KR101022474B1 - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시분할 방식의 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 좌안 영상 및 우안 영상을 영상 신호의 필드 주사 기간을 적어도 2분할한 기간동안 교호적으로 디스플레이하는 디스플레이 장치; 광원에서 발생된 광신호로부터 각각이 서로 다른 편광 특성을 가지는 광신호들을 영상 신호의 필드 주사 기간을 적어도 2분할한 기간동안 교호적으로 발생시키되 좌우 영상들의 디스플레이 주기에 동기시켜 발생하는 편광 신호 발생 수단; 및 상기 편광 신호 발생 수단에서 발생된 광신호를 상기 디스플레이 수단에 투사시키는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 시분할 입체 영상 표시 방식에 따라 좌안 영상과 우안 영상을 표시하는 반사형 디스플레이 장치에 입사되는 광신호가 좌안 영상과 우안 영상의 교체 주기에 동기시켜 제1편광 특성 혹은 제2편광 특성을 가지도록 함으로써 일반적인 편광 안경을 사용하여 입체 영상을 감상할 수 있게 하는 효과를 가진다.

Description

입체 영상 표시 장치{Stereoscopic image display apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치의 바람직한 실시예의 구성을 보이는 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 칼라휠의 일 실시예를 보이는 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 칼라휠의 다른 실시예를 보이는 것이다.
본 발명은 시분할 방식의 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 좌안 영상과 우안 영상을 표시하는 반사형 디스플레이 장치에 입사되는 광신호가 좌안 영상과 우안 영상의 교체 주기에 동기시켜 제1편광 특성 혹은 제2편광 특성을 가지도록 함으로써 일반적인 편광 안경을 사용하여 입체 영상을 감상할 수 있게 하는 방법 및 이에 적합한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 입체 영상(stereoscope)은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65mm정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 가장 중요한 요인이라고 할 수 있다.
입체 영상 디스플레이에는 안경을 이용한 디스플레이와 무안경 방식의 디스 플레이가 있으며, 무안경 방식의 디스플레이는 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하여 입체 영상을 얻는 것이다.
안경 방식에서는 직시형 디스플레이나 프로젝터에 좌우 시차 영상들의 편광 방향을 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 액정 셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 보게 된다. 편광 안경 방식에서는 디스플레이 장치의 전면에 큰 면적의 액정 셔터를 설치하는 방식이 제안되고 있다.
무안경 방식에는 예를 들어 패럴렉스 배리어(parallax barrier) 방식과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다.
패럴렉스 배리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 화상을 화소 단위로 교대로 세로 무늬 모양으로 인쇄 또는 사진으로 인화하여 이것을 극히 가느다란 세로 격자열 즉, 배리어를 이용하여 보는 것이다. 이렇게 함으로써, 좌안에 들어올 세로 무늬 화상과 우안에 들어올 세로 무늬 화상이 배리어에 의해 배분되어 좌안과 우안으로 각각 다른 시점(view point)의 화상이 보임으로써 입체 영상으로 보이는 것이다.
시분할 입체 영상 표시 방식은 좌우 화상을 통상의 60Hz, 2:1 인터레이스 신호로 필드 메모리에 써넣고, 이 신호들을 두 배 속도인 120Hz, 4:1인터레이스 신호로 읽어낸다. 이후 1/120sec마다 좌우 화상을 번갈아 절환하여 화면에 표시하고 화면 전면에 배치된 액정 셔터 혹은 액정 셔터 안경을 이것과 동기 개폐하는 방법이다.
이와 같은 종래의 시분할 입체 영상 표시 방식은 1대의 디스플레이로 입체 화상이 표시되며, 고화질의 입체 화상을 표시하는 것이 가능하며, 현행 TV 방식과 양립성이 높으며, 저가격으로 쉽게 시스템을 실현할 수 있다는 등의 장점이 있는 반면에 30Hz의 플리커(flicker)가 발생한다는 단점이 있다.
또한, 종래의 시분할 입체 영상 표시 방식은 액정 셔터 안경을 사용하거나 디스플레이 장치의 전면에 큰 면적의 액정 셔터를 설치하여야 하기 때문에 표시 장치의 가격이 높아지게 되는 단점도 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 일반적인 편광 안경을 사용하여 입체 영상을 시청할 수 있으며, 저가이고, 그리고 플리커가 적은 입체 영상을 발생하는 입체 영상 표시 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는
좌안 영상 및 우안 영상을 영상 신호의 필드 주사 기간을 적어도 2분할한 기간동안 교호적으로 디스플레이하는 디스플레이 장치;
광원에서 발생된 광신호로부터 각각이 서로 다른 편광 특성을 가지는 광신호들을 영상 신호의 필드 주사 기간을 적어도 2분할한 기간동안 교호적으로 발생시키되 좌우 영상들의 디스플레이 주기에 동기시켜 발생하는 편광 신호 발생 수단; 및
상기 편광 신호 발생 수단에서 발생된 광신호를 상기 디스플레이 수단에 투사시키는 광학계를 포함하며,
상기 디스플레이 장치에서 반사되는 광신호들을 좌우가 서로 다른 편광 특성 을 가지는 편광 안경을 통하여 시청함으로써 입체 영상을 시청할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 편광 신호 발생 수단은 서로 다른 편광 특성을 가지는 선편광 신호들 혹은 원편광 신호들을 발생시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 편광 신호 발생 수단은 좌안 영상과 우안 영상을 교호적으로 디스플레이하는 디스플레이 장치에 입사되는 광신호가 좌안 영상과 우안 영상의 교체 주기에 동기하여 제1편광 특성 혹은 제2편광 특성을 가지게 하는 것으로서
서로 다른 편광 특성을 가지는 적어도 두 개의 편광 필터들이 교호적으로 배치된 컬러휠; 및
상기 디스플레이 장치가 좌우 영상들을 디스플레이시키는 주기에 동기시켜 상기 컬러휠을 회전시키는 모터를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 디스플레이 장치는 좌안 영상을 색분해하여 얻어지는 삼원색 영상들 및 우안 영상을 우안 영상을 색분해하여 얻어지는 삼원색 영상들을 영상 신호의 필드 주사 기간을 6분할한 기간동안 교호적으로 디스플레이하며,
상기 칼라휠은 좌안 영상을 위한 편광 특성을 가지되 칼라 특성이 서로 다른 3개의 편광 필터들 및 우안 영상을 위한 편광 특성을 가지되 칼라 특성이 서로 다른 3개의 편광 필터들을 구비하며, 이들 편광 필터들은 상기 디스플레이 장치가 좌안 영상을 색분해하여 얻어지는 삼원색 영상들 및 우안 영상을 우안 영상을 색분해하여 얻어지는 삼원색 영상들을 디스플레이하는 순서에 맞추어 배치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 디스플레이 장치는 DMD인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치의 바람직한 실시예의 구성을 보이는 것으로서 단판식 즉, 1개의 반사형 표시 장치에 의해 컬러를 표현하는 예를 보이는 것이다.
도 1을 참조하면, 광원(102)으로부터 출사된 빔이 제1콘덴서 렌즈(104)에 의해 집광되어 칼라휠(106)로 입사된다. 광원(102)은 예컨대, 메탈 할라이드 램프 등과 같은 백색광 생성을 위한 램프이다.
칼라휠(color wheel, 106)에는 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하는 바와 같이 광원(102)으로부터 발생된 광신호로부터 특정의 편광 특성 및 색광을 가지는 광신호를 얻을 수 있도록 서로 다른 편광 특성을 가지는 적(R), 녹(G), 청(B) 삼색 칼라 필터들이 균등한 비율로 배치되어 있다.
칼라휠(106)을 통과한 빔은 제2콘덴서 렌즈(108)를 경유하여 디스플레이 장치(110)로 입사된다.
디스플레이 장치(110)에서 반사된 광신호는 프로젝션 렌즈(112)를 통하여 확대되어 스크린(114)에 투사된다.
도1에 도시된 장치에 있어서, 칼라휠(106)은 구동 모터(미도시)의 구동축에 고정되어 구동축의 회전에 따라 회전된다.
도 2는 도 1에 도시된 칼라휠의 일 실시예를 보이는 것이다.
도 2에 도시된 칼라휠(106)은 6등분되어 있으나, 디스플레이 장치(110)의 구 동 특성에 따라 2의 배수 또는 6의 배수로 분할될 수 있다.
예를 들어, R, G, 그리고B 영상들 각각을 위한 3개의 디스플레이 장치들을 사용하는 경우 즉, 3판식일 경우에는 좌안 영상을 위한 제1편광 특성을 가지는 제1편광 필터와 우안 영상을 위한 제2편광 특성을 가지는 제2편광 필터만이 필요하다.
도 1에서와 같이 단판식일 경우에는 좌안 영상을 위한 제1편광 특성을 가지는 R, G, B 3색 편광 칼라 필터들과 우안 영상을 위한 제2편광 특성을 가지는 R, G, B 3색 편광 칼라 필터들이 필요하게 된다.
여기서, 좌안 영상을 위한 제1편광 특성이란 0도의 선편광 특성 혹은 시계 방향으로 회전하는 원편광 특성이고, 우안 영상을 위한 제2편광 특성이란 90도의 선편광 특성 혹은 반시계 방향으로 회전하는 원편광 특성이다.
도 2에 도시된 칼라휠(106)은 좌안 R영상을 위한 0도의 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(202)-> 우안 R영상을 위한 90도 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(204) -> 좌안 G영상을 위한 0도의 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(206)-> 우안 G영상을 위한 90도 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(208) -> 좌안 B영상을 위한 0도의 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(210)-> 우안 B영상을 위한 90도 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(212)의 순서로 편광 칼라 필터들이 배치된 구조를 가지고 있다.
도 1에 도시된 장치에 있어서 광원(102)에서 발생된 광신호는 칼라휠(106)에서 초점이 맞추어지도록 집속되는 것이 바람직하다. 그 이유는 칼라휠(106)에서 얻어지는 광신호가 균일한 편광 특성을 가지도록 하기 위해서는 칼라휠(106)에 입사 되는 광신호의 입사 면적(또는 광스폿의 면적)이 최소화되는 것이 바람직하기 때문이다.
또한, 도 2에서 화살표를 사용하여 도시된 바와 같이, 0도의 편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터들은 원주 방향으로 균일한 편광 특성을 가지게 하며, 90도의 편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터들은 직경 방향으로 균일한 편광 특성을 가지게 한다.
이와 같은 편광 칼라 필터들의 배치에 맞추어, 디스플레이 장치(110)는 도 2의 하단에 도시된 바와 같이 좌안 R영상-> 우안 R영상 -> 좌안 G영상-> 우안 G영상 -> 좌안 B영상-> 우안 B영상의 순서로 디스플레이하게 된다.
영상 신호의 수직 주파수가 60Hz일 경우, 칼라휠(106)은 60Hz의 주기로 회전하게 된다.
도 3은 도 1에 도시된 칼라휠의 다른 예를 보이는 것이다.
도 3에 도시된 칼라휠(106)은 좌안 R영상을 위한 0도의 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(302)-> 우안 G영상을 위한 90도 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(304) -> 좌안 B영상을 위한 0도의 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(306)-> 우안 R영상을 위한 90도 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(308) -> 좌안 G영상을 위한 0도의 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(310)-> 우안 B영상을 위한 90도 선편광 특성을 가지는 편광 칼라 필터(312)의 순서로 편광 칼라 필터들이 배치된 구조를 가지고 있다.
이와 같은 편광 칼라 필터들의 배치에 맞추어, 디스플레이 장치(110) 는 도 3의 하단에 도시된 바와 같이 좌안 R영상-> 우안 G영상 -> 좌안 B영상-> 우안 R영상 -> 좌안 G영상-> 우안 B영상의 순서로 디스플레이하게 된다.
도 1에 도시된 장치의 경우 편광 및 컬러별 영상 신호의 주파수가 영상 신호의 수직 주파수보다 6배 높게 되므로 플리커의 발생이 억제된다.
한편, 도 2 및 도 3의 예에 있어서 선편광 필터를 사용한 예가 제시되었지만 원편광 필터를 사용하는 것도 가능함을 주지하여야 한다. 원편광 필터를 사용할 경우 시계방향으로 회전하는 광신호 혹은 반시계 방향으로 회전하는 광신호가 얻어진다.
원편광 신호를 사용할 경우 선편광 신호를 사용하는 것보다 입체 영상을 인지할 수 있는 범위 즉, 사용자가 관찰 시점을 이동시키면서 인식 가능한 입체 영상을 얻을 수 있는 범위가 넓어지는 장점이 있다.
도 1에 도시된 장치에 있어서 디스플레이 장치는 DMD(Digital Micromirror Device)인 것이 바람직하다. DMD는 미국 TI(Texas Instrument)사가 개발한 빛을 제어하는 반도체를 사용한 투사형 표시 장치를 말한다.
일반적으로 DMD는 정전인력에 의해 구동 가능하도록 설치된 복수 개의 마이크로미러들을 포함하며, 마이크로미러의 기울기를 조정함에 따라 반사각이 달라지게 함으로써 입사되는 광의 반사경로를 변환시킨다.
이러한 DMD는 프로젝션 텔레비전, 스캐너, 복사기 및 팩시밀리 등에 적용되고 있으며, 특히, 프로젝션 텔레비전에 사용되는 DMD는 화소 수만큼의 마이크로미러들이 이차원적으로 배열되며, 각 마이크로미러들을 각 화소에 대한 영상 신호 즉, 화소값에 따라 독립적으로 구동시킴으로써 화상을 생성한다.
DMD의 각 마이크로미러들은 해당 화소의 화소값에 따라 일정 각도로 기울어지거나 기울어지지 않게 되고, 이에 따라 각 화소에 대응되는 빔이 적당한 각도로 반사되어 프로젝션 렌즈(112)로 향하고 이 프로젝션 렌즈(112)에 의해 확대된 빔이 스크린(114)에 맺히게 된다.
DMD는 기본적으로 입사되는 광신호를 반사 혹은 비반사시키는 것으로서 액정 디바이스와 같이 편광 특성을 이용하는 것이 아니므로, 칼라휠에서 발생된 광신호의 편광 특성을 변화시키지 않기 때문에 유용하다.
본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 종래의 투사형 영상 표시 장치에서 조명계 특히 칼라휠의 구조를 개선함에 의해 간단하게 입체 영상을 구현하게 된다. 또한, 본 발명의 요약에 있어서의 편광 신호 발생 수단은 좌안 영상과 우안 영상을 교호적으로 디스플레이하는 디스플레이 장치에 입사되는 광신호가 좌안 영상과 우안 영상의 교체 주기에 동기하여 제1편광 특성 혹은 제2편광 특성을 가지게 하는 것으로서 회전하는 원판에 다수의 편광 칼라 필터들이 환상으로 배열된 칼라휠 이외에도 다른 구조를 가질 수 있음을 주지하여야 한다.
예를 들어 다수의 편광 칼라 필터들이 수직 혹은 수평 방향으로 운동하는 평판상에 배열되고, 좌안 영상과 우안 영상의 교체 주기에 동기하여 이 평판의 움직임을 제어하는 구조의 편광 신호 발생 수단도 충분히 고려될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 시분할 입체 영상 표시 방식에 따라 좌안 영상과 우안 영상을 표시하는 반사형 디스플레이 장치에 입사되는 광신호가 좌안 영상과 우안 영상의 교체 주기에 동기시켜 제1편광 특성 혹은 제2편광 특성을 가지도록 함으로써 일반적인 편광 안경을 사용하여 입체 영상을 감상할 수 있게 하는 효과를 가진다.
본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 종래의 투사형 영상 표시 장치에서 조명계의 구조를 변경함으로써 입체 영상을 구현할 수 있게 하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 좌안 영상 및 우안 영상을 각각 삼원색으로 색분해하고, 이들을 순차로 디스플레이함으로써 플리커의 발생이 억제되는 효과를 가진다.

Claims (5)

  1. 좌안 영상 및 우안 영상을 영상 신호의 필드 주사 기간을 적어도 2분할한 기간동안 교호적으로 디스플레이하는 디스플레이 장치;
    광원에서 발생된 광신호로부터 각각이 서로 다른 편광 특성을 가지는 광신호들을 영상 신호의 필드 주사 기간을 적어도 2분할한 기간동안 교호적으로 발생시키되 좌우 영상들의 디스플레이 주기에 동기시켜 발생하는 편광 신호 발생 수단; 및
    상기 편광 신호 발생 수단에서 발생된 광신호를 상기 디스플레이 장치에 투사시키는 광학계를 포함하며,
    상기 디스플레이 장치에서 반사되는 광신호들을 좌우가 서로 다른 편광 특성을 가지는 편광 안경을 통하여 시청함으로써 입체 영상을 시청할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편광 신호 발생 수단은 서로 다른 편광 특성을 가지는 선편광 신호들 혹은 원편광 신호들을 발생시키는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 편광 신호 발생 수단은
    서로 다른 편광 특성을 가지는 적어도 두 개의 편광 필터들이 교호적으로 배치된 컬러휠; 및
    상기 디스플레이 장치가 좌우 영상들을 디스플레이시키는 주기에 동기시켜 상기 컬러휠을 회전시키는 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 좌안 영상을 색분해하여 얻어지는 삼원색 영상들 및 우안 영상을 우안 영상을 색분해하여 얻어지는 삼원색 영상들을 영상 신호의 필드 주사 기간을 6분할한 기간동안 교호적으로 디스플레이하며,
    상기 컬러휠은 좌안 영상을 위한 편광 특성을 가지되 칼라 특성이 서로 다른 3개의 편광 필터들 및 우안 영상을 위한 편광 특성을 가지되 칼라 특성이 서로 다른 3개의 편광 필터들을 구비하며, 이들 편광 필터들은 상기 디스플레이 장치가 좌안 영상을 색분해하여 얻어지는 삼원색 영상들 및 우안 영상을 우안 영상을 색분해하여 얻어지는 삼원색 영상들을 디스플레이하는 순서에 맞추어 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 DMD(Digital Micromirror Device)인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
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