KR100617587B1

KR100617587B1 - 틸팅장치

Info

Publication number: KR100617587B1
Application number: KR1020050028836A
Authority: KR
Inventors: 문양호; 최동원; 김재경; 이칠성
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-09-01
Also published as: US7360928B2; US20060227399A1

Abstract

디지털 마이크로미러 장치로부터 반사되는 광을 일정한 각도로 틸팅하여 스크린에 투사하는 틸팅장치가 개시된다. 제1반사면과, 제1반사면에 대해 소정의 각도로 경사진 제2반사면과, 제1반사면 및 제2반사면의 하면에 부착되는 홀더와, 홀더에 회전력을 제공하는 구동부를 포함하며, 제1반사면 및 제2반사면은 구동부에 의해 회전하면서 디지털 마이크로미러 장치로부터 방출된 광을 순차적으로 반사하여 스크린에 투사하는 틸팅장치는, 격자가 보이지 않는 부드럽고 자연스러운 화면을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 더욱 안정적이고 정확한 틸팅이 가능하게 된다.

영상투사장치, DMD, 틸팅장치

Description

틸팅장치{Tilting Device}

도 1은 종래의 영상투사장치의 개략도.

도 2는 종래의 영상투사장치에 의해 스크린에 나타난 픽셀구조를 나타낸 개략도.

도 3a는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치의 사시도.

도 3b는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치의 평면도.

도 3c는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치의 측면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치의 작동상태를 나타낸 개략도.

도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치에 디지털 마이크로미러 장치로부터 나온 광이 입사된 상태를 나타낸 개략도.

도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치에 의해 시간의 변화에 따라 틸팅되는 각의 변화를 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치에 의해 스크린에 나타난 픽셀구조를 나타낸 개략도.

본 발명은 틸팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 마이크로미러 장치로부터 반사되는 빛을 반복적으로 틸팅하는 틸팅장치에 관한 것이다.

DLP(Digital Light Processing)를 이용한 영상투사장치는 일반 LCD(Liquid Crystal Display) 영상기기의 단점인 픽셀의 모자이크 현상을 제거함으로써 원색 재현능력을 향상시킨 것으로, 극장, 회의실 또는 프로젝션 TV 등에서 널리 사용되고 있다. 영상투사장치는 투사방식에 따라 크게 전면영상투사(Front Projection) 장치 및 후면영상투사(Rear Projection) 장치로 구분된다.

전면영상투사 장치는 스크린의 전면에서 영상신호를 투사하는 방식을 사용하며, 극장, 회의실 등에서 일반적으로 사용된다. 반면, 후면영상투사 장치는 스크린의 후면에서 영상신호를 투사하는 방식을 사용한다. 이러한 후면영상투사 장치는 프로젝션 TV의 형태로 보편화되어 있다. 특히, 후면영상투사 장치는 주위 환경이 밝은 곳에서도 비교적 밝은 영상을 표시할 수 있기 때문에 전면영상투사 장치에 비해 많이 사용된다.

도 1은 종래의 영상투사장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 영상투사장치에 의해 스크린에 나타난 픽셀구조를 나타낸 개략도이다.

종래의 영상투사장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 램프(11)와, 상기 램프(11)에서 발광된 빛을 집속하여 조사하는 집광렌즈(13)와, 상기 집광렌즈(13)에서 집속된 백색광을 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)칼라로 색을 분리하여 각 프레임당 1/3씩 조명하는 컬러휠(15)과, 상기 컬러휠(15)에서 발광하는 색상별 발산광을 평 행하게 조사하는 시준렌즈(17)와, 상기 시준렌즈(17)에서 집속된 색상별 광의 화소별 반사각을 조절하여 화상을 형성하는 디지털 마이크로미러 장치(Digital Micro-mirror device 이하, "DMD"라고 함)(19)와, 상기 DMD로부터 나온 빛을 스크린(S)의 대화면으로 투사하는 투사렌즈(21)를 구비한다.

상기 DMD(19)에는 실리콘웨이퍼 상에 하나의 픽셀구조를 담당하도록 미세한 크기를 갖는 복수의 마이크로미러(미도시)가 다수 개 형성되어 있으며, 상기 마이크로미러는 제어기에 의해 DMD(19)에 제공되는 디지털 정보에 따라 개별적으로 매우 빠른 속도로 틸팅운동하면서 입사된 빛의 경로를 on/off 전환한다. 그리고 상기 DMD(19)에 개별적으로 각각 제어된 픽셀은 투사렌즈(21)를 통하여 확대됨으로써 스크린(S)에 얻고자 하는 대화면의 화상이 결상되는 것이다.

이와 같이 종래의 영상투사장치는 작은 크기의 원화상을 그대로 확대 투사하여 대화면으로 결상하는 것이므로, 각 픽셀(P) 사이에 형성되는 격자무늬에 의해 화질이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 빠른 화상이나 시청자의 시야가 빠르게 움직일 경우, 예를 들면, 흰 바탕에 검은 줄무늬와 같이 콘트라스비가 큰 곳에서 무지갯빛 색상이 눈에 띄거나 시야의 빠른 이동에 의해 각 픽셀(P) 사이의 격자무늬가 두드러지게 인식되어 스크린에 결상되기 때문에 화질이 떨어지는 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은 부드럽고 자연스러운 화면을 제공하게 하는 틸팅장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 더욱 안정적이고 정확한 틸팅을 할 수 있는 틸팅장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제1반사면과, 제1반사면에 대해 소정의 각도로 경사진 제2반사면과, 제1반사면 및 제2반사면의 하면에 부착되는 홀더와, 홀더에 회전력을 제공하는 구동부를 포함하며, 제1반사면 및 제2반사면은 구동부에 의해 회전하면서 DMD로부터 방출된 광을 순차적을 반사하여 스크린에 투사하는 틸팅장치가 제공된다.

제2반사면은 스크린에 나타나는 픽셀간 수직거리의 1/2 만큼 광을 틸팅하여 스크린에 반사한다. 제1반사면과 제2반사면은 원을 구성하는 한 쌍의 절반편으로 이루어져 있다. 그리고 제1반사면과 제2반사면의 접합부는 광의 산란을 방지하기 위하여 흑화처리되는 것이 바람직하다.

홀더는 제1수납홈과, 제2수납홈을 구비하고 제1반사면은 제1수납홈에 제2반사면은 제2수납홈에 삽입 고정되어 반사면의 이탈을 방지하는 것이 바람직하다. 미러의 가공을 용이하게 하기 위하여 제1반사면과 상기 제2반사면은 하나의 미러로부터 가공 형성하는 것이 바람직하다. 구동부는 컬러휠 모터에 의해 연동하여 회전하는 것이 바람직하다. 구동부는 컬러휠모터와 기어 또는 벨트에 의해 연결될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 틸팅장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관 없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치의 사시도, 평면도 및 측면도이다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바에 따른 틸팅장치(45)는 제1반사면(45a)과, 상기 제1반사면(45a)에 대해 소정의 각도로 경사진 제2반사면(45b), 상기 제1반사면(45a) 및 제2반사면(45b)을 고정하는 홀더(48) 및 상기 홀더(48)에 회전력을 제공하는 구동부(47)를 구비한다.

상기 제1반사면(45a) 및 제2반사면(45b)은 한 쌍의 절반편으로서, 서로 접합하여 원형의 반사경을 형성한다. 물론, 가공상의 편의를 위하여 상기 제1반사면(45a)과 상기 제2반사면(45b)을 단일한 미러로 형성할 수도 있다. 이때는 상기 제2반사면(45b)을 상기 제1반사면(45a)에 대해 일정한 각도로 경사진 상태를 유지하도록 가공한다. 또한, 상기 제1반사면(45a)과 상기 제2반사면(45b)이 결합하여 타원 또는 사각형 등 다양한 형상을 가질 수도 있다.

상기 제2반사면(45b)은 상기 제1반사면(45a)에 대해 소정의 각도(a)를 가지고 경사져 있다. 상기 제2반사면(45b)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 스크린에 나타난 픽셀구조를 픽셀간의 수직거리(L)의 1/2만큼 수직으로 상승 또는 하강시킬 수 있는 각도만큼 경사져 있다. 이와 같은 경사각도(a)는 상기 틸팅장치(45)와 상기 스크린(S) 사이의 거리, 영상투사장치의 화면의 크기 등에 의해 더욱 구체적으로 결정된다.

상기 홀더(48)는 상기 제1반사면(45a)와 상기 제2반사면(45b)의 하면에 부착 되어 상기 제1반사면(45a) 및 상기 제2반사면(45b)을 고정한다. 상기 홀더(48)는 제1수납홈(48a)과 상기 제1수납홈(48a)과 a°만큼 경사진 제2수납홈(48b)을 갖는다. 상기 제1수납홈(48a) 및 상기 제2수납홈(48b)에는 상기 제1반사면(45a) 및 상기 제2반사면(45b)이 각각 삽입되어 고정된다. 이로 인해, 상기 구동부(47)에 의해 60rpm 정도의 속도로 회전하는 상기 제1반사면(45a) 및 상기 제2반사면(45b)이 상기 홀더(48)에 안정적으로 고정된다. 상기 홀더(48)는 상기 구동부(47)와 연결되어 회전한다.

상기 구동부(47)는 상기 홀더(48)의 하부에서 상기 홀더(48)와 결합한다. 상기 구동부(47)는 상기 홀더(48)에 회전력을 제공할 수 있는 것이면 어떠한 것도 가능하며, 일반적으로 모터가 사용된다. 상기 구동부(47)는 컬러휠(미도시)의 구동수단에 기어 또는 벨트 등을 이용하여 기계적으로 연결함으로써 구성할 수도 있다. 일반적으로 컬러휠은 7200rpm의 속도로 회전는데, 이를 상기 홀더(48)의 회전속도인 60rpm으로 감속시키기 위하여 기어비를 조절하거나 벨트 풀리(belt pulley)의 반지름을 조절할 수 있다.

상기 제1반사면(45a) 또는 상기 제2반사면(45b)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 DMD(39)로부터 반사된 사각빔(B)이 입사한다. 그런데 상기 제1반사면(45a) 또는 상기 제2반사면(45b)의 회전에 의해 상기 사각빔(B)은, 점선으로 표시한 바와 같이, 상기 제1반사면(45a)과 상기 제2반사면(45b)의 접합부(45c)에 걸쳐서 입사할 수도 있다. 따라서, 상기 접합부(45c)에는 빛의 산란을 방지하기 위하여 흑화처리 된다. 즉, 상기 접합부(45c)에는 빛의 산란을 방지할 수 있도록 빛을 흡 수할 수 있는 물질이 도포되거나 코팅 등에 의해 형성된다. 또는 빛을 흡수할 수 있는 테이프 등이 부착될 수도 있다. 또한, 상기 제1반사면(45a)과 상기 제2반사면(45b)은, 도 5에 도시된 바와 같이, DMD(39)에 의해 생성된 사각빔의 크기보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 틸팅장치의 작동을 설명하기에 앞서, 틸팅장치가 사용되는 영상투사장치의 개략적인 구성에 대해 먼저 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 틸팅장치가 사용된 영상투사장치를 나타낸 개략도이다. 도 4에는 광원(31), 컬러휠(33), 사각빔 생성부(35), 시준렌즈(37), DMD(39), 투사렌즈(41), 프리즘(43) 및 본 고안의 일실시예에 따른 틸팅장치(45)가 도시되어 있다.

상기 광원(31)은 상기 컬러휠(33)에 서로 다른 파장을 갖는 복수의 단색광, 예를 들어, R(Red), G(Green), B(Blue) 단색광으로 이루어진 백색광을 제공한다. 상기 광원(31)에는 레이저(laser), 수은 램프(mercury lamp), 메탈할라이드 램프(metal halide lamp), 할로겐 램프(halogen lamp) 및 크세논 램프(xenon lamp) 등이 사용될 수 있다.

상기 컬러휠(33)(color wheel)은 회전수단(미도시)에 의해 회전하며, R(Red), G(Green), B(Blue) 영역으로 구분되어 있다. 상기 광원(31)에서 방출된 백색광은 상기 컬러휠(33)의 R, G, B 영역에 의해 R, G, B 단색광으로 시간적으로 분리된다. 상기 컬러휠(33)의 각 영역은 각 단색광의 특성에 적합하게 코팅되며, 각 영역에 대응하는 단색광을 투과시킨다.

상기 사각빔 생성부(35)는 상기 컬러휠(33)을 투과한 단색광을 소정의 종횡비를 갖는 사각빔(B)으로 변환한다. 이를 위해, 상기 사각빔 생성부(35)는 라이트 터널(light tunnel) 또는 유리막대를 사용한다. 라이트 터널은 육면체 형상이며 내부에는 통공이 형성되어 있다. 또한, 라이트 터널의 내부 4면에는 거울이 형성되어 있다. 상기 컬러휠(33)을 통과한 각각의 R, G, B 단색광은 라이트 터널의 내부에서 사각빔(B)으로 변환되어 출사된다. 이로서 상기 DMD(39)에는 균일한 강도(light intensity)를 갖는 광이 입사된다. 그리고 유리막대는 통공이 없는 형상으로서 전반사에 의해 각 R, G, B 단색광을 출사시킨다.

상기 시준렌즈(37)는 상기 사각빔 생성부(35)로부터 나온 빛을 상기 프리즘(43)에 평행하게 조사하는 역할을 한다. 상기 프리즘(43)은 TIR(Total Internal Reflection) 프리즘으로서, 상기 시준렌즈(37)를 통과한 단색광을 전반사시켜 상기 DMD(39)의 마이크로미러(미도시)에 입사되도록 한다.

상기 DMD(39)는 크기가 1인치 내외의 반도체로서, 상기 DMD(39)의 일면에는 최소 48만개에서 190만개에 이르는 극도로 세밀하게 작은 크기로 제작된 마이크로미러(미도시)가 형성되어 있다. 마이크로미러는 1미러 당 하나의 픽셀구조를 담당하며, 이 다수의 마이크로미러를 독립적으로 제어하여 단색광, 즉 영상을 변조한다. SRAM(Static Random Access Memory)의 1셀마다의 위에 형성된 16㎛크기의 각 미늄합금 마이크로미러는 온/오프상태마다 ±10˚의 경사를 갖는다. 바로 밑에 배치되어 있는 메모리의 정전계작용에 의해 지주에 설치된 마이크로미러가 작동한다. 마이크로미러에 의하여 투사된 빛이 반사되어 나가거나 반사되지 않거나 하는 시간 을 조절하여 시간 누적치에 해당하는 밝기 만큼을 사람이 보게 됨므로써 화면의 각 Pixel당 밝음/어두움을 표현할 수가 있다.

상기 투사렌즈(41)는 상기 틸팅장치(45)에 의해 틸팅된 빛을 스크린(S)으로투사하여 대화면을 생성되게 한다.

이하에서는 도 5 내지 도 7을 참고하여, 본 발명의 틸팅장치의 작동을 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 틸팅장치(45)에 상기 DMD(39)로부터 나온 사각빔(B)이 입사된 상태를 나타낸 개략도이고, 6은 상기 틸팅장치에 의해 시간의 변화에 따라 틸팅되는 각의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 DMD(39)로부터 나온 사각빔(B)은 상기 틸팅장치(45)의 제1반사면(45a) 또는 제2반사면(45b)에 투사된다. 상기 틸팅장치(45)는 일정한 속도로 회전하기 때문에 상기 사각빔(B)은 순차적으로 제1반사면(45a)과 제2반사면(45b) 상에 위치하게 된다. 이때 상기 사각빔(B)이 상기 경사진 제2반사면(45b)에 투사되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 사각빔(B)은 상기 제2반사면(45b)에 의해 경사각 a°만큼 틸팅되어 스크린(S)에 입사하게 된다.

따라서, 상기 사각빔(B)의 시간에 따라 틸팅되는 각도를 표시하면 도 6과 같은 그래프를 얻게 된다. 도 6의 그래프의 주기는 T이다. 도 6의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 사각빔(B)이 상기 제1면(45a)에 투사되는 경우에는 즉 T/2의 시간에는 틸팅되지 않는다. 그리고 상기 틸팅장치(45)의 회전에 의해 상기 사각빔(B)이 상기 제2면(45b)에 투사되는 T/2의 시간에는, 틸팅각이 0°에서 바로 a°로 변화한다. 틸팅각이 0°에서 a°으로 변하는 과정에서 오버슈트(overshoot)나 상승시간(rising time)이 발생하지 않기 때문에 안정적인 틸팅이 가능하게 된다.

도 7은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 영상투사장치에 의해 스크린에 나타난 픽셀구조를 나타낸 개략도이다. 도 7에는 틸팅되지 않은 사각빔에 의해 생성된 픽셀(P)과 틸팅된 사각빔에 의해 형성된 픽셀(P')이 중첩되어 있다.

먼저, 상기 사각빔(B)이 상기 제1면(45a)상에 위치하는 경우 스크린(S)에는 도 2와같은 픽셀(P) 배열이 형성된다. 도 2에서 각각의 픽셀(P)간의 수직거리는 L이다. 상기 틸팅장치(45)의 회전에 의해 상기 사각빔(B)이 상기 제2반사면(45b) 상에 위치하는 경우, 상기 사각빔(B)은 a°만큼 틸팅되어 스크린(S)상에서 L/2만큼 상승한 픽셀(P') 들의 배열을 형성한다. 위에서 살펴 본 바와 같이, 상기 틸팅장치(45)의 회전속도는 60Hz와 같이 매우 빠르기 때문에 시각적인 잔상효과에 의해서 틸팅된 픽셀(P')이 계속 스크린 상에 표시되는 것으로 인식하게 된다. 따라서, 픽셀(P) 사이의 간격을 틸팅된 픽셀(P')을 이용하여 제거함으로써 자연스럽고 부드러운 화상이 생성될 수 있다. 또한, 화질이 더욱더 선명하기 때문에 장시간 시청으로도 눈이 쉽게 피로하지 않는 효과를 도모할 수 있다.

본 발명의 기술 사상이 상술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상술한 실시예는 그 설명을 위한 것이지 그 제한을 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 부드럽고 자연스러운 화면을 제공할 수 있게 하는 틸팅장치를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 더욱 안정적이고 정확한 틸팅을 할 수 있는 틸팅장치를 제공할 수 있는 효과를 가진다.

Claims

제1반사면과,

상기 제1반사면에 대해 소정의 각도로 경사진 제2반사면과,

상기 제1반사면 및 상기 제2반사면의 하면에 부착되는 홀더와,

상기 홀더에 회전력을 제공하는 구동부를 포함하며,

상기 제1반사면 및 상기 제2반사면은 상기 구동부에 의해 회전하면서 디지털 마이크로미러 장치로부터 방출된 광을 순차적을 반사하여 스크린에 투사하는 틸팅장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제2반사면은 스크린에 나타나는 픽셀간 수직거리의 1/2 만큼 광을 틸팅하는 틸팅장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제1반사면과 상기 제2반사면은 원을 구성하는 한 쌍의 절반편으로 이루어진 틸팅장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제1반사면과 상기 제2반사면의 접합부는 광의 산란을 방지하기 위하여 흑화처리된 틸팅장치.
청구항 1에 있어서,

상기 홀더는 제1수납홈과 제2수납홈을 가지며 상기 제1반사면은 상기 제1수납홈에, 상기 제2반사면은 상기 제2수납홈에 삽입되어 고정되는 틸팅장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제1반사면과 상기 제2반사면은 하나의 미러로부터 가공 형성되는 틸팅장치.
청구항 1에 있어서,

상기 구동부는 컬러휠 모터에 의해 연동하여 회전하는 틸팅장치.
청구항 7에 있어서,

상기 구동부는 컬러휠 모터와 기어 또는 벨트에 의해 연결된 틸팅장치.