표면(5) 상에 이미지화된다. 도 3은 개구(3a)를 스크린(4)의 투사 표면(5) 상에 이미지화하기 위해 설계된 제 1 및 제 2 미러 엘리먼트(8, 9)를 포함하는 미러 대물 렌즈(7)의 예를 도시한다. 이 경우, 스크린(4)의 투사 표면(5) 상 레이저 번들의 스폿은 공칭 픽셀 크기보다 작게 유지되고, 그 결과 해상도의 손상은 방지된다.

본 실시예에서, 제 1 미러 엘리먼트(8)는 오목 반사 표면(8a)을 가지며, 제 2 미러 엘리먼트(9)는 상기 제 1 미러 엘리먼트(8)의 오목 반사 표면(8a)를 향하는 볼록 반사 표면(9a)을 가진다.

도 3을 다시 한번 참조하여, 두 개의 미러 엘리먼트들(8, 9)의 반사 표면들(8a, 9a)이 각각의 경우 회전 축을 중심으로 원뿔 회전에 의해 형성되는 회전 고형물로서 구현되는 것이 언급되어야 한다. 본 실시예에서, 두 개의 원뿔들은 쌍곡선들이고; 바람직한 예시적인 실시예에서, 두 개의 회전 고형물들(8a, 9a)은 공통 회전 축(도시되지 않음)을 가진다. 본 실시예에서, 제 1 원뿔(8)의 수치적 편심률에 대한 제 2 원뿔(9)의 수치적 편심률의 지수는 e = 0.7이고, 제 1 원뿔의 수치적 편심률은 e = 6.45이다.

2차원 좌표 시스템에서 미러 대물 렌즈(7)의 기하학적 단면 도면은 도 4에 표현된다. 예에서, 스캐너 미러(3)는 좌표 원점(0, 0)에 배열되고, 상기 스캐너 미러의 최대 편향 각은 5°이고 X 축에 대한 입사 각은 10°이고, 따라서 약 0°내지 20°사이의 반사 각 범위(α)를 유발한다. 그 다음 스캐너 미러(3)에 의해 반사된 광 번들은 제 1 미러 엘리먼트(8)의 오목 반사 표면(8a)에 의해 반사되고 그 후 투사 표면(5)(도 4에 도시되지 않음)의 방향으로 제 2 미러 엘리먼트(9)의 볼록 반사 표면(9a)에 의해 반사된다. 상기 예에서, 스캐너 미러(3)는 제 1 미러 엘리먼트(8)의 제 1 초점(B1)에 배열되고, 제 1 미러 엘리먼트(8)의 제 2 초점(B2)은 제 2 미러 엘리먼트(9)의 제 1 초점(C1)과 일치한다. 이 경우, 제 2 미러 엘리먼트(9)의 제 1 초점(C1) 및 제 2 초점(도시되지 않음) 사이의 거리에 대한 제 1 미러 엘리먼트(8)의 초점들(B1, B2) 사이의 거리의 지수는 1.4이다. 제 1 미러 엘리먼트(8)의 제 1 및 제 2 초점들(B1, B2) 사이의 거리는 19.3mm이다. 이에 따라 소형 미러 대물 렌즈(7)가 제공된다.

본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 레이저 투사기(1)는 도 5의 기계적 예에 관련하여 도시된다. 레이저 투사기(1)는 별개의 장치로서 구현될 수 있거나 모 장치(이동 전화, 디지털 카메라, 비디오 카메라)에 삽입될 수 있다. 레이저 투사기(1) 또는 모 장치의 하우징(10) 내에는 본 예에서 다수의 다이오드-펌핑 고형 레이저들을 포함하는 광원(2), 및 상기 광원(2)에 의해 생성된 광 번들(12)을 편향 유닛(3) 상으로 반사하는 임무를 가진 편향 미러(11)가 배열된다. 상기 예에서, 편향 유닛(3)은 스캐너 미러를 포함한다. 레이저 투사기(1)는 상기에서 보다 상세히 설명된 방식으로 스캐너 미러(3)를 투사 표면상에 이미지화하기 위해 설계된 제 1 및 제 2 미러 엘리먼트(8, 9)를 가진다. 본 실시예에서, 레이저 투사기(1)의 하우징(10)은 피벗 가능 장치(13)를 포함하고, 상기 피벗 가능 장치에 의해 제 2 미러 엘리먼트(9)는 유지되고 도 5의 상부 도면에 도시된 시작 위치 및 도 5의 하부 위치의 반사 위치 사이에서 피벗될 수 있다. 이때 광원이 제 2 미러 엘리먼트(9)의 시작 위치에서 스위칭 오프되고, 하우징(10)으로부터의 광 번들(12)의 방사가 반사 위치에서 가능하게 된다는 것이 언급되어야 한다. 따라서, 하우징(10) 내에서, 통과 개구부(14)는 제 2 미러 엘리먼트(9)의 반사 위치에서 형성되고, 상기 통과 개구부를 통하여 광 번들(12)이 동작 동안 방사된다. 시작 위치에서, 통과 개구부(14)는 제 2 미러 엘리먼트(9)에 의해 폐쇄된다.

추가 예시적인 실시예에 따라 레이저 투사기(1)는 도 6의 기계적 실시예에 관련하여 도시된다. 도 6에 도시된 레이저 투사기(1)는 도 5에 도시된 레이저 투사기(1)와 실질적으로 동일한 엘리먼트들을 포함하고, 따라서 상기 예들 사이에서의 차들만이 논의될 것이다. 본 실시예에서, 하우징(10)은 베이스 바디(10a)를 가지며, 상기 베이스 바디 내에 광원(2) 및 스캐너 미러(3)가 배열된다. 하우징(10)은 베이스 바디(10) 상에 배열된 실질적으로 구형 파트(10b)를 더 포함한다. 제 2 미러 엘리먼트(9)는 실질적으로 구형 파트(10b)의 외부 표면(10c) 상에 배열되어, 제 2 엘리먼트(9)의 볼록 반사 표면(9a)은 상기 파트(10b)의 표면(10c)에 삽입된다.

본 발명의 추가 예시적인 실시예에 따른 레이저 투사기(1)는 도 7의 기계적 실시예에 관련하여 도시된다. 이 실시예에서, 제 1 및 제 2 미러 엘리먼트들(8, 9) 양쪽은 완전히 레이저 투사기(1)의 하우징(10) 내에 배열된다. 하우징(10)은 광 번들(12)이 하우징(10)으로부터 방사되는 출구 윈도우 또는 스크린 엘리먼트(15)를 포함한다.

도 8 내지 도 11은 두 개의 미러 엘리먼트들(8, 9)을 포함하는 미러 대물 렌즈(7)에 의해 달성되는 이미지 품질을 도시한다. 도 8은 도 8의 바아(bar)(C)를 기초로 표시된 XGA 해상도에 대한 픽셀 크기와 비교하여 수평으로 ±12°및 수직으로 0°내지 20°의 각도 범위 ? 스캐너 미러(3)로부터 나옴 ? 에 의해 제공된 전체 필드에 걸쳐 수차-관리된 기하학적 스폿 이미지들을 도시한다. XGA 픽셀 크기는 본 경우 280㎛이다. 제 1 스폿(16)은 수평으로 -12°및 수직 방향으로 0°의 편향 유닛(3)에 의해 편향된 광 번들의 편향 각도에 할당되고, 이는 투사 표면상 이미지 좌표 포인트(-106.869mm; 13.550mm)에 대응한다. 스폿(17)은 수평 방향으로 20°및 수직 방향으로 12°의 편향 각도에 할당되고, 이는 투사 표면상 이미지 좌표 포인트(103.950mm, 195.909mm)에 대응한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 모든 스폿 크기들은 XGA 픽셀 크기보다 작고, 따라서 달성되는 것은 해상도의 손상이 이미지의 품질에 악영향을 미치지 않는 것이다.

도 9는 550nm의 레이저 번들의 파장과, 수평 방향으로 0°및 수직 방향으로 -12°의 편향 각도에 대한 투사 표면상 빔 웨이스트를 통한 단면도를 도시한다. 여기서 빔 웨이스트는 160㎛이고 그러므로 XGA 픽셀 크기보다 작다.

도 10은 미러 대물 렌즈(7)를 가진 레이저 투사기(1)에 의해 생성된 실질적으로 직사각형 이미지의 모서리 포인트들을 도시한다.

레이저 투사기들이 이미지의 큰 심도를 보장하기 위하여 포커싱을 요구하지 않는다는 것은 종래 기술로부터 공지되었다. 바람직한 실시예에서 미러 대물 렌즈의 사용으로, 심도는 500mm의 바람직한 투사 거리를 얻기 위하여 충분히 큰 범위에서 유지된다. 도 11은 XGA 픽셀 크기와 비교하여 모든 편향 각도들에 대한 디포커싱의 함수로써 스폿 이미지들을 표현한다. 도 11에서, 각각의 컬럼(column)에는 상이한 디포커싱(㎛ 내에서)이 할당되고, 각각의 로우(row)에는 상이한 편향 각도(수평 및 수직 방향들에서)가 할당된다. 280㎛의 픽셀 크기는 바아(D)를 기초로 도 11에서 500mm의 투사 거리에 대해 표시된다.

이는 투사 거리에 비례하여 증가하기 때문에, 모든 스폿 이미지들은 적어도 300mm 내지 600mm의 투사 거리들에서 픽셀 크기보다 작게 유지된다.

Claims

이미지(6)를 투사하기 위한 투사기(1)로서,
광 번들(bundle)(12)을 생성하기 위한 광원(2);
상기 광원(2)에 의해 생성된 상기 광 번들(12)을 투사 표면(5)상에 편향하기 위해 설계된 피벗 가능한 편향 유닛(3); 및
상기 편향 유닛(3)의 개구(3a)를 상기 투사 표면(5)상에 이미지화하기 위한 이미지화 장치(7, 8, 9)
를 포함하며,
상기 이미지화 장치(7, 8, 9)는 적어도 두 개의 미러(mirror) 엘리먼트들(8, 9)을 가진 미러 대물 렌즈(7)를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들(8, 9)의 반사 표면들(8a, 9a)은 각각의 경우 회전 축을 중심으로 원뿔 회전에 의해 형성되는 회전 고형물(solid)로서 구현되는,
투사기.
제 1 항에 있어서, 상기 편향 유닛(3)은 이동 가능한 방식으로 구현되는 적어도 하나의 스캐너 미러를 포함하는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광원(2)은 적어도 하나의 다이오드-펌핑 고체상 레이저(diode-pumped solid-state laser)(2a, 2b, 2c)를 포함하는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광원(2)은 상기 편향 유닛(3)의 움직에 종속되는 방식으로 상기 광 번들(12)을 변조(modulating)하기 위해 설계되는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미러 대물 렌즈(7)는 1보다 큰 각배율을 가지는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미러 대물 렌즈(7)는 상기 미러 대물 렌즈(7)를 통과한 후 상기 이미지의 하부 에지쪽으로 지향하는 상기 광 번들(12)이 상기 미러 대물 렌즈(7)를 통과하기 전 상기 광 번들(12)보다 수직 방향으로 0°내지 20°만큼 더 높게 지향되는 방식으로 구현되는,
투사기.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 회전 고형물들은 공통 회전 축을 가지는,
투사기.
제 8 항에 있어서, 정지 상태에서 상기 편향 유닛(3)의 상기 개구(3a)에 대한 법선은 상기 미러 엘리먼트들(8, 9)의 상기 반사 표면들(8a, 9a)을 형성하는 상기 회전 고형물들의 상기 공통 회전 축에 대해 20°내지 60°의 각도로 배열되는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 원뿔들은 쌍곡선들인,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 원뿔의 수치적 편심률(eccentricity)에 대한 제 2 원뿔의 수치적 편심률의 지수(quotient)는 0.6 내지 0.8의 값 범위 내에 놓이는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 원뿔의 수치적 편심률은 5 내지 7의 값 범위 내에 놓이는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 편향 유닛(3)은 상기 미러 대물 렌즈(7)의 제 1 미러 엘리먼트(8)의 제 1 초점(B1)에 배열되는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미러 대물 렌즈(7)는 제 1 미러 엘리먼트(8)의 제 2 초점(B2)이 제 2 미러 엘리먼트(9)의 제 1 초점(C1)과 일치하는 방식으로 구현되는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 2 미러 엘리먼트(9)를 향하는 제 1 미러 엘리먼트(8)의 반사 표면(8a)은 오목 방식으로 구현되는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 미러 엘리먼트(8)를 향하는 제 2 미러 엘리먼트(9)의 반사 표면(9a)은 볼록 방식으로 구현되는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 2 미러 엘리먼트(9)의 초점들(C1) 사이의 거리에 대한 제 1 미러 엘리먼트(8)의 초점들(B1, B2) 사이의 거리의 지수는 1.2 내지 1.8의 값 범위 내에 놓이는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 미러 엘리먼트(8)의 초점들(B1, B2) 사이의 거리는 20 mm 미만인,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투사기(1)는 상기 투사기(1)의 하우징(10) 상에 배열되는 피벗 가능 장치(13)를 가지며, 상기 피벗 가능 장치에 의해 제 2 미러 엘리먼트(9)는 유지되고 시작 위치 및 상기 하우징(10)으로부터 상기 광 번들(12)의 방사가 가능하게 되는 반사 위치 사이에서 피벗될 수 있는,
투사기.
제 19 항에 있어서, 상기 투사기(1)는 상기 반사 위치로 피벗되는 상기 제 2 미러 엘리먼트(9)에 의해 스위칭 온 될 수 있는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들(8, 9)은 상기 투사기(1)의 하우징(10) 내에 배열되고 상기 하우징(10)은 스크린 엘리먼트(15)를 가지며, 상기 스크린 엘리먼트를 통하여 상기 광 번들(12)이 상기 하우징(10)으로부터 방사되는,
투사기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미러 엘리먼트들(8, 9) 중 하나는 상기 투사기(1)의 하우징(10b)의 외부 표면(10c) 상에 배열되는,
투사기.
투사기의 도움으로 이미지(6)를 투사하기 위한 방법으로서,
광 빔(12)은 광원(2)에 의해 생성되고 피벗 가능한 편향 유닛(3)에 의해 투사 표면(5) 상으로 편향되고, 상기 편향 유닛(3)의 개구는 이미지화 장치(7, 8, 9)에 의해 상기 투사 표면(5) 상에 이미지화되고,
상기 편향 유닛(3)의 상기 개구는 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들(8, 9)을 가진 상기 이미지화 장치(7, 8, 9)의 미러 대물 렌즈(7)에 의해 상기 투사 표면(5) 상에 이미지화되며, 상기 적어도 두 개의 미러 엘리먼트들(8, 9)의 반사 표면들(8a, 9a)은 각각의 경우 회전 축을 중심으로 원뿔 회전에 의해 형성되는 회전 고형물(solid)로서 구현되는,
이미지를 투사하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 미러 대물 렌즈(7)는 1.0 내지 1.2의 각배율을 가지는,
투사기.
제 6 항에 있어서, 상기 미러 대물 렌즈(7)는 상기 미러 대물 렌즈(7)를 통과한 후 상기 이미지의 하부 에지쪽으로 지향하는 상기 광 번들(12)이 상기 미러 대물 렌즈(7)를 통과하기 전 상기 광 번들(12)보다 수직 방향으로 5°내지 10°만큼 더 높게 지향되는 방식으로 구현되는,
투사기.
제 9 항에 있어서, 정지 상태에서 상기 편향 유닛(3)의 상기 개구(3a)에 대한 법선은 상기 미러 엘리먼트들(8, 9)의 상기 반사 표면들(8a, 9a)을 형성하는 상기 회전 고형물들의 상기 공통 회전 축에 대해 40°의 각도로 배열되는,
투사기.
제 11 항에 있어서, 제 1 원뿔의 수치적 편심률(eccentricity)에 대한 제 2 원뿔의 수치적 편심률의 지수는 0.7인,
투사기.
제 12 항에 있어서, 제 1 원뿔의 수치적 편심률은 6인,
투사기.
제 17 항에 있어서, 제 2 미러 엘리먼트(9)의 초점들(C1) 사이의 거리에 대한 제 1 미러 엘리먼트(8)의 초점들(B1, B2) 사이의 거리의 지수는 1.5인,
투사기.