KR101451565B1 - 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템 - Google Patents

비안경식 입체영상 디스플레이 시스템 Download PDF

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Abstract

비안경식 입체영상 디스플레이 시스템이 개시되어 있다. 개시된 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템은 적어도 2개의 영역으로 분할되는 복수의 디스플레이 영역을 가지며, 각 디스플레이 영역별로 좌안용 영상과 우안용 영상이 교대로 디스플레이되는 영상 패널; 영상 패널 앞에 이격되어, 투명 상태와 불투명 상태 사이에서 스위칭되는 적어도 3개의 셔터 세그먼트가 배열되는 것으로, 영상 패널에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 관찰자의 좌안과 우안으로 가이드하는 광 셔터; 및 영상 패널에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상에 동기되어 상기 광 셔터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비안경식 입체영상 디스플레이 시스템{Autostereoscopic display system}
본 발명은 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 관찰자의 좌안과 우안으로 가이드하는 광학 구성을 단순화한 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
CRT, PDP, 프로젝션 디스플레이와 같은 화상패널을 이용하여 3차원 이미지를 디스플레이 할 수 있는 방법으로는 스테레오스코픽 방식의 이미지(stereoscopic image)를 디스플레이하는 방법이 있다. 이러한 스테레오스코픽 방식의 이미지를 보기 위해서는, 영상 패널에 인접하여 패럴랙스 배리어를 배치하거나, 관찰자가 셔터 안경을 착용하여야 한다.
도 1은 종래의 패럴랙스 배리어 방식의 입체 영상 디스플레이 장치의 일례를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 패럴랙스 배리어 방식의 입체 영상 디스플레이 장치는 영상 패널(10)과, 그 앞에 배치되는 패럴랙스 배리어(20)를 포함한다. 영상 패널(10)의 세로 화소열은, 교대로 좌안용 영상과 우안용 영상을 표시한다. 예를 들어 홀수번째 세로 화소열은 좌안용 영상을 표시하고, 짝수번째 세로 화소열은 우안용 영상을 표시한다. 패럴랙스 배리어(20)는 세로로 긴 스트라이프 형상의 광 투과영역(20a)과 광 차단영역(20b)이 교대로 배열되어 있으며, 교대로 배열되는 광 투과영역(20a)과 광 차단영역(20b)은 영상 패널(10)의 세로 화소열에 일대일 대응된다. 이와 같은 구성에서, 영상 패널(10)의 좌안용 영상과 우안용 영상은, 패럴랙스 배리어(20)를 거치면서 소정의 방향성을 갖고 디스플레이되어, 각각 관찰자의 좌안과 우안을 향하게 된다. 영상 패널(10)의 총 화소 중에서 반은 좌안용 영상을 표시하는데 사용되고, 나머지 반은 우안용 영상을 표시하는데 사용되므로, 입체 영상의 해상도는 영상 패널(10)의 평면 영상의 해상도의 반에 해당된다. 만일, 영상 패널(10)의 평면 영상의 해상도를 그대로 입체 영상의 해상도로 사용하고자 한다면, 패럴랙스 배리어(20)의 광 투과영역(20a)과 광 차단영역(20b)를 교대로 바꾸어주는 능동형 광 셔터를 패럴랙스 배리어(20)로 사용할 수 있다.
도 2는 종래의 안경 방식의 입체 영상 디스플레이 시스템의 일례를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 좌안용 영상과 우안용 영상을 교대로 디스플레이하는 영상 패널(50)과, 영상 디스플레이에 동기되어 좌안 또는 우안을 순차적으로 차단하는 셔터 안경(shutter-glasses)(60)을 포함한다. 셔터 안경(60)은 액정(61)을 사이에 두고, 그 양면에 투명 전극(62,63,63)을 배치한 구조로 되어 있다. 셔터 안경(60)은, 전압 인가 여부에 따라 액정의 투과되는 편광이 달라지는 성질을 이용하여 광을 차단 또는 투과시킨다. 이와 같은 구성에서, 셔터 안경은 영상 패널(50)의 수직 동기 신호에 동기되어 작동하며, 관찰자는 영상 패널(50)에 교대로 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 교대로 볼 수 있게 된다.
그런데, 종래의 패럴랙스 배리어 방식의 경우, 패럴랙스 배리어의 크기가 영상 패널의 크기와 거의 비스하게 제작되어야 하므로, 대화면의 입체 영상을 구현하고자 한다면, 대화면의 영상 패널에 준하여 패럴랙스 배리어의 크기도 커져야 하며, 이에 따라 제조비용이 증가하게 된다. 또한, 패럴랙스 배리어의 교대로 배열되는 광 투과영역과 광 차단영역은 영상 패널의 각 화소와 정확하게 대응되도록 배치되어야 한다. 나아가, 영상 패널의 면이 평판이 아니거나, 화소의 위치가 정확하게 정의되지 않는다면, 종래의 패럴랙스 배리어 방식의 영상 패널로 사용되는 것이 곤란하다.
또한, 안경 방식의 방식의 경우, 사용자, 즉 관찰자가 셔터 안경과 같은 안경을 착용하여야 한다는 문제점이 있다.
이에 본 발명은, 안경을 착용하지 않으면서도, 종래의 패럴랙스 배리어보다 그 구조가 단순한 광 셔터를 채용한 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템은, 적어도 2개의 영역으로 분할되는 복수의 디스플레이 영역을 가지며, 각 디스플레이 영역별로 좌안용 영상과 우안용 영상이 교대로 디스플레이되는 영상 패널; 상기 영상 패널 앞에 이격되어, 투명 상태와 불투명 상태 사이에서 스위칭되는 적어도 3개의 셔터 세그먼트가 배열되는 것으로, 상기 영상 패널에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 관찰자의 좌안과 우안으로 가이드하는 광 셔터; 및 상기 영상 패널에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상에 동기되어 광 셔터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분할되는 복수의 디스플레이 영역은 가로 방향으로 분할되며, 상기 셔터 세그먼트는 가로 방향으로 배열될 수 있다.
상기 광 셔터의 셔터 세그먼트 개수를 N이라 할 때, 상기 분할되는 디스플레이 영역의 개수는 N-1일 수 있다.
상기 광 셔터의 가로 길이는 상기 영상 패널에 디스플레이되는 영상의 가로 길이와 같거나 그보다 작을 수 있다.
상기 광 셔터의 외측에 위치하는 셔터 세그먼트의 폭은 상기 광 셔터의 내측에 위치하는 셔터 세그먼트의 폭과 같거나 그보다 클 수 있다.
상기 영상 패널은, LCD 패널, OLED 패널, PDP 패널, 프로젝션 스크린, FED 패널, CRT 디스플레이 중 어느 하나일 수 있다.
상기 영상 패널이 라인별로(line-by-line) 영상을 디스플레이하는 패널인 경우, 상기 셔터 세그먼트 각각은, 상기 영상 패널의 디스플레이되는 영상 라인의 스캐닝을 추종하며 스위칭될 수 있도록, 상기 영상 라인의 스캐닝 방향으로 분할되는 복수개의 수평 서브 세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 셔터 세그먼트 각각에 포함된 수평 서브 세그먼트의 개수는 상기 영상 패널의 영상 라인 수와 같거나 그보다 작을 수 있다. 가령, 상기 셔터 세그먼트 각각에 포함된 수평 서브 세그먼트의 개수는 수 개 내지 수십 개가 될 수 있다.
상기 셔터 세그먼트 각각은, 수평 방향으로 분할되어 독립적으로 스위칭 될 수 있는 복수개의 수직 서브 세그먼트의 그룹으로 이루어질 수 있다.
관찰자의 움직임을 추종하는 위치 추적 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 위치 추적 센서에서 검출되는 관찰자의 위치 변화에 따라 상기 복수개의 수직 서브 세그먼트를 재그룹핑하여, 상기 셔터 세그먼트들 사이의 경계선을 이동시킬 수 있다.
상기 영상 패널은, 상기 적어도 2개의 영역으로 분할되는 디스플레이 영역의 총 크기가 디스플레이 될 수 있는 전체 영역의 크기보다 작을 수 있다.
관찰자의 움직임을 추종하는 위치 추적 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 위치 추적 센서에서 검출되는 관찰자의 위치 변화에 따라, 상기 적어도 2개의 디스플레이 영역의 위치를 이동시킬 수 있다.
상기와 같은 과제해결수단에 의하여 본 발명에 따른 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 안경을 쓰지 않으면서 입체영상을 볼 수 있다.
둘째, 광 셔터의 크기를 영상 패널의 크기보다 작게 할 수 있으므로, 제조비용을 절감시킬 수 있다.
셋째, 광 셔터의 셔터 세그먼트의 개수는 영상 패널의 세로 화소열의 수보다 훨씬 작으므로, 제조비용을 저감시킬 수 있다.
넷째, 광 셔터의 셔터 세그먼트는 영상 패널의 세로 화소열과 정확히 매칭될 필요가 없다.
다섯째, 영상 패널의 종류가 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은, 영상 패널(110)과, 광 셔터(120)와, 제어부(190)를 포함한다.
영상 패널(110)은 입체 영상을 구성하는 좌안용 영상과 우안용 영상을 디스플레이하는 장치로서, LCD 패널, OLED 패널, PDP 패널, 프로젝션 스크린, FED 패널, CRT 디스플레이 등의 통상의 디스플레이 패널이 사용될 수 있다. 본 실시예의 영상 패널(110)은 점 주사 방식, 선 주사 방식, 면 주사 방식 등의 주사 방식과는 무관하게 채용될 수 있다. 본 실시예의 영상 패널(110)의 디스플레이 면(111)은 평면에 한정되지 않으며, CRT 디스플레이와 같은 곡면이어도 무방하다. 나아가, 도시된 영상 패널(110)은 직사각형의 형상을 가지고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 아케이드 게임 기기, 주행 및 비행 시뮬레이션 기기 등에 사용될 수 있는 다양한 형상이 가능하다.
이러한 영상 패널(110)의 디스플레이 면(111)은 제1 및 제2 디스플레이 영역(112,113)으로 분할되며, 각 디스플레이 영역(112,113)별로 좌안용 영상과 우안용 영상이 교대로 디스플레이된다. 제1 및 제2 디스플레이 영역(112,113)은 관찰자의 좌우 시야에 대응되어, 좌우로 방향으로 분할되므로, 그 경계선은 세로로 놓인다. 영상 패널(110)의 구체적인 디스플레이 방식은 도 6a 내지 도 7b를 참조하여 후술하기로 한다.
광 셔터(120)는 영상 패널(110)과 관찰자 사이에 배치되어 상기 영상 패 널(110)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 관찰자의 좌안과 우안으로 가이드하는 것으로, 영상 패널(110)과 이격되게 배치된다. 이러한 광 셔터(120)는, 투명 상태와 불투명 상태 사이에서 스위칭되는 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(121,122,123)가 가로 방향으로 배열되어 구성된다. 광 셔터(120)의 최소 사이즈는 도면에 도시된 바에서 이해될 수 있듯이 영상 패널(110)과 광 셔터(120)와의 위치관계에 의해 결정될 수 있다. 광 셔터(120)의 폭(A)이나 높이(H)는 관찰자의 움직임을 고려하여, 허용되는 최소 사이즈보다 더 넓게 할 수 있다. 이때, 광 셔터(120)의 폭(A)이나 높이(H)는, 도면에서 이해될 수 있듯이 상기 영상 패널(110)의 폭이나 높이와 같거나 그보다 더 작게 설계될 수 있다. 1 내지 제3 셔터 세그먼트(121,122,123)의 수평 방향 폭에 대한 구체적인 설명은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다. 도 3에서 영상 패널(110)에 디스플레이되는 영상과 광 셔터(120)의 상태는 일례이다.
제어부(190)은 상기 영상 패널(110)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상에 동기되어 광 셔터(120)를 제어한다. 제어부(190)의 광 셔터(120) 제어는 영상 패널(110)의 구체적인 디스플레이와 함께, 도 6a 내지 도 7b를 참조하여 후술하기로 한다.
도 4a는 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 사용되는 광 셔터의 일 실시예를 보여주는 도면이다. 도 3과 도 4a를 참조하면, 본 실시예의 광 셔터(120)는 편광 방향(131a,138a)이 서로 직교하는 제1 및 제2 편광판(131,138)과 그 사이에 개재되는 액정 스위치(133)를 포함할 수 있다. 액정 스위치(133)는 광 셔터(120)의 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(121,122,123)에 대응되는 제1 내지 제3 액정셀(134,135,136)을 포함할 수 있다. 각 액정셀(134,135,136)은 수직 방향으로 긴 스트라이프 형상을 가지며, 독립적으로 온/오프 구동될 수 있다. 이러한 액정 스위치(133)는 액정셀(134,135,136)의 형상에 대응되는 투명 전극과 그 사이에 배치되는 액정으로 이루어질 수 있다. 가령, 액정셀(134,135,136)이 온(on) 되면, 투과되는 광의 편광 방향이 수직하게 바뀌고, 액정셀(134,135,136)이 오프(off) 되면, 투과되는 광의 편광 방향이 그대로 유지되게 할 수 있다. 액정셀(134,135,136)이 온/오프됨에 따라, 제1 편광판(131)을 투과하는 광은 제2 편광판(138)을 투과하거나 차단되게 된다.
도 4b는 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 사용되는 광 셔터의 다른 실시예를 보여주는 도면이다. 도 3과 도 4b를 참조하면, 본 실시예의 광 셔터(120)는 제1 및 제2 편광판(141,145)과 그 사이에 개재되는 액정 스위치(143)를 포함할 수 있다. 액정 스위치(143)는 액정과 그 양면에 배치되는 투명 전극으로 이루어질 수 있으며, 온/오프됨에 따라 투과되는 광의 편광 방향이 수직하게 바뀌거나 그대로 유지되게 할 수 있다. 제2 편광판(145)은 광 셔터(120)의 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(121,122,123)에 대응되는 제1 내지 제3 편광 세그먼트(146,147,148)을 가지고 있을 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 편광 세그먼트(146,147,148)는 그 편광 방향(145a,145b,145c)이 서로 다르게 배치된다. 가령, 제1 및 제3 편광 세그먼트(146,148)의 편광 방향(145a,145c)은 액정 스위치(144)가 온(on) 되었을 때 투과되는 광의 편광 방향과 같도록 할 수 있으며, 제2 편광 세그 먼트(147)의 편광 방향(145b)은 액정 스위치(144)가 오프(off) 되었을 때 투과되는 광의 편광 방향과 같도록 할 수 있다. 즉, 제1 및 제3 편광 세그먼트(146,148)의 편광 방향(145a,145c)과 제2 편광 세그먼트(147)의 편광 방향(145b)은 서로 수직하게 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 편광판(141)과 액정 스위치(143)를 통과한 광은 액정 스위치(143)의 온/오프에 따라 제1 및 제3 편광 세그먼트(146,148)을 통과하거나 제2 편광 세그먼트(147)을 통과하게 된다.
도 5는 도 3의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템의 광학 요소들간의 위치 관계를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하여, 광 셔터(120)의 위치 관계를 설명하기로 한다.
본 실시예와 같이 광 셔터(120)가 3개의 셔터 세그먼트(121,122,123)로 분할되는 경우, 영상 패널의 디스플레이 면(111)과 광 셔터(120)와의 위치 관계는 하기의 수학식 1로 주어진다.
Figure 112008010806490-pat00001
여기서, L1은 영상 패널의 디스플레이 면(111)과 광 셔터(120) 사이의 거리, L2는 상기 광 셔터(120)와 관찰자 사이의 거리, B는 관찰자의 양안거리, W는 상기 영상 패널의 디스플레이 면(111)의 가로 길이를 나타낸다. 도면에서, 선 P는 관찰자의 좌안(OL)과 우안(OR)이 놓인 선을 나타내며, L은 영상 패널의 디스플레이 면(111)과 선분 P와의 거리 즉, 영상 패널과 관찰자 사이의 거리를 나타낸다. N은 디스플레이 면(111)의 정중앙에서의 법선 선분을 나타낸다. 상기 수학식 1은 관찰자가 영상 패널의 디스플레이 면(111)의 정중앙에서 거리 L만큼 떨어진 위치에 있을 때 만족한다.
상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 영상 패널의 디스플레이 면(111)이 2개의 디스플레이 영역(112,113)으로 나누어지고, 광 셔터(120)가 3개의 셔터 세그먼트(121,122,123)로 나누어지는 경우, 거리 L1과 L2의 비는 디스플레이되는 디스플레이 면(111)의 가로 길이 W와 관찰자의 양안 거리 B에 의해 결정됨을 볼 수 있다. 또한, 영상 패널의 디스플레이 면(111)과 광 셔터(120) 사이의 거리 L1이 결정되면, 관찰자의 위치, 즉 광 셔터(120)와 관찰자 사이의 거리 L2도 결정되어짐을 볼 수 있다. 예를 들어, 아케이드 게임기기, 주행 및 비행 시뮬레이션 기기, 원격 조작 기기 등의 경우, 사용자는 통상 좌석 등에 의하여 그 위치가 미리 정해지므로, 상기 수학식 1을 통해 영상 패널(110), 광 셔터(120) 및 관찰자의 위치를 적절하게 설계할 수 있을 것이다. 가령, 주행 및 비행 시뮬레이션 기기에 있어서, 콕핏(cockpit)의 창에 광 셔터(120)를 부착할 수 있으며, 이 경우, 좌석과의 위치 관계를 고려하여 영상 패널(110)의 위치를 적절히 설계할 수 있을 것이다. 만일, 영상 패널(도 3의 110)과 광 셔터(120)가 하나의 시스템으로 제조되어, 그 위치가 미리 결정되어지면, 관찰자가 입체 영상을 볼 수 있는 최적의 위치는 상기 수학식 1로 결정될 수 있다. 나아가, 영상 패널(110) 또는 광 셔터(120)의 위치를 자동 또는 수동으로 제어할 수 있다면, 별도의 관찰자 위치 추적 센서를 구비함으로써, 관찰자의 위치를 검출하여 최적의 위치에 영상 패널(110) 또는 광 셔터(120)를 배치 할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 디스플레이 면(111)의 가로 길이 W가 103cm이고, 양안 거리 B가 6.5cm이고, 영상 패널의 디스플레이 면(111)과 광 셔터(120) 사이의 거리 L1이 300cm인 경우, 광 셔터(120)와 관찰자 사이의 거리 L2는 37.9cm로 주어진다.
한편, 광 셔터(120)의 중앙에 위치한 제2 셔터 세그먼트(122)의 가로 방향의 폭 A2는 하기의 수학식 2를 만족한다.
Figure 112008010806490-pat00002
상기 수학식 2 역시, 관찰자가 영상 패널의 디스플레이 면(111)의 정중앙에서 소정 거리 이격된 위치에 있을 때 만족한다. 예를 들어, 디스플레이 면(111)의 가로 길이 W가 103cm이고, 양안 거리 B가 6.5cm인 경우, 제2 셔터 세그먼트(122)의 폭 A2는 5.77cm로 주어진다.
상기 수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 영상 패널의 디스플레이 면(111)이 2개의 디스플레이 영역(112,113)으로 나누어지고, 광 셔터(120)가 3개의 셔터 세그먼트(121,122,123)로 나누어지는 경우, 제2 셔터 세그먼트(122)의 가로 방향의 폭 A2는 디스플레이되는 디스플레이 면(111)의 가로 길이 W와 관찰자의 양안 거리 B에 의해 결정됨을 볼 수 있다. 한편, 제1 및 제3 셔터 세그먼트(121,123)의 가로 방향의 폭 A1, A3은 A2와 같거나 클 수 있다. 즉, 제2 셔터 세그먼트(122)의 외곽 에 배치되는 제1 및 제3 셔터 세그먼트(121,123)는 그 폭 A1, A3에 여유분을 둘 수 있으며, 이와 같은 여유분은 관찰자가 좌우로 약간씩 이동할 때 화상이 잘리는 것을 방지한다.
도 6a 및 도 6b는 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 위해 마련되는 입체 영상의 일례이며, 도 7a 및 도 7b는 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 표시되는 입체 영상의 순차적인 도면이다.
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은 입체 영상을 디스플레이하기 위해 마련된 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 좌측 부분(ILL, IRL)과 우측 부분(ILR, IRR)으로 분할한다. 이때, 좌안용 영상과 우안용 영상 각각은, 관찰자의 양안 거리만큼 이격된 상태에서 보여지는 영상이다. 이와 같은 영상이 좌안과 우안 각각에 인식됨으로써, 관찰자는 입체 영상을 느끼게 된다.
좌우측 부분으로 분할된 좌안용 영상과 우안용 영상은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 순차적으로 디스플레이된다. 가령, 먼저 도 7a에 도시된 바와 같이 좌안용 영상의 좌측 부분(ILL)과 우안용 영상의 우측 부분(IRR)을 영상 패널의 디스플레이 면(111)에 디스플레이 한다. 이때 제어부(도 3의 190)는 광 셔터(120)를 도 7a의 우측에 도시된 바와 같이 제어한다. 이 경우, 도 7a와 도 5를 참조하면, 좌안용 영상의 좌측 부분(ILL)은 관찰자의 좌측 눈(OL)을 향하게 되고, 우안용 영상의 우측 부분(IRR)은 관찰자의 우측 눈(OR)을 향하게 된다. 다음으로 도 7b에 도시된 바와 같이 우안용 영상의 좌측 부분(IRL)과 좌안용 영상의 우측 부분(ILR)을 영상 패널의 디스플레이 면(111)에 디스플레이 한다. 이때, 제어부(190)는 광 셔터(120)를 도 7b의 우측에 도시된 바와 같이 제어한다. 이 경우, 도 7b와 도 5를 참조하면, 우안용 영상의 좌측 부분(IRL)은 관찰자의 우측 눈(OR)을 향하게 되고, 좌안용 영상의 우측 부분(ILR)은 관찰자의 우측 눈(OL)을 향하게 된다. 이와 같이 각 디스플레이 영역(112,113)은 좌안용 영상과 우안용 영상을 교대로 디스플레이하며, 제어부(190)는 이에 대응되어 광 셔터(120)를 제어함으로써, 양안 시차를 이용한 입체 영상을 구현할 수 있다.
본 실시예에서 광 셔터(120)의 셔터 세그먼트(121,122,123)의 개수는 영상 패널(110)의 세로 화소열의 개수와는 무관하며, 셔터 세그먼트(121,122,123)의 배치는, 영상 패널(110의 세로 화소열과 매칭될 필요가 없다. 나아가, 관찰자가 정 위치에서 약간 움직이더라도, 좌안용 영상과 우안용 영상이 엇바뀌어 인식되는 고스트 영상은 셔터 세그먼트(121,122,123)의 경계선 근방에서만 일어나므로, 고스트 영상에 의한 화질 저하가 상대적으로 작을 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은, 영상 패널(210)과, 광 셔터(220)와, 제어부(290)를 포함한다. 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은, 라인별로 영상을 디스플레이하는 영상 패널(210) 을 채용한다는 점과, 라인별 스캐닝에 대응하는 광 셔터(220)를 구비한다는 점을 제외하고는, 도 3 내지 도 7b를 참조하여 설명한 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템과 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
본 실시예의 영상 패널(210)은 입체 영상을 구성하는 좌안용 영상과 우안용 영상을 라인별로(line by line) 디스플레이하는 장치로서, 영상을 선 주사(line scanning)하는 LCD 패널, OLED 패널, PDP 패널, FED 패널 등이 채용될 수 있다. 나아가, 점 주사하는 CRT 디스플레이 등의 경우에도 본 실시예는 적용될 수 있을 것이다.
본 실시예의 영상 패널(210)은 전술한 실시예와 마찬가지로 디스플레이 면(211)은 제1 및 제2 디스플레이 영역(212,213)으로 분할되며, 각 디스플레이 영역(212,213)별로 좌안용 영상과 우안용 영상이 교대로 디스플레이된다. 다만, 제1 및 제2 디스플레이 영역(212,213) 각각에서 라인별로 영상이 디스플레이됨에 따라, 제1 및 제2 디스플레이 영역(212,213) 각각에서 좌안용 영상과 우안용 영상이 동시간대에 디스플레이될 수 있다. 도 8에는 제1 디스플레이 영역(212)에 우안용 영상 중 좌측 부분과 좌안용 영상 중 좌측 부분이 동시에 디스플레이되고 있으며, 제2 디스플레이 영역(213)에 좌안용 영상 중 우측 부분과 우안용 영상 중 우측 부분이 동시에 디스플레이되고 있는 경우가 도시되고 있는 경우를 보여준다. 화살표 219는 라인별로 디스플레이되는 영상이 하방으로 스캐닝되는 것을 표시한다.
광 셔터(220)는 영상 패널(210)과 관찰자 사이에 배치되어 상기 영상 패널(210)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 관찰자의 좌안과 우안으로 가이드하는 것으로, 영상 패널(210)과 이격되게 배치된다. 이러한 광 셔터(220)는, 투명 상태와 불투명 상태 사이에서 스위칭되는 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(221,222,223)가 가로 방향으로 배열되어 구성된다. 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(221,222,223) 각각은 복수의 수평 서브 세그먼트를 포함하며, 영상 패널(210)의 라인별 디스플레이에 대응되어 구동된다. 광 셔터(220)의 구체적인 실시예는 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
제어부(290)는 상기 영상 패널(210)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상에 동기되어 광 셔터(220)를 제어한다. 제어부(290)의 광 셔터(220) 제어는 영상 패널(210)의 구체적인 디스플레이와 함께, 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 후술하기로 한다.
도 9는 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 사용되는 광 셔터의 일 실시예를 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예의 광 셔터(도 8의 220)는 편광 방향(231a,238b)이 서로 직교하는 제1 및 제2 편광판(231,238)과 그 사이에 개재되는 액정 스위치(233)를 포함할 수 있다. 액정 스위치(233)는 수직 방향으로 긴 스트라이프 형상을 가지는 제1 내지 제3 액정셀(234,235,236)을 포함하며, 제1 내지 제3 액정셀(234,235,236)는 제1 및 제2 편광판(231,238)과 함께 광 셔터(220)의 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(221,222,223)를 이룬다.
할 수 있다. 제1 내지 제3 액정셀(234,235,236) 각각은 복수의 수평 서브 액정 셀(S11, S12, …, S1K -1, S1K, S21, S22, …, S2K -1, S2K, S31, S32,…)을 포함하며, 각 수평 서브 액정 셀(S11, S12, …, S1K -1, S1K, S21, S22, …, S2K -1, S2K, S31, S32,…)은 제1 및 제2 편광판(231,238)과 함께 광 셔터(220)의 수평 서브 세그먼트를 이룬다. 각 액정셀(234,235,236)에서 분할되는 수평 서브 액정 셀(S11, S12, …, S1K -1, S1K, S21, S22, …, S2K -1, S2K, S31, S32,…)의 개수는 영상 패널(도 8의 210)의 수평 영상 라인의 수와 같거나 그보다 작게 설계된다. 이와 같이 분할되는 수평 서브 액정 셀(S11, S12, …, S1K -1, S1K, S21, S22, …, S2K -1, S2K, S31, S32,…)의 개수는 사람의 인지 능력을 고려하여 수 개 내지 수십 개로 적절하게 선택될 수 있다. 복수의 수평 서브 액정 셀(S11, S12, …, S1K -1, S1K, S21, S22, …, S2K -1, S2K, S31, S32,…)은 독립적으로 온/오프 구동되는 것으로, 투명 전극과 그 사이에 배치되는 액정으로 이루어질 수 있다. 복수의 수평 서브 액정 셀(S11, S12, …, S1K -1, S1K, S21, S22, …, S2K -1, S2K, S31, S32,…)은, 가령 온(on) 되면, 투과되는 광의 편광 방향을 수직하게 바꾸며, 오프(off) 되면, 투과되는 광의 편광 방향을 그대로 유지시키게 할 수 있다. 이와 같이 액정 스위치(233)의 온/오프에 따라, 제1 편광판(231)을 투과하는 광은 제2 편광판(238)을 투과하거나 차단되게 된다.
도 10a 내지 도 10c는 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 표시되는 입체 영상의 순차적인 도면이다. 본 실시예에서 디스플레이되는 영상은 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 좌안용 영상과 우안용 영상과 실질적으로 동일하다. 다만, 도 10a 내지 도 10c에서 도시하듯이, 제1 디스플레이 영역(212)에 교 대로 디스플레이되는 좌안용 영상의 좌측 부분(ILL)과 우안용 영상의 좌측 부분(IRL)이 라인별로 디스플레이되고, 제2 디스플레이 영역(213)에 교대로 디스플레이되는 우안용 영상의 우측 부분(IRR)과 좌안용 영상의 우측 부분(ILR)이 라인별로 디스플레이된다.
도 10a 내지 도 10c의 우측에 도시되듯이 라인별로 디스플레이되는 영상이 하방(159)으로 스캐닝될 때, 제어부(도 8의 290)는 라인별로 스캐닝되는 영상에 대응되도록 광 셔터(220)의 개별 수평 서브 세그먼트를 구동 제어한다.
본 실시예는, 광 셔터(220)의 각 셔터 세그먼트(211,212,213)를 라인별 스캐닝되는 영상에 동기시켜 수직 방향으로 순차구동시킴으로써, 각 디스플레이 영역(212,213)에서 좌안용 영상과 우안용 영상이 동시간에 표시됨으로써 발생될 수 있는 크로스 토크에 의한 화질 저하를 억제시킬 수가 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은, 영상 패널(310)과, 광 셔터(320)와, 관측자 위치 추적 센서(380)와, 제어부(390)를 포함한다. 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은, 관측자의 움직임을 고려하여, 광 셔터(320)의 셔터 세그먼트(321,322,323)의 위치를 변경시킨다는 점을 제외하고는, 도 3을 참조하여 설명한 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템과 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
본 실시예의 광 셔터(320)는 투명 상태와 불투명 상태 사이에서 스위칭되는 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(321,322,323)가 가로 방향으로 배열되어 구성된다. 상기 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(321,322,323)는 다수의 수직 서브 세그먼트로 이루어져 그 위치가 관측자의 움직임에 대응하여 능동적으로 변경될 수 있도록 구성된다.
본 실시예는 라인별로 영상이 디스플레이되는 경우를 전제하고 있지 않으나, 만일 영상 패널(310)이 라인별로 영상을 디스플레이하는 경우라면, 광 셔터(320)의 각 수직 서브 세그먼트는, 라인별 영상 스캐닝에 동기되어 상하 방향으로 순차적으로 구동될 수 있도록, 도 8을 참조하여 설명한 실시예와 유사하게 복수의 수평 서브 세그먼트를 포함하는 구성도 가능할 것이다.
제어부(390)는 상기 영상 패널(310)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상에 동기되어 광 셔터(320)를 제어한다. 나아가, 제어부(390)의 광 셔터(320) 제어는 관측자의 움직임에 대응하여 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(321,322,323)의 위치를 변경시킨다. 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(321,322,323) 위치 변경은 도 13을 참조하여 후술하기로 한다.
도 12은 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 사용되는 광 셔터의 일례를 보여주는 도면이다. 도 12를 참조하면, 본 실시예의 광 셔터(도 11의 320)는 편광 방향(331a,338a)이 서로 직교하는 제1 및 제2 편광판(331,338)과 그 사이에 개재되는 액정 스위치(333)를 포함할 수 있다. 액정 스위치(333)는 독립 적으로 구동될 수 있는 다수의 수직 액정 셀(S1, S2, S3, …, SM)을 포함한다. 상기 수직 액정 셀(S1, S2, S3, …, SM)의 개수는 수 개 내지 수백 개가 될 수 있다. 이러한 수직 액정 셀(S1, S2, S3, …, SM)은 그룹핑되어, 광 셔터(320)의 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(321,322,323) 단위로 구동될 수 있다. 각 수직 액정 셀(S1, S2, S3, …, SM)은 독립적으로 온/오프 구동되는 것으로, 투명 전극과 그 사이에 배치되는 액정으로 이루어질 수 있다. 복수의 수직 액정 셀(S1, S2, S3, …, SM)은, 가령 온(on) 되면, 투과되는 광의 편광 방향을 수직하게 바꾸며, 오프(off) 되면, 투과되는 광의 편광 방향을 그대로 유지시키게 할 수 있다. 이와 같이 액정 스위치(333)의 온/오프에 따라, 제1 편광판(331)을 투과하는 광은 제2 편광판(338)을 투과하거나 차단되게 된다.
도 13은 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템의 광학 요소들간의 위치 관계를 보여주는 도면이다. 도 13을 참조하여, 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(321,322,323)의 위치 관계를 설명하기로 한다.
관찰자(O)가 영상 패널의 디스플레이 면(311)의 정중앙에서 거리 L만큼 떨어진 위치에 있을 때에, 광 셔터(320)는 도 5 및 수학식 1,2를 참조하여 설명한 위치 관계를 만족한다. 도 13은 관찰자(O´)가 영상 패널의 디스플레이 면(311)의 수평 방향으로 거리 D만큼 움직이는 경우, 즉 관찰자(O´)의 좌안(OL´)과 우안(OR´)이 선분 P를 따라 거리 D만큼 움직이는 경우의 광 셔터(320)의 위치 관계를 보여주고 있다. 이동된 관찰자(O´)의 좌안(OL´)이 제1 디스플레이 영역(312)을 볼 때의 영상이 경유하는 위치는 이동전 관찰자(O)의 좌안(OL)이 제1 디스플레이 영역(312)을 볼 때의 영상이 경유하는 위치와 차이가 있으므로, 이에 대응하여 광 셔터(320)의 제1 셔터 세그먼트(321)는 그 폭이 A1´으로 변경되게 된다. 이와 마찬가지로 제3 셔터 세그먼트(323)의 폭도 A3´으로 변경된다. 이와 같은 제1 및 제3 셔터 세그먼트(321, 323)의 폭 변동량 ΔA는 하기의 수학식 3으로 주어진다.
Figure 112008010806490-pat00003
여기서, L1, L2는 전술한 수학식 1에서의 값과 같으며, A1, A2는 도 5에 도시된 제1 및 제3 셔터 세그먼트(321, 323)의 폭으로 보았다. 한편, 제2 셔터 세그먼트(322)의 폭 A2´은 전술한 수학식 2에서의 A2와 같다. 다만, 제1 및 제3 셔터 세그먼트(321, 323)의 폭이 변동됨에 따라, 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(321,322,323) 사이의 경계선이 관찰자(O,O´)의 이동 방향으로 ΔA만큼 이동하게 된다.
상기 수학식 3에서 알 수 있는 바와 같이, 관찰자(O,O´)가 움직이는 경우를 대비하여, 광 셔터(320)의 가로 방향의 길이는 제2 셔터 세그먼트(322)의 폭 A2´의 3배 보다 크게 할 수 있다. 즉, 제2 셔터 세그먼트(322)의 외곽에 배치되는 제1 및 제3 셔터 세그먼트(321,323)는 그 폭 A1´, A3´ 여유분을 둘 수 있으며, 이와 같은 여유분은 관찰자가 좌우로 이동할 때, 제1 내지 제3 셔터 세그먼트(321,322,323)가 이동될 수 있도록 한다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은, 영상 패널(410)과, 광 셔터(420)와, 관측자 위치 추적 센서(480)와, 제어부(490)를 포함한다. 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은, 관측자의 움직임을 고려하여, 영상 패널(410)의 각 디스플레이 영역(413,414)의 위치를 변경시킨다는 점을 제외하고는, 도 11을 참조하여 설명한 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템과 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
본 실시예의 영상 패널(410)은 디스플레이할 수 있는 면(411)이 디스플레이하고 있는 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)보다 크다는 점을 제외하고는 도 3을 참조하여 설명한 영상 패널(110)과 실질적으로 동일하다.
영상 패널(410)의 디스플레이 면(411)은 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)과 그 좌우측 여유 공간(412,415)을 포함한다. 좌우측 여유 공간(412,415) 역시 관찰자(O,O´)의 위치에 따라 영상이 디스플레이될 수 있는 영역이다. 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)별로 좌안용 영상과 우안용 영상이 교대로 디스플레이된다. 관찰자(O,O´)가 우측 방향으로 이동하는 경우, 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)은 디스플레이 면(411)에서 좌측으로 이동하게 된다. 이러한 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)의 이동에 대해서는 도 15를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
광 셔터(420)는 영상 패널(410)과 관찰자 사이에 배치되어 상기 영상 패널(410)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 관찰자의 좌안과 우안으로 가이드하는 것으로, 도 3을 참조하여 설명한 광 셔터(120)와 실질적으로 동일하다. 본 실시예의 광 셔터(420)는 가령, 도 4a 또는 도 4b를 참조하여 설명한 광 셔터가 채용될 수 있을 것이다. 나아가, 본 실시예는 라인별로 영상이 디스플레이되는 경우를 전제하고 있지 않으나, 만일 영상 패널(410)이 라인별로 영상을 디스플레이하는 경우라면, 광 셔터(420)는, 도 8을 참조하여 설명한 실시예와 같은 복수의 수평 서브 세그먼트를 포함하여, 라인별 영상 스캐닝에 동기되어 상하 방향으로 순차적으로 구동되는 구성도 가능할 것이다.
제어부(490)는 상기 영상 패널(410)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상에 동기되어 광 셔터(420)를 제어한다. 나아가, 제어부(490)는 관측자의 움직임에 대응하여 영상 패널(410)의 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)의 위치를 변경시킨다.
도 15는 도 14의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템의 광학 요소들간의 위치 관계를 보여주는 도면이다. 도 15를 참조하여, 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)의 위치 관계를 설명하기로 한다.
관찰자(O)가 영상 패널의 디스플레이 면(411)의 정중앙에서 거리 L만큼 떨어진 위치에 있을 때에, 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)은 도 5 및 수학식 1,2를 참조하여 설명한 위치 관계를 만족한다. 도 15는 관찰자(O´)가 영상 패널의 디 스플레이 면(411)의 수평 방향으로 거리 D만큼 움직인 경우, 즉 관찰자(O´)의 좌안(OL´)과 우안(OR´)이 선분 P를 따라 거리 D만큼 움직인 경우의 디스플레이 면(411)내의 좌우측 여유 공간(412´,415´)과 제1 및 제2 디스플레이 영역(413´,414´)의 위치 관계를 보여주고 있다. 우측으로 이동된 관찰자(O´)의 좌안(OL´) 또는 우안(OR´)이 광 셔터(420)를 통해 보는 제1 및 제2 디스플레이 영역(413´,414´)은 이동전 관찰자(O)의 좌안(OL) 또는 우안(OR)이 광 셔터(420)를 통해 보는 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)에서 좌측으로 이동된다. 이와 같은 제1 및 제2 디스플레이 영역(413´,414´)의 이동량 ΔW는 하기의 수학식 4로 주어진다.
Figure 112008010806490-pat00004
여기서, B는 관찰자의 양안거리, W는 제1 및 제2 디스플레이 영역(413,414)의 가로 길이를 나타낸다, 또한, W1, W4는 관찰자(O)가 영상 패널의 디스플레이 면(411)의 정중앙에서 거리 L만큼 떨어진 위치에 있을 때의 좌우측 여유 공간(412,415)의 폭, W1´, W4´는 관찰자(O´)가 이동한 후의 좌우측 여유 공간(412´,415´)의 폭을 나타낸다. 이와 같이 제1 및 제2 디스플레이 영역(413´,414´)은 이동되고, 좌우측 여유 공간(412´,415´)의 폭은 변동되더라도, 이동후의 제1 및 제2 디스플레이 영역(413´,414´)의 폭 W2´, W3´은, 이동전의 제1 및 제2 디 스플레이 영역(413,414)의 폭 W2, W3과 같다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은, 영상 패널(510)과, 광 셔터(520)와, 제어부(590)를 포함한다.
영상 패널(510)은 입체 영상을 구성하는 좌안용 영상과 우안용 영상을 디스플레이하는 장치로서, 디스플레이 면(511)이 제1 내지 제3 디스플레이 영역(512,513,514)으로 분할된다는 점을 제외하고는 도 3을 참조하여 설명한 영상 패널(110)과 실질적으로 동일하다. 제1 내지 제2 디스플레이 영역(512,513,514)은 각각 좌안용 영상과 우안용 영상이 교대로 디스플레이된다. 제1 내지 제3 디스플레이 영역(512,513,514)은 가로 방향으로 3분할된 것으로, 좌우로 방향으로 분할되므로, 그 경계선은 세로로 놓인다. 제1 내지 제3 디스플레이 영역(512,513,514)에서의 구체적인 디스플레이 방식은 도 18a 내지 도 9b를 참조하여 후술하기로 한다.
광 셔터(520)는 영상 패널(510)과 관찰자 사이에 배치되어 상기 영상 패널(510)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 관찰자의 좌안과 우안으로 가이드하는 것으로, 영상 패널(510)과 이격되게 배치된다. 이러한 광 셔터(520)는, 상기 제1 내지 제3 디스플레이 영역(512,513,514)에 대응되어, 제1 내지 제4 셔터 세그먼트(521,522,523,524)로 분할되어 구성된다는 점을 제외하고는 도 3을 참조하여 설명한 광 셔터(120)와 실질적으로 동일하다. 광 셔터(520)의 사이즈의 최소값은 영상 패널(510)과 광 셔터(520)와의 위치관계에 의해 결정될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 17를 참조하여 후술하기로 한다. 도 16에서 영상 패널(510)에 디스플레이되는 영상과 광 셔터(520)의 상태는 일례이다.
제어부(590)는 상기 영상 패널(510)에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상에 동기되어 광 셔터(520)를 제어한다. 제어부(590)의 광 셔터(520) 제어는 영상 패널(510)의 구체적인 디스플레이와 함께, 도 18a 내지 도 19b를 참조하여 후술하기로 한다.
도 17은 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템의 광학 요소들간의 위치 관계를 보여주는 도면이다. 도 17을 참조하여, 영상 패널의 제1 내지 제3 디스플레이 영역(512,513,514)과 광 셔터(520)의 각 셔터 세그먼트(521,522,523,524)의 위치 관계를 설명하기로 한다.
본 실시예와 같이 광 셔터(520)가 4개의 셔터 세그먼트(521,522,523,524)로 분할되는 경우, 영상 패널의 디스플레이 면(511)과 광 셔터(520)와의 위치 관계는 하기의 수학식 5로 주어진다.
Figure 112008010806490-pat00005
여기서, L1, L2, W, B는 수학식 1에서 주어진 것과 같다.
또한, 광 셔터(120)의 내측에 위치한 제2 및 제3 셔터 세그먼트(522, 523)의 가로 방향의 폭 A2, A3은 하기의 수학식 6을 만족한다.
Figure 112008010806490-pat00006
상기 수학식 6 역시, 관찰자가 영상 패널의 디스플레이 면(111)의 정중앙에서 거리 L만큼 떨어진 위치에 있을 때 만족한다.
상기 수학식 5와 6에서 알 수 있는 바와 같이, 영상 패널의 디스플레이 면(511)은 3개의 디스플레이 영역(512,513,514)으로 나누어지고, 광 셔터(120)가 4개의 셔터 세그먼트(521,522,523,524)로 나누어지는 경우, 거리 L1과 L2의 비는 디스플레이되는 디스플레이 면(511)의 가로 길이 W와 관찰자의 양안 거리 B에 의해 결정되며, 광 셔터(520)의 내측에 위치하는 제2 및 제3 셔터 세그먼트(522,523)의 가로 방향의 폭 A2, A3는 디스플레이되는 디스플레이 면(111)의 가로 길이 W와 관찰자의 양안 거리 B에 의해 결정됨을 볼 수 있다. 한편, 제1 및 제4 셔터 세그먼트(521,524)의 가로 방향의 폭 A1, A4는 A2와 같거나 클 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 위해 마련되는 입체 영상의 일례이며, 도 19a 및 도 19b는 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 표시되는 입체 영상의 순차적인 도면이다.
도 18a 내지 도 18b를 참조하면, 본 실시예의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템은 입체 영상을 디스플레이하기 위해 마련된 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 제1 내지 제3 부분(IL1, IL2, IL3) (IR1, IR2, IR3)으로 분할한다.
다음으로, 도 19a에 도시된 바와 같이 좌안용 영상의 제2 부분(IL2)과 우안용 영상의 제1 및 제3 부분(IR1, IR1)을 영상 패널의 디스플레이 면(511)에 디스플레이 한다. 이때 제어부(도 16의 590)는 광 셔터(520)를 도 19a의 우측에 도시된 바와 같이 제어한다. 이 경우, 도 19a와 도 16을 참조하면, 좌안용 영상의 제2 부분(IL2)은 관찰자의 좌측 눈(OL)을 향하게 되고, 우안용 영상의 제1 및 제3 부분(IR1, IR1)은 관찰자의 우측 눈(OR)을 향하게 된다.
다음으로 도 7b에 도시된 바와 같이 좌안용 영상의 제1 및 제3 부분(IL1, IL3)과 우안용 영상의 제2 부분(IR2)을 디스플레이 면(511)에 디스플레이 한다. 이때, 제어부(590)는 광 셔터(520)를 도 19b의 우측에 도시된 바와 같이 제어한다. 이 경우, 도 19b와 도 16를 참조하면, 좌안용 영상의 제1 및 제3 부분(IL1, IL3)은 관찰자의 좌측 눈(OL)을 향하게 되고, 우안용 영상의 제2 부분(IR2)은 관찰자의 우측 눈(OR)을 향하게 된다.
이와 같이 도 19a와 도 19b 각각에서 보여주는 바와 같은 디스플레이 면(511)은 영역을 달리한 채 좌안용 영상과 우안용 영상을 교대로 디스플레이하며, 제어부(590)는 이에 대응되어 광 셔터(120)를 제어함으로써, 양안 시차를 이용한 입체 영상을 구현할 수 있다.
전술한 실시예들은 3개 또는 4개의 셔터 세그먼트를 갖는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 적어도 3개 이상의 셔터 세그먼트로 구성된 광 셔터가 채용될 수 있으며, 영상 패널의 디스플레이 면은 광 셔터의 셔터 세그먼트 개수보다 1개 작게 분할된다. 전술한 실시예들에서 주어진 수학식 1 내지 6은 N개의 셔터 세그먼트로 구성된 광 셔터를 채용하는 경우 쉽게 확장될 수 있다. 본 발명에 있어서, N개의 셔터 세그먼트로 구성된 광 셔터를 채용하는 경우, 영상 패널의 디스플레이 면은 N-1개의 디스플레이 영역으로 분할될 수 있다. 또한, 이와 같이 광 셔터의 셔터 세그먼트 개수가 N개인 경우, 영상 패널, 광 셔터 및 관찰자의 위치는 하기의 수학식 7로 나타낼 수 있다.
Figure 112008010806490-pat00007
또한, N개의 셔터 세그먼트 중, 내측에 위치하는 셔터 세그먼트의 폭 AM은 하기의 수학식 8로 주어진다.
Figure 112008010806490-pat00008
나아가, 전술한 실시예 중에서 도 14를 참조하여 설명한 실시예에서와 같이 관찰자가 수평 방향으로 D만큼 이동하는 경우, N-1개로 분할되는 디스플레이 영역의 디스플레이 면에서의 이동량 ΔW는 하기의 수학식 9로 주어진다.
Figure 112008010806490-pat00009
여기서, L1, L2, W, B는 수학식 1 내지 6에서 정의한 바와 같으며, N은 광 셔터의 셔터 세그먼트의 개수를 나타낸다.
이와 같이 다수의 셔터 세그먼트로 광 셔터를 구성하는 경우, N=3의 셔터 세그먼트로 광 셔터를 구성하는 경우에 비해, 광 셔터의 사이즈를 더욱 작게 할 수 있으며, 특히 관찰자의 좌우 움직임에 대응하여 도 14에서와 같이 디스플레이 영역을 이동시키는 경우, 영상 패널의 사이즈를 더욱 작게 할 수 있다는 잇점이 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 광 셔터를 구성하는 다수의 셔터 세그먼트는 영상 패널의 세로 화소열와 직접적으로 매칭관계에 있지 않으므로 영상 패널과 광 셔터의 조립 공차에 여유가 있다.
이러한 본 발명인 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템은, 스테레오스코픽 방식의 3차원 이미지를 디스플레이할 수 있는 장치로서, 아케이드 게임기기, 주행 및 비행 시뮬레이션 기기, 원격 조작 기기, 박물관, 정보 매점(information kiosk) 등에 사용될 수 있다.
도 1은 종래의 패럴랙스 배리어 방식의 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 셔터 안경 방식의 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 장치이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4a는 도 3의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 사용되는 광 셔터의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4b 도 3의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 사용되는 광 셔터의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템의 광학 요소들간의 위치 관계를 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 3의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 위해 마련되는 입체 영상의 일례이다.
도 7a 및 도 7b는 도 3의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 표시되는 입체 영상의 순차적인 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 사용되는 광 셔터의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 8의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 표시되는 입체 영상의 순차적인 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 사용되는 광 셔터의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 13은 도 11의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템의 광학 요소들간의 위치 관계를 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 15는 도 14의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템의 광학 요소들간의 위치 관계를 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 17은 도 16의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템의 광학 요소들간의 위치 관계를 보여주는 도면이다.
도 18a 및 도 18b는 도 16의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템을 위해 마련되는 입체 영상의 일례이다.
도 19a 및 도 19b는 도 16의 비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템에 표시 되는 입체 영상의 순차적인 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300, 400, 500...비안경식 입체 영상 디스플레이 시스템
110, 210, 310, 410, 510...영상 패널
111, 211, 311, 411, 511...디스플레이 면
120, 220, 320, 420, 520...광 셔터
190, 290, 390, 490, 590...제어부

Claims (16)

  1. 적어도 2개의 영역으로 분할되는 복수의 디스플레이 영역을 가지며, 각 디스플레이 영역별로 좌안용 영상과 우안용 영상이 교대로 디스플레이되는 영상 패널;
    상기 영상 패널 앞에 이격되어, 투명 상태와 불투명 상태 사이에서 스위칭되는 적어도 3개의 셔터 세그먼트가 배열되는 것으로, 상기 영상 패널에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 각각 관찰자의 좌안과 우안으로 가이드하는 광 셔터; 및
    상기 영상 패널에서 디스플레이되는 좌안용 영상과 우안용 영상에 동기되어 상기 광 셔터를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 영상 패널 및 광 셔터의 위치는 하기의 수식으로 주어지는 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
    <수식>
    L1/L2 = W/(N-1)B
    여기서, L1은 상기 영상 패널과 광 셔터 사이의 거리, L2는 상기 광 셔터와 관찰자 사이의 거리, B는 관찰자의 양안거리, N은 분할되는 셔터 세그먼트의 개수, W는 상기 영상 패널에 디스플레이되는 영상의 가로 길이를 나타낸다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 분할되는 복수의 디스플레이 영역은 가로 방향으로 분할되며,
    상기 셔터 세그먼트는 가로 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 광 셔터의 셔터 세그먼트 개수를 N이라 할 때, 상기 분할되는 디스플레이 영역의 개수는 N-1인 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스 템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광 셔터의 가로 길이는 상기 영상 패널에 디스플레이되는 영상의 가로 길이와 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광 셔터의 내측에 위치하는 셔터 세그먼트의 폭은 하기의 수식으로 주어지는 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
    <수식>
    AM = B/(1+((N-1)B/W))
    여기서, AM은 상기 광 셔터의 내측에 위치하는 셔터 세그먼트의 폭, B는 관찰자의 양안거리, N은 분할되는 셔터 세그먼트의 개수, W는 상기 영상 패널에 디스플레이되는 영상의 가로 길이를 나타낸다.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광 셔터의 외측에 위치하는 셔터 세그먼트의 폭은 상기 광 셔터의 내측에 위치하는 셔터 세그먼트의 폭과 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  8. 제1 항 내지 제4 항, 제6 항, 및 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 패널은,
    LCD 패널, OLED 패널, PDP 패널, 프로젝션 스크린, FED 패널, CRT 디스플레이 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  9. 제1 항 내지 제4 항, 제6 항, 및 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 패널이 라인별로(line-by-line) 영상을 디스플레이하는 패널인 경우,
    상기 셔터 세그먼트 각각은, 상기 영상 패널의 디스플레이되는 영상 라인의 스캐닝을 추종하며 스위칭될 수 있도록, 상기 영상 라인의 스캐닝 방향으로 분할되는 복수개의 수평 서브 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 셔터 세그먼트 각각에 포함된 수평 서브 세그먼트의 개수는 상기 영상 패널의 영상 라인 수보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  11. 제1 항 내지 제4 항, 제6 항, 및 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셔터 세그먼트 각각은, 수평 방향으로 분할되어 독립적으로 스위칭될 수 있는 복수개의 수직 서브 세그먼트의 그룹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    관찰자의 움직임을 추종하는 위치 추적 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 위치 추적 센서에서 검출되는 관찰자의 위치 변화에 따라 상기 복수개의 수직 서브 세그먼트를 재그룹핑하여, 상기 셔터 세그먼트들 사이의 경계선을 이동시키는 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 셔터 세그먼트들 사이의 경계선 이동량은 하기의 수식으로 주어지는 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
    <수식>
    ΔA = (L2/(L1+L2))·D
    여기서, ΔA는 상기 셔터 세그먼트들 사이의 경계선 이동량, D는 관찰자의 수평 이동 거리, L1은 상기 영상 패널과 광 셔터 사이의 거리, L2는 상기 광 셔터와 관찰자 사이의 거리를 나타낸다.
  14. 제1 항 내지 제4 항, 제6 항, 및 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 패널은, 상기 적어도 2개의 영역으로 분할되는 디스플레이 영역의 총 크기가 디스플레이 될 수 있는 전체 영역의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    관찰자의 움직임을 추종하는 위치 추적 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 위치 추적 센서에서 검출되는 관찰자의 위치 변화에 따라, 상기 적어도 2개의 디스플레이 영역의 위치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 디스플레이 영역들 사이의 경계선 이동량은 하기의 수식으로 주어지는 것을 특징으로 하는 비안경식 입체영상 디스플레이 시스템.
    <수식>
    ΔW = (D·W)/((N-1)B)
    여기서, ΔW는 상기 적어도 2개의 디스플레이 영역들 사이의 경계선 이동량, D는 관찰자의 수평 이동 거리, W는 상기 영상 패널에 디스플레이되는 디스플레이 면의 가로 길이, N은 분할되는 셔터 세그먼트의 개수, B는 관찰자의 양안거리를 나타낸다.
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