KR100705062B1

KR100705062B1 - Projection system and method with low throw ratio

Info

Publication number: KR100705062B1
Application number: KR1020047020008A
Authority: KR
Inventors: 조라바에스. 바시; 그레고리라이오넬 스미스; 루이 리
Original assignee: 실리콘 옵틱스 인코포레이션
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2007-04-06
Also published as: KR20050020830A

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.The present invention relates to a projection system and method for displaying a corrected optical image on a screen based on input image data, and includes an electronic compensator, an image projector, and a reflection assembly. The electronic calibrator receives the input image data and generates predistorted image data. The projector receives the predistortion image data from the electronic compensator and projects the predistortion image corrected by the predistortion optical image or the projection optical distortion corresponding to the predistortion image data. The reflective assembly is located in the optical path of the pre-distorted optical image to project the optical image onto the screen. The reflective assembly may be made by various combinations of curved mirrors and planar mirrors as necessary. The electronic compensator is encrypted to pre-distort the shape of the image represented by the image data, and when the pre-distorted optical image is projected through the projector and reflected in the reflective assembly, it displays the optical and geometric distortion related to the projector and the mirror inside the reflective assembly. From the optical image.

Description

Projection system and method with low throw ratio {SHORT THROW PROJECTION SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 프로젝션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 투사율이 작은 프로젝션 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a projection system and method, and more particularly, to a projection system and method having a small throw ratio.

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. Projection systems are divided into front projection and rear projection type according to how the viewer and the projector are positioned on the screen. In a front projection system, the viewer and the projector are on one side of the screen, and the image of the projector is reflected from the screen toward the viewer. In a rear projection system, the viewer and the projector are on both sides of the screen, and the image of the projector is delivered to the viewer through the screen.

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, 1 shows a conventional rear projection system 21 and a front projection system 23. As shown, the image projector 24 is positioned opposite the screen 20. Throw ratio is the projection distance d divided by the screen diagonal length D.

투사율 = d/D (2)Throw ratio =dOfD (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.A common design goal of projection systems is to minimize projection rate without compromising image quality. The throw ratio is defined as the ratio of the distance from the screen of the furthest optical element (projector, etc.) to the size of the projected image, given by the image / screen diagonal. Minimizing the throw ratio is particularly important for rear projection systems, for example a rear projection television combining a projector and a screen into one. Minimizing the throw ratio in these devices reduces the depth of the cabinet that houses the screen and projector. Minimizing the throw ratio of the front projector has the advantage of placing the projector close to the screen surface to facilitate installation and avoid light path interference by presenters and viewers.

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.The conventional method for reducing the throw ratio has been to reduce the throw distance and throw ratio by folding the optical path by combining a wide-angle lens and a flat mirror with a low distortion and a wide field of view (FOV). Fine tuning of the optical shape (lens type, focal length, mirror angle) can minimize image distortion. However, there is a problem in that it is difficult to design and requires an expensive optical element, and the size / installation of the optical element is limited. These optical and geometric limitations are manifested by pincushion or barrel distortions and keystone distortions. The design of a conventional system has been greatly limited in terms of minimizing distortion.

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.Recently, there is Hiller's US Patent 6,233,024 which uses a curved surface mirror and a calculation circuit that functions to eliminate distortion. However, the invention of US Pat. No. 6,233,024 can only optimize the rear projection system due to constraints (due to minimizing distortion). In addition, the angle of the mirror is limited to a certain range and limited to a single projector system. Finally, U.S. Patent 6,233,024 is based on a projection mechanism that generates an image on the screen using a scanning laser light bundle, and the computational circuit controls deflection and detail of the laser light bundle, which is bothersome and precisely tunes the data. You get an inflexible array that restricts

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.Current CRT-based projection systems form a raster scan format image that is electronically controlled by a horizontal vertical deflection circuit. These deflection circuits incorporate correction circuits that produce non-linear deflection control signals to correct for nonlinearities between deflection angles to display the surface scan area. This distortion causes the pincushion image to be displayed. In general, correction circuits may be adjusted to correct for distortion due to lens distortion or other distortion in the projection system. In next generation projection systems employing fixed matrix displays, specifically microdisplays, this correction method cannot be employed. In addition, projection systems using microdisplays require about 100x magnification in order to project 60-70 inch images. In this case, high tolerances are required in the alignment and calibration of the projection optics due to misalignment resulting from transport and long-term use.

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.Finally, all wide-angle / off-axis projection systems have large fluctuations in the optical path in the optical envelope by default. Because of variations in these and other optical elements (e.g., light sources, display devices, lenses, etc.), the projected image is not only uneven in luminance but also uneven in color. In addition, optical refraction can also lead to significant deviations in image color.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명은, 입력 광학영상을 표현하는 입력 영상데이타를 기초로 투사스크린에 왜곡보정된 광학영상을 디스플레이하는 투사율이 작은 프로젝션 시스템에 있어서:The present invention provides a projection system having a small projection ratio for displaying a distortion corrected optical image on a projection screen based on input image data representing an input optical image:

⒜ 입력 영상데이타를 받아, 사전왜곡된 광학영상을 표현하는 사전왜곡 영상데이타를 생성하는 전자보정기;An electronic compensator for receiving input image data and generating predistorted image data representing a predistorted optical image;

⒝ 상기 전자보정기에 연결된 디스플레이 장치를 구비하여, 사전왜곡된 영상데이타를 받아 사전왜곡 광학영상을 제공하는 영상 프로젝터; 및A video projector having a display device connected to the electronic compensator for receiving predistorted image data and providing predistorted optical images; And

⒞ 하나 이상의 거울을 포함하고, 사전왜곡 광학영상의 광행로상에 위치하여 프로젝션 스크린에 투사할 디스플레이 광학영상을 생성하는 반사조립체;를 포함하고,A reflective assembly comprising one or more mirrors, the reflective assembly being positioned on a light path of the predistorted optical image to produce a display optical image to be projected onto the projection screen;

⒟ 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.The electronic compensator is suitable for predistorting the shape of the input optical image corresponding to the input image data, wherein the predistortion is based on predetermined image projection distortion description data, and the dictionary based on the predistortion image data. Providing a distorted optical image through an image projector and reflecting off the reflective assembly provides a projection system that removes all optical and geometric alignment distortions from the displayed optical image.

본 발명은 또한, 입력 광학영상을 표현하는 입력 영상데이타를 기초로 투사스크린에 왜곡보정된 광학영상을 디스플레이하는 투사율이 작은 프로젝션 방법에 있어서:The present invention also provides a projection method having a small throw ratio for displaying a distortion corrected optical image on a projection screen based on input image data representing an input optical image:

⒜ 입력 영상데이타를 받아, 사전왜곡된 광학영상을 표현하는 사전왜곡 영상데이타를 생성하는 단계;Receiving pre-image data and generating pre-distortion image data representing a pre-distorted optical image;

⒝ 디스플레이 장치를 구비한 영상 프로젝터를 통해 사전왜곡된 영상데이타를 제공하는 단계; 및Providing predistorted image data via an image projector having a display device; And

⒞ 하나 이상의 거울을 포함하는 반사조립체에서 사전왜곡 광학영상을 반사해 프로젝션 스크린에 투사할 디스플레이 광학영상을 생성하는 단계; 및(B) reflecting the predistorted optical image in a reflective assembly comprising one or more mirrors to produce a display optical image to project onto the projection screen; And

⒟ 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.Pre-distorting the shape of the input optical image corresponding to the input image data, wherein the pre-distortion is based on predetermined image projection distortion description data, and the pre-distortion optical image based on the pre-distortion image data is Providing and reflecting from the reflective assembly to remove all optical and geometric alignment distortions from the displayed optical image.

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.According to the present invention, it is possible to use digital image processing circuits capable of extremely short projection, very wide angles, and correcting nonlinear two-dimensional distortions basically present in curved mirrors. Digital image processing circuits may also compensate for distortion and chromatic aberration due to element tolerances and system alignment. These inherent two-dimensional distortions are generally difficult and expensive to correct optically.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 배면/정면 프로젝션 시스템의 개략도;1 is a schematic diagram of a conventional rear / front projection system;

도 2는 평면거울 하나를 이용해 광행로를 폴딩하는 방법을 보여주는 종래의 배면 프로젝터의 개략도;2 is a schematic view of a conventional rear projector showing a method of folding a light path using one flat mirror;

도 3은 평면거울 두개를 이용해 광행로를 폴딩하는 방법을 보여주는 종래의 배면 프로젝터의 개략도;3 is a schematic view of a conventional rear projector showing a method of folding a light path using two planar mirrors;

도 4는 본 발명의 프로젝션 시스템의 대표적 구성의 블록도;4 is a block diagram of an exemplary configuration of a projection system of the present invention;

도 5는 곡면거울에서 반사된 뒤의 왜곡된 영상과 왜곡을 보정할 사전왜곡 영상의 개략도;5 is a schematic diagram of a distorted image after being reflected in a curved mirror and a predistorted image to correct distortion;

도 6은 도 4의 프로젝션 시스템으로서 곡면거울을 이용하는 싱글폴드 배면 프로젝션 시스템의 측면도;6 is a side view of a single fold rear projection system using a curved mirror as the projection system of FIG. 4;

도 7은 도 4의 프로젝션 시스템으로서 곡면거울을 이용하는 싱글폴드 정면 프로젝션 시스템의 측면도;7 is a side view of a single fold front projection system using curved mirrors as the projection system of FIG. 4;

도 8은 4의 프로젝션 시스템으로서 볼록거울을 이용하는 데스크탑 정면 프로젝션 시스템의 측면도;8 is a side view of a desktop front projection system using a convex mirror as the projection system of 4;

도 9는 4의 접이식 반사광학계를 구비한 정면 프로젝션 시스템의 측면도;9 is a side view of a front projection system with a fold reflective optical system of 4;

도 10은 광행로를 폴딩하는데 오목형 및 볼록형 포물선/쌍곡선 거울들을 이용하는 도 4의 프로젝션 시스템의 다른 예의 측면도;10 is a side view of another example of the projection system of FIG. 4 using concave and convex parabolic / hyperbolic mirrors to fold light paths;

도 11은 볼록거울과 오목거울을 순서대로 사용하는 2폴드 배면프로젝션 시스템의 측면도;11 is a side view of a two fold rear projection system using convex and concave mirrors in sequence;

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;12 is a plan view of another configuration of the projection system of FIG. 4 showing how the light from one projector can be split into two light paths so that each half of the light can be separately illuminated with half the light;

도 13은 프로젝터 2개를 이용해 각각 반쪽 영상을 구성하는 배면 프로젝션 시스템 2개를 연결한 구성의 평면도.Fig. 13 is a plan view of a configuration in which two rear projection systems connecting two projectors each using two projectors are connected.

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.2 and 3 show a conventional rear projection system 21 having a conceptual fold, and a conventional rear projection system 31 that uses light path folding to reduce the projection length to reduce the projection length.

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. 2 shows a single-fold configuration in which the optical path of the projector 25 is reflected on the screen 20 using the plane mirror 33 to achieve image folding. Specifically, as a result of the single folding, the projector 25 can be positioned in front of the flat mirror 33 as if it were in the projector 25 'position. In this configuration, the projection distance is reduced (because of d instead of the distance d 'in the non-folding configuration). As shown, the throw ratio is reduced by s by folding at a distance of d / s (s > 1) from the screen. If the angle of the mirror and projector is correct, a distortion-free image should be displayed. In the single folding configuration shown, the flat mirror 33 and the projector 25 must be at a constant angle. Specifically, if the angle between the surface of the mirror 33 and the vertical projection line N is α, the projector with respect to the vertical projection line N so that the image projected from the projector 25 reaches the mirror 33 at the angle shown. (25) should be positioned at the angle of π-2α.

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. As shown in FIG. 3, when two plane mirrors 33 and 35 are used, multifolding can be achieved. Similarly, folding at a distance of d / s (s> 1) from the screen reduces the throw ratio by s. If the angle of the mirror and the projector is correct, an image without significant distortion should be displayed. In the double folding configuration shown, the planar mirrors 33 and 35 and the projector 25 must be at an angle. Specifically, if the angle between the surface of the mirror 33 and the vertical projection line N is ₂ and the mirror 35 is at an angle of 2α ₂ -α ₁ with respect to the vertical projection line N, the projection from the projector 25 The projector to the vertical projection line N so that the reflected image reaches the mirror 35 at the right angle and the image reflected at the mirror 35 reaches the mirror 33 at the right angle and makes full reflection on the projection screen 20. 25 is 2α ₂ - shall be located in an angle 2α _1.

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.As is known, adjusting the position of the projection light component optically corrects any lens distortion or focus problems. In addition, the mirror / projector configuration and lens type are also limited so that there is no distortion in the final image. Many other mirror configurations are possible and can be used for front projection systems as well as rear projection systems.

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.4 shows a projection system 10 constructed in accordance with the present invention. The projection system 10 includes an electronic calibrator 12, an image projector 14, and a reflecting optical system 16, wherein the reflecting assembly is configured to project image data representing an input image provided from the image source 18. To a pre-distorted optical image to be projected onto

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. Image source 18 may be a video from a broadcast receiver, video recorder, camera, PC, or other device capable of generating images in other required video / graphic formats (eg, YprPb, RGB, DVI, etc.).

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.The electronic compensator 12 receives the input image data from the image source 18, and digitally warps or predistorts the input image data in accordance with the distortion description data, thereby converting the pre-distorted image data into the reflection optical system 16. When projected from the image projector 14 through, the optical image displayed on the projection screen 20 does not have distortion. The electronic compensator 12 has separate circuits (not shown) for separately and uniformly processing each primary color of the image data to correct all color distortion and luminance unevenness of the displayed optical image, which will be described later. The electronic calibrator 12 applies digital correction to digital image data provided to the image projector 14 to perform digital precision tuning of the data. Specific functions of the electronic calibrator 12 will be described later in more detail.

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.The image projector 14 receives the predistorted image from the electronic calibrator 12 and generates a predistorted optical image corresponding to the predistorted image modified by all the optical distortions of the projection optical system 26. The image projector 14 includes a light emitter 22, a micro-display device 24, and a projection optical system 26. The light emitter 22 includes elements (not shown) such as a light source (e.g. lamp or laser), a color separation prism and an integrator / spectrometer (not shown). The micro-display device 24 includes any commercially available hardware (e.g., LCD, CRT, DLP ^™ , LCOS, etc.) and reflects light to predistorted digital image data generated by the electronic compensator 12. It is used to make an optical image by propagating. Multiple micro-display devices 24 may be used instead of one to facilitate independent color correction within the input image, which will be described later. The projection optics 26 are comprised of lenses that project and focus the predistorted image onto the screen 20 via the reflective optics 16.

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.Projection optical system 26 may be composed of a lens or a wide-angle lens to reduce astigmatism. In addition, the projection angle of the projection optics 26 can be vertical or wide field of view (FOV), and extends to a wider field of view when reflected from the curved mirror. The projection optical system 26 can sufficiently provide the FOV necessary to obtain the required throw ratio by the plane mirror alone. In the present invention, the projection optical system 26 does not need to be distortion-free, because any distortion in the projection optical system 26 and the curved mirror is corrected by digital image processing. The design of the projection optics 26 focuses on reducing astigmatism or improving focus quality within the field depth of the screen 20.

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.Reflective optical system 16 receives light from image projector 14 that includes a predistorted optical image. The reflecting optical system 16 consists of curved and / or planar mirrors, which are arranged to fold the light path and are configured to greatly reduce the throw ratio (described below), as well as minimizing the overscan of the screen to reduce the resolution. It is configured to minimize the loss of. Combining only convex / concave mirrors or in combination with flat mirrors can lead to variations in throw ratio, as described in more detail later.

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. Thus, the projection system 10 can project the optical image without distortion using specially constructed projection elements. In addition, it should be understood that the projection system 10 can be configured in a rear or front projection method. Finally, "no distortion" is a term used for various types of geometric distortions such as keystones, tilts, pincushion / barrels, and other nonlinear effects, meaning only problems such as astigmatism. It doesn't.

도 4, 5에 의하면, 전자보정기(12)는 디스플레이된 광학영상을 무왜곡상태로 만들도록 입력 디지탈 영상을 기하학적으로 사전왜곡하는데 이용된다. 4 and 5, the electronic compensator 12 is used to geometrically predistort the input digital image to render the displayed optical image non-distorted.

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. FIG. 5 shows an example of a distorted image 40 generated by reflecting an ideal image 44 from a curved mirror (not shown). Also shown is a predistorted image 42 for correcting or compensating for distortion caused by the curved mirror when reflected from the curved mirror and projecting the ideal image 44 onto the screen 20. That is, when the pre-distorted image 42 is reflected from the curved mirror, the ideal image 44 is projected onto the screen 20. Specifically, without any correction, the ideal image ABCD will be displayed on the screen 20 in the shape of a curved “trapezoid” EFGH drawn with the corners / boundary lines as shown. Conversely, if the image is predistorted, such as a "trapezoid" IJKL, the final image will be displayed exactly on the screen in an ABCD shape without distortion.

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:The projection system 10 uses the electronic calibrator 12 to predistort the input image with an inverse transformation of the geometric distortion induced by the projector (not shown) and associated reflection (mirror) optics (not shown). If the total distortion made inside the projection system 10 (by lens / mirror) is a transform function F , the image is predistorted to F ⁻¹ , resulting in the following relationship:

디스플레이된 영상 = F(F ^-1(입력영상)) = 입력영상 (2)Displayed image = F ( F ^-1 (input image)) = input image (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. Therefore, the electronic calibrator 12 basically removes the limitation of the distortion-free display image. Being able to digitally correct the distortion means that the optical shape and optical elements (eg, the angle, shape, etc. of the mirror and lens) can be modified to suit the specific design purpose. Without geometric correction, several optical processing steps cause distortion in the display image. The predistortion performed in the electronic calibrator 12 basically resamples / filters the input image data. Resampling the pixels with F ⁻¹ results in a geometric transformation at the pixel locations. The conversion function F- ¹ can be determined from the spatial conversion characteristics of the various optical elements. The specification of the electronic compensator determines the format (eg 2D surface, 1D polynomial, etc.) that F- ¹ requires.

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. Due to the light reflection, different colors of light pass through the projection optical system 26 of the projector 14, and thus the spatial conversion also changes. If the light is not corrected, magnification chromatic aberration may occur. As described above, the light emitter 22 includes a color separation prism (not shown) and an integrator / spectrometer (not shown) to provide three separate color light streams (see FIG. 4). The micro-display device 24 is located in front of a spectrometer (not shown) located in the light emitting portion 22. As pointed out above, light is separated into primary color light streams by a spectrometer inside the light emitting portion 22. The associated micro-display device 24 modulates the primary color light streams according to the predistorted primary color image data provided in the circuit of the electronic compensator 12. In this way, magnification chromatic aberration within the image projected on the screen 20 can be corrected. In addition, the image luminance related to the input image data may be modulated by the micro-display apparatus 24 to compensate for the luminance change due to the optical component, the projection path, and the characteristics of the display apparatus.

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. If the color signals of the image data are time multiplexed, only one micro-display device 24 may be used. However, it is also possible to use multiple (three) devices 24. Using multiple micro-display devices 24, each device has its own predistorted image data associated with a particular color (e.g. red, blue, green). That is, each of the micro-display devices 24 is suitable for modulating the primary color light streams separated from the light emitting part 22 using the relevant predistorted primary color image data provided in the circuit of the electronic compensator 12. In this way, magnification chromatic aberration within the image projected on the screen 20 can be corrected. In addition, when there are several micro-display devices 24, the brightness of the optical component, the projection path, and the characteristics of the display device can be compensated by modulating the image brightness related to the input image data in each device.

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). Finally, the three primary color signals (eg, red, blue, and green) of the image data may be time multiplexed (ie, sequentially provided) to the electronic correction unit through a single circuit inside the electronic correction unit 12. However, the circuit of the electronic compensator 12 may be a number (three) instead of one in order to process the shape of each primary color of the image data individually or uniformly as necessary. Using multiple (three) circuits when there is only one micro-display device 24 is inefficient, but this may be desirable due to compatibility issues (ie, to be compatible with one or three micro display devices 24). If you do).

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:The electronic compensator 12 is also used to correct for unevenness in brightness. The brightness of the image displayed on the projection screen 20 may change due to the limitations of the components of the projector (e.g., the light emitting portion, etc.) or due to the nature of the light path. In particular, points or sections reflected on the screen 20 may be associated with several light paths simultaneously. In this case, lights representing different screen points or sections of the displayed image may come from different light sources and have different moving distances. Since the brightness of a point or section of the displayed image is inversely proportional to the distance squared, the luminance in the image changes. The electronic calibrator 12 is used to pre-adjust the luminance of the pixels prior to projection to display the final image with uniform luminance. Pixel luminance is pre-adjusted in color space by G- ¹ , a map similar to F- ¹ . This map only works in the color space and no further filtering is necessary (i.e. the pixel color changes but the pixel position is not adjusted). Like F- ¹ , G- ¹ is determined from the luminance / brightness conversion characteristics of the various optical elements and light paths. The electronic compensator applies G ⁻¹ to each pixel color value. A simple case is given by a linear function:

G ^-1(O) = αO + β G ^-1 ( O ) = αO + β

O는 RGB 색상값이고, α와 β는 모든 화소에 대한 상수이다. O is the RGB color value and α and β are constants for all pixels.

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. Electron correction of the projection system 10 widens the selection of the optical lens because all relevant distortions are removed by pre-warping rather than by matching the optical properties of the lens. In particular, the use of a wide-angle lens can project images of the same size over a shorter distance, which is another variable to reduce the throw ratio. However, it should be noted that the focus problem (as opposed to the geometric problem) cannot be corrected by geometric predistortion, so there is still a need for optical access by proper lens selection.

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.Flexibility in the shape of the lens can also extend the form of mirrors that can be used. Conventional projection systems mostly use planar reflection optics because they can be arranged carefully to eliminate distortion by mirrors (see Figure 2). Conversely, using curved mirrors produces a distorted screen image due to the combination of keystone and pincushion / barrel type effects, and thus it is impossible to compensate for these distortions only by changing the arrangement of optical elements. However, electronic distortion correction of the projection system 10 can easily eliminate these distortions. A distorted screen image 40 that may be generated by reflection of a curved mirror and a corresponding predistortion image 42 that serves to correct shape distortion are shown in FIG. 5.

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.The use of curved mirrors has the advantage that the throw ratio can be further reduced. In general, an angle between two adjacent light beams reflecting from a curved mirror is greater than that of a flat mirror. In other words, even if the curved mirror is located at the same distance as the plane mirror from the projector, the image size is larger. On the contrary, even if the curved mirror is placed closer to the projector, an image of the same size can be obtained, which means that the projection distance is shortened and the projection rate is shortened. This reduces the cabinet size or space to accommodate all projection systems (screen / mirror / projector).

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.6 shows an example of the rear projection system 60 of the present invention. Projection system 60 includes an electronic compensator 62, a projector 64 (with a projector lens at P), and a reflecting optical system 66, wherein the reflecting optical system comprises a fine curved mirror 63 of a single-fold rear projection configuration ( Eg, convex, as indicated by CD). As shown, the curved mirror 63 causes the projection system 60 to have a lower projection rate than a system using a conventional planar mirror 61 (following A-B). Similar projection ratios can be obtained by using other types of curved mirrors with a properly configured electronic compensator 62.

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.Input image data is provided to electronic compensator 62 via an image source (not shown), which is processed in electronic compensator 62 until a suitable predistorted image is generated. Pre-distorted image is sent to a horizontal line (H) in (a lens with a P), the projector (64) is inclined by an angle α aperture angle θ about. As shown, the upper light beam PA is parallel to the screen (ie, θ / 2 + α = π / 2) and the lower light beam PB is taken at an θ angle with respect to the upper light PA. The predistortion image reflected from the reflection optical system 66 to the screen 20 is shown to the viewer 5, which will be described later.

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. In a typical planar folding system (ie, a system using a planar mirror 61 along AB), the predistorted image is reflected on the screen 20 (along with EF) in the planar mirror 61. The lower light beam PB is reflected from B to F of the screen 20 according to the reflection rule. Similarly, top light PA is reflected from A to E of screen 20. In this way, all the intermediate rays, ie all the light, between the upper ray PA and the lower ray PB are projected on the screen 20. As shown, the projection depth of the planar system is d ₂ .

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. Given that the parameters of the projector (ie position and angle) are fixed, the pyramid of light from the projector (i.e. the conical light pyramid that forms the image) is fixed so that A and B are moved along the PA, PB toward P, Moving to D theoretically reduces the throw distance. At this point, ray PC is reflected from C to E and ray PD is reflected from D to F. The broken line segments KC and LD divide each PCE and PDF in half, and the line segments GH and IJ are perpendicular to each other. The mirror between C-D must be in contact with GH in C and from IJ in D for the same angle of incidence and reflection.

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. In general, the tangents GH and IJ have different slopes, which means that the mirror 63 in the CD must be bent (in this case convex). In fact, in the light pyramid and screen 20 arranged as in FIG. 6, the planar mirror 61 is only possible between ABs. With the curved mirror 63, the reflection optical system 66 is provided with a, the projection distance is reduced from d ₂ to d _1, the throw ratio is small. The tangential slope at C, D and the position of C, D can be determined by the position / shape of the screen / light pyramid of the particular projection and screen configuration. Once these values are determined, the curved mirrors with the required properties can be (mathematically) accurately described. That is, three-dimensional spline curves that interpolate the C and D points with necessary tangents can be described.

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. As is known in the art, changing the two internal control points without changing the tangents GH, IJ at both ends yields a cluster of curves. This satisfies the condition that the PC reflects from C to E and the PD reflects from D to F, while using mirrors with different curvatures. You can choose the optimal curve that minimizes all focus problems while properly configuring the relevant mirror. This curve is preferably convex or concave. Finally, the casing 68 is used to cascade the rear projection system of FIG. 6 with a small projection depth d ₁ and to ensure sufficient additional space to accommodate the necessary other elements without disturbing the optics of the projection system 10. .

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.The above description is based on the two-dimensional curvature shape. Specifically, the mirror is bent only along the plane of FIG. 6, but may also be bent in the transverse direction to the plane of FIG. 6. To do this, you have to do a more complex three-dimensional analysis, but this step is the same as the two-dimensional one. However, not only the upper and lower beams PA and PB should be considered, but the reflection of the entire light pyramid (enclosed by four beams) should be considered. The four corner reflections of the light pyramid are moved toward the projector 64 (at point P) to shorten the projection distance d .

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. These four points and the trapezoid they form must be reflected so that the trapezoidal enclosed area on the screen plane (the curved area due to reflection in the curved surface) completely surrounds the screen (see EFGH in Figure 5 completely enclosing the screen ABCD). In this case, after the electronic correction by the electronic calibrator 12 is finished, the displayed image exactly covers the rectangular screen 20. If no part of the screen 20 is illuminated without correction, no electronic correction will be reflected in these parts. This condition is necessary for mirrors curved in only one direction. Knowing the location and planes of eight or more points (i.e., four corners and four midpoints) of the reflecting trapezoidal area (that is, a three-dimensional plane is required), a set of curved mirrors can be set to a bi-cubic spline face set. Can be formed precisely. These mirrors can be chosen to be convex or concave to minimize focus problems.

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.7 shows an example of another frontal projection system 70 of the present invention. The projection system 70 includes an electronic compensator 72, an image projector 74 (with a projector lens at point P) and a reflecting optical system 76, which reflects a CD (in accordance with a CD of a single-folding front projection configuration). Convex) fine curved mirror (73). As shown, because of the curved mirror 73, the projection system 70 can obtain a projection ratio lower than that obtained by using a planar mirror instead of the curved mirror 73, which will be described later. It should be noted that with a properly configured electronic compensator 72, similar projection rates can be obtained by using other types of curved mirrors in the projection system 70.

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. Without a reflecting optical system, an image projector should be placed at projector position P 'in a front projection system. The viewer 5 must install the projector under the FM line in order to see without interference in front of the screen. The orientation angle α and the aperture angle θ ' are selected so that the projection distance d ₂ can be minimized but the entire screen 20 can be irradiated. Typically, this arrangement requires keystone correction. The projection distance can be shortened by appropriately moving the projector 14 toward the projector position P with the mirror 73 (flat or curved) along the CD between the projector position P 'and the screen 20. The same steps as described in the projection system 60 of FIG. 6 may be used to describe the curved (or planar) mirror of the projection system 70. That is, by specifying the tangential slope and the position in C and D, the mirror 73 can be described as a spline curve. In addition, the optimum shape can be determined by changing the projector position P. FIG. As described in the projection system 60, a concave or convex mirror can be used with the electronic compensator 12 of a suitable configuration.

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.The reflecting optical system 76 of FIG. 7 is a converging concave mirror 73 seen in P. As shown in FIG. To obtain the same size image (such as the screen diagonal) using a converging mirror, wide angle lenses must be used (ie, θ > θ '). This is an example in which the lens can be flexibly selected using the properly configured electronic compensator 12. Increasing the aperture angle also increases optical distortion due to the lens, but this distortion is compensated by geometric predistortion in the electronic compensator 12. The reflective optical system 76, a projection distance is shortened by d ₁ d ₂ in, it is possible to reduce the size of the entire case. As shown, the projector 74 and the reflecting optical system 76 may be placed in the small cabinet 78. If necessary, place the entire unit under the FM line.

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.The configuration of FIG. 7 forms the basis of the two compact front projection systems 80 and 90 of FIGS. 8 and 9. These systems 80 and 80 all use one convex mirror 83 and 93 for image folding.

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. 8 is an example of a projection system 80 implementing a compact front projector according to the present invention. This projection system 80 includes an electronic compensator 82, an image projector 84, and a reflective optical system 86, which includes a fine curved mirror 83 (such as convex) in a single fold front projection configuration. do. The projection system 80 is in the form of a desktop, in which the electronic compensator 82, the projector 84, and the reflecting optical system 86 all fit in the cabinet 88. The image source (not shown) is considered external to the projection system 80. It should also be appreciated that other curved mirrors may be used in the projection system 80 with the electronic compensator 82 suitably configured.

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. The curved mirror of the reflective optical system 86 allows the system 80 to be placed close to the screen 20 without disturbing the viewer 5. The electronic corrector 82 digitally corrects any distortion or luminance unevenness. Fine tuning of the projection system 80 is possible by adjusting the angle of the mirror 83 and the projector 84 and properly adjusting the predistortion projection in the electronic calibrator 82.

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.The projection system 90 of FIG. 9 is a variation of the system 80 of FIG. 8, projecting an image onto the screen over the screen 20. A compact type cabinet 98 is placed near the plane of the screen 20, but on the screen without disturbing the viewer's field of view, and the electronic calibrator 92 and the projector 94 are placed in the cabinet. The curved mirror 93 of the reflective optical system 96 is positioned between the screen 20 and the viewer 5 using a support arm 97 so as not to obstruct the field of view. Support arm 97 can be folded when not in use, such as by pivoting, telescoping, or the like. The support arm 97 allows the mirror 93 to be precisely angled. In both systems, the cabinet 98 may be extended to accommodate the screen 20 or the arm 97, such as the rear projection system 60 of FIG.

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. The curved mirrors used in each of the systems of FIGS. 6-9 have been described in terms of spline curves / surfaces defined by a set of tangents / tangentials and locations at certain points (generally referred to as control points). This is a very general description of curved mirrors, but it should be noted that more specific types of curved mirrors can be used. Such mirrors include conventional mirror / surfaces such as spherical, elliptical, hyperbolic, and parabolic surfaces. The choice of mirror depends on the optical characteristics of the mirror and the projection lens. In other words, both elements must be matched to focus the screen image. For any surface, if the curvature is too large or incorrectly selected, focus problems can occur. In some cases, a mirror of hybrid form (some oval in one direction) may be ideal.

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.FIG. 10 shows an example of using parabolic / hyperbolic mirrors to fold light paths inside the projection system 100, 110. Parabola has the property of reflecting light from one focal point as if it comes from another focal point. The projection system 100 shows how to place the projector 104 at the focal point of the parabola f1 (the optical axis is indicated by broken lines). The second focus is f2. As seen at f1, the convex curve component of the parabola is used for the curved mirror 103. Light from f1 is reflected off mirror 103, as from f2, forming an image of a (virtual) projector. For a three-dimensional state (which is a mirror bent in both directions), replace the parabola with a hyperbola, but keep the reflection properties unchanged.

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. The projection system 110 includes the concave curvature of the mirror 113 located on the focal point f1 about the vertical axis. Likewise, light is reflected as it comes from focus f2. Since the concave mirror 113 is a converging mirror, a wide angle lens for the projector 114 is required. By increasing the cabinet size (increasing the throw distance), it mitigates the distortion problem that needs to be corrected instead of sacrificing the size slightly (all focus problems are also reduced). The direction of light projected on the screen is consistent with the direction of the conventional projection system of FIG. 2 using a planar folding mirror.

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. 11 shows a two-fold back projection system 120 using two parabolic mirrors, concave mirror 121 and convex mirror 123 in sequence. As described above, in the optical system, the mirror is not limited to one, whether it is the back type or the front type. The projector 124 is located at the focus f1 of the first mirror 121, which takes the form of a diverging parabolic convex mirror. Since the mirror serves to expand the image, the projector 124 and the mirror 121 together effectively exhibit the wide-angle lens function. The focal point f2 of the mirror 121 is also the focal point of the second mirror 123, which takes the form of another converging parabolic concave mirror. The reflected light of the second mirror 123 appears to come from another focal point f3 of the mirror 123. The distortion is reduced due to the converging second mirror 123, and the first diverging mirror 121 allows the standard lens to be used like a wide-angle lens. Likewise, any of the aforementioned systems may use a second curved mirror as part of the reflective optical system.

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.12 shows an example of a projection system 130 that splits the light from one projector 134 into two paths, but reflects each light separately to illuminate the screen half. Reflective optical system 136 includes two pairs of self-reflecting planar mirrors 131, 135, 133, 137. The use of multiple mirrors (or two or more) and / or one or more projectors can lead to other variations. Multiple mirrors or projectors can be used to divide / separate the light path and related reflection optics into several sub-units, allowing them to illuminate different parts of the screen.

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.Each pair of mirrors 131, 135, 133, 137 in FIG. 12 constitutes an independent two-fold reflective optical system that illuminates one half of the screen. The first two mirrors 135 and 137 serve to split the light (light pyramid) into two paths, which are reflected from the second two mirrors 131 and 133 to the screen. In this case, the aperture angle represented by the left and right mirror pairs is effectively reduced, so that the small projection rate can be maintained while reducing the mirror size. The electronic calibrator should be able to reconstruct the correct image on the screen by properly calibrating the left and right halves. This means that two non-common sub-images are formed from the original signal and these images are predistorted independently. Screen portions on which the image projected by each light path is illuminated may overlap near the center (point C in FIG. 12). Since the brightness of these overlap bands is higher, it is necessary to blend or soften the edges to some extent in the electronic compensator 132 to obtain a seamless image across the screen. A simple edge blending approach is to make the overlap bands the same width when projecting the pre-distorted sub-image onto the screen. In addition, these brightnesses must be attenuated by a linear gradient such that the sum of the brightnesses of the lower picture overlap bands is constant.

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. FIG. 13 shows an example of another projection system 140 that forms half an image with two projectors rather than optically dividing the image / light. Curved mirrors 141, 145, 143, 147 are used to reduce the projection distance. This configuration can be seen as connecting two rear projection systems. That is, the light pyramid is divided using two projectors 144 and 144 'each projecting half of the original signal. The projection ratio is further reduced by using two pairs of divergent convex mirrors 141, 145, 143, and 147, which respectively serve one light path. Each projector 144, 144 ′ may have a separate electronic calibrator 142 or may share a signaling device. Since the two sub-images are independently distorted or edge-adjusted by the electronic compensator 12, the final image looks as close to the source signal as possible without distortion and seamless.

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.Every time a tilted curved mirror is used, astigmatism in the light path causes focus problems. In short, the light from the outside of the projection lens has a different focal length for all parts. If the focal length changes significantly, it will be difficult to obtain a good quality focus. To overcome this, other shape constraints that limit all astigmatism can be placed in the mirror. In the splined curved mirror configuration described above, the control points can be adjusted without compromising the edge conditions of (specific tangential tilt and position) to adjust the surface curvature. This can change the shape of the mirror to minimize astigmatism. In particular, constraints can be specified and the amount of astigmatism justified. Another method is to add compensation astigmatism to the optics of the projector. One or more cylindrical lenses can be added to the projection optics to create a uniform and known degree of astigmatism over the entire field. The curved mirror can then be designed to invert this astigmatism uniformly in the tolerance range over the entire field. In this case, the degree of freedom in design, that is, the degree of astigmatism of the optical system is increased, and the optical performance and mirror shape of the entire system can be optimized.

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. In the absence of general electronic shape correction by the electronic compensator 12, the projection system 10 must be designed to accept the entire image distortion. This design limitation can be problematic because of the distortion effects of curved mirrors, off-axis projection (keystone effects), and cylindrical lens elements. Due to the electronic correction of the present invention, geometrical distortions (as well as luminance unevenness) can be eliminated despite design limitations on the projection system, and conventional constraints can be made free of design. Therefore, it is possible to freely change the image distortion of the light path to improve astigmatism or other aberration problems. In addition, this problem can be compensated for by using digital correction (via predistortion) of the input signal, so that images without distortion can be projected on the screen.

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.For convenience of explanation, an example of such an optimization will be described taking the reflection in the convex screen as an example. The final image without any correction is displayed with keystone distortion plus pincushion (see EFGH in FIG. 5). The opposite of pincushion distortion is barrel distortion (see IJKL in FIG. 5, which also has a vertical keystone component), and predistortion to barrel distortion can reduce or eliminate pincushion distortion. Thus, another way to eliminate convex mirror distortion is to add barrel distortion using a wide-angle lens. By closely matching the two compensation effects, it is possible to reduce distortions due to the curvature of the mirror / wide-angle lens combination, so that the electronic compensator can primarily compensate for the axial projection / keystone effect.

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. Thus, projection system 10 constitutes a general short projection optical system that is subject to distortion while reducing projection distance with an electronic compensator that corrects for geometric and other optical distortions. The electronic compensator 12 compensates for the optical distortion by imparting the opposite distortion to the input image data, thereby eliminating the residual optical distortion generated in the conventional system. The electronic compensator 12 can also correct display deformations associated with design changes, as well as conventional display processing functions such as image processing and scaling. The electronic compensator 12 also provides for optical variations and other optical elements (e.g., light sources, display devices, lenses, etc.) related to large optical path deformations within the optical envelope, resulting in uneven brightness and uneven color differences. Digital image processing to compensate for distortion is also possible.

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. The projection system 10 can reduce the projection rate by using curved mirrors with optically corrected or uncorrected projection lenses or by using flat or curved mirrors with wide-angle projection lenses. The electronic compensator removes all geometric distortions including magnification chromatic aberration while correcting luminance or brightness unevenness, which was optional in the conventional method. The system of the present invention is no longer limited by the constraints that minimize optical distortion. In this case, there is an additional advantage that all the fine tuning can be performed in a digital manner rather than a complicated optical means. Combinations of multiple mirrors and / or image projectors (planar and / or curved) may allow for various modifications. The system of the present invention can be applied to both front and rear projection methods. Front and rear projection systems with low throw rates can be implemented.

Claims

In a projection system with a small throw ratio for displaying a distortion corrected optical image on a projection screen based on input image data representing an input optical image:

An electronic compensator for receiving input image data and generating predistorted image data representing a predistorted optical image;

A video projector having a display device connected to the electronic compensator for receiving predistorted image data and providing predistorted optical images; And

A reflective assembly comprising one or more mirrors, the reflective assembly being positioned on a light path of the predistorted optical image to produce a display optical image to be projected onto the projection screen;

The electronic compensator is suitable for predistorting the shape of the input optical image corresponding to the input image data, wherein the predistortion is based on predetermined image projection distortion description data, and the dictionary based on the predistortion image data. Providing a distorted optical image through an image projector and reflecting off the reflective assembly removes all optical and geometric alignment distortions from the displayed optical image;

The electronic compensator is adapted to modulate the input image data with the predistortion, thereby compensating for luminance variations due to optical components, optical paths and characteristics of the display device in accordance with the displayed optical image.

The method of claim 1, wherein the input image data includes primary color image data representing primary color optical images, and the electronic compensator independently predistorts the shape of each primary color image and forms predistorted primary color image data, respectively. Projection system characterized by eliminating optical and geometric distortions related to primary color optical images by projecting each pre-distorted primary color image onto a projection screen through an image projector and a reflection assembly, as it is suitable for compensating the optical refraction process of primary colors. .

The method of claim 2, wherein the image projector is

(Iii) a light emitting portion for producing parallel light;

(Ii) a spectrometer connected to said light emitting portion and splitting light into primary color light streams corresponding to light represented by pre-distorted primary color image data; And

(Iii) a display device positioned in front of the spectrometer to modulate the decomposed primary color streams with pre-distorted primary color image data; And

(Iii) an optical assembly disposed in front of the display device to project and focus a pre-distorted optical image onto a projection screen.

4. A projection system according to claim 3, wherein said light emitting portion is selected from the group consisting of a lamp and a laser, said display device is a micro-display device, and said optical assembly is a lens array.

4. The apparatus of claim 3, further comprising a plurality of display devices, wherein the spectroscope directs the decomposed primary light streams to the plurality of display devices, each display device directing each of the primary light streams to a corresponding primary color image data. And an optical assembly suitable for aligning and focusing all primary color images into a composite color optical image.

4. The projection system of claim 3, wherein the optical assembly of the image projector comprises astigmatism elements designed to compensate for focus astigmatism of the optical path of the predistorted optical image.

4. The projection system of claim 3, wherein the optical assembly of the image projector includes wide-angle lenses having one or both of uncorrected optical distortion and magnification chromatic aberration.

2. The method of claim 1, wherein the reflective assembly comprises one or more curved mirrors and planar mirrors suitable for correcting one or both of optical and shape distortions, wherein the reflective surfaces of the curved mirrors and the planar mirrors are characterized by Projection system, characterized in that located on the light path.

The projection system of claim 1, wherein the reflective assembly comprises a convex mirror, and the convex reflection surface of the convex mirror is located on an optical path of the pre-distorted optical image.

The projection system of claim 1, wherein the reflective assembly comprises a concave mirror, the concave reflecting surface of the concave mirror being located on a light path of the pre-distorted optical image.

The projection system of claim 1, wherein the curved mirror of the reflective assembly comprises a parabolic / hyperbolic mirror.

The projection of claim 1, wherein the reflective assembly comprises first and second curved mirrors, wherein the optical path of the pre-distorted optical image is reflected from the surface of the first curved mirror to the surface of the second curved mirror. system.

13. The method of claim 12, wherein the first curved mirror is a convex mirror and the second mirror is a concave mirror, wherein the optical path of the pre-distorted optical image is reflected from the convex surface of the first curved mirror to the concave surface of the second curved mirror. Characterized in a projection system.

2. The projection system of claim 1, wherein the reflective assembly comprises one or more curved mirrors and one or more planar mirrors to reduce the optical envelope.

2. The projection system of claim 1, wherein said electronic compensator, projector and reflector assembly are suitable for operation in a front projection configuration.

The projection system of claim 1, wherein said electronic compensator, projector and reflector assembly are suitable for operation in a rear projection configuration.

The projection system of claim 1, further comprising a pivot assembly for folding the optical assembly toward the projection screen plane to remove obstructions in front of the screen.

The method of claim 1, wherein the predistorted optical image is decomposed into two or more light paths, the mirror of the reflecting assembly being placed in each light path so that each light path includes different portions of the optical image being displayed. A projection system such that each of the portions is reflected in a different portion of the projection screen.

The projection system of claim 1, wherein there are two or more projection systems, each electronic correction device correcting different distortions of different portions of the image, and each projection system displaying different correction portions of the optical image on the projection screen. Projection system, characterized in that a combination of systems.

20. The apparatus of claim 18 or 19, wherein the other portions of the optical image displayed on the projection screen overlap slightly, and the electronic compensator smoothes the edges relative to the optical image to reduce or eliminate visible seams in the displayed optical image. Projection system, characterized in that.

A projection method having a small throw ratio for displaying a distortion corrected optical image on a projection screen based on input image data representing an input optical image:

Receiving pre-image data and generating pre-distortion image data representing a pre-distorted optical image;

Providing predistorted image data via an image projector having a display device;

(B) reflecting the predistorted optical image in a reflective assembly comprising one or more mirrors to produce a display optical image to project onto the projection screen; And

Pre-distorting the shape of the input optical image corresponding to the input image data, wherein the pre-distortion is based on predetermined image projection distortion description data, and the pre-distortion optical image based on the pre-distortion image data is Providing all the optical and geometric alignment distortions in the displayed optical image when provided through and reflected from the reflective assembly; And

Modulating the input image data with the predistortion, and compensating for luminance changes due to optical components, optical paths, and characteristics of the display device according to the displayed optical image.

22. The method according to claim 21, wherein the input image data includes primary color image data representing primary color optical images, independently predistorting the shape of the primary color image, and generating predistorted primary color image data to compensate for the optical refraction of each primary color. And projecting each pre-distorted primary color image onto the projection screen through an image projector and a reflective assembly eliminates optical and geometric distortions associated with the primary color optical image.

23. The display device according to claim 22, wherein in the step of providing a predistorted optical image through an image projector, a display device is formed for forming parallel light, decomposing the parallel light into primary color light streams, and modulating the predistorted primary color image data. And projecting and focusing the pre-distorted optical image onto the projection screen.

24. The apparatus of claim 23, wherein each of the primary color split streams is directed to a separate display device, wherein the display device simultaneously modulates each primary color stream with corresponding primary color image data and then converts each primary color image into a composite color optical image. Characterized in that it is suitable for orientation and focus.

22. The method of claim 21, further comprising placing astigmatism elements in the optical path of the predistorted optical image to compensate for focus astigmatism.

22. The method of claim 21, further comprising providing a wide-angle lens having one or both of uncorrected optical distortion and magnification chromatic aberration in the optical path of the predistorted optical image.

22. The method of claim 21, wherein the reflecting motion of the predistorted optical image in the reflective assembly comprises reflecting the predistorted optical image at the convex mirror surface.

22. The method of claim 21, wherein the reflecting operation of the predistorted optical image in the reflective assembly comprises reflecting the predistorted optical image at the concave mirror surface.

22. The method of claim 21, wherein the reflecting operation of the predistorted optical image in the reflective assembly comprises reflecting the predistorted optical image at the parabolic / hyperbolic mirror surface.

22. The method of claim 21, wherein the reflecting operation of the predistorted optical image in the reflective assembly comprises reflecting the predistorted optical image from the first curved mirror surface to the second curved mirror surface.

22. The method of claim 21, wherein the reflective operation of the predistorted optical image in the reflective assembly reflects the predistorted optical image from the surface of one of the curved mirror and the planar mirror to correct the optical or shape distortion to the remaining mirror surface. Characterized in that for reducing.

31. The method of claim 30, wherein the first curved mirror is a convex mirror and the second curved mirror is a concave mirror.

22. The method of claim 21, wherein the projection system is front projection.

22. The method of claim 21, wherein the projection system is rear projection.

22. The method of claim 21, further comprising folding the optical assembly toward the projection screen plane to remove obstructions in front of the screen.

22. The method of claim 21, wherein the predistorted optical image is decomposed into two or more light paths, wherein the mirror of the reflecting assembly is placed in each light path so that each light path includes different portions of the optical image being displayed. And causing each of the portions to be reflected in another portion of the projection screen.

22. The system of claim 21, wherein there are two or more projection systems, wherein each electronic compensator of each projection system corrects for other distortions of the other portions of the image, and each projection system adds another correction portion of the optical image to the projection screen. Displaying.

38. The method of claim 36 or 37, further comprising smoothing the edges of respective portions of the optical image to reduce or eliminate visible seams in the displayed optical image.

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