KR100754773B1 - 입체영상 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 영상제공장치로부터 영상 신호를 제공받아 이를 출력하는 두 대의 빔 프로젝터를 구비하고, 이들로부터 각각의 영상 신호를 교대로 입력받아 이를 화면에 표시하는 디스플레이 장치; 두 대의 빔 프로젝터 전면에 설치되어 디스플레이 장치로 투사되는 빔 프로젝터 각각의 영상 신호를 교대로 차단하는 빔 셔터; 디스플레이 장치 화면에 표시되는 영상을 보기 위해 착용하는 셔터 글래스; 및 디스플레이 장치 화면에 표시되는 좌우 영상에 대응하여 셔터 글래스의 좌우 렌즈 및 좌우안용 빔 셔터 개폐 동작이 이루어지도록 제어하는 이미터;를 포함하는 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 비교적 저렴한 비용으로 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

입체영상, 편광필터, 편광안경, 셔터 글래스, 빔 셔터, 빔프로젝터, 이미터

Description

입체영상 디스플레이 장치{Stereoscopic Display Apparatus}

도 1은 종래의 편광 필터 방식 입체영상 디스플레이 장치를 나타낸 도면,

도 2는 종래의 셔터 글래스 방식 입체영상 디스플레이 장치를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 입체영상 디스플레이 장치를 나타낸 구성도,

도 4는 입체영상 디스플레이 장치의 기계식 빔 셔터를 나타낸 구성도,

도 5는 입체영상 디스플레이 장치의 기계식 빔 셔터에 대한 측면도,

도 6은 입체영상 디스플레이 장치의 기계식 빔 셔터에 대한 평면도,

도 7은 입체영상 디스플레이 장치의 빔 셔터 동작을 나타낸 개념도이다.

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본 발명은 두 대의 빔 프로젝터(beam projector) 전면에 영상 신호를 교대로 차단할 수 있는 각각의 빔 셔터(beam shutter)를 설치하여 이미터(emitter) 동기신호에 따라 작동시키고 동기신호를 수신하는 셔터 글래스를 통해 입체감을 느끼도록 하는 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

3차원 입체영상 기술은 정보통신, 방송, 의료, 교육 훈련, 군사, 게임, 애니메이션, 가상현실, CAD 등 응용 분야가 다양하고, 여러 분야에서 공통적으로 요구되는 차세대 실감 3차원 입체 멀티미디어 정보통신의 핵심 기반 기술이다.

사람이 느끼는 입체감은 관찰 대상 물체의 위치에 따른 수정체의 두께 변화 정도, 양쪽 눈과 대상물과의 각도 차이, 좌우 눈에 보이는 대상물의 위치 및 형태 차이, 대상물의 운동에 따라 생기는 시차, 그 밖에 각종 심리 및 기억에 의한 효과 등이 복합적으로 작용하여 생긴다.
좌우 눈이 가로로 약 6~7㎝ 떨어져 발생되는 양안시차(binocular disparity)는 입체감의 가장 중요한 요인이다. 양안시차로 인해 대상물을 일정 각도를 갖고 바라보게 되고, 그 차이로 인해 좌우 눈에 들어오는 이미지가 서로 다른 상을 갖게 되며, 이 두 영상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이들 정보를 융합하여 본래의 3차원 입체영상을 느낄 수 있다.

종래로 특수 안경을 사용하여 상호 보색 관계에 있는 색 필터를 통해 2차원 영상을 분리 선택하는 방식이 있다. 예를 들어, 백지에 적색과 청색으로 좌우영상을 표시하고 적청색 필터를 사용하면, 적색 안경에는 청색으로 그려진 부분만 보이고 청색 안경에는 적색으로 그려진 부분만 보인다. 이를 이용하여 좌우영상을 각각 적청색으로 표시하고 그에 대응되는 색필터 안경을 사용하면 입체영상을 느낄 수 있다. 그러나 이 방법은 물체를 천연색으로 표시할 수 없는 단점이 있어 현재는 많이 사용되지 않는다.

또한, 종래로 편광 필터를 사용하는 수동 방식이 있고, 이미터와 셔터 글래스(shutter glass)를 사용하는 능동 방식이 있다.

수동 방식에 대해 설명한다. 도 1은 편광 필터를 사용한 입체영상 디스플레이 장치를 나타낸 것으로, 편광 소자의 조합에 의한 차광 효과를 이용해서 좌우 안 화상을 분리한다. 직교하는 편광 필터(15a, 15b)를 장착한 빔 프로젝터(13a, 13b)에 의해 좌우 화상을 스크린(11)에 투사하고 편광 필터가 달린 안경(17)을 통해 좌우 각각의 독립적인 영상을 봄으로써 입체감을 느끼도록 한다.
이 방식은 고해상도 컬러 동영상 표시가 가능하고 동시에 다수의 사람에게 입체영상을 보여줄 수 있으며 편광 안경의 특성을 이용하므로 용이하게 입체감을 얻을 수 있다는 장점이 있는 반면, 안경의 편광능이 낮으면 입체감도 떨어지고 편광 간섭 방지를 위해 실버 스크린(silver screen)이나 펄 스크린(pearl screen)과 같은 고가의 특수 스크린이 요구되는 단점이 있다.

능동 방식에 대해 설명한다. 도 2는 이미터와 셔터 글래스를 사용하는 입체영상 디스플레이 장치의 구성으로, 한 대의 빔 프로젝터(25)에서 좌우 화면을 교대로 스크린(21)으로 투사한다. 이때, 이미터(23)가 스크린 투사 주기에 맞춰 동기신호를 생성하고, 전자식 셔터가 장착된 셔터 글래스(27)에서 동기신호에 대응하여 한쪽씩 교대로 시야를 차단함으로써 좌우 영상을 독립적으로 보며, 이를 통해 입체감을 느끼도록 한다.
이 방식은 편광 필터의 수동 방식과 비교하여 2배 이상의 속도로 화면을 전환하는 고가의 그래픽 카드와 빔 프로젝터가 요구되므로 그에 따른 비용 부담의 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 빔 셔터를 두 대의 빔 프로젝터 전면에 각각 설치하고 이미터의 동기신호에 따라 빔 프로젝터로부터의 영상 신호를 교대로 차단하게 하여 이를 수신하는 셔터 글래스를 통해 입체감을 느끼도록 함으로써, 편광 필터와 편광 안경의 추가 구성만으로도 입체영상 디스플레이 장치뿐만 아니라 수동형 입체영상 디스플레이 장치를 겸하여 사용하는 것이다.

본 발명의 목적은 수동형 입체영상 디스플레이 장치에서 요구되었던 고가의 실크 스크린이 아닌 일반 스크린으로도 입체영상을 표현할 수 있으므로 비교적 저렴한 비용으로 장치를 구현하는 것이다.

본 발명의 입체영상 디스플레이 장치는 외부 영상제공장치로부터 영상 신호를 제공받아 이를 출력하는 두 대의 빔 프로젝터를 구비하고, 두 대의 빔 프로젝터로부터 각각의 영상 신호를 교대로 입력받아 이를 화면에 표시하는 디스플레이 장치; 두 대의 빔 프로젝터 전면에 설치되어 디스플레이 장치로 투사되는 빔 프로젝터 각각의 영상 신호를 교대로 차단하는 빔 셔터; 디스플레이 장치 화면에 표시되는 영상을 보기 위해 착용하는 셔터 글래스; 및 디스플레이 장치 화면에 표시되는 좌우 영상에 대응하여 셔터 글래스의 좌우 렌즈 및 좌우안용 빔 셔터의 개폐 동작이 이루어지도록 제어하는 이미터;를 포함하여 구성된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 입체영상 디스플레이 장치를 나타낸 것으로, 두 대의 빔 프로젝터(35A, 35B)와 스크린 등의 디스플레이 장치(31), 그리고 빔 셔터(37), 이미터(33), 셔터 글래스(39)를 구비한다.

빔 프로젝터(35A,35B)는 외부 영상제공장치(예: PC, DVD, VCR, 캠코더)를 연결하여 PC 화면이나 동영상 등을 디스플레이 장치(31)에 투사하는 일반적인 빔 프로젝터를 나타낸다. 본 발명에서는 좌우 영상을 위해 두 대의 빔 프로젝터를 설치하며, 제1 빔 프로젝터(35A)와 제2 빔 프로젝터(35B)로 명명한다.

제1 및 제2 빔 프로젝터(35A,35B) 전면에는 빔 셔터(37)를 설치하여 디스플레이 장치(31)로 투사되는 좌우 영상 신호를 교대로 차단한다. 빔 프로젝터의 좌우 영상 신호는 디스플레이 장치(31)의 전면 또는 후면으로 투사된다.

빔 셔터(37)는 기계적 방법이나 전자적 방법으로 구동되는데, 기계식 빔 셔터의 경우 모터 등을 이용하여 빔 셔터를 구동한다.

도 4는 기계식 빔 셔터의 구성을 나타낸 것이고, 도 5와 도 6은 도 4의 측면도와 평면도를 나타낸 것이다. 빔 셔터는 원판 형상으로 일부면에 절개홈(43)과 동기신호 발생부(47)와 두 개의 센싱홀(45)을 가지며 두 대의 빔 프로젝터(35A, 35B) 전면에 설치하여 모터(49)에 의해 회전한다.
모터(49)에 의해 원판(41)이 회전하면 절개홈(43)도 회전하고, 이에 따라 두 대의 빔 프로젝터 각각의 영상 신호가 교대로 차단된다. 원판(41)이 회전하면서 절개홈(43) 쪽에 위치한 빔 프로젝터의 영상 신호는 투과되고 반대 위치에 있는 빔 프로젝터의 영상 신호는 차단된다.
따라서 원판이 한 바퀴 회전할 때마다 빔 프로젝터로부터의 좌우 영상 신호가 한 번씩 교대로 차단된다. 모터(49)의 회전 속도는 빔 프로젝터가 화면을 교체하는 최대 주파수 이상의 속도여야만 한다.

동기신호 발생부(47)는 이미터(33)를 통하거나 직접 셔터 글래스(39)에 동기신호를 제공하며, 이를 통해 좌우안용 렌즈 개폐 동작에 대한 셔터 글래스(39)의 동기를 맞춘다.
동기신호 발생부(47)는 내부에 발광부(47A)와 수광부(47B)를 구비하여 동기신호 발생을 위한 기준 펄스를 만든다. 발광부(47A)에 의해 빛을 계속 발산하고 수광부(47B)를 통해 빛을 받아 0 또는 1의 센서 신호를 생성하는데, 이때 빛의 발산 및 수신은 회전하는 원판(41)에 의해 차단되었다가 센싱홀(45)이 발광부(47A)와 수광부(47B) 사이를 통과할 때만 허용된다. 따라서 센싱홀(45)이 발광부(47A)와 수광부(47B) 사이를 통과하는 동안의 센서 신호를 통해 이미터(33) 또는 셔터 글래스(39)와 빔 셔터(37)의 동기가 맞춰진다.

동기신호 발생부(47)는 유무선으로 이미터(33)와 연결되고 이미터(33)를 통해 셔터 글래스(39)로 동기신호를 제공할 수 있다. 또는, 이미터(33) 없이 셔터 글래스(39)와 유선 케이블을 통해 직접 연결되어 동기신호를 제공할 수도 있다.

기계식 빔 셔터는 셔터의 개방/차단에 따른 빛 투과율을 100%와 0%로 실현할 수 있어 화면 밝기 면에서 상당히 유리하다.

전자식 빔 셔터는 별도 전원에 의해 빔 셔터(37)를 구동하는 것으로, 전압의 제공/차단 등의 방법으로 셔터를 구동한다. 전압을 제공하면 셔터를 개방하고 전압을 차단하면 셔터를 닫거나 그 반대의 방법으로, 빔프로젝터(35A, 35B)를 통해 투과되는 좌우 영상 신호가 교대로 차단되도록 한다.
전자식 빔 셔터는 셔터 속도를 정확하게 제어할 수 있어 유리하다. 또한, 크기와 모양만 다를 뿐, 좌우 안을 교대로 차단하는 셔터 글래스(39)와 동일 방식으로 좌안용 빔 프로젝터 및 우안용 빔 프로젝터를 교대로 차단하면 되므로 구현이 용이하다.

이처럼 빔 셔터는 기계적인 방법 및 전자적인 방법을 통해 구현될 수 있으며 다만 이에 국한되지 않고 여러 가지 방식을 이용하여 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및 제2 빔프로젝터(35A,35B)에 대한 빔 셔터(37)의 차단 동작과 빔 프로젝터의 화면 전환 주기가 일치하는지 여부에 따라 완전 동기, 완전 고속 동기, 불완전 고속 동기로 구분된다. 도 7은 빔 셔터의 동작을 나타낸 것으로 a, b, c는 각각 완전 동기, 완전 고속 동기, 불완전 고속 동기를 나타낸다.

▶ 완전 동기(a)는 빔 프로젝터 각각의 화면 전환 주기와 빔 셔터의 좌우 셔터 전환 주기를 정확하게 일치시키는 방식이다.

▶ 완전 고속 동기(b)는 완전 동기 방식의 확장된 개념으로 빔 프로젝터 화면 전환 주기에 대해 2배, 3배 등과 같이 정확히 정수배에 해당하는 고속으로 빔 셔터의 좌우 셔터를 전환해주는 방식이다.
고속의 셔터 전환을 위한 신호는 외부 영상제공장치로부터 제공되는데, 외부 영상제공장치의 그래픽 카드에서 소프트웨어나 하드웨어의 간단한 변경으로도 구현 가능하다. 빔 셔터의 전환 속도는 외부 영상제공장치에서 설정 가능토록 할 수 있다. 이 방식은 빔 프로젝터의 화면이 아직 다음 화면으로 바뀌지 않은 상태에서 빔 셔터의 좌우 셔터를 빈번하게 전환하므로 빔 셔터의 저속 전환으로 인해 발생하는 문제(예: 어지럼증)를 해결할 수 있다.

▶ 불완전 고속 동기(c)는 빔 프로젝터의 화면 전환 주기와 상관없이 빔 셔터의 좌우 셔터를 전환하는 방식으로, 이때 빔 셔터의 셔터 전환 주기는 빔 프로젝터 화면 전환 주기보다 빠른 속도이다. 이 방식은 동기 제어가 어려운 기계식 빔 셔터에 유리하며, 완전 고속 동기와 마찬가지로 저속 전환에 따른 문제(예: 어지럼증)를 해결할 수 있다.

디스플레이 장치(31)는 모니터, 스크린 등으로 두 대의 빔 프로젝터로부터 투사되는 좌안용 영상 신호와 우안용 영상 신호를 교대로 화면에 표시한다.

이미터(33)는 빔 셔터(37) 및 셔터 글래스(39)와 연결되어, 빔 셔터 개폐에 따라 디스플레이 장치(31)에 표시되는 좌우안용 영상과 이에 대응하는 셔터 글래스(39)의 좌우 렌즈 및 좌우안용 빔 셔터의 개폐 동작이 시간적으로 동기되도록 제어한다. 기계식 빔 셔터는 센싱홀(45)로부터 수신되는 신호에 대한 동기신호를 동기신호 발생부(47)가 셔터 글래스(39)로 제공하고, 전자식 빔셔터는 동기신호를 셔터 글래스(39)와 전자식 빔 셔터(37)에 동시에 제공한다.

이미터(33)로부터 제공되는 동기신호는 전자식 빔 셔터의 경우 빔 프로젝터로 영상 신호를 제공하는 외부 영상제공장치 내 그래픽 카드로부터 획득되거나 전자식 빔 셔터가 불완전 고속 동기 방식으로 동작한다면 이미터 내에 주파수 발생 장치를 탑재하여 자체로 적정 주파수를 생성하고 이를 빔 셔터 및 셔터 글래스에 대한 동기신호로 제공할 수 있다.

기계식 빔 셔터의 경우, 셔터 타이밍에 맞춘 동기신호를 기계식 빔 셔터가 생성하여 이미터(33)로 제공할 수 있다. 이미터(33)는 빔 셔터(37) 및 셔터 글래스(39)와 무선(예: 적외선) 또는 유선(예: 케이블)으로 연결될 수 있다. 디스플레이 장치(31)에 대해 외부 설치되거나 내장될 수 있다.

셔터 글래스(39)는 디스플레이 장치(31)에 표시되는 입체영상을 보기 위해 관람자가 착용하는 장치로 이미터(33)로부터 동기신호를 수신하고 그에 대응하여 좌우 렌즈를 교대로 개폐한다.
좌우안용 영상이 교대로 차단됨으로써 좌우 양안에는 서로 다른 상이 맺히고 이를 통해 관람자는 입체감을 느끼게 된다. 디스플레이 장치 화면에 좌우안용 영상이 교대로 표시되면, 셔터 글래스(39)는 좌우안용 영상 주기와 동기를 맞추기 위한 신호를 이미터(33)로부터 수신하고, 동기신호에 맞추어 좌우 렌즈 셔터가 교대로 열리도록 한다.
이로써 좌안은 좌안 영상만 보고 우안은 우안 영상만 보게 되는데 이러한 동작이 빠른 속도로 수행되면서 관람자는 좌우안용 영상을 동시에 보는 것처럼 느끼게 되고, 영상을 입체적으로 보게 된다.

본 발명에 따른 입체영상 디스플레이 장치는 빔 셔터(37)와 셔터 글래스(39)를 편광 필터(15A, 15B)와 편광 안경(17)으로 대체하는 것만으로 도 1과 같은 종래의 수동형 입체영상 방식을 구현할 수 있다.

편광 필터(15A, 15B)는 빔 셔터(37)를 대신하여 두 대의 빔 프로젝터 전면에 빛의 투과 방향이 서로 직교하도록 각각 설치되고 빔 프로젝터의 영상 신호가 각기 한 방향으로만 진동하여 디스플레이 장치(31)로 투사되도록 한다.
편광 필터를 통과하여 디스플레이 장치로 투사되는 영상 신호를 수신하기 위해서는 셔터 글래스(39)를 대신하여 편광 안경(17)을 착용한다. 편광 안경은 편광 필터를 통과한 영상 신호의 방향과 동일한 방향의 영상 신호만을 통과시킴으로써 서로 직교하는 좌우의 영상을 수신하고, 좌우 양안의 서로 다른 상을 통해 입체감을 느끼도록 한다.

본 발명의 입체영상 디스플레이 장치는 편광 필터와 편광 안경을 추가로 구성함으로써 수동형 입체영상 방식을 겸하여 동작할 수 있다.

본 발명은 통합된 하나의 제품으로 구현 가능한데, 케이스 내부에 단일 시스템으로 구현할 수 있다.
이를 구현하는 방법은 두 가지 형태로 구분할 수 있는데, 첫째로 하나의 케이스 내에 빛을 발하는 광원과 LCD 부와 렌즈를 모두 두 개씩 구비하여 하나의 케이스 내에 구성하는 형태와, 둘째로 광원과 LCD 부를 각각 두 개씩 구비하고 LCD 부를 통과한 빛을 하나의 광원으로 일치되도록 프리즘을 사용하는 렌즈를 구성하는 형태이다. 이때 좌우안용 영상을 차단 및 개방할 수 있는 빔 셔터는 LCD 부와 렌즈 사이에 위치시켜 구성한다.
이러한 방식들을 이용하면 2대로 분리되어 있지 않고 1대로 통합된 입체영상용 프로젝터를 만들 수 있으며, 좌안용과 우안용 화면의 정렬이 잘 되어 있다면 입체영상이 아닌 일반 영상을 볼 때는 2배 밝기의 화면을 볼 수 있다. 이러한 방식은 입체영상용 프로젝션 TV에도 똑같이 적용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 고가의 그래픽 카드 및 빔 프로젝터 또는 고가의 실크 스크린이 요구되지 않아 비교적 저렴한 비용으로 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 편광 필터와 편광 안경의 추가 구성을 통해 본 발명에 따른 입체영상 디스플레이 장치뿐만 아니라 수동형 입체영상 디스플레이 장치를 겸하여 사용할 수 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 외부 영상제공장치로부터 영상 신호를 제공받아 이를 출력하는 두 대의 빔 프로젝터; 상기 두 대의 빔 프로젝터로부터 각각의 영상 신호를 교대로 입력받아 이를 화면에 표시하는 디스플레이 장치; 상기 두 대의 빔 프로젝터 전면에 설치되어 상기 디스플레이 장치로 투사되는 빔 프로젝터 각각의 영상 신호를 교대로 차단하는 빔 셔터; 상기 디스플레이 장치 화면에 표시되는 영상을 보기 위해 착용하는 셔터 글래스; 및 상기 디스플레이 장치 화면에 표시되는 좌우 영상에 대응하여 상기 셔터 글래스의 좌우 렌즈 및 좌우안용 상기 빔 셔터의 개폐 동작이 이루어지도록 제어하는 이미터;를 포함하여 구성되고,

   상기 빔 셔터는 상기 빔 프로젝터의 화면 주기에 대응하여 완전 동기, 완전 고속 동기 및 불완전 고속 동기 중 하나로 동작하는 것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치.
5. 외부 영상제공장치로부터 영상 신호를 제공받아 이를 출력하는 두 대의 빔 프로젝터(35A,35B); 상기 두 대의 빔 프로젝터로부터 각각의 영상 신호를 교대로 입력받아 이를 화면에 표시하는 디스플레이 장치(31); 상기 두 대의 빔 프로젝터 전면에 설치되어 상기 디스플레이 장치로 투사되는 빔 프로젝터 각각의 영상 신호를 교대로 차단하는 빔 셔터(37); 상기 디스플레이 장치 화면에 표시되는 영상을 보기 위해 착용하는 셔터 글래스(39); 및 상기 디스플레이 장치 화면에 표시되는 좌우 영상에 대응하여 상기 셔터 글래스의 좌우 렌즈 및 좌우안용 상기 빔 셔터의 개폐 동작이 이루어지도록 제어하는 이미터(33);를 포함하여 구성되고,

   상기 빔 셔터(37)는, 일부 면에 절개홈(43)이 형성된 원판(41); 및 상기 원판 중에서 상기 절개홈에 해당 여부에 따라 상기 빔 프로젝터의 영상 신호가 교대로 차단되도록 상기 원판을 회전시키는 모터(49);를 포함하여 구성되는 입체영상 디스플레이 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 원판(41)에는 둘 이상의 센싱홀(45)이 더 형성되고,

   상기 빔 셔터(37)는, 상기 원판이 회전함에 따라 상기 원판 중에서 상기 센싱홀의 해당 여부에 대응하여 상기 셔터 글래스와 상기 이미터에 제공하기 위한 동기 신호를 생성하는 동기신호 발생부(47)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 빔 셔터는 상기 빔 프로젝터의 화면 주기에 대응하여 완전 동기, 완전 고속 동기 및 불완전 고속 동기 중 하나로 동작하는 것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치.

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