KR100233801B1 - 입체 및 평면 영상 시청용 영상 표시기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 평면 TV를 영상원으로 하여 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽스크린을 포함한 투사 광학 시스템과의 조합에 의해 안경을 사용하지 않고서 선명도가 뛰어난 입체 및 평면 영상을 모두 시청 가능하게 하는 천연색 입체 및 평면영상 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 입체 및 평면 영상 시스템은 상기 시청자 중 중앙 시청자의 시축에 대해 서로 대칭이 되도록 배치되고 평면 영상들을 발생시키기 위한 한 쌍의 영상 발생기, 상기 영상 발생기로부터의 영상의 광로에 배치되고 상기 시축에 대해 서로 대칭이며, 각각이 상기 영상 발생기로부의 상기 평면영상들을 상기 시축 방향으로 반사시키기 위한 한 쌍의 반사경들, 상기 반사경으로부터 반사핀 평면 영상의 광로에 배치되고 각각의 상기 반사된 상기 평면 영상이 각각에 상응하여 투사되어 상기 평면 영상들을 확대시켜서 색 분산을 줄이며 상기 확대된 영상을 중첩시키기 위한 한 쌍의 색지움 렌즈, 및 상기 색지움 렌즈로부터의 영상의 광고에 배치되고, 상기 색지움 렌즈로부터의 영상이 투사되어 다시역과 넓은 시야를 갖도록 하는 회절 수단을 포함한다. 이 영상 장치는 기존의 입체 영상 표시 장치에서 입체 영상만을 시청할 수 있는 것과는 달리 평면 영상의 시청도 가능하므로 입체 영상 시청에 따른 눈의 피로를 완화시킬 수 있다. 또한 기존의 무안경식 입체 영상 표시기에 비해 다시역을 가지며 시야가 매우 넓다.

Description

입체 및 평면 영상 시청용 영상 표시기

본 발명은 입체 및 평면 영상 표시기에 관한 것으로, 더 자세하게는 기존의 평면 TV와 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린(Holographic screen)을 포함한 투사 광학 시스템을 조합하여 만들어진 천연색 입체 및 평면 영상 표시기에 관한 것이다.

일반적으로 사람이 입체 영상을 시청하게 되는 것은 사람의 두 눈에 서로 다른 영상이 투사되어 그 효과상 입체 영상이 느껴지기 때문이다. 제1도에 도시된 것처럼 사람의 두 눈이 두 개의 서로 다른 영상이 투사되는 A위치에 있을 때는 입체 영상을 보게 된다. 그러나 사람의 두 눈에 같은 영상이 투사되는 B위치에서 관측하게되면 평면 영상을 보게 된다.

이렇게 입체 영상을 구현하는 방식으로는 크게 안경식과 무안경식의 두 가지가 있다.

안경식의 경우는 시청자의 좌우 눈 위치에서 빛의 세기 및 편광과 시간에 따라 투과도가 달라지는 특수 안경을 시청자가 끼고 스크린에 표시되는 상을 시청한다. 가상 현실 구현(virtual reality)에서 사용되는 헤드 마운트 디스플레이(head mount display)의 경우에는 좌우 눈에 투사될 상이 각각의 액정 표시기에 나타나며 이 상들은 각각 독립적인 광학 채널을 통해 해당 눈에 투사된다. 이런 안경식의 경우에는 안경을 착용해야 하는 불편함과 대다수의 시청자가 갖고 있는 좌우 눈의 시력 차로 인해 입체감이 줄어드는 문제가 있다.

무안경식의 경우에는 좌우 눈에 해당하는 영상을 광학적인 방식으로 대응하는 눈에 직접 투사시키거나 투사되는 영상에 깊이를 주는 방법을 이용하여 입체감은 직접 느끼게 한다. 무안경식의 입체 표시 방식 중 현재 가장 많이 사용되는 것은 렌티큘라 방식이다. 렌티큘라(lenticular) 방식은 좌우 눈에 해당되는 영상을 반원통형 렌즈가 일차원적으로 배열되어 있는 렌티큘라 판을 통해 대응하는 눈에 투사시켜 주는 방식이다. 그러나 이런 무안경식을 사용할 경우 시역과 시야가 제한되어서 시청 가능한 시청자의 수가 제한되고 또한 시청자가 눈의 위치를 바꿀 수 있는 범위가 충분치 못하여 눈의 피로가 빨리 오는 문제점이 있다. 또한 렌티큘라 판의 형태가 영상과 중첩되어 보이므로 상의 선명도가 떨어진다는 문제점이 있다.

그러므로, 입체 영상을 시청하다가 눈의 피로가 올 경우에는 눈이나 자세를 움직여서 평면 영상을 시청할 수 있어서 눈의 피로를 줄일 수 있는 입체 및 평면영상 시스템이 필요하다. 또한, 기존의 무안경식 입체 영상 표시기에 비해 시역과 시야가 매우 넓어 영상을 끊기지 않고 시청할 수 있고 선명도가 좋은 입체 및 평면영상 시스템이 필요하다.

제1도는 일반적인 입체 영상 발생 원리를 도시한 도면.

제2도는 본 발명에 따른 천연색 입체 및 평면 영상 표시기의 구성도.

제3도는 홀로그래픽 스크린에 의해 다시역이 형성되는 원리를 도시한 도면.

제4도는 본 발명에 따른 홀로그래픽 스크린을 사용하는 천연색 입체 및 평면 영상 표시기에 치한 화면을 시청하는 것을 예시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 투사 광학 시스템 10 : 광원

2 : 산광기 3 : 집속 렌즈

4 : 액정 패널/CRT 5 : 색지움 렌즈/복합 렌즈

6 : 반사경 7 : 조명부

200 : 홀로그래픽 스크린/프레넬 렌즈 300 : 시역

50 : 입체 영상 시역 60 : 평면 영상 시역

70 : 시청자

제2도에는 본 발명에 따른 입체 및 평면 영상 시스템의 구성도가 예시되어 있다. (100)은 두 개의 영상을 조합하여 투사시키기 위한 투사 광학 시스템이다. (200)은 투사 광학 시스템(100)에서 투사된 영상의 크기를 정해주고 시역이 여러 곳에서 형성되도록 하기 위한 홀로그래픽 스크린 또는 프레넬 렌즈이다. (300)은 홀로그래픽 스크린/프레넬 렌즈(200)를 투과한 영상의 초점이 맺혀서 시역이 형성되는 공간 위치를 나타낸다.

먼저 투사 광학 시스템(100)의 구성 및 작동이 다음과 같이 설명된다. 광원(10)으로부터의 광은 산광기(2)와 집속 렌즈(converging lens, 3)에 의해 균일한 강도분포를 갖는 집속 빔(converging beam)이 된다. 이 때에 산광기(2)는 렌티큘라 판을 서로 수직으로 표차시켜서 만든 것을 사용하였다. 여기서 광원(10), 산광기(2), 및 집속 렌즈(3)에 의해 조명부(7)가 형성된다. 상기 조명부(7)에서 나온 빔은 액정패널(liquid crystal panel, 4)에 조사된다. 액정 패널(4)은 캠코더 또는 비디오 레코더에 직접 연결하여 사용하는 것이 가능하며 사람의 좌우 눈에 투사될 영상을 발생시킨다. 액정 패널 대신에 CRT를 사용하는 경우에는 조명부(7)가 필요없다. 시축 A에 대해 서로 대칭으로 배치된 반사경(6)들은 자신에게 입사되는 액정 패널의 영상을 대응하는 색지움 렌즈들(achromatic lens, 5)에 투사시킨다. 이 색지움 렌즈에 투사되는 영상의 상태는 제2도에서 [5에서의 화면의 상태1로 표시되었다. 색지움 렌즈들(5)은 좌우의 액정 패널/GRT에서 입사된 영상의 분산(dispersion)을 줄여주며 이 영상을 확대하여 홀로그래픽 스크린/프레넬 렌즈(200) 상에서 그 영상들이 중첩되게 한다. 이 때 그 중첩된 영상의 상태는 [200에서의 화면의 상태]와 같다. 좌우의 색지움 렌즈들은 직사각형의 형태를 가지며 렌즈의 중심이 직사각형의 중심에 있다. 이 색지움 렌즈들의 접촉면은 시축 A와 일치하며 렌즈들은 시축 A에 수직이 되도록 배치되었다. 이런 식으로 조명부(7), 액정 패널/CRT(4), 반사경(6), 색지움렌즈(4)가 투사 광학 시스템(100)을 구성한다.

반사경과 시축 A가 이루는 각도는, 색지움 렌즈에 의해 확대되어 좌우눈에 투사될 영상이 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린(200) 상에서 정확히 중첩되도록 하는 각도가 되게 정해진다. 영상을 더욱 확대시켜 보려면 색지움 렌즈에 의해 확대된 영상을 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린의 전방 초점 안쪽에 맺히도록 투사 광학 시스템(100)과 홀로그래픽 스크린(200)을 조정하면 된다.

입체 영상의 시청이 가능한 시역(viewing zone)은 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린에 의해 좌우 동형의 색지움 렌즈의 상이 맺히는 위치(300)에서 시축을 중심으로 하여 수평 방향으로 사람 눈간 거리만큼의 범위 이내이다. 이 범위 내에 시청자의 눈(70)을 위치시키면 입체 영상의 시청이 가능하다. 좌우 눈이 시축을 중심으로 하여 어느 한 쪽에 있을 때 어느 쪽에서든지 평면 영상의 시청이 가능하다. 평면 영상을 시청하게 되는 시역은 색지움 렌즈와 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린에 의해 투사되는 상의 크기에 의해 정해진다. 홀로그래픽 스크린을 사용하는 경우는 시역이 여러 곳(50)에서 형성되므로 다수의 시청자가 동시 시청이 가능하다.

제2도에서는 본 발명에 따라서 수평 방향을 따라 축차적으로 입체 영상의 시역들이 형성된 것으로 도시되었다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 수직 방향을 따라 입체 영상의 시역들이 형성될 수 있다. 이에 대한 것은 제4도를 참조하여 이후 설명된다.

다음으로 제3(a)도 및 제3(b)도를 참조하여 홀로그래픽 스크린에 의해 다시 역이 만들어지는 과정을 설명한다. 제3(a)도에 도시된 홀로그래픽 감광판에 기준 레이저빔과 다수의 신호빔이 입사되면 다수의 시역을 갖는 홀로그래픽 스크린이 형성된다. 이렇게 형성된 홀로그래픽 스크린에 상기 투사 광학 시스템(100)으로부터의 영상(80)이 투사되면 제3(b)도에 도시된 것처럼 여러 곳에서 시역이 형성되어 한번에 여러 사람이 인체 영상을 시청할 수 있게 된다.

제4도를 참조하여 상기 홀로그래픽 스크린에 의해 수직 방향을 따라 입체 영상의 시역이 여러 곳에서 형성되는 것이 설명된다. 제4도에서 도시된 대로 홀로그래픽 스크린을 사용하여 입체 영상을 여러 곳에서 만들 경우에 영상 투사부는 홀로그래픽 스크린에서 볼 때 시청자와 같은 위치에 배치된다. 제3도에 도시된 대로 홀로그래픽 스크린을 만들 때에 시역이 수직 방향으로 생기도록 신호 빔을 조사하여야 한다. 이에 따라 투사 광학 시스템에서 입체 영상이 홀로그래픽 스크린에 입사되면 홀로그래픽 스크린의 물체가 형성 기능에 의해 수직 방향을 따라 입체 영상을 시청할 수 있는 다수의 시역이 생성되고, 시청자는 서로 다른 높이에서 영상을 시청할 수 있다.

본 발명은 제2도에서 도시된 대로 수평 방향으로의 시역 형성과 제4도에 도시된 대로 수직 방향으로의 시역 형성을 조합하면 시청자 전면에서 다수의 시역이 매트릭스 형태로 형성된다. 이에 따라 입체 영상을 시청할 수 있는 수많은 시역이 공간적으로 형성될 수 있어서 입체 영상을 시청할 수 있는 시청자의 수가 제한되지 않는다.

시청자는 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린에서 수십 cm 이상 떨어진 위치에서 입체 또는 평면 영상을 선택하여 시청할 수 있다. 따라서 입체 영상을 시청하다가 평면 영상으로 시역을 바꿈으로서 눈의 피로를 덜 수 있다. 홀로그래픽 스크린을 사용하는 경우에는 시역이 여러 곳에 형성되고 시야가 넓어지므로 여러 사람이 동시에 시청하는 것도 가능하다.

Claims (7)

1. 다수의 시청자가 입체 영상 및 평면 영상을 선택적으로 시청하도록 하기 위한 입체 및 평면 영상 시스템으로서, 상기 시청자 중 중앙 시청자의 시축에 대해 서로 대칭이 되도록 배치되고 평면 영상들을 발생시키기 위한 한 쌍의 영상 발생기, 상기 영상 발생기로부터의 영상의 광로에 배치되고, 상기 시축에 대해 서로 대칭이며, 각각이 상기 영상 발생기로부의 상기 평면 영상들을 상기 시축 방향으로 반사시키기 위한 한 쌍의 반사경들, 상기 반사경으로부터 반사된 평면 영상의 광로에 배치되고 각각의 상기 반사된 상기 평면 영상이 각각에 상응하여 투사되어 상기 평면 영상들을 확대시켜서 상기 확대된 영상을 중첩시키기 위한 한 쌍의 색지움 렌즈, 및 상기 색지움 렌즈로부터의 영상의 광로에 배치되고, 상기 색지움 렌즈로부터의 영상이 투사되어 상기 영상이 다시역과 런은 시야를 갖도록 하는 회절 수단을 포함하고, 상기 회절 수판을 투과한 영상은 상기 시축에 수직한 평면 위에서 직교하는 두 방향을 따라 각각이 입체 영상과 평면 영상을 구비한 다수의 매트릭스 형태로 배열된 시역들을 형성하여 다수의 시청자가 동시에 입체 영상과 평면 영상을 시청하도록 하는 입체 및 평면 영상 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 매트릭스 형태로 배열된 시역들의 각각은 그 중심 영역에 입체 영상을 구비하고, 상기 입체 영상 주변에 평면 영상을 구비하는 입체 및 평면 영상 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 영상 발생 수단은 CRT인 입체 및 평면 영상 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 영상 발생 수단은 광을 발생시키기 위한 광원, 상기 광원으로부터의 광을 산광시키기 위한 산광기, 상기 산광기로부터의 광을 집속하기 위한 집속 렌즈, 및 상기 집속 렌즈로부터의 광이 투사되는 액정 디스플레이를 포함하는 입체 및 평면 영상 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 색지움 렌즈는 직사각형의 형태를 갖고, 렌즈 중심이 직사각형의 중심에 있으며, 상기 색지움 렌즈들의 접촉면이 상기 시축과 일치하며, 상기 색지움 렌즈들은 상기 시축에 수직이 되도록 대치된 입체 및 평면 영상 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 회절 수단은 다시역을 갖는 홀로그래픽 스크린인 입체 및 평면 영상 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 회절 수단은 프레넬 렌즈인 입체 및 평면 영상 시스템.