KR20030048028A - 3차원 입체 디스플레이 시스템 - Google Patents

3차원 입체 디스플레이 시스템 Download PDF

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KR20030048028A
KR20030048028A KR10-2003-7003391A KR20037003391A KR20030048028A KR 20030048028 A KR20030048028 A KR 20030048028A KR 20037003391 A KR20037003391 A KR 20037003391A KR 20030048028 A KR20030048028 A KR 20030048028A
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projection
lens
light beam
mirror
axis
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Application number
KR10-2003-7003391A
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도르발릭케이
토마스마이클
바로우제인
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액츄앨리티 시스템즈, 인크.
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Publication date
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Abstract

본 발명은 광릴레이, 모터, 그 모터에 결합된 지지 구조, 그 지지 구조상에 배치된 투영 스크린, 및 투영 옵틱을 포함하는 입체 디스플레이 시스템을 특징으로 한다. 투영 옵틱은, 동작 중에, 광릴레이로부터 광빔을 수광하여 그 광빔을 투영 스크린에 투영시킨다. 또한, 모터는 지지 구조와, 투영 스크린과, 투영 옵틱을 회전축에 대하여 회전시킨다.

Description

3차원 입체 디스플레이 시스템{VOLUMETRIC DISPLAY SYSTEM}
입체 디스플레이는 볼륨감(volume-filling) 있는 영상을 생성하는 3차원 디스플레이 기술의 한 분야이다. 통상적으로, 입체 디스플레이는 자동 입체적(autostereoscopic) 디스플레이이다. 즉, 이 디스플레이는 부수적인 안경류없이 3차원을 표시하는 영상을 생성한다.
일부 입체 디스플레이는 영상 볼륨 안의 일련의 위치로부터 빛을 방출하거나 분산시킬 때 시공간적 멀티플렉싱을 채용함으로써 3차원 영상을 생성한다. 다시 말해서, 소수개의 발광 소자(예컨대, 레이저, 프로젝터 픽셀 등)는 전체적인 입체 리프레시율(refresh rate)보다 더 높은 주파수에서 동작되고 그 빛이 회전면에 촬상된다. 잔상은 회전면에 의해 일소된 볼륨의 상이한 시공간적 위치에서 형성된 영상 슬라이스를 통합하므로, 관찰자는 볼륨감있는 3차원 영상을 인식한다.
회전 스크린에 투영된 일련의 영상들의 시각적 통합에 의해 3차원 영상이 인식되는 입체 디스플레이의 개념은 적어도, 1950년대 말부터 있었다. 1958년도에, 맥스 히르쉬(Max Hirsch)는 "제너러스코프(generescope)"에 대하여 특허 출원하였으며, 이 출원에서 음극선관(CRT)의 표면상에 형성된 영상은 후방 투영 스크린에 촬상되는 잠만경같은 구성에 의해 릴레이된다. 제너러스코프에 있어서, CRT, 미러 및 스크린은 함께 회전한다. 릴레이 미러를 회전시키는 이러한 구성에서는 투영 스크린 각에 대해 투영광 경로 길이가 변하지 않는다. 이 때문에, 히르쉬는 1961년에 미국 특허 제2,967,905호를 특허받았다.
"New Display Gives Realistic 3-D Effect,"(1960년 10월 31일 pp.66-67)이라는 제목의 1960 Aviation Week 논문에는 ITT 연구소에서 개발한 3차원 디스플레이가 기재되어 있다. 이 디스플레이는, CRT의 표면상에 형성된 일련의 2차원 영상이 투영 스크린과 함께 회전하는 미러의 구성에 의해 회전 투영 스크린에 릴레이되므로써, 투영 스크린 각도에 대해 투영광 경로 길이가 변하지 않는다는 점에서 상기 히르쉬의 디스플레이와 유사하다. 그러나, ITT 디스플레이는 고정된 CRT와 프론트 엔드 광학 소자를 채용한다. 이러한 구조의 한가지 결과는 투영 스크린이 회전할 때 CRT의 영상이 그 투영 스크린의 면에서 회전한다는 것이다.
유사하게 방사상으로 연장된 릴레이 옵틱(relay optic)을 채용하는 기타 입체 디스플레이로서, 배치코(Batchko)의 특허(미국 특허 제5,148,310호)와, 차오(Tsao) 등의 특허(미국 특허 제5,754,147호, 제5,954,414호)에 기재되어 있는 입체 디스플레이가 있다. 배치코의 특허에는 고정되어 있는 벡터 주사 방식의 레이저 조사원(照射原)에 의해 회전 스크린이 조사되는 입체 디스플레이가 개시되어 있다. 차오와 공동 발명자들은 투영기의 영상이 투영 스크린 면에서 회전하는 것을 막기 위해서 스크린의 각도 주파수의 절반값에서 회전하는 k 미러 시스템을 이용한다.
5 USC §119(e)(1)에 의거하여, 본 출원은 2000년 9월 7일에 출원한 미국 가출원 제60/230,972호의 우선권을 주장하며, 이 우선권의 내용은 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 3차원 디스플레이에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 3차원 입체 디스플레이에 관한 것이다.
도 1은 입체 디스플레이의 사시도이다.
도 2a는 프론트엔드 옵틱과 투영 엔진 일부의 사시도이다.
도 2b는 프론트엔드 옵틱과 투영 엔진 일부의 평면도이다.
도 3은 백엔드 옵틱과 모터의 사시도이다.
도 4는 투영 렌즈의 측면도이다.
도 5는 투영 시스템의 비절곡 광경로를 나타낸 도면이다.
이들 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
본 발명은 3차원의 볼륨감있는 영상을 생성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 입체 디스플레이 시스템은 일련의 2차원 영상을 급회전하는 투영 스크린에 투영함으로써 입체 영상을 생성한다. 인간의 시각계의 지속성이 이들 2차원 영상 슬라이스를 3차원의 볼륨감있는 영상으로 통합시킨다.
개괄적으로, 기술적 특징에 있어서, 본 발명은, 광릴레이(optical relay), 모터, 그 모터에 결합된 지지 구조, 그 지지 구조에 위치하는 투영 스크린, 및 투영 옵틱을 포함하는 입체 디스플레이 시스템을 특징으로 한다. 동작 중에, 투영 옵틱은 광릴레이로부터 광빔을 수광하여 그 광빔을 투영 스크린에 투영시킨다. 또한, 모터는 지지 구조와, 투영 스크린 및 투영 옵틱을 회전축에 대하여 회전시킨다.
디스플레이 시스템의 실시예들은 다음의 특징들을 포함할 수 있다.
디스플레이 시스템은 회전축상에 위치하는 투영 옵틱을 더 포함할 수 있다.
투영 옵틱은 또한 투영 렌즈일 수 있다. 일부 실시예에서, 투영 렌즈는 렌즈축을 가지며, 그 렌즈축과 회전축은 약 10°미만의 각을 형성한다. 또한, 그 각은 4.9∼5.0°일 수 있다. 투영 렌즈는 3중 렌즈(triplet lens)일 수 있다.
디스플레이 시스템은 평면을 형성하는 투영 스크린을 더 포함하고, 이 투영스크린은 회전축이 그 투영 스크린에 의해 형성된 평면에 놓이도록 지지 구조상에 위치한다.
시스템은 또한 지지 구조상에 배치된 제1 및 제2 미러를 포함할 수 있다. 동작 중에, 모터는 제1 및 제2 미러를 회전축에 대하여 회전시킨다. 또한, 제1 미러는 투영 옵틱으로부터 광빔을 수광하여 그 광빔을 제2 미러에 향하게 하고, 제2 미러는 그 광빔을 투영 스크린에 향하게 한다.
이 시스템은 또한 지지 구조상에 배치된 제3 미러를 포함할 수 있다. 동작 중에, 모터는 제3 미러를 회전축에 대하여 회전시키고, 제3 미러는 제2 미러로부터 광빔을 수광하여 그 광빔을 투영 스크린으로 향하게 하다.
일부 실시예에서, 지지 구조는 홀(hole)을 구비한 플랫폼일 수 있고, 투영 렌즈는 그 홀 내부에 장착될 수 있다.
또한, 광릴레이는 릴레이 렌즈 및 필드 렌즈(field lens)를 포함할 수 있다. 동작 중에 릴레이 렌즈는 광원으로부터 광빔을 수광하여 그 광빔을 필드 렌즈에 릴레이하고, 필드 렌즈는 그 광빔을 투영 렌즈에 릴레이한다.
개괄적으로, 다른 기술적 특징에 있어서, 본 발명은 볼륨감있는 영상을 형성하는 방법을 제공한다. 그 방법은 (i) 투영 옵틱과 투영 스크린을 회전축에 대하여 회전시키는 단계와, (ii) 고정된 광원으로부터 광빔을 공급하는 단계와, (iii) 광빔을 투영 옵틱을 통하여 투영 스크린에 투영시키는 단계를 포함한다.
이 방법의 실시예들은 또한 다음의 특징들을 포함할 수 있다.
투영 옵틱은 렌즈축이 있는 투영 렌즈일 수 있고, 상기 방법은 렌즈축과 회전축간의 각이 10°미만이 되도록 투영 렌즈를 경사지게 하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법은 또한, 제1 및 제2 미러를 회전축에 대하여 회전시키는 단계를 포함한다. 게다가, 투영 옵틱은 광빔을 제1 미러상에 투영시킬 수 있고, 제1 미러는 그 광빔을 제2 미러에 향하게 하며, 제2 미러는 그 광빔을 투영 스크린에 향하게 할 수 있다.
일부 실시예들은 또한 제3 미러를 회전축에 대하여 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 제3 미러는 제2 미러로부터 광빔을 수광할 수 있고 그 광빔을 투영 스크린에 향하게 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 방법은 광원으로부터 광빔을 광릴레이를 이용해서 투영 옵틱에 향하게 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 광릴레이는 미러를 포함할 수 있고, 상기 방법은 미러를 조절해서 광빔을 투영 스크린의 중심에 향하게 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들의 세부 사항은 첨부 도면과 함께 이하의 내용에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 하기의 설명과 도면 및 청구 범위로부터 명백해 질 것이다.
본 발명을 구현하는 3차원 입체 디스플레이는 2개의 기본적인 부분, 즉, 영상을 공급하고 릴레이하는 프론트엔드부와 그 영상을 관찰자에게 전달하는 백엔드부로 된 투영 시스템을 포함한다. 프론트엔드는 고정적이고, 관측 공간(viewing volume) 아래에 설치되며, 시청자에게 보이지 않는다. 프론트엔드는 컴퓨터로부터 데이터와 명령어를 수신하고 처리하여 영상을 생성한다. 컴퓨터는 또한 사용자 인터페이스이다. 백엔드부는 프론트엔드부 위에 배치되어 있는 플랫폼 위에 장착되거나 플랫폼에 결합되어 동작 중에 플랫폼과 함께 회전한다. 백엔드부는 프론트엔드부가 공급하는 영상을 스크린에 전달하는데, 이 스크린은 플랫폼 위에 설치되며 역시 플랫폼과 함께 회전한다.
도 1은 입체 디스플레이(100)의 일실시예를 나타내고 있다. 입체 디스플레이는 기판(110)과, 그 기판 위에 장착된 투영 시스템(120)과, 프론트엔드 투영 옵틱(도시 생략)과, 시스템 전자 장치(130), 및 프레임없는 DC 모터(도시 생략)를 포함한다. 또한, 기판(110)에는 케이스가 장착되는데, 이 케이스는 기판(110)상에 장착된 전술한 구성 요소들을 둘러싸서, 그 구성 요소들을 보호하며 외부에서 보이지 않게 한다. 시스템 전자 장치(130)에는 컴퓨터가 인터페이스(150)를 통해 접속된다.
원형 플랫폼(160)이 상기 투영 시스템(120)과 프론트엔드 투영 옵틱 위에 배치된다. 플랫폼(160)은 프레임없는 DC 모터의 환형 샤프트상에 동심으로 장착된다. 동작 중에 모터는 샤프트와 플랫폼(160)을 회전축(170)에 대하여 회전시킨다. 백엔드 투영 옵틱(180)의 일부와 투영 스크린(190)이 플랫폼(160)상에 장착되며, 역시 동작 중에 회전축(170)에 대하여 회전한다. 투명 돔(195)은 플랫폼(160)의 둘레에 설치된 플랜지에 끼워져서, 투영 스크린(190)과 백엔드 옵틱(180)을 둘러싼다. 돔(195)도 역시 동작 중에 회전한다. 두번째 돔(도시 생략)이 돔(195)를 둘러싼다. 두번째 돔은 동작 중에 회전하지 않는다.
입체 디스플레이(100)는 다음과 같이 동작한다. 호스트 컴퓨터가 영상 데이터와 명령어를 인터페이스(150)를 통해 디스플레이(100)에 전달한다. 시스템 전자 장치(130)는 이 정보를 복셀(voxel) 데이터로 되게 처리하여 그 처리된 데이터를 디스플레이에 필요할 때까지 그래픽 메모리에 저장한다. 필요할 때, 시스템 전자 장치(130)는 영상 정보를 투영 엔진에 전달하고, 그 투영 엔진(120)은 광빔을 공간적으로 조절함으로써 그 영상 정보를 광 정보로 변환한다. 광빔은 투영 엔진을 빠져 나오고, 프론트엔드 투영 옵틱은 그 빔을 축(170)상에서 플랫폼(160)을 향하게 한다. 프론트엔드 투영 옵틱은 투영 렌즈를 통해서 광빔을 포커싱하는 일련의 렌즈와 미러를 포함하며, 상기 투영 렌즈는 프레임없는 DC 모터의 환형 샤프트와 플랫폼(160)의 홀 안에 설치된다. 플랫폼(160)상에 장착된 일련의 미러들은 광빔을 투영 스크린(190)에 릴레이하고, 그 광빔은 2차원 영상을 형성한다.
모터는 적어도 플랫폼(160)과 백엔드 투영 옵틱 및 투영 스크린(190)을 약600 rpm으로 회전시킨다. 모터는 이들 구성 요소 모두를 동일한 각속도로 회전시킨다. 시스템 전자 장치와 투영 엔진(120)은 2차원 영상을 초당 적어도 약 4,000회 리프레시한다. 각각의 2차원 영상은 3차원 입체 영상의 "영상 슬라이스"를 형성한다. 이러한 투영율 및 회전율에서 인간의 시각계는 그 "영상 슬라이스"를 볼륨감있는 3차원 영상으로 인지적으로 융합한다.
투영 시스템은 케이스(140)와 돔(195) 내부의 매우 제한된 공간에 장착될 수 있도록 매우 소형이면서, 동시에 원하는 영상 배율(즉, 약 20배)과 해상도를 제공하도록 설계된다. 투영 시스템은 또한 고정 광원으로부터의 광빔을 이동 스크린에 릴레이하도록 설계된다. 이러한 광투영 시스템의 실시예를 이하에서 상세하게 설명한다.
도 2a와 도 2b를 참조하면, 프론트엔드 광학 요소(200)가 플랫폼(160)(도 1 참조) 아래에서 디스플레이(100)의 기판(110)상에 설치된다. 도 2a와 도 2b는 또한 투영 엔진(120)(도 1 참조)의 일부를 도시하고 있다. 투영 엔진은 광원 및 균일화 시준 옵틱(도시 생략)을 포함하고, 광대역의 광빔을 프리즘 어셈블리(210)에 전달한다. 프리즘 어셈블리(210)는 그 광빔을 3원색 성분(즉, 적색, 녹색, 청색)으로 분리하며, 각각의 성분을 공간적 광변조기(SLM : spatial light modulator)(220)(단 하나만 도시)에 지향시킨다. SLM은 적어도 약 4kHz의 주파수에서 XGA 해상도(1024 x 768)의 영상을 생성할 수 있는, 스위치 가능한 마이크로미러(예컨대, 텍사스 인스트루먼트사의 DMDTM)로 구성된 마이크로-전자 기계 시스템(MEMS) 어레이이다. 각각의 SLM은 그 각각의 입사 광빔을 공간적으로 변조하여 적색, 녹색 또는 청색 성분의 영상을 생성한다. 이들 영상은 프리즘 어셈블리(210) 내부에서 재합성되어, 완전 컬러 영상(8가지 색)을 생성하여, 표면(225)에서 투영 엔진을 빠져나온다.
투영 엔진(120)은 광빔을 텔리센트릭(telecentric) 릴레이 렌즈 시스템(230)에 향하게 한다. 릴레이 렌즈 시스템은 3개의 이중 렌즈(235, 236, 237)를 포함한다. 릴레이 렌즈 시스템(230)은 투영 엔진으로부터 약 600 mm 떨어져서 SLM(220)으로부터의 영상을 중간 영상으로 만든다. 3.8배의 배율을 가진 중간 영상은 2개의 필드 렌즈(240, 250) 사이에 형성되고, 이 렌즈들 역시 이중 렌즈이다. 필드 렌즈의 기능은 후술한다.
릴레이 렌즈 시스템(230)은 SLM으로부터의 영상을 중간 영상으로 만들어서, 디스플레이 하우징에 의해 규정된 제한 범위 내에서 광경로 길이와 영상 배율을 유지한다. SLM으로부터의 영상을 투영 스크린에 직접 결상하면 본 실시예에서보다 더 긴 광경로 길이를 필요로 할 것이다. 그 이유는 SLM(220)과 광투영 시스템 사이의 프리즘 어셈블리(210)에 있는 다량의 유리 때문이다. 중간 영상으로부터 투영 스크린에 결상함으로써 투영 옵틱은 중간 영상에 가깝게 위치할 수 있으므로, 광경로가 보다 짧아진다.
프론트엔드 옵틱(200)에는 3개의 폴드(fold) 미러(260, 270, 280)가 포함된다. 이들 미러는 디스플레이 케이스가 제공하는 공간 안에 투영광 경로를 유지하기 위해 그 광경로를 절곡한다. 미러(260, 270, 280)는 또한 빔을 미러(290)에 향하게하고, 그 미러(290)는 축(170)상에 배치되어 기판(110)(도 1 참조)의 평면으로부터 회전축(170)을 따라 투영 렌즈에 빔을 향하게 한다. 투영 렌즈에서, 회전축(170)은 투영 시스템의 광학축과 일치한다. 폴드 미러(260, 270)는 사용자가 영상을 투영 스크린의 중심에 정확히 맞출 수 있도록, 동작 중에 수동으로 조절 가능하다.
도 3을 참조하면, 투영 렌즈(310)는 프레임없는 DC 모터(330)의 환형 샤프트(320)를 통해 광빔을 포커싱한다. 투영 렌즈(310)는, 미러(340, 350, 360)와 함께, 광투영 시스템의 백엔드부를 구성한다. 플랫폼(160)(도 1 참조)상에 설치된 미러(340, 350, 360)는 광빔의 경로를 절곡하여, 돔(195)(도 1 참조)의 한계 범위 내에서 광빔의 경로를 유지한다. 투영 렌즈(310)는 광빔을 미러(340)에 향하게 하고, 미러(350)는 그 광빔을 미러(360)에 향하게 하며, 미러(360)는 그 광빔을 투영 스크린(190)에 향하게 하여, SLM의 확대된 영상을 영역(370)에 형성한다. 영상 영역(370)은 그 직경이 약 10 인치에 이르며, 이는 SLM의 20배 배율의 영상에 해당한다. SLM 영상은 768 x 768 픽셀의 해상도를 제공하도록 잘려진다. 전술한 바와 같이, 동작 중에, 모터(330)는 백엔드 옵틱[즉, 투영 렌즈(310)와 미러(340, 350, 360)]을 축(170)에 대하여 회전시킨다.
도 4를 참조하면, 투영 렌즈(130)는 3개의 렌즈(410, 420, 430)로 구성된 3중 렌즈 어셈블리를 포함한다. 렌즈(410, 420, 430)는 렌즈축(440)을 따라 동축으로 정렬된다. 렌즈축(440)은 투영 시스템의 광학축에 대해 약 10°미만의 각도(450)로 기울어져 있으며, 이 점에서 회전축(170)과 일치한다. 광빔은 렌즈(410)를 통해 투영 렌즈(310)에 입사하고 오목 렌즈(420)에서 포커싱된다. 렌즈(410)의 제1 표면에서, 렌즈축(440)은 광축으로부터 약 5.9 mm만큼 벗어나 있다. 빔을 오목 렌즈에서 포커싱하는 것은 모터(330)(도 3 참조)가 제공하는 개구(aperture)를 통하여 광빔을 맞추기 위해 필요하다. 광빔은 렌즈(430)를 통과해서 투영 렌즈(310)를 빠져 나간다. 이러한 설계의 투영 렌즈의 효과는 투영 시스템 비절곡 광경로를 시험해 보면 분명해 진다.
비절곡 광경로를 도시하는 도 5를 참조하면, 투영 스크린(190)이 투영 시스템의 광축(510)에 대해 45°각도로 배치되어 있다. 그 때문에 투영 렌즈(310)가 광축(510)에 대해 비스듬하게 배치된다. 투영 렌즈를 비스듬하게 배치하면 소위 샤임플러그 원리(scheimflug condition)에 따라 영상면이 예상량만큼 비스듬해진다. 이것은 광축에 대해 비수직인 면에 영상을 투영함으로써 일어나는 왜곡을 저감시킨다. 경사각(450)은 투영 스크린면과 광축 사이의 각에 의존하며 이 2개의 각은 전술한 값에 한정되지 않는다.
투영 렌즈(310)는 영상에, 네거티브 상면 만곡(field curvature), 네거티브 종색 수차(axial color), 및 횡색 수차(lateral color)를 비롯한 수차를 유발한다. 프리즘 어셈블리(210)(도 2 참조)도 영상에 수차를 유발한다. 이들 수차는 릴레이 렌즈(230)와 필드 렌즈(240, 250)에 의해 부분적으로 보상된다. 3개의 2중 렌즈(235, 236, 237)는 릴레이 렌즈 파워를 최소화하여 수차를 저감시키기 위해 릴레이 렌즈(230)에 사용된다. 2중 렌즈는 각각의 요소의 분산 효과를 최소화하는데 사용된다. 적어도 하나의 2중 렌즈는 굴절률이 높은 2중 렌즈이며, 이 렌즈는 종색 수차와 상면 만곡을 더하여 투영 렌즈(310)로 인한 수차를 보상한다. 필드렌즈(240, 250)도 2중 렌즈이며, 평면(520)에 형성되는 중간 영상에서 원격 중심(telecentricity)을 유지시킨다. 제1의 2중 렌즈(240)는 중간 영상면(520)보다 약 30 mm 앞에 위치하며, 입사선이 근거리 이격된 중심이 되게(near telecentric) 보정한다. 렌즈(240)는 또한 종색 수차와 상면 만곡을 저감시킨다. 제2의 2중 렌즈(250)는 중간 영상면(520)보다 약 30 mm 뒤에 위치하며, 포지티브 상면 만곡과 종색 수차를 유발하여, 렌즈(240)의 보정을 과보상한다. 상면 만곡에 대한 총 기여(net contribution)와, 렌즈(235, 236, 237, 240, 250)에 의해 유발된 종색 수차 및 횡색 수차에 대한 총 기여는 투영 렌즈(310)에 의해 유발되는 역효과를 보상한다. 투영 스크린(190)에서, 청색 및 녹색 영상은 겹쳐지지만, 적색 영상은 축방향에서 벗어난다. 시스템 F 넘버(F-number)를 투영 스크린에서 낮게 설정하면 촛점 깊이가 깊어진다. 설계에 의하면, 상면 만곡은 이들 수차에 대한 투영 렌즈 및 다른 렌즈의 보상 기여로 인해, 만곡면이라기 보다는 경사면이다. 영상은 또한 비점수차가 낮고 횡색 수차가 최저이다. 영상의 왜곡은 수직 키스톤(keystone)이며, 잔여 핀쿠션은 2 %미만이다. 투영 스크린에서의 영상 품질은 SLM의 밀리미터 해상도 당 40 픽셀을 해상하기에 충분하다. 이 해상도는 투영 스크린에서 밀리미터당 약 2 픽셀과 동등하다.
소프트웨어는 영상면에서의 키스톤을 보상하기 위해 영상을 미리 왜곡시킨다. 소프트웨어는 또한 영상 데이터를 반대 방향으로 회전시킴으로써 "영상 텀블링"을 보정하기도 한다. 영상 텀블링(즉, 투영 스크린면에서의 영상 회전)은 프론트엔드 옵틱이 고정된 영상을 회전하는 투영 스크린에 나타내기 때문에 발생한다.
회전축(170)을 중심으로 하는 투영 스크린(190)은 통상적으로 강산란성 재료(diffusely scattering material)로 구성된다. 이 재료는 입사광을 전후 양쪽 방향으로 거의 등방성으로 산란시킨다. 이것은, 디스플레이 주변의 거의 모든 관측 장소에 서 있는 관찰자가 2차원 영상 슬라이스의 픽셀에 대응하는 빛의 일부를 수신하게 하고, "시각 무감 영역(visual dead zone)"이라고 알려진, 3차원 영상의 암대역(dark band)을 최소화한다. 투영 스크린을 가능한 얇게 설계하면 시각 무감 영역을 또한 최소화할 수 있다.
본 실시예에서, 투영 스크린(190)은 그 형상이 반원형(semi-circular)이다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이것으로 제한되지 않는다. 투영 스크린(190)은 이 스크린이 회전축에 대해 최소의 오프셋과 편심률로 위치하기만 한다면, 투영된 영상을 형성하기에 충분한 어떠한 사이즈와 형상일 수 있다.
또한, 플랫폼(160)은 전술한 원형 플랫폼에 제한되지 않는다. 일반적으로, 플랫폼은 백엔드 옵틱과 투영 스크린을 모터에 기계적으로 결합하기에 충분한, 어떤 지지 구조이거나, 지지 구조의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 예컨대 플랫폼은 광빔을 투영 렌즈로부터 투영 스크린으로 릴레이하기 위해, 일련의 방사상으로 연장된 아암을 포함하여 백엔드 옵틱의 미러를 적절하게 위치시킨다.
일반적으로, 모터는 프레임없는 DC 모터(330)에 제한되지 않는다. 백엔드 옵틱과 투영 스크린을 원하는 속도로 회전시키는 모터는 백엔드 옵틱과 투영 스크린에 결합되는 임의의 모터일 수 있다. 일부 실시예에서, 예컨대 플랫폼은 벨트 및/또는 기어에 의해 모터에 결합되며, 모터는 회전축에서 떨어져서 위치한다.
일부 실시예에서, 발광형의 픽셀화 장치(emissive pixelated 동작 중에 evice)가 투영 엔진 및 광원을 대신할 수 있다. 상기 장치의 예로서, 유기 발광 다이오드 또는 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL)를 비롯한 발광 다이오드 어레이가 있다.
본 발명의 여러 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 사상과 범위에서 일탈하지 않고서 다양한 변형 실시예들도 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 투영 엔진으로부터의 영상을 투영 스크린에 릴레이하는데 사용된 광학 소자는 전술한 것에 제한되지 않는다. 렌즈, 미러 및 회절성 및 홀로그래픽 광학 소자의 조합 또는 기타 광제어 요소들이 이 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 영상 볼륨, 해상도 및 회색조는 전술한 것에 제한되지 않는다. 따라서, 기타 실시예들은 다음의 청구 범위 내에 있다.

Claims (17)

  1. 광릴레이와,
    모터와,
    상기 모터에 결합된 지지 구조와,
    상기 지지 구조상에 배치된 투영 스크린과,
    투영 옵틱을 포함하고,
    상기 투영 옵틱은, 동작 중에, 상기 광릴레이로부터 광빔을 수광하여 그 광빔을 투영 스크린에 투영시키고, 상기 모터는 상기 지지 구조, 상기 투영 스크린 및 상기 투영 옵틱을 회전축에 대하여 회전시키는 것인 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투영 옵틱은 상기 회전축상에 위치하는 것인 디스플레이 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투영 옵틱은 투영 렌즈인 것인 디스플레이 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 투영 스크린은 평면을 형성하고, 상기 투영 스크린은 상기 회전축이 상기 평면에 놓이도록 상기 지지 구조상에 배치되는 것인 디스플레이 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 투영 렌즈는 렌즈축을 가지며, 상기 렌즈축과 상기 회전축은 각을 형성하고, 상기 각은 약 10°미만인 것인 디스플레이 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 각은 적어도 4.9°이고 5.0°미만인 것인 디스플레이 시스템.
  7. 제3항에 있어서, 상기 투영 렌즈는 3중 렌즈인 것인 디스플레이 시스템.
  8. 제3항에 있어서, 상기 지지 구조상에 배치된 제1 및 제2 미러를 더 포함하고, 동작 중에 상기 모터는 상기 제1 및 제2 미러를 상기 회전축에 대하여 회전시키고, 상기 제1 미러는 상기 투영 렌즈로부터 광빔을 수광하여 상기 광빔을 제2 미러에 향하게 하고, 상기 제2 미러는 상기 광빔을 상기 투영 스크린에 향하게 하는 것인 디스플레이 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 지지 구조상에 배치된 제3 미러를 더 포함하고, 동작 중에 상기 모터는 상기 제3 미러를 상기 회전축에 대하여 회전시키고, 상기 제3 미러는 상기 제2 미러로부터 광빔을 수광하여 상기 광빔을 상기 투영 스크린에 향하게 하는 것인 디스플레이 시스템.
  10. 제3항에 있어서, 상기 지지 구조는 홀을 가진 플랫폼을 포함하고, 상기 투영렌즈는 상기 홀 안에 장착되는 것인 디스플레이 시스템.
  11. 제3항에 있어서, 상기 광릴레이는 릴레이 렌즈와 필드 렌즈를 포함하고, 동작 중에 상기 렐레이 렌즈는 광원으로부터 광빔을 수광하여 상기 광빔을 필드 렌즈에 릴레이하고, 상기 필드 렌즈는 상기 광빔을 상기 투영 렌즈에 릴레이하는 것인 디스플레이 시스템.
  12. 투영 옵틱과 투영 스크린을 회전축에 대하여 회전시키는 단계와,
    고정 광원으로부터 광빔을 공급하는 단계와,
    상기 광빔을 상기 투영 옵틱을 통해 상기 투영 스크린으로 투영시키는 단계를 포함하는 디스플레이 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 투영 옵틱은 렌즈축을 가진 투영 렌즈이고, 상기 방법은 상기 렌즈축이 상기 회전축과 약 10°미만의 각을 형성하도록 상기 투영 렌즈를 비스듬하게 하는 단계를 더 포함하는 것인 디스플레이 방법.
  14. 제12항에 있어서, 제1 및 제2 미러를 상기 회전축에 대하여 회전시키는 단계를 더 포함하고, 상기 투영 옵틱은 투영 렌즈이고, 상기 투영 렌즈는 광빔을 상기 제1 미러에 투영시키고, 상기 제1 미러는 상기 광빔을 상기 제2 미러에 향하게 하며, 상기 제2 미러는 상기 광빔을 상기 투영 스크린에 향하게 하는 것인 디스플레이 방법.
  15. 제14항에 있어서, 제3 미러를 상기 회전축에 대하여 회전시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 미러는 상기 제2 미러로부터 광빔을 수광하여 상기 광빔을 상기 투영 스크린에 향하게 하는 것인 디스플레이 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 광원으로부터의 광빔을 광릴레이를 이용해서 상기 투영 렌즈에 향하게 하는 단계를 더 포함하는 것인 디스플레이 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 광릴레이는 미러를 포함하고, 상기 방법은 광빔이 상기 투영 스크린에 중심 맞춰지도록 상기 미러를 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 디스플레이 방법.
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