KR100908951B1 - 스테레오그래픽 프로젝션 시스템 - Google Patents

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Abstract

좌안 이미지 및 우안 이미지를 포함하는 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하는 프로젝션 시스템이 제공된다. 상기 프로젝션 시스템은 빔을 생성하는 광원과, 광빔을 우측 이미지 빔과 좌측 이미지 빔으로 분리하는 빔 스플리터와, 상기 스테레오그래픽 이미지를 생성하는 이미지 엔진 및, 프로젝션 렌즈를 포함한다. 상기 이미지 엔진은 상기 좌측 이미지 빔으로부터 상기 좌안 이미지를 생성하는 좌측 광로와 상기 우측 이미지 빔으로부터 상기 우안 이미지를 생성하도록 구성된 우측 광로를 포함하고, 상기 좌측 광로는 상류측 좌측 편광기와, 좌측 이미지 생성 요소 및, 하류측 좌측 편광기를 포함하며, 상기 우측 광로는 상류측 우측 편광기와, 우측 이미지 생성 요소 및, 하류측 우측 편광기를 포함한다.

Description

스테레오그래픽 프로젝션 시스템{STEREOGRAPHIC PROJECTION SYSTEM}
본 발명은 뷰잉(viewing) 표면상에 이미지를 표시하기 위한 프로젝터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 관찰자에 의하여 3차원으로서 지각 가능한 이미지를 투사하도록 구성된 프로젝터에 관한 것이다.
최근 몇 년간, 이미지 프로젝터들, 그리고 특히, 디지털 프로젝터들은 청중에게 많은 형태의 내용물을 투사하기 위한 도구로서, 인기가 증가되어 왔다. 통상적으로, 이러한 프로젝터들은 컴퓨터에서 발생된 이미지들을 뷰잉 표면상에 투사하기 위하여 사용된다. 이미지 프로젝터들은 사용자가 광범위한 크기의 양질의 이미지들을 청중에게 용이하게 표시할 수 있게 한다. 결과적으로, 이러한 프로젝터들은 현재 종종 회의실 및 다른 모임 시설에서 영구한 정착물로서 인식되고 있다.
통상적인 이미지 프로젝터들에 의해서 투사된 이미지들은 일반적으로 이미지의 필드의 깊이 외에 어떤 깊이의 표시 없이 평평하고 2차원으로 청중에게 나타난다. 이러한 표시는 많은 유형의 내용물에 적합할 수 있다. 그러나, 어떤 경우들에서, 2차원 표시로 가능한 것보다 더 좋은 정도를 위해 이미지에서 깊이 또는 구조의 특징들을 강조하는 것이 바람직할 수 있다.
2차원 이미지 표시에 깊이의 외형을 부여할 수 있는 한 방법은 이미지를 스 테레오그래픽적으로 표시하는 것에 의한 것이다. 보통 "3차원" 또는 "3-D" 이미지들로서 알려진 스테레오그래픽 이미지들은, 깊이 차원을 가지고 관찰자에게 나타난다. 이러한 이미지들은 사람 얼굴에 두 눈이 떨어져 있어 좌안 및 우안에 의해 보여질 때 3차원 물체의 외관에 근소한 차이점들을 흉내내도록 구성된 겹쳐진, 분리된 좌안 및 우안 이미지들을 포함한다. 좌안 및 우안 이미지들은, 좌안 이미지는 관찰자의 우안에 의해서 지각되지 않고, 우안 이미지는 좌안에 의해서 지각되지 않게 제공된다.
스테레오그래픽 이미지들은 오랫동안 영화, 책 및 다른 미디어에서 시각적 효과를 강화시키는 데 사용되어 왔다. 그러나 스테레오그래픽 이미지를 표현하는 현 방법들은 회의실 환경에서 사용하기에는 부적합하게 하는 몇 가지 결점이 있다. 예를 들면, 회의실 환경에서 스테레오그래픽 이미지가 표시되는 하나의 방법은 좌안 이미지와 우안 이미지를 투사하기 위하여 분리된 이미지 프로젝팅 시스템을 사용하는 것에 의한 것이다. 이러한 시스템은 스테레오그래픽 이미지를 형성하는 데는 성공적으로 사용될 수 있는 반면, 시스템의 비용과 무게는 하나의 프로젝터보다 훨씬 더 과중할 수 있다. 게다가, 두개의 프로젝터는 상대적으로 어렵고 시간 소비가 많은 광 배열이 필요할 수 있다. 또한, 이러한 시스템은 잠재적으로 어려운 이미지 배열 문제들뿐만 아니라 두개의 시스템의 무게와 부피로 인해 위치간에 이동하는 것이 특히 어려울 수 있다. 회의실의 정황에서, 이러한 결점들은 극복하기에 엄청나게 어렵다는 것을 입증할 수 있다. 그러므로, 회의실 환경에서 사용하기에 적합한 프리젠테이션들의 디스플레이를 위한 스테레오그래픽 프로젝션 시스템에 대한 요구는 그대로 남아있다.
좌안 이미지 및 우안 이미지를 포함하는 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 시스템이 제공된다. 상기 프로젝션 시스템은 광빔을 생성하도록 구성된 광원와, 광빔을 우측 이미지 빔 및 좌측 이미지 빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터와, 스테레오그래픽을 생성하도록 구성된 이미지 엔진 및 좌안 이미지 및 우안 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 렌즈를 포함한다. 상기 이미지 엔진은 좌측 이미지 빔으로부터 상기 좌안 이미지를 생성하도록 구성되고, 상류측 좌측 편광기와, 좌측 이미지 생성 요소와, 하류측 좌측 편광기를 포함하는 좌측 광로와, 우측 이미지 빔으로부터 상기 우안 이미지를 생성하도록 형성되고, 상류측 우측 편광기와, 우측 이미지 생성 요소와, 하류측 우측 편광기를 포함하는 우측 광로를 포함한다.
본 발명의 다른 양상은 좌안 이미지와 우안 이미지를 포함하며, 관찰자에 의해서 3차원으로 지각되도록 형성된 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 형성된 프로젝션 시스템을 제공한다. 상기 프로젝션 시스템은 광빔을 생성하도록 구성된 광원와, 광빔에 의해 방사될 때 교대로 좌안 이미지 및 우안 이미지를 생성하도록 구성된 이미지 소스와, 광빔의 극성을 분리시킴으로 인하여 광빔을 편광시키도록 구성된, 그로 인해 극성을 광빔으로 나눠주는, 편광기와, 교대로 광빔의 편광을 바뀌도록 구성된 가변 지연기를 포함한다. 상기 가변 지연기는 제1 상태 및 제2 상태를 가지며, 이미지 소스가 좌안 이미지를 생성하였을 때 제1 상태로 이미지 소스에 동기되고, 이미지 소스가 우안 이미지를 생성하였을 때 제2 상태로 이미지 소스에 동기된다.
본 발명의 다른 양상은 착탈 가능하게 프로젝션 시스템에 부착된 스테레오그래픽 어댑터를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 적절한 제1 대표적인 광학 시스템 개략도이다.
도 3은 제1 극성의 광의 프로젝션을 도시하는, 도 1의 실시예에 사용에 적절한 제2 대표적인 광학 시스템 개략도이다.
도 4는 제2 극성의 광의 프로젝션을 보여주는, 도 3의 광학 시스템 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 사시도이다.
도 6은 제1 극성의 광의 프로젝션을 보여주는, 도 5의 실시예에 사용에 적절한 대표적인 광학 시스템 개략도이다.
도 7은 제2 극성의 광의 프로젝션을 도시하는, 도 6의 광학 시스템 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 프로젝션 시스템(10)의 실시예를 도시한 것이다. 프로젝션 시스템(10)은 프로젝션 시스템(10)의 광학적 및 전기적 시스템을 수용하도록 구성된 본체(12) 및 광학적 및 전기적 시스템에 의해 형성된 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 렌즈(14)를 포함한다. 비록 프로젝션 시스템(10)을 도 1에 휴대용 데스크탑 크기의 시스템으로서 도시하였으나, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 어떤 다른 희망된 크기, 휴대용 또는 그밖에 크기일 수 있음을 알 것이다.
전술한 바와 같이, 때때로 종래의 프로젝션 시스템들로 가능한 것보다 더욱 세밀한 깊이 혹은 구조의 특징들을 보여주도록 이미지를 표시하는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 프로젝션 시스템(10)의 광학적 및 전기적 시스템들은 스테레오그래픽 이미지를 투사할 수 있게 구성된다. 스테레오그래픽 이미지는 겹쳐지나 좌안 이미지 및 우측의 분리된 이미지에 의해 생성된다. 좌안 및 우안 이미지들은 원근에 의하여 사람의 좌안 및 우안에 의한 3차원 물체의 지각에서 차이점들을 흉내내는 근소한 차이점들을 가지도록 구성된다.
좌안 이미지 및 우안 이미지는 일반적으로 우안 및 좌안에 의해 두개의 이미지를 구별될 수 있게 하는 서로 다른 광학적 특성들을 갖도록 투사된다. 예를 들면, 두개의 이미지들은 다른 컬러들로 투사될 수 있다. 이러한 경우에, 관찰자는 정확한 이미지만이 각각의 눈에 닿을 수 있게 각 눈 위에 컬러 필터를 착용할 수 있다.
스테레오그래픽 이미지를 형성하는 다른 방법은 서로 다른 극성들을 가지고 좌안 이미지 및 우안 이미지를 투사하는 것이다. 이 방법에서, 각 눈앞에 적절한 방위의 편광 필터의 사용은 좌안 및 우안에 의해 좌안 이미지 및 우안 이미지를 구별될 수 있게 한다. 편광으로 스테레오그래픽 이미지들을 투사하는 것은 서로 다 른 컬러들의 광으로 이미지를 형성하는 것보다 어떤 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 좌안 이미지 및 우안 이미지들을 구별하기 위한 극성의 사용은 각 이미지를 천연색으로 투사될 수 있게 한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 편광 복원 기술들은 투사된 이미지의 세기를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
도 2는 프로젝션 시스템(10)을 위한 제1 대표적인 광학 시스템 개략도를 (20)에 도시한 것이다. 광학 시스템(20)의 구성요소들은 광학 시스템(20)의 총체적인 광로를 따라 상대적인 순서로 아래에 기술된다. 우선, 광학 시스템(20)은 광선(23)으로 표시된, 광빔을 생성하도록 구성된 광원(22)을 포함한다. 통상적으로 광원(22)은 발측된 광 대부분을 광학 시스템(20)의 광로를 따라 지향되게 반사기 내에 위치한 램프를 포함한다. 광원(22)은 어떤 적당한 램프 유형을 포함할 수 있다. 예들은 다음으로 한정할 것은 아니나, 금속 할로겐 램프들 및 초고압 아크 램프들을 포함한다. 광학 시스템(20)은 또한 램프의 발광 스펙트럼들의 원하지 않는 부분을 필터링시키기 위해 IR(infrared) 필터 또는 UV(ultraviolet) 필터 같은 필터(24)를 포함할 수 있다.
광빔(23)은 광원에서 나갈 때 컬러 휠(26)을 보내질 수 있다. 컬러 휠은 모든 삼원색들에 대해 하나의 이미지 생성 요소의 사용을 통해 컬러 이미지들을 투사할 수 있게 하는데 사용되는 광학 필터링 장치이다. 컬러 휠은 통상적으로 그것의 외주변을 따라 서로 다른 컬러들의 다수 필터들을 가지는 둥글고 평탄한 디스크 형태를 취한다. 컬러 휠은 기 소정의 주파수로 회전하여 휠의 외주변을 따라 각 필터를 통해 순차적으로 광빔이 통과되게 한다. 이것은 컬러 휠의 하류측에 광빔의 컬러를 순차적으로 변화시킨다. 이어서, 프로젝션 시스템(10)의 이미지 소스(하기에서 더욱 상세히 설명될)는 광빔의 각 컬러마다 다른 이미지를 형성하고 컬러 휠과 동일한 주파수 및 이와 동기하여, 서로 다른 컬러에 대한 이미지들이 바뀌도록 구성된다. 따라서, 일련의 서로 다른 컬러 이미지들이 시리즈는 순차적으로 뷰잉 평면상에 투사된다. 충분히 고 주파수에서 수행했을 때, 이미지들은 하나의 컬러 이미지로 인간의 눈에 나타난다.
어떤 적절한 컬러 휠이든 컬러 휠(26)로 사용될 수 있다. 3색상 컬러 휠들로 알려진, 어떤 컬러 휠들은, 적색, 녹색, 청색광을 통과시키도록 구성된 필터들을 가진다. 4-색상 컬러 휠들로 알려진, 이외 다른 것들은, 3색상과 이에 더하여 전 가시 스펙트럼을 통과시키도록 구성된 투명한 무색 부분을 구비한다. 이것은 더 많은 광을 스크린에 전달될 수 있게 하고, 따라서, 밝기 높은 이미지 프로젝션이 될 수 있게 한다.
광빔(23)은 또한 원한다면 인터그레이터(28)를 통해 통과될 수 있다. 인터그레이터(28)는 빔의 폭에 걸쳐 광빔(23)의 세기 분포를 고르게 하도록 구성된 장치이고, 따라서, 투사된 스테레오그래픽 이미지에 우측의 폭에 걸쳐 더욱 고른 밝기를 제공한다. 인터그레이터(28)는 전형적으로 긴 투명한 봉 또는 속이 중공 부재 형태를 취하며 반사 내부 표면들을 가질 수도 있다. 광빔(23)이 인터그레이터(28)를 통과할 때, 광빔은 인터그레이터의 내부 표면들을 배수회 반사한다. 이것은 광을 혼합하고, 광빔(23)에게 빔의 폭에 걸쳐 더욱 고른 세기 분포를 준다. 한편, 인터그레이터(28)가 도시되었지만, 광학적으로 컬러 휠(26)의 하류측에 위치한 것으로, 인터그레이터는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 광학 시스템(20) 내에 어떤 이외 다른 적절한 위치에 위치할 수도 있음을 알 것이다.
광원(22), 필터(24), 컬러 휠(26), 인터그레이터(28), 중계(relay) 렌즈들(30), 반사경(32) 모두를 빔 생성 시스템으로 간주할 수 있다. 도시된 실시예의 빔 생성 시스템은 단지 대표적인 예이고, 본 발명의 범위에 벗어남이 없이 어떤 다른 적절한 빔 생성 시스템이 사용될 수 있음을 알 것이다.
인터그레이터(28)를 통해 통과한 후에, 광빔(23)은 다음으로 하나 또는 그 이상의 중계 렌즈(30) 및/또는 반사경들(32)을 경유해서, 34에 표시된 이미지 엔진으로 향해질 수 있다. 통상적으로, 이미지 엔진(34)은 광빔(23)으로부터 좌안 및 우안 이미지들을 형성하여 좌안 및 우안 이미지들을 프로젝션 렌즈(14)로 보내도록 구성된다. 하나의 광원이 사용되는 경우, 좌안 및 우안 이미지들이 형성되기 전에 광빔을 좌측 이미지 빔(38) 및 우측 이미지 빔(40)으로 분리시키기 위해 적절한 빔 스플리터(36) 사용될 수 있다. 빔 스플리터(36)는 도시된 바와 같이, 광학적으로 이미지 엔진(34)의 상류측에 위치할 수도 있고 또는, 더욱 상세히 하기에서 설명되는 이미지 엔진(34)에 일체화될 수도 있다.
도시된 실시예의 이미지 엔진(34)은 서로 다른 극성들의 광을 통해 좌안 이미지 및 우안 이미지를 투사하도록 구성된다. 도 2에서, 이것은 광빔(23)을 실선으로 나타낸 광선(38)으로 표시된 제1 극성의 제1 빔 및 점선으로 나타낸 광선(40)으로 표시된 제2 극성의 제2 빔으로 분리하기 위한 편광 빔 스플리터(36)의 사용을 통해 달성된다. 이어서, 제1 편광 빔(38)은 좌측 이미지-생성 요소(42)로 향하고, 제2 편광 빔(40)은 우측 이미지 생성 요소(44)로 향한다.
어떤 적절한 유형의 이미지 생성 요소이든 좌측 이미지-생성 요소 및 우측 이미지-생성 요소(44)에 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 각각의 이미지-생성 장치는 반사형 LCOS(liquid crystal on silicon) 패널 형태를 취한다. 통상의 액정 패널들처럼 LCOS 패널들은 화소 단위로, 입사된 편광 빔 부분들을 선택적으로 광학적 회전하는 것에 의해 작동한다. 이어서, 광빔이 하류측 편광기를 통해 통과하면, 이미지를 형성하기 위해 광빔의 회전 또는 비회전 부분들(편광기의 방위에 의존하는)이 필터링 된다. 그러므로, LCOS 패널들(혹은 보통 액정 패널들)을 사용하는 이미지 엔진은 통상적으로 광빔이 LCOS 패널로 향하기 전에 광빔을 편광시키기 위하여 광학적으로 액정 물질 상류측에 위치하는 편광기를 포함한다.
좌측 이미지-생성 요소(42) 및 우측 이미지-생성 요소(44)로서 LCOS 패널들의 사용은 다른 유형들의 이미지-생성 요소들의 사용에 비해 몇몇의 이점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 반사형 LCOS 패널들의 사용은 하나의 편광 빔 스플리터(36)를 빔 스플리터 뿐만 아니라 각 LCOS 패널에 대해 제1 광학적 상류측 편광기 및 제2 광학적 하류측 편광기로도 작용할 수 있게 한다. 빔 스플리터(36)로부터의 광은, 어떤 다른 반사경들 혹은 렌즈들의 사용 없이, 바로 뒤의 LCOS 패널들로부터, 빔 스플리터로 반사되므로 광학 시스템(20)에 더 적은 총 개수의 광 요소들을 사용하게 하며, 따라서 본체(12)내의 광학 시스템(20)에 의해 차지하는 공간을 축소할 수 있게 된다. 또한, LCOS 패널들은 어떤 투과형 LCD 패널들보다 더욱 합리적인 비용의 더 작은 픽셀 크기들을 제공할 수 있으므로, 시스템의 합리적인 비용을 유 지하면서도 투사된 스테레오그래픽 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있다. 한편, 편광 빔 스플리터는 양쪽 LCOS 패널들에 대한 상류측 및 하류측 편광기들로서 동작하나, 본 발명에 따른 프로젝터는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 상류측 편광기들, 하류측 편광기들 및 빔 스플리터들을 개별 구성요소들로 또한 가짐을 알 것이다. 게다가, 개개의 상류측 및 하류측 편광기들을 사용하는데 있어서, 빔 스플리터 외에, 이를테면, 50/50 빔 스플리터 또는 이색성(dichroic) 빔 스플리터가 만약 원한다면 사용될 수 있음을 알 것이다.
좌측 이미지 빔(38)이 좌측 이미지-생성 요소(42)에 비춰질 때, LCOS 패널 상에 활성화된 픽셀들을 비춰진 빔의 선택된 부분은 광학적으로 회전된다. 패널의 반사성 백킹(reflective backing)은 좌측 이미지 빔(38)을 편광 빔 스플리터(36)로 다시 반사시킨다. 좌측 이미지 빔(38)의 광학적으로 회전한 부분들은 편광 빔 스플리터(36)에 의해 프로젝션 렌즈(14)로 반사될 수 있고, 반면에 빔의 비회전 부분들은 프로젝션 렌즈들 쪽으로 반사되지 않는다. 마찬가지로, 우측 이미지 빔(40)이 우측 이미지-생성 요소(44)로 비춰질 때, 활성화된 픽셀들을 비추는 우측 이미지 빔의 선택된 부분들은 광학적으로 회전된다. 우측 이미지 빔(40)의 광학적으로 회전된 부분들은 편광 빔 스플리터(36)를 통해 통과하고 그 다음 프로젝션 렌즈(14)를 통과할 수 있다. 이러한 방식으로, 좌측 이미지 빔(38) 및 우측 이미지 빔(40)의 광학적으로 회전된 부분들은 겹쳐지게 투사되어 뷰잉 표면상에 스테레오그래픽 이미지를 형성한다. 그 다음 스테레오그래픽 이미지는 적절한 편광 필터들의 사용에 의해 보여질 수 있다. 한편 도시된 광학 시스템은 좌측 이미지-생성 요소 (42) 및 우측 이미지-생성 요소(44)로서 LCOS 패널들을 사용하나, 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 투과형 액정 패널들은 적절한 반사경들 및 렌즈들을 따라 패널들을 통해 좌측 이미지 빔 및 우측 이미지 빔을 지향시키는데도 사용될 수 있음을 알 것이다.
광학 시스템(20)은 간단하게 좌측 이미지-생성 요소들 및 우측 이미지-생성 요소들(44)로 동일한 원근의 좌안 및 우안 이미지들을 투사하는 것에 의해 일반적인 2차원 이미지들을 투사하도록 구성될 수도 있다. 듀얼 이미지-생성 요소들의 사용은 2-차원 이미지들의 디스플레이를 위해 싱글 이미지-생성 요소의 사용에 비해 어떤 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 2개의 패널들의 사용은 하나의 패널 배열보다 더 높은 밝기 효과물은 제공할 수 있다. 또한, 2개의 패널들의 사용은, 각 패널이 선택된 램프 와트수에 대해 단일의 패널보다 낮은 플럭스 로드를 받을 수 있으므로, 더 높은 와트수 광원이 사용될 수 있게 할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예는 좌안 이미지 및 우안 이미지를 동시에 투사하도록 구성된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 좌안 이미지 및 우안 이미지는 교대로 투사된다. 도 3 및 도 4에서 100에 도시된, 광학 시스템은 번갈아 좌안 및 우안 이미지들을 생성하도록 구성된다. 좌안 및 우안 이미지들의 교번 빈도수는 일반적으로 이미지들이 사람의 눈에 단일 스테레오그래픽 이미지임이기에 충분할 만큼 높다. 이것은 좌안 및 우안 이미지들간 향상된 콘트리스트 및 세기의 이점들을 제공할 수 있고, 액정 패널들의 DC-균형(DC-balancing)을 달성하는 편리한 방법을 제공할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 광학 시스템(100)은 통상적으로 도 2의 광학 시스템(20)과 동일한 다수의 구성요소들을 포함한다. 예를 들면, 광학 시스템(100)은 광선(104)으로서 개략적으로 도시된, 광빔을 생성하도록 구성된 광원(102)을 포함한다. 광학 시스템(100)은 또한 광빔(104)의 원하지 않는 부분들을 필터링하기 위한 UV/IR 필터(106) 및 컬러 휠(108)을 포함한다. 게다가, 광학 시스템(100)은 광빔(104)을 집광하기 위한 집광 렌즈(110), 제1 렌즈 어레이(array)(112), 제2 렌즈 어레이(114) 및 광빔을 더 수정하기 위한 PCA(116)를 포함한다.
다음에, PCA(116)으로부터의 광은 하나 또는 그 이상의 중계 렌즈들(118) 및 반사경들(120)을 경유해서 122에 표시된 이미지 엔진으로 향한다. 이미지 엔진(122)은 편광빔 스플리터(124), 좌측 이미지-생성 요소(126) 및 우측 이미지-생성 요소(128)를 포함한다. 이러한 구성요소들 외에, 광학 시스템(100)은 또한 클린-업(clean-up) 편광기(130) 및 이미지 엔진(122)의 광학적으로 상류측에 위치한 가변 지연기(132)(retader)를 포함한다. 클린-업 편광기(130)는 광빔(104)을 편광시키도록 구성되며, 가변 지연기(132)는 교대로 광빔(104)의 편광를 제1 편광과 제 2 편광 간에 바뀌도록 구성된다. 교대로 광빔(104)의 편광을 바꾸면 편광 빔 스플리터(124)는 교대로 광을 좌측 이미지-생성 요소(126) 및 우측 이미지-생성 요소(128)로 보내지게 한다. 이어서, 좌측 이미지-생성 요소(126) 및 우측 이미지-생성 요소(128)는, 최초 광빔(104)의 편광에 변화들에 동기되게, 좌안 및 우안 이미지를 교대로 생성하게 구성되고 이에 따라, 좌안 이미지 및 우안 이미지가 교대로 투사된다.
어떤 적절한 유형의 편광기가 클린-업 편광기(130)에 사용될 수 있다. 예들은 염료(dye-stuff) 시트 편광기들, 유선 그리드 편광기들, 또는 다른 편광 빔 스플리터를 포함한다. 유사하게, 가변 지연기(132)는 교대로 광빔의 편광을 바꿀 수 있는 어떤 적절한 장치일 수 있다. 적절한 가변 지연기의 일 예는 액정 셔터(shutter)이다.
통상적으로, 가변 지연기(132)는 적어도 두 가지 상태를 가진다 : 제1 상태는 입사한 편광이 회전되는 것 없이 통과하는 상태이고, 제2 상태는 입사한 편광이 대략 90도 정도로 회전하는 상태이다. 따라서, 가변 지연기(132)가 제1 상태에 있을 때, 가변 지연기를 빠져나오는 빔은, 도 3에 도시된 바와 같이, 좌측 이미지 빔(125)으로서 편광빔 스플리터(124)를 통과하게 하는 제1 편광을 갖는다. 마찬가지로, 가변 지연기(132)가 제2 상태에 있을 때, 가변 지연기를 빠져나오는 빔은, 도 4에 도시된 바와 같이, 우측 이미지 생성 요소(128)를 향한 우측 이미지 빔(127)으로서 편광 빔 스플리터에 의해 반사되게 하는 제2 편광을 갖는다. 이런 방법으로, 광학 시스템(100)은 싱글 프로젝션 렌즈를 통해 스테레오그래픽 이미지 프로젝션을 할 수 있게 한다. 도 2의 실시예와 같이, 좌측 이미지-생성 요소 및 우측 이미지 요소의 위치들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 반대로 되거나, 변경될 수도 있음을 알 것이다.
가변 지연기(132)의 사용은 이미지 세기가 편광 복원을 통해 증가될 수 있게 한다. 편광 복원은 편광되지 않은 광빔을 두개의 편광된 빔으로 분할하고 한 빔의 편광을 회전시켜 다른 빔의 편광에 맞추고, 이어서 이들 빔들을 단일의 편광된 빔 으로 재결합함으로써 수행된다. 따라서, 편광 복원은 편광된 광빔을 생성하기 위하여 일반적인 수동 필터의 사용에 비해 오직 작은 량의 세기의 손실을 가지는 편광된 광빔을 제공한다. 편광 복원 이외에, 스테레오그래픽의 밝기는 램프(102)의 전력 증가에 의해서 또한 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템(200)의 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 1의 실시예와 같이, 프로젝션 시스템(200)은 프로젝션 시스템(200)의 광학적 및 전기적 시스템을 수용하도록 구성된 본체(202) 및 광학적 및 전기적 시스템에 의해 형성된 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 렌즈(204)를 포함한다. 게다가, 프로젝션 시스템(200)은 스테레오그래픽이 아닌 이미지의 프로젝션에 프로젝션 시스템(200)이 사용될 수 있게 선택적으로 착탈할 수 있는, 206으로 도시된, 스테레오그래픽 어댑터를 포함한다. 스테레오그래픽 어댑터(206)는 스테레오그래픽 프로젝션 성능들을 제공하는, 후술하는 각종의 광학 구성요소들을 수용하도록 구성된 본체 또는 프레임(208)을 포함한다.
도 5의 실시예에 사용하기에 적합한 대표적인 광학 시스템을 도 6 및 도 7에 220으로 도시 하였다. 전술한 다른 실시예에서처럼, 광학 시스템(220)은 광선(223)으로 나타낸 광빔을 생성하도록 구성된 광원(222)을 포함한다. 광학 시스템(222)은 광빔(223)을 이미지-생성 요소(234)로 향하게 하기 위해서 UV 또는 IR 필터 같은 필터(224), 컬러 휠(226), 인터그레이터(228), 하나 또는 그 이상의 중계 렌즈들(230) 및 하나 또는 그 이상의 반사경들(232)을 또한 포함한다.
그러나, 전술한 다른 실시예들과는 달리 광학 시스템(220)은 각각의 좌안 이 미지 및 우안 이미지용의 개개의 이미지-생성 요소들이 아닌 하나의 이미지-생성 요소(234)를 가진다. 도시된 바와 같이, 이미지-생성 요소(234)는 DMD(digital micromirror device) 또는 LCOS 패널과 같은 반사형 이미지-생성 요소이다. 그러나, 어떤 적절한 반사경들 및/또는 렌즈들과 함께, 음극선관 또는 투과형 LCD 패널과 같은 어떤 다른 적절한 이미지-생성 장치가 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있음을 알 것이다. 광학 시스템(220)은 원한다면, 대물 렌즈(238)와 같은, 프로젝션 렌즈(204) 및 다른 렌즈들을 포함할 수도 있다.
도 6 및 도 7에 프로젝션 렌즈(204)의 광학적으로 하류측에 위치한 스테레오그래픽 어댑터(206)의 광학 구성요소들이 도시된다. 우선, 스테레오그래픽 어댑터(226)는 광빔이 프로젝션 렌즈(204)를 빠져나갈 때 광빔(223)을 편광시키도록 구성된 클린-업 편광기(240)를 포함한다. 클린-업 편광기(240)의 하류측에, 광학 시스템(220), 교대로 광의 극성을 바꾸도록 구성된 가변 지연기(242)를 또한 포함한다. 도 3 및 도 4의 실시예에 대해 전술한 바와 같이, 가변 지연기(242)는 통상적으로 적어도 두 개의 상태를 가지는데, 그 중 하나 상태는 도 6에 도시된 바와 같이, 하나는 회전 없이 편광의 입사빔을 통과시키는 것이고, 다른 하나는 도 7에 도시된 바와 같이, 편광의 입사빔을 거의 90도(이외 적절한 양)로 광학적으로 회전하는 것이다. 가변 지연기(242)는 이러한 두 개의 상태를 교대로 전환하도록 구성되고, 이에 의해 가변 지연기를 통과한 광의 극성이 시간의 함수로서 교번하게 된다. 스테레오그래픽 어댑터(206)는 프로젝터의 본체(202)상의 상대측(complementary) 커넥터들과 짝이 맞고 클린-업 편광기(240) 및/또는 가변 지연기(242)를 제어하게 하 는, 전기적 및/또는 기계적 커넥터들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
이미지-생성 요소(234)는 가변 지연기(242)의 상태의 변경에 동기되게, 좌안 이미지 및 우안 이미지들을 교대로 생성하도록 구성된다. 즉, 이미지-생성 요소(234)는 가변 지연기(242)가 제1 상태일 때마다 좌안 이미지를 생성하고, 가변 지연기(242)가 제2 상태일 때마다 우안 이미지를 생성하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 좌안 및 우안 이미지들은 뷰잉 표면에 교대로 투사된다. 교번하는 빈도수가 충분히 빠를 때, 좌안 및 우안 이미지들은 싱글 스테레오그래픽 이미지로 구성하도록 관찰자에게 나타날 수 있다.
한편, 도시된 실시예에서 스테레오 어댑터(206)는 프로젝션 렌즈(204)로부터 착탈 가능한 것으로서 보였으나, 원한다면 스테레오그래픽 어댑터가 제거될 수 없게 구성될 수도 있음을 알 것이다. 게다가, 클린-업 편광기(240) 및 가변 지연기(242)는 광학 시스템(220)내의 다른 곳에도 위치될 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 클린-업 편광기(240) 및 가변 지연기(242)는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 이미지-생성 요소(234) 및 프로젝션 렌즈(236) 사이에, 또는 이미지-생성 요소(234)의 광학적으로 상류측에 위치할 수도 있다.
착탈 가능한 스테레오그래픽 어댑터(206) 내에 클린-업 편광기(240) 및 가변 지연기(242)의 배치는, 스테레오그래픽 어댑터가 스테레오그래픽이 아닌 프로젝션 시스템을 스테레오그래픽 프로젝션 시스템으로 전환하는데 사용될 수 있다는 이점을 제공한다. 스테레오그래픽이 아닌 프로젝션 시스템을 가변 지연기(242)에 동기하여 좌안 및 우안 이미지들을 교대로 투사하게 하는 적합한 소프트웨어가 제공될 수 있다.
위에 개시한 바는 유용성을 가지는 복수의 개별적인 발명들을 포괄하는 것이다. 이들 발명들 각각을 이의 바람직한 형태로 개시하였으나, 여기 개시하고 예시한 특정의 실시예들은 수많은 변형이 가능하므로 한정의 의미로 간주해서는 안 된다. 본 발명들의 주 요지는 여기 개시된 다양한 요소들, 특징들, 기능들 및/또는 특성들의 모든 신규하고 비자명적인 조합들 및 부-조합들을 포함한다. 이러한 청구항들은 하나 이상의 이러한 구성요소들을 포함하는 것으로서, 둘 이상의 이러한 구성요소들을 요하는 것도 아니고 배제하지도 않는 것임을 알아야 한다.
다음의 청구항들은, 본 개시된 발명들 중 하나에 관한 것이며 신규하고 비자명적인 어떤 조합들 및 부-조합들에 대응하는 것이다. 특징들, 기능들, 요소들 및/또는 특성들의 다른 조합들 및 서브-조합들로 구현된 발명들은, 본 청구항들의 보정을 통해서, 혹은 본 출원이나 관련 출원에 신설 청구항들을 기재하여 청구될 수도 있다. 이러한 보정 혹은 신설된 청구항들은, 이들이 다른 발명에 관한 것이건 아니면 동일 발명에 관한 것이건 간에, 원 청구항들의 범위와 다르거나, 넓거나 혹은 같거나 간에, 본 명세서의 발명들의 주 요지 내에 포함되는 것으로 간주된다.

Claims (36)

  1. 좌안 이미지와 우안 이미지를 포함하는 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 시스템에 있어서,
    광빔을 생성하도록 구성된 광원;
    상기 광빔을 상이한 극성의 우측 이미지 빔과 좌측 이미지 빔으로 분리하도록 구성된 편광 빔 스플리터;
    상기 좌안 이미지를 생성하도록 구성된 좌측 이미지-생성 요소와 상기 우안 이미지를 생성하도록 구성된 우측 이미지-생성 요소를 포함하여 상기 스테레오그래픽 이미지를 생성하도록 구성되고, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 좌측 이미지 빔을 상기 좌측 이미지-생성 요소로 향하게 하고 상기 우측 이미지 빔을 상기 우측 이미지-생성 요소로 향하게 하도록 구성되며, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 좌안 이미지와 우안 이미지를 생성 후 상기 좌측 이미지 빔과 상기 우측 이미지 빔을 재결합하도록 구성된, 이미지 엔진;
    상기 좌안 이미지와 상기 우안 이미지를 상기 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 렌즈;
    상기 편광 빔 스플리터의 광학적으로 상류측에 위치되어 편광된 광빔을 출력하도록 구성된 클린-업(clean-up) 편광기; 및
    상기 클린-업 편광기와 상기 편광 빔 스플리터 사이에 광학적으로 위치되어 상기 편광된 광빔의 편광을 교대로 변경하도록 구성된 가변 지연기(retarder)를 포함하는 프로젝션 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 좌측 이미지-생성 요소는, 좌안 이미지를 형성하기 위하여 좌측 이미지 빔의 선택된 부분을 광학적으로 회전시키도록 구성되고, 상기 우측-이미지 생성 요소는, 우안 이미지를 형성하기 위하여 우측 이미지 빔의 선택된 부분을 광학적으로 회전시키도록 구성된, 프로젝션 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터는 상기 좌측 이미지 빔과 상기 우측 이미지 빔을 재결합한 후 상기 좌측 이미지 빔과 우측 이미지 빔을 상기 프로젝션 렌즈로 향하게 하도록 구성된, 프로젝션 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 좌측 이미지-생성 요소는 좌안 이미지를 형성하기 위하여 좌측 이미지 빔의 일부분들을 선택적으로 광학적으로 회전하도록 구성되며, 상기 우측 이미지-생성 요소는 우안 이미지를 형성하기 위하여 우측 이미지 빔의 일부분들을 선택적으로 광학적으로 회전하도록 구성된, 프로젝션 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 좌측 이미지-생성 요소 및 우측 이미지-생성 요소는 액정 요소들인, 프로젝션 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 액정 요소들은 LCOS(liquid crystal on silicon) 요소들인, 프로젝션 시스템.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 좌안 이미지 및 상기 우안 이미지는 뷰잉 표면상에 교대로 투사되는, 프로젝션 시스템.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터는 가변 지연기로부터 입사한 광을 좌측 광로 및 우측 광로를 따라 교대로 향하게 하도록 구성된, 프로젝션 시스템.
  15. 관찰자에 의하여 하나의 3차원 이미지로 지각되도록 구성된 좌안 이미지와 우안 이미지를 포함하는 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 데스크탑 프로젝션 시스템에 있어서,
    본체;
    상기 본체 내에 배치되고, 광빔을 생성하도록 구성된 광원;
    상기 본체 내에 배치되고, 상기 광빔을 좌측 이미지 빔과 우측 이미지 빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 본체 내에 배치되고, 상기 좌측 이미지 빔에 의해 조사될 때 상기 좌안 이미지를 생성하고 상기 좌측 이미지 빔을 상기 빔 스플리터를 향해 다시 반사하도록 구성된 좌측 이미지-생성 요소;
    상기 본체 내에 배치되고, 상기 우측 이미지 빔에 의해 조사될 때 상기 우안 이미지를 생성하고 상기 우측 이미지 빔을 상기 빔 스플리터를 향해 다시 반사하도록 구성된 우측 이미지-생성 요소;
    상기 좌측 이미지 빔과 우측 이미지 빔을 상기 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 렌즈;
    상기 빔 스플리터의 광학적으로 상류측에 위치되어 편광된 광빔을 출력하도록 구성된 클린-업 편광기; 및
    상기 클린-업 편광기와 상기 빔 스플리터 사이에 광학적으로 위치되어 상기 편광된 광빔의 편광을 교대로 변경하도록 구성된 가변 지연기를 포함하는 데스크탑 프로젝션 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 좌측 이미지-생성 요소와 상기 우측 이미지-생성 요소 중 적어도 하나는 액정 요소인, 데스크탑 프로젝션 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 액정 요소는 LCOS(liquid crystal on silicon) 요소인, 데스크탑 프로젝션 시스템.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 편광 빔 스플리터인, 데스크탑 프로젝션 시스템.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 좌측 이미지 빔과 우측 이미지 빔을 좌측 이미지-생성 요소 및 우측 이미지-생성 요소의 광학적 하류측에서 재결합하도록, 그리고 좌측 이미지 빔 및 우측 이미지 빔을 상기 프로젝션 렌즈를 향하게 하도록 구성된, 데스크탑 프로젝션 시스템.
  20. 관찰자에 의하여 하나의 3차원 이미지로 지각되도록 구성되고 좌안 이미지와 우안 이미지를 포함하는 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 시스템에 있어서,
    광빔을 생성하도록 구성된 광원;
    상기 스테레오그래픽 이미지를 상기 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 렌즈;
    상기 광원과 프로젝션 렌즈 사이에 광학적으로 배치되며, 광빔을 편광된 좌측 이미지 빔 및 편광된 우측 이미지 빔으로 분리시키도록 구성된, 편광 빔 스플리터;
    상기 편광 빔 스플리터와 상기 프로젝션 렌즈 사이에 광학적으로 배치된 것으로, 상기 좌안 이미지를 생성하고, 상기 좌측 이미지 빔을 상기 편광 빔 스플리터로 다시 향하게 하도록 구성된, 좌측 이미지-생성 요소;
    상기 편광 빔 스플리터와 상기 프로젝션 렌즈 사이에 광학적으로 배치된 것으로, 상기 우안 이미지를 생성하고, 상기 우측 이미지 빔을 상기 편광 빔 스플리터로 다시 향하게 하도록 구성된, 우측 이미지-생성 요소;
    상기 편광 빔 스플리터의 광학적으로 상류측에 위치되어 편광된 광빔을 출력하도록 구성된 클린-업 편광기; 및
    상기 클린-업 편광기와 상기 편광 빔 스플리터 사이에 광학적으로 위치되어 상기 편광된 광빔의 편광을 교대로 변경하도록 구성된 가변 지연기를 포함하는 프로젝션 시스템.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터는 프로젝션을 위해 좌측 이미지 빔과 우측 이미지 빔을 재결합하도록 구성된, 프로젝션 시스템.
  22. 삭제
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 좌측 이미지 빔이 상기 좌측 이미지-생성 요소로 향하게 되고, 교대로, 상기 우측 이미지 빔이 상기 우측 이미지-생성 요소로 향하게 되는, 프로젝션 시스템.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 관찰자에 의하여 하나의 3차원 이미지로 지각되도록 구성되고 좌안 이미지와 우안 이미지를 포함하는 스테레오그래픽 이미지를 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 시스템에 있어서,
    광빔을 생성하도록 구성된 광원;
    상기 광빔에 의해 조사될 때 상기 좌안 이미지 및 상기 우안 이미지를 교대로 생성하도록 구성된 이미지 엔진;
    상기 광빔을 편광시키도록 구성되어서 상기 광빔에 극성을 주는 클린-업 편광기; 및
    상기 클린-업 편광기의 광학적으로 하류측에서 위치되고, 상기 광빔의 극성을 교대로 변경하도록 구성되며, 제1 상태 및 제2 상태를 가지고, 상기 이미지 엔진이 상기 좌안 이미지를 생성시 제 1상태로 상기 이미지 엔진에 동기되도록, 상기 이미지 엔진이 상기 우안 이미지 생성시 제 2상태로 상기 이미지 엔진에 동기되도록 구성된 가변 지연기를 포함하는 프로젝션 시스템.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 가변 지연기는 상기 이미지 엔진의 광학적 상류측에 위치된, 프로젝션 시스템.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 이미지 엔진은 상기 좌안 이미지를 생성하도록 구성된 좌측 이미지-생성 요소와 상기 우안 이미지를 생성하도록 구성된 우측 이미지-생성 요소를 포함하는, 프로젝션 시스템.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 좌측 이미지-생성 요소 및 상기 우측 이미지-생성 요소는 LCOS 요소들인, 프로젝션 시스템.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 가변 지연기의 광학적으로 하류측에 위치된 편광 빔 스플리터를 더 포함하고, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 광빔을 좌측 이미지 빔과 우측 이미지 빔으로 분리하여, 상기 좌측 이미지 빔을 상기 좌측 이미지-생성 요소로 향하게 하고 상기 우측 이미지 빔을 상기 우측 이미지-생성 요소로 향하게 하며, 상기 좌측 이미지 빔과 우측 이미지 빔을 재결합하고, 재결합된 좌측 이미지 빔과 우측 이미지 빔을 프로젝션 렌즈로 향하게 하도록 구성된, 프로젝션 시스템.
  31. 제 26항에 있어서,
    상기 가변 지연기는 상기 이미지 엔진의 광학적으로 하류측에 위치한, 프로젝션 시스템.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 이미지 엔진은 상기 좌안 이미지 및 상기 우안 이미지를 교대로 생성하도록 구성된 하나의 이미지-생성 요소를 포함하는, 프로젝션 시스템.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 이미지-생성 요소는 디지털 마이크로미러 장치인, 프로젝션 시스템.
  34. 제 26항에 있어서,
    상기 가변 지연기는 액정 셔터인, 프로젝션 시스템.
  35. 제 26항에 있어서,
    상기 좌안 이미지와 상기 우안 이미지를 상기 뷰잉 표면상에 투사하도록 구성된 프로젝션 렌즈를 더 포함하고, 상기 클린-업 편광기 및 상기 가변 지연기는 상기 프로젝션 렌즈의 하류측에서 상기 프로젝션 시스템에 제거 가능하게 장착되도록 구성된, 프로젝션 시스템.
  36. 스테레오그래픽이 아닌 프로젝션 시스템에 스테레오그래픽 프로젝션 성능을 부여하기 위해, 광빔을 생성하도록 구성된 광원과 상기 광빔에 의해 조사될 때 전체 광빔으로부터 좌안 이미지와 우안 이미지를 교대로 생성하도록 구성된 이미지 소스를 포함하는 프로젝션 시스템에 부착되도록 구성된, 스테레오그래픽 어댑터에 있어서,
    프레임;
    상기 프레임 내에 배치되고, 상기 광빔이 상기 프로젝션 시스템을 떠난 이후에 상기 광빔에 극성을 부여하도록 구성되는, 클린-업 편광기; 및
    상기 클린-업 편광기의 광학적으로 하류측에서 프레임 내에 위치되고, 상기 이미지 소스에 동기화된, 상기 광빔의 극성을 교대로 광학적으로 회전시키도록 구성되는, 가변 지연기를 포함하는 스테레오그래픽 어댑터.
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