KR100617396B1 - 3-dimensional image display system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 3차원 영상 표시장치가 완벽하게 만족시키지 못한 초점조절 기능의 만족을 증명한 새로운 3차원 영상 표시장치에 관한 것이다. 이러한 초점조절 기능의 만족은 3차원 영상 표시장치의 상용화를 위한 가장 중요한 요소이며, 제공하는 3차원 영상의 자연스러움과도 밀접하게 연계되어 있다. 본 발명의 핵심 내용은 눈의 동공 최소 직경내에 2개 이상의 시차영상을 제공하는 것으로 눈의 동공 주변에 각 시차영상을 균등하게 수렴하도록 함으로써 시차영상의 모든 영상이 초점조절 조건을 만족할 수 있도록 하는 것이다.The present invention relates to a new three-dimensional image display device that proves the satisfaction of the focus adjustment function that the existing three-dimensional image display device is not completely satisfied. Satisfaction of such a focus control function is the most important factor for the commercialization of a 3D image display device, and is closely related to the naturalness of the 3D image provided. The core content of the present invention is to provide two or more parallax images within the minimum pupil diameter of the eye so that each parallax image is uniformly converged around the pupil of the eye so that all the images of the parallax image satisfy the focusing conditions. .

본 발명에 의하면, 기존의 3차원 영상 표시장치의 상용화에 가장 큰 문제점으로 알려진 눈의 피로현상을 제거할 수 있는 효과를 가진다.According to the present invention, there is an effect that can eliminate the eye fatigue phenomenon known as the biggest problem in the commercialization of the existing three-dimensional image display device.

3차원 영상, 초점조절, 피로현상, 다초점, 시차영상의 수렴Convergence of 3D Image, Focus Control, Fatigue, Multifocal, Parallax Image

Description

3차원 영상 표시장치 {3-dimensional image display system}3D image display device {3-dimensional image display system}

도 1은 본 발명에 따른 3차원 영상 표시장치가 눈의 초점조절 기능을 만족시키는 원리를 개략적으로 설명하는 도면이다.1 is a view schematically illustrating a principle that a 3D image display device according to the present invention satisfies an eye focusing function.

도 2는 본 발명에 따른 단안용 3차원 영상 표시장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a monocular three-dimensional image display device according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 양안용 3차원 영상 표시장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a binocular three-dimensional image display device according to the present invention.

도 4는 도 2의 3차원 영상 표시장치에서 초점조절이 가능함을 보여주는 결과 데이터이다.4 is a result data showing that focus adjustment is possible in the 3D image display device of FIG. 2.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단안용 3차원 영상 표시장치의 구성도이다.5 is a block diagram of a monocular 3D image display device according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단안용 3차원 영상 표시장치의 구성도이다. 6 is a block diagram of a monocular 3D image display device according to another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1, 2 : 점광원 3, 4, 5: 시차영상의 수렴점1, 2: point light source 3, 4, 5: convergence point of parallax image

16: 안구 18: 레이저 광원16: eye 18: laser light source

19: 광확산기 20: 편광 광분할기19: light diffuser 20: polarized light splitter

21: 광변조기 22, 24 : 렌즈21: light modulator 22, 24: lens

23: 갈바노 스캐너 25,26,27: 시차영상의 수렴점23: galvano scanner 25, 26, 27: convergence point of parallax image

28: 동공 29: 좌안용 3차원 영상 표시장치28: pupil 29: 3D image display device for left eye

30: 우안용 3차원 영상 표시장치 31: 거울30: 3D image display device for the right eye 31: Mirror

40: 평판 표시장치 44, 48 : 렌즈40: flat panel display 44, 48: lens

45,46,47: 핀홀 셔터 55: 평판 표시장치45, 46, 47: pinhole shutter 55: flat panel display

62: 렌즈62: lens

본 발명은 3차원(3D) 영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 눈의 동공 최소 직경내에 2개 이상의 시차영상을 제공하는 방식으로 눈의 동공 주변에 각 시차영상을 균등하게 수렴하도록 함으로써 시차영상의 모든 영상이 초점조절 조건을 만족시키는 3차원 영상 표시장치에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional (3D) image display device, and in particular, by distributing each parallax image evenly around the pupil of the eye by providing two or more parallax images within the eye's minimum diameter, all of the parallax image A three-dimensional image display device in which an image satisfies a focusing condition.

과거 개발된 3차원 영상 표시장치가 대부분 양안시차만을 만족시키는 방법(양쪽 눈에 각각 다른 영상을 제공함에 따른 입체감을 주는 방법)을 사용한다. 이러한 방법으로 실감있는 3차원 영상을 제공할 수는 있지만, 시청자가 장시간 시청시 심각한 눈의 피로현상을 동반한다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 3차원 영상 표시장치는 아래의 문헌들로 요약할 수 있다. The 3D image display device developed in the past mostly uses a method of satisfying binocular disparity only (a method of giving a stereoscopic effect by providing different images to both eyes). Although it is possible to provide a realistic three-dimensional image in this way, the viewer is accompanied by severe eye fatigue when watching for a long time. A three-dimensional image display device that can solve this problem can be summarized in the following documents.

[1] P. Hilaire, S. A. Benton, and M. Lucente, "Synthetic Aperture Holography: A Novel Approach to Three Dimensional Displays," Journal of Optical Society of America A, Vol. 9, No.11, pp.1969-1979, 1992.[1] P. Hilaire, S. A. Benton, and M. Lucente, "Synthetic Aperture Holography: A Novel Approach to Three Dimensional Displays," Journal of Optical Society of America A, Vol. 9, No. 11, pp. 1969-1979, 1992.

[2] Y. Kajiki, H. Yoshikawa, and T. Honda, "Three-Dimensional Display with Focused Light Array," Proc. SPIE, Vol 2652, Practical Holography X, Paper #2652-15, 1996.[2] Y. Kajiki, H. Yoshikawa, and T. Honda, "Three-Dimensional Display with Focused Light Array," Proc. SPIE, Vol 2652, Practical Holography X, Paper # 2652-15, 1996.

[3] Sung-Kyu Kim, Y. Kajiki, and T. Honda, "3D Display System for One Observer Using Multi-Projection of 2-Dimensional Images from an Arc", Proc. SPIE, 2001.[3] Sung-Kyu Kim, Y. Kajiki, and T. Honda, "3D Display System for One Observer Using Multi-Projection of 2-Dimensional Images from an Arc", Proc. SPIE, 2001.

이러한 문헌들 이외에도 볼륨 표시장치(Volumetric display)가 있으나, 이는 3차원 영상의 제공 영역이 회전체 날개의 체적에 한정되는 응용상의 문제가 있다.  In addition to these documents, there is a volume display (Volumetric display), but there is an application problem that the area for providing a three-dimensional image is limited to the volume of the rotor blade.

상기 문헌 [1]은 근본적으로 수직시차를 제거한 방법이므로 완벽하게 초점조절을 제공할 수는 없고, 홀로그램의 간섭무늬를 표시하는 소자 즉, 음향광 소자(AOM:Acousto-Optic Modulator)의 공간분해능의 한계로 인하여 실용적인 3차원 영상 표시장치로의 가능성은 매우 낮다. [1] is essentially a method of eliminating vertical parallax, and thus cannot provide perfect focusing, and it is a method for displaying spatial interference of an acoustic optical element (AOM) that displays an interference fringe of a hologram. Due to limitations, the possibility of practical three-dimensional image display is very low.

문헌 [2]에서는 다시점 3차원 영상 표시장치를 확장하여 사람의 동공의 직경에 준하는 시차영상을 제공하려 하였으나, 그 접근 방법이 기존의 다시점 3차원 표시장치의 확장을 이용하기 때문에 항상 초점조절을 만족할 수 있는 방법이 아니다. 또한 이러한 방법 역시 수직 시차를 제거함으로 인하여 궁극적인 초점조절 능력에는 한계가 있다. In Document [2], the multi-view three-dimensional image display was expanded to provide parallax images corresponding to the diameter of a human pupil. However, since the approach uses an extension of the existing multi-view three-dimensional display, it always adjusts the focus. It is not a way to satisfy. This method also has a limit in the ultimate focusing ability by eliminating vertical parallax.

문헌 [3]은 수평시차의 시차영상 수를 증가시켜 초점조절의 만족을 어느 정도 달성하였으나, 그 역시 가능성만 제공할 뿐 완벽한 초점조절 만족을 달성하지 못하였고, 수직시차를 제거한 방법이다. Document [3] achieves some degree of satisfaction of focus control by increasing the number of parallax images of horizontal parallax, but it also provides a possibility, but does not achieve perfect focus satisfaction, and eliminates vertical parallax.

상기 문헌들은 현재까지의 3차원 영상 표시장치 중에서도 피로 현상을 극복할 수 있는 가능성을 제기하였으나, 모두 완벽한 초점조절 기능의 만족을 증명하지 못하였다. 초점조절의 만족은 3차원 영상 표시장치의 상용화를 위한 필수적인 전제 조건이며, 제공하는 3차원 영상의 자연스러움과도 깊은 관련을 갖는다.Although the above documents raise the possibility of overcoming the fatigue phenomenon among the three-dimensional image display devices to date, none of them proves the satisfaction of the perfect focusing function. Satisfaction of focus adjustment is an essential prerequisite for the commercialization of a 3D image display device, and is closely related to the naturalness of the 3D image provided.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 눈의 초점조절 기능을 만족시키는 3차원 영상 표시장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device that satisfies the focus control function of the eye.

본 발명의 다른 목적은 실제 장면과 입체 영상을 지각하는 과정에서의 양안 시차에 기인하여 입체 영상을 장시간 본 후에 발생할 수 있는 눈의 피로 현상이나 어지러움과 같은 영상외적인 문제들 뿐만 아니라, 3차원 영상의 자연스러움이나 현장감을 보완해 줄 수 있는 3차원 영상 표시장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is due to binocular disparity in the process of perceiving real scenes and stereoscopic images, as well as non-image problems such as eye fatigue or dizziness that may occur after viewing stereoscopic images for a long time. It is to provide a three-dimensional image display device that can complement the natural or realism.

본 발명에 따른 단안용 3차원 영상 표시장치는, 적어도 2개 이상의 시차영상을 제공하기 위한 시차영상 제공부; 및 상기 시차영상 제공부로부터 제공되는 시차영상들을 눈의 동공 주변에 수렴시키기 위한 시차영상 수렴부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Monocular three-dimensional image display device according to the present invention, a parallax image providing unit for providing at least two or more parallax image; And a disparity image converging unit for converging disparity images provided from the disparity image providing unit around the pupil of the eye.

상기 시차영상 제공부는 레이저 광원, 상기 레이저 광원으로부터의 광을 균일하게 확산시키기 위한 광확산기, 및 상기 확산된 광을 변조시키기 위한 광변조기를 포함한다.The parallax image providing unit includes a laser light source, a light diffuser for uniformly diffusing light from the laser light source, and an optical modulator for modulating the diffused light.

상기 시차영상 수렴부는 갈바노 스캐너 및 상기 갈바노 스캐너의 전후에 배 치되는 2개의 렌즈로 구성되며, 눈의 동공 주변에 2개 이상의 수렴점들을 형성한다.The parallax image converging unit includes a galvano scanner and two lenses arranged before and after the galvano scanner, and forms two or more convergence points around the pupil of the eye.

또한, 본 발명에 따른 양안용 3차원 영상 표시장치는, 단안용 3차원 영상 표시장치를 두개 결합하여 좌안용 3차원 영상 표시장치와 우안용 3차원 영상 표시장치를 각각 구성하며; 상기 좌안용 3차원 영상 표시장치와 상기 우안용 3차원 영상 표시장치 사이에는 양안 사이의 간격을 조절하기 위해 상하이동가능한 거울이 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the binocular three-dimensional image display device according to the present invention, by combining two monocular three-dimensional image display device to configure a left eye three-dimensional image display device and a right eye three-dimensional image display device, respectively; Between the left eye 3D image display device and the right eye 3D image display device, a movable mirror is provided to adjust a distance between both eyes.

본 발명은 기존의 3차원 영상 표시장치가 완벽하게 만족시키지 못한 초점조절 기능의 만족을 증명한 새로운 3차원 영상 표시장치이다. 이러한 초점조절 기능의 만족은 3차원 영상 표시장치의 상용화를 위한 가장 중요한 요소이며, 제공하는 3차원 영상의 자연스러움과도 밀접하게 연계되어 있다. 본 발명의 핵심 내용은 눈의 동공 최소 직경내에 2개 이상의 시차영상을 제공하는 것으로 눈의 동공 주변에 각 시차영상을 균등하게 수렴하도록 함으로써 시차영상의 모든 영상이 초점조절 조건을 만족할 수 있도록 하는 것이다.The present invention is a new three-dimensional image display device that proves the satisfaction of the focus adjustment function that the existing three-dimensional image display device is not completely satisfied. Satisfaction of such a focus control function is the most important factor for the commercialization of a 3D image display device, and is closely related to the naturalness of the 3D image provided. The core content of the present invention is to provide two or more parallax images within the minimum pupil diameter of the eye so that each parallax image is uniformly converged around the pupil of the eye so that all the images of the parallax image satisfy the focusing conditions. .

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 영상 표시장치가 눈의 초점조절 기능을 만족시키는 원리를 개략적으로 설명하고자 하는 것이다.1 schematically illustrates the principle of satisfying an eye focusing function of a 3D image display device according to the present invention.

도 1를 참조하면, 소정 깊이의 공간상의 점광원(1)으로부터의 시차영상과 다른 깊이의 공간상의 점광원(2)으로부터의 시차영상이 안구(16)의 동공 직경(17)내 에 수렴점(3,4,5)으로 수렴하도록 한다. Referring to FIG. 1, a parallax image from a spatial point light source 1 of a predetermined depth and a parallax image from a spatial point light source 2 of a different depth are converged within the pupil diameter 17 of the eyeball 16. Converge to (3,4,5).

관찰자가 점광원(1)에 초점을 맞추는 경우에, 눈의 수정체(13)가 그 깊이에 해당되도록 두께가 조절되게 되며, 그 점광원(1)의 시차영상이 망막에 정확히 영상(15)을 맺는다(이러한 상황은 도 1에서 실선으로 표시된다). When the observer focuses on the point light source 1, the thickness is adjusted so that the lens 13 of the eye corresponds to its depth, and the parallax image of the point light source 1 accurately displays the image 15 on the retina. (This situation is indicated by the solid line in FIG. 1).

마찬가지로, 관찰자가 다른 깊이의 점광원(2)에 초점을 맞추는 경우에, 눈의 수정체(12)가 그 깊이에 해당되도록 두께가 조절되게 되며, 그 점광원(2)의 시차영상이 망막에 영상(14)을 맺는다(이러한 상황은 도 1에서 점선으로 표시된다). Similarly, when the observer focuses on a point light source 2 of different depth, the thickness is adjusted so that the lens 12 of the eye corresponds to the depth, and the parallax image of the point light source 2 is imaged on the retina. (14) (this situation is indicated by a dotted line in FIG. 1).

특히, 점광원(2)의 시차영상이 망막에 영상을 맺는 경우에, 다른 깊이에 있는 점광원(1)의 시차영상이 망막에 영상을 맺을 수 없게 되므로 점광원(1)의 시차영상이 흐려지는 작용이 발생한다. 이러한 작용은 사람의 눈이 자연스러운 환경에 일어나는 현상이다. 따라서, 도 1의 경우에는 하나의 눈이 3차원 영상을 볼 때 3개의 수렴점(3,4,5)으로 대변되는 3개의 시차영상으로 하나의 눈에 자연적 환경과 거의 일치하는 3차원 영상을 제공하며 눈의 초점조절 작용을 잘 만족시켜 준다. In particular, when the parallax image of the point light source 2 forms an image on the retina, the parallax image of the point light source 1 at different depths cannot form an image on the retina, so that the parallax image of the point light source 1 is blurred. Action occurs. This action occurs in the natural environment of the human eye. Therefore, in the case of FIG. 1, when one eye sees a three-dimensional image, three disparity images represented by three convergence points (3, 4, and 5) are used to display a three-dimensional image almost identical to the natural environment in one eye. It also satisfies the eye focusing effect.

도 1에서는 동공 직경(17)내에 3개의 시차영상을 주었으나, 최소의 경우 2개의 시차영상을 주어도 눈의 초점조절이 가능하다. 물론 2개 이상의 더 많은 시차영상을 준 경우에도 초점조절이 가능하다. In FIG. 1, three parallax images are given within the pupil diameter 17, but at least two parallax images may be provided to adjust eye focus. Of course, even if two or more parallax images are given, the focus can be adjusted.

도 1의 상황은 수평 방향의 상황을 나타낸 것으로, 수직 방향도 동일한 현상이 발생한다. 여기에서, 수평 방향이라 함은 사람이 직립하여 서있을 때, 두 눈 사이를 잇는 직선 방향을 의미하고, 수직 방향은 수평 방향에 대해 직교하는 방향을 의미한다.The situation in FIG. 1 shows a situation in the horizontal direction, and the same phenomenon occurs in the vertical direction. Here, the horizontal direction means a straight direction connecting two eyes when a person stands upright, and the vertical direction means a direction perpendicular to the horizontal direction.

도 1의 상황을 다시 설명하면, 공간상의 점에 대한 정보는 초점조절을 만족시키고자 하는 어떠한 3차원 영상 표시장치도 도 1의 동공 주변에 존재하는 수렴점들을 형성하도록 한다. 이러한 수렴점들은 동공의 주변에 존재하면 된다. Referring back to the situation of FIG. 1, the information about the point in space causes any three-dimensional image display device to satisfy the focus adjustment to form convergence points that exist around the pupil of FIG. 1. These convergence points need only exist around the pupil.

도 2에서는 본 발명의 핵심 조건인 도 1의 조건을 만족하는 단안용 3차원 영상 표시장치를 나타낸 것으로, 적어도 2개 이상의 시차영상을 제공하기 위한 시차영상 제공부 및 상기 시차영상 제공부로부터 제공되는 시차영상들을 눈의 동공 주변에 수렴시키기 위한 시차영상 수렴부를 포함하고 있다.2 illustrates a monocular 3D image display device satisfying the condition of FIG. 1, which is a core condition of the present invention, and provided from a parallax image providing unit for providing at least two or more parallax images and a parallax image providing unit. It includes a parallax image converging unit for converging parallax images around the pupil of the eye.

상기 시차영상 제공부는 레이저 광원(18), 상기 레이저 광원(18)으로부터의 광을 균일하게 확산시키기 위한 광확산기(19), 및 상기 확산된 광을 변조시키기 위한 광변조기(21)를 포함한다. 여기서, 상기 레이저 광원(18)은 펄스모드 레이저 다이오드로, 상기 광변조기(21)는 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)로서 강유전성 액정 디스플레이(FLCD; ferroelectric liquid crystal display)가 사용된다. The parallax image providing unit includes a laser light source 18, a light diffuser 19 for uniformly diffusing light from the laser light source 18, and an optical modulator 21 for modulating the diffused light. Here, the laser light source 18 is a pulsed mode laser diode, and the optical modulator 21 is a ferroelectric liquid crystal display (FLCD) as a spatial light modulator (SLM).

상기 강유전성 액정 디스플레이는 256x256의 공간 분해능을 가지고, 3차원 영상을 형성하기 위해 2차원 영상을 제공한다. The ferroelectric liquid crystal display has a spatial resolution of 256x256 and provides a two-dimensional image to form a three-dimensional image.

또한, 시차영상 제공부는 공지된 바와 같이 입사빔에 대해 제1 편광성분의 빔은 반사시키고 제2 편광성분의 빔은 투과시키도록 구성되는 편광 빔스플릿터(PBS)(20)를 더 포함할 수 있다. In addition, the parallax image providing unit may further include a polarization beam splitter (PBS) 20 configured to reflect the beam of the first polarization component and transmit the beam of the second polarization component to the incident beam as is known. have.

한편, 상기 시차영상 수렴부는 갈바노 스캐너(galvano scanner)(23) 및 상기 갈바노 스캐너(23)의 전후에 배치되는 2개의 렌즈(22,24)로 구성되며, 눈의 동공(28) 주변에 2개 이상의 수렴점들(25,26,27)을 형성시켜주는 방식으로 도 1의 조건을 만족시킨다.On the other hand, the disparity image convergence unit is composed of a galvano scanner 23 and two lenses 22, 24 disposed before and after the galvano scanner 23, and around the pupil 28 of the eye. 1 satisfies the condition of FIG. 1 in such a manner as to form two or more convergence points 25, 26, 27.

상기 갈바노 스캐너(23)는 갈바노 미러(도시안됨)의 조합을 포함할 수 있으며, 공지된 바와 같이 갈바노 미러는 반사 거울과 상기 반사 거울을 회전하기 위한 구동장치를 포함한다. The galvano scanner 23 may comprise a combination of galvano mirrors (not shown), and as is known, galvano mirrors include a reflecting mirror and a drive for rotating the reflecting mirror.

특히, 레이저 광원(18)은 갈바노 스캐너(23)의 진동에 시차영상들이 진동 방향으로 흐려지는 것을 막기 위하여 펄스 모드로 작동된다. 따라서, 동공의 최소 직경내에 2개 이상의 수렴점을 제공가능하도록 렌즈(22)와 렌즈(24)의 초점거리 및 갈바노 스캐너(23)의 진동 각도를 조절하면 항상 초점조절 기능을 만족시킬 수 있게 된다. 예를들면, 상기 갈바노 스캐너(23)의 진동 각도는 약 4°이며, 렌즈(22)와 렌즈(24)의 초점거리는 각각 약 100㎜와 약 104㎜이 된다. In particular, the laser light source 18 is operated in a pulse mode to prevent parallax images from being blurred in the vibration direction due to the vibration of the galvano scanner 23. Therefore, by adjusting the focal length of the lens 22 and the lens 24 and the oscillation angle of the galvano scanner 23 so that two or more convergence points can be provided within the minimum diameter of the pupil, the focusing function can always be satisfied. do. For example, the vibration angle of the galvano scanner 23 is about 4 °, and the focal lengths of the lens 22 and the lens 24 are about 100 mm and about 104 mm, respectively.

또한, 렌즈(22)와 갈바노 스캐너(23) 사이의 거리는 약 200㎜이고, 갈바노 스캐너(23)와 렌즈(24) 사이의 거리는 약 400㎜이며, 렌즈(24)와 눈 사이의 거리는 약 318㎜가 된다.Further, the distance between the lens 22 and the galvano scanner 23 is about 200 mm, the distance between the galvano scanner 23 and the lens 24 is about 400 mm, and the distance between the lens 24 and the eye is about It is 318 mm.

도 3은 각각의 눈에 대한 초점조절 기능을 만족하고 양안에 대해 양안 시차를 제공하도록 도 2의 3차원 영상 표시장치를 2개 결합하여 형성되는 양안용 3차원 영상 표시장치의 구성도로서, 좌안용 3차원 영상 표시장치(29)와 우안용 3차원 영상 표시장치(30)로 구분된다.3 is a configuration diagram of a binocular three-dimensional image display device formed by combining two three-dimensional image display devices of FIG. 2 to satisfy a focus control function for each eye and to provide binocular disparity for both eyes. It is divided into a three-dimensional image display device 29 for use and a three-dimensional image display device 30 for the right eye.

상기 좌안용 3차원 영상 표시장치와 우안용 3차원 영상 표시장치는 도 2의 장치와 동일한 구성요소를 가지므로 이들에 대한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 이러한 2개의 장치 결합을 위하여 두 면이 반사 또는 반투과되는 거울(31)을 사용한다. Since the left eye 3D image display apparatus and the right eye 3D image display apparatus have the same components as those of FIG. 2, description thereof will be omitted. However, for the combination of these two devices, a mirror 31 having two surfaces reflected or transflected is used.

상기 거울(31)은 사람마다 두 눈 사이의 간격(32-1)이 다르므로 양안 사이의 간격 차이를 조절하기 위하여 상하(31-1)로 이동가능하도록 제작한다. 바람직하게, 상기 거울(31)은 양안 사이의 간격이 65㎜±5㎜일 때 ±2.5㎜ 범위내에서 상하이동가능하도록 구성된다. The mirror 31 is manufactured to be movable up and down 31-1 in order to control the difference between the two eyes because the distance 32-1 between two eyes is different for each person. Preferably, the mirror 31 is configured to be movable in the range of ± 2.5mm when the distance between both eyes is 65mm ± 5mm.

도 2의 장치는 수평 방향의 시차만을 적용한 것이고, 수직 방향으로는 1개의 시차만을 제공하여 시청자의 수직 방향 자유도는 제한된다. 그러나, 초점조절은 항상 만족된다. 즉, 도 1의 원리를 수평과 수직 방향 모두 적용하면 수직 방향의 시청자의 자유도 제한도 사라지게 된다. 도 2의 장치로 항상 초점조절이 가능함을 입증하는 증거로 도 4와 같은 실험결과를 제시한다. The device of FIG. 2 applies only parallax in the horizontal direction, and provides only one parallax in the vertical direction, thereby limiting the viewer's vertical freedom. However, focusing is always satisfied. That is, when the principle of FIG. 1 is applied in both the horizontal and vertical directions, the degree of freedom of the viewer in the vertical direction also disappears. Experimental results as shown in FIG. 4 are presented as evidence that focusing is always possible with the apparatus of FIG. 2.

도 4는 도 2의 3차원 영상 표시장치를 이용하여 단안에 대한 초점조절 실험을 수행한 결과를 보여주는 것으로, 3차원 공간에 각각 다른 깊이에 존재하는 세 개의 수직선을 표시하였을 때, 각각의 수직선에 초점을 맞추어 비디오 카메라로 촬영한 것이다. FIG. 4 shows a result of performing a focus adjustment experiment on monoculars using the 3D image display device of FIG. 2. When three vertical lines existing at different depths are displayed in three-dimensional space, FIG. It was taken with a video camera in focus.

도 4a 내지 도 4c의 결과들은 동공의 최소 직경보다 큰 3mm의 직경에 시차영상 수렴점의 수가 20개인 경우 초점조절의 만족을 나타낸다. The results of FIGS. 4A to 4C show satisfaction of focusing when the number of parallax image convergence points is 20 at a diameter of 3 mm larger than the minimum diameter of the pupil.

도 4a에서는 눈으로부터 30cm 떨어진 위치의 수직선에 초점을 조절하였을 때 다른 두 수직선이 흐려지고 30cm 위치의 수직선만이 선명함을 알 수 있다. 또한, 도 4b에서는 동공으로부터 50cm 떨어진 위치의 수직선만 선명하게 되었고, 도 4c에 서는 동공으로부터 120cm 떨어진 위치의 수직선만이 선명하게 되었다. In FIG. 4A, when the focus is adjusted to a vertical line at a distance of 30 cm from the eye, the other two vertical lines are blurred and only the vertical line at a 30 cm position is clear. In addition, in FIG. 4B, only the vertical line at a position 50 cm away from the pupil became clear, and in FIG. 4C, only the vertical line at a position 120 cm away from the pupil became clear.

따라서, 이와 같은 결과들로부터 3차원 영상 표시장치로부터 제공한 가상의 세 깊이의 수직선들에 대한 눈의 초점조절이 가능함을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen from these results that the focus of the eye can be adjusted to the virtual three-dimensional vertical lines provided from the 3D image display device.

도 4e 내지 도 4g의 결과들은 3mm의 직경에 단 두 개의 시차영상 수렴점을 이용하여 도 4a 내지 도 4c에서와 동일하게 초점조절 기능을 만족함을 나타낸 결과이다. 여기서는 일반적 나안시력과 교정시력을 가진 3명의 초점조절 실험에서 동일한 결과를 얻었다. The results of FIGS. 4E to 4G show that the focusing function is satisfied in the same manner as in FIGS. 4A to 4C by using only two parallax image convergence points at a diameter of 3 mm. Here, the same results were obtained in three focusing experiments with general uncorrected and corrected vision.

도 4e 내지 도 4g를 살펴보면, 수직선의 흐려짐이 두선으로 갈라짐으로 바뀌었는데, 하나의 수직선을 나타내는 시차영상의 수가 2개로 줄어들었기 때문에 나타나는 현상으로 현실과 같이 많은 수의 점들로 3차원 물체로 구성되면 그 흐려짐의 정도는 자연스러워진다. Referring to FIGS. 4E to 4G, the blur of the vertical line is changed into a split into two lines, which is caused by the reduction of the number of parallax images representing one vertical line to two. The degree of blurring becomes natural.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시장치의 구성도로서, 고속 자체 발광 평판 표시장치(40), 렌즈(44), 핀홀 셔터 어레이(45,46,47) 및 렌즈(48)를 포함하여 구성된다.5 is a block diagram of a three-dimensional image display device according to another embodiment of the present invention, the high-speed self-emitting flat panel display 40, the lens 44, the pinhole shutter array 45, 46, 47 and the lens 48 It is configured to include).

고속 자체 발광 평판 표시장치(40)의 시간 분할 시차영상(41,42,43)들은 렌즈(44)의 초평면(49)에서 수평 또는 수평과 수직 모두 균등히 분포하는 핀홀을 구비하는 핀홀 셔터 어레이(45,46,47)에 의하여 순차적으로 선택된다. 이때, 렌즈(44)를 사용하지 않고 핀홀 셔터 어레이(45,46,47)만을 사용하여도 시차영상을 얻을 수 있다. 이렇게 선택된 시간 분할된 시차영상들은 렌즈(48)에 의하여 그 수렴평면(53)에 각 시차영상의 수렴점들(50,51,52)을 형성하여 초점조절이 가능한 시 차영상을 눈(54)에 제공한다. The time-divisional parallax images 41, 42, and 43 of the fast self-emission flat panel display 40 have a pinhole shutter array 45 having pinholes distributed evenly on both the horizontal plane and the vertical plane on the hyperplane 49 of the lens 44. , 46, 47 sequentially. In this case, a parallax image may be obtained by using only the pinhole shutter arrays 45, 46, and 47 without using the lens 44. The time-divided parallax images thus selected are formed on the convergence plane 53 by the lens 48 to form convergence points 50, 51, and 52 of the disparity images, and the parallax image capable of focus adjustment is applied to the eye 54. To provide.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시장치의 구성도로서, 펄스 모드 광원, 고속 평판 표시장치(55), 및 렌즈(62)를 포함하여 구성된다.6 is a block diagram of a three-dimensional image display device according to another embodiment of the present invention, and includes a pulse mode light source, a high speed flat panel display device 55, and a lens 62.

상기 평판 표시장치(55)는 반사형 또는 투과형의 고속 평판 표시장치로서, 원하는 시차영상의 수에 해당하는 펄스 모드 광원들(56,57,58)을 이용하여 시차영상들(59,60,61)을 생성시킨다. 이러한 시차영상들은 렌즈(62)에 의하여 시차영상들(59,60,61)의 시간 분할 수렴점들(63,64,65)을 렌즈의 수렴 평면(66) 상에 형성한다. 이러한 과정을 통하여 초점조절이 가능한 시차영상을 눈(67)에 제공한다. The flat panel display 55 is a reflective or transmissive high-speed flat panel display using parallax images 59, 60, and 61 using pulse mode light sources 56, 57, and 58 corresponding to a desired number of parallax images. ). These parallax images form temporal division convergence points 63, 64, 65 of the parallax images 59, 60, and 61 on the convergence plane 66 of the lens by the lens 62. Through this process, a parallax image capable of adjusting focus is provided to the eye 67.

도 1에서 도 6까지의 도면과 실험 결과는 모두 수평 방향에 해당하는 것이고, 도 1, 도 2, 도 5, 그리고 도 6의 수직 방향은 수평 방향과 동일한 방식으로 구현할 수 있다. 또한, 도 4의 수평 방향 결과는 수직 방향의 수렴점들이 제공되면 수직 방향으로도 초점조절을 줄 수 있음을 나타낸다. Figures 1 to 6 and the experimental results are all corresponding to the horizontal direction, the vertical direction of Figures 1, 2, 5, and 6 can be implemented in the same manner as the horizontal direction. In addition, the horizontal result of FIG. 4 indicates that focusing can also be performed in the vertical direction when the convergence points in the vertical direction are provided.

지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 영상 표시장치에 의하면, 수평 또는 수직 방향으로 눈의 초점조절 기능을 만족시키는 3차원 영상 표시장치를 제공할 수 있다. As described so far, according to the three-dimensional image display apparatus according to the present invention, it is possible to provide a three-dimensional image display apparatus that satisfies the eye focusing function in the horizontal or vertical direction.

따라서, 실제 장면과 입체 영상을 지각하는 과정에서의 양안 시차에 기인하여 입체 영상을 장시간 본 후에 발생할 수 있는 눈의 피로 현상이나 어지러움과 같은 영상외적인 문제들 뿐만 아니라, 3차원 영상의 자연스러움이나 현장감을 보완해 줄 수 있는 효과를 가진다.Therefore, due to binocular disparity in the process of perceiving real scenes and stereoscopic images, as well as non-visual problems such as eye fatigue or dizziness that may occur after viewing stereoscopic images for a long time, the naturalness or presence of 3D images It has the effect to complement.

Claims (12)

레이저 광원인 펄스모드 레이저 다이오드, 상기 펄스모드 레이저 다이오드로부터의 광을 균일하게 확산시키기 위한 광확산기, 및 상기 확산된 광을 변조시키기 위한 광변조기인 강유전성 액정 디스플레이를 포함하여 적어도 2개 이상의 시차영상을 제공하기 위한 시차영상 제공부; 및 At least two or more parallax images, including a pulsed mode laser diode as a laser light source, a light diffuser for uniformly diffusing light from the pulsed mode laser diode, and a ferroelectric liquid crystal display as a light modulator for modulating the diffused light A parallax image providing unit for providing; And 상기 시차영상 제공부로부터 제공되는 시차영상들을 눈의 동공 주변에 수렴시키기 위한 시차영상 수렴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단안용 3차원 영상 표시장치.And a disparity image converging unit for converging disparity images provided from the disparity image providing unit around the pupil of the eye. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 시차영상 수렴부는,The method of claim 1, wherein the parallax image converging unit, 갈바노 스캐너 및 상기 갈바노 스캐너의 전후에 배치되는 2개의 렌즈로 구성되며, 눈의 동공 주변에 2개 이상의 수렴점들을 형성하는 것을 특징으로 하는 단안용 3차원 영상 표시장치.A monocular three-dimensional image display device comprising a galvano scanner and two lenses arranged before and after the galvano scanner, and forming two or more convergence points around the pupil of the eye. 청구항 5에 있어서, 상기 갈바노 스캐너의 진동 각도는 약 4°이며, 상기 2개 렌즈의 초점거리는 각각 약 100㎜와 약 104㎜인 것을 특징으로 하는 단안용 3차원 영상 표시장치.The monocular three-dimensional image display of claim 5, wherein the vibration angle of the galvano scanner is about 4 °, and the focal lengths of the two lenses are about 100 mm and about 104 mm, respectively. 레이저 광원인 펄스모드 레이저 다이오드, 상기 펄스모드 레이저 다이오드로부터의 광을 균일하게 확산시키기 위한 광확산기, 및 상기 확산된 광을 변조시키기 위한 광변조기인 강유전성 액정 디스플레이를 포함하여 적어도 2개 이상의 시차영상을 제공하기 위한 시차영상 제공부; 및 상기 시차영상 제공부로부터 제공되는 시차영상들을 눈의 동공 주변에 수렴시키기 위한 시차영상 수렴부를 포함하는 3차원 영상 표시장치를 이용하여 좌안용 3차원 영상 표시장치와 우안용 3차원 영상 표시장치를 각각 구성하며;At least two or more parallax images, including a pulsed mode laser diode as a laser light source, a light diffuser for uniformly diffusing light from the pulsed mode laser diode, and a ferroelectric liquid crystal display as a light modulator for modulating the diffused light A parallax image providing unit for providing; And a three-dimensional image display device for a left eye and a three-dimensional image display device for a right eye using a three-dimensional image display device including a parallax image converging unit for converging parallax images provided from the parallax image providing unit around an eye pupil. Each constitutes; 상기 좌안용 3차원 영상 표시장치와 상기 우안용 3차원 영상 표시장치 사이에는 양안 사이의 간격을 조절하기 위해 상하이동가능한 거울이 구비되는 것을 특징으로 하는 양안용 3차원 영상 표시장치. And a movable mirror between the left eye 3D image display device and the right eye 3D image display device to adjust a distance between both eyes. 청구항 7에 있어서, 상기 거울은 양안 사이의 간격이 65㎜±5㎜일 때 ±2.5㎜ 범위내에서 상하이동가능한 것을 특징으로 하는 양안용 3차원 영상 표시장치. The binocular three-dimensional image display device according to claim 7, wherein the mirror is movable within a range of ± 2.5 mm when a distance between the two eyes is 65 mm ± 5 mm. 시간 분할 시차영상들을 제공하는 고속 자체 발광 평판 표시장치;A fast self-emitting flat panel display for providing time division parallax images; 상기 고속 자체 발광 평판 표시장치로부터 제공되는 시간 분할 시차영상들을 순차적으로 선택하는 핀홀 셔터 어레이; A pinhole shutter array that sequentially selects time division parallax images provided from the high speed self-emission flat panel display; 상기 핀홀 셔터 어레이로부터 선택된 시간 분할 시차영상들의 수렴점들을 소정의 수렴 평면상에 형성하는 렌즈수단; 및Lens means for forming convergence points of time-divisional disparity images selected from the pinhole shutter array on a predetermined convergence plane; And 상기 자체 발광 평판 표시장치와 상기 핀홀 셔터 어레이 사이에 설치되어 상기 시간 분할 영상들의 수렴점들을 소정의 초평면에 상에 형성하는 제2 렌즈수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단안용 3차원 영상 표시장치.And a second lens means provided between the self-emission flat panel display and the pinhole shutter array to form convergence points of the time-divided images on a predetermined hyperplane. 삭제delete 청구항 9에 있어서, 상기 핀홀 셔터 어레이는 수평 또는 수평과 수직 모두 균등히 분포하는 핀홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 단안용 3차원 영상 표시장치.The monocular three-dimensional image display device according to claim 9, wherein the pinhole shutter array includes pinholes that are evenly distributed horizontally or both horizontally and vertically. 삭제delete
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