KR20030083877A - 자동 입체영상 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 보조수단을 이용하지 않고 카메라로 촬영한 영상을 현실감 있게 입체적으로 시청할 수 있는 자동 입체영상 디스플레이 장치를 제공한다. 이 디스플레이 장치는 동공을 형성하는 스크린, 광빔 편향용 굴절수단 및 LCD 패널을 포함하며, 상기 LCD 패널의 디스플레이 영역은 다중 부분으로 분리되고, 각각의 부분들에는 적합한 조사(illumination) 수단, 광 집중기 및 투사 대물렌즈가 제공되어 다중의 이미지프로젝터를 형성하며, 상기 이미지 프로젝터는 투사 대상물의 가시적 위치들이 일정등급으로 수평방향으로 균일하게 분포되어 나타나는 방식으로 광빔 굴절 수단을 통해 상기 스크린 상에 중첩된 이미지들을 투사하도록 구성된다.

Description

자동 입체영상 디스플레이 장치{Auto stereoscopic display}

본 발명은 자동 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시청자가 별도의 보조수단을 이용하지 않고 카메라로 촬영한 영상을 현실감 있게 입체적으로 시청할 수 있는 자동 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 입체영상 디스플레이장치라 함은 시청자의 2개의 눈의 시차를 이용하여 좌, 우 눈에 서로 다른 방향에서 시청하는 영상을 투사함으로써 영상을 입체적으로 인식시키기 위한 장치를 의미한다. 이와 같이 눈의 영상을 분리하는 방식으로는 색상차, 편광차, 시간차 등을 이용한 안경식 이동시역 방식과 특수광학부품을 이용한 무안경식의 고정시역 방식이 있다. 여기서, 이동시역 방식은 투사되는 좌우 눈의 영상과 같은 광학 특성을 가진 안경 또는 투사되는 좌우 눈의 영상과 같은 주기로 개폐되는 셔터안경을 착용함에 의해 입체감이 인식된다. 이 경우 사용자가 안경을 착용하고 이동이 가능하므로 안경이 이동 시역의 역할을 하게되는 것이다. 한편, 고정시역방식은 영상이 투사되는 스크린의 전면에 시역이 형성되는 것으로 스크린에 의해 좌우 눈에 대응하는 영상을 투사하는 투사광학계의 출력개구의 상으로 주어지는 바, 이 경우 시역의 이동은 시선 또는 헤드트랙킹 방식에 의해 일부 가능하나 그 범위가 제한되어 있다. 또한, 편광특성을 이용한 입체영상 표시장치로는 현재까지 편광안경을 사용하는 안경방식과 편광띠판을 사용하는 무안경 방식이 있다. 이와 같은 종래의 입체영상 디스플레이장치 및 방식들이 미국특허 제5,132,839호, 한국 특허공개 제1999-72513호, 제2000-4296호, 제2001-103100호 등에 개시되어 있다.

그러나 이와 같은 종래의 다양한 방식의 입체영상 디스플레이장치 및 그 방법은 여러 가지 문제점이 있는 것으로 나타났다. 먼저, 편광 안경 방식의 경우에는 필수적으로 안경을 착용해야 하므로 불편하며 사용자가 고개를 좌우로 다소 회전시켜도 편광방향의 상이 혼합되어 입체감이 상실되는 문제점이 있다.

그리고, 편광띠판의 경우에는 편광띠판과 액정표시판 사이의 거리, 편광띠의 폭과 액정표시판의 화소선폭과의 대응관계의 설정이 어려워 구현이 곤란한 문제점이 있다.

또한, 투사식의 고정시역 방식 입체영상 표시장치의 경우에는, 집속렌즈의 사용이 필요하고 광원의 영상에 의한 사역형성 방식이므로 광원과 집속렌즈의 위치가 정확하여야 하며, 광원의 접속렌즈에 의한 일차영상이 정확히 투사렌즈의 개구에 형성되어야 하며, 두 광원의 영상이 정확히 중첩되어 접속되지 않으면 좌우 시역이 단속되므로 사용자가 시선을 움직이는 경우 어두운 부분이 발생되어 선명한 입체영상을 획득하지 못하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 사용자 또는 시청자가 별도의 수단을 구비하지 않고 선명한 입체영상을 시청할 수 있는 자동 입체영상 디스플레이장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 입체영상 디스플레이 시스템 및 그 방법을 보여주는 개략도.

도 2는 수직형 디퓨저의 적용전과 적용후의 상태를 보여주는 도면.

도 3은 스크린상의 3차원 데이터의 정렬상태를 보여주는 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 저비용의 4면 자동 입체영상 디스플레이의 정렬상태를 보여주는 측면도.

도 5는 본 발명에 따른 저비용의 4면 자동 입체영상 디스플레이의 정렬상태를 보여주는 사시도.

도 6의 (a),(b)는 LCD스크린의 분할방식을 보여주는 도면.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10 : 카메라20 : 프로젝터

30 : 확대렌즈40 : 디스플레이

100 : 백라이트110 : 디스플레이패널

120 : 무색렌즈130 : 스크린

이 같은 목적들은, 동공을 형성하는 스크린, 광빔 편향용 굴절수단 및 LCD 패널을 포함하며, 상기 LCD 패널의 디스플레이 영역은 다중 부분으로 분리되고, 각각의 부분들에는 적합한 조사(illumination) 수단, 광 집중기 및 투사 대물렌즈가 제공되어 다중의 이미지프로젝터를 형성하며, 상기 이미지 프로젝터는 투사 대상물의 가시적 위치들이 일정등급으로 수평방향으로 균일하게 분포되어 나타나는 방식으로 광빔 굴절 수단을 통해 상기 스크린 상에 중첩된 이미지들을 투사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 입체영상 디스플레이 장치에 의해 달성될 수 있다.

또한, 전술된 목적들은 물체 또는 입체영상을 자동으로 입체적으로 디스플레이하기 위한 장치에 있어서, 광을 제공하기 위한 복수의 백라이트; 상기 백라이트의 전방에 배치되며, 박판형 콘덴서 렌즈와 그 콘덴서 렌즈에 접하는 LCD 패널로 구성되며, 상기 LCD 패널에는 복수개의 작업영역으로 구획되는 디스플레이패널; 상기 디스플레이패널의 전방에 설치되며, 상기 디스플레이패널의 각각의 작업영역에 대응하는 복수의 대물렌즈를 포함하는 무색렌즈; 상기 무색렌즈의 전방에 설치되며, 상기 각각의 대물렌즈의 중심연장선이 중앙에 초점화 되는 스크린; 및 상기 스크린의 전방에 설치되는 가상의 시청지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 입체영상 디스플레이 장치에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 기술적 사상의 원리를 살펴보면, 방향탐지 기능의 스크린에 자동 입체적으로 원근에 있는 사물을 투시하는 것에 기초를 두고 있다. 이것은 입체적인 사물이나 영상의 여러 개의 원근투시가 동시에 특정 스크린에 상호 약간 다른 위치로부터 투시되는 것을 의미한다. 이는 다각적 투시의 널리 알려진 원리이다.

먼저, 본 발명에 따른 기본적인 원리는 영사기가 렌즈 표면에 초점이 맞춰진 이미지를 투시할 때, 렌즈는 다른 쪽에 밝은 점으로 빛을 발한다. 이 발광 점은 실제로 조사된 프로젝터의 사물렌즈의 실제적인 틈이다. 그리고, 이 투시된 이미지는 오로지 보는 사람의 눈이 틈새의 이미지에 정확하게 위치할 때에만 밝게 조사되어 전적으로 보여지는 것이다. 이것은 소위 시각지대(viewing zone)라 칭하며, 시청자는 영사기의 사물의 크기와 얼마나 일률적으로 조사되어지는가에 따라 시각지대 내에서 다소 자유롭게 이동할 수 있게되는 것이다. 예컨대, 각각 다른 위치에 분포되어 있는 카메라 또는 영사기가 서로 다른 위치로부터 서로 다른 영상을 투시한다면, 이에 상응하게 시각지대도 역시 공간에 나타난다. 그러므로, 보는 사람은 다른 위치로부터 영상을 다르게 볼 수 있다. 시청자의 왼쪽 눈이 오른쪽 눈으로부터 약 65mm 거리만큼 이격 되어 있기 때문에 시청자는 어떠한 안경의 사용 없이 입체적인 환영을 만들어 내기에 충분한 왼쪽 눈과 오른쪽 눈을 가지고 다른 이미지들을 볼 수 있게 되는 것이다. 이 같은 가시방식의 예로서, 수평면상에 있는 4개의 영사기들이 4개의 둥근 모양의 사각지대를 만들어주게 되며, 여기서 영사기를 위한 자료는 여러 개의 프레임의 연속형태인 입체 애니메이션 소프트웨어를 사용함으로써 준비되어지는 것이다. 물론, 각각의 입체영상은 각각 다른 위치의 벌츄얼 카메라로 찍혀져서 컴퓨터의 하드디스크에 저장되는 것이다.

위 설명을 도 1을 참조로하여 설명하면, 실제적인 입체물 또는 3차원 애니메이션과 같은 3차원 장면(3-D scene)을 다양한 각도에서 촬영하기 위한 복수의 카메라(10)를 포함한다. 이들 각각의 카메라(10)는 벌츄얼 카메라(virtual camera)로 형성되는 것이 바람직하다.

각각의 카메라(10)에는 이미지 프로젝터(20)가 각각 연결된다. 각각의 이미지 프로젝터(20)는 이에 대응하는 각각의 카메라(10)의 촬영각도와 동일하게 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 프로젝터(20)의 전방에는 그 프로젝터로부터 투사되는 이미지들을 혼합하여 실제적인 3-D 이미지, 즉, 입체영상으로 나타내기 위한 확대렌즈(30)가 설치된다. 이 확대렌즈(30)는 결국 스크린 역할을 하게되는 것이다.

이 같은 자동 입체 디스플레이의 구성에 따라, 시청자(V)는 각각의 카메라(10)에 의해 촬상된 장면을 입체저그로 시청할 수 있는 것이며, 특히 시청자가 입체영상을 두고 3차원적으로 이동하면서 그 입체영상을 시청하는 경우에는 각각의 카메라가 실제로 촬영하는 각각의 위치에서의 입체영상을 시청할 수 있는 것이다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 실제로 시청자(V)가 시청하는 시청지대(Z)에 디퓨저(diffuser)를 사용하는 경우에는 대체로 정원형의 영상이 타원형의 영상으로 변환될 수 있다. 즉, 수직방향으로 시청하는 시청자의 자유도를 증대시키기 위해 렌즈와 함께 특별한 탐지기능의 디퓨저가 배치되어야 한다. 여기서, 디퓨저는 빛을 수직방향으로만 방사해야 하며 사각지대는 도 2에 도시된 바와 같이 수직적으로 증대될 것이다. 물론, 사각지대 사이의 수평분할은 동일하게 유지될 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이상의 입체영상 배열(arrangement)구조를 살펴보면, 전술된 바와 같은 입체영상(3-D scene)에 대해 각각 소정의 위치에 소정의 각도로 배치된 각각의 카메라(10(10a;10b;10c10d))에 의해 촬영된 각각의 영상은 디스플레이(40)의 각각의 부분에 분할되어 나타나게 된다. 즉, 디스플레이(40)에는 각각의 카메라에 의해 촬영된 이미지 또는 픽쳐를 나타내기 위한 복수의 픽쳐영역이 형성된다. 즉, 디스플레이(40)는 제1카메라(10a)에 의해 촬영된 이미지에 해당하는 제1픽쳐영역(40a), 제2카메라(10b)에 의해 촬영된 이미지에 해당하는 제2픽쳐영역(40b), 제3카메라(10c)에 의해 촬영된 이미지에 해당하는 제3픽쳐영역(40c), 및 제4카메라(10d)에 의해 촬영된 이미지에 해당하는 제4픽쳐영역(40c)으로 구분된다. 결과적으로, 디스플레이(40)의 비용을 감소시키기 위해, LCD 모니터로부터 하나의 LCD 패널이 여러 개의 LCD 카메라를 만들기 위해 사용된다. LCD 윈도우는 도 3에 도시된 바와 같이 15인치의 LCD윈도우를 위한 고유의 사진을 보여주는 각각의 부분들로 사실상 분할되어야 한다.

도 4에는 본 발명에 따른 경제적으로 유용한 프뢰넬 렌즈에 구속되는 입체 디스플레이 광학 시스템의 레이아웃이 도시되어 있으며, 도 5에는 이에 상응하는 사시도가 도시되어 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 자동 입체 디스플레이장치에 의하면, 디스플레이 장치 보다 상세하게는 후술되는 디스플레이에 광을 제공하기 위한 백라이트(100)를 구비한다. 이 같은 백라이트(100)는 통상적으로 복수개를 구비한다.

백라이트(100)의 전방에는 디스플레이패널(110)이 설치된다. 디스플레이 패널(110)은 박판형의 콘덴서 렌즈(112)와, 그 콘덴서 렌즈(112)에 부착되거나 접하는 방식으로 구비되는 LCD 패널(114)로 이루어진다. 물론, LCD 패널(114)은 예컨대 전술된 바와 같이 4개의 픽쳐영역에 각각 해당하는 복수의 작업영역(114a;114b;114c;114d)으로 구획되며, 또한 상부 및 하부의 각각의 측부에 폐기영역(114e;114f)이 형성된다.

디스플레이패널(110)의 일정 거리 후방에는 복수의 무색렌즈(achromates)(120)가 설치된다. 무색렌즈(120)는 각각의 작업영역(114a;114b;114c;114d)에 해당하는 대물렌즈(120a;120b;120c;120d)를 포함한다.

무색렌즈(120)의 후방, 즉 각각의 대물렌즈(120a;120b;120c;120d)의 후방에는 각각의 중심연장선이 중앙에 초점화 되는 스크린(130)이 설치된다. 스크린(130)은 2개의 프뢰넬렌즈형과 렌티큘라렌즈형의 조합으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 따라, 스크린(130)의 일정거리 후방에는 시청자가 스크린(130)에 초점화 되어 이루어진 영상을 시청하기 위한 시청지대(Z)가 형성되는 것이다. 물론, 시청자는 이 시청지대(Z)에 시청자 또는 그의 눈이 위치하는 것이 해당 입체영상을 정확하게 시청할 수 있는 것으로 이해된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, LCD 패널(114)내의 직사각형의 상부의 2개의 픽쳐영역 또는 작업영역(114b,114d)은 하부의 2개의 작업영역(114a,114c)에 대해 우측으로 이동되기 때문에, LCD 패널(114)에는 실제로 이용되지 않는 부분, 즉, 폐기영역(114e,114f)과 같은 부분이 복수개 존재하게되는 것이다.

선택적으로, 도 6의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, LCD 스크린 분할의 또 다른 방식은 각각의 작업영역(114a,114b,114c,114d)이 더 우수한 수평분해를 제공한다. 그러나 이 같은 렌즈의 수평이동을 위해서는 무색렌즈(120) 전방에 필연적으로 빔 디플렉터를 구비해야 한다. 이 같은 빔 디플렉터를 위한 반사수단(즉, 거울)은 이미 널리 공지되어 사용되고 있는 바, 본 실시예에서는 이에 개한 상세한 설명은 생략한다. 그러나, 본 발명에 따른 자동입체 디스플레이에서는 빔 디플렉터 대신에 또는 반사수단 대신에 다른 굴절장치를 이용할 수 도 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 입체영상 디스플레이 장치는, 동공을 형성하는 스크린, 광빔 편향용 굴절수단 및 LCD 패널을 포함하며, 상기 LCD 패널의 디스플레이 영역은 다중 부분으로 분리되고, 각각의 부분들에는 적합한 조사(illumination) 수단, 광 집중기 및 투사 대물렌즈가 제공되어 다중의 이미지프로젝터를 형성하며, 상기 이미지 프로젝터는 투사 대상물의 가시적 위치들이 일정등급으로 수평방향으로 균일하게 분포되어 나타나는 방식으로 광빔 굴절 수단을 통해 상기 스크린 상에 중첩된 이미지들을 투사하도록 구성되는 것이다. 여기서, 편향수단은, 상호 일정거리로 이격되어 설치되고 각진 빔의 편향을 보상하도록 180도의 각도로 하나가 다른 하나에 대해 회전되도록 이루어진 한 쌍의 굴절웨지를 포함하는 것이다. 그리고, 한 쌍의 편향웨지는 2개의 프레넬 웨지 어레이를 포함하거나 2개의 무색 웨지를 포함한다. 또한, 조사수단은, 이미지가 평면 거울의 시스템에 의해 다중화 되는 하나의 광원을 포함하게 되는 것이다.

이하, 전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동 입체 디스플레이장치의작용모드에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 실제적인 입체물 또는 3차원 애니메이션과 같은 3차원 장면(3-D scene)이 복수개의 벌츄얼 카메라(10)에 의해 촬영된 각각의 각도에서의 이미지는 프로젝터에 의해 콘덴서렌즈 와 LCD 패널에 투사된다. 즉, 제1카메라(10a)에 의해 촬영된 이미지는 제1픽쳐영역(40a)에, 제2카메라(10b)에 의해 촬영된 이미지는 제2픽쳐영역(40b)에, 제3카메라(10c)에 의해 촬영된 이미지는 제3픽쳐영역(40c)에, 또한 제4카메라(10d)에 의해 촬영된 이미지는 제4픽쳐영역(40c)에 투사된다.

이와 같이 박판형의 콘덴서 렌즈(112)와, 그 콘덴서 렌즈(112)에 부착되거나 접하는 방식으로 구비되는 LCD 패널(114)로 이루어진 디스프레이패널(110)의 각각의 작업영역(114a;114b;114c;114d)에 투시된 영상은 각각의 백라이트(100)에 의해 전방으로 투시된다.

이와 같이 투시된 디스플레이패널(110)의 각각의 작업영역(114a;114b;114c;114d)에서의 이미지는 무색렌즈(120)를 구성하며 각각의 작업영역에 해당하는 대물렌즈(120a;120b;120c;120d)를 통해 스크린(130)의 중앙에 초점화된다. 이때, 스크린(130)은 2개의 프뢰넬렌즈 와 렌티큘라렌즈가 조합되어 이루어져 있으므로, 그 스크린(130)의 일정거리 후방에는 시청자가 스크린(130)에 초점화 되어 이루어진 영상을 시청하기 위한 시청지대(Z)가 형성되는 것이다. 이에 따라, 시청자는 시청지대(Z)에서 그의 눈으로 해당 입체영상을 정확하게 시청할 수 있는 것이다.

결국, 시청자는 시청지대의 가시영역이 확대된, 특히 상하로 확대된 가시영역을 이용하여 보다 정확하고 확대적으로 3-D 또는 입체영상을 시청할 수 있는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 자동 입영상체 디스플레이 장치에 의하면, 사용자 또는 시청자가 별도의 수단을 구비하지 않고 사실적으로 선명한 입체영상을 자유롭게 시청할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (6)

1. 동공을 형성하는 스크린, 광빔 편향용 굴절수단 및 LCD 패널을 포함하며, 상기 LCD 패널의 디스플레이 영역은 다중 부분으로 분리되고, 각각의 부분들에는 적합한 조사(illumination) 수단, 광 집중기 및 투사 대물렌즈가 제공되어 다중의 이미지프로젝터를 형성하며, 상기 이미지 프로젝터는 투사 대상물의 가시적 위치들이 일정등급으로 수평방향으로 균일하게 분포되어 나타나는 방식으로 광빔 굴절 수단을 통해 상기 스크린 상에 중첩된 이미지들을 투사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 입체영상 디스플레이 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 편향수단은, 상호 일정거리로 이격되어 설치되고 각진 빔의 편향을 보상하도록 180도의 각도로 하나가 다른 하나에 대해 회전되도록 이루어진 한 쌍의 굴절웨지를 포함하는 자동 입체영상 디스플레이 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 한 쌍의 편향웨지는 2개의 프레넬 웨지 어레이를 포함하는 자동 입체영상 디스플레이 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 한 쌍의 편향웨지는 2개의 무색 웨지를 포함하는 자동 입체영상 디스플레이 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 조사수단은, 이미지가 평면 거울의 시스템에 의해 다중화 되는 하나의 광원을 포함하는 자동 입체 디스플레이 장치.
6. 물체 또는 입체영상을 자동으로 입체적으로 디스플레이하기 위한 장치에 있어서,

   광을 제공하기 위한 복수의 백라이트;

   상기 백라이트의 전방에 배치되며, 박판형 콘덴서 렌즈와 그 콘덴서 렌즈에 접하는 LCD 패널로 구성되며, 상기 LCD 패널에는 복수개의 작업영역으로 구획되는 디스플레이패널;

   상기 디스플레이패널의 전방에 설치되며, 상기 디스플레이패널의 각각의 작업영역에 대응하는 복수의 대물렌즈를 포함하는 무색렌즈;

   상기 무색렌즈의 전방에 설치되며, 상기 각각의 대물렌즈의 중심연장선이 중앙에 초점화 되는 스크린; 및

   상기 스크린의 전방에 설치되는 가상의 시청지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 입체영상 디스플레이 장치.