KR101370915B1 - 3차원 영상 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 영상 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, 프로젝션 시스템을 이용하여 안경을 이용하지 않고 구현할 수 있는 3차원 영상 프로젝션 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 적어도 하나 이상의 투사계에서 투사되는 좌안 영상과 우안 영상이 투사되는 스크린과; 상기 투사계와 스크린 사이에 위치하며, 상기 좌안 영상과 우안 영상이 시청자의 좌안과 우안에서 각각 보이도록 교대로 위치하는 투명영역과 불투명영역을 포함하는 시차 영상 마스크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

프로젝션, 3차원, 영상, 투사계, 스크린.

Description

3차원 영상 프로젝션 시스템 {Projection system for 3-dimensional display}

본 발명은 3차원 영상 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, 프로젝션 시스템을 이용하여 안경을 이용하지 않고 구현할 수 있는 3차원 영상 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

디스플레이 기술의 발전에 따른 최근 디스플레이는 고해상도, 고선명도, 대화면, 및 3차원 영상 등의 사용자에게 실제에 가까운 영상을 제공하는 기술로 발전하고 있다.

이에 발맞추어 프로젝션 기술을 이용한 3차원 영상 시스템도 발전을 거듭하고 있다. 이러한 프로젝션 방식의 3차원 디스플레이는 통상 편광 안경 또는 셔터식 안경을 이용하는 방식이 이용되고 있다.

즉, 편광 안경 방식은 두 대의 프로젝터를 이용하여 각각의 프로젝터에 서로 다른 편광을 갖은 영상을 스크린에 투사하여 사용자가 좌안과 우안에 서로 다른 편광판을 갖는 안경을 착용하고 시청하는 방식으로 구성되거나, 한 대의 프로젝터에 시간에 따른 편광이 다른 좌/우안 영상을 번갈아 가며 투사하고 사용자는 좌안과 우안에 서로 다른 편광판을 갖는 편광안경을 착용하고 시청하는 방식인 편광안경 방식이 있다.

또한, 한 대의 프로젝터로 시간에 따른 좌/우안 영상을 번갈아 가며 투사하고 사용자는 시간에 따라 좌우 안경의 셔터가 변화하는 셔터식 안경을 착용하고 시청하는 셔터 안경 방식이 있다.

그러나 이런 안경을 착용하고 시청하는 3차원 디스플레이는 사용자로 하여금 안경 착용에 따른 불편함을 줄 수 있다.

한편, 안경을 이용하지 않는 무안경 방식의 3차원 디스플레이는 직시형 디스플레이를 이용한 것들이 존재하지만 직시형 디스플레이 특징상 프로젝터와 같이 초대형 화면을 구현하는 것은 용이하지 않다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 프로젝터를 이용하여 초대형 화면을 구현할 수 있으면서 안경을 착용하지 않는 무안경 방식의 3차원 영상 디스플레이를 구현할 수 있는 3차원 영상 프로젝션 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 적어도 하나 이상의 투사계에서 투사되는 좌안 영상과 우안 영상이 투사되는 스크린과; 상기 투사계와 스크린 사이에 위치하며, 상기 좌안 영상과 우안 영상이 시청자의 좌안과 우안에서 각각 보이도록 교대로 위치하는 투명영역과 불투명영역을 포함하는 시차 영상 마스크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 좌안 영상과 우안 영상이 투사되는 적어도 하나 이상의 투사계와; 상기 투사계의 좌안 영상과 우안 영상이 시청자의 좌안과 우안에서 각각 보이도록 교대로 위치하는 투명영역과 불투명영역을 포함하는 시차 영상 마스크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.

두 개 이상의 투사계를 이용하여 별도의 안경을 사용하지 않고도 3차원 영상을 구현하여 시청자가 3차원 영상을 감상하는데 있어서 편의성을 줄 수 있고, 프로 젝션 기술을 이용함으로써 화상의 크기에 제한이 없어 대화면 고화질의 3차원 영상을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 표면과 같은 구성 요소의 일부가 '내부(inner)'라고 표현된다면 이것은 그 요소의 다른 부분들 보다도 소자의 외측으로부터 더 멀리 있다는 것을 의미한다고 이해할 수 있을 것이다.

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.

<제1실시예>

도 1에서 도시하는 바와 같이, 3차원 입체 영상 디스플레이의 구성은, 좌안 영상과 우안 영상을 각각 투사하는 투사부(10)와, 이 투사부(10)에서 투사된 영상의 상이 맺히는 스크린(20)으로 구성되며, 이 투사부(10)와 스크린(20) 사이에는 입체 영상이 구현될 수 있도록 시차 영상이 이루어지도록 하는 시차 영상 마스크(30)가 위치하게 된다.

이러한 시차 영상 마스크(30)는 투사부(10)에서 투사되는 좌안 영상과 우안 영상이 시청자의 좌안(41)과 우안(42)에서 각각 보이도록 교대로 위치하는 투명영역(31)과 불투명영역(32)을 포함한다.

이와 같은 시차 영상 마스크(30)는 다수의 슬릿을 포함하는 판 형상으로 이루어질 수 있으며, 이러한 판에서 슬릿은 투명 영역(31)을 이룰 수 있고, 불투명의 판은 불투명영역(32)을 이룰 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3에서와 같이, 시차 영상 마스크(30)는, 투명 영역(31)과 불투명 영역(32)이 사각 격자형 형상을 이룰 수 있다.

이때, 도 2는 시차 영상의 깊이가 1인 상태의 시차 영상 마스크(30)를 나타내고 있고, 도 3은 시차 영상의 깊이가 2인 상태의 시차 영상 마스크(30)를 나타내고 있다.

즉, 시차 영향의 깊이에 따라 투명 영역(31)과 불투명 영역(32)의 반복되는 위치가 서로 다르게 위치할 수 있다. 이때, 시차 영상의 깊이가 깊어질수록 시청자는 더욱 큰 입체감을 느낄 수 있음은 물론이다.

또한, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 시차 영상 마스크(30)의 투명 영역(31)과 불투명 영역(32)은 띠 형으로 번갈아 배치될 수도 있다.

한편, 투사계(10)는, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 좌안 영상을 투사하는 좌안용 투사계(11)와, 우안 영상을 투사하는 우안용 투사계(12)를 포함할 수 있다. 또한, 시차 영상의 깊이에 따라 그 이상의 투사계가 더 포함될 수도 있다.

이때, 각 투사계(11, 12)는, 각각 좌안 영상 및 우안 영상을 투사하는 투사부(13)와, 이 투사부(13) 상에 위치하여 상을 조절하는 조명렌즈(14)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 이러한 투사부(13)는, 마이크로 디스플레이(micro display; MD)가 이용될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 입체 영상 디스플레이의 원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1에서, 각 투사계(11, 12)의 각각의 화소에서 투사된 주 광선들은 시차 영상을 발생시키기 위한 시차 영상 마스크(30)를 통과하여 스크린(20)에서 반사되고, 이러한 반사된 광선들은 다시 시차 영상 마스크(30)를 통과하여 사용자의 눈(41, 42)으로 입사한다.

도 1과 같이 좌안용 투사계(11)와 우안용 투사계(12)를 사용할 경우 좌안용 투사계(11)와 우안용 투사계(12)의 시차 영상 마스크(30)에 입사하는 각도 차이를 이용하여 각각의 투사계(11, 12)에서 나온 영상을 사용자의 좌안(41)과 우안(42)에 각각 입사하게 하여 3차원 영상을 구현할 수 있다.

이때, 통상적으로, 하나의 투사계를 사용할 경우는 시차 영상 마스크(30)를 배치하여도 3차원 영상을 구현하기 위한 시차를 발생시킬 수 없으나, 경우에 따라 서, 좌안 영상과 우안 영상을 혼합시킨 하나의 투사계를 이용하여 3차원 영상을 구현할 수도 있다.

도 5에서는 도 1과 같은 시스템을 스크린을 중심으로 거울상으로 다시 배치한 형상을 나타내고 있다. 즉, 스크린을 거울면(M)으로 하여 배치된 형상을 나타낸다.

즉, 반사형 스크린(20)을 사용한 투사계 시스템의 특징상, 도 1에서는 투사계(10)와 사용자가 스크린(20)의 좌측에 배치됨으로써 평면상에서 광선이 겹치는 것과 같이 도시되어 있지만 실제는 서로 상하방향으로 배치가 되어 광선의 중복은 발생하지 않는다.

이를 도 5를 이용하여 설명하면, 도 5에서 각각의 투사계(11, 12)에서 나온 광은 시차 영상 마스크(30)를 통과하여 스크린(20)에 도달하고, 이 스크린(20)에서 반사된 광은 다시 시차 영상 마스크(30)를 통과하여 사용자의 좌안(41)과 우안(42)에 전달된다.

이때, 좌안(41)과 우안(42)에 도달하는 광은 시차 영상 마스크(30)에 의하여 다른 픽셀의 혹은 다른 투사계에서 나온 영상을 보게 된다.

이와 같이, 서로 다른 영상을 갖는 2개 이상의 투사계와 시차 영상 마스크(30)를 이용하여 3차원 영상을 구현할 수 있다.

<제2실시예>

도 6에서 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 구성은, 좌안 영상과 우안 영상을 각각 투사하는 투사부(50)와, 이 투사부(50)에서 투사된 영상의 상이 맺히는 스 크린(60)으로 구성된다.

이때, 이 투사부(50)와 스크린(60) 사이에는 입체 영상이 구현될 수 있도록 시차 영상이 이루어지도록 하는 시차 영상 마스크로서, 투사부(50)에서 투사되는 좌안 영상과 우안 영상이 시청자의 좌안(81)과 우안(82)에서 각각 보이도록 렌즈 패턴(71)이 반복적으로 구성된 렌티큘라 렌즈(70)를 이용할 수 있다.

즉, 이러한 렌티큘라 렌즈(70)의 렌즈 패턴(71)은 좌안 영상과 우안 영상이 각각 시청자의 좌안(81)과 우안(82)에서 독립적으로 투사될 수 있도록 굴절 영역을 갖는다. 이러한 렌즈 패턴(71)은 제1실시예의 도 2 내지 도 4와 유사한 구성을 가질 수도 있다.

예를 들어, 렌즈의 굴절률이 가장 큰 영역이 제1실시예의 투명 영역에 배치되고, 렌즈의 굴절률이 가장 작은 영역(또는 굴절률이 역으로 되는 영역)이 제2실시예의 불투명 영역에 배치될 수 있다.

한편, 투사부(50)는 좌안용 투사계(51)와 우안용 투사계(52)로 이루어질 수 있으며, 기타 여기서 설명되지 않는 부분은 제1실시예와 동일하게 적용될 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 실시예의 작용을 설명한다.

도 7에서는 도 2와 마찬가지로 간단한 설명을 위하여 스크린에서 반사되어 전달되는 부분을 우측에 거울 이미지로 배치하였다.

도 7에서 스크린(60)의 검게 표시된 제1영역(61)은 좌안 영상용 투사계(51)에서 출사되어 스크린(60)에 결상된 좌안 영상 픽셀 영역이고, 스크린(60)의 나머지 제2영역(62)은 우안 영상용 투사계(52)에서 출사되어 스크린(60)에 결상된 우안 영상 픽셀로 구성된 부분이다.

이와 같이, 렌티큘라 렌즈(70)의 굴절률 차이에 의하여, 좌안용 투사계(51)에서 투사된 이미지는 스크린(60)을 거쳐 시청자의 좌안(81)에 전달되고, 우안용 투사계(52)에서 투사된 이미지는 스크린(60)을 거쳐 시청자의 우안(82)에 전달되는 것이다.

또한, 도 8과 도 9는 렌티큘라 렌즈(70)를 이용하여 3차원 영상을 구현하는 과정을 보다 상세하게 나타내기 위하여 좌안과 우안에 들어오는 영상을 각각 분리하여 도시하였다.

도 8에서 보면, 투사계(50)에서 투사된 빛 중에서 우안용 투사계(52)에서 투사된 빛이 렌티큘라 렌즈(70)를 통과하면서 스크린(60)의 제2영역(62)에 도달하는 것을 알 수 있다.

이와 같이 스크린(60)의 제2영역(62)을 통과한 빛은 다시 이 렌티큘라 렌즈(70)를 통과하여 사용자의 우안(82)에 도달하게 된다.

또한, 도 9에서 보면, 투사계(50)에서 투사된 빛 중에서 좌안용 투사계(51)에서 투사된 빛이 렌티큘라 렌즈(70)를 통과하면서 스크린(60)의 제1영역(61)에 도달하는 것을 알 수 있다.

이와 같이 스크린(60)의 제1영역(61)을 통과한 빛은 다시 이 렌티큘라 렌즈(70)를 통과하여 사용자의 좌안(81)에 도달하게 되는 것이다.

경우에 따라, 스크린(60)에서 반사된 빛은 렌티큘라 렌즈(70)를 통과하지 않고 직접 시청자의 좌안(81) 및 우안(82)에 도달할 수도 있다.

이때, 스크린(60)의 제1영역(61)과 제2영역(62)은 렌티큘라 렌즈(70)의 물체면(Object Surface)에 위치하여 서로 다른 물체고(Object Height)를 갖고 있으므로, 서로 다른 각도를 가지게 되어 시차(Parallax)가 발생하게 된다.

이와 같이, 렌티큘라 렌즈(70)의 주기적으로 분포되는 렌즈에 의한 빛의 굴절에 의하여 좌안용 투사계(51) 및 우안용 투사계(52)에서 투사된 이미지가 시청자의 좌안(81) 및 우안(82)에 독립적으로 도달하도록 함으로써 시청자는 입체감을 느끼며 영상을 시청할 수 있게 된다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도로서,

도 1은 제1실시예의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2 내지 도 4은 시차 영상 마스크의 각 실시예를 나타내는 도이다.

도 5는 도 1의 거울 이미지에 의한 구성을 나타내는 개략도이다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도로서,

도 6은 제2실시예의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 7은 도 6의 거울 이미지에 의한 구성을 나타내는 개략도이다.

도 8 및 도 9는 도 7의 좌안 및 우안 영상을 구분하여 도시한 개략도이다.

Claims (12)

1. 좌안 영상을 투사하는 좌안용 투사계와, 우안 영상을 투사하는 우안용 투사계를 포함하는 투사계;

   상기 좌안용 투사계 및 우안용 투사계에서 각각 투사되는 좌안 영상과 우안 영상이 투사되는 스크린; 및

   상기 투사계와 스크린 사이에 위치하며, 상기 좌안 영상과 우안 영상이 시청자의 좌안과 우안에서 각각 보이도록 교대로 위치하는 투명영역과 불투명영역을 포함하는 시차 영상 마스크를 포함하여 구성되고,

   상기 시차 영상 마스크는 상기 투명 영역과 불투명 영역이 사각 격자형 형상을 이루며, 시차 영상의 깊이에 따라 상기 투명 영역과 불투명 영역의 반복되는 위치가 서로 다르게 위치하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 시차 영상 마스크는, 다수의 슬릿을 포함하는 판인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 시차 영상 마스크는, 렌즈 패턴이 반복적으로 구성된 렌티큘라 렌즈인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 시차 영상 마스크의 상기 사각 격자형 형상은 직사각형 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
5. 제 1항에 있어서, 상기 시차 영상 마스크는, 시차 영상의 깊이가 2 이상이 되도록 직사각형 격자형 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
6. 좌안 영상을 투사하는 좌안용 투사계와, 우안 영상을 투사하는 우안용 투사계를 포함하는 투사계;

   상기 투사계의 좌안 영상과 우안 영상이 시청자의 좌안과 우안에서 각각 보이도록 교대로 위치하는 투명영역과 불투명영역을 포함하는 시차 영상 마스크를 포함하여 구성되고,

   상기 시차 영상 마스크는 상기 투명 영역과 불투명 영역이 사각 격자형 형상을 이루며, 시차 영상의 깊이에 따라 상기 투명 영역과 불투명 영역의 반복되는 위치가 서로 다르게 위치하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
7. 제 6항에 있어서, 상기 시차 영상 마스크의 상기 사각 격자형 형상은 직사각형 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
8. 제 6항에 있어서, 상기 투사계는,

   각각 좌안 영상 및 우안 영상을 투사하는 투사부와;

   상기 투사부 상에 위치하는 조명렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
9. 제 8항에 있어서, 상기 투사부는, 마이크로 디스플레이인 것을 특징으로 3차원 영상 프로젝션 시스템.
10. 제 6항에 있어서, 상기 시차 영상 마스크는, 다수의 슬릿을 포함하는 판인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
11. 제 6항에 있어서, 상기 시차 영상 마스크는, 렌즈 패턴이 반복적으로 구성된 렌티큘라 렌즈인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.
12. 제 6항에 있어서, 시차 영상의 깊이가 2 이상이 되도록 직사각형 격자형 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 프로젝션 시스템.

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