KR20010074685A - Projection system based on reconfigurable holographic optics - Google Patents
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Abstract
투영 시스템(26; 60; 80; 88; 102; 122)과 이 시스템의 투영 스크린(14; 30; 96; 104; 124)상에 투영된 입력 이미지를 표시하기 위한 방법은 상기 시스템에서 전파하는 광을 광학적으로 조정하기 위해 하나 이상의 형상 재구성식 홀로그래픽 광학 소자(HOEs)(42,44,46; 54,56,58; 66,68,70; 98; 106,108; 126,128)를 활용한다. 형상 재구성식 HOEs는 렌즈, 프리즘 및 미러와 같은 통상적인 광학 장치와 보통 관련되는 단순한 광학 기능을 수행하기 위해 형성된다. 그러나, 상기 형상 재구성식 HOEs는 특정한 방향으로 광 강도를 변화시키고 진정한 이미지(홀로그래픽)를 생성하는 바와 같은 적합한 광학 조정을 수행하기 위해 형성된다. 각 형상 재구성식 HOEs는 두 전극층 사이에 샌드위치된 홀로그램을 포함한다. 이 홀로그램은 액정과 조합되는 홀로그래픽 광중합체 필름이다. 홀로그램은 인가된 전기장에 반응하여 변화하는 광학 성질을 갖는다. 형상 재구성식 HOEs는 투영 스크린상에 투영되는 입력 이미지의 칼라 디스플레이를 제공하기 위하여 표시 패널(40)에 3 자극 칼라 광을 선택적으로 회절시키기 위한 시스템의 칼라 필터(38)에 포함된다. 형상 재구성식 HOEs는 투영 스크린상에 투영 이미지를 확대하고 및/또는 투영 스크린상에 타일식 이미지를 형성하기 위해 투영된 이미지를 재배향기 위해 투영 광학(34; 62)에 포함될 수도 있다. 더욱이, 형상 재구성식 HOEs는 특정 관찰 위치를 향해 광 강도를 변화시키는 투영 스크린에 사용될 수 있다. 하나의 적용에 있어서, 투영 스크린내에서 형상 재구성식 HOEs는 상기 시스템이 입체 형상으로 표시이미지를 나타내도록 한다.A method for displaying a projection system (26; 60; 80; 88; 102; 122) and an input image projected on the projection screen (14; 30; 96; 104; 124) of the system includes light propagating in the system. One or more shape reconstructed holographic optical elements (HOEs) 42, 44, 46; 54, 56, 58; 66, 68, 70; 98; 106, 108; 126, 128 to optically adjust the < RTI ID = 0.0 > Shape-reconstructed HOEs are formed to perform simple optical functions commonly associated with conventional optical devices such as lenses, prisms, and mirrors. However, the shape reconstructed HOEs are formed to change the light intensity in a particular direction and to perform suitable optical adjustments such as to produce a true image (holographic). Each shape reconfigurable HOE includes a hologram sandwiched between two electrode layers. This hologram is a holographic photopolymer film combined with a liquid crystal. Holograms have optical properties that change in response to an applied electric field. Shape reconstructed HOEs are included in the color filter 38 of the system for selectively diffracting three stimulus color light on the display panel 40 to provide a color display of the input image projected onto the projection screen. Shape reconfigurable HOEs may be included in projection optics 34 (62) to magnify the projected image on the projection screen and / or to redirect the projected image to form a tiled image on the projection screen. Furthermore, shape reconstructed HOEs can be used in projection screens that change light intensity towards a particular viewing position. In one application, the shape reconfigurable HOEs in the projection screen cause the system to display the display image in a three-dimensional shape.
Description
투영 시스템은 이미지 또는 시퀀스 이미지를 표시하기 위해 작동하여 상기 이미지를 스크린상에 투영한다. 이들 시스템은 다중 파인더(viewer)로 설계되는 경향이 있고, 적합한 관찰 거리에서 커다란 관찰 필드를 달성하기 위하여 큰 관찰 영역을 갖는 투영 스크린을 보통 필요로 한다. 투영된 이미지는 사이즈에 있어서 특정 투영 시스템에 따라 변화한다. 예를 들면, 극장에서 사용되는 투영 시스템은 매우 커다란 투영 이미지를 표시할 수 있는 반면에, 발표회를 위해 사무실에서 사용되는 투영 시스템은 통상 매우 작은 투영 이미지로 제한된다.The projection system works to display an image or sequence image to project the image onto the screen. These systems tend to be designed with multiple viewers and usually require a projection screen with a large viewing area to achieve a large viewing field at a suitable viewing distance. The projected image changes in size depending on the particular projection system. For example, projection systems used in theaters can display very large projection images, while projection systems used in offices for presentations are typically limited to very small projection images.
도 1을 참조하면, 예시적인 종래 기술의 투영 시스템(10)이 도시되어 있다. 투영 시스템(10)은 영사기(12)와 투영 스크린(14)을 포함한다. 영사기와 스크린은 입력 이미지를 스크린에 투영함으로써 발생되는 입력 이미지를 표시하기 위해 작동한다. 영사기(12)는 이미지 생성기(16)와 투영 광학(18)으로 구성된다. 이미지 생성기(16)는 백색 조사 광을 입력 이미지 표시 패널(22)에 제공하는 광원(20)을 포함한다. 예를 들면, 입력 이미지 표시 패널(22)은 광원으로부터의 광에 의해 조사되는 반사되는 액정 표시(LCD) 패널이다. 표시 패널은 스크린상에 투영되는 입력 이미지를 생성한다.Referring to FIG. 1, an exemplary prior art projection system 10 is shown. Projection system 10 includes a projector 12 and a projection screen 14. The projector and the screen operate to display the input image generated by projecting the input image onto the screen. The projector 12 is composed of an image generator 16 and projection optics 18. The image generator 16 includes a light source 20 that provides white illumination light to the input image display panel 22. For example, the input image display panel 22 is a reflective liquid crystal display (LCD) panel that is irradiated by light from a light source. The display panel generates an input image projected on the screen.
이미지 생성기(16)는 광원(20)과 표시 패널(22)사이에 위치된 칼라 필터(24)를 또한 포함한다. 칼라 필터(24)는 조사 광의 선택된 부분 즉, 특정 피크 파장을 갖는 선택된 부분만을 통과시키기 위해 작동한다. 칼라 필터는 3 자극 칼라 광 즉, 레드, 블루 및 그린 광을 연속적으로 전송하도록 제어가능하다. 통상적으로, 칼라 필터는 세개의 투명 영역을 갖는 회전 디스크이다. 이들 영역은 파장에 기초한 조사 광을 필터하기 위한 피그먼트(pigment; 색소)를 포함한다. 디스크의 회전은 디스크를 통하여 교대로 칼라를 연속적으로 전송되게 한다. 특정 피크 파장의 광이 표시 패널(22)상에 충돌할 때, 특정 피크 파장에 대응하는 입력 이미지는 표시 패널(22)상에 표시된다. 그런다음, 입력 이미지는 투영 광학(18)을 통하여 투영 스크린(14)을 향해 투영된다. 이러한 공정은 다른 두 칼라를 위해 반복된다. 3 자극 칼라 광에 대응하는 입력 이미지의 연속적인 투영은 투영 스크린상에 표시된 이미지를 칼라로 나타나게 한다. 투영 스크린상에 표시된 이미지의 사이즈는 투영 광학(18)에 의해 먼저 결정된 다음에 투영 광학과 투영 스크린간의 거리에 의해 결정된다.The image generator 16 also includes a color filter 24 positioned between the light source 20 and the display panel 22. The color filter 24 operates to pass only selected portions of the irradiated light, i.e., selected portions having a particular peak wavelength. The color filter is controllable to continuously transmit three stimulus color lights, ie red, blue and green light. Typically, the color filter is a rotating disk with three transparent areas. These regions contain pigments (pigments) for filtering the irradiation light based on the wavelength. Rotation of the disk causes the collar to be transferred continuously in alternation. When light of a specific peak wavelength impinges on the display panel 22, an input image corresponding to the specific peak wavelength is displayed on the display panel 22. The input image is then projected through the projection optics 18 toward the projection screen 14. This process is repeated for the other two colors. Subsequent projection of the input image corresponding to the three stimulus color light causes the image displayed on the projection screen to appear in color. The size of the image displayed on the projection screen is first determined by the projection optics 18 and then by the distance between the projection optics and the projection screen.
투영 광학(18)은 투영된 입력 이미지를 이미지 생성기(16)로부터 확대하기위한 하나 이상의 줌 렌즈(도시 생략)를 포함한다. 이들 줌 렌즈는 특정 확대 배율을 제공하기 위해 투영 광학내에 선택적으로 재위치 설정된다. 이 투영 광학은 투영 스크린(14)상에 투영된 이미지를 초점 맞추기 위한 하나 이상의 초점 렌즈(도시 생략)를 또한 포함한다. 투영 스크린은 '반사 관찰' 즉, 영사기(12)와 직면하는 투영 스크린의 측면으로부터의 관찰 또는 '투과 관찰' 즉, 영사기에 대향하는 투영 스크린의 측면으로부터의 관찰을 위해 형성된다.Projection optics 18 include one or more zoom lenses (not shown) for enlarging the projected input image from image generator 16. These zoom lenses are selectively repositioned in the projection optics to provide a particular magnification. This projection optic also includes one or more focusing lenses (not shown) for focusing the image projected on the projection screen 14. The projection screen is formed for 'reflection observation', ie observation from the side of the projection screen facing the projector 12 or 'transmission observation', ie from the side of the projection screen opposite the projector.
이히카와(Ichikawa)등에게 허여된 미국 특허 제5,737,040호에는 칼라 필터로서 작용하는 패시브 홀로그램 어레이를 활용하는 투영 시스템이 기술되어 있다. 상기 이히카와 등의 투영 시스템은 백라이트와 같은 광원으로부터의 조사 광을 수용하고 광원으로부터 멀어지는 방향으로 입력 이미지를 투영하는 전송 LCD를 포함한다. 상기 이히카와 등의 투영 시스템의 패시브 홀로그램 어레이는 다수의 마이크로-홀로그램을 함유하는 싱글 패널이다. 각 마이크로-홀로그램은 파장에 기초한 입사 조사 광을 분산하기 위해 작동하므로써, 조사 광으로부터 필터된 각 칼라는 LCD의 미리 결정된 액정 셀에 들어간다. 그런다음, LCD상에 표시된 입력 이미지는 확대되어 투영 스크린상에 투영된다. 패시브 홀로그램 어레이는 광원으로부터 LCD에 전송된 칼라 광의 강도를 증가시키고, 투영 스크린상에 표시된 투영 이미지의 밝기를 연속적으로 증가시킨다.U.S. Patent No. 5,737,040 to Ichikawa et al. Describes a projection system utilizing a passive hologram array that acts as a color filter. The projection system of Ihikawa et al. Includes a transmission LCD that receives irradiation light from a light source such as a backlight and projects the input image in a direction away from the light source. The passive hologram array of the projection system of Ihikawa et al. Is a single panel containing a plurality of micro-holograms. Each micro-hologram works to disperse incident irradiation light based on wavelength, so that each color filtered from the irradiation light enters a predetermined liquid crystal cell of the LCD. Then, the input image displayed on the LCD is enlarged and projected on the projection screen. The passive hologram array increases the intensity of the color light transmitted from the light source to the LCD and continuously increases the brightness of the projected image displayed on the projection screen.
종래 기술의 투영 시스템이 그들의 소정 목적을 위해 작동하는 반면에, 소형 광학 형상을 갖고 홀로그래픽 광학 소자에 의해 이용가능한 정교한 표시 기능을 갖는 양호한 투영 시스템이 필요하였다.While prior art projection systems work for their desired purpose, there is a need for a good projection system that has a compact optical shape and has sophisticated display functionality available by holographic optical elements.
본 발명은 1998년 7월 10일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제60/092,259호의 이익을 청구하는 것이다.This invention claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 60 / 092,259, filed July 10, 1998.
본 발명은 일반적으로 투영 시스템에 관한 것으로, 특히 하나 이상의 홀로그래픽(holographic) 광학 소자를 활용하는 투영 시스템에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to projection systems, and more particularly to projection systems utilizing one or more holographic optical elements.
도 1은 예시적인 종래 기술의 투영 시스템의 개략적인 선도.1 is a schematic diagram of an exemplary prior art projection system.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투영 시스템의 개략적인 선도.2 is a schematic diagram of a projection system according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 투영 시스템의 개략적인 선도.3 is a schematic diagram of a projection system according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 투영 시스템의 개략적인 선도.4 is a schematic diagram of a projection system according to a third embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 투영 시스템의 개략적인 선도.5 is a schematic diagram of a projection system according to a fourth embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 투영 시스템의 개략적인 선도.6 is a schematic diagram of a projection system according to a fifth embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 투영 시스템의 개략적인 선도.7 is a schematic diagram of a projection system according to a sixth embodiment of the invention.
도 8은 본 발명에 따른 투영 시스템의 투영 스크린상에 투영된 이미지를 표시하기 위한 방법의 흐름도.8 is a flowchart of a method for displaying a projected image on a projection screen of a projection system according to the present invention.
투영 시스템의 투영 스크린상에 투영된 입력 이미지를 표시하기 위한 투영 시스템 및 방법은 이 시스템에서 전파하는 광을 조작하기 위해 하나 이상의 형상 재구성식 홀로그래픽 광학 소자(HOEs)를 활용한다. 형상 재구성식 HOEs는 렌즈, 프리즘 및 미러에 의해 수행되는 것과 같은 통상적인 광학 소자와 일반적으로 관련된 단순한 광학 기능을 수행하기 위해 설계된다. 그러나, 형상 재구성식 HOEs는 특정 방향에 대해서 광 강도를 변화시키는 바와 같은 정교한 광학 처리를 수행하기 위해 또한 설계된다.Projection systems and methods for displaying the input image projected on the projection screen of the projection system utilize one or more shape reconstructed holographic optical elements (HOEs) to manipulate the light propagating therein. Shape reconstructed HOEs are designed to perform simple optical functions commonly associated with conventional optical elements such as those performed by lenses, prisms and mirrors. However, shape reconstructed HOEs are also designed to perform sophisticated optical processing, such as varying light intensity for a particular direction.
각 형상 재구성식 HOE는 두 전극층 사이에 끼워진 홀로그램을 포함한다. 홀로그램은 액정과 조합되는 홀로그래픽 광중합체 필름이다. 액정의 존재는 홀로그램이 인가되는 전기장에 따라 광학 특성을 나타내게 한다. 적합하게는, 홀로그램은 높은 회절 성능을 갖는 브래그형(Bragg-type) 홀로그램이다. 전극층은 통상 80％ 이상의 전송 효율을 갖는 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어져 있다.Each shape reconstructed HOE includes a hologram sandwiched between two electrode layers. Holograms are holographic photopolymer films combined with liquid crystals. The presence of the liquid crystal causes optical properties to be manifested depending on the electric field to which the hologram is applied. Suitably, the hologram is a Bragg-type hologram with high diffraction performance. The electrode layer is usually made of indium tin oxide (ITO) having a transfer efficiency of 80% or more.
형상 재구성식 HOE는 적어도 두개의 광학 작동 상태 즉, 회절 상태 및 패시브 상태를 갖는다. 형상 재구성식 HOE의 회절 특성은 먼저 광중합체 필름에서 기록된 홀로그래픽 프린지(fringe)에 의존한다. 회절 상태에서, 형상 재구성식 HOE는 소정 방식으로 전파하는 광을 굴절시킨다. 패시브 상태에서, 형상 재구성식 HOE는 전파하는 광을 광학적으로 변경하지 않는다. 먼저, 형상 재구성식 HOE의 홀로그램은 회절 상태에 있으므로, 수용된 광은 소정 방식으로 회절된다. 그러나, 전기장이 형상 재구성식 HOE의 전극층에 전압을 인가함으로써 홀로그램에서 생성될때, 홀로그램의 작동 상태는 회절 상태로부터 패시브 상태로 스위치된다.The shape reconstructed HOE has at least two optical operating states, namely a diffractive state and a passive state. The diffraction properties of the shape reconstituted HOE first depend on the holographic fringes recorded in the photopolymer film. In the diffraction state, the shape reconstructed HOE refracts the light propagating in a predetermined manner. In the passive state, the shape reconstructed HOE does not optically alter the propagating light. First, the hologram of the shape reconstructed HOE is in a diffraction state, so that the received light is diffracted in a predetermined manner. However, when the electric field is generated in the hologram by applying a voltage to the electrode layer of the shape reconfigurable HOE, the operating state of the hologram is switched from the diffraction state to the passive state.
본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 투영 시스템은 단일 형상 재구성식 HOE 스택을 함유하는 칼라 필터를 포함하고, 다수의 형상 재구성식 HOE 스택을 갖는 투영 광학을 포함한다. 여기서, "형상 재구성식 HOE 스택"이라는 용어는 전파되는 3 자극 칼라 광을 집합적으로 작동시키기 위해 설계된 적어도 세 세트의 형상 재구성식 HOEs를 의미한다. 칼라 필터에서 스택의 각 형상 재구성식 HOE는 회절 상태인 경우 다색 조사 광의 특별한 3 자극 칼라 광을 회절시키기 위해 홀로그픽하게 형성되어 있다. 작동시, 칼라 필터의 형상 재구성식 HOEs는 상기 시스템의 종래의 표시 패널에 대해 3 자극 칼라 광을 연속적으로 회절시키기 위한 회절 상태에 연속적으로 놓여있다. 이 표시 패널은 시스템의 투영 스크린상에 표시하기 위해 투영 광학을 통해 투영되는 입력 이미지를 생성한다.In a first embodiment of the invention, the projection system includes a color filter containing a single shape reconstructed HOE stack and includes projection optics having a plurality of shape reconstructed HOE stacks. Here, the term "shape reconstructed HOE stack" means at least three sets of shape reconstructed HOEs designed to collectively actuate propagating tristimulus color light. In the color filter, each shape reconstructed HOE of the stack is formed holographically to diffract a special three stimulus color light of the multicolored irradiation light in the diffraction state. In operation, the shape reconstructed HOEs of the color filter are continuously placed in a diffraction state to continuously diffract three stimulus color light for the conventional display panel of the system. This display panel produces an input image that is projected through the projection optics for display on the projection screen of the system.
투영 광학의 형상 재구성식 HOE 스택은 투영 스크린상의 표시 이미지가 선택가능한 확대 배율에 의해 크게되도록 투영 이미지를 광학적으로 조작하기 위해 홀로그래픽하게 형성된다. 각 형상 재구성식 HOE 스택은 단일의 소정 배율로 투영 이미지를 확대하기 위해 형성된다. 작동시, 소정 배율에 대응하는 배율을 갖는 투영 광학의 형상 재구성식 HOE 스택이 선택된다. 투영 광학의 선택되지 않은 형상 재구성식 HOE 스택은 광학적으로 패시브되게 설정된다. 다른 한편, 선택된 스택의 세 가지 형상 재구성식 HOE는 패시브 및 회절 상태 사이에서 연속적이며 칼라 필터의 세 가지 형상 재구성식 HOE와 동시에 투영 스크린상에 확대된 칼라 이미지를 표시하기 위해 투영 이미지의 칼라 세트를 투영한다.The shape reconstructed HOE stack of projection optics is holographically formed to optically manipulate the projection image such that the display image on the projection screen is enlarged by a selectable magnification. Each shape reconstructed HOE stack is formed to enlarge the projection image at a single predetermined magnification. In operation, a shape reconstructed HOE stack of projection optics having a magnification corresponding to a predetermined magnification is selected. The unselected shape reconstructed HOE stack of projection optics is set to be optically passive. On the other hand, the three shape reconstructed HOEs of the selected stack are continuous between the passive and diffraction states and simultaneously with the three shape reconstructed HOEs of the color filter to display the color set of the projected image to display an enlarged color image on the projection screen. Project.
제 1 실시예에 따른 투영 시스템은 상기 시스템의 전체 작동에 영향을 미침 없이 변경할 수 있다. 투영 시스템의 제 1 변경예에서, 칼라 필터는 3 자극 칼라 광을 표시 패널에 연속적으로 전송하기 위해 종래의 칼라 필터와 대체된다. 제 2 변경예에서, 상기 칼라 필터 대체 대신에 투영 광학에서 형상 재구성식 HOE 스택은 파장에 대해 중립적인 방법으로 투영 이미지를 확대하기 위해 종래의 렌즈와 대체된다.The projection system according to the first embodiment can be changed without affecting the overall operation of the system. In a first variant of the projection system, the color filter is replaced with a conventional color filter to continuously transmit tristimulus color light to the display panel. In a second variant, instead of the color filter replacement, the shape reconstructed HOE stack in projection optics is replaced with a conventional lens to magnify the projection image in a way that is neutral to wavelength.
본 발명의 제 2 실시예에서, 투영 시스템은 타일식 이미지를 투영 스크린에 형성하기 위해 투영된 이미지를 광학적으로 조정할 수 있는 투영 광학을 포함한다. 타일식 이미지는 다수의 소정 이미지로 구성되거나 또는 혼합 이미지를 형성하는 이미지 세그먼트로 구성된다. 본 실시예에서 투영 광학은 다수의 형상 재구성식 HOE 스택을 또한 포함한다. 그러나, 이들 형상 재구성식 HOE 스택은 타일식 이미지를 투영 스크린상에 생성하기 위하여 투영 스크린의 소정 영역으로 투영 이미지를 안내하기 위해 홀로그래픽하게 형성된다. 투영 스크린의 형상 재구성식 HOE 스택은 특히 확대 배율에 의해 투영된 이미지를 확대하기 위해 또한 홀로그래픽하게 형성된다.In a second embodiment of the invention, the projection system includes projection optics that can optically adjust the projected image to form a tiled image on the projection screen. A tiled image consists of a number of predetermined images or of image segments forming a mixed image. In this embodiment the projection optics also include a plurality of shape reconstructed HOE stacks. However, these shape reconstructed HOE stacks are formed holographically to guide the projection image to a predetermined area of the projection screen to produce a tiled image on the projection screen. The shape reconfigurable HOE stack of the projection screen is also formed holographically to magnify the projected image, in particular by magnification.
본 발명의 제 3 실시예에서, 투영 시스템은 혼합 이미지를 투영 스크린에 표시하기 위해 제 2 실시예의 투영 광학 뿐만 아니라 이미징 장치도 포함한다. 제 3 실시예에서, 이미징 장치는 파인더의 눈 응시 방향을 추적하기 위해(즉, 파인더의 헤드와 눈의 위치를 추적하기 위해) 작동한다. 이 이미징 장치는 시스템의 독립 성분일 수 있거나 또는 투영 광학에 합체될 수 있다. 눈 응시 방향을 추적함으로써, 시스템은 파인더의 관찰 분야에 대응하는 이미지 세그먼트를 위한 관련 정보를 제공하기 위해 업데이트 정보의 처리를 제한하고 및/또는 파인더의 관찰 분야에 진입하는 이미지 세그먼트를 제공한다.In a third embodiment of the invention, the projection system includes not only the projection optics of the second embodiment but also the imaging device for displaying the mixed image on the projection screen. In a third embodiment, the imaging device operates to track the eye gaze direction of the finder (ie to track the position of the eye and the head of the finder). This imaging device may be an independent component of the system or may be incorporated in projection optics. By tracking the eye gaze direction, the system limits the processing of update information to provide relevant information for the image segment corresponding to the field of view of the finder and / or provides an image segment entering the field of view of the finder.
본 발명의 제 4 실시예에서, 시스템의 투영 스크린은 단일 형상 재구성식 HOE 스택을 포함한다. 회절 상태로 설정시, 투영 스크린의 형상 재구성식 HOE 스택은 투영 스크린상에 투영 이미지를 표시하기 위해 작동한다. 그러나, 패시브 상태로 설정시엔, 투영 스크린의 형상 재구성식 HOE 스택은 파인더가 컴퓨터 모니터와 같은 표시 장치상에 표시된 이미지를 관찰하기 위해 투영 스크린을 통하여 볼 수 있게 한다. 더 복잡한 형상에서, 투영 스크린의 형상 재구성식 HOE 스택은 표시 장치상의 이미지와 투영 스크린상에 표시된 투영 이미지를 동시에 관찰할 수 있게 홀로그래픽하게 형성되어 있다.In a fourth embodiment of the invention, the projection screen of the system comprises a single shape reconstructed HOE stack. When set to the diffraction state, the shape reconstructed HOE stack of the projection screen operates to display the projection image on the projection screen. However, when set to the passive state, the shape reconstructed HOE stack of the projection screen allows the finder to see through the projection screen to observe the image displayed on a display device such as a computer monitor. In a more complex shape, the shape reconstructed HOE stack of the projection screen is holographically formed so that it can simultaneously observe the image on the display device and the projection image displayed on the projection screen.
본 발명의 제 5 실시예에서, 상기 시스템의 투영 스크린은 상기 HOE가 회절 상태로 설정될 시에 특정 관찰 위치를 향해 전파하는 광의 광 강도를 변화시키도록 홀로그래픽하게 형성되는 적어도 두개의 형상 재구성식 HOE 스택을 포함한다. 작동시, 투영 스크린의 형상 재구성식 HOE 스택은 관찰 위치에 따라 동일 또는 다른 이미지를 다중 파인더에 양호하게 나타나도록 회절 상태로 연속적으로 스위치된다. 이 시스템은 표시 이미지를 혼합 형태로 파인더에 나타나게 하기 위하여 제 3 실시예의 투영 광학을 포함한다. 더욱이, 이 시스템은 하나 이상의 이미지 장치를 포함하므로, 혼합 이미지의 적합한 이미지 세그먼트만이 파인더의 눈 응시 방향을 추적하는 동안 업데이트된다.In a fifth embodiment of the present invention, the projection screen of the system is at least two shape reconstructively formed holographically to change the light intensity of light propagating towards a particular viewing position when the HOE is set to a diffraction state. It includes a HOE stack. In operation, the shape reconstructed HOE stack of the projection screen is continuously switched to the diffractive state so that the same or different image is well displayed in multiple finders depending on the viewing position. The system includes the projection optics of the third embodiment for causing the display image to appear in the finder in a mixed form. Moreover, since the system includes one or more imaging devices, only the appropriate image segments of the mixed image are updated while tracking the eye gaze direction of the finder.
본 발명의 제 6 실시예에서, 상기 시스템의 투영 스크린은 파인더의 특정 눈을 향해 전파하는 광의 광 강도를 변화시키기 위해 홀로그래픽하게 형성되는 적어도 두개의 형상 재구성식 HOE 스택을 포함하므로, 표시된 이미지는 HOE가 회절 상태로 설정될 시에 입체경 이미지로 볼 수 있다. 이 시스템은 혼합 형태로 파인더의 각 눈에 표시 이미지를 나타나게 하기 위하여 제 3 실시예의 투영 광학을 포함한다. 더욱이, 이 시스템은 하나 이상의 이미징 장치를 포함하므로, 혼합 이미지의 적합한 이미지 세그먼트만이 파인더의 눈 응시 방향을 추적하는 동안 업데이트된다.In a sixth embodiment of the invention, the projection screen of the system comprises at least two shape reconstructed HOE stacks formed holographically to vary the light intensity of the light propagating towards a particular eye of the finder, so that the displayed image is When the HOE is set to the diffraction state, it can be viewed as a stereoscopic image. The system includes the projection optics of the third embodiment to present the display image to each eye of the finder in a mixed form. Moreover, since the system includes one or more imaging devices, only the appropriate image segments of the mixed image are updated while tracking the eye gaze direction of the finder.
본 발명의 장점은 형상 재구성식 HOE가 칼라 순차 조사를 위해 칼라 필터로 사용될 시에 매우 유효한 밴드-패스 필터로서 작용하는 것이다. 더욱이, 칼라 필터의 형상 재구성식 HOE는 높게 집중된 칼라 광을 제공하며, 투영 스크린에서 더 밝은 표시 이미지로 초래된다.An advantage of the present invention is that the shape reconstructed HOE acts as a very effective band-pass filter when used as a color filter for color sequential irradiation. Moreover, the shape reconstructed HOE of the color filter provides highly concentrated color light, resulting in a brighter display image on the projection screen.
다른 장점은 형상 재구성식 HOE가 투영 스크린을 확대 뿐만 아니라 이미지 타일을 수행하는 것이다. 투영 스크린으로 사용될 시에, 형상 재구성식 HOE는 다중 관찰 위치를 이용하며, 투영 스크린상의 이미지는 각 파인더에 의해 광학적으로 표시된다. 또한, 투영 스크린에서 형상 재구성식 HOE는 표시 이미지가 입체경 포맷으로 파인더에 나타나게 한다. 또 다른 장점은 형상 재구성식 HOE가 칼라 필터와 투영 광학을 소형 광학 형상으로 갖도록 하는 것이다.Another advantage is that the reconstructed HOE performs image tiles as well as enlarging the projection screen. When used as a projection screen, the shape reconstructed HOE uses multiple viewing positions, and the image on the projection screen is optically displayed by each finder. In addition, the shape reconstructed HOE in the projection screen causes the display image to appear in the finder in stereoscopic format. Another advantage is that the shape reconstructed HOE has a color filter and projection optics in a compact optical shape.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투영 시스템(26)이 도시되어 있다. 투영 시스템(26)은 영사기(28)와 투영 스크린(30)을 포함한다. 종래 기술의 투영 시스템과 유사하게, 영사기와 투영 스크린은 입력 이미지를 투영 스크린(30)에 투영하므로써 생성된 입력 이미지를 표시하기 위해 작동한다. 이 스크린은 종래에 반사적으로 관찰되거나 또는 전파적으로 관찰되는 투영 스크린이다. 그러나, 종래의 투영 스크린과는 달리, 영사기(28)는 "형상 재구성식(reconfigurable) 홀로그래픽 광학 소자(HOEs)로서 사용된다. 이 형상 재구성식 HOEs는 통상적인 광학 소자와 보통 연합된 기능을 수행하나, 많은 3 자극 광학 조작을 수행한다.2, there is shown a projection system 26 according to a first embodiment of the present invention. Projection system 26 includes a projector 28 and a projection screen 30. Similar to the projection system of the prior art, the projector and the projection screen operate to display the input image generated by projecting the input image onto the projection screen 30. This screen is conventionally a projection screen that is either reflectively observed or propagated. However, unlike conventional projection screens, projector 28 is used as " reconfigurable holographic optical elements (HOEs). These shape reconfigurable HOEs perform functions normally associated with conventional optical elements. However, many perform three stimulus optical manipulations.
형상 재구성식 HOE는 두 전극층 사이에 샌드위치된 홀로그램을 포함한다. 이 홀로그램은 높은 회절 효율을 갖는 브래그형 홀로그램이 적합하다. 이 홀로그램은 액정과 조합되는 홀로그래픽 광중합체 필름이다. 예를들면, 광중합체 필름은 슈더랜드(Sutherland)등의 PCT출원 제PCT/US97/12577호에 기술된 바와 같이 디펜타에리트리톨(dipentaerythritol) 하이드로옥시펜타크릴레이트(hydroxypentacrylate)를 갖는 중합 단량체로 구성되어 있다. 상기 액정은 광중합체 필름의 세공에 채워진다. 홀로그래픽 프린지(fringe)는 액정과 조합되기 전 또는 후에 홀로그래픽 필름에 기록된다. 적합한 실시예에서, 광중합체 재료는 기록되기 전에 액정과 조합된다. 이러한 적합한 실시예에서, 액정과 중합체 재료는 미리 혼합되고 위상 분리는 홀로그램의 기록중에 취해지므로, 홀로그래픽 프린지는 액정 비말의 고농도와 밀접하게 된다. 이러한 공정은 "건조" 공정에 관련되고, 형상 재구성식 HOEs의 양산의 관점에서 양호하다.The shape reconstructed HOE includes a hologram sandwiched between two electrode layers. Bragged holograms having a high diffraction efficiency are suitable for this hologram. This hologram is a holographic photopolymer film combined with a liquid crystal. For example, the photopolymer film consists of a polymerized monomer having dipentaerythritol hydrooxypentacrylate as described in PCT Application No. PCT / US97 / 12577 to Sutherland et al. It is. The liquid crystal is filled in the pores of the photopolymer film. The holographic fringe is recorded on the holographic film before or after combining with the liquid crystal. In a suitable embodiment, the photopolymer material is combined with the liquid crystal before being recorded. In this suitable embodiment, the holographic fringe is in close contact with the high concentration of liquid crystal droplets since the liquid crystal and polymer material are premixed and phase separation is taken during recording of the hologram. This process is related to the "dry" process and is good in terms of mass production of shape reconstituted HOEs.
홀로그램의 기록은 간섭 프린지가 광 빔의 적용에 의해 발생되는 통상적인 광학 공정에 의해 실행된다. 대안적으로, 간섭 프린지는 매우 정확한 레이저 기록 소자 또는 다른 광학 응답 기술을 사용하므로써 부자연스럽게 발생된다. 홀로그램에 인접한 전극층은 투명한 전도성 재료로 만들어진다. 예를들면, 전극층은 보통 80％ 이상의 전단 효율을 갖는 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어진다. 전기장은 전압이 상기 층에 적용될 때 홀로그램내에서 발생한다.The recording of the hologram is performed by a conventional optical process in which an interference fringe is generated by the application of a light beam. Alternatively, interference fringes are unnaturally generated by using highly accurate laser recording elements or other optical response techniques. The electrode layer adjacent to the hologram is made of a transparent conductive material. For example, the electrode layer is usually made of indium tin oxide (ITO) having a shear efficiency of at least 80%. An electric field occurs in the hologram when a voltage is applied to the layer.
형상 재구성식 HOE는 적어도 두개의 작동 상태 즉, 회절 상태와 패시브 상태를 갖는다. 형상 재구성식 HOE의 광학 성질은 광중합체 필름에서 주로 기록된 홀로그래픽 프린지에 의존한다. 회절 상태에서, 형상 재구성식 HOE는 소정 방식으로 전파하는 광을 굴절시킨다. 패시브 상태에서, 형상 재구성식 HOE는 전파하는 광을광학적으로 변경하지 않는다. 먼저, 형상 재구성식 HOE의 홀로그램은 회절 상태에 있으므로, 수용된 광은 소정 방법으로 회절된다. 그러나, 전기장이 형상 재구성식 HOE의 전극층에 전압을 인가함으로써 홀로그램에서 생성될 때, 홀로그램의 상태는 회절 상태에서 패시브 상태로 스위치된다.The shape reconstructed HOE has at least two operating states, a diffraction state and a passive state. The optical properties of the shape reconstituted HOE depend mainly on the holographic fringes recorded in the photopolymer film. In the diffraction state, the shape reconstructed HOE refracts the light propagating in a predetermined manner. In the passive state, the shape reconstructed HOE does not optically alter the propagating light. First, since the hologram of the shape reconstructed HOE is in a diffraction state, the received light is diffracted in a predetermined manner. However, when the electric field is generated in the hologram by applying a voltage to the electrode layer of the shape reconfigurable HOE, the state of the hologram is switched from the diffraction state to the passive state.
도 2를 계속 참조하면, 영사기(28)는 이미지 생성기(32)와 투영 광학(34)을 포함한다. 이미지 생성기(32)는 광원(36)과, 칼라 필터(38) 및 표시 패널(40)을 포함한다. 광원과 표시 패널은 통상적인 장치일 수 있다. 표시 패널(40)은 실리콘 배면상에서 네마틱 또는 강유전체 재료를 갖는 소형 반사 LCD일 수 있거나, 또는 텍사스 인스트루먼트 인코포레이티드에 의해 제조된 디지탈 광 프로세서 장치와 같은 마이크로-메카니칼 어레이일 수 있다. 표시 패널(40)은 실리콘 라이트 머시인, 종래에는 에첼레 인코포레이티드에 의해 개발된 격자 광 값과 같은 회절계 표시 소자일 수 있다. 칼라 필터(38)는 세개의 적층된 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)를 포함한다. 명료화를 위하여, 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)의 홀로그램 및 전극층은 도시되어 있지 않다. 형상 재구성식 HOE(42, 44, 46)의 각각은 특정 형상 재구성식 HOE가 회절 상태에 있을 경우에 어떤 칼라 광만을 회절하기 위해 홀로그래픽하게 설계된다. 형상 재구성식 HOE(42)는 표시 패널(40)을 향해 레드 광(48)만을 회절시키도록 설계된다. 유사하게, 형상 재구성식 HOE(44)는 표시 패널(40)을 향해 그린 광(50)만을 회절시키도록 설계된 반면에, 형상 재구성식 HOE(46)는 표시 패널을 향해 블루 광(52)만을 회절시키도록 설계되어 있다. 칼라 필터(38)에서 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)의 특정 순서는 본 발명에서는 임계적이지 않다.With continued reference to FIG. 2, projector 28 includes image generator 32 and projection optics 34. The image generator 32 includes a light source 36, a color filter 38, and a display panel 40. The light source and the display panel may be a conventional device. The display panel 40 may be a small reflective LCD with nematic or ferroelectric material on the silicon backside, or may be a micro-mechanical array such as a digital optical processor device manufactured by Texas Instruments. The display panel 40 may be a diffractometer display element such as a grating light value developed by Echele Incorporated, which is a silicon light machine. The color filter 38 includes three stacked shape reconstructed HOEs 42, 44, 46. For clarity, the holograms and electrode layers of shape reconfigurable HOEs 42, 44, 46 are not shown. Each of the shape reconstructed HOEs 42, 44, 46 is holographically designed to diffract only some color light when a particular shape reconstructed HOE is in the diffraction state. The shape reconstructed HOE 42 is designed to diffract only the red light 48 toward the display panel 40. Similarly, the reconstructed HOE 44 is designed to diffract only the green light 50 toward the display panel 40, while the reconstructed HOE 46 diffracts only blue light 52 toward the display panel. It is designed to be. The particular order of shape reconstructed HOEs 42, 44, 46 in color filter 38 is not critical in the present invention.
작동시, 광원(36)은 칼라 필터(38)를 향해 백색 조사 광을 발광한다. 표시 패널(40)의 리프레시 속도 이하의 타일밍 주기에서, 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)중 두개는 활동적이고, 다른 형상 재구성식 HOE는 표시 패널(40)에 대해 조사 광의 세개의 3 자극 칼라중 하나를 회절시키기 위해 비활동적이다. 형상 재구성식 HOE에 참조로 사용되는 "비활동적"이라는 용어는 전압이 전기장을 생성하기 위해 형상 재구성식 HOE에 인가되는 상태로 한정된다. 형상 재구성식 HOE를 비활동시키는 효과는 형상 재구성식 HOE가 패시브 상태에 있는 것이다. 형상 재구성식 HOE에 참조로 사용되는 "활동적"이라는 용어는 전압이 형상 재구성식 HOE에 인가되지 않는 상태로 한정된다. 형상 재구성식 HOE를 활동시키는 효과는 형상 재구성식 HOE가 회절 상태에 있는 것이다.In operation, the light source 36 emits white irradiated light toward the color filter 38. At the tiling period below the refresh rate of the display panel 40, two of the shape reconfigurable HOEs 42, 44, 46 are active, and the other shape reconstruction HOE is applied to the display panel 40 with three three beams of irradiated light. Inactive to diffract one of the stimulus colors. The term " inactive ", which is used as a reference to a shape reconfigurable HOE, is limited to the state in which a voltage is applied to the shape reconfiguration HOE to generate an electric field. The effect of deactivating the shape reconstructed HOE is that the shape reconfigured HOE is in a passive state. The term " active " used as a reference to a shape reconfigurable HOE is limited to a state in which no voltage is applied to the shape reconstruction HOE. The effect of activating the shape reconstituted HOE is that the shape reconstituted HOE is in a diffraction state.
그런다음, 다른 3 자극 칼라 광은 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)의 광학 상태를 형상 재구성하므로써 표시 패널(40)에 대해 연속적으로 회절된다. 3 자극 칼라 광이 회절되는 순서는 임계적이지 않다. 예를들면, 제 1 타일밍 주기 동안 형상 재구성식 HOEs(44, 46)는 비활동적이므로, 이들 형상 재구성식 HOEs(44, 46)는 패시브 상태에 있다. 그러나, 형상 재구성식 HOE(42)는 회절 상태로 활동한다. 따라서, 레드 광에 대응하는 가시광 스펙트럼의 일부만은 형상 재구성식 HOE(42)에 의해 표시 패널(40)에서 회전된다. 제 2 타일밍 주기 동안, 형상 재구성식 HOEs(42, 46)는 비활동적이고, 형상 재구성식 HOE(44)는 횔동적이므로, 그린 광만이 표시 패널(40)에 대해 회절한다. 제 3 타일밍 주기 동안, 형상 재구성식HOEs(42, 44)는 비활동적이고, 형상 재구성식 HOE(46)는 횔동적이므로, 블루 광만이 표시 패널(40)에 대해 회절된다. 계속하여, 표시 패널(40)은 레드, 그린 및 블루 광에 의해 순차적으로 조사되므로, 투영된 입력 이미지는 혼합 칼라 이미지로서 투영 스크린(30)에 표시되게 나타난다.Then, the other three stimulus color lights are continuously diffracted with respect to the display panel 40 by shape reconstructing the optical states of the shape reconfigurable HOEs 42, 44, 46. The order in which the three stimulus color light is diffracted is not critical. For example, during the first tiling period, the shape reconfigurable HOEs 44 and 46 are inactive, so these shape reconfigurable HOEs 44 and 46 are in a passive state. However, the shape reconstructed HOE 42 acts in a diffraction state. Accordingly, only a part of the visible light spectrum corresponding to the red light is rotated in the display panel 40 by the shape reconstructed HOE 42. During the second tiling period, the reconstructed HOEs 42 and 46 are inactive, and the reconstructed HOEs 44 are dynamic, so that only the green light diffracts the display panel 40. During the third tiling period, the reconstructed HOEs 42 and 44 are inactive, and the reconstructed HOE 46 is dynamic, so that only blue light is diffracted for the display panel 40. Subsequently, the display panel 40 is sequentially illuminated by red, green, and blue light, so that the projected input image appears to be displayed on the projection screen 30 as a mixed color image.
투영 시스템(26)의 투영 광학(34)은 세개의 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)을 포함한다. 이들 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)은 투영된 이미지를 표시 패널(40)로부터 확대하기 위해 작동한다. 상기 스택(54, 56, 58)의 각 형상 재구성식 HOE는 HOE가 종래 렌즈와 동일한 방법으로 광을 처리하도록 회절 특성을 갖는 기록된 간섭 프린지를 포함한다. 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58) 각각은 투영된 이미지를 소정 배율 만큼 확대하기 위한 성능을 갖도록 홀로그래픽하게 형성된다. 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)은 상기 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)중 하나가 이미지 생성기(32)로부터 투영된 이미지를 광학적으로 처리하기 위해 선택되는 것에 따라 투영 스크린(30)상에 표시된 이미지가 L1, L2 또는 L3의 길이 또는 폭을 갖도록 형성된다. 형상 재구성식 HOE 스택(54)만이 투영된 이미지를 광학적으로 조정할 때, 투영 스크린(30)상에 표시된 이미지의 사이즈는 L1이다. 형상 재구성식 HOE 스택(56)만이 투영된 이미지를 광학적으로 조정할 때, 투영 스크린(30)상에 표시된 이미지의 사이즈는 L2이다. 형상 재구성식 HOE 스택(58)만이 투영된 이미지를 광학적으로 조정할 때, 투영 스크린(30)상에 표시된 이미지의 사이즈는 L3이다. 따라서, 투영 스크린(30)상에 표시된 이미지의 치수는 투영된 이미지를 광학적으로 조정하기 위해 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)중 하나를선택하므로써 제어할 수 있다. 투영 광학(34)에서 다수의 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)은 본 발명에 대해 임계적이지 않다. 투영 광학(34)은 투영 시스템(26)으로 이용가능한 대안적인 표시 사이즈의 수를 증가시키기 위해 부가의 형상 재구성식 HOE 스택을 갖는다.The projection optics 34 of the projection system 26 include three shape reconstructed HOE stacks 54, 56, 58. These shape reconstructed HOE stacks 54, 56, 58 operate to enlarge the projected image from the display panel 40. Each shape reconstructed HOE of the stack 54, 56, 58 includes a recorded interference fringe having diffraction characteristics such that the HOE treats light in the same way as a conventional lens. Each of the shape reconstructed HOE stacks 54, 56, 58 is holographically formed to have the capability to enlarge the projected image by a predetermined magnification. The reconstructed HOE stacks 54, 56, 58 are projected screens as one of the reconstructed HOE stacks 54, 56, 58 is selected to optically process the image projected from the image generator 32. The image displayed on 30 is formed to have a length or width of L1, L2 or L3. When only the shape reconstructed HOE stack 54 optically adjusts the projected image, the size of the image displayed on the projection screen 30 is L1. When only the shape reconstructed HOE stack 56 optically adjusts the projected image, the size of the image displayed on the projection screen 30 is L2. When only the shape reconstructed HOE stack 58 optically adjusts the projected image, the size of the image displayed on the projection screen 30 is L3. Thus, the dimensions of the image displayed on the projection screen 30 can be controlled by selecting one of the shape reconfigurable HOE stacks 54, 56, 58 to optically adjust the projected image. Multiple projection reconstructed HOE stacks 54, 56, 58 in projection optics 34 are not critical to the present invention. Projection optics 34 have additional shape reconstruction HOE stacks to increase the number of alternative display sizes available to projection system 26.
도 2에 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)이 단일 장치로 도시되어 있을지라도, 각 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)은 색수차를 방지하기 위하여 세개의 형상 재구성식 HOEs를 포함한다. 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58) 각각에서 세개의 형상 재구성식 HOEs는 적시에 단일 칼라 광에 대응하는 입력 이미지상에서 광학적으로 작동하도록 설계되어서 입력 이미지를 투영 스크린(30)에 전송하는 칼라 필터(38)의 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)와 유사하다. 3 자극 칼라에 대응하는 입력 이미지 세트가 투영 스크린(30)에 투영될 때, 입력 이미지로부터 형성된 혼합 이미지는 칼라 이미지로서 나타난다. 상기 스택(54, 56, 58)의 세개의 형상 재구성식 HOE 조립체는 색수차의 이슈를 조정한다.Although the shape reconfigurable HOE stacks 54, 56, 58 are shown as a single device in FIG. 2, each shape reconstruction HOE stack 54, 56, 58 is constructed with three shape reconstruction HOEs to prevent chromatic aberration. Include. In each of the reconstructed HOE stacks 54, 56, 58, the three reconstructed HOEs are designed to operate optically on the input image corresponding to a single color light in a timely manner to transmit the input image to the projection screen 30. Similar to the shape reconstructed HOEs 42, 44, 46 of the filter 38. When the set of input images corresponding to the three stimulus colors is projected onto the projection screen 30, the mixed image formed from the input images appears as a color image. The three shape reconstructed HOE assemblies of the stacks 54, 56, 58 adjust the issue of chromatic aberration.
상기 스택(54, 56, 58) 각각에서 세개의 형상 재구성식 HOEs의 작동은 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)의 작동과 동일하다. 특정 배율이 바람직할 때, 특정 배율에 대응하는 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)은 선택된다. 예를 들면, L1의 표시 사이즈가 바람직할 때, 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)은 선택된다. 다른 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)은 어떤 광을 전송하기 위해 광학적 패시브로 설정된다. 그런 다음, 상기 스택(54, 56, 58)의 형상 재구성식 HOEs는 3 자극 칼라의 조정을 배열하므로써 형성되는 투영된 입력 이미지를 전송하기 위해 칼라 필터(38)의 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)와 동기하여 선택적으로 활동적 및 비활동적이다. 예를 들면, 칼라 필터(38)가 레드 광만을 회절시키기 위해 형성될 때, 레드 광으로 광학적으로 작동하는 상기 스택(54)의 형상 재구성식 HOE만은 회절 상태에 대해 활동적인 반면에, 상기 스택(54)의 다른 두 형상 재구성식 HOEs는 패시브 상태에 대해 비활동적이다. 표시 패널(40)로부터 입력 이미지를 연속적으로 확대하므로써, 정확한 칼라 혼합 이미지는 소정 사이즈로 투영 스크린(40)상에 표시된다.The operation of the three shape reconfigured HOEs in each of the stacks 54, 56, 58 is the same as the operation of the shape reconfigurable HOEs 42, 44, 46. When a particular magnification is desired, the shape reconfigurable HOE stacks 54, 56, 58 corresponding to the particular magnification are selected. For example, when the display size of L1 is desired, the shape reconstructed HOE stacks 54, 56, 58 are selected. Other shape reconfigured HOE stacks 54, 56, 58 are set up optically passive to transmit some light. The shape reconfigurable HOEs of the stacks 54, 56, 58 are then shape reconfigured HOEs 42, 44 of the color filter 38 to transmit the projected input image formed by arranging the adjustment of the three stimulus colors. For example, they are optionally active and inactive in synchronization with the study. For example, when the color filter 38 is formed to diffract only red light, only the shape reconstructive HOE of the stack 54 optically acting with red light is active for diffraction states, while the stack ( The other two shape reconstructed HOEs of 54) are inactive for the passive state. By continuously enlarging the input image from the display panel 40, the correct color blended image is displayed on the projection screen 40 in a predetermined size.
도 2의 광학 시스템(26)은 이 시스템의 전체 작동에 영향을 미치지 않고 변경된다. 제 1 변경에서, 이미지 생성기(32)는 도 1의 종래 기술의 투영 시스템(10)의 이미지 생성기(16)와 같은 통상적인 이미지 생성기로 대체될 수 있다. 이미지 생성기(32)의 대체는 투영 광학(34)의 작동에 영향을 미치지 않는다. 제 2 변경에서, 투영 광학(34)은 종래 기술의 투영 시스템(10)의 투영 광학(18)과 같은 통상적인 투영 광학으로 대체된다. 투영 광학의 대체는 이미지 생성기(32)의 작동에 영향을 미치지 않는다.The optical system 26 of FIG. 2 is modified without affecting the overall operation of this system. In a first modification, image generator 32 may be replaced with a conventional image generator, such as image generator 16 of prior art projection system 10 of FIG. The replacement of the image generator 32 does not affect the operation of the projection optics 34. In a second modification, projection optics 34 are replaced with conventional projection optics, such as projection optics 18 of prior art projection system 10. The replacement of the projection optics does not affect the operation of the image generator 32.
도 3에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 투영 시스템(60)이 도시되어 있다. 투영 시스템(60)은 투영 시스템(26)의 동일한 이미지 생성기(16)와 동일한 투영 스크린(30)을 포함한다. 그러나, 투영 시스템(60)은 투영 시스템(26)의 투영 광학(34)을 대체하는 투영 광학(62)을 포함한다. 투영 광학(62)은 투영 스크린(30)상에 다수의 타일식 이미지를 생성하기 위해 이미지 생성기(32)로부터 투영된 입력 이미지를 광학적으로 조정하도록 홀로그래픽하게 형성되어 있다. 단순화를 위하여, 이미지 생성기(32)의 성분은 도 3에 도시되어 있지 않다.3 shows a projection system 60 according to a second embodiment of the invention. Projection system 60 includes the same projection screen 30 as the same image generator 16 of projection system 26. However, projection system 60 includes projection optics 62 that replace projection optics 34 of projection system 26. The projection optics 62 are holographically formed to optically adjust the input image projected from the image generator 32 to produce a plurality of tiled images on the projection screen 30. For simplicity, the components of image generator 32 are not shown in FIG.
이러한 실시예에 있어서, 투영 광학(62)은 투영된 입력 이미지의 균일하게 미리 선택된 배율을 제공하는 네개의 형상 재구성식 HOE 스택(64, 66, 68, 70)을 포함한다. 형상 재구성식 HOE 스택(64, 66, 68, 70) 각각은 활동적일시에 투영 스크린(30)상에 미리 결정된 영역(72, 74, 76, 78)에 대해 입력 이미지를 보호하기 위해 홀로그래픽하게 형성된다. 예를 들면, 형상 재구성식 HOE 스택(70)은 입력 이미지를 상기 영역(72)상에서 보호하기 위해 홀로그래픽하게 형성되는 반면에, 형상 재구성식 HOE 스택(64, 66, 68, 70)은 상기 영역(78, 76, 74)상에서 입력 이미지를 각각 보호하기 위해 작동한다. 투영 시스템(26)의 투영 광학(34)의 형상 재구성식 HOE 스택(54, 56, 58)과 유사하게, 형상 재구성식 HOE 스택(60, 62, 64, 66) 각각은 투영 스크린(30)의 특정 영역(72, 74, 76, 78)상에 칼라 이미지를 형성하기 위해 세개의 3 자극 칼라상에서 연속적으로 작동하도록 설계된 세개의 형상 재구성식 HOEs를 포함한다.In this embodiment, projection optics 62 include four shape reconstructed HOE stacks 64, 66, 68, 70 that provide uniformly preselected magnifications of the projected input image. Each of the reconstructed HOE stacks 64, 66, 68, 70 is holographically formed to protect the input image for predetermined regions 72, 74, 76, 78 on the projection screen 30 at the time of being active. do. For example, the reconstructed HOE stack 70 is holographically formed to protect an input image on the area 72, while the reconstructed HOE stacks 64, 66, 68, 70 are It works to protect the input image on (78, 76, 74) respectively. Similar to the shape reconstructed HOE stacks 54, 56, 58 of the projection optics 34 of the projection system 26, each of the shape reconstructed HOE stacks 60, 62, 64, 66 may be arranged in the projection screen 30. It includes three shape reconstructed HOEs designed to operate continuously on three tristimulus colors to form a color image on specific regions 72, 74, 76, 78.
작동시, 투영 광학(62)은 입력 이미지의 칼라 세트를 회절시키기 위해 대응하는 형상 재구성식 HOE 스택(64, 66, 68, 70)만을 허용하므로써 상기 영역(72, 74, 76, 78)중 하나에 대해 입력 이미지의 칼라 세트를 연속적으로 안내한다. 예를 들어, 투영 스크린(30)의 영역(72)상에 칼라 이미지를 표시하기 위하여, 형상 재구성식 HOE 스택(70)만이 투영된 입력 이미지를 광학적으로 조정하기 위해 이용할 수 있다. 형상 재구성식 HOE 스택(64, 66, 68, 70)은 어떤 광을 전송하기 위해 광학적으로 패시브되게 설정된다. 상기 스택(70)의 형상 재구성식 HOEs는 특정 칼라에 대응하는 투영된 입력 이미지를 전송하기 위해 이미지 생성기(32)내에서 칼라 필터(38)의 형상 재구성식 HOEs(42, 44, 46)와 동기하여 선택적으로 활동적 및 비활동적이다. 예를 들면, 칼라 필터(38)가 레드 광을 회절시키기 위해 형성된다면, 레드 광상에서 광학적으로 작동하는 스택(70)의 형상 재구성식 HOE만이 회절 상태에 대해 활동적인 반면에, 상기 스택(70)의 다른 두개의 형상 재구성식 HOEs는 패시브 상태에 대해 비활동적이다. 상기 스택(70)의 선택된 형상 재구성식 HOEs의 활동성은 레드 광에 대응하는 투영된 이미지를 투영 스크린(30)의 영역(72)으로 안내한다. 이미지 생성기(30)의 표시 패널(40)로부터 다른 3 자극 칼라에 대응하는 입력 이미지를 연속적으로 전송하므로써, 정확한 칼라 혼합 이미지는 투영 스크린(30)의 영역(72)상에 투영되어 표시된다.In operation, projection optics 62 allow only one of the corresponding shape reconstructed HOE stacks 64, 66, 68, 70 to diffract a color set of the input image, thereby allowing one of the regions 72, 74, 76, 78 to Continuously guide the color set of the input image. For example, in order to display a color image on the area 72 of the projection screen 30, only the shape reconstructed HOE stack 70 may be used to optically adjust the projected input image. The shape reconfigurable HOE stacks 64, 66, 68, 70 are set to be optically passive to transmit some light. The shape reconstructed HOEs of the stack 70 synchronize with the shape reconfigurable HOEs 42, 44, 46 of the color filter 38 in the image generator 32 to transmit the projected input image corresponding to the particular color. Are selectively active and inactive. For example, if the color filter 38 is formed to diffract red light, only the shape reconstructed HOE of the stack 70 optically acting on the red light is active for the diffraction state, while the stack 70 is active. The other two shape reconfigurable HOEs are inactive for the passive state. The activity of the selected shape reconstructed HOEs of the stack 70 directs the projected image corresponding to the red light to the area 72 of the projection screen 30. By continuously transmitting the input image corresponding to the other three stimulus colors from the display panel 40 of the image generator 30, the correct color blended image is projected onto the area 72 of the projection screen 30 and displayed.
제 2 칼라 이미지는 이미지 생성기(32)의 표시 패널(32)상에 생성되는 입력 이미지의 다음 칼라 세트를 작동시키기 위해 대응하는 형상 재구성식 HOE 스택(64, 66, 68, 70)을 선택하므로써 투영 스크린(30)의 나머지 영역(74, 76, 78)중 하나상에 표시된다. 예를 들면, 제 2 칼라 이미지는 제 2 칼라 이미지의 입력 이미지를 상기 영역(78)에 전송하기 위해 광학적으로 패시브되는 스택(70)을 가능하지 않게 하고 상기 스택(64)의 형상 재구성식 HOEs를 가능하게 하므로써 상기 영역(78)상에 표시된다. 상기 영역(72)상에 표시되는 제 1 칼라 이미지와 상기 영역(78)상에 연속적으로 표시되는 제 2 칼라 이미지는 표시 속도가 충분히 빠르다면, 동시에 표시되게 나타난다. 가장 빠른 표시 속도에 대해, 네개의 다른 칼라 이미지는 투영 스크린(30)의 네 영역(72, 74, 76, 78) 모두상에 동시에 표시된다.The second color image is projected by selecting the corresponding shape reconstructed HOE stacks 64, 66, 68, 70 to operate the next set of colors of the input image generated on the display panel 32 of the image generator 32. Displayed on one of the remaining areas 74, 76, 78 of the screen 30. For example, the second color image disables the optically passive stack 70 to transmit the input image of the second color image to the area 78 and replaces the shape reconstructed HOEs of the stack 64. It is displayed on the area 78 by enabling it. The first color image displayed on the area 72 and the second color image displayed successively on the area 78 appear to be displayed at the same time if the display speed is fast enough. For the fastest display speed, four different color images are displayed simultaneously on all four areas 72, 74, 76, 78 of the projection screen 30.
상기 영역(72, 74, 76, 78)중 하나상에 표시된 칼라 이미지는 완성된 이미지이므로, 네개의 독립적인 이미지는 투영 스크린(30)상에 표시된다. 대안적인 형상에 있어서, 상기 영역(72, 74, 76, 78)중 하나상에 표시된 이미지는 단일 혼합 칼라 이미지의 이미지 세그먼트만이다. 투영 스크린(30)의 영역(72, 74, 76, 78)상에 연속적으로 표시되는 네 칼라 이미지는 단일 혼합 이미지를 형성한다. 이러한 형상에 있어서, 소정 사이즈 이미지에 대해 표시된 혼합 이미지의 전체 해상도는 상기 이미지가 단일 이미지로서 투영된다면 충분히 더 높다.Since the color image displayed on one of the areas 72, 74, 76, 78 is a completed image, four independent images are displayed on the projection screen 30. In an alternative shape, the image displayed on one of the regions 72, 74, 76, 78 is only an image segment of a single mixed color image. The four color images displayed successively on the areas 72, 74, 76, 78 of the projection screen 30 form a single mixed image. In this shape, the overall resolution of the mixed image displayed for a given size image is sufficiently higher if the image is projected as a single image.
더 복잡한 실시예에 있어서, 투영 광학(62)은 보호 스크린의 작은 영역상에 부분적인 이미지를 표시하기 위해 부가의 형상 재구성식 HOE 스택을 포함한다. 예를 들면, 투영 광학(62)은 4×4 형상으로 16 칼라 이미지 세그먼트로 구성된 단일 혼합 이미지를 표시하기 위해 전체 16 형상 재구성식 HOE 스택을 포함한다.In a more complex embodiment, projection optics 62 include an additional shape reconstructed HOE stack to display a partial image on a small area of the protective screen. For example, projection optics 62 include a full 16 shape reconstructed HOE stack to display a single mixed image composed of 16 color image segments in a 4x4 shape.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 투영 시스템(80)이 도시되어 있다. 도 2 및 도 3의 동일 참조 부호가 도 4에 도시된 부품에 동일하게 사용된다. 투영 시스템(80)은 도 3의 투영 시스템(60)의 모든 성분을 포함한다. 그러나, 투영 시스템(80)은 두개의 이미징 장치(82, 84)를 포함한다. 일반적으로, 투영 시스템(80)은 혼합 이미지를 투영 스크린(30)상에 표시하기 위해 투영 시스템(60)과 유사하게 작동한다. 상술한 바와 같이, 혼합 이미지는 투영 스크린의 영역(72, 74, 76, 78)상에 혼합 이미지의 연속적인 표시 세그먼트에 의해 형성된다. 연속적인 변경 혼합 이미지를 투영 스크린(30)상에 표시하기 위해, 혼합 이미지의 각 이미지 세그머트는 업데이트되어 표시된다. 상기 공정은 이미지 처리에대해 보상적으로 집중된다. 투영 시스템(80)은 중요한 이동 관찰 영역(AOI)을 수행함으로써 부담되는 이러한 공정을 완화하기 위해 작동한다. 용어 "중요한 영역"은 파인더(86)에 의해 목표로된 투영 스크린(30)의 위치에 집중된 관찰 영역 분야로서 참조된다. AOI는 파인더(86)의 눈 응시 방향에 의해 결정된다. 파인더(86)의 눈 응시 방향을 추적함으로써, 현재 AOI내에 있고 AOI내에 있게되는 이미지 세그먼트는 업데이트된다.4, there is shown a projection system 80 according to a third embodiment of the present invention. The same reference numerals in FIGS. 2 and 3 are used equally in the parts shown in FIG. 4. Projection system 80 includes all components of projection system 60 of FIG. 3. However, projection system 80 includes two imaging devices 82, 84. In general, projection system 80 operates similarly to projection system 60 to display a mixed image on projection screen 30. As described above, the mixed image is formed by successive display segments of the mixed image on areas 72, 74, 76, 78 of the projection screen. In order to display successive altered blended images on the projection screen 30, each image segment of the blended image is updated and displayed. The process is compensated for image processing. Projection system 80 operates to mitigate this process that is burdened by performing an important movement observation area AOI. The term “important area” is referred to as the field of observation area focused on the position of the projection screen 30 targeted by the finder 86. The AOI is determined by the eye gaze direction of the finder 86. By tracking the eye gaze direction of the finder 86, the image segment that is currently in the AOI and in the AOI is updated.
이미징 장치(82, 84)는 파인더의 눈 응시 방향을 확립하기 위해 파인더(86)의 헤드와 눈을 이미지하기 위해 작동한다. 이미징 장치(82, 84)는 도 4에 도시된 바와 같이 투영 시스템(80)의 독립 성분일 수 있다. 대안적인 형상에 있어서, 이미징 장치는 1998년 7월 8일자로 출원된 발명의 명칭이 "홀로그래픽 인터그레이티드 표시 및 이미징 시스템(Holographic Integrated Display and Imaging System)"인 미국 가특허 출원 제60/094,522호에 기술된 바와 같이 투영 광학(62)에 합체된다. 이미징 장치(82, 84)는 파인더의 눈 응시 방향을 결정하기 위해 파인더(86)의 헤드 또는 눈의 위치를 포착하기 위해 여러 가지 공지된 이미징 기술을 활용할 수 있다. 예를 들면, 각 이미징 장치(82, 84)는 적외선 광과 같은 이미징 광을 파인더(86)의 헤드 또는 눈에 조사하고 이미징용 후방 산란 광을 수용하기 위해 광 센서에 조사하는 발광 소자를 포함한다. 그런 다음 공지된 이미지 처리 기술은 파인더의 눈 응시 방향을 결정하기 위해 활용된다.Imaging devices 82 and 84 operate to image the head and eyes of the finder 86 to establish the eye gaze direction of the finder. Imaging devices 82, 84 may be independent components of projection system 80 as shown in FIG. 4. In an alternative configuration, the imaging device is US Provisional Patent Application 60 / 094,522, entitled "Holographic Integrated Display and Imaging System," filed July 8, 1998. It is incorporated into projection optics 62 as described in the arc. Imaging devices 82 and 84 may utilize various known imaging techniques to capture the position of the head or eye of the finder 86 to determine the eye gaze direction of the finder. For example, each imaging device 82, 84 includes a light emitting element that irradiates an imaging light, such as infrared light, to the head or eye of the finder 86 and to an optical sensor to receive backscattered light for imaging. . Known image processing techniques are then utilized to determine the eye gaze direction of the finder.
파인더의 눈 응시 방향의 결정은 투영 스크린(30)의 영역(72, 74, 76, 78)이 파인더(86)의 고정된 관찰점을 확인하므로써 순환 업데이트를 요구하는 것을 확인하기 위해 활용된다. 투영 스크린(30)의 나머지 영역은 상기 이미지 세그먼트에 표시된다. 이들 나머지 이미지 세그먼트의 해상도는 필요한 신호 처리를 더 감소하기 위해 저하된다. 이동 관찰 지점의 궤적을 예상하기 위해 적합한 알고리듬을 사용하면, 파인더(86)의 응시에 의해 들어가는 영역(72, 74, 76, 78)은 들어가기 바로 직전에 업데이트된다. 상기 영역(72, 74, 76, 78)의 인접한 경계에서 어떤 모호성을 회피하기 위하여, 상기 영역(72, 74, 76, 78)상에 표시된 이미지 세그먼트는 인접한 영역의 부분에 겹쳐진다.The determination of the eye gaze direction of the finder is utilized to confirm that areas 72, 74, 76, 78 of the projection screen 30 require a cyclical update by identifying a fixed viewing point of the finder 86. The remaining area of the projection screen 30 is displayed in the image segment. The resolution of these remaining image segments is lowered to further reduce the required signal processing. Using an appropriate algorithm to predict the trajectory of the movement observation point, the areas 72, 74, 76, 78 entering by the gaze of the finder 86 are updated just before entering. In order to avoid any ambiguity at adjacent boundaries of the regions 72, 74, 76, 78, the image segments displayed on the regions 72, 74, 76, 78 overlap with portions of the adjacent region.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 투영 시스템(88)이 도시되어 있다. 투영 시스템(88)은 영사기(94)를 형성하는 이미지 생성기(90)와 투영 광학(92)을 포함한다. 이미지 생성기(90)와 투영 광학(92)은 통상적인 장치이다. 그러나, 이미지 생성기(90)는 투영 시스템(26)의 이미지 생성기(32)와 동일하고 투영 광학(92)은 투영 시스템(26)의 투영 광학(34) 또는 투영 시스템(60)의 투영 광학(62)과 동일하다. 투영 시스템(88)은 또한 전송적으로 관찰된 투영 스크린(96)을 포함한다. 투영 스크린(96)은 투영된 이미지상에서 광학적으로 작동가능할 때 영사기(94)로부터 투영된 이미지를 표시할 수 있는 단일 형상 재구성식 HOE 스택(98)을 포함한다. 형상 재구성식 HOE 스택(98)은 투영된 이미지를 칼라로 표시하기 위해 세개의 형상 재구성식 HOEs를 포함한다.5, a projection system 88 according to a fourth embodiment of the present invention is shown. Projection system 88 includes an image generator 90 and projection optics 92 forming projector 94. Image generator 90 and projection optics 92 are conventional devices. However, image generator 90 is the same as image generator 32 of projection system 26 and projection optics 92 are projection optics 62 of projection system 26 or projection optics 62 of projection system 60. Same as). Projection system 88 also includes a projection screen 96 that is transmissionally observed. Projection screen 96 includes a single shape reconstructed HOE stack 98 capable of displaying the projected image from projector 94 when optically operable on the projected image. The shape reconstructed HOE stack 98 includes three shape reconstructed HOEs to colorize the projected image.
투영 시스템(88)은 디스플레이 장치(100)와 파인더(86)사이에 위치된다. 디스플레이 장치(100)는 컴퓨터 모니터 또는 다른 통상적인 표시 장치일 수 있다. 투영 시스템(88)은 파인더(86)가 표시 장치(100)상의 이미지 또는 투영 스크린(96)상에 나타난 투영된 이미지를 볼 수 있도록 작동한다. 표시 장치(100)상의 이미지가 배타적으로 관측될 때, 영사기(94)는 투영 스크린(96)에 이미지를 생성한다. 또한, 투영 스크린(96)에서 상기 스택(98)의 형상 재구성식 HOEs는 상기 이미지를 표시 장치(100)상에서 볼 수 있도록 파인더를 위하여 광이 투영 스크린을 통해 패시브하게 전송되게 패시브 상태로 설정된다. 투영 스크린의 이러한 관찰 성능은 상기 시스템이 통상적인 헤드 업 디스플레이로서 사용되게 하고, 컴퓨터 생성 상 즉, 표시 장치(100)상의 이미지는 주위 환경에 놓인다. 투영된 이미지가 배타적으로 관측될 때, 형상 재구성식 HOEs는 투영된 이미지를 투영 스크린(96)상에 표시하기 위해 영사기(94)로부터 투영된 이미지를 광학적으로 작동시킨다. 적합하게는, 표시 장치(100)는 표시 장치(100)와 영사기(94)로부터 광에 의한 투영 스크린(96)내에서 광학적 간섭을 방지하기 위해 비활동적이다.The projection system 88 is located between the display device 100 and the finder 86. The display device 100 may be a computer monitor or other conventional display device. Projection system 88 operates to allow finder 86 to view an image on display device 100 or a projected image shown on projection screen 96. When the image on the display device 100 is viewed exclusively, the projector 94 generates an image on the projection screen 96. In addition, the shape reconstructed HOEs of the stack 98 on the projection screen 96 are set in a passive state such that the light is passively transmitted through the projection screen for the finder to see the image on the display device 100. This viewing capability of the projection screen allows the system to be used as a conventional head-up display, with the computer-generated image, i.e., the image on the display device 100, placed in the surrounding environment. When the projected image is viewed exclusively, the shape reconstructed HOEs optically operate the projected image from the projector 94 to display the projected image on the projection screen 96. Suitably, the display device 100 is inactive to prevent optical interference in the projection screen 96 by light from the display device 100 and the projector 94.
더 정확한 구성에 있어서, 투영 스크린(96)내에서 형상 재구성식 HOEs는 표시 장치(100)상의 이미지와 영사기(94)로부터 투영된 이미지를 동시에 관찰하기 위해 홀로그래픽하게 형성된다. 투영 스크린(96)내에서 상기 스택(98)의 형상 재구성식 HOEs의 홀로그래픽 형상은 형상 재구성식 HOEs중 하나가 회절 상태에 있을 때에도 표시 장치(100)상의 이미지로부터의 광이 형상 재구성식 HOEs에 의해 변경되지 않는다. 그러나, 영사기(94)로부터의 광은 투영 스크린(96)상에 투영된 이미지를 표시하기 위해 반사 형상 재구성식 HOEs에 의해 광학적으로 처리된다. 적합하게는, 투영 스크린(96)상에 표시된 투영 이미지의 강도는 두 이미지사이에서 충분한 대조를 확보하기 위해 배경 센스 즉, 표시 장치(100)상의 이미지로 조절할 수있다. 투영 시스템(98)의 동시 관찰 특성은 많은 특별한 장점을 갖는다. 예를 들면, 카피형 태스크는 투영 스크린상에 투영 이미지로 표시된 원료와 표시 장치(100)상에 표시된 컴퓨터 텍스트를 가지므로써 커다란 가시 안락성으로 실행되고, 이에 의해 조작자가 동일한 초점 평면에서 원료와 컴퓨터 테스트를 관찰할 수 있게 한다.In a more accurate configuration, the shape reconstructed HOEs in the projection screen 96 are holographically formed to simultaneously observe the image on the display device 100 and the image projected from the projector 94. The holographic shape of the shape reconstructed HOEs of the stack 98 in the projection screen 96 is such that light from the image on the display device 100 is transferred to the shape reconstructed HOEs even when one of the shape reconstructed HOEs is in a diffraction state. It is not changed by However, light from projector 94 is optically processed by reflective shape reconstructed HOEs to display the image projected on projection screen 96. Suitably, the intensity of the projected image displayed on the projection screen 96 can be adjusted with the background sense, ie, the image on the display device 100, to ensure sufficient contrast between the two images. Simultaneous viewing characteristics of the projection system 98 have many special advantages. For example, a copy-like task is executed with great visual comfort by having a raw material displayed as a projected image on a projection screen and a computer text displayed on the display device 100, whereby the operator can test the raw material and the computer in the same focal plane. To be observed.
도 6에는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 투영 시스템(102)이 도시되어 있다. 투영 시스템(102)은 영사기(94)와 투영 스크린(104)을 포함한다. 영사기(94)는 이미지 생성기(90)와 투영 광학(92)으로 구성되어 있다. 이미지 생성기(90)와 투영 광학(92)은 통상적인 장치일 수 있다. 그러나, 이미지 생성기(90)는 투영 시스템(26)의 이미지 생성기(32)와 동일할 수 있고, 투영 광학(92)은 투영 시스템(26)의 투영 광학(34)과 동일할 수 있다. 투영 스크린(104)은 적어도 두개의 형상 재구성식 HOE 스택(106, 108)을 포함한다. 투영 스크린(104)에서 형상 재구성식 HOE 스택(106, 108) 각각은 이미지를 칼라로 표시하기 위해 세개의 형상 재구성식 HOEs를 포함한다.6 shows a projection system 102 according to a fifth embodiment of the present invention. Projection system 102 includes projector 94 and projection screen 104. The projector 94 is composed of an image generator 90 and projection optics 92. Image generator 90 and projection optics 92 may be conventional devices. However, image generator 90 may be identical to image generator 32 of projection system 26, and projection optics 92 may be identical to projection optics 34 of projection system 26. Projection screen 104 includes at least two shape reconstructed HOE stacks 106 and 108. Each of the shape reconstructed HOE stacks 106 and 108 in the projection screen 104 includes three shape reconstructed HOEs to colorize the image.
투영 스크린(104)의 형상 재구성식 HOE 스택(106, 108)은 전파하는 광을 광학적으로 조정할 수 있을 때, 특정 관찰 위치를 향해 전파광의 광 강도를 환형적으로 변화시키기 위해 홀로그래픽하게 형성된다. 형상 재구성식 HOE 스택(106)은 극 선도(112, 114)로 도시된 바와 같이 파인더(110)의 배치를 향해 광의 강도를 증가시키기 위해 설계되어 있다. 형상 재구성식 HOE 스택(108)은 극 선도(118, 120)로 도시된 바와 같이 파인더의 배치를 향해 광 강도를 증가시키도록 설계되어 있다.광 강도의 증가는 파인더(110, 116)를 위한 보다 밝은 표시 이미지를 생성한다.The shape reconstructed HOE stacks 106, 108 of the projection screen 104 are holographically formed to annularly change the light intensity of the propagated light towards a particular viewing position when the propagating light can be optically adjusted. The shape reconstructed HOE stack 106 is designed to increase the intensity of light towards the placement of the finder 110, as shown by the pole diagrams 112, 114. The shape reconfigured HOE stack 108 is designed to increase light intensity towards the placement of the finder, as shown by the pole diagrams 118 and 120. The increase in light intensity is better for the finders 110 and 116. Create a bright display image.
작동시, 형상 재구성식 HOE 스택(106, 108)은 대안적인 방식에 있어서, 영사기(94)로부터 투영 이미지의 칼라 세트상에서 광학적으로 작동한다. 형상 재구성식 HOE 스택(106)이 투영된 이미지의 칼라 세트로 작동할 때, 상기 스택(106)의 형상 재구성식 HOEs는 투영된 이미지를 광학적으로 조정하기 위해 연속적으로 작동하므로, 칼라 이미지는 파인더(110)에 나타난다. 계속해서, 상기 스택(108)의 형상 재구성식 HOEs는 투영된 이미지의 다음 칼라 세트를 광학적으로 조정하기 위해 연속적으로 작동하므로, 칼라 이미지는 파인더(116)에 나타난다. 형상 재구성식 HOE 스택(106, 108)의 대안적인 작동은 양 파인더(110, 116)가 더 밝은 칼라 이미지를 볼 수 있게 한다.In operation, the shape reconstructed HOE stacks 106 and 108 operate optically on a color set of projection images from the projector 94 in an alternative manner. When the shape reconstructed HOE stack 106 operates with a set of colors of the projected image, the shape reconstructed HOEs of the stack 106 operate continuously to optically adjust the projected image, so that the color image is a finder ( 110). Subsequently, the shape reconfigurable HOEs of the stack 108 operate continuously to optically adjust the next set of colors of the projected image, so that the color images appear in the finder 116. Alternative operation of the shape reconfigured HOE stacks 106 and 108 allows both finders 110 and 116 to see brighter color images.
하나의 적용시, 동일한 칼라 이미지는 파인더(110, 116)에 나타난다. 더 복잡한 적용에서, 다른 칼라 이미지는 파인더(110, 116)에 나타난다. 이것은 형상 재구성식 HOE 스택(106, 108)중 하나가 작동할시에 제 1 칼라 이미지를 위한 투영된 이미지의 칼라 세트를 생성하고, 그런다음 다른 형상 재구성식 HOE 스택이 작동할시에 제 2 칼라 이미지를 위한 투영된 이미지의 다른 칼라 세트를 생성하므로써 달성된다.In one application, the same color image appears in the finders 110, 116. In more complex applications, different color images appear in the finders 110, 116. This produces a set of colors of the projected image for the first color image when one of the reconstructed HOE stacks 106, 108 operates, and then a second color when the other reconstructed HOE stack operates. This is accomplished by creating a different set of colors of the projected image for the image.
투영 스크린(104)은 다른 위치를 향해 광의 강도를 증가시키도록 설계된 다른 형상 재구성식 HOE 스택을 포함한다. 투영 스크린(104)에서 형상 재구성식 HOE 스택의 수를 증가시키므로써, 많은 파인더는 투영 스크린(104)상에 표시된 이미지를 적합하게 관찰할 수 있다. 투영 스크린(104)에서 형상 재구성식 HOE 스택의 수는 본 발명에서 임계적이지 않다.Projection screen 104 includes another shape reconstructed HOE stack designed to increase the intensity of light towards different locations. By increasing the number of shape reconstructed HOE stacks on the projection screen 104, many finders can properly observe the image displayed on the projection screen 104. The number of shape reconstructed HOE stacks in the projection screen 104 is not critical in the present invention.
더 복잡한 구성에 있어서, 투영 광학(92)은 투영 시스템(60, 80)의 투영 광학(62)으로 대체되므로, 상기 이미지는 혼합 이미지를 형성하는 이미지 세그먼트로서 투영 스크린(104)상에 투영된다. 투영 스크린(40)과 관련하여 투영 광학(62)을 사용하면, 다른 혼합 이미지는 파인더(110, 116)에 나타난다. 더욱이, 도 4에서 투영 시스템(80)의 이미징 장치(82, 84)는 파인더(110, 116)의 눈 응시 방향을 추적하도록 투영 시스템(102)에 합체된다. 이미징 장치(82, 84)의 합체는 투영 시스템(102)이 파인더의 관찰 분야에 관해서 관련 이미지 세그먼트만을 업데이트하게 한다. 상기 투영 시스템의 작동은 투영 시스템(80)과 실질적으로 동일하다. 투영 광학(62)의 전체 작동이 파인더(110, 116)에 표시된 혼합 이미지를 적합하게 나타내기 위하여 투영 스크린(104)의 각 형상 재구성식 HOE 스택(106, 108)을 위해 반복되는 것만이 차이점이다.In more complex configurations, the projection optics 92 are replaced by the projection optics 62 of the projection systems 60, 80, so that the image is projected onto the projection screen 104 as image segments forming a blended image. Using the projection optics 62 in conjunction with the projection screen 40, different blended images appear in the finders 110, 116. Furthermore, in FIG. 4 the imaging devices 82, 84 of the projection system 80 are incorporated into the projection system 102 to track the eye gaze direction of the finders 110, 116. The incorporation of the imaging devices 82, 84 causes the projection system 102 to update only relevant image segments with respect to the field of view of the finder. The operation of the projection system is substantially the same as the projection system 80. The only difference is that the entire operation of the projection optics 62 is repeated for each shape reconstructed HOE stack 106, 108 of the projection screen 104 to properly represent the mixed image displayed in the finders 110, 116. .
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 투영 시스템(122)이 도시되어 있다. 투영 시스템(122)은 영사기(94)와 투영 스크린(124)을 포함한다. 영사기(94)는 이미지 생성기(90)와 투영 광학(92)으로 구성되어 있다. 이미지 생성기(90)와 투영 광학(92)은 통상적인 장치일 수 있다. 그러나, 이미지 생성기(90)는 투영 시스템(26)의 이미지 생성기(32)와 동일할 수 있고, 투영 광학(92)은 투영 시스템(26)의 투영 광학(34)과 동일 할 수 있다. 투영 스크린(124)은 두개의 형상 재구성식 HOE 스택(126, 128)을 포함한다. 형상 재구성식 HOE 스택(126, 128)의 각각은 이미지를 칼라로 표시하기 위해 세개의 형상 재구성식 HOEs를 포함한다.Referring to FIG. 7, there is shown a projection system 122 according to a sixth embodiment of the present invention. Projection system 122 includes a projector 94 and a projection screen 124. The projector 94 is composed of an image generator 90 and projection optics 92. Image generator 90 and projection optics 92 may be conventional devices. However, image generator 90 may be identical to image generator 32 of projection system 26, and projection optics 92 may be identical to projection optics 34 of projection system 26. Projection screen 124 includes two shape reconstructed HOE stacks 126, 128. Each of the shape reconstructed HOE stacks 126, 128 includes three shape reconstructed HOEs to colorize the image.
도 6의 투영 시스템(102)의 형상 재구성식 HOE 스택(106, 108)과 유사하게, 형상 재구성식 HOE 스택(126, 128)은 전파광을 광학적으로 조정할 수 있을 때에 특정 관찰 위치를 향해 전파하는 광의 광 강도를 환형적으로 변화시키도록 홀로그팩적으로 형성되어 있다. 그러나, 형상 재구성식 HOE 스택(126, 128)은 다중 파인더 대신에 단일 파인더의 눈(130, 132)을 향해 광의 강도를 증가시키도록 설계되어 있다. 형상 재구성식 HOE 스택(126)은 극 선도(134, 136)로 도시된 바와 같이 우측 눈(130)을 향해 광의 강도를 증가시키도록 설계되어 있는 반면에, 형상 재구성식 HOE 스택(128)은 극 선도(138, 140)로 도시된 바와 같이 좌측 눈(132)을 향해 광의 강도를 증가시키도록 설계되어 있다. 파인더의 각 눈을 향한 광 강도의 증가는 파인더를 위한 자동 입체 표시를 생성한다.Similar to the reconstructed HOE stacks 106 and 108 of the projection system 102 of FIG. 6, the reconstructed HOE stacks 126 and 128 propagate toward a particular viewing position when the propagating light can be optically adjusted. It is formed holographically so as to annularly change the light intensity of the light. However, the shape reconstructed HOE stacks 126 and 128 are designed to increase the intensity of light toward the eyes 130 and 132 of a single finder instead of multiple finders. The reconstructed HOE stack 126 is designed to increase the intensity of light toward the right eye 130, as shown by the pole diagrams 134, 136, while the reconstructed HOE stack 128 is polarized. It is designed to increase the intensity of light toward the left eye 132 as shown by diagrams 138 and 140. Increasing the light intensity toward each eye of the finder produces an automatic stereoscopic display for the finder.
작동시, 형상 재구성식 HOE 스택(126, 128)은 다른 방식으로 영사기(94)로부터 투영된 이미지상에서 광학적으로 작동한다. 형상 재구성식 HOE 스택(126)이 투영 이미지의 제 1 칼라 세트상에서 작동할 때, 상기 스택(126)의 형상 재구성식 HOEs는 투영된 이미지를 영사기(94)로부터 광학적으로 처리하기 위해 연속적으로 작동하므로, 제 1 칼라 이미지는 우측 눈(130)에 나타난다. 연속하여, 상기 스택(128)의 형상 재구성식 HOEs는 투영된 이미지의 칼라 세트를 영사기(94)로부터 광학적으로 처리하기 위해 연속적으로 작동하므로, 제 2 칼라 이미지는 좌측 눈(132)에 나타난다. 제 1 및 제 2 칼라 이미지는 다른 관찰 지점 즉, 파인더의 좌우측 눈으로부터 단일 배경을 묘사하는 이미지이다. 제 1 및 제 2 투영 이미지는 관찰된 배경이 3차원인 환영을 나타낸다.In operation, the reconstructed HOE stacks 126, 128 operate optically on an image projected from the projector 94 in other ways. When the shape reconstructed HOE stack 126 operates on a first color set of projection images, the shape reconstructed HOEs of the stack 126 operate continuously to optically process the projected image from the projector 94. The first color image is shown in the right eye 130. Subsequently, the shape reconstructed HOEs of the stack 128 operate continuously to optically process the color set of the projected image from the projector 94, so that the second color image appears in the left eye 132. The first and second color images are images depicting a single background from different viewing points, namely the left and right eyes of the finder. The first and second projection images represent illusions in which the observed background is three dimensional.
투영 스크린(124)은 다른 파인더를 수용하기 위해 변경된다. 각 다른 파인더를 위해, 투영 스크린(124)은 한쌍의 다른 형상 재구성식 HOE 스택을 포함하므로써 변경된다. 새로운 상기 쌍의 스택은 자동 입체 디스플레이를 위한 다른 파인더의 눈중 하나에 공개한다. 다중 파인더를 위하여, 투영 스크린(124)의 형상 재구성식 HOE 스택은 파인더의 눈으로 향한 입체 이미지를 나타내기 위해 연속 방법으로 독립적으로 작동한다.Projection screen 124 is modified to accommodate other finders. For each other finder, projection screen 124 is modified by including a pair of different shape reconstructed HOE stacks. The new stack of pairs is open to one of the other finder's eyes for automatic stereoscopic display. For multiple finders, the shape reconstructed HOE stack of the projection screen 124 operates independently in a continuous manner to present the stereoscopic image directed to the eye of the finder.
더 복잡한 구성에 있어서, 투영 광학(92)은 투영 시스템(60, 80)의 투영 광학(62)에 의해 대체되므로, 파인더의 눈에 표시된 각 칼라 이미지는 혼합 이미지의 세그먼트이다. 투영 스크린(124)과 관련하여 투영 광학(62)을 사용하면, 다른 혼합 이미지는 좌우측 는(130, 132)에 나타난다. 더욱이, 이미징 장치(82, 84)는 눈(130, 132)의 눈 응시 방향을 추적하기 위해 투영 시스템(122)에 합체된다. 이미징 장치(82, 84)의 합체는 파인더가 현재 또는 관찰 분야에 있는 관련 이미지 세그먼트만을 투영 시스템(122)을 업데이트한다. 상기 투영 시스템의 작동은 투영 시스템(80)과 실질적으로 동일하다. 투영 광학(62)의 진입 작동이 표시된 혼합 이미지가 눈(130, 132)에 입체적으로 나타나도록 하기 위하여 투영 스크린(104)의 각 형상 재구성식 HOE 스택(126, 128)을 위해 반복되어야 만 하는 차이점만이 있다.In a more complex configuration, the projection optics 92 are replaced by the projection optics 62 of the projection systems 60, 80, so that each color image displayed in the eye of the finder is a segment of the mixed image. Using the projection optics 62 in conjunction with the projection screen 124, different blended images appear in the left and right teeth 130 and 132. Moreover, imaging devices 82 and 84 are incorporated into projection system 122 to track the eye gaze direction of eyes 130 and 132. The incorporation of imaging devices 82 and 84 updates projection system 122 only relevant image segments whose finders are present or in the field of view. The operation of the projection system is substantially the same as the projection system 80. Differences that must be repeated for each shape reconstructed HOE stack 126, 128 of the projection screen 104 in order for the blended image indicated by the entry operation of the projection optics 62 to appear stereoscopically in the eyes 130, 132. There is only.
투영 시스템의 투영 스크린상에 투영된 이미지를 표시하기 위한 방법이 도 8을 참조로 하여 설명된다. 단계 142에서, 다색 조사 광은 시스템의 광원에 의해 생성된다. 다음에, 단계 144에서, 다색 조사 광은 칼라 필터를 통하여 전송된다.칼라 필터는 다수의 형상 재구성식 HOEs를 포함한다. 적합하게는, 칼라 필터는 각 형상 재구성식 HOEs가 다색 조사 광의 3 자극 칼라중 하나를 광학적으로 처리할 수 있도록 홀로그래픽하게 형성된 세개의 형상 재구성식 HOEs를 포함한다. 단계 146에서, 다색 조사 광의 특정 칼라 광은 칼라 필터의 활동적인 형상 재구성식 HOE에 의해 투영 시스템의 표시 패널에서 선택적으로 회절된다. 투영 스크린상에 표시되는 입력 이미지는 표시 패널에 의해 생성된다.A method for displaying an image projected on a projection screen of a projection system is described with reference to FIG. 8. In step 142, multicolored irradiation light is generated by the light source of the system. Next, in step 144, the polychromatic illumination light is transmitted through the color filter. The color filter includes a plurality of shape reconstructed HOEs. Suitably, the color filter comprises three shape reconfigurable HOEs that are holographically formed such that each shape reconfigurable HOEs can optically process one of the three stimulus colors of the polychromatic illumination light. In step 146, the specific color light of the multi-color irradiation light is selectively diffracted in the display panel of the projection system by the active shape reconstruction HOE of the color filter. The input image displayed on the projection screen is generated by the display panel.
단계 148에서, 입력 이미지는 칼라 필터로부터 회절된 칼라 광의 수용에 응답하여 투영 스크린을 향해 표시 패널로부터 투영된다. 다음에, 단계 150에서 투영된 이미지는 투영 시스템의 투영 광학에 의해 광학적으로 처리된다. 투영 광학은 다수의 형상 재구성식 HOEs를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 투영 광학의 형상 재구성식 HOEs는 투영 광학의 각 형상 재구성식 HOE가 소정 배율만큼 투영 이미지를 확대할 수 있도록 홀로그래픽하게 형성된다. 투영된 이미지의 배율은 투영 광학의 적합한 형상 재구성식 HOEs를 활동시키므로써 제어된다. 다른 실시예에 있어서, 투영 광학의 형상 재구성식 HOEs는 각 형상 재구성식 HOE가 미리 선택된 방향을 향해 투영된 이미지를 재배향할 수 있도록 홀로그래픽하게 형성된다. 투영된 이미지의 재배향은 투영 시스템이 투영 이미지에 의해 형성되는 혼합 이미지를 표시하고, 각 투영된 이미지는 혼합 이미지의 이미지 세그먼트이다. 단계 152에서, 투영된 이미지는 관찰을 위해 투영 스크린상에 표시된다.In step 148, the input image is projected from the display panel towards the projection screen in response to receiving color light diffracted from the color filter. Next, the projected image in step 150 is optically processed by the projection optics of the projection system. Projection optics include a number of shape reconstructed HOEs. In one embodiment, the shape reconstructed HOEs of the projection optics are holographically formed such that each shape reconstructed HOE of the projection optics can magnify the projection image by a predetermined magnification. The magnification of the projected image is controlled by activating suitable shape reconstructive HOEs of the projection optics. In another embodiment, the shape reconstructed HOEs of the projection optics are holographically formed such that each shape reconstructed HOE can redirect the projected image toward a preselected direction. Reorientation of the projected image indicates the blended image in which the projection system is formed by the projected image, each projected image being an image segment of the blended image. In step 152, the projected image is displayed on the projection screen for observation.
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