KR101651995B1 - 안폭 조절이 필요 없는 무안경식 3d 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피사체의 좌측이미지 및 우측이미지를 각각 좌안과 우안에 직접 결상시켜 3D 화면을 구현할 수 있는 무안경식 3D 디스플레이 장치에 관한 것으로, 전면 중앙에 볼록부가 돌출된 굴곡진 구조를 갖고, 후면이 평탄한 구조를 갖도록 형성되며, 좌우 길이가 안폭의 길이보다 길게 형성되는 접안렌즈, 상기 볼록부의 좌측 굴곡면과, 우측 굴곡면 전방에 각각 배치되는 한 쌍의 몰색프리즘을 포함하여 이루어져, 개별적으로 촬영되어 디스플레이되는 피사체의 좌측이미지와 우측이미지 각각이, 상기 몰색프리즘을 통과하면서 광로가 보정되어, 색수차와 광축변경 및 비선형왜곡이 보정되고, 상기 몰색프리즘을 통해 보정된 영상이미지가 각각, 상기 접안렌즈를 통과하면서 사용자의 좌안과 우안에 확대하여 결상되도록 함으로써, 안경식 양측 렌즈의 간격 조절, 즉 안폭 조절이 불필요한 무안경식 3D 디스플레이 장치에 관한 것이다.
특히 본 발명은 눈에 잘 보이지 않거나 시야가 닿지 않는 부위를 확대해서 입체적으로 보여줌으로써, 의료분야나 기타 여러 산업분야에서 널리 사용될 수 있는 무안경식 3D 디스플레이 장치로 활용 가능한 효과가 있다.

Description

안폭 조절이 필요 없는 무안경식 3D 디스플레이 장치{GLASSES-FREE 3D DISPLAY}

본 발명은 피사체의 좌측이미지 및 우측이미지를 각각 좌안과 우안에 직접 결상시켜 3D 화면을 구현할 수 있는 무안경식 3D 디스플레이 장치에 관한 것으로, 전면 중앙에 볼록부가 돌출된 굴곡진 구조를 갖고, 후면이 평탄한 구조를 갖도록 형성되며 좌우 길이가 안폭의 길이보다 길게 형성되는 접안렌즈, 상기 볼록부의 좌측 굴곡면과, 우측 굴곡면 전방에 각각 배치되는 한 쌍의 몰색프리즘을 포함하여 이루어져, 개별적으로 촬영되어 디스플레이되는 피사체의 좌측이미지와 우측이미지 각각이, 상기 몰색프리즘을 통과하면서 광로가 보정되어, 색수차와 광축변경 및 비선형왜곡이 보정되고, 상기 몰색프리즘을 통해 보정된 영상이미지가 각각, 상기 접안렌즈를 통과하면서 사용자의 좌안과 우안에 확대하여 결상되도록 함으로써, 안경식 양측 렌즈의 간격 조절, 즉 안폭(眼幅) 조절이 불필요한 무안경식 3D 디스플레이 장치에 관한 것이다.

특히 본 발명은 눈에 잘 보이지 않거나 시야가 닿지 않는 부위를 확대해서 입체적으로 보여줌으로써, 의료분야나 기타 여러 산업분야에서 널리 사용될 수 있는 무안경식 3D 디스플레이 장치로 활용 가능한 효과가 있다.

현미경은 피사체를 확대하여 보여주는 기기로서, 과거에는 관찰자가 눈을 아이피스로 가져가 피사체를 보았지만, 근래에는 기술의 발전으로 피사체를 모니터에 디스플레이하여서 관찰자가 행동제약(예; 아이피스에 눈을 갖다 댄 상태로 행동해야 함.) 없이 피사체를 확대하여 볼 수 있도록 하는 디스플레이 장치가 출시되고 있다.

일반적으로 비디오 현미경 장치는 사용자의 눈에 피사체가 잘 보이지 않거나, 쉽게 확인할 수 없는 부위를 확대하여 볼 수 있도록 하는 디스플레이 장치로,

이러한 비디오 현미경 장치는 현재 수술을 위한 의료분야 뿐만 아니라, 각종 산업분야에서 사용 증가 추세에 있다.

일반적인 비디오 현미경 장치는 현미경을 통해 촬영되는 피사체의 영상이미지가 출력되면서, 이를 사용자가 접안렌즈로 주시함으로써, 영상이미지를 획득하게 된다.

이때 접안렌즈로 출력, 주시되는 영상이미지는 단순히 2차원 영상으로 디스플레이하도록 되어 있어서, 피사체를 입체감 있게 표현하지 못하므로 피사체를 정확하게 관찰 및 확인하는데 어려움이 있다.

그래서 최근에는 피사체의 영상이미지의 입체감을 느낄 수 있도록 하는 다양한 3D 디스플레이 장치가 개발되고 있다.

이때 디스플레이되는 영상이미지가 입체감을 갖도록 하는 방식은 안경식과 무안경식이 있다.

안경식은 좌우 또는 상하가 나뉘거나 겹쳐진 입체이미지를 별도의 모니터 등에 디스플레이되도록 한 상태에서 3D용 안경을 착용하여 입체이미지를 보정함으로써 입체적인 효과를 느낄 수 있도록 하는 방식을 말하며,

무안경식은 안경식과 다르게 3D용 안경의 착용이 필요 없이 3D 입체 화면을 접안렌즈를 통해 바로 시청할 수 있도록 하는 방식을 말한다.

이러한 3D 디스플레이 장치가 사용되는 수술용 현미경 장치에 관한 종래기술로 개시된 공개특허 제10-2004-0070053호 "수술용 현미경장치", 등록특허 제10-1481905호 "수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템", 공개특허 제10-2011-0001952호 "헤드 마운트 수술용 확대 장치" 등에서 보는 바와 같이,

수술용 현미경 장치는 사용자의 좌안과 우안을 두 개의 렌즈에 접하여 피사체의 2차원 평면 이미지 또는 3차원 입체 이미지를 시청할 수 있도록 한다.

또한 의료분야 외에도 다른 산업분야에서 사용 가능한 3D 디스플레이 장치로써, 등록특허 제10-0733047호 "디지털 스테레오 카메라, 3D 디스플레이, 3D 프로젝터, 프린터 및 스테레오 뷰어"는, 한 쌍의 촬영 광학계를 통해 촬영된 좌, 우측 이미지가 한 쌍의 전자 디스플레이를 통해 개별 영사되고, 각 영상이미지가 한 쌍의 접안 렌즈를 구비한 스테레오 뷰파인더를 통해 3차원 입체 이미지를 시청할 수 있도록 한다.

이처럼 두 개의 렌즈를 이용할 경우, 각 이미지가 좌안과 우안의 망막에 직접 결상됨에 따라 3D 입체 영상이미지를 보다 정확하게 주시, 시청할 수 있다.

그러나 종래기술들과 같이 두 개의 렌즈를 이용(안경식)하게 되면, 사용자들마다 안폭(眼幅, 좌안과 우안 사이의 너비, 평균 6.5cm)이 다르기 때문에, 사용자들이 두 개의 렌즈가 구비된 아이피스의 너비 조절을 자신의 안폭(眼幅)에 맞게 조절(흡사 쌍안경의 간격 조절과 같이)하여 사용해야 하는 번거로움이 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 개별 촬영되는 피사체(P)의 좌, 우측이미지가 각각 표시되는 한 쌍의 디스플레이(1)에 대응하도록 한 쌍의 렌즈(2)가 구비되어 있는 경우, 사용자마다 고유의 안폭(眼幅, 좌안(E1)과 우안(E2) 사이의 거리)이 다르기 때문에 렌즈(2)들 사이의 거리를 안폭에 맞게 조절하지 않으면, 양측 눈(E1)(E2)의 초점(시점)과, 한 쌍의 렌즈(2)사이의 거리차로 인하여, 좌, 우측 영상이미지들 간의 시차량이 맞지 않게 되어, 입체영상의 주시자가 무의식적인 뇌의 명령에 따라 디스플레이되는 피사체의 시차량을 인위적으로 맞추게 되어서 어지러움증과 눈의 피로감을 유발한다.

또한 처음 입체영상을 주시할 때는 상기한 어지러움증과 눈의 피로감을 느끼기 어려우나, 20~30분이 경과되어 어지러움증을 느낄 때에야 안폭과 렌즈 사이의 거리가 맞지 않는 것을 알 수 있어, 뒤늦게 렌즈 사이의 거리를 안폭에 맞게 조절하는 하는 것은 무의미하며, 렌즈 사이의 거리 조절이 가능하더라도 렌즈들 간의 거리와 안폭을 정확히 맞추는 것이 어려워, 보다 실제와 같은 입체영상을 획득하기 어려운 문제점 있다.

한편 도 4와 같이 한 쌍의 렌즈를 사용하지 않고, 노달 포인트를 중심으로 볼록렌즈를 기울였을 때 빛이 굴절되면서 상의 상태가 변하지 않는 점을 이용하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 전면이 볼록하게 형성된 볼록렌즈(3)(또는 프리즘)를 단일렌즈로 사용(무안경식)하게 되면, 단일렌즈로 들어오는 각 영상이미지는 어느 방향으로 입사되더라도 볼록부를 지나면서 동일한 방향으로 굴절되므로, 볼록렌즈(3)의 후면을 주시하는 사용자의 안폭이 달라지더라도 안구에 결상되는 영상이미지가 눈의 초점 방향과 동일하게 되어 좌, 우측 영상이미지들 간의 시차량을 보정할 수 있다.

그러나 하나의 볼록렌즈(3)를 사용하게 되면 빛의 파장에 따라 굴절률이 상이하므로, 한 점에서 초점을 맺지 못하고 상이 흐려지며, 이로 인해 발생하는 광축변경, 비선형왜곡, 광축변경에 의한 색수차가 발생하게 되는 문제점이 있다.

따라서 하나의 볼록렌즈(3)를 사용하여 안폭 조절이 필요 없으면서도, 광축변경과, 비선형왜곡 및 색수차를 보정할 수 있는, 새로운 방식의 무안경식 3D 디스플레이 장치의 필요성이 제기되었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

3D 입체영상을 디스플레이하고 획득하는 방식 중, 무안경식을 도입하여 사용이 편리하도록 하며, 사용자의 안폭이 다르더라도 안폭 조절을 위한 별도의 아이피스 조정 등을 실시할 필요 없이 3D 입체 영상을 시청, 획득할 수 있으면서, 광축변경, 비선형왜곡, 광축변경에 의한 색수차가 발생하는 것을 보정할 수 있도록, 전면 중앙에 볼록부가 돌출된 굴곡진 구조를 갖고 좌우 길이가 안폭의 길이보다 길게 형성되는 접안렌즈와, 상기 볼록부의 좌측 굴곡면과 우측 굴곡면 전방에 각각 배치되는 한 쌍의 몰색프리즘을 포함하는 무안경식 3D 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 상기와 같이 몰색프리즘을 통과하면서 발생하는 영상이미지의 보정이 정확하게 이루어질 수 있도록, 전면 일측이 돌출된 각이진 구조로 이루어진 제1 프리즘과, 상기 제1 프리즘의 후면에 전면이 밀착되어 결합되며, 후면 타측이 돌출된 각이진 구조로 이루어진 제2 프리즘으로 구성된 몰색프리즘을 사용하며,

몰색프리즘을 통과하면서 보정된 영상이미지가 흐려지지 않고 정확하게 접안렌즈의 굴곡면으로 입사되어 상이 정확하게 맺힐 수 있도록, 상기 제1 프리즘의 일측 돌출부가 외측을 향하고, 상기 제2 프리즘의 타측 돌출부가 내측을 향하도록 배치되어 있고, 상기 제2 프리즘의 타측 돌출부를 기준으로 길이가 긴 장변이, 각 굴곡면의 중앙 접선과 평행하도록 배치되어 있는 몰색프리즘을 포함하는 무안경식 3D 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무안경식 3D 디스플레이 장치는

전면 중앙에 볼록부가 돌출된 굴곡진 구조를 갖고, 좌우 길이가 안폭의 길이보다 길게 형성되는 접안렌즈;

상기 볼록부의 좌측 굴곡면과, 우측 굴곡면 전방에 각각 배치되는 한 쌍의 몰색프리즘;을 포함하여 이루어져,

개별적으로 촬영되어 디스플레이되는 피사체의 좌측이미지와 우측이미지 각각이, 상기 몰색프리즘을 통과하면서 광로가 보정되어, 광축변경, 비선형왜곡 및 색수차가 보정되고,

상기 몰색프리즘을 통해 보정된 영상이미지가 각각, 상기 접안렌즈를 통과하면서 사용자의 좌안과 우안에 확대하여 결상되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 무안경식 3D 디스플레이 장치에서,

상기 몰색프리즘은,

전면 일측이 돌출된 각이진 구조로 이루어진 제1 프리즘과,

상기 제1 프리즘의 후면에 전면이 밀착되어 결합되며, 후면 타측이 돌출된 각이진 구조로 이루어진 제2 프리즘으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 무안경식 3D 디스플레이 장치에서,

상기 몰색프리즘은,

상기 제1 프리즘의 제1 돌출각부가 내측을 향하고, 상기 제2 프리즘의 제2 돌출각부가 외측을 향하도록 각이진 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명에 따른 무안경식 3D 디스플레이 장치에서,

상기 몰색프리즘은,

상기 제2 프리즘의 제2 돌출각부를 기준으로 길이가 긴 장변부가, 각 굴곡면의 중앙 접선과 평행하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 무안경식 3D 디스플레이 장치는 별도의 3D용 안경의 착용이 필요하지 않아 사용이 편리하며, 광축변경, 비선형왜곡 및 색수차가 크게 발생하는 단점은 굴절률이 다른 제1, 제2 프리즘을 이용해 색수차를 보정하는 몰색프리즘을 사용하여 해결함과 동시에, 이러한 몰색프리즘을 통해 접안렌즈를 통과하는 피사체의 영상이미지가 만곡하게 튀어나오거나 들어가는 것 없이 플랫하게 디스플레이되어서 장시간 접안렌즈를 주시하더라도 어지러움증이 적고, 전면 중앙이 돌출된 볼록부를 구비한 볼록렌즈 형태의 단일 접안렌즈를 사용함으로써 아이피스 조정과 같은 별도의 안폭 조절 작업 없이 바로 사용 가능한 장점이 있다.

특히 본 발명은 의료분야에서 사용되는 수술용 비디오 현미경 장치의 1인용 3D 모니터로써 활용 가능할 뿐만 아니라,

경량화 및 소형화를 통해 3D 디스플레이 장치의 자유로운 이동이 용이하고, 공간활용도를 증대시켜, 수술용 비디오 현미경 장치 외에도, 기타 여러 산업분야에서 각종 부가 장비와 함께 사용할 수 널리 사용될 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 무안경식 3D 디스플레이 장치의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 접안렌즈의 실시예별 평면도들.
도 4 및 도 5는 종래의 안경식 및 무안경식 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개념도들.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 무안경식 3D 디스플레이 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명의 구성 및 구조를 개략적으로 도시한 개념도인 도 1에 도시된 바와 같이,

본 발명에 따른 무안경식 3D 디스플레이 장치는 크게, 촬영부(미도시), 디스플레이부(10), 접안부(20)를 포함한다.

이러한 촬영부, 디스플레이부(10), 접안부(20)는 하나의 하우징(미도시)에 내장되어 하나의 장치를 구성하는 것(경우에 따라 후술하는 카메라는 별도의 구성으로 변형 가능함.)으로, 하우징은 전체적인 평면 형상이 전방이 뾰족한 삼각형 형태로 이루어져, 하우징의 전방측 양측에 촬영부 및/또는 디스플레이부(10)의 제1, 제2 영상표시부(11)(12)가 배치되고, 하우징의 후방측 중앙에 접안부(20)가 배치되며, 제1, 제2 영상표시부(11)(12)와 접안부(20) 사이에 반사경을 이용한 이미지 전달수단(미도시)이 하우징의 형태에 맞게 우회 형성되어 배치된다.

이렇게 하우징이 삼각형 형태가 되도록, 영상이미지가 전달되는 경로를 우회 형성하는 이미지 전달수단을 도입한 이유는, 본 발명을 이용해 수술이나 각종 작업 등을 실시할 때 하우징의 전방에 각종 다른 부가장비의 설치 내지 사용이 가능하도록 공간활용도를 높이기 위함이다.

아울러 이러한 유사 삼각형 형태의 하우징을 도입하게 되면, 사용자가 접안부(20)를 주시할 때 전방 및 양측 시야 방해 요인을 차단시켜 수술이나 각종 작업의 집중도를 높일 수 있는 효과가 있다.

이러한 하우징은 별도의 설치대에 결합된 거치 방식 또는 헬멧이나 헤드 마운트 착용 방식 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.

우선 상기 촬영부는 피사체(P)의 좌측이미지와 우측이미지를 개별적으로 촬영하는 제1, 제2 카메라(미도시)를 포함하고, 상기 디스플레이부(10)는 상기 제1, 제2 카메라와 개별적으로 연결되어 촬영영상을 출력하는 영상표시부(11)(12)(13)를 포함하며, 디스플레이부(10)와 접안부(20) 사이에 반사경을 통해 영상이미지가 반사, 전달되도록 하는 이미지 전달수단이 형성되어 영상표시부(11)(12)(13)를 통해 출력되는 영상이미지를 접안부(20)를 통해 주시, 시청할 수 있도록 한다.

제1, 제2 카메라는 동영상 촬영에 사용되는 일반 카메라보다, 스마트폰이나 하이엔드 디지털 카메라 등에 사용되는 소형 카메라가 사용되는 것이 장치의 소형화 및 경량화에 유리하며, 이러한 카메라는 하우징의 양측 하면에 장착되어, 피사체(P)의 좌측 및 우측을 개별적으로 촬영함으로써 3D 입체 영상의 제공이 가능하도록 한다.

경우에 따라 제1, 제2 카메라는 하우징이 아닌 별도의 장치로 분리 구성되어, 각 카메라에서 촬영되는 영상을 유선 또는 무선 방식으로 하우징에 장착된 영상표시부(11)(12)(13)로 전달하여 출력되도록 할 수 있다.

그리고 상기 영상표시부(11)(12)(13)는 고해상도 영상이미지를 출력할 수 있는 공지된 디스플레이 장치로, LCD, LED 디스플레이가 사용될 수 있다.

이 경우, 도 1과 같이 디스플레이부(10)가, 두 개의 제1, 제2 영상표시부(11)(12)로 구성될 경우, 촬영된 피사체의 좌측이미지와 우측이미지가, 각 영상표시부(11)(12)로 개별적으로 출력되어, 후술하는 각 몰색프리즘(22)(23)으로 통과하여 접안렌즈(21)의 좌우측 굴곡면(21A)(21B)로 각각 전달된다.

또한 도 2와 같이 디스플레이부(10)가, 하나의 제3 영상표시부(13)로 구성될 경우, 촬영된 피사체의 좌측이미지와 우측이미지가, 제3 영상표시부(13)에 함께 출력(두개의 영상이 겹쳐진 형태의 3D 영상 출력)되면서, 피사체의 좌우측 이미지가 모두 각 몰색프리즘(22)(23)으로 동시에 통과하므로,

이때에는 각 몰색프리즘(22)(23)과 접안렌즈(21) 사이에 편광필터(26)(27)을 구비하여, 접안렌즈(21)의 좌우측 굴곡면(21A)(21B)으로 전달되는 좌우측 이미지중 어느 하나를 필터링하여, 좌우측 굴곡면(21A)(21B)에 각각, 피사체의 좌우측 이미지가 개별적으로 전달되도록 한다.

다음으로 접안부(20)는 후방에 배치되는 하나의 접안렌즈(21)와, 상기 접안렌즈(21)의 전방에 배치되는 한 쌍의 몰색프리즘(22)(23)으로 구성된다.

상기 접안렌즈(21)는 상기 몰색프리즘(22)(23)을 통과하면서 보정된 영상이미지를 각각 사용자의 좌안(E1)과 우안(E2)에 확대하여 결상되도록 한다.

이러한 접안렌즈(21)는 빛의 굴절을 이용하여, 사용자의 주시 방향, 즉 안폭이 다르더라도 항상 동일한 방향으로 좌측이미지와 우측이미지가 디스플레이되도록 함으로써, 좌측이미지와 우측이미지가 좌안과 우안의 수정체를 지나 망막까지 일정 배율로 정확하게 결상되어 사용자가 인식하는 영상이미지에 대하여 입체감, 거리감을 느낄 수 있는 입체 영상을 제공할 수 있다.

한 쌍의 몰색프리즘(22)(23)을 각각 통과한 좌측이미지 및 우측이미지를 전면의 좌측 및 우측에 각각 개별적으로 입력받을 수 있도록, 상기 접안렌즈(21)는 전면 중앙이 원호형상으로 돌출 형성된 볼록부(21a)를 구비하여 전면 중앙에 볼록부(21a)가 돌출된 굴곡진 구조를 갖고, 좌우 길이가 안폭의 길이보다 길게 형성된다.

즉, 접안렌즈(21)는 한 쌍의 몰색프리즘(22)(23)에 대응하는 두 개의 렌즈로 이루어지는 것이 아니라, 하나의 볼록 단일렌즈(또는 프리즘)로 구성된다.

이에 따라 접안렌즈(21)의 전면 중앙 볼록부(21a)를 기준으로, 좌측 굴곡면(21A)으로 입력되는 좌측이미지와, 우측 굴곡면(21B)으로 입력되는 우측이미지는 접안렌즈(21)를 통과하면서 굴절되어, 입사되는 빛의 방향에 상관없이 동일한 방향으로 접안렌즈(21)를 통과한다.

이 경우, 접안렌즈(21)는 전면 중앙에 볼록부(21a)를 갖는 형태이면 족하고, 후면의 형상에 제한이 없다.

즉, 접안렌즈(21)는,

도 3의 [A]와 같이, 전면 중앙 볼록부(21a)를 갖고, 후면이 평탄하게 형성된 후방 평탄면(21b)을 갖는 평볼록렌즈로 구성될 수도 있고,

도 3의 [B]와 같이, 전면 중앙 볼록부(21a)를 갖고, 후면이 중앙이 전방으로 오목 형성된 후면 중앙 오목부(21c)를 갖는 휘볼록렌즈로 구성될 수도 있고,

도 3의 [C]와 같이, 전면 중앙 볼록부(21a)를 갖고, 후면 중앙이 후방으로 볼록 형성된 후면 중앙 볼록부(21d)를 갖는 양볼록렌즈로 구성될 수도 있다.

다만 휘볼록렌즈와 양볼록렌즈의 경우에는, 후방 오목면(21c)과 후방 볼록부(21d)의 곡률이, 전면 중앙 볼록부(21a)의 곡률보다 작게 형성되는 것이 보다 바람직하다.

또한 도면에 도시되지 않았으나, 도 3에 도시된 평볼록렌즈, 휘볼록렌즈, 양볼록렌즈 중, 서로 다른 종류의 렌즈 2개를 전, 후방으로 중첩 배치(예를 들어 양볼록렌즈와 평볼록렌즈를 차례로 중첩)하여 접안렌즈를 구성함으로써, 작은 크기의 디스플레이부(10)에서 표시되는 영상이 렌즈들을 통과하면서 확대되도록 할 수 있다.

이하에서는 이해의 편의를 위해, 접안렌즈(21)로써, 도 1에 도시된 전면 중앙 볼록부(21a)와 후방 평탄면(21b)을 갖는 평볼록렌즈를 대표하여 설명한다.

본 발명을 통해, 접안렌즈(21)의 후방 평탄면(21b)을 주시하는 사용자는 안폭에 상관없이 좌안과 우안에 각각, 주시방향이 변하지 않은 좌측이미지와 우측이미지가 결상되어 별도의 안폭 조절 없이 바로 입체 영상을 획득할 수 있다.

즉, 볼록 단일렌즈로 이루어진 하나의 접안렌즈(21)가 아닌, 2개의 접안 볼록렌즈에 좌안과 우안을 밀착하여 주시하는 종래기술의 경우, 렌즈 사이의 좌우 거리와, 좌안과 우안 사이의 거리가 서로 맞지 않게 되면, 렌즈에 대하여 눈의 주시방향이 틀어져 초점이 흐려지거나 정확한 영상이미지의 결상을 방해하게 되므로, 렌즈 사이의 거리를 세밀하게 조정하는 안폭 조정이 필요한데,

본 발명은 전면 중앙 볼록부(21a)를 갖는 접안렌즈(21)로 인해 빛의 굴절이 발생함에 따라, 안폭이 다른 사용자가 접안렌즈(21)를 주시하더라도, 안폭에 상관없이 눈의 주시방향이 영상이미지의 초점 방향과 일치하게 되어, 좌안과 우안에 각각 좌측이미지와 우측이미지가 정확하게 결상되고, 이에 따라 사용자는 서로 다른 방향에서 촬영된 두 개의 영상이미지를 동시에 인식함으로써, 디스플레이되는 영상에 대한 입체감 및 거리감 등이 구현된 3D 입체 영상을 제공받을 수 있다.

따라서 상기한 구성의 접안렌즈(21)는 좌우 길이가 일반적인 사람의 평균 안폭(보다 엄밀하게는 일반적인 사람이 가질 수 있는 안폭의 최대너비)보다 더 길게 형성되어, 안폭이 좁거나 넓더라도 범용적으로 사용 가능하도록 한다.

이때 접안렌즈(21)에서 영상이미지의 빛이 굴절될 때, 빛의 파장에 따라 굴절률이 달라져, 이로 인한 광축변경, 비선형왜곡 및 광축변경에 의한 색수차가 큰 단점을 갖는다. 즉, 접안렌즈(21)의 전면 좌, 우측 굴곡면(21A)(21B)에 맺히는 피사체(P)의 상이 흐려지거나, 후방 평탄면(21b)으로 디스플레이되는 피사체(P)의 주변이 무지개빛으로 번져 보이는 현상이 발생된다.

이처럼 광축변경, 비선형왜곡 및 색수차가 발생되는 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 굴절률이 다른 제1 프리즘(24)과 제2 프리즘(25)이 포개져 있는 몰색프리즘(22)(23)을 사용하여, 각 몰색프리즘(22)(23)을 통과하는 피사체의 좌측이미지와 우측이미지의 광로를 보정함으로써, 광축변경, 비선형왜곡 및 색수차를 보정하고,

상기 몰색프리즘(22)(23)을 통해 보정된 영상이미지가 각각, 상기 접안렌즈(21)를 통과하면서 사용자의 좌안과 우안에 확대하여 결상된다.

상기 몰색프리즘(22)(23)은 촬영된 영상이미지를 상기 접안렌즈(21)로 전달하여 디스플레이되도록 하는 것으로, 제1 몰색프리즘(22) 및 제2 몰색프리즘(23)은 각각, 상기 볼록부(21a)의 좌측 굴곡면(21A)과, 우측 굴곡면(21B) 전방에 배치된다.

상기 몰색프리즘(22)(23)은 제1 프리즘(24)의 후면과 제2 프리즘(25)의 전면이 평면 구조로 이루어져 서로 밀착되고,

제1 프리즘(24)의 전면은 전면 일측(사용자의 미간 방향)이 돌출된 각이 형성된 제1 돌출각부(24A)를 이루고,

상기 제2 프리즘(25)의 후면은 후면 타측(사용자의 관자놀이 방향)이 돌출된 각이 형성된 제2 돌출각부(25A)를 이룬다.

즉, 제1, 제2 프리즘(24)(25)은 삼각형 형태로 이루어지되,

제1 프리즘(24)은 제1 돌출각부(24A)가 일측(내측(사용자의 미간 방향))으로 편중되어, 상기 제1 돌출각부(24A)를 기준으로 할 때 전면 방향으로 길이가 상대적으로 긴 타측 장변부(24b)가 배치되고, 일측(사용자의 미간 방향) 방향으로 길이가 상대적으로 짧은 단변부(24a)가 배치되며,

제2 프리즘(25)은 제2 돌출각부(25A)가 타측(외측(사용자의 관자놀이 방향))으로 편중되어, 상기 제2 돌출각부(25A)를 기준으로 할 때 후면 방향으로 길이가 상대적으로 긴 일측 장변부(25a)가 배치되고, 타측(사용자의 관자놀이 방향) 방향으로 길이가 상대적으로 짧은 단변부(25b)로 이루어진다.

따라서 제1 영상표시부(11)에서 디스플레이되는 좌측 영상이미지가 통과되는 제1 몰색프리즘(22)은, 제1 프리즘(24)의 전면 우측이 돌출되어 각이 진 구조(제1 돌출각부(24A)를 형성)를 갖고, 제2 프리즘(25)의 후면 좌측이 돌출되어 각이 진 구조(제2 돌출각부(25A)를 형성)를 갖고,

제2 영상표시부(12)에서 디스플레이되는 우측 영상이미지가 통과되는 제2 몰색프리즘(23)은, 상기 제1 몰색프리즘(22)의 구조와 반대로 형성된다.

이러한 몰색프리즘(22)(23)은 제1, 제2 프리즘(24)(25)을 통과하면서 발생하는 빛의 굴절을 이용해 광축변형, 비선형왜곡 및 색수차를 제거, 보정할 수 있도록, 제1 프리즘(24)과 제2 프리즘(25)의 굴절률에 따른 재질과, 각 프리즘의 전후면의 경사각도가 결정된다.

이때 각 몰색프리즘(22)(23)을 통과하여 접안렌즈(21)의 좌, 우측 굴곡면(21A)(21B)에 맺히는 피사체(P)의 상이 정확하게 맺힐 수 있도록, 상기 몰색프리즘(22)(23)은, 상기 제2 프리즘(25)의 제2 돌출각부(25A)를 기준으로 길이가 긴 일측 장변부(25a)가, 각 굴곡면의 중앙 접선(T)과 평행하도록 배치된다.

즉, 좌, 우측 굴곡면(21A)(21B) 각각의 좌우 길이를 이등분하는 기준점에 접하는 접선(T)에 대하여, 각 제2 프리즘(25)의 일측 장변부(25a)가 평행하도록 배치되어, 각 몰색프리즘(22)(23)은 제1 프리즘(24)의 제2 돌출각부(24A)가 전방 내측을 향하는 형태로 기울어지져 배치된다.

이 경우, 몰색프리즘(22)(23)은, 부피(특히, 전후방향의 길이)를 최소화하면서, 장치의 소형화와 접안렌즈(21)의 볼록부(21a)에 형성된 좌, 우측 굴곡면(21A)(21B)에 인접한 내부 장착의 용이성을 높이고, 제1, 제2 프리즘(24)(25)의 가공이 용이하면서 외부 충격에 의해 쉽게 손상되지 않도록 하는 각도를 갖는 것이 바람직하다.

부피의 최소화, 가공의 용이성, 외부충격에 대한 내구성, 그리고 광축변경, 비선형왜곡 및 색수차의 제거, 보정의 효율성을 고려할 때, 상기 제1 프리즘(24)의 전후면 경사각도(θ1)는 5 ~ 10°로 형성되고, 상기 제2 프리즘(25)의 전후면 경사각도(θ2)는 8 ~ 30°로 형성되는 것이 적합하다.
여기서, 제1 프리즘(24)의 전후면 경사각도(θ1)란, 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 프리즘(24)의 장변부(24b)와 후면(경사면을 지칭함)이 이루는 각도를 의미하며, 제2 프리즘(25)의 전후면 경사각도(θ2)란, 제2 프리즘(25)의 장변부(25a)와 전면(제1 프리즘(24)의 후면에 밀착되는 경사면을 지칭함)이 이루는 각도를 의미한다.

상기 접안렌즈(21)는 상기 제2 프리즘(25)의 후면 돌출 각도에 대응하여 각 굴곡면의 접선(T)이 평행하게 형성되는 전면 굴곡율을 갖는다.

이상으로 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 무안경 3D 디스플레이 장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

P : 피사체
10 : 디스플레이부 11, 12 : 영상표시부
20 : 접안부 21 : 접안렌즈
21a : 전면 볼록부 21b : 후방 평탄면
21c : 후면 오목부 21d : 후면 볼록부
21A, 21B : 좌, 우측 굴곡면 22, 23 : 몰색프리즘 24, 25 : 제1, 제2 프리즘 24A, 25A : 돌출각부
234a : 일측 단변부 24b : 타측 장변부
25a : 일측 장변부 25b : 타측 단변부

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 전면 중앙에 볼록부(21a)가 돌출된 굴곡진 구조를 갖고, 좌우 길이가 사용자의 안폭 길이보다 길게 형성되는 접안렌즈(21);
   상기 볼록부(21a)의 좌측 굴곡면(21A)과 우측 굴곡면(21B) 전방에 각각 배치되는 한 쌍의 몰색프리즘(22)(23);을 포함하여 이루어져,
   개별적으로 촬영되어 디스플레이되는 피사체의 좌측이미지와 우측이미지 각각이, 상기 몰색프리즘(22)(23)을 통과하면서 광로가 보정되어, 색수차와 광축변경 및 비선형왜곡이 보정되고,
   상기 몰색프리즘(22)(23)을 통해 보정된 영상이미지가 각각, 상기 접안렌즈(21)를 통과하면서 사용자의 좌안과 우안에 확대하여 결상되도록 하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3D 디스플레이 장치로서,
   
   상기 몰색프리즘(22)(23) 각각은,
   전면 일측에 제1 돌출각부(24A)가 형성된 제1 프리즘(24)과;
   전면이 상기 제1 프리즘(24)의 후면에 밀착되어 결합되며, 후면 타측에 제2 돌출각부(25A)가 형성된 제2 프리즘(25);으로 구성되어 이루어지되,
   
   상기 제1 프리즘(24)의 제1 돌출각부(24A)는 사용자의 미간 쪽으로 배치되고, 상기 제1 프리즘(24)의 장변부(24b)는 전면을 향하여 배치되며,
   상기 제2 프리즘(25)의 제2 돌출각부(25A)는 사용자의 관자놀이 쪽으로 배치되고, 상기 제2 프리즘(25)의 장변부(25b)는 후면을 향하여 배치되며;
   
   상기 제2 프리즘(25)의 제2 돌출각부(25A)를 기준으로 길이가 긴 장변부(25b)가, 각 굴곡면(21A)(21B)의 중앙 접선(T)과 평행하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 안폭조절이 필요없는 무안경식 3D 디스플레이 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 프리즘(24)의 장변부(24b)와 후면이 이루는 전후면 경사각도(θ1)는 5 ~ 10°로 형성되고,
   상기 제2 프리즘(25)의 장변부(25a)와 제1 프리즘(24)의 후면에 밀착되는 전면이 이루는 전후면 경사각도(θ2)는 8 ~ 30°로 형성되는 것을 특징으로 하는, 안폭조절이 필요없는 무안경식 3D 디스플레이 장치.

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