KR100528321B1 - 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스테레오 화상 표시가 가능한 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치(hologram screen three-dimensional display)를 기재한다. 본 발명에 따른 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치는, 두 영상표시소자로부터의 화상을 기준광과 물체광으로 하여, 기준광은 집속 광학계로 집속하면서 홀로그램 스크린에 투사하고, 물체광는 확산 광학계로 확산하면서 홀로그램 스크린에 투사하는 방식으로 입체영상 표시장치를 구성하는 동시에 홀로그램 스크린의 렌즈기능 및 회절기능의 복합기능을 이용한다.
Description
본 발명은 스테레오 화상 표시가 가능한 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치(hologram screen three-dimensional display)에 관한 것이다.
도 1은 종래의 입체 영상 표시장치의 개략적 구성을 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이, 입체영상장치에서 3차원 영상을 표시하기 위해서는 좌,우안의 영상을 투사하기 위한 영상표시소자(1) 및 투사광학계와 영상분리용 광학계(2)로 구성된다. 그러나 기존방식의 경우 광학계로서 렌즈, 미러, 프렌즈넬 스크린(Fresnel screen) 등을 사용하므로 시스템이 복잡하고 대형인 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 영상분리를 위해 기존의 광학계와는 달리 홀로그램 스크린을 채용하여 소형인 동시에 경량의 영상표시가 가능한 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치는, 입체영상으로 표시하기 위한 두 개의 2차원 영상표시소자; 상기 하나의 2차원 영상 표시소자로부터 나오는 광을 기준광으로 하여 이를 집속광으로 투사하는 집속 광학계; 상기 나머지 한 2차원 영상 표시소자로부터 나오는 광을 물체광으로 하여 이를 확산광으로 투사하는 확산 광학계; 광 집속 기능과 회절 기능을 가지고, 상기 집속 광학계 및 확산 광학계로부터 투사되는 기준광 및 물체광의 간섭을 이용하여 화상을 기록하는 홀로그램 스크린;을 구비하되, 상기 집속 광학계로부터 투사되는 기준광이 상기 홀로그램 스크린을 거쳐 집속되는 초점으로부터 상기 홀로그램 스크린에 의해 집속되는 집속율의 역율로 확산되는 확산광이 상기 홀로그램 스크린에 투사되었을 때 이 확산광이 상기 홀로그램 스크린을 거쳐 상기 물체광이 상기 홀로그램 스크린에 확산되어 투사되는 확산율의 역율로 상기 물체광의 경로를 따라 집속되는 초점에 좌우안의 분리된 영상을 맺도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, f를 스크린의 촛점거리, fo 를 물체광과 상기 홀로그램 스크린 간의 거리, d 를 기준광의 촛점과 홀로그램 스크린 간의 거리라 할 때, 상기 집속광학계, 확산 광학계 및 홀로그램 스크린은, 1/f = 1/fo + 1/d 의 관계식이 성립하도록 배치되고, 상기 집속광학계는 대물렌즈 및 집광렌즈가 광경로를 따라 배치된 것이며, 상기 확산 광학계는 대물렌즈 및 디퓨저가 광경로를 따라 배치된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 집속광학계, 확산 광학계 및 홀로그램 스크린은, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우측영상이 서로 반대 방향으로 맺히도록, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우안의 영상이 상기 홀로그램 스크린 앞에서 상호교차하여 상기 홀로그램 스크린에 투사되도록 배치되고, 상기 홀로그램 스크린을 통과한 영상은 교차없이 각각 좌우안에 입사하도록 배치되거나, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우안의 영상이 상기 홀로그램 스크린 앞에서는 서로 교차하지 않도록 상기 홀로그램 스크린에 투사되도록 배치되고, 상기 홀로그램 스크린을 통과한 영상은 서로 교차하여 각각 좌우안에 입사하도록 배치되거나, 혹은 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우안의 영상이 상기 홀로그램 스크린에서 상호 교차하도록 상기 홀로그램 스크린에 투사되어 각각 좌우안에 입사하도록 배치된 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 좌우안의 화상을 표시하는 두 개의 2차원 영상 표시소자(100) 및 영상을 관찰자에 투사해주는 홀로그램 스크린(130)으로 구성되며, 관찰자의 위치에 좌우안의 영상을 분리하여 투사하는 장치이다. 실제로, 2차원 영상 표시소자(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 2차원 영상표시패널(110)과 투사 광학계(120)로 구성된다. 이러한 2차원 영상표시패널(110)과 투사 광학계(120)로 3차원 영상을 구현하는 실제 구성과 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 2의 홀로그램 스크린 영상 표시장치의 특징부인 영상표시소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이, 영상 표시 소자(100)는, 입체 영상을 표시하기 위하여, 크게 기존의 2차원 영상표시패널(110)과 집속 광학계(20)와 확산 광학계(30)으로 구성된 투사광학계(120) 및 이 영상을 좌우안 영상으로 분리하여 투사해주는 홀로그램 스크린(130)으로 구성된다. 영상표시패널(110)은 실제로는 좌우안의 화상을 표시하는 영상표시패널등으로 구성되며, 여기서는 편의상 광원인 레이저 다이오드(11)와 제1미러(M1), 빔스플리트(BS), 제2미러(M2) 및 제3미러(M3)로 구성되어 2차원 영상 표시소자의 역할을 하도록 구성되어 있다. 그리고 스크린은 관찰자의 위치에 영상을 투사해주기 위해 렌즈기능과 회절기능을 갖는 홀로그램 스크린(130)으로 구성되어 있다.
이러한 본 발명의 구성에 있어서, 투사 광학계(120)가 집속 광학계(20) 및 확산 광학계(30)로 구성되어 홀로그램 스크린(130)에 영상을 투사함으로써 입체 영상을 구현하게 된다. 집속 광학계(20)는 대물렌즈(21)과 집광 렌즈(22)로 구성되고, 확산 광학계(30)는 대물렌즈(31)과 디퓨저(Diffuser)(32)로 구성된다.
이상과 같이 구성된 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치는 다음과 같이 동작한다.
홀로그램 스크린(130)은 일반적인 홀로그램 스크린으로서, 기준광(reference beam)과 물체광(object beam)의 간섭광을 이용하여 홀로그램 스크린(130)에 구비된 감광판(41)에 간섭무늬를 기록한다. 여기서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 기준광(reference beam)은 대물렌즈(21)와 집광렌즈(22)를 통하여 수렴광이 형성되어 홀로그램 스크린(130)으로 투사되도록 하고, 물체광(object beam)은 대물렌즈(31)로써 확산광을 만들고 디퓨저(diffuser)(32)를 통해 조사되도록 하여 확산광으로 홀로그램 스크린(130)에 투사되도록 한다. 따라서, 간섭광이 기록된 홀로그램 스크린(130)의 감광판(41)은, 도 5b에 도시된 바와 같이, 재생광을 기준광(reference beam)이 수렴되는 위치에서 역방향으로 조사시키면 물체광(object beam)의 위치에 수렴되는 광을 형성하게 된다. 이 홀로그램 스크린(130)의 초점거리는 기록조건에 따라 결정되는데, 다음 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.
여기서, f는 스크린의 촛점거리, fo 는 물체광(object beam)과 감광판 간의 거리, d는 기준광(reference beam)의 촛점과 감광판 사이의 거리이다. 따라서, 이 방식으로 제작된 스크린은 렌즈 기능과 회절기능을 동시에 갖기 때문에 입체영상장치에서 광학계의 소형화와 고기능화가 가능한 장점이 있다.
이상과 같은 원리로 동작하는 홀로그램 스크린을 채용한 입체영상장치는 앞서 설명한 바와 같이 개략적으로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 입체영상을 위한 2차원 영상은 스크린(130)의 촛점거리 영역에 위치하고, 스크린(130)에 영상이 입사되면 관찰자의 위치에 좌우 영상이 투영된다. 따라서, 관찰자는 좌우안을 좌우영상이 투영된 위치에 고정시키면 스테레오 입체영상을 인식할 수 있게 된다. 이때 관찰자의 위치는 홀로그램 스크린의 제작조건에 따라 영상의 투사방향과 거리의 변경이 가능한 특징이 있어 기존 광학계의 렌즈기능 및 미러 기능을 대신할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명에 따른 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치의 실시예들을 도시한 것으로, 각각 기준광과 물체광의 경로가 다르게 나타나도록하는 집속 광학계와 확산 광학계의 배치를 기준으로 나타낸 것이다.
제1실시예는 기준광과 물체광이 교차(cross)하도록 제작된 구조로서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 2차원 영상표시소자(101), 투사광학계(102), 홀로그램 스크린(103)으로 구성된다. 영상표시소자(101)의 좌우측의 영상은 각각 투사광학계(102)를 통해 스크린(103)의 반대방향으로 투사되어 관찰자의 좌우안에 투사된다. 여기서 관찰자가 영상을 똑바로 보기 위해서는 표시소자의 좌우안용 영상은 각각 우측과 좌측에 위치하고, 미러 이미지의 형태로 표시해야 한다. 이 방식에서는 스크린을 통과한 좌우안 영상이 상호 교차하지 않고 관찰자에 평행에 가까운 경로로 입사된다. 따라서 관찰자가 좌우영상을 통해 입체감을 느낄 수 있게 된다.
제2실시예는 기준광과 물체광이 평행(parallel)하도록 제작된 구조로서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 2차원 영상표시소자(201), 투사광학계(202), 홀로그램 스크린(203)으로 구성된다. 각 광학계의 구성 자체는 제1실시예 구조와 같으나 광학계를 통과한 영상이 스크린(203)에 직접 투사되며, 스크린(203)를 통과한 후 좌우영상이 관찰자의 좌우안의 반대방향으로 투사된다.
제3실시예는 기준광과 물체광이 스크린에서 교차(cross)하도록 제작된 구조로서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 2차원 영상표시소자(301), 투사광학계(302), 홀로그램 스크린(303)으로 구성된다. 각 광학계의 구성 자체는 제1실시예 구조와 같으나 광학계를 통과한 영상이 스크린(303)에서 교차하도록 직접 투사되며, 스크린(303)를 통과한 후 좌우영상이 관찰자의 좌우안의 반대방향으로 투사된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치는, 두 영상표시소자로부터의 화상을 기준광과 물체광으로 하여, 기준광은 집속 광학계로 집속하면서 홀로그램 스크린에 투사하고, 물체광는 확산 광학계로 확산하면서 홀로그램 스크린에 투사하는 방식으로 입체영상 표시장치를 구성하는 동시에 홀로그램 스크린의 렌즈기능 및 회절기능의 복합기능을 이용함으로써, 입체영상 표시 장치 자체의 구성을 간단히 할 수 있고, 소형경량화에 유리한 장점이 있다.
도 1은 종래의 입체 영상 표시장치의 개략적 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 홀로그램 스크린 영상 표시장치의 개략적 구성을 보여주는 도면,
도 3은 도 2의 홀로그램 스크린 영상 표시장치에서 영상표시소자의 개략적 구성을 나타낸 도면,
도 4는 도 2의 홀로그램 스크린 영상 표시장치의 특징부인 영상표시소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면,
도 5a는 도 4의 홀로그램 스크린 영상 표시장치의 기록 조건을 설명하기 위한 도면,
도 5b는 도 4의 홀로그램 스크린 영상 표시장치의 재생 조건을 설명하기 위한 도면,
도 6a는 도 2의 홀로그램 스크린 영상 표시장치의 제1실시예의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6b는 도 2의 홀로그램 스크린 영상 표시장치의 제2실시예의 구성을 보여주는 도면이다.
그리고 도 6c는 도 2의 홀로그램 스크린 영상 표시장치의 제3실시예의 구성을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1. 좌우안 영상표시소자 2. 투사광학계
11. 레이저 20. 집속 광학계
21. 대물렌즈 22. 집광렌즈
30. 확산 광학계 31. 대물렌즈
32. 디퓨저(diffuser) 100. 영상표시소자
101. 영상표시소자 102. 투사 광학계
103. 홀로그램스크린 201. 영상표시소자
110. 영상 표시 패널 120. 투사 광학계
130. 홀로그램 스크린
202. 투사 광학계 203. 홀로그램스크린
301. 영상표시소자 302. 투사 광학계
303. 홀로그램스크린
Claims (7)
- 입체영상으로 표시하기 위한 두 개의 2차원 영상표시소자;상기 하나의 2차원 영상 표시소자로부터 나오는 광을 기준광으로 하여 이를 집속광으로 투사하는 집속 광학계;상기 나머지 한 2차원 영상 표시소자로부터 나오는 광을 물체광으로 하여 이를 확산광으로 투사하는 확산 광학계;광 집속 기능과 회절 기능을 가지고, 상기 집속 광학계 및 확산 광학계로부터 투사되는 기준광 및 물체광의 간섭을 이용하여 화상을 기록하는 홀로그램 스크린;을 구비하되,상기 집속 광학계로부터 투사되는 기준광이 상기 홀로그램 스크린을 거쳐 집속되는 초점으로부터 상기 홀로그램 스크린에 의해 집속되는 집속율의 역율로 확산되는 확산광이 상기 홀로그램 스크린에 투사되었을 때 이 확산광이 상기 홀로그램 스크린을 거쳐 상기 물체광이 상기 홀로그램 스크린에 확산되어 투사되는 확산율의 역율로 상기 물체광의 경로를 따라 집속되는 초점에 좌우안의 분리된 영상을 맺도록 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치.
- 제1항에 있어서,f를 스크린의 촛점거리, fo 를 물체광과 상기 홀로그램 스크린 간의 거리, d 를 기준광의 촛점과 홀로그램 스크린 간의 거리라 할 때,상기 집속광학계, 확산 광학계 및 홀로그램 스크린은,1/f = 1/fo + 1/d의 관계식이 성립하도록 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 집속광학계는 대물렌즈 및 집광렌즈가 광경로를 따라 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 확산 광학계는 대물렌즈 및 디퓨저가 광경로를 따라 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 집속광학계, 확산 광학계 및 홀로그램 스크린은, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우측영상이 서로 반대 방향으로 맺히도록, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우안의 영상이 상기 홀로그램 스크린 앞에서 상호교차하여 상기 홀로그램 스크린에 투사되도록 배치되고, 상기 홀로그램 스크린을 통과한 영상은 교차없이 각각 좌우안에 입사하도록 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 집속광학계, 확산 광학계 및 홀로그램 스크린은, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우측영상이 서로 반대 방향으로 맺히도록, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우안의 영상이 상기 홀로그램 스크린 앞에서는 서로 교차하지 않도록 상기 홀로그램 스크린에 투사되도록 배치되고, 상기 홀로그램 스크린을 통과한 영상은 서로 교차하여 각각 좌우안에 입사하도록 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 집속광학계, 확산 광학계 및 홀로그램 스크린은, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우측영상이 서로 반대 방향으로 맺히도록, 상기 두 개의 영상 표시 소자로부터 각각 나온 좌우안의 영상이 상기 홀로그램 스크린에서 상호 교차하도록 상기 홀로그램 스크린에 투사되어 각각 좌우안에 입사하도록 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치.
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20080918 Year of fee payment: 4 |
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