KR0145558B1 - 3차원 디스플레이장치 - Google Patents
3차원 디스플레이장치Info
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Abstract
본 발명은, 이격광조절기(2)(예컨대 액정디스플레이) 뒷쪽에 위치한 렌즈(1)의 촛점평면에 배치된 2차원 디스플레이장치(4)(예컨대 음극선관)를 구비한 3차원 디스플레이장치에 관한 것으로, 물체의 다른 시면(視面)을 상기 이격광조절기(2)상에 타임멀티플렉스방법으로 제공하지만, 각 시면을 상기 이격광조절기(2)상에 타임멀티플렉스방법으로 제공하지만, 각 시면을 상기 이격광조절기(2)로부터 방사되는 과의 스포트(7)의 위치에 의해 결정되는 방향에서만 볼 수 있도록 하고 있다. 그 물체가 3차원인 경우 상기 다른 시면은 상기 다른 방향으로부터 보여지는 그 물체의 다른 시면에 대응하게 된다.
Description
제1도는 본 발명의 3차원 디스플레이장치의 개략단면도
제2도는 제1도의 장치에 의해 시면이 어떻게 디스플레이되는가를 설명하는 광선 다이어그램
제3도는 3차원 텔레비젼에 사용되는 소정 차원의 디스플레이장치의 개략평면도
제4도는 렌지시스템에 수정체어레이가 구비된 3차원 디스플레이장치의 제2실시예의 개략단면도
제5도는 제4도에 나타낸 장치용의 광선 다이어그램
제6도는 2차원 디스플레이장치에 코히어런트(coherent)광선에 의해 주사되는 수정체어레이가 구비된 3차원 가시(可視)디스플레이장치의 제3실시예의 개략단면도
제7도는 제6도에 나타낸 장치를 이용하여 홀로그램(hologram)을 만드는 것을 나타낸 광선 다이어그램
제8도는 시면을 제공하기 위한 음극선관과 각 시면이 투사되는 방향을 결정하기 위한 액정디스플레이를 이용한 3차원 디스플레이장치의 실시예의 개략단면도
제9도는 렌즈시스템에 활성 광학소자가 구비된 3차원 디스플레이장치의 제3실시예의 개략단면도이다.
본 발명은 3차원 디스플레이장치에 관한 것이다.
통상, 디스플레이장치는 예컨대, 텔레비젼 수상기, 컴퓨터 인터페이스(모니터), 계측 및 시각 디스플레이 유니트에 사용된다. 일반적으로, 종래의 디스플레이장치는 2차원 그림만을 디스플레이하는 2차원 디스플레이장치이다.
이러한 2차원 디스플레이에 의해 제공되는 그림에는 관측자가 거리감을 느낄 수 있도록 하기 위한 다양한 큐(cue)가 나타난다. 이러한 큐는 가까운 물체에 의한 먼 물체의 그림자나 사이즈 또는 명암 등을 포함한다. 그러나, 이러한 종래의 2차원 디스플레이에서는 인간의 시각에 의해 사용되는 가장 중요한 2가지의 깊이를 나타내는 큐를 얻을 수가 없다. 즉, 사람의 두 눈에 의해 보이는 시면(視面)간의 차이와, 관측자가 본래의 3차원 화상을 따라 머리를 움직임으로써 예상되는 시면의 연속적 변화이다. 이들 2가지의 큐는 관측자에게 적절한 3차원적인 인식을 주고자 하는 경우에 반드시 필요한 것이다.
사용자가 각 눈에 어떤 장면의 다른 시면이 나타나도록 안경을 착용하는 것을 필요로 하는 각종의 디스플레이 시스템이 제안되어 있다. 이것은, 인간의 시각에 입체적인 정보를 제공하지만, 사람의 머리의 움직임으로부터 예상되는 정보 또는 큐를 제공할 수 없다. 더욱이, 이러한 안경은 착용하기 불편하다.
또, 사용자가 안경을 착용하는 것을 필요로 하지 않는 3차원 디스플레이장치를 구성하려는 몇가지 시도가 있었다. 이들 여러 장치에서는, 스크린상에 나타나는 그림이 그 스크린을 보는 방향에 따라 달라진다. 상기 디스플레이장치에 3차원 화상을 나타내 주어야 하는 경우, 스크린상에 나타나는 그림은 동일한 관측방향으로부터의 3차원 화상을 나타내는 것이다. 이들 장치에 의해 나타내어진 화상은 거리감을 인식할 수 있도록 사람의 시각에 필요한 모든 정보를 제공하고, 그 결과로 명백히 3차원 화상을 만들어낸다. 그러나, 이들 대부분의 장치는 고가이면서 복잡하게 만드는 가동부품을 갖추고 있다.
텔레비젼 스크린 등과 같은 종래의 디스플레이에서는, 어떤 물체의 그림이 2차원적 배열(array)로부터 조합된다. 마찬가지로, 어떤 물체의 3차원 화상은 화소의 3차원적 배열로부터 조합되지만, 이러한 장치는 복잡할 뿐만 아니라 가격이 비싸다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결할 수 있는 3차원 디스플레이장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 이격광조절기와 렌즈시스템 및 2차원 디스플레이장치를 구비한 3차원 디스플레이장치가 제공된다.
본 발명의 제안된 실시예에서는, 어떤 물체의 다른 시면은 장치로부터 다른 방향으로 투사되고, 그 물체가 3차원인 경우 상기 다른 시면은 상기 다른 방향으로부터 보여지는 그 물체의 다른 시면에 대응하게 된다. 상기 다른 시면은 상기 이격광조절기상에 타임멀티플렉스(time multiplex)방법으로 만들도록 해도 좋고, 상기 2차원 디스플레이와 렌즈시스템은 서로 작용함으로써 상기 이격광조절기를 통해 적절한 방향으로 광을 투사한다.
이격광조절기는 광투명도(optical transparency) 또는 광반사도(optical reflectivity)를 전자(電子)적으로 제어할 수 있는 디바이스이다. 이러한 디바이스는 다수의 어레이로 구획되어 각 어레이의 각 소자의 투명도가 반사도를 개별적으로 제어할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 많은 화소로 이루어진 그림을 나타내는데 이용할 수 있다. 이격광조절기의 일예로서는 액정디스플레이(LCD)가 있다.
이 발명에 따른 장치는, 사실상 래터럴 멀티플렉싱(lateral multiplexign)과 타임멀티플렉싱(time multiplexing)을 이용한다. 레터럴 멀티플렉싱이란 각 그림을 다른 관측 위치에서 볼 수 있도록 2차원 디스플레이가 하나의 그림이 아니라 몇몇 그림을 나타내도록 되어 있는 기술을 말한다. 여기서 각 그림은 동일한 사물의 다른 시면(視面)을 말하고, 그 시면을 볼 수 있는 위치는 그 시면이 영사될 때의 각도에 대응하는위치를 말하므로, 결국 하나의 상이 3차원적으로 나타나게 된다. 관측자의 두 눈은 각 눈이 분리된 위치에서 관측하기 때문에 다른 시면을 바라보게 되고, 관측자에 의해 보여지는 시면은 관측자의 디스플레이 주위로 움직임에 따라 변화하게 된다.
이 발명에 따른 장치는, 종래의 래터럴 멀티플렉싱과 같이 몇몇 시면을 동시에 나타내는 것과 달리, 그 디스플레이를 볼 수 있는 위치를 조절하면서 시면을 순차적으로 나타내도록 하고 있다. 시면 사이의 각도가 매우 미세하고, 시면의 순서가 매우 짧은 간격으로 반복됨으로써, 이 장치에 의해 디스플레이되는 화상이 스무드하게 3차원으로 나타나게 된다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제1도 및 제2도에 나타낸 장치를 참조하면, 렌즈(1)가 이격광조절기(2)와 마주 보면서 배치되고, 이 렌즈(1)의 촛점평면(5)에 2차원 디스플레이장치(4)의 스크린(3)이 배치된다. 이 조립부품(assembly)의 후면과 측면의 주위에는 불투명한 박스(6)가 고정되어 외부의 빛을 차단해 주도록 되어 있다.
3차원 화상은 이격광조절기(2)에 의해 2차원 그림으로 연속적으로 디스플레이된다. 각 그림은 시계의 특정점으로부터 보여지는 화상을 묘사하게 되는데, 이후에는 이를 시면(視面)이라 칭하기로 한다. 어떤 시면의 디스플레이와 동시에, 상기 2차원 디스플레이장치(4)의 상기 스크린(3)에 광의 스포트(sport)(7)가 디스플레이된다. 이 스포트(7)로부터의 광은 렌즈(1)를 통과할 때 평행광선(8)으로 변환된다. 이때 평행광선(8)의 방향은, 2차원 디스플레이장치(4)의 스크린(3)에서의 스포트(7)의 위치 및, 렌즈(1)가 활성 광학소자(active optical element)인 경우 그 스포트로부터 시준(視準)된 광이 렌즈(1)를 통해 굴절되는 각도에 따라 좌우된다. 따라서 상기 스포트(7)의 위치는, 보이리라 추정되는 상기 이격광조절기(2)상의 시면으로부터 시점(9)으로만 광이 상기 이격광조절기(2)를 통과하도록 제어된다. 상기 스포트(7)의 폭은 시면이 눈에 띄는 범위내의 시점의 호(arc)를 결정한다. 각 시면의 디스플레이는 사람의 눈으로는 인식할 수 없는 어둠주기(dark period)를 조정하기 위해 충분히 빠르게 반복된다. 따라서, 명백히 3차원의 화상이 감지된다.
2차원 디스플레이장치(4)의 가능한 타입중에는 음극선관, 전계발광(電界發光) 디스플레이, 발광다이오드의 어레이, 배경조명을 갖춘 이격광조절기 및 조사된 광선에 의해 조명되는 스크린 등이 있다.
또, 렌즈(1)의 가능한 타입중에는 구형 표면을 갖는 렌즈, 많은 구형 또는 원통형 렌즈의 수정체어레이, 프레스넬(Fresnel)렌즈, 홀로그래프 광학소자 및, 촛점평면으로부터의 광을 시준해 줄 뿐만 아니라 상기 빛을 조절가능한 각도로 굴절시켜 주는 할성 광학소자 등이 있다. 3차원 디스플레이장치에 의해 디스플레이될 수 있는 3차원 화상의 가능한 타입중에는 후술되는 입체화상, 멀티플렉스화상, 시차화상, 완전한 3차원 화상, 색화상 등이 있다.
입체화상의 경우에는, 단지 화상의 2개의 시면, 즉 관측자의 각 눈에 대해 하나씩 나타나게 하는 것이 필요하다.
어떤 경우에는, 동일한 시면 또는 시면의 집합을 몇몇 다른 관측자에게 투영하는 것이 바람직할 수도 있다. 이것은, 상기 이격광조절기(2)에 각 시면을 디스플레이함과 동시에 상기 2차원 디스플레이장치(4)에 광의 스포트(7)를 복수개 갖춤으로써 행해질 수 있다.
시차화상의 경우에는, 단지 화상 주위의 단일평면으로부터의 시면만을 제공하는 것을 필요로 한다.
색화상의 경우에는, 각 시면이 적색, 청색 및 녹색 그림을 구비한다. 이들 그림은 이격광조절기(2)에 연속적으로 나타낼 수 있고, 2차원 디스플레이장치(4)의 스크린(3)으로부터의 광의 색은 그 그림에 어울리게 변화된다. 선택적으로 상기 이격광조절기(2)의 화소위치에 걸쳐 색필터를 설치하여, 상기 2차원 디스플레이장치(4)가 백색광을 발하도록 한다. 이들 3개의 그림을 상기 이격광조절기(2)에 동시에 나타냄으로써, 각 그림의화소가 적절한 색의 필터로 덮인 화소위치에 디스플레이되게 한다.
제3도에 나타낸 바와 같이, 3차원 디스플레이장치를 3차원 TV시스템용 스크린(13)으로서 사용할 수도 있다. 방송되는 장면(10)은 대응하는 시면을 기록하는 기존의 TV카메라(11)에 의해 둘러싸여 있다. 그후, 그 시면은 광파이버 링크(12)를 매개로 스크린(13)에 전송되는데, 필요한 경우 정보전송비율을 감소시키기 위해 데이타 압축기술을 이용할 수 있다.
제4도 및 제5도를 참조하면, 시면은 이격광조절기(2)에 의해 연속적으로 디스플레이된다. 시면이 디스플레이됨과 동시에, 광의 스포트(7)도 2차원 디스플레이장치(4)의 스크린(3)상에 디스플레이된다. 각 스포트(7)로부터의 광은 수정체어레이의 가장 근접하고 있는 렌즈(1)를 통과할 때 평행관선(8)으로 변환된다. 이때 평행광선(8)의 방향은, 2차원 디스플레이장치(4)의 스크린(3)에서의 스포트(7)의 위치에 따라 좌우된다. 따라서 상기 스포트(7)의 위치는, 보이리라 추정되는 상기 이격광조절기(2)상의 시면으로부터 시점(9)으로만 광이 상기 이격광조절기(2)를 통과하도록 제어된다. 각 시면의 디스플레이는 사람의 눈으로는 인식할 수 없는 어둠주기를 조정하기 위해 충분히 빠르게 반복된다. 따라서, 명백히 3차원의 화상이 감지된다. 이 실시예에서는, 상기 3차원 디스플레이장치의 두께가 상기 제1도 내지 제3도에 나타낸 제1실시예의 디스플레이장치의 두께보다 훨씬 얇아진다는 잇점이 있다.
제6도에 나타낸 장치를 참조하면, 2차원 디스플레이장치가 코히어런트광(coherent light)을 방사한다는 것을 생각하면 3차원 화상은 제1실시예와 마찬가지로 디스플레이된다. 레이저(15)로부터의 광선(14)은 이 광선(14)의 경로위치를 제어할 수 있는 장치인 비임스캐너(beam scanner; 16)를 통과하게 된다. 상기 이격광조절기(2)에 시면이 디스플레이됨과 동시에, 상기 광선이 비임스캐너(16)에 의해 수정체어레이(3')에서 선택된 렌즈(17)로 진행하게 되는데, 이때는 적절한 시점(19)으로부터만 상기 시면을 볼 수 있도록 하기 위해 광이 상기 선택된 렌즈(17)로부터 방사되어야 한다. 여기서 상기 수정체어레이(3')는 2차원 디스플레이장치의 스크린을 형성한다. 이 제3실시예에서는, 스포트(7)로부터의 광이 코히어런트광이라는 것을 제외하고, 상기 선택된 렌즈(17)가 제1실시예에서의 스포트(7)와 마찬가지로 광을 방사하도록 광을 디포커스(defocus)한다. 이것은 스크린으로부터 홀로그램(holigram)을 기록하는 것을 가능하게 한다.
제7도를 참조하면, 3차원 화상이 3차원 디스플레이장치(3')에 디스플레이됨과 동시에, 스크린에 대해 사진플레이트(18)를 배치하고, 이 사진 플레이트에 기준코히어런트광선(19)을 조사함으로써 홀로그램을 기록할 수 있게 된다. 이때, 기준광선(19)은 상기 레이저(15)로부터의 광선(14)을 비임스플리터(20)로 분할함으로써 생성된다. 방향이 변경된 광(21)은 미러(22)에 의해 반사되고, 그 비임은 상기 기준광선(19)이 상기 사진플레이트(18)의 전체에 조사되도록 렌즈(23)에 의해 비임폭이 확대된다.
제1도 및 제2도의 실시예에 따른 기본적인 3차원 디스플레이장치는, 2차원 디스플레이장치용의 음극선관과 이격광조절기용의 액정디스플레이(LCD)를 구비해도 좋다. 이 경우, 상기 음극선관을 상기 렌즈의 촛점평면에 배치함으로써, 이 음극선관에 의해 어떤 경우에 방사되는 광의 스포트가 상기 LCD상의 화상을 투영하는 평행비임으로 한 방향으로만 시준된다. 이 경우, 상기 렌즈의 동작은 퓨리에변환(Fourier transform)으로서 수학적으로 설명할 수 있다. 따라서, 광이 렌즈의 한 촛점평면을 통과하는 경우의 진폭의 이격분산은 광이 상기 렌즈의 상기 촛점평면을 통과하는 경우의 진폭의 이격분산의 퓨리에변환이다.
상기 LCD의 프레임비율은 현재 이용가능한 음극선관의 프레임비율보다 적다.
제8도는 시면을 나타내기 위해 LCD를 사용하는 것보다도 플리커(flicker)가 없는 시면을 나타낼 수 있는 음극선관을 사용하는 변형예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 음극선관(2')을 2개의 렌즈(1a,1b)와 LCD(4')에 의한 이산위치(discrete position)로부터 볼 수 있도록 만들 수 있다. 상기 2개의 렌즈는 그들의 촛점평면의 각각이 마주보도록 배치되어 있다. 상기 LCD는 상기 2개의 렌즈 사이의 촛점 평면에 배치되고, CRT는 바깥쪽 렌즈(1b)의 다른 촛점평면에 배치되어 있다.
제1렌즈(1a)는 CRT상의 화상의 퓨리에변환을 LCD상으로 영사한다. 제2렌즈(1b)도 또한 퓨리에변환을 수행하지만, 사인(sine)변화를 제외하면 역퓨리에변화과 등가이므로, 결과로서 제2렌즈는 효율적으로 원그림을 재생한다. 단일 스포트는 LCD상에 투명하게 만들어지고, LCD의 나머지는 불투명하게 남는다. LCD가 퓨리에변환 평면에 있기 때문에 CRT화상을 볼 수 있는 위치(9)를 제어할 수 있고, 단일 스포트가 LCD상에서 투명하기 때문에 CRT 화상을 단일 위치(9)에서만 볼 수 있게 된다.
제9도를 참조하면, 이 실시예에서는 렌즈시스템 및 2차원 디스플레이장치(1,4)가 홀로그래픽 광학소자(24)와 광역 비임스캐너(25)를 갖춘 활성 광학소자에 의해 형성되고 있다. 레이저(34)로부터의 광은 홀로그래픽 광학소자(24)에 의해 상기 광역 비임스캐너(25)를 향하여 진행하는 평행광선(26)으로 시준된다. 광역 비임스캐너(25)는, 전자적으로 제어되어 조절가능한 각도로 모든 전송된 광선을 굴절시킨다는 점에서는 기존의 비임스캐너와 같이 기능하지만, 상기 이격광조절기(2)의 면적과 비슷한 커다란 면적을 커버하도록 되어 있다. 이 실시예에서는, 이격광조절기의 화상을 볼 수 있는 위치(9)를 제어하는 것은 렌즈시스템(1)과 2차원 디스플레이(4)이다.
Claims (6)
- 이격광조절기(2)와, 이 이격광조절기(2)를 제어하여 물체의 복수의 다른 화상이 상기 이격광조절기(2)상에 타임멀티플렉스방법으로 연속하여 형성되도록 하는 제어시스템 및, 광비임(8-8)을 상기 이격광조절기(2)를 통해 상기 제어시스템에 의해 제어된 각도로 투영하여 상기 다른 화상을 다른 방향으로부터 볼 수 있도록 하는 조명수단(3,4,1)을 구비하고, 상기 다른 화상의 각각은 다른 각도로부터 본 상기 물체의 시면인 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이장치.
- 제1항에 있어서, 상기 조명수단(3,4,1)은, 2차원 디스플레이장치(3,4) 및, 그 위의 선택된 위치에 상기 2차원 디스플레이장치(3,4)에 의해 방사되는 광의 스포트(7)로부터 상기 광비임(8-8)을 형성하기 위한 렌즈시스템(1)을 갖춘 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이장치.
- 제2항에 있어서, 상기 렌즈시스템(1)은, 수정체어레이와, 이 수정체어레이의 각각의 렌즈에 대응하는 복수의 스포트(7)로부터 광을 방사하도록 상기 2차원 디스플레이장치(3,4)를 제어하는 제어시스템을 갖추고, 복수의 대응하는 평행 광비임이 상기 어레이로부터 상기 이격광조절기(2)상에 형성되는 각 화상에 대해 공통방향으로 방사되도록 하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이장치.
- 제2항에 있어서, 상기 2차원 디스플레이장치는, 상기 렌즈시스템(1)의 촛점평면(5)에 위치된 스크린(3)과, 광원(15) 및, 이 광원(15)으로부터의 광을 상기 스크린의 선택된 스포트로 진행하도록 하기 위해 상기 스크린(3)의 뒷쪽에 배치된 비임스캐너(16)를 갖추고, 상기 이격광조절기(2)를 통과한 광비임을, 상기 비임스캐너(16)가 상기 광원(15)으로부터의 광을 진행하게 하는 상기 스크린(3)의 선택된 스포트에 따른 방향으로 진행하게 하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이장치.
- 제1항에 있어서, 상기 조명수단은, 광역 광비임(26)을 받아 제어된 각도로 상기 비임을 굴절시키는 광역 비임스캐너(25)를 갖춘 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이장치.
- 2차원 디스플레이장치(2)와, 이 2차원 디스플레이장치(2)를 제어하여 물체의 복수의 다른 화상이 상기 2차원 디스플레이장치(2)상에 타임멀티플렉스방법으로 연속하여 형성되도록 하는 제어시스템 및, 상기 2차원 디스플레이장치(2)의 앞쪽에 위치된 렌즈시스템(1a,1b) 및 이격광조절기를 구비하고, 상기 이격광조절기는 광투명도가 전자적으로 제어되는 디바이스이며, 상기 제어시스템은 상기 이격광조절기에 접속되어 이 이격광조절기가 스포트, 선택가능한 위치에서 투명하게 되도록 하는 것이고, 상기 2차원 디스플레이장치(2)는 상기 이격광조절기상의 상기 스포트의 위치에 따른 다른 방향으로부터 볼 수 있으며, 상기 다른 화상의 각각은 다른 각도로부터 본 상기 물체의 시면인 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이장치.
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