KR100438815B1 - Solid image head mount display device, especially separating images into left eye image and right eye image - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A solid image head mount display device is provided, which is fabricated easily with simple configuration without the degradation of image quality. CONSTITUTION: A two dimensional image display unit(13) has pixels to display a two dimensional image corresponding to a left-eye image and a right-eye image respectively to display a solid image. A left eye polarizer and a right eye polarizer make different polarization direction per pixel corresponding to the left eye image and the right eye image respectively. A projection optical device(14) projects the polarized left eye image and right eye image. A polarization plate(15) separates the left eye and right eye image information projected by the projection optical device to a left eye image and a right eye image respectively. And a screen(16) displays images separated into the left eye image and the right eye image through the polarization plate.

Description

입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치Stereoscopic Head Mount Display Device

본 발명은 입체영상을 표시할 수 있는 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a head mounted display device capable of displaying a stereoscopic image.

인간이 3차원 공간을 인식하는 요인은 여러 가지가 있으나 크게 생리적 요인과 경험적 요인으로 나눌 수 있다. 생리적 요인으로는 수정체의 조절(accomodation), 양안복주(convergence), 양안시차(binocular parallax) 등을 들 수 있으며, 경험적 요인으로 단안운동시차(monocular movement disparity), 선원근(linear perspective), 면적원근(areal perspective), 음영(light & shade) 그리고 겹침(overlapping) 등을 들 수 있다. 인간의 3차원 인식은 위와 같은 요인들이 복합적으로 종합되어 나타나는 것이다. 최근 개발되고 있는 입체영상 디스플레이 장치는 인간이 3차원 공간을 인식하는 요인 중 양안시차를 이용하여 3차원 영상을 표현하고 있다. 양안 시차를 표시하는 방법으로는 거의 광학적인 방법이 사용되고 있는데 특히 셔터나 편광 안경을 사용하는 방법과 두개의 2차원 표시장치에서 나오는 화상의 광경로를 달이하기 위하여 미러나 렌즈를 쓰는 방법 들이 있다. 이 방법들 중 입체영상 헤드마운트 디스플레이에 사용되는 방법은 주로 미러를 사용하여 좌, 우측 눈에 들어가는 화상의 광경로를 지정해 주는 방법이 사용되어 왔다.There are many factors that humans perceive 3D space, but they can be divided into physiological and empirical factors. Physiological factors include accomodation, binocular convergence, and binocular parallax, and empirical factors include monocular movement disparity, linear perspective, and area perspective. (areal perspective), light & shade, and overlapping. Human three-dimensional perception is a combination of the above factors. Recently developed stereoscopic image display apparatuses express three-dimensional images using binocular disparity among the factors that humans recognize three-dimensional space. Nearly optical methods are used for displaying binocular disparity. In particular, there are methods of using a shutter or polarized glasses and using a mirror or a lens to distinguish the optical path of an image from two two-dimensional display devices. . Among these methods, a method used for stereoscopic head mounted display has been mainly used to designate an optical path of an image entering the left and right eyes using a mirror.

헤드마운트 디스플레이를 이용하여 3차원 영상을 표시하기 위해서 종래에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 좌, 우안에 필요한 영상을 공급해 주는 디스플레이 2개(1L, 1R)와 여기서 표시된 영상을 좌, 우안에 정확하게 공급하기 위해서는 좌우안 영상에 의한 상호 간섭을 막기 위한 격리벽(6)을 중심으로 그 양쪽에 각각의 영상을 별도록 표시하기 위한 복잡한 광학계가 필요하다. 이 광학계로는 디스플레이에 표시된 화상을 좌, 우안에 별도로 공급하기 위하여 복잡한 구성의 미러(2), 릴레이 렌즈(3), 표시렌즈(4) 등이 필요하게 된다. 따라서 헤드 마운트 디스플레이 장치는 그 크기가 커지게 되고, 무게 또한 무거워져 사용자가 착용시 불편한 느낌을 받게 된다. 따라서 헤드 마운트 디스플레이를 구성하고 있는 디스플레이 및 광학계의 구성을 간단하게 할 필요가 있다.In order to display a three-dimensional image using a head mounted display, conventionally, as shown in FIG. 1, two displays (1L and 1R) for supplying necessary images to the left and right eyes and the image displayed here are displayed on the left and right eyes. In order to supply correctly, a complicated optical system is required to separately display each image on both sides of the isolation wall 6 for preventing mutual interference by left and right eye images. In this optical system, a mirror 2, a relay lens 3, a display lens 4, etc. having a complicated configuration are required to separately supply the image displayed on the display to the left and right eyes. Therefore, the head mounted display device becomes larger in size, and also becomes heavier, so that the user may feel uncomfortable when wearing it. Therefore, it is necessary to simplify the configuration of the display and the optical system that constitute the head mounted display.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 2차원 영상표시장치 한 개에 각 화소마다 작용하는 편광자를 장착하고 표시된 화상을 투사광학계를 통하여 투영하여, 투사광학계 앞에 위치한 편광자에 의해서 좌 우측 영상이 분리되도록 함으로써, 구성이 간단하여 가벼우면서도 제작이 용이한 입체영상 표시용 헤드마운트 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and a polarizer acting for each pixel is mounted on a two-dimensional image display device, and the displayed image is projected through a projection optical system, left and right by a polarizer positioned in front of the projection optical system. It is an object of the present invention to provide a head mounted display device for displaying a stereoscopic image which is simple in structure and light in production by allowing images to be separated.

도 1은 종래의 입체영상 헤드 마운트 디스플레이 장치의 개략적 구성을 보여주는 도면이고,1 is a view showing a schematic configuration of a conventional stereoscopic head mounted display device,

도 2는 본 발명에 따른 입체영상 헤드 마운트 디스플레이 장치의 개략적 구성을 보여주는 도면이며,2 is a view showing a schematic configuration of a stereoscopic head mounted display device according to the present invention,

그리고 도 3은 도 2의 입체영상 헤드 마운트 디스플레이 장치에서 영상신호 입력 및 미세편광자의 역할을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the role of the image signal input and the fine polarizer in the stereoscopic head mounted display device of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1L. 좌안용 영상을 표시하는 2차원 표시장치1L. 2-D display device for displaying left eye images

1R. 우안용 영상을 표시하는 2차원 표시장치1R. 2D display device for displaying the image for the right eye

2. 미러 3. 릴레이 렌즈2. Mirror 3. Relay Lens

4. 표시 렌즈 5L. 좌측 영상4. Marking lens 5L. Left image

5R. 우측 영상5R. Right image

6. 좌 우측 영상에 의한 간섭을 막아주는 격리벽6. Separating wall to prevent interference by left and right images

11. 백라이트(Backlight) 12. 디퓨저(Diffuser)11. Backlight 12. Diffuser

13. 스테레오 영상 디스플레이(Stereo image display)13. Stereo image display

14. 프러젝션 렌즈(projection lens) 15. 편광판14. Projection lens 15. Polarizer

16. 영상 스크린(image screen) 13a. RGB 화소16. Image screen 13a. RGB pixel

13b. 우측용 영상신호 13c. 좌측용 영상신호13b. Right image signal 13c. Left video signal

13L. 좌측 편광자 13R. 우측 편광자13L. Left polarizer 13R. Right polarizer

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치는, 입체영상을 표시하기 위하여 좌우안 영상 각각에 대응하는 2차원 영상을 표시하는 화소들을 갖는 2차원 영상 표시 수단; 상기 2차원 영상 표시 수단에 표시된 상기 좌우안 영상 각각에 대응하는 화소 별로 편광방향을 다르게해 주는 좌안 편광자 및 우안 편광자; 상기 편광된 좌우안 화상을 투영시켜주는 투사광학계; 상기 투사 광학계에 의하여 투사된 상기 좌우안 영상 정보를 각각 좌우측 영상으로 분리시키기 위한 편광판; 및 상기 편광판을 통하여 좌우안 화상으로 구분되어 나오는 영상을 각각 따로 맺히게 해주는 스크린;를 구비한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a stereoscopic image head mounted display device includes: two-dimensional image display means having pixels for displaying a two-dimensional image corresponding to each of left and right eye images to display a stereoscopic image; A left eye polarizer and a right eye polarizer for varying polarization directions for each pixel corresponding to each of the left and right eye images displayed on the 2D image display means; A projection optical system for projecting the polarized left and right eye images; A polarizing plate for separating the left and right eye image information projected by the projection optical system into left and right images respectively; And a screen allowing the images to be separated into left and right eye images separately through the polarizing plate.

본 발명에 있어서, 상기 2차원 영상 표시 수단은 CRT, LCD, FED 중 어느 한 평판 표시 장치로 형성되고, 상기 스크린은 상기 좌우안 영상을 구별하기 위한 편광변별기능과 상기 변별된 좌우안 영상을 회절시켜 좌우안으로 집속하는 회절 기능을 갖는 것이 바람직하다.In the present invention, the two-dimensional image display means is formed of any one of the flat panel display device of the CRT, LCD, FED, the screen diffraction polarization discrimination function for distinguishing the left and right eye images and the discriminated left and right eye images It is preferable to have a diffraction function which focuses on right and left eyes.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a stereoscopic head mounted display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 입체영상 헤드 마운트 디스플레이 장치의 개략적 구성을 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치는, 복잡한 광학계로 구성된 기존의 헤드마운트 디스플레이의 단점을 보완하기 위하여, 기본적으로 2차원 영상표시장치(13) 한 개에 각 화소마다 작용하는 편광자(도 3의 13L, 13R 참조)를 장착하고, 표시된 화상을 투사광학계(14)를 통하여 투영하여, 투사광학계(14) 앞에 위치한 편광자(15)에 의해서 좌우측 영상이 분리되도록 제작한다. 즉, 본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이 장치는 입체영상을 표시하기 위하여, 기존의 2차원 영상신호가 표시되는 2차원 영상 표시장치()13, 표시장치 앞에 부착되어 각 화소별로 편광방향을 다르게 해주는 편광자(13L, 13R), 2차원영상표시장치(13)에 표시된 화상을 투영해주는 투사광학계(14) 및 투사된 화상을 좌,우측 영상으로 분리시키기 위한 편광판(15), 투사광학계(14) 및 편광판(15)을 통하여 투사된 영상을 맺히게 해 주는 스크린(16)으로 구성된다. 2차원영상표시장치(13)로는 소형 CRT, LCD, FED등 2차원 영상을 표시할수 있는 모든 표시장치를 사용할 수 있으며, 투사 광학계(14)는 수차를 보정하기 위한 복합렌즈를 사용한다. 그리고, 본 발명에서는 2차원영상표시장치가 투사형 LCD일 경우 이를 위한 백라이트(11) 및 디퓨저(12)를 더 구비한다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 2차원영상표시장치(13)의 각 RGB 화소(13a)들에는 각각 좌측영상신호(13b) 및 우측영상신호(13c)가 구분되어 표시되고, 좌측영상신호(13b)가 표시되는 RGB화소(13a)들에는 좌측 편광자(13L)들이 배치되고, 우측영상신호(13c)가 표시되는 RGB화소(13a)들에는 우측 편광자(13R)들이 배치된다. 이와 같이함으로써, 좌측 편광자(13L)를 통과한 좌측 영상 신호에 의한 화상은 투사렌즈(14)를 거쳐 편광자(15)를 통과할 때 좌측 편광부(15L)에서는 통과되고 우측편광부(15R)에서는 차단되어 영상 스크린(16)의 좌반부에는 좌안 화상 만이 표시된다. 같은 방식으로 우측 편광자(13R)를 통과한 우측 영상 신호에 의한 화상은 편광자(15)를 통과할 때 우측 편광부(15R)에서는 통과되고 좌측편광부(15L)에서는 차단되어 영상 스크린(16)의 우반부에는 우안 화상 만이 표시된다. 이와 같이, 스크린(16)의 좌반부 및 우반부는 각각 좌우안 영상을 구별하기 위한 편광변별기능과 변별된 좌우안 영상을 회절시켜 좌우안으로 집속하는 회절 기능을 갖는 것이 바람직하다.2 is a view showing a schematic configuration of a stereoscopic head mounted display device according to the present invention. As shown, the stereoscopic head mounted display device according to the present invention basically works for each pixel on one two-dimensional image display device 13 to compensate for the shortcomings of the existing head mounted display composed of complicated optical systems. A polarizer (see 13L and 13R in FIG. 3) is mounted, and the displayed image is projected through the projection optical system 14 to produce a left and right image separated by the polarizer 15 positioned in front of the projection optical system 14. That is, in order to display a stereoscopic image, the head mounted display device according to the present invention is a two-dimensional image display device 13 displaying a conventional two-dimensional image signal, and a polarizer attached to the front of the display device to change polarization directions for each pixel. 13L and 13R, a projection optical system 14 for projecting an image displayed on the two-dimensional image display device 13, and a polarizing plate 15, a projection optical system 14, and a polarizing plate for separating the projected image into left and right images. It consists of a screen 16 to form the projected image through (15). As the 2D image display device 13, any display device capable of displaying a 2D image such as a small CRT, an LCD, or an FED can be used. The projection optical system 14 uses a compound lens for correcting aberration. In addition, the present invention further includes a backlight 11 and a diffuser 12 for the case where the 2D image display device is a projection LCD. In particular, as shown in FIG. 3, the left image signal 13b and the right image signal 13c are separately displayed on each of the RGB pixels 13a of the 2D image display device 13, and the left image signal is displayed. Left polarizers 13L are disposed in the RGB pixels 13a where 13b is displayed, and right polarizers 13R are disposed in the RGB pixels 13a where the right image signal 13c is displayed. In this way, the image by the left image signal passing through the left polarizer 13L is passed through the left polarizer 15L when passing through the polarizer 15 through the projection lens 14, and by the right polarizer 15R. Only the left eye image is displayed on the left half of the video screen 16 by being blocked. In the same manner, the image by the right image signal passing through the right polarizer 13R passes through the right polarizer 15R and passes through the right polarizer 15R and is blocked by the left polarizer 15L to block the image screen 16. Only the right eye image is displayed on the right half. As such, the left and right half portions of the screen 16 preferably have a polarization discriminating function for distinguishing left and right eye images and a diffraction function for diffracting the discriminated left and right eye images and focusing them into the left and right eyes.

이와 같이 본 발명에 따른 입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치는 인간의 3차원 인식 요인중 양안시차를 인위적으로 느끼게 하기 위해 2차원 디스플레이 한 개를 이용하여 편광방법을 이용하여 좌, 우안 각각에 다른 영상신호를 입력하여 주는 개인용 헤드마운트 디스플레이 장치이다. 도 3에 도시된 바와 같이 좌우안용 영상신호(13b, 13c)가 2차원 표시장치에 입력되면 수직으로 첫 번째, 세 번째,... RGB화소(13a)에는 좌측용 영상이, 두번째, 네번째,... RGB화소(13a)에는 우측용 영상이 표시된다. 표시된 영상에 대한 광정보는 표시 장치 앞에 장착되어 있는 미세 편광자에 의하여 좌,우측으로 각각 편광되게 된다. 좌우측으로 편광된 광정보는 투사 광학계를 통하여 투사되게 되며, 투사된 광정보는 투사광학계(14) 앞에 부착된 편광자(판)(15)에 의하여 좌측편광 정보는 좌측 스크린에 투영되고, 우측편광 정보는 우측 스크린에만 투영되게 된다. 즉, 좌측용 영상은 편광판(15)의 필터링(filtering)에 의해 좌측 눈에만 보여지고, 우측용 영상은 우측 눈에만 보여지게 되는 것이다.As described above, the stereoscopic head mounted display device according to the present invention uses a two-dimensional display to provide different image signals to each of the left and right eyes using a two-dimensional display in order to artificially feel binocular disparity among three-dimensional recognition factors. It is a personal head mounted display device for inputting. As shown in Fig. 3, when the left and right eye image signals 13b and 13c are input to the two-dimensional display device, the left, right, and second images are vertically arranged in the first, third, ... RGB pixels 13a. ... The right image is displayed on the RGB pixel 13a. Optical information about the displayed image is polarized left and right by the micro polarizer mounted in front of the display device. The left and right polarized light information is projected through the projection optical system, and the projected optical information is projected on the left screen by the polarizer (plate) 15 attached to the projection optical system 14, and the right polarized information Will be projected on the right screen only. That is, the left image is shown only in the left eye by the filtering of the polarizer 15, and the right image is shown only in the right eye.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치는 하나의 2차원 영상표시장치에 각 화소마다 좌우안 영상에 대응하는 편광자를 장착하고, 표시된 화상을 투사광학계를 통하여 투영함으로써, 투사광학계 앞에 배치된 편광판(자)으로 좌우측 영상이 분리되어 보이도록 한다. 이와 같이 구성할 경우 간단한 구성으로 제작이 가능하므로 화질의 저감없이 가볍고, 싼 가격으로 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.As described above, the three-dimensional image head mounted display device according to the present invention is equipped with a polarizer corresponding to the left and right eye images for each pixel in one two-dimensional image display device, and by projecting the displayed image through the projection optical system, the projection optical system The left and right images are separated by the polarizer disposed in front. In this case, the display device can be implemented at a light and inexpensive price without any deterioration in image quality since it can be manufactured in a simple configuration.

Claims (3)

입체영상을 표시하기 위하여 좌우안 영상 각각에 대응하는 2차원 영상을 표시하는 화소들을 갖는 2차원 영상 표시 수단;Two-dimensional image display means having pixels for displaying a two-dimensional image corresponding to each of the left and right eye images for displaying a stereoscopic image; 상기 2차원 영상 표시 수단에 표시된 상기 좌우안 영상 각각에 대응하는 화소 별로 편광방향을 다르게해 주는 좌안 편광자 및 우안 편광자;A left eye polarizer and a right eye polarizer for varying polarization directions for each pixel corresponding to each of the left and right eye images displayed on the 2D image display means; 상기 편광된 좌우안 화상을 투영시켜주는 투사광학계;A projection optical system for projecting the polarized left and right eye images; 상기 투사 광학계에 의하여 투사된 상기 좌우안 영상 정보를 각각 좌우측 영상으로 분리시키기 위한 편광판; 및A polarizing plate for separating the left and right eye image information projected by the projection optical system into left and right images respectively; And 상기 편광판을 통하여 좌우안 화상으로 구분되어 나오는 영상을 각각 따로 맺히게 해주는 스크린;를A screen for allowing the images to be separated into left and right eye images separately through the polarizer; 구비한 것을 특징으로 하는 입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치.Stereoscopic head-mount display device characterized in that provided. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차원 영상 표시 수단은 CRT, LCD, FED 중 어느 한 평판 표시 장치로 형성된 것을 특징으로 하는 입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치.The two-dimensional image display means is a three-dimensional image head mounted display device, characterized in that formed of any one of the flat panel display device CRT, LCD, FED. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스크린은 상기 좌우안 영상을 구별하기 위한 편광변별기능과 상기 변별된 좌우안 영상을 회절시켜 좌우안으로 집속하는 회절 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 헤드마운트 디스플레이 장치.And the screen has a polarization discriminating function for distinguishing the left and right eye images, and a diffraction function for diffracting the discriminated left and right eye images and focusing them into left and right eyes.
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