KR101023042B1 - 3차원 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본원에서는 3차원 영상 디스플레이 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 3차원 영상 디스플레이 장치는 광을 출력하는 투사 광학계를 적어도 2개 포함한다. 상기 적어도 2개의 투사 광학계는 이미징 위치에서 적어도 2개의 시점을 갖는 3차원 영상을 생성하기 위한 이미징 화소를 형성하도록 수평 또는 수직 방향으로 배열된다.
Figure R1020090081918
다시점, 초다시점, 3차원 영상 디스플레이 장치, 투사 광학계, 크로스토크

Description

3차원 영상 디스플레이 장치{3D DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 영상 디스플레이 장치에 관련되어 있다. 보다 구체적으로는, 3차원 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
3차원 영상 디스플레이 장치에는 특수 안경을 필요로 하는 안경식 3차원 영상 디스플레이 및 특수 안경을 필요로 하지 않는 무안경식 3차원 영상 디스플레이가 있는데, 현재 무안경식 3차원 영상 디스플레이 장치가 주로 개발되고 있다. 그러나, 2시점의 무안경식 3차원 영상 디스플레이 장치에는 일반적으로 영상을 볼 수 있는 시역이 지나치게 제한적이라는 문제가 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 다시점 또는 초다시점 시역을 갖는 3차원 영상 디스플레이 장치가 개발되어 왔는데, 이는 대표적으로 시차 장벽(parallax barrier) 및 렌티큐라 렌즈(lenticular lens) 등의 방식을 포함한다. 시차 장벽 또는 렌티큐라 렌즈 등의 방식에서는, 인접한 시점의 시역들 사이에 크로스토크가 많이 발생하여 구현되는 3차원 영상의 화질이 저하되고, 3차원 시역이 제한되며, 시점 수가 증가할수록 3차원 영상의 단위 시점 영상의 해상도가 저하되는 문제들이 발생한다. 이러한 문제들을 보완할 수 있는 다시점 또는 초다시점 3차원 영상 디스플레이 장치가 필요 하다.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 크로스토크를 조절하고 다시점의 시역을 형성할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일특징에 의하면, 광을 출력하는 투사 광학계를 적어도 2개 포함하고, 적어도 2개의 투사 광학계는 이미징 위치에서 적어도 2개의 시점을 갖는 3차원 영상을 생성하기 위한 이미징 화소를 형성하도록 수평 또는 수직 방향으로 배열되는 3차원 영상 디스플레이 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 3차원 영상 디스플레이 장치의 적어도 2개의 투사 광학계의 각각은, 영상을 디스플레이하는 디스플레이부 및 상기 영상으로부터 입사된 광을 상기 이미징 위치에서 상기 적어도 2개의 시점을 갖는 3차원 영상을 생성하기 위한 이미징 화소를 형성하도록 굴절시키는 투사렌즈를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 3차원 영상 디스플레이 장치의 적어도 2개의 투사 광학계로부터 방출되는 광들은 이미징 위치를 지나 연장되어 상기 광들 중 두 최외곽 광선 사이에 다시점의 시역을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 투사렌즈는, 디스플레이부의 임의의 한 화소로부터 상기 투사렌즈로 진행하는 광들이 상기 투사렌즈의 유효 직경 내로 투사되도록 배치될 수 있다. 나아가, 상기 디스플레이부의 상기 임의의 한 화소로부터 상기 투사렌즈로 진행하는 광들이 상기 유효 직경 내에서 일정 각도를 갖는 특정 영역 내로 투사되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 3차원 영상 디스플레이 장치의 적어도 2개의 투사 광학계의 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들 사이의 간격이 상기 이미징 위치에서 형성되는 하나의 이미징 화소의 폭과 동일하도록 배치될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들 사이의 간격이 상기 이미징 위치에서 형성되는 하나의 이미징 화소의 폭보다 크도록 배치될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들이 간격 없이 실질적으로 서로 맞닿도록 배치될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들 사이의 간격이 0보다 크고 상기 이미징 위치에서 형성되는 하나의 이미징 화소의 폭보다 작도록 배치될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들이 실질적으로 서로 겹치도록 배치될 수 있다. 선택적인 일 실시예에서, 상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들 사이의 간격을 조절함으로써 발생하는 크로스토크의 양을 조절할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 3차원 영상 디스플레이 장치의 적어도 2개의 투사 광학계는, 상기 적어도 2개의 투사 광학계에 의해 이미징 위치에서 형성되는 동일한 화소들이 좌우 하나의 화소 폭 이내의 거리를 갖도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 3차원 영상 디스플레이 장치는 상기 이미징 위치 또는 이미징 위치 전후에 배치되어 수직 시역을 제공하도록 구성되는 수직 확산기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 3차원 영상 디스플레이 장치는 상기 투사 광학계의 수를 2배 증가시키기 위해 상기 투사 광학계의 앞에 배치되는 하프미러(Half Mirror)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 투사 광학계는 DMD 영상 표시 소자, FLCD 영상 표시 소자, 또는 LCD 영상 표시 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 3차원 영상 디스플레이 장치의 적어도 2개의 투사 광학계는 단위 시점에 해당하는 영상의 해상도 저하를 방지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 3차원 영상 디스플레이 장치의 투사 광학계는 최대 밝기와 최소 밝기 사이의 폭이 최소가 되는 펄스 형태의 광을 투사하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이하의 효과를 제공할 수 있다.
첫째, 2차원 투사 광학계를 적어도 2개 이용하여 3차원 영상에 대한 다시점의 시역을 형성할 수 있다.
둘째, 2차 투사 광학계들 사이의 간격을 조절하여 3차원 영상 디스플레이에 서 일반적으로 발생하는 크로스토크를 조절할 수 있다. 예컨대, 크로스토크를 최소화하거나 일정 영역에 원하는 크로스토크가 발생하도록 조절할 수 있다.
셋째, 다시점 또는 초다시점에서 발생하는 단위 시점당 해상도 저하를 해소할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치를 도시하는 도면이다. 일 실시예에서, 3차원 영상 디스플레이 장치의 투사 광학계 부분(100)은 광(112, 114, 122, 124, 132, 134)을 출력하는 적어도 2개의 투사 광학계(110, 120, 130)를 포함할 수 있다. 투사 광학계(110, 120, 130)는 출력되는 광(112, 114, 122, 124, 132, 134)이 이미징 위치(142)에서 적어도 2개의 시점을 갖는 3차원 영상을 생성하기 위한 이미징 화소(140)를 형성하도록 배치될 수 있다. 이미징 화소(140)가 형성되는 이미징 위치(142)는 기존의 시차 장벽 방식에서의 개구(aperture) 또는 렌티큐라 방식에서의 렌티큐라 렌즈의 위치에 대응된다. 즉, 기존의 시차 장벽 방식의 디스플레이 장치(150)를 도시하는 도 1b를 참조하면, 이미징 위치(142)는 시차 장벽(164)의 위치(162)에 대응되고, 이미징 화소(140)는 개구(160)에 대응된다.
일 실시예에서, 3차원 영상 디스플레이 장치는 관찰자(144)가 3차원 영상을 볼 수 있는 시역(116, 126, 136)을 2개 이상의 다시점으로 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 1a에 도시된 바와 같이 3차원 영상 디스플레이 장치는 3개의 투사 광학계(110, 120, 130)를 이용하여 3개의 시역(116, 126, 136)을 형성할 수 있 다. 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않으며, 3차원 영상 디스플레이 장치는 원하는 시점 수에 대응되도록 임의 개수의 투사 광학계(110, 120, 130)를 포함할 수 있다. 시역(116, 126, 136)은 기존의 시차 장벽 기술의 디스플레이 장치(150)를 도시하는 도 1b에서 화소들(152)에 의해 형성되어 관찰자(180)가 3차원 영상을 볼 수 있는 시역(170, 172, 174)에 대응된다.
일 실시예에서, 다수의 투사 광학계(110, 120, 130)는 수평 방향으로 배치되어 수평 방향으로 다시점의 시역(116, 126, 136)을 형성할 수 있다. 이와 달리, 다수의 투사 광학계(110, 120, 130)는 수직 방향으로 배치되어 수직 방향으로 다시점의 시역(116, 126, 136)을 형성할 수도 있다.
일 실시예에서, 투사 광학계(110, 120 및 130)는 영상을 디스플레이하는 디스플레이부와 디스플레이된 영상으로부 입사된 광을 이미징 위치(142)에서 이미징 화소를 형성하도록 굴절시키는 투사렌즈를 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 투사렌즈를 통과한 광들(112, 114, 122, 124, 132 및 134)이 이미징 위치(142)에서 이미징 화소(140)를 형성한다.
일 실시예에서, 디스플레이부는 DMD(Digital Micromirror Device) 영상 표시 소자, FLCD(Ferro Liquid Crystal Display) 영상 표시 소자 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 영상 표시 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
비록 도 1a에는 투사 광학계들(110, 120, 130)이 서로 간격을 두고 배치되도록 도시되었지만 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 투사 광학계들(110, 120, 130)은 실질적으로 중첩되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 3차원 영상 디스플레이 장치는 투사 광학계들(110, 120, 130)이 실질적으로 중첩되도록 배치된 것과 같은 효과를 제공하는 하프미러를 더 포함할 수 있다.
하프미러는 그 반투과성을 이용하여 투사 광학계의 수를 2배 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 투사 광학계에 하프미러를 사용하면 두 개의 투사 광학계가 존재하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 하프미러는 하프미러에 의한 두 개의 투사 광학계가 서로 일부 중첩된 것과 같은 효과를 내도록 구성될 수 있다. 나아가, 여기에 다시 하프미러를 더 배치하여 결과적으로 4 개의 투사 광학계가 서로 일부씩 중첩된 것과 같이 구성될 수 있다. 따라서, 이하에 설명되는 본 발명의 실시예들에서는, 실제 투사렌즈의 크기 또는 투사 광학계의 크기에 관계없이 투사렌즈의 위치 조정이 가능해질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투사 광학계 내에서 디스플레이부의 하나의 화소로부터 광이 진행하는 경로를 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 투사 광학계(201)를 구성하는 2차원 영상 디스플레이부(203)는 수평으로 배열된 화소들(P1, P2, ..., Pn, ..., PN -1, PN)로 단순화되어 도시되어 있다.
일 실시예에서, 2차원 영상 디스플레이부(203) 및 투사렌즈(204)는 2차원 영상 디스플레이부(203)의 임의의 한 화소(P1, P2, ..., Pn, ..., PN -1, PN)로부터의 광들이 투사렌즈(204)의 유효 직경(205) 내에 꽉 차도록 제한되어 투사되도록 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 임의의 한 화소 Pn(202)로부터 방사되는 최외곽 광선들(206, 207, 208 및 209)은 투사렌즈(204)를 지나 이미징 위치(210)에서 그 화소의 영상(211)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 수평방향 산란 스크린을 사용하지 않는 경우, 이미징 위치(210)를 지나 광선들(206 및 209)이 각각 광 분포의 외곽 경계선을 형성하며, 이 두 외곽 경계선 사이의 영역은 해당 화소에 대한 무안경식 3차원 영상 디스플레이의 시역(212)을 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 투사 광학계 내에서 디스플레이부의 하나의 화소로부터의 광 진행 경로를 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 투사 광학계(301)를 구성하는 2차원 영상 디스플레이부(303)는 수평으로 배열된 화소들(P1, P2, ..., Pn, ..., PN -1, PN)로 단순화되어 도시되어 있다.
도 3에 도시된 투사 광학계(301)는 도 2의 투사 광학계(201)와 유사하지만, 디스플레이부(303)의 임의의 한 화소(P1, P2, ..., Pn, ..., PN -1, PN)로부터의 광이 일정한 각도(314)를 가지고 투사렌즈(304)로 투사된다는 차이점을 갖는다. 예컨대, 디스플레이부(303)의 한 화소 Pn(302)로부터의 광은 투사렌즈(304)의 특정 영역(305) 중 일정한 각도(314)를 갖는 유효 직경(306) 내로 제한되어 투사될 수 있다. 이 실시예에서, 각 화소(P1, P2, ..., Pn, ..., PN -1, PN)에 대한 유효 직경(306)은 특정 영역(305) 이내에서 변화할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 임의의 한 화소(302)로부터의 최외곽 광선들(307, 308, 309 및 310)은 투사렌즈(304)의 유효 직경(306)을 통과하여, 이미징 화소가 형성되는 이미징 위치(311)를 지나 광 분포의 두 외곽 경계선(307 및 310)을 형성 할 수 있다. 이 두 외곽 경계선(307 및 310) 사이의 영역이 해당 화소에 대한 무안경식 3차원 영상 디스플레이의 시역(313)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 2 또는 도 3에 예시적으로 도시된 투사 광학계들(201, 301)을 다수 이용하여 3차원 영상의 시역을 다시점 또는 초다시점으로 형성할 수 있다.　
도 2의 투사 광학계(201)는 임의의 화소(P1, P2, ..., Pn, ..., PN -1, PN)로부터 방사되는 광들이 투사렌즈(204)의 유효 직경(205) 내로 투사되도록 구성된다. 반면, 도 3의 투사 광학계(301)는 각각의 화소(P1, P2, ..., Pn, ..., PN -1, PN)로부터 방사되는 광들이 투사렌즈(304)의 특정 영역(305) 내에서 각 화소(P1, P2, ..., Pn, ..., PN -1, PN)의 간격만큼 이동된 위치의 유효 직경들 내로 투사되도록 구성된다.　 그러나, 두 투사 광학계(201, 301)는 모두 유효 직경(205 및 306)을 기준으로 광의 외곽 경계선들(도 2에서 206 및 209, 도 3에서 307 및 310)에 의해 규정되는 시역을 형성할 수 있다.
비록 도 2와 도 3에 도시된 투사 광학계(201, 301)는 실제의 투사 광학계를 단순화하여 하나의 투사렌즈(204, 304)로 도시되어 있지만, 투사렌즈(204, 304)에서의 출력이 실제의 투사 광학계에서의 출력과 동일한 것임을 이해해야 한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 이와 같이 투사 광학계를 하나의 투사렌즈로 단순화하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장 치에서 출력되는 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다. 도 4에는 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치의 투사 광학계(400)가 도시되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 형성하고자 하는 시점 수에 해당하는 개수(예컨대, 4개)로 투사 광학계를 배치하면, 다른 다시점(예컨대 4시점)의 시역을 구현할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 투사 광학계(401, 402, 403)는 도 2 및 도 3에서의 유효 직경(205 및 306)에 해당하는 유효 직경을 갖는 투사렌즈로 단순화되어 도시되어 있다. 일 실시예에서, 각 투사 광학계(401, 402, 403)는 투사렌즈들의 유효 직경들이 간격 없이 실질적으로 서로 맞닿도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 투사 광학계(401, 402, 403)는 이미징 위치(411)에서 각 투사 광학계(401, 402, 403)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 일치하도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 이미징 위치(411)에서 각 투사 광학계(401, 402, 403)에 의해 형성되는 화소들은 이미징 화소(410)의 위치에서 일치할 수 있다. 이와 달리, 투사 광학계들(401, 402, 403)은 이미징 위치(411)에서 각 투사 광학계(401, 402, 403)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 하나의 화소 폭 이내의 거리를 갖도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 투사 광학계(401)로부터 출력되는 광의 최외곽선은 점선으로 표시된 광(404 및 405)이다. 제2 투사 광학계(402)로부터의 출력되는 광의 최외곽선은 실선으로 표시된 광(406 및 407)이다. 제3 투사 광학계(403)으로부터 출력되는 광의 최외곽선은 일점쇄선으로 표시된 광(408 및 409)이다. 일 실시예에서, 각각의 투사 광학계(401, 402, 403)로부터 출력되는 광들(404, 405, 406, 407, 408, 409)은 이미징 위치(411)에서 동일한 이미징 화소(410)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(411) 또는 그 전후에 수직 확산기를 배치하여 수직 방향의 시역을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(411)에 특정 수평방향 광학계를 두지 않으면, 광들(404, 405, 406, 407, 408, 409)은 이미징 위치(411)를 지나 직진할 수 있다. 이 실시예에서, 이미징 위치(411) 이후에 제1 투사 광학계(401)로부터 출력되는 광(404, 405)은 시역(414)을 형성하고, 제2 투사 광학계(402)로부터 출력되는 광(406, 407)은 시역(413)을 형성하며, 제3 투사 광학계(403)로부터 출력되는 광(408, 409)은 시역(412)을 형성할 수 있다.
이 실시예에서, 시역(413)은 인접한 시역(412) 및 시역(414)과의 겹침에 의하여 발생하는 크로스토크 영역(415 및 416)과 크로스토크가 발생하지 않는 시역(417)을 가질 수 있다. 이는 다시점을 이루는 다른 시역에 유사하게 적용될 수 있다. 크로스토크 영역(415, 416)은 이미징 위치(411)에서의 단위 화소 크기의 수배 이내로 그 크기가 크지 않고, 이미징 위치(411)에서 멀어질수록 증가하는 정도도 크지 않다. 다시 말해서, 증가되는 시역(417)에 비하여 증가되는 크로스토크 영역(415, 416)의 비율이 크지 않다. 또한 종래의 시차 장벽 또는 렌티큐라 기술에서의 크로스토크 발생량과 비교하면, 이 실시예의 크로스토크는 아주 적은 양이 라고 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치에서 출력되는 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다. 도 5에는 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치의 투사 광학계(500)가 도시되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 형성하고자 하는 시점 수에 해당하는 개수(예컨대, 4개)로 투사 광학계를 배치하면, 다른 다시점(예컨대 4시점)의 시역을 구현할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 투사 광학계(501, 502, 503)는 도 2 및 도 3에서의 유효 직경(205 및 306)에 해당하는 유효 직경을 갖는 투사렌즈로 단순화되어 도시되어 있다. 일 실시예에서, 각 투사 광학계(501, 502, 503)는 투사렌즈들의 유효 직경들이 서로 떨어져 위치하도록 배치될 수 있고, 그 사이의 간격(520)이 이미징 위치(511)에서 형성되는 하나의 이미징 화소(510)의 폭보다 작도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 투사 광학계(501, 502, 503)는 이미징 위치(511)에서 각 투사 광학계(501, 502, 503)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 일치하도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 이미징 위치(511)에서 각 투사 광학계(501, 502, 503)에 의해 형성되는 화소들은 이미징 화소(510)의 위치에서 일치할 수 있다. 이와 달리, 투사 광학계들(501, 502, 503)은 이미징 위치(511)에서 각 투사 광학계(501, 502, 503)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 하나의 화소 폭 이내의 거리를 갖도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 투사 광학계(501)로부터 출력되는 광의 최외곽선은 점선으로 표시된 광(504 및 505)이다. 제2 투사 광학계(502)로부터의 출력되는 광의 최외곽선은 실선으로 표시된 광(506 및 507)이다. 제3 투사 광학계(503)으로부터 출력되는 광의 최외곽선은 일점쇄선으로 표시된 광(508 및 509)이다. 일 실시예에서, 각각의 투사 광학계(501, 502, 503)로부터 출력되는 광들(504, 505, 506, 507, 508, 509)은 이미징 위치(511)에서 동일한 이미징 화소(510)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(511) 또는 그 전후에 수직 확산기를 배치하여 수직 방향의 시역을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(511)에 특정 수평방향 광학계를 두지 않으면, 광들(504, 505, 506, 507, 508, 509)은 이미징 위치(511)를 지나 직진할 수 있다. 이 실시예에서, 이미징 위치(511) 이후에 제1 투사 광학계(501)로부터 출력되는 광(504, 505)은 시역(514)을 형성하고, 제2 투사 광학계(502)로부터 출력되는 광(506, 507)은 시역(513)을 형성하며, 제3 투사 광학계(503)로부터 출력되는 광(508, 509)은 시역(512)을 형성할 수 있다.
이 실시예에서, 시역(513)은 인접한 시역(512) 및 시역(514)과의 겹침에 의하여 발생하는 크로스토크 영역(515 및 516)과 크로스토크가 발생하지 않는 시역(517)을 가질 수 있다. 이는 다시점을 이루는 다른 시역에 유사하게 적용될 수 있다. 크로스토크 영역(515, 516)은 도 4의 실시예에 비해 더 작은 양으로서 이미징 위치(511)에서의 하나의 이미징 화소(510)의 크기의 수배 이내로 작은 양이고, 이미징 위치(511)에서 멀어질수록 증가하는 정도도 크지 않다. 다시 말해서, 증가되는 시역(517)에 비하여 증가되는 크로스토크 영역(515, 516)의 비율이 크지 않다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치에서 출력되는 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다. 도 6에는 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치의 투사 광학계(600)가 도시되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 형성하고자 하는 시점 수에 해당하는 개수(예컨대, 4개)로 투사 광학계를 배치하면, 다른 다시점(예컨대 4시점)의 시역을 구현할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 투사 광학계(601, 602, 603)는 도 2 및 도 3에서의 유효 직경(205 및 306)에 해당하는 유효 직경을 갖는 투사렌즈로 단순화되어 도시되어 있다. 일 실시예에서, 각 투사 광학계(601, 602, 603)는 투사렌즈들의 유효 직경들이 서로 떨어져 위치하도록 배치될 수 있고, 그 사이의 간격(620)이 이미징 위치(611)에서 형성되는 하나의 이미징 화소(610)의 크기와 동일하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 투사 광학계(601, 602, 603)는 이미징 위치(611)에서 각 투사 광학계(601, 602, 603)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 일치하도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 이미징 위치(611)에서 각 투사 광학계(601, 602, 603)에 의해 형성되는 화소들은 이미징 화소(610)의 위치에서 일치할 수 있다. 이와 달리, 투사 광학계들(601, 602, 603)은 이미징 위치(611)에서 각 투사 광학계(601, 602, 603)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 하나의 화소 폭 이내의 거리를 갖도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 투사 광학계(601)로부터 출력되는 광의 최외곽선은 점선으로 표시된 광(604 및 605)이다. 제2 투사 광학계(602)로부터의 출력되는 광의 최외곽선은 실선으로 표시된 광(606 및 607)이다. 제3 투사 광학계(603)으로부터 출력되는 광의 최외곽선은 일점쇄선으로 표시된 광(608 및 609)이다. 일 실시예에서, 각각의 투사 광학계(601, 602, 603)로부터 출력되는 광들(604, 605, 606, 607, 608, 609)은 이미징 위치(611)에서 동일한 이미징 화소(610)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(611) 또는 그 전후에 수직 확산기를 배치하여 수직 방향의 시역을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(611)에 특정 수평방향 광학계를 두지 않으면, 광들(604, 605, 606, 607, 608, 609)은 이미징 위치(611)를 지나 직진할 수 있다. 이 실시예에서, 이미징 위치(611) 이후에 제1 투사 광학계(601)로부터 출력되는 광(604, 605)은 시역(614)을 형성하고, 제2 투사 광학계(602)로부터 출력되는 광(606, 607)은 시역(613)을 형성하며, 제3 투사 광학계(603)로부터 출력되는 광(608, 609)은 시역(612)을 형성할 수 있다.
이 실시예에서, 시역(613)은 인접한 시역(612) 및 시역(614)과의 겹침에 의 하여 발생하는 크로스토크 영역(615 및 616)과 크로스토크가 발생하지 않는 시역(617)을 가질 수 있다. 이는 다시점을 이루는 다른 시역에 유사하게 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 형성되는 크로스토크의 양은 거리에 관계없이 일정하며, 이미징 위치(611)에서의 하나의 이미징 화소(610)의 크기와 동일한 크기로 유지된다. 따라서, 모든 거리에서 발생하는 크로스토크의 양은 최소화될 수 있으며, 거리에 관계없이 일정한 간격 이내에 시역을 유지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치에서 출력되는 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다. 도 7에는 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치의 투사 광학계(700)가 도시되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 형성하고자 하는 시점 수에 해당하는 개수(예컨대, 4개)로 투사 광학계를 배치하면, 다른 다시점(예컨대 4시점)의 시역을 구현할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 투사 광학계(701, 702, 703)는 도 2 및 도 3에서의 유효 직경(205 및 306)에 해당하는 유효 직경을 갖는 투사렌즈로 단순화되어 도시되어 있다. 일 실시예에서, 각 투사 광학계(701, 702, 703)는 투사렌즈들의 유효 직경들이 서로 떨어져 위치하도록 배치될 수 있고, 그 사이의 간격(720)이, 예를 들어 이미징 위치(711)에서 형성되는 하나의 이미징 화소(710)의 크기의 두 배가 되도록 배치될 수 있다. 이 간격(720)은 예시적인 것이며, 간격(720)이 이미징 위치(711)에서 형성되는 하나의 이미징 화소(710)의 크기보다 큰 경우에도 유사한 결과가 얻어질 수 있다.
일 실시예에서, 투사 광학계(701, 702, 703)는 이미징 위치(711)에서 각 투사 광학계(701, 702, 703)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 일치하도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 이미징 위치(711)에서 각 투사 광학계(701, 702, 703)에 의해 형성되는 화소들은 이미징 화소(710)의 위치에서 일치할 수 있다. 이와 달리, 투사 광학계들(701, 702, 703)은 이미징 위치(711)에서 각 투사 광학계(701, 702, 703)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 하나의 화소 폭 이내의 거리를 갖도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 투사 광학계(701)로부터 출력되는 광의 최외곽선은 점선으로 표시된 광(704 및 705)이다. 제2 투사 광학계(702)로부터의 출력되는 광의 최외곽선은 실선으로 표시된 광(706 및 707)이다. 제3 투사 광학계(703)으로부터 출력되는 광의 최외곽선은 일점쇄선으로 표시된 광(708 및 709)이다. 일 실시예에서, 각각의 투사 광학계(701, 702, 703)로부터 출력되는 광들(704, 705, 706, 707, 708, 709)은 이미징 위치(711)에서 동일한 이미징 화소(710)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(711) 또는 그 전후에 수직 확산기를 배치하여 수직 방향의 시역을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(711)에 특정 수평방향 광학계를 두지 않으면, 광들(704, 705, 706, 707, 708, 709)은 이미징 위치(711)를 지나 직진할 수 있다. 이 실시예에서, 이미징 위치(711) 이후에 제1 투사 광학계(701)로부터 출력되는 광(704, 705)은 시역(714)을 형성하고, 제2 투사 광학계(702)로부터 출력되는 광(706, 707)은 시역(713)을 형성하며, 제3 투사 광학계(703)로부터 출력되는 광(708, 709)은 시역(712)을 형성할 수 있다.
이 실시예에서, 시역(713)은 특정 위치(719)에서 크로스토크가 발생하지 않으며, 그 위치 이전에는 인접한 시역(712) 및 시역(714)과의 겹침에 의하여 발생하는 크로스토크 영역(715 및 716)을 가질 수 있다. 크로스토크가 발생하지 않는 특정 위치(719) 이후에는 인접한 시역들 사이의 빈 공간(717 및 718)이 존재할 수 있다. 이는 다시점을 이루는 다른 시역에 유사하게 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 크로스토크가 발생하지 않는 특정 위치(719) 이전의 크로스토크 영역(715 및 716)의 양은 미미하며, 특정 위치(719) 이후에 존재하는 인접한 시역들 사이의 빈 공간(717 및 718)을 이용하여 투사 광학계의 광학적 결함이나 회절 효과 등으로 발생할 수 있는 크로스토크를 최소화할 수 있다. 이러한 결과는 투사 광학계(701, 702, 703)의 투사렌즈들의 유효 직경들 사이의 간격(720)이 이미징 위치(711)에서 형성되는 하나의 이미징 화소(710)의 크기보다 큰 경우에도 유사하며, 이에 따라 투사 광학계의 유효 직경들 사이의 간격(720)을 조절하여 원하는 위치에서 크로스토크를 사라지게 하거나 그 주변의 크로스토크 발생량을 원하는 수준으로 활용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치에서 출력되는 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다. 도 8에는 3 시점을 형성하는 3차원 디스플레이 장치의 투사 광학계(800)가 도시되었지만, 본 발명은 이 에 제한되지 않는다. 예컨대, 형성하고자 하는 시점 수에 해당하는 개수(예컨대, 4개)로 투사 광학계를 배치하면, 다른 다시점(예컨대 4시점)의 시역을 구현할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 투사 광학계(801, 802, 803)는 도 2 및 도 3에서의 유효 직경(205 및 306)에 해당하는 유효 직경을 갖는 투사렌즈로 단순화되어 도시되어 있다. 일 실시예에서, 각 투사 광학계(801, 802, 803)는 투사렌즈들의 유효 직경들이 실질적으로 서로 겹쳐지도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 투사 광학계(801, 802, 803)는 이미징 위치(811)에서 각 투사 광학계(801, 802, 803)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 일치하도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 이미징 위치(811)에서 각 투사 광학계(801, 802, 803)에 의해 형성되는 화소들은 이미징 화소(810)의 위치에서 일치할 수 있다. 이와 달리, 투사 광학계들(801, 802, 803)은 이미징 위치(811)에서 각 투사 광학계(801, 802, 803)에 의해 형성되는 화소들이 수평 방향으로 하나의 화소 폭 이내의 거리를 갖도록 수평 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 투사 광학계(801)로부터 출력되는 광의 최외곽선은 점선으로 표시된 광(804 및 805)이다. 제2 투사 광학계(802)로부터의 출력되는 광의 최외곽선은 실선으로 표시된 광(806 및 807)이다. 제3 투사 광학계(803)으로부터 출력되는 광의 최외곽선은 일점쇄선으로 표시된 광(808 및 809)이다. 일 실시예에서, 각각의 투사 광학계(801, 802, 803)로부터 출력되는 광 들(804, 805, 806, 807, 808, 809)은 이미징 위치(811)에서 동일한 이미징 화소(810)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(811) 또는 그 전후에 수직 확산기를 배치하여 수직 방향의 시역을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 위치(811)에 특정 수평방향 광학계를 두지 않으면, 광들(804, 805, 806, 807, 808, 809)은 이미징 위치(811)를 지나 직진할 수 있다. 이 실시예에서, 이미징 위치(811) 이후에 제1 투사 광학계(801)로부터 출력되는 광(804, 805)은 시역(814)을 형성하고, 제2 투사 광학계(802)로부터 출력되는 광(806, 807)은 시역(813)을 형성하며, 제3 투사 광학계(803)로부터 출력되는 광(808, 809)은 시역(812)을 형성할 수 있다.
이 실시예에서, 시역(813)은 인접한 시역(812) 및 시역(814)과의 겹침에 의하여 발생하는 크로스토크 영역(815 및 816)과 크로스토크가 발생하지 않는 시역(817)을 가질 수 있다. 이는 다시점을 이루는 다른 시역에 유사하게 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 투사 광학계(801, 802, 803)의 투사렌즈들의 유효 직경들을 실질적으로 서로 겹치게 하고, 겹치는 폭(820)을 조절함으로써 원하는 정도의 크로스토크가 발생할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 시점의 수가 증가함에 따라 해상도가 저하되는 문제를 완화할 수 있다. 종래의 시차 장벽 또는 렌티큐라 방식을 이용한 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치는 하나의 평판 디스플레이 패널의 총 화소를 다시점의 수만큼 분할하게 되므로 단위 시점의 해상도는 시점 수에 반비례하여 저하될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 일 실시예에서는, 시점 수에 대응되는 개수의 투사 광학계를 사용함으로써 단위 시점의 해상도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 각 화소를 이미징하는 광은 최대 밝기와 최소 밝기 사이의 폭이 최소가 되도록(예를 들어, 빛의 유무가 펄스 형태로 구분되도록) 구성될 수 있다. 가우시안과 같은 연속적인 분포를 갖는 일반적인 광을 방출하는 투사 광학계에 비해, 이러한 분포를 갖는 광을 방출하는 투사 광학계를 사용하면 본 발명의 효과가 향상될 수 있다.
본 발명의 다양한 기능 및 특징이 다양한 실시예로 설명되었지만, 이는 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 오히려, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 내에서 다양하게 변형, 재구성 및 대체될 수 있다고 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 모든 변형 및 변경을 이하의 특허청구범위에 의해 모두 포괄하고자 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치를 도시하는 도면.
도 1b는 본 발명과의 비교를 위한 기존의 시차 장벽 방식의 디스플레이 장치를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투사 광학계 내의 디스플레이부의 하나의 화소로부터의 광 진행 경로를 도시하는 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 투사 광학계 내의 디스플레이부의 하나의 화소로부터의 광 진행 경로를 도시하는 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 디스플레이 장치의 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 디스플레이 장치의 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 디스플레이 장치의 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 디스플레이 장치의 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 3 시점을 형성하는 디스플레이 장치의 광들의 진행 경로를 도시하는 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 3차원 영상 디스플레이 장치의 투사 광학계 부분
110, 120, 130: 투사 광학계
112, 114, 122, 124, 132, 134: 투사 광학계로부터 방출되는 광
116, 126, 136 : 시역
142: 이미징 위치
140: 적어도 2개의 시점을 갖는 3차원 영상을 생성하기 위한 이미징 화소
144: 관찰자

Claims (19)

  1. 광을 출력하는 투사 광학계를 적어도 2개 포함하고,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계는 이미징 위치에서 적어도 2개의 시점을 갖는 3차원 영상을 생성하기 위한 이미징 화소를 형성하도록 수평 또는 수직 방향으로 배열되는
    3차원 영상 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계의 각각은,
    영상을 디스플레이하는 디스플레이부; 및
    상기 영상으로부터 입사된 광이 상기 이미징 위치에서 상기 적어도 2개의 시점을 갖는 3차원 영상을 생성하기 위한 이미징 화소를 형성하도록 굴절시키는 투사렌즈
    를 포함하는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계로부터 방출되는 광들은 상기 이미징 위치를 지나 연장되어 상기 광들 중 두 최외곽 광선 사이에 다시점의 시역을 형성하는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 투사렌즈는, 상기 디스플레이부의 임의의 한 화소로부터 상기 투사렌즈로 진행하는 광들이 상기 투사렌즈의 유효 직경 내로 투사되도록 배치되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 투사렌즈는, 상기 디스플레이부의 상기 임의의 한 화소로부터 상기 투사렌즈로 진행하는 광들이 특정 영역 내에서 일정 각도를 갖는 상기 유효 직경 내로 투사되도록 배치되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들 사이의 간격이 상기 이미징 위치에서 형성되는 하나의 이미징 화소의 폭과 동일하도록 배치되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들 사이의 간격이 상기 이미징 위치에서 형성되는 하나의 이미징 화소의 폭보다 크도록 배치되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들이 간격 없이 실질적으로 서로 맞닿도록 배치되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들 사이의 간격이 0보다 크고 상기 이미징 위치에서 형성되는 하나의 이미징 화소의 폭보다 작도록 배치되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들은, 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들이 실질적으로 서로 겹치도록 배치되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계의 상기 투사렌즈들의 상기 유효 직경들 사이의 간격을 조절함으로써 발생하는 크로스토크의 양을 조절하는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계는, 상기 적어도 2개의 투사 광학계에 의해 상기 이미징 위치에서 형성되는 동일한 화소들이 좌우 하나의 화소 폭 이내의 거리를 갖도록 배치되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미징 위치 또는 상기 이미징 위치 전후에 배치되어 수직 시역을 제공하도록 구성되는 수직 확산기를 더 포함하는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사 광학계의 수를 2배 증가시키기 위해 상기 투사 광학계의 앞에 배치되는 하프미러(Half Mirror)를 더 포함하는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사 광학계는 DMD 영상 디스플레이 소자를 포함하는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  16. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사 광학계는 FLCD 영상 표시 소자를 포함하는, 3차원 영상 디스플레 이 장치.
  17. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사 광학계는 LCD 영상 표시 소자를 포함하는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  18. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 투사 광학계는 단위 시점에 해당하는 영상의 해상도 저하를 방지하도록 구성되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
  19. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사 광학계는 최대 밝기와 최소 밝기 사이의 폭이 최소가 되는 펄스 형태의 광을 투사하도록 구성되는, 3차원 영상 디스플레이 장치.
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