KR20120050982A - 중간 영상 평면에 공간 다중화를 채용한 입체 투영 시스템 - Google Patents

중간 영상 평면에 공간 다중화를 채용한 입체 투영 시스템 Download PDF

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KR20120050982A
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projection system
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밀러 에이치 셕크
마이클 지 로빈슨
더글라스 제이 멕나이트
게리 디 샤프
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리얼디 인크.
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Abstract

패시브 편광 안경을 통해 본 입체 영상을 제공하는 투영 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 시스템은 좌안 및 우안 영상을 동시에 생성하고 흔히 영상 변조기 상에 좌우 방식 영상으로서의 영사기에 관한 것이다. 시스템은 교호적인 편광 상태를 갖는 투영 스크린 상에 공간 분리된 영상을 중첩시키도록 작용한다. 실시예는 액정 편광 기반 투영 시스템에 가장 적합하고 진보된 편광 제어를 이용한다.

Description

중간 영상 평면에 공간 다중화를 채용한 입체 투영 시스템{STEREOSCOPIC PROJECTION SYSTEM EMPLOYING SPATIAL MULTIPLEXING AT AN INTERMEDIATE IMAGE PLANE}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 특허 출원은 본 명세서에 모든 목적을 위해 참조로 합체되는 이하의 출원들을 우선권 주장한다.
(1)2009년 6월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 "중간 영상면에 공간 다중화를 채용한 입체 투영 시스템(Stereoscopic Projection System Employing Spatial Multiplexing at an Intermediate Image Plane)"인 Robinson 등의 가특허 출원 제61/221,481호("Robinson et al . Prov . Pat . App .");
(2)2009년 6월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 "구경 조리개 근처에 공간 다중화를 채용하는 입체 투영 시스템(Stereoscopic Projection System Employing Spatial Multiplexing Near the Aperture Stop)"인 Schuck 등의 가특허 출원 제61/221,516호;
(3)2009년 7월 9일자로 출원되고 발명의 명칭이 "중간 영상면에 공간 다중화를 채용한 입체 투영 시스템(Stereoscopic Projection System Employing Spatial Multiplexing at an Intermediate Image Plane)"인 Schuck 등의 가특허 출원 제61/224,416호("Schuck et al . Prov . Pat . App .");
(4)2009년 10월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 ""중간 영상면에 공간 다중화를 채용한 입체 투영 시스템(Stereoscopic Projection System Employing Spatial Multiplexing at an Intermediate Image Plane)"인 Schuck 등의 가특허 출원 제61/249,018호; 및
(5)2009년 10월 30일자로 출원되고 발명의 명칭이 ""중간 영상면에 공간 다중화를 채용한 입체 투영 시스템(Stereoscopic Projection System Employing Spatial Multiplexing at an Intermediate Image Plane)"인 Schuck 등의 가특허 출원 제61/249,018호
개시된 실시예는 전반적으로 투영 시스템, 보다 구체적으로는 입체 모드 및 비입체 모드에서 선택적으로 작동할 수 있는 투영 시스템에 관한 것이다.
입체 투영은 20세기초로 거슬러 올라가고 1950년에 먼저 영화에서 사용되었다. 이들 입체 투영 시스템은 필름 기반이었고 기계적으로 적당값~24 Hz 프레임 속도로 제한되었다. 따라서, 입체 영상을 위해 깜박임 없는 순차적인 좌안 영상 및 우안 영상을 제공하는 일시적인 방법을 이용하는 것이 불가능하였다. 이에 따라, 공간 다중화 영상 디스플레이 시스템이 실시되었다. 몇몇의 시스템은 별개의 영사기들로 구성되지만, 그 밖의 것은 공간 분리된 좌안 영상 및 우안 영상을 포함하는 각 프레임을 갖는 단일 영사기를 채용하였다. 단일 영사기를 채용한 경우에는 영상들을 스크린에 성공적으로 이중 인화하기 위하여 복잡한 프레임 분할 광학 기기가 사용되었다. 본 명세서에 참조로서 합체되는 Foundations of the Stereoscopic Cinema(Van Nostrand-Reinhold, Appendix 7, 260쪽, 1982년)에서 L. Lipton에 의해 논의된 바와 같이 많은 시스템들이 개발되어 여러 개가 상업적으로 성공하였다. 그러나, 입체 경험의 품질은 20세기 후반기에도 2D 영화를 역전하도록 고객들을 이끌기에는 불충분하였다.
최근, 입체 투영은 포착, 분배 및 디스플레이를 포함하는 고품질의 최신 디지털 장비에 의해 부흥되었다. 지금까지 가장 성공한 투영 시스템이 RealD사에 의해 개발되어 설치되었다. 텍사스 인스트루먼트의 디지털 광 처리(DLP; Digital Light Processing) 기법을 기초로 하여, 시스템은 깜박임 없는 속도에서 시간 순차적인 좌안 영상 및 우안 영상을 제공한다. 투영 경로에 편광 스위치를 통합하면 패시브 편광 안경을 통해 시청하도록 순차적인 좌안 영상 및 우안 영상을 제공한다. DLP 기법을 기초로 한 시스템은 우수한 품질의 입체 영상을 제공할 수 있지만, 액정(LC; liquid crystal) 변조를 기초로 한 것과 같은 대안적인 투영 플랫폼이 또한 고려될 수 있다. LC 영사기 기반 플랫폼의 바람직한 특징들은 개선된 해상도, 동작 재현 및 광학적 편광 효율을 잠재적으로 제공한다는 것이다. 그러나, 현재, 단일의 LC 영사기는 일시적인 좌안/우안 편광 변조를 가능하게 하도록 충분한 프레임 속도를 갖는 시간 순차적 영상을 제공하지 못한다.
입체 투영 시스템 및 입체 투영 방법이 개시되어 있다.
전반적으로, 한 양태에 따르면, 투영 시스템은 입체 투영 모드와 비입체 투영 모드를 선택적으로 투영하도록 작동될 수 있다. 투영 시스템은 릴레이 렌즈 서브시스템, 입체 모듈, 비입체 모듈 및 투영 렌즈 서브시스템을 포함한다. 릴레이 렌즈 서브시스템은 투영 서브시스템으로부터 입력 광을 수신하고 입력 광을 중간 광 경로를 향해 이송하도록 작동될 수 있다. 입체 모듈은 상기 중간 광 경로로부터 광을 수신하고 직교 편광 상태를 갖는 좌안 영상 및 우안 영상의 입체 영상을 위해 광을 처리하도록 작동될 수 있다. 비입체 모듈은 상기 중간 광 경로로부터 광을 수신하도록 작동될 수 있다. 투영 렌즈 서브시스템은 입체 모듈 또는 비입체 모듈로부터의 광을 스크린을 향해 집중시키도록 작동될 수 있다. 투영 시스템이 입체 투영 모드에 있을 때에, 입체 모듈이 중간 광 경로에 배치되며, 투영 시스템이 비입체 투영 모드에 있을 때에, 비입체 모듈이 중간 광 경로에 배치된다.
전반적으로, 다른 양태에 따르면, 입체 투영 시스템은 릴레이 렌즈 서브시스템, 광 분할 서브시스템, 광 결합 서브시스템 및 투영 렌즈 서브시스템을 포함할 수 있다. 릴레이 렌즈 서브시스템은 입력 광 경로부터 입체 영상 프레임을 수신하고 광 지향 요소를 통해 입체 영상 프레임을 중간 영상 평면을 이송하도록 작동될 수 있다. 입체 영상 프레임은 제1 영상 영역 광과 제2 영상 영역 광을 갖는다. 광 분할 서브시스템은 입체 영상 프레임을 수신하고, 제2 영상 영역 광으로부터 제1 영상 영역 광을 분할하도록 작동될 수 있다. 광 분할 서브시스템은 또한 제1 영상 영역 광을 제1 영상 광 경로에 지향시키고, 제2 영상 영역 광을 제2 영상 광 경로에 지향시키도록 작동될 수 있다. 광 결합 서브시스템은 제1 및 제2 영상 영역 광을 결합시키도록 작동될 수 있고, 광 결합 서브시스템으로부터 출력되는 제1 영상 영역 광은 제2 영상 영역 광에 직교하는 편광 상태를 갖는다. 투영 렌즈 서브시스템은 제1 및 제2 영상 영역 광을 스크린을 향해 지향시키도록 작동될 수 있다.
입체 및 비입체 투영의 다른 양태, 특징 및 방법은 상세한 설명, 첨부 도면 및 첨부된 청구범위로부터 명백하다.
도 1a는 본 발명에 따른 입체 투영 모드에서 예시적인 투영 시스템의 개략적인 블록도.
도 1b는 본 발명에 따른 비입체 투영 모드에서 예시적인 투영 시스템의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 입체 투영 시스템의 실시예의 개략도.
도 3은 도 2의 영상 분할 및 결합 섹션의 확대도의 개략도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따라, LC 패널에 디스플레이된 왜곡된 좌우 방식(side-by-side) 영상(도 4a)과 스크린에 디스플레이된 왜상(歪像) 중첩(도 4b)을 보여주는 도면들.
도 5는 본 발명에 따른 입체 투영 시스템의 다른 실시예를 보여주는 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 입체 투영 시스템의 다른 실시예를 보여주는 개략도.
도 7은 도 6의 영상 분할 및 결합 섹션의 확대도의 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 영상 분할 및 결합 섹션의 다른 예시적인 실시예의 확대도의 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 입체 영상 시스템의 실시예의 평면도의 개략도.
도 10은 본 발명에 따라 원통형 요소가 있고 없는 투영 렌즈용 스크린에서 조명 풋프린트 도면.
도 11은 본 발명에 따라 스크린에서 보다 밝은 영상을 생성하도록 영상을 왜상 신장시킴으로써 원통형 요소에 의해 영상 휘도를 향상시키는 대안적인 기법을 보여주는 개략도.
도 12는 본 발명에 따라 공간 다중화 3D 투영 시스템을 비다중화 풀 해상도 2D 시스템으로 전환시키는 기법을 보여주는 개략적인 광선 추적 도면.
도 13은 본 발명에 따라 광학 시스템을 3D 모드에서 2D 풀 해상도 모드로 전환시키는 기법의 다른 예를 보여주는 개략적인 광선 추적 도면.
도 14는 본 발명에 따라 투영 렌즈 후에 광 경로에 배치된 외부 왜상 컨버터 렌즈를 갖는 시스템의 실시예를 보여주는 개략도.
도 15는 본 발명에 따른 외부 왜상 컨버터 렌즈를 갖는 시스템의 다른 실시예를 보여주는 개략도.
도 16은 본 발명에 따른 입체 투영 시스템의 다른 실시예를 보여주는 개략도.
도 17은 본 발명에 따른 입체 투영 시스템의 다른 실시예를 보여주는 개략도.
도 18은 도 17의 영상 분할 및 결합 시스템의 클로즈업 도면.
도 19는 본 발명에 따른 영상 분할 및 결합 섹션의 다른 예시적인 실시예의 확대도의 개략도.
도 20은 본 발명에 따른 입체 투영 시스템의 다른 실시예를 보여주는 개략도.
도 1a는 입체 영상 모드에서 예시적인 투영 시스템(100)의 개략적인 블록도이고, 도 1b는 비입체 투영 모드에서 예시적인 투영 시스템(100)의 개략적인 블록도이다. 도 1a 및 도 1b는 입체 모듈(150) 또는 비입체 모듈(180)이 영사기로부터의 광 경로에 선택적으로 배치될 수 있는 원리를 보여주고 있다. 기계 조립체(145)는 입체 모듈(150)과 비입체 모듈(180)을 모두 수용할 수 있고, 매체 타입이 입체 영상인지 아닌지의 여부에 따라 입체 모드와 비입체 모드 사이에서 선택적으로 전후로 슬라이딩될 수 있다. 그러한 구성은 입체 또는 비입체 모드에 있도록 조작자한테 최소의 기술을 필요로 하는 극장 환경 뿐만 아니라 가정 및 사무소 환경에서 실용적인 어플리케이션을 가질 수 있다.
예시적인 투영 시스템(100)은 릴레이 렌즈 서브시스템(130), 광학적 광 지향 요소(140), 입체 모듈(150), 비입체 모듈(180) 및 투영 렌즈 서브시스템(190)을 포함한다. 입체 모듈(150)은 광 분할 서브시스템(160)과 광 결합 서브시스템(170)을 포함할 수 있다. 비입체 모듈(180)은 입체 모듈(150)과 유사한 광 경로 길이를 가질 수 있는 2D 바이패스 서브시스템(182)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 입체 투영 시스템(100)은 또한 오디오 비주얼 소스(134), 컨트롤러 서브시스템(132) 및 투영 서브시스템(110)을 포함할 수 있다. 투영 서브시스템(110)은 제한하지는 않지만 LC 투영 시스템 또는 DLP 투영 시스템을 포함할 수 있다.
여기에는 예시적인 다중 모드의 입체/비입체 시스템이 도시되어 있지만, 본 발명이 다중 모드 시스템으로 제한되지 않는다는 것은 명백하다. 예컨대, 여기에 도시된 예시적인 입체 투영 시스템의 구성은 비입체 모듈(180)을 생략한 입체 전용 투영 시스템에 적용될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 입체 작동 모드에서, 오디오 비주얼 소스(134)는 입체 투영 시스템(100)에 오디오 비주얼 신호(135)를 제공한다. 컨트롤러 서브시스템(132)은 입체 비디오 신호(37)를 투영 서브시스템(110)에 전달할 수 있다. 투영 서브시스템(110)은 입력 광 경로(112)에 영상 쌍을 투영한다. 릴레이 렌즈 서브시스템(130)은 입력 광 경로(112)를 수신하고 중간 광(114)을 출력한다. 광학적 광 지향 요소(140)는 중간 광(114)을 입체 모듈(150)의 광 분할 서브시스템(160)을 향해 지향시킬 수 있다. 광 분할 서브시스템(160)은 중간 광 경로(114)를 수신하고 광을 제1 영상 광 경로(116) 및 제2 영상 광 경로(118)에 출력한다. 광 결합 서브시스템은 제1 영상 광 경로(16) 및 제2 영상 광 경로(118)로부터의 광을 결합시켜 직교 편광 상태를 갖는 실질적으로 오버랩하는 제1 및 제2 광을 투영 렌즈 서브시스템(190)을 향해 지향시키는데, 투영 렌즈 서브시스템은 스크린(195)에 맞춘다. 예시적인 입체 모듈을 예시하도록 여기에서 다양하고 상이한 광학적 구성이 제공된다.
비입체 작동 모드를 도시하는 도 1b를 참조하면, 비입체 모듈(180)은 광 지향 요소(140)로부터의 광 경로에 배치될 수 있고, 이에 따라 2D 바이패스 서브시스템(182)은 중간 광 경로를 투영 렌즈 서브시스템(190)을 향해 지향시킨다. 예시적인 비입체 모듈을 예시하도록 여기에서 다양하고 상이한 광학적 구성이 제공된다.
실시예에서, 양 작동 모드에 공통적으로, 컨트롤러 서브시스템(132)은 오디오 비주얼 신호(135)를 수신하고 제어 신호(136)를 출력한다. 컨트롤러 서브시스템(132)은 도시된 바와 같이 다양한 서브시스템에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 컨트롤러 서브시스템(132)은 제어 신호를 전송하고 작동 가능하게 연결된 다양한 서브시스템들 중 어느 하나로부터 피드백 신호를 수신하여 그 각각의 광학적 특성을 조정하도록 작동될 수 있다. 컨트롤러 서브시스템(132)은 센서로부터, 오디오 비주얼 소스(134)로부터, 및/또는 유저 입력으로부터 입력값을 취하여 [예컨대, 입체 투영 장비를 스크린(195)에 대해 집중 또는 교정시키도록] 조정하게 할 수 있다. 컨트롤러 서브시스템(132)은 또한 입체 구성 모드와 비입체 구성 모드 사이에서 입체 모듈(150)/비입체 모듈(180)을 이동시키는 액츄에이터(145)를 제어 및/또는 구동시킬 수 있다. 그러한 액츄에이터(145)는 스텝퍼 모터 등과 같이 당업자에게 공지된 정밀한 구동 메카니즘일 수 있다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 패시브 시스템이고 액티브 스위칭/제어 구서요소를 포함하지 않는다. 따라서, 그러한 실시예에서, 시스템(100)은 제어 신호(136)를 포함하지 않는다.
여기에 개시된 릴레이 렌즈 서브시스템[예컨대, 도 1에서 130 등)은 편광 보존되는 것으로 간주되고 투영 렌즈 서브시스템(예컨대, 도 1의 190 등)과 병행하여 동작하도록 작동될 수 있어 렌즈 출력부로부터 적당한 거리에 대략 패널 크기의 중간 영상을 제공한다. 릴레이 렌즈 서브시스템은 모든 실시예에 대해 블랙 박스인 것으로 간주되고 그 설계는 본 명세서의 발명에 특정되는 것이 아니며, 릴레이 시스템의 예는 2008년 5월 9일자로 출원되고 발명의 명칭이 "편광 전환 시스템 및 입체 투영 방법"이고 본 명세서에 참조로 합체되는 공동 양도된 특허 출원 제12/118,640호에서 알 수 있다. 유사한 방식으로, 중간 영상을 스크린 상에 중계하도록 사용되는 투영 광학 기기는 종래의 것으로 간주되고 본 발명과 상관이 없기 때문에 특정한 설계가 제공되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 편광 보존용 보호 렌즈가 사용될 수 있다. 편광 보존용 보호 렌즈의 예는 본 명세서에 참조로 합체되는 Low Birefringence Lens Design for Polarization Sensitive Systems(Proc. SPIE Vol. 6288)에서 L. Sun 등에 의해 논의되었다.
본 발명의 편광 양태는 대체로 출력 영상의 효율적인 분할 및 인코팅을 위해 광을 조절하는 것을 포함한다. 전자적 양태는 대체로 영상을 미리 왜곡시켜 광학 수차에 적응하여 면적의 절반만이 풀 스크린 영상에 할당된 경우에 왜상 촬상 기법이 원래 패널의 종횡비를 보존하게 하는 것을 포함한다. 일반적으로, 전자적 정렬 기법이 온 스크린 영상 정렬에 사용될 수 있다. 본 발명의 광학적 양태는 각각의 좌안 영상 및 우안 영상을 위한 광 경로를 물리적으로 분리시키는 기법[예컨대, 도 1의 광 분할 서브시스템(160)]을 망라한다. 실시예에서, 이 분할 구성은 투영 전에 좌안 영상과 우안 영상의 중첩을 가능하게 하도록 연장된다.
실시예에서, 투영 서브시스템(110)은 적색 및 청색과 반대쪽에 있는 녹색 광을 갖는 원형의 편광을 제공한다. 이는 결합용 X 큐브를 이용하는 통상적인 3 패널 액정 영사기이다. 이 요소로부터 방사되는 칼라 종속적 선형 편광은 ANSI 대비에 영향을 미칠 수 있는 투영 렌즈로부터의 역반사를 피하도록 일상적으로 원형 편광으로 변환된다. 남은 녹색 파장에 대한 좌측 또는 우측 편광의 정확한 할당은 자의적이지만, 미리 정확하게 조절될 수 있다. 여기서, 시판 중인 대부분의 상업적 영사기인 경우라면 효율적인 보정은 교차식 정합 지연 장치(crossed matching retarder)를 이용할 수 있다고 가정한다. 혼합된 원형 출력으로 조정되더라도, 시스템 실시예는 영사기로부터 방사하는 것으로 가정되는 정확한 편광 상태로 제한되어서는 않된다. 이것을 포함하는 개념은 등가의 진입 편광의 생성이 유효한 구성요소들에 의해 쉽게 제공될 수 있기 때문에 대안적인 영사기(예컨대, DLP 등)에 적용될 수 있다. 예컨대, ColorSelect® 기법이 규정된 파장 종속 편광 상태들 간에 맵핑할 수 있고, 본 명세서에 참조로 합체되는 공동 양도된 미국 특허 제5,751,384호에 설명되어 있다.
도 2는 입체 투영 시스템(200)의 실시예의 개략도이다. 전체적으로, 시스템(200)은 투영 서브시스템(210), 릴레이 렌즈(230), 광 지향 요소(240), 입체 서브시스템(250) 및 투영 렌즈(290)를 포함할 수 있다. 이 예시적인 실시예(200)에서, 입체 서브시스템(250)은 광 분할 서브시스템(260), 제1 광 지향 요소(262)와 제2 광 지향 요소(264), 및 광 결합 서브시스템(270)을 포함할 수 있다. 광 결합 서브시스템(270)은 편광 빔 스플리터(PBS; polarization beam splitter)(272)와, PBS(272)의 입구 포트 상에 배치된 수색성(收色性) 로테이터(242)를 포함할 수 있다. 입체 투영 시스템(200)은 또한 정합 파장판(222a, 222b)과, 파장 선택적 편광 필터(224)(예컨대, 본 명세서에 참조로 합체되는 미국 특허 제5,751,384호와 제5,953,083호에 교시된 칼라선택 필터)를 포함할 수 있는데, 이들 양자는 도시된 바와 같이 구성되어 투영 서브시스템(210)과 릴레이 렌즈(230) 사이의 광 경로에 배치된다. 또한, 시스템은 광을 릴레이 렌즈 서브시스템(230)으로부터 입체 서브시스템(250)을 향해 지향시키는 광 지향 요소(240)를 포함할 수 있다.
작동시에, 릴레이 렌즈 서브시스템(230)은 입력 광 경로(212)에서 투영 서브시스템(210)으로부터 광을 수신한다. 실시예에서, 정합 파장판(222a, 222b)와 파장 선택적 편광 필터(224)는 투영 서브시스템(210)과 릴레이 렌즈 서브시스템(230) 사이의 입력 광 경로 상에 배치된다. 별법으로서, 정합 파장판(222a, 222b)은 중간 영상 평면(255) 근처에서 릴레이 렌즈 서브시스템(230)과 영상 분할 요소(260) 사이에 배치될 수 있다. 다른 변경예로서, (도시된 바와 같이) 투영 서브시스템(210)과 릴레이 렌즈 서브시스템(230) 사이에 제1 정합 파장판(222a)이 배치되고, 중간 영상 평면(255) 근처에서 릴레이 렌즈 서브시스템(230)과 광 분할 요소(260) 사이에 제2 정합 파장판(222b)이 배치된다. 릴레이 렌즈 서브시스템(230)은 중간 광 경로(214)를 광 지향 요소(240)를 향해 출력하고, 광 지향 요소는 광 분할 요소(260)의 입구에 있는 중간 영상 평면(255)을 향해 광을 지향시킨다. 파장판(222b)이 광 경로에서 어디에 있든지, 파장 선택적 필터(224)는 광 결합 서브시스템(270)에 도달하기 전에 이후의 광 경로에서 하류의 어딘가에서 광 경로를 추종하게 된다는 것을 유념해야 한다.
광 지향 요소(240)는 릴레이 렌즈 서브시스템(230) 후에 광 경로(214)에 배치된다. 광 지향 요소(240)는 폴드 미러(여기에 도시된 바와 같이) 또는 프리즘일 수 있다. 광 지향 요소(240)는 투영 렌즈 서브시스템(290)의 광축이 릴레이 렌즈 서브시스템(230)의 광축에 평행하도록 광 경로(214)를 재지향시킨다. 이는 기존의 투영 엔진 및 극장 형태와의 시스템 호환성을 개선시킨다.
광 분할 서브시스템(260)은 편광 보존하는 고반사성 실버 미러, 또는 미러나 TIR 표면이 있는 프리즘에 의해 제공될 수 있다. 별법으로서, 광 분할 서브시스템(260)은 광을 분할할 수 있는 임의의 다른 장치에 의해 제공될 수 있고, 예컨대 원형 편광 광 격자가 사용될 수 있다. 광 분할 요소(260)는 중간 광 경로(214)를 제1 영상 광 경로(216)와 제2 영상 광 경로(218)로 분할하도록 작동될 수 있다. 실시예에서, 제1 광 지향 요소(262)와 제2 광 지향 요소(264)는 각자의 제1 영상 광 경로(216) 및 제2 영상 광 경로(218)를 광 결합 서브시스템(270)의 제1 및 제2 유입 포트를 향해 반사시키도록 구성된 제1 미러 및 제2 미러를 포함한다. PBS(272)는 제1 영상 광 경로(216)와 제2 영상 광 경로(218)를 제3 영상 광 경로(219)로 결합시키도록 작동될 수 있다. 영상 렌즈 서브시스템(290)은 제3 영상 광 경로(219)에서 광을 수신하고 출력 영상 광(292)을 스크린(도시 생략)을 향해 투영한다.
예시적인 시스템(200)은 단일 렌즈(290)에 의해 투영되기 전에 PBS(272)의 인터페이스에서 수행되는 반대로 편광된 좌안 영상 경로와 우안 영상 경로[예컨대, 제1 영상 광 경로(216)과 제2 영상 광 경로(218)]의 중첩을 포함한다. 2개의 영상을 직교 편광을 이용하여 인코딩하고 대칭적으로 편광 빔 분할 요소(272)로 지향시킴으로써, 2개의 영상은 동일한 평면으로부터 방사하는 것으로 보이게 된다. 이어서, 단일의 편광 보존용 투영 렌즈(290)가 영상을 스크린 상에 투영할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 편광 로테이터 요소(274)는 다른 입력 포트에서 실제로 더미 재료와 정합될 수 있는 광 경로 오정렬을 PBS(272)에 도입할 수 있다.
"와뷸레이션(wobulation)"은 지각되는 영상의 품질을 높이기 위해 영상을 공간적으로 디더링(dithering)하는 기술적 용어이다. 공간 디더링은 영상을 적시에 하나의 단계에서 제공하는 것과, 공간 변위된 영상을 적시에 다음 단계에서 제공하는 것을 포함한다. 공간 변위는 통상적으로 화소의 일부이다. 하나의 단계로부터 다음 단계로의 영상은 동일하거나(보다 평활한 전체 영상의 경우), 상이할 수 있다(보다 평활하고 날카로운 영상의 경우). 와뷸레이션을 실행하는 방법은 본 명세서에 모든 목적을 위해 참조로 합체되는 Bommerbach 등의 미국 특허 제7,330,298호에 논의된 바와 같이 영상들의 2개의 단계와 동기화되어 광 경로[예컨대, 광 지향 요소(240)]에서 미러를 진동시키는 것을 포함한다. 미러 진동은 전반적으로 다른 영상에 대한 화소의 일부인 하나의 영상에서 오프셋을 생성하도록 변조된다. 다른 방법은 본 명세서에 모든 목적을 위해 참조로 합체되는 Fergason의 미국 특허 제5,715,029호에 논의된 바와 같이 영상 변위를 유도하도록 전환용 액정 요소와 결합되는 복굴절 재료를 사용하는 것이다.
실시예에서, 전술한 입체 투영 시스템은 와뷸레이션을 포함하도록 변경된다. 예컨대, 도 2에서, 광 지향 요소(240)는 스크린 상에 공간 변위된 영상을 제공하도록 영상 데이터와 동기화되어 진동될 수 있다. 별법으로서 또는 추가적으로, LC 셀과 복굴절판이 영상 분할 전에 광 경로에 추가되어, 양 영상의 와뷸레이션을 함께 가능하게 할 수 있다. 추가의 LC 셀은 원하는 직교 편광 상태를 회복시키도록 복굴절판 후에[PBS(272) 전에] 배치될 수 있다. 별법으로서, LC 셀과 복굴절판은 각 영상에 대해 별개로 와뷸레이션을 가능하게 하도록 영상 분할 후에[PBS(272) 전에] 추가될 수 있다. 다시, 추가의 LC 셀은 빔들을 PBS(272)에서 재결합시키기 전에 원하는 직교 편광 상태를 회복시키도록 복굴절판 후에 사용된다.
도 3은 정합 파장판(222b), 파장 선택적 필터(224), 광 지향 요소(240), 광 분할 서브시스템(미러가 달린 프리즘)(260), 광 지향 요소(262, 264), PBS(272) 및 영상들의 중첩을 위한 로테이터(274)를 포함하는, 도 2의 영상 분할 및 결합 섹션의 확대도의 개략도이다. 이 예시적인 실시예에서, 정합 파장판(222b)과 녹색/자홍색(G/M) 파장 선택적(칼라선택) 필터(224)는 릴레이 렌즈 유령 반사를 실질적으로 제거함으로써 보다 높은 대비를 제공하도록 광 경로에서 릴레이 렌즈(230)를 추종한다. 이 도면은 또한 시스템의 광선 추적 분석을 보여주고 있다.
광 지향 요소(미러; 240)는 투영 렌즈(도시 생략) 광축과 릴레이 렌즈 광축이 평행하도록 소정 각도로 배치된다. 미러가 달린 프리즘(260)은 2개의 절반의 중간 영상을 분할하도록 중간 영상 지점(255)에 배치된다. 매우 날카로운 코너(예컨대, ~50㎛의 폭)를 갖는 미러가 달린 프리즘(260)이 중간 영상에서 필요없는 면적을 최소화하도록 선택될 수 있다. V 미러 구조(2개의 평탄한 미러들의 결합)가 또한 영상 분할 서브시스템(260)에 이용될 수 있다. 미러가 달린 프리즘(260) 다음에 2개의 폴딩 미러(262, 264)가 있다. 2개의 폴딩 미러(262, 264)는 광선을 PBS(272)의 진입면으로 재지향시킨다. PBS(272) 전에, 로테이터(274)는 하나의 경로에 배치되고, (광 두께가 로테이터에 정합되는) 등방성 플레이트(276)가 다른 경로에 배치된다. 로테이터(274)는 2개의 상태가 직교되도록 입사 편광 상태들 중 하나를 90도 회전시킨다. PBS(272)는 투영 렌즈(도시 생략) 전에 동일한 광 경로를 따라 2개의 직교 편광 상태를 결합시킨다. 편광 빔 스플리터(272)는 큐브 편광 빔 스플리터로서 도시되어 있다. PBS 표면은 유전체 코팅층, 또는 와이어 그릿 편광기(wire grid polarizer)를 포함할 수 있다. 또한, PBS는 큐브 대신에 플레이트를 갖게 구현될 수 있고, 그 플레이트에는 적절한 유전체층 또는 와이어 그릿 코팅이 코팅된다. 그러나, 이 경우에, 빔은 발산하게 되고, 두꺼운 플레이트는 나중에 시스템에서 보정될 수 있는 영상 경로에서 비점수차를 유도하게 된다.
도 4a 및 도 4b는 LC 패널에 디스플레이된 왜곡된 좌우 방식(side-by-side) 영상(도 4a)과 스크린에 디스플레이된 왜상(歪像) 중첩(도 4b)을 보여주는 도면이다. 좌우 방식으로 도시하였지만, 이 실시예는 또한 상하 방식을 포함할 수 있다.
왜상 촬상은 중간 영상에 좌안 영상 또는 우안 영상 각각에 대해 정확한 양상을 제공하도록 릴레이 렌즈 서브시스템에서 수행될 수 있다. 이 경우에, 복잡한 릴레이 시스템에서 예상되는 왜곡은 전자적 보정, 또는 광축을 중심으로 쌍을 이룬 영상들의 상대적 반전을 이용할 수 있다. 영상들 중 하나의 회전은 전술한 Foundations of the Stereoscopic Cinema에서 L. Lipton에 의해 논의된 바와 같이 회전하는 분리형 프리즘을 이용하여 수행될 수 있다.
다른 관련된 실시예는 특히 원형 편광 빔을 재지향시키기 위해 전체 내부 반사(TIR; total internal reflection)를 이용하면 형태가 편광 혼합을 지령하는 비이상적인 분리 미리를 이용한다. 보다 작은 시스템의 경우에, 보다 높은 반사율과 보다 작은 물리적 크기를 위해 미러에 비해 TIR 프리즘이 바람직하다. s 편광 구성요소와 p 편광 구성요소 사이의 반사에 가해지는 상 지연은 편광을 전파 종속 상태로 급속하게 변환시킨다. 이는 일반적으로 강도와 비트 깊이 손실을 도입함으로써 보정될 수 있는 투영된 영상 불균일성을 초래한다. 이 문제를 허용 가능한 레벨로 감소시키기 위해, 선형 편광 상태는 시스템에 진입하기 전에 생성될 수 있다. 대부분은, 이들 상태가 촬상 시스템에 존재하는 광선의 대부분에 대해 s 또는 p 고유 상태(Eigen-state)와 밀접하게 비슷하기 때문에 편광이 보존된다.
도 5는 보다 콤팩트한 시스템을 제공하기 위하여 델타 프리즘(540)이 광 지향 요소로서 사용되는 입체 투영 시스템(500)의 실시예의 개략도이다. 전체적으로, 시스템(500)은 투영 서브시스템(510), 릴레이 렌즈(530) 및 투영 렌즈(590)를 포함할 수 있다. 시스템(500)은 또한 정합 파장판(522a, 522b)과, 파장 선택적 편광 필터(524)를 포함할 수 있다.
델타 프리즘(540)은 한 면(542)이 미러 코팅으로 코팅된 삼각형 프리즘을 포함한다. 광은 전달면(544)에 진입하여, 제2 전달면(546)으로 이동하고, 제2 전달면(546)에서 전체 내부 반사된다(TIR). 이어서, 반사된 광은 미러가 달린 면(542)으로 이동하고, 반사되어 제1 전달면(544)으로 이동한다. 광은 다시 입력면(544)에서 전체 내부 반사되어 제2 전달면(546)으로 이동한다. 프리즘의 각도 및 굴절률은 광이 이 통과시에 제2 전달면(546)을 빠져나가도록 구성된다. 이 경우에, 광은 도 2의 미러 시스템의 경우와 동일하게 릴레이 렌즈(530)의 광축에 대해 45도로 광 분할 서브시스템(560)에 입사한다. 델타 프리즘(540)은 도 2의 미러(240)보다 콤팩트한 해법을 제공한다. 델타 프리즘(540)은 효율을 위해 낮은 복굴절을 갖는 것이 바람직하고 입력면(544) 및 출력면(546)을 위한 반사 방지 코팅을 포함한다.
이 예시적인 실시예에서 와뷸레이션은 프리즘(540)을 릴레이 렌즈(530)의 광축을 중심으로 회전시킴으로써 가능하다. 이 회전은 스크린 상에서 영상 위치의 변위를 유도한다. 별법으로서, 각 영상의 와뷸레이션은 PBS(572) 전에 2개의 재지향 미러(562, 564)를 진동시킴으로써 가능할 수 있다.
도 6은 릴레이 렌즈 서브시스템(630), 델타 프리즘(640), 입체 서브시스템(650) 및 투영 렌즈 서브시스템(690)을 도시하는 투영 시스템(600)의 개략적인 광선 추적 도면이다. 입체 서브시스템(650)은 밀러가 달린 분할 프리즘(660), 재지향 미러(662, 664), 및 광 경로를 결합하기 위한 PBS(672)를 포함한다. 정합 파장판(622b), 파장 선택적 필터(624) 및 로테이터(674)가 또한 시스템을 작동을 지지하기 위해 포함된다.
도 7은 도 6의 입체 서브시스템(650)의 확대도를 보여주는 개략적인 광선 추적 도면이다. 입체 서브시스템(650)은 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이 미러가 달린 분할 프리즘(660), 미러(662, 664), PBS(672), 및 로테이터 요소(674)를 포함한다. 이 예에 도시된 바와 같이, 정합 파장판(622b)과 파장 선택적(또는 G/M) 필터(624)는 릴레이 렌즈(630) 후에 포함된다. 편광된 광은 실리적으로 동일한 편광으로 델타 프리즘(640)에 진입하고 빠져나간다. 미러가 달린 프리즘(660)은 영상을 분할하고, 2개의 평탄한 미러(662, 664)는 영상을 PBS(672)로 재지향시킨다. PBS(672) 전에, 로테이터(674)는 한 경로의 편광을 변경시키고 등방성 플레이트(676)는 다른 경로에서 편광을 유지한다. PBS(672)는 2개의 경로를 투영 전에 하나의 경로로 결합시킨다. 다시, 와뷸레이션은 델타 프리즘(640)을 회전시키고 및/또는 2개의 재지향 미러(662, 664)를 진동시킴으로써 가능할 수 있다.
도 8은 광 지향 요소(840)와 광 분할 및 결합 서브시스템(860)의 다른 실시예의 개략도이다. 광 분할 및 결합 서브시스템(860)은 델타 프리즘(862, 864)과, 선택적 등방성 플레이트(876) 및 로테이터(874)를 포함할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 2개의 델타 프리즘(862, 864)은 도 7에 관하여 논의된 반사면(660, 662, 664)을 대체한다. 선택적 로테이터(854)는 또한 델타 프리즘의 세트에서 유도된 비스듬한 광선 상 차이를 보상하기 위해 포함될 수 있다. 재지향 미러와 달리 델타 프리즘(840, 862, 864)의 사용은 시스템을 콤팩트하게 만든다. 이는 로테이터(854)가 델타 프리즘(840)과 2개의 다음의 델타 프리즘(862, 864) 사이에 삽입되게 한다. 로테이터(854)는 델타 프리즘(840, 862, 864)의 비스듬한 광선의 형태 효과에 의해 유도된 상 에러를 거의 완벽하게 보상한다. 프리즘은 모두 광선 경로에 대해 거의 동일한 형태를 갖기 때문에, 프리즘들 사이의 로테이터(854)는 비스듬한 광선 편광 효과를 최상으로 보상한다. 이 경우에, 와뷸레이션은 제1 델타 프리즘(840)을 회전시키고 및/또는 다음의 델타 프리즘(862, 864) 각각을 회전시킴으로써 가능하다.
도 9는 입체 투영 시스템(900)의 실시예의 평면도의 개략적인 광선 추적 도면이다. 이 실시예는 릴레이 렌즈(930), 광 지향 요소(940), 광 분할 서브시스템(960), 광 결합 서브시스템(970) 및 투영 렌즈(990)를 포함한다. 투영 렌즈(990)는 왜상 촬상을 가능하게 하는 원통형 요소를 포함한다. 원통형 요소는 본 명세서에 모든 목적을 위해 참조로 합체되는 Willey의 미국 특허 제3,658,410호에 논의된 바와 같이 스크린에 왜상 압축된 영상을 생성하도록 투영 렌즈(990)에 포함된다.
도 10은 원통형 요소가 있고 없는 투영 렌즈를 위한 스크린에서 조명 풋프린트 도면이다. 원통형 요소는 왜상 기능성을 가능하게 한다. 구역(1002)은 왜상 요소를 포함하고 구역(1004)에는 왜상 요소가 없다. 실시예에서, 원통형 요소를 포함하는 경우에, 전체 스크린 휘도는 표준 투영 렌즈 케이스와 비교했을 때에 왜상 기능성의 추가로 인해 대략 57.5% 더 밝은 것으로 추산된다. 왜상 요소는 스크린 상에 투영된 영상의 종횡비를 변경시킨다.
도 11은 보다 밝은 온 스크린 영상을 생성하도록 영상을 왜상 신장시킴으로써 원통형 요소에 의해 영상 휘도를 향상시키는 대안적인 기법을 도시하는 개략도이다. 영상은 기존의 스크린 면적을 거의 채우도록 수직 방향으로 신장된다. 구역(1002)은 왜상 신장의 구역이다. 수직 방향의 신장은 동일한 투영 렌즈가 2D 및 3D 상연에 이용되게 한다.
도 12는 공간 다중화 3D 투영 시스템을 비다중화 풀 해상도 2D 시스템으로 전환시키는 기법을 도시하는 개략적인 광선 추적 도면이다. 이 예시적인 실시예에서, 구경 조리개 근처의 분할 및 재결합 광학 기기는 광 경로로부터 제거되고, 투영 렌즈(1290)는 릴레이 렌즈(1230)의 광축과 평행하도록 피봇된다. 투영 렌즈(1290)는 중간 영상(1255)이 투영 렌즈(1290)의 후면 초점 길이 근처에 배치된다. 이어서, 투영 렌즈(1290)가 집중되고 적절한 상연을 위해 줌될 수 있다.
도 13은 3D 모드로부터 2D 풀 해상도 모드로 광학 시스템을 전환시키는 기법의 다른 예를 보여주는 개략적인 광선 추적 도면이다. 이 실시예에서, 분할 및 재결합 광학 기기의 일부(미러가 달린 프리즘, 미러 및 PBS)가 제거되고 2D 바이패스 서브시스템(1380)이 광 경로에 삽입된다. 이 예에서, 2D 바이패스 서브시스템(1380)은 제2 델타 프리즘이다. 제2 델타 프리즘(1380)은 제1 델타 프리즘(1340)과 조합하여 투영 렌즈(1390)의 광축과 정렬하도록 릴레이 렌즈(1330)로부터 나오는 광 경로의 광축을 수직 방향으로 변위시킨다. 투영 렌즈(1390)는 영상을 재집중시키도록 광축을 따라 이동할 수 있다. 프리즘은 델타 프리즘이 되어서는 않되고, 오히려 대략 45도로 광축을 재지향시키는 프리즘 또는 미러가 사용될 수 있다. 대안적인 프리즘은 도 16에 도시된 TIR 프리즘 타입을 포함한다.
도 14는 투영 렌즈(1490) 후에 광 경로에 배치된 외부 왜상 컨버터 렌즈(1495)를 갖는 시스템(1400)의 실시예를 보여주는 개략적인 광선 추적 도면이다(예컨대, Dewald의 미국 특허 제5,930,050호 참조)(도 14의 확대도는 Dewald의 반대 극성을 갖는다).
도 15는 외부 왜상 컨버터 렌즈(1595)를 갖는 시스템(1500)의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 광선 추적 도면이다. 도시된 바와 같이, 3D 작동의 경우에, 왜상 컨버터(1595)(즉, 왜상 무한 초점 컨버터)는 다중화 패널로부터 보다 밝은 3D 영상을 생성하도록 투영 렌즈(1590) 후에 적소에 놓인다. 2D 풀 해상도 작동의 경우에, 왜상 컨버터(1595)는 광 경로로부터 제거되어 비다중화 풀 2D 패널 해상도가 왜상 왜곡 없이 제공되게 할 수 있다. 도 14는 수평 방향으로 확대도 0.5X를 갖는 왜상 컨버터를 도시하고, 도 15는 수직 방향으로 확대도 2X를 갖는 왜상 컨버터를 도시하고 있다.
도 16은 입체 투영 시스템(1600)의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 광선 추적 도면이다. 입체 투영 시스템(1600)은 릴레이 렌즈(1630)의 출력부에 그리고 영상 분할 서브시스템(1660) 전에 실현되는 브라비스 서브시스템(1632)을 더 포함한다. TIR 프리즘(1640)은 브라비스(1632)로부터 나오는 논텔레센트릭(non-telecentric) 광선 번들을 수용하도록 변경된다. 텔레센트릭 번들을 생성하는 광학 원통형 필드 렌즈(1636)가 또한 도시되어 있고, 텔레센트릭 투영 렌즈가 사용되어야 한다. 왜상 신장은 수직 방향으로 구현되어, 투영 렌즈 줌 세팅에 변화없이 또는 거의 없이 동일한 투영 렌즈(1690)가 2D와 3D 모두에 사용되게 한다.
브라비스 광학 시스템은 본 명세서에 모든 목적을 위해 참조로 합체되는 (동작 화상 작업에 브라비스 광학 기기의 용도를 설명하는) Modern Optical Engineering(p. 272, McGraw-Hill, 1990)에서 W. Smith에 의해 논의된 바와 같이 영상의 한 방향을 따라 왜상 신장 또는 압축을 제공하도록 이용되었다. 브라비스 시스템은 한정된 거리 만큼 분리되고 렌즈 시스템의 한정된 공액에 배치된 포지티브 및 네가티브 원통형 요소를 포함한다.
브라비스 시스템은 패널 근처에, 릴레이 렌즈 출력부 근처에, 또는 투영 렌즈 입력부 근처에 삽입될 수 있다. 편광 및 칼라 관리 광학 기기는 브라비스 광학 기기를 패널 근처에 삽입하는 것을 어렵게 만든다. 브라비스 시스템은 투영 렌즈의 후면 초점 길이(BFL; back focal length)를 단축시키고, PBS, 분할 프리즘 및 미러를 삽입하는 데에는 긴 BFL이 바람직하다.
도 17은 도 16에 도시된 실시예와 유사한 입체 투영 시스템(1700)의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 광선 추적 도면인데, 차이는 미러가 달린 프리즘과 폴딩 미러가 보다 콤팩트한 델타 프리즘(1760)으로 교체되었다는 점이다. 시스템(1700)은 또한 릴레이 렌즈(1730)의 출력부에 구현되는 브라비스 서브시스템(1732)을 포함한다.
도 18은 도 17의 영상 분할 및 결합 조립체의 클로즈업 도면으로서, 축방의 브라비스 시스템(1732), 필터(1714), 필드 렌즈(1736) 및 프리즘(1764, 1762)의 클로즈업 도면을 구체적으로 도시하고 있다. 브라비스 왜상 렌즈(1732)(축상 렌즈로서 도시됨)는 릴레이 렌즈를 추종한다. 정합 사분 파장판(1722b)과 파장 선택적 필터(1714)는 브라비스(1732)를 추종한다. TIR 선회 프리즘(1734)이 다음이고, 원통형 필드 렌즈(1736)가 이어져 중간 영상에 텔레센트리시티(telecentricity)를 제공한다. 2개의 수정된 델타 프리즘(1762, 1764)은 원통형 필드 렌즈(1736)를 추종한다. 델타 프리즘(1762, 1764)은 주변 광선을 위해 프리즘을 통한 명백한 구경을 유지하면서 영상 분할을 용이하게 하도록 중간 영상 근처에 절단된 코너를 갖는다. PBS(1772)는 2개의 델타 프리즘을 추종하고 영상들을 결합시킨다. 로테이터(1774)는 델타 프리즘 후에 광 경로들 중 하나에 포함되고, 선택적 클린업 편광기(도시 생략)가 또한 델타 프리즘(1762, 1764)과 PBS(1774) 사이에 구현될 수 있다. 전체 조립체는 콤팩트하고 투영 렌즈에 작은 후면 초점 길이를 제공한다. 이는 비용 감소 및/또는 투영 렌즈의 성능 향상에 일조한다.
도 19는 도 18에 도시된 실시예와 유사하지만 비왜상 시스템(즉, 브라비스 왜상 렌즈가 없는 시스템)을 위해 적합한 다른 영상 결합 조립체의 클로즈업 도면이다. 이 실시예는 필터(1914), 정합 사분 파장판(1922b), TIR 프리즘(1934), 프리즘(1964, 1962), PBS(1972) 및 로테이터(1774)를 포함한다. 이 실시예에서, 도 17의 원통형 필드 렌즈(1936)가 포함되지 않고, 비왜상 시스템(즉, 브라비스 왜상 렌즈가 없는 시스템)에 사용될 수 있다.
도 20은 3D 렌즈 시스템(2000)의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 광선 추적 도면이다. 이 실시예에서, 왜상 텔레센트릭 릴레이 렌즈(2099)는 표준 릴레이 렌즈(2030)와 투영 렌즈(2090) 사이에 삽입된다. 왜상 릴레이 렌즈(2099)는 표준 릴레이 렌즈(2030)에 의해 생성된 중간 영상의 실제 영상을 생성한다. 이어서, 투영 렌즈(2090)는 왜상 릴레이 렌즈(2099)의 영상의 이미지를 스크린(2095) 상에 투영한다.
이 실시예에서, 왜상 텔레센트릭 릴레이 렌즈(2099)는 그 구경 조리개 근처에 배치된 무한 초점 왜상 컨버터를 갖는 텔레센트릭 릴레이 렌즈일 수 있다. 무한 초점 왜상 컨버터는 원통형 렌즈에 의해 구현되는 무한 초점 컨버터일 수 있다. 원통형 렌즈는 직교 양상에서 균일한 확대도(예컨대, 수평 방향으로 1X 확대도)를 가지면서 한 양상에서 릴레이의 확대도(예컨대, 수직 방향으로 2X 확대도)를 변경시킬 수 있다. 임의의 왜상 실행에서, 각 양상의 확대도는 왜상(즉, 양상이 단일 확대도가 아닌 확대도일 수 있다)으로 고려되기 어려울 수 있다. 양상이 모두 1이 아닌 확대도를 갖는다면, 원환체 요소는 컨버터에서 바람직할 수 있거나, 직교 회전축을 갖는 다중 원통형 요소가 사용될 수 있다. 왜상 릴레이는 바람직하게는 광 처리량 및 대비를 유지하도록 텔레센트릭이다. 이 예시적인 실시에에서, 텔레센트릭 왜상 릴레이 렌즈(2099)는 프리즘 조립체(2060)와 투영 렌즈(2090) 사이에 도시되어 있지만, 또한 표준 릴레이 렌즈(203)와 프리즘 조립체(2060) 사이에 구현될 수 있다.
이 실시예에서, 원통형 필드 렌즈는 제1 중간 영상에 포함되지 않는다는 것을 유념해야 한다. 왜상 컨버터가 렌즈의 구경 조리개 근처에 배치되는 경우에, 시준 빔에서 작동하고 수차 보정의 관점에서 유리하다. 따라서, 텔레센트리시티가 필드 렌즈의 사용없이 유지될 수 있다. 또한, 왜상 컨버터가 제1 릴레이 렌즈 또는 투영 렌즈의 구경 조리개 근처에 구현되어 왜상 기능을 왜상 텔레센트릭 릴레이의 결여를 허용할 수 있는 이들 지점들 중 하나로 이동시킬 수 있다. 왜상 텔레센트릭 릴레이를 이용하는 시스템의 이점은 왜상 텔레센트릭 릴레이가 제거될 수 있고, 시스템이 (예컨대, 풀 패널 해상도를 이용하는 2D 상연을 위해) 모든 방향에서 동일한 확대도로 작동할 수 있다는 점이다. 미국 특허 제6,995,920호는 카메라(촬상) 렌즈와 함께 사용하기 위한 텔레센트릭 왜상 릴레이 렌즈를 설명하고 있으며, 본 명세서에 참조로 합체된다.
시스템의 루멘 출력을 향상시키기 위해 브라비스 왜상 렌즈가 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들에 추가될 수 있다는 것을 알아야 한다. 브라비스는 릴레이 렌즈 후에 그리고 분할 프리즘 전에 배치될 수 있다. 브라비스는 중간 영상을 수직 방향으로 2X 만큼 그리고 수직 방향으로 1X 만큼 확대시켜 풀 패널 크기가 3D 모드에 사용되게 한다. 브라비스가 제거되면, 분할 프리즘과 투영 렌즈가 수직 방향으로 병진되어 전체 중간 영상이 단일의 TIR 프리즘과 단일의 투영 렌즈를 통과하고, 패널로부터의 풀 해상도 영상이 2D 상연을 위해 사용될 수 있다.
또한, 외부 왜상 무한 초점 컨버터가 시스템의 루멘 출력을 향상시키기 위하여 본 명세서에 개시된 다양한 실시예에 적용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 그러한 외부 왜상 컨버터는 투영 렌즈 후에 배치될 수 있다. 별법으로서, 투영 렌즈 자체는 루멘 출력을 향상시키도록 (예컨대, 본 명세서에 참조로 합체되는, 미국 특허 제5,930,050호에서 왜상이 되는 단일의 투영 렌즈와 같이) 왜상이 될 수 있다.
개시된 원리에 따른 다양한 실시예가 전술되었지만, 일례로만 제공되었고 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 임의의 실시예로 제한되어서는 않되며, 청구범위 및 이 개시로부터 나오는 그 균등물에 따라서만 한정되어야 한다. 더욱이, 상기 이점 및 특징은 설명된 실시예들에 제공되지만, 상기 이점들 중 일부 또는 전부를 달성하는 공정 및 구조에 대해 그러한 논의된 청구범위의 적용을 제한해서는 않된다.
또한, 본 명세서의 표제 섹션은 37 C.F.R. 1.77 하의 제안과 일치하도록 또는 달리 조직 큐를 제공하도록 제공된다. 이들 표제는 본 개시로부터 비롯될 수 있는 어떠한 청구범위에 기재된 본 발명을 제한하거나 특징으로 해서는 않된다. 구체적으로 그리고 일례로서, 표제는 "기술 분야"를 명명하고 있지만, 그러한 청구는 소위 기술 분야를 설명하기 위해 이 표제 아래에 선택된 언어에 의해 제한되어서는 않된다. 또한, "배경 기술"에서의 기술의 설명은 기술이 본 개시의 임의의 발명에 대한 종래 기술이라는 승인으로서 해석되지 않는다. "요약"은 청구범위에 기재된 발명의 특징으로서 고려되지 않는다. 더욱이, 본 개시에서 단수 형태로 "발명"에 대한 임의의 참조는 본 개시에서 신규성이 단하나의 포인트만이 존재한다는 것을 주장하도록 사용되어서는 않된다. 본 개시로부터 나오는 다수의 청구항의 한정에 따라 다수의 발명이 기재될 수 있고, 그러한 청구항은 이에 따라 발명, 및 이에 의해 보호되는 균등물을 한정한다. 모든 경우에, 그러한 청구항의 범위는 이 개시의 관점에서 진가를 발휘하도록 고려되어야 하고, 본 명세서의 표제에 의해 구속되어서는 않된다.
110: 투영 서브시스템
130: 릴레이 렌즈 서브시스템
132: 컨트롤러 서브시스템
134: 오디오/비주얼 소스
140: 광 지향 요소
160: 광 분할 서브시스템
170: 광 결합 서브시스템
182: 2D 바이패스 서브시스템
190: 투영 렌즈 서브시스템
230, 530: 릴레이 렌즈
290, 590: 투영 렌즈

Claims (22)

  1. 입체 투영 시스템으로서,
    입력 광 경로부터 제1 영상 영역 광과 제2 영상 영역 광을 갖는 입체 영상 프레임을 수신하고 상기 입체 영상 프레임을 중간 영상 평면으로 이송하도록 작동할 수 있는 릴레이 렌즈 서브시스템과,
    상기 중간 영상 평면에서 상기 입체 영상 프레임을 수신하고 상기 제2 영상 영역 광으로부터 제1 영상 영역 광을 분할하고, 제1 영상 영역 광을 제1 영상 광 경로로 지향시키고 제2 영상 영역 광을 제2 영상 광 경로로 지향시키도록 작동할 수 있는 광 분할 서브시스템과,
    상기 제1 및 제2 영상 영역 광을 결합시키도록 작동할 수 있는 광 결합 서브시스템과,
    상기 제1 및 제2 영상 영역 광을 스크린을 향해 지향시키도록 작동할 수 있는 투영 렌즈 서브시스템
    을 포함하고, 상기 광 결합 서브시스템으로부터 출력되는 제1 영상 영역 광은 제2 영상 영역 광에 직교하는 편광 상태를 갖는 것인 입체 투영 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 결합 서브시스템은 편광 빔 스플리터(PBS; polarization beam splitter)를 포함하는 것인 입체 투영 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 투영 렌즈 서브시스템은 단일의 투영 렌즈를 포함하는 것인 입체 투영 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 액정(LC; liquid crystal) 영사기를 더 포함하는 것인 입체 투영 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈 서브시스템 전에 입력 광 경로에 배치되는 정합 파장판을 더 포함하고, 상기 정합 파장판은 LC 영사기 내에서 피장판에 대해 실질적으로 분산 정합되는 것인 입체 투영 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈 서브시스템 후에 중간 광 경로에 배치된 정합 파장판을 더 포함하고, 상기 정합 파장판은 LC 영사기 내에서 파장판에 실질적으로 분산 정합되는 것인 입체 투영 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 입력 광 경로와 중간 광 경로 중 하나에 배치된 파장 선택적 편광 필터를 더 포함하는 것인 입체 투영 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 출력 광 경로에 배치된 사분 파장판을 더 포함하는 것인 입체 투영 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광 분할 서브시스템은 제1 미러와 제2 미러를 포함하는 것인 입체 투영 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광 분할 서브시스템은 전체 내부 반사 프리즘, 미러가 달린 프리즘 및 한쌍의 전체 내부 반사 프리즘 중 하나를 포함하는 것인 입체 투영 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 투영 렌즈 서브시스템은 편광 빔 스플리터(PBS; polarization beam splitter)와 단일의 투영 렌즈를 포함하고,
    상기 PBS는 제1 및 제2 영상 영역 광을 결합시키도록 작동될 수 있으며,
    상기 단일의 투영 렌즈는 결합된 제1 및 제2 영상 영역 광을 스크린을 향해 투영하도록 작동될 수 있고,
    상기 제1 및 제2 영상 영역 광은 실질적으로 스크린에서 오버랩되는 것인 입체 투영 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 입체 영상 프레임은 광 지향 요소를 통해 중간 영상 평면으로 이송되는 것인 입체 투영 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광 지향 요소는 미러와 프리즘 중 하나를 포함하는 것인 입체 투영 시스템.
  14. 입체 모드 및 비입체 투영 모드를 선택적으로 투영하도록 작동될 수 있는 투영 시스템으로서,
    투영 서브시스템으로부터 입력 광을 수신하고 입력 광을 중간 광 경로를 향해 이송하도록 작동될 수 있는 릴레이 렌즈 서브시스템과,
    상기 중간 광 경로로부터 광을 수신하고 직교 편광 상태를 갖는 좌안 영상 및 우안 영상의 입체 영상을 위해 광을 처리하도록 작동될 수 있는 입체 모듈과,
    상기 중간 광 경로로부터 광을 수신하도록 작동될 수 있는 비입체 모듈과,
    상기 입체 모듈 또는 비입체 모듈로부터의 광을 스크린을 향해 집중시키도록 작동될 수 있는 투영 렌즈 서브시스템
    을 포함하고, 입체 투영 모드에 있을 때에, 입체 모듈이 중간 광 경로에 배치되며, 비입체 투영 모드에 있을 때에, 비입체 모듈이 중간 광 경로에 배치되는 것인 투영 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 입체 모드와 비입체 모드 중에서 선택하는 선택기를 더 포함하는 것인 투영 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 입체 모드에 있을 때에 상기 입체 모듈을 중간 광 경로에 선택적으로 배치하고, 비입체 모드에 있을 때에 상기 비입체 모듈을 중간 광 경로에 배치하도록 작동될 수 있는 메카니즘을 더 포함하는 것인 투영 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 메카니즘을 입체 모드와 비입체 모드 간에 이동시키도록 작동될 수 있는 액츄에이터를 더 포함하는 것인 투영 시스템.
  18. 제14항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈 서브시스템 후에 배치되고 광을 중간 광 경로를 향해 지향시키도록 작동될 수 있는 광 지향 요소를 더 포함하는 것인 투영 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 광 지향 요소는 미러와 프리즘을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 투영 시스템.
  20. 제14항에 있어서, 상기 입체 모듈은,
    중간 영상 평면에 제1 및 제2 영상 영역 광을 갖는 입체 영상 프레임을 수신하고,
    상기 제2 영상 영역 광으로부터 제1 영상 영역 광을 분할하며,
    상기 제1 영상 영역 광을 제1 영상 광 경로에 지향시키고,
    상기 제2 영상 영역 광을 제2 영상 광 경로에 지향시키도록 작동될 수 있는 광 분할 서브시스템과;
    상기 제1 및 제2 영상 영역 광을 결합시키도록 작동될 수 있는 광 결합 서브시스템
    을 포함하고, 상기 광 결합 서브시스템으로부터 출력되는 상기 제1 영상 영역 광은 제2 영상 영역 광에 직교하는 편광 상태를 갖는 것인 투영 시스템.
  21. 제14항에 있어서, 액정(LC) 영사기를 더 포함하는 것인 투영 시스템.
  22. 제14항에 있어서, 출력 광 경로에 배치된 사분 파장판을 더 포함하는 것인 투영 시스템.
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