KR101976278B1 - Super multiview tabletop display device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는테이블 상면에 투영되는 영상을 전방향에서 왜곡없이 감상할 수 있는 테이블탑 디스플레이 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
프로젝션 디스플레이 기술은 비교적 저렴한 가격으로도 큰 화면종횡비를 얻을 수 있다는 점에서 각광받고 있다.Projection display technology is attracting attention because it can achieve a large screen aspect ratio at a relatively low price.
일반적으로 알려진 프로젝션 시스템은 발광장치에서 발광된 광에 화상 신호를 실어서, 스크린의 전면 또는 후면에 투사하여 그 화상을 시청하는 장치로서, 그 동작방식에 따라 CRT방식, DMD(Digital Micromirror Device)방식, 반사형 액정 패널 방식, 투과형 액정 패널 방식 등으로 구분될 수 있는데, 최근에는 3D 영상을 디스플레이 하는 삼차원 프로젝션 시스템이 개발되고 있다.[0002] A known projection system is a device for emitting an image signal to light emitted from a light emitting device and projecting the image signal on the front or rear surface of the screen to view the image. The CRT method, the DMD (Digital Micromirror Device) , A reflective liquid crystal panel method, and a transmissive liquid crystal panel method. Recently, a three-dimensional projection system for displaying a 3D image has been developed.
종래의 삼차원 프로젝션 시스템은 디지털 마이크로미러 디바이스(Digital Micro mirror Device, DMD)와 같은 고속 구동 화상 표시 소자를 이용하여 회전 가능한 스크린에 영상을 투사하는 방식의 디스플레이 장치가 주로 사용되고 있다. 이때, 고속 구동 화상 표시 소자와 회전 가능한 스크린은 동기화되어 구동되며, 스크린은 투사되는 빛의 방향을 굴절시키는 역할을 수행한다. 이에 따라, 스크린이 회전함에 따라 스크린을 통과한 영상은 360도 방향에서 관측될 수 있다.Conventionally, a three-dimensional projection system is mainly used for a display device that projects an image on a rotatable screen using a high-speed driven image display device such as a digital micro mirror device (DMD). At this time, the high-speed driving image display element and the rotatable screen are driven in synchronization, and the screen serves to refract the direction of the projected light. Thus, as the screen rotates, an image passed through the screen can be viewed in a 360 degree direction.
하지만, 종래의 테이블탑 디스플레이는 투사광학계의 길이가 길어 바닥에서부터 테이블 윗면까지의 거리, 즉 테이블의 높이가 지나치게 높게 설계되어야 하는 단점이 있으며, 시야각이 좁고 디스플레이의 크기가 작아서 실용적이지 못하다는 문제점이 있다.However, the conventional table top display has a disadvantage in that the projection optical system has a long length, that is, the distance from the floor to the table top surface, that is, the height of the table, has to be designed to be too high and the viewing angle is narrow and the size of the display is small, have.
본 발명의 일측면은 테이블 상부에 영상을 집적시킨 3차원 영상을 전방향에 왜곡없이 시청 가능하도록 하면서도, 다수의 프로젝터를 사용하여 디스플레이 크기를 확장할 수 있는 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치를 제공한다.One aspect of the present invention provides a super multi-viewpoint tabletop display device capable of enlarging a display size by using a plurality of projectors while allowing a three-dimensional image obtained by integrating images on a table top to be viewed without distortion in all directions .
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems which are not mentioned can be understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치는, 내부 공간이 형성된 테이블의 윗면에 설치된 스크린을 통해 집적 영상 방식으로 영상을 출력하는 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치에 있어서, 상기 테이블의 바닥면에 배치되어 상기 스크린 방향으로 영상정보를 포함하는 광원을 출력하는 영상 출력 장치, 상기 스크린과 상기 영상 출력 장치 사이에 설치되고, 상기 영상 출력 장치로부터 상기 스크린 쪽 방향으로 차례로 배치된 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈로 구성되는 텔레센트릭 렌즈 그룹, 상기 텔레센트릭 렌즈 그룹과 상기 스크린 사이에 설치되고, 상기 텔레센트릭 렌즈 그룹을 통과한 광원이 미리 정해진 각도로 상기 스크린에 입사되도록 하는 필드 렌즈 및 상기 스크린의 상부에 배치되며, 상기 스크린을 통과한 광원이 입사되는 반구 형상의 마이크로렌즈 유닛으로 구성되는 마이크로렌즈 어레이를 포함한다.The super high score table top display apparatus according to an embodiment of the present invention is a super high score table top display apparatus for outputting an image in an integrated image format through a screen installed on a top surface of a table on which an inner space is formed, An image output device disposed on a bottom surface and outputting a light source including image information in the screen direction; a display device, disposed between the screen and the image output device, for outputting a positive refracting power And a second lens having a negative refracting power, wherein the telecentric lens group is provided between the telecentric lens group and the screen, and the light source passing through the telecentric lens group is a predetermined A field lens arranged to be incident on the screen at an angle, And a microlens array composed of a hemispherical microlens unit through which a light source passed through the screen is incident.
상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 양면이 상기 스크린 방향으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 형상을 갖도록 마련될 수 있다.The first lens and the second lens may be provided such that both surfaces thereof have a meniscus shape convex in the screen direction.
상기 제1 렌즈는, 양의 굴절력을 가지면서 메니스커스 형상을 갖도록, 하면의 곡률 반경이 상면의 곡률 반경보다 크고, 상기 제2 렌즈는, 음의 굴절력을 가지면서 메니스커스 형상을 갖도록, 하면의 곡률 반경이 상면의 곡률 반경보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein the first lens has a meniscus shape with a positive refractive power and a curvature radius of a lower surface of the second lens is larger than a curvature radius of the upper surface and the second lens has a meniscus shape with a negative refracting power, And the radius of curvature of the lower surface is smaller than the radius of curvature of the upper surface.
상기 제1 렌즈의 하면 곡률 반경은 30.47mm 내지 30.57mm이고, 상기 제1 렌즈의 상면 곡률 반경은 16.94mm 내지 16.99mm이며, 상기 제2 렌즈의 하면 곡률 반경은 16.514mm 내지 16.574mm이고, 상기 제2 렌즈의 상면 곡률 반경은 23.451mm 내지 23.551mm인 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein a radius of curvature of the lower surface of the first lens is 30.47 mm to 30.57 mm, a radius of curvature of the upper surface of the first lens is 16.94 mm to 16.99 mm, a radius of curvature of the lower surface of the second lens is 16.514 mm to 16.574 mm, And the radius of curvature of the upper surface of the second lens is 23.451 mm to 23.551 mm.
상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈의 양 단부는 서로 접하면서, 상기 제1 렌즈의 상면 중심부와 상기 제2 렌즈의 하면 중심부가 미소 간격만큼 이격되도록, 상기 제1 렌즈의 상면의 렌즈 직경(clear aperture)은 상기 제2 렌즈의 하면의 렌즈 직경과 같고, 상기 제1 렌즈의 상면의 곡률 반경은 상기 제2 렌즈의 하면의 곡률 반경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein the first lens and the second lens are in contact with each other so that the center of the upper surface of the first lens and the center of the lower surface of the second lens are spaced by a minute distance, aperture of the first lens is the same as the lens diameter of the lower surface of the second lens and the radius of curvature of the upper surface of the first lens is larger than the radius of curvature of the lower surface of the second lens.
상기 텔레센트릭 렌즈 그룹은 상기 영상 출력 장치로부터 출력되는 광원의 필드 사이즈를 미리 정해진 크기 이하로 제한하여 색수차를 보정할 수 있다.The telecentric lens group can correct the chromatic aberration by limiting the field size of the light source output from the image output device to a predetermined size or less.
상기 미리 정해진 크기는 상기 필드 렌즈의 폭의 길이인 것을 특징으로 할 수 있다.And the predetermined size is a length of the width of the field lens.
상기 스크린은 일정 두께를 갖는 광학 유리와, 상기 광학 유리의 상면에 부착되어 상기 광학 유리를 통과한 광원을 산란시키는 필름 스크린을 포함하고, 상기 필드 렌즈는, 상기 광학 유리의 하면에 설치되고, 상기 영상 출력 장치 방향으로 볼록한 형상을 가질 수 있다.Wherein the screen includes an optical glass having a predetermined thickness and a film screen attached to an upper surface of the optical glass to scatter a light source that has passed through the optical glass, wherein the field lens is provided on a lower surface of the optical glass, And may have a convex shape toward the video output device.
상기 영상 출력 장치, 상기 텔레센트릭 렌즈 및 상기 필드 렌즈를 포함하는 투사광학계는 상기 테이블 내에 복수 개로 구비되고, 어느 하나의 투사광학계는 이웃하는 투사광학계와 일정 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.A plurality of projection optical systems including the image output device, the telecentric lens, and the field lens may be provided in the table, and one of the projection optical systems may be disposed apart from the adjacent projection optical system by a predetermined distance.
어느 하나의 투사광학계는 이웃하는 투사광학계와 일정 간격만큼 이격되어 배치되는 것은, 상기 어느 하나의 투사광학계를 구성하는 제1 필드 렌즈와 상기 이웃하는 투사광학계를 구성하는 제2 필드 렌즈가 미리 정해진 이격거리만큼 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.The projection optical system of any one of
상기 미리 정해진 각도는, 상기 스크린의 두께와, 상기 이격거리를 기초로 산출되는 최소 각도 이상이면서, 상기 스크린의 산란각과 상기 스크린의 시야각을 기초로 산출되는 최대 각도 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.The predetermined angle may be not less than a minimum angle calculated based on the thickness of the screen and the spacing distance, and is not greater than a maximum angle calculated based on a scattering angle of the screen and a viewing angle of the screen.
상기 최소 각도는 다음의 수학식을 통해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.The minimum angle may be calculated through the following equation.
여기서, θmin은 상기 최소 각도, t는 상기 스크린의 두께, Δ는 상기 이격거리이다.Here,? Min is the minimum angle, t is the thickness of the screen, and? Is the separation distance.
상기 최대 각도는 다음의 수학식을 통해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.The maximum angle may be calculated by the following equation.
여기서, θmax는 상기 최대 각도, θd는 상기 스크린의 산란각, θFOV는 상기 스크린의 시야각이다.Where θ max is the maximum angle, θ d is the scattering angle of the screen, and θ FOV is the viewing angle of the screen.
상기 마이크로렌즈 유닛은, 상기 스크린 방향으로 볼록한 곡면이 형성되고, 배면은 평면인 비구면 렌즈인 것을 특징으로 할 수 있다.The microlens unit may be an aspherical lens having a convex curved surface in the screen direction and a flat back surface.
각각의 상기 마이크로렌즈 유닛의 배면에는 차단 영역과 투과 영역으로 이루어진 광학 마스크가 부착되고, 상기 광학 마스크에 의해 상기 마이크로렌즈 유닛으로 입사되는 광원 중 상기 투과 영역으로 향하는 일부 광원만 상기 테이블의 상부로 출력될 수 있다.An optical mask having a blocking region and a transmissive region is attached to the rear surface of each of the microlens units, and only a part of the light source, which is incident on the microlens unit by the optical mask, .
상기 영상 투사 장치와 상기 텔레센트릭 렌즈 그룹과의 간격은 17.53mm 내지 17.63mm이고, 상기 텔레센트릭 렌즈 그룹과 상기 필드 렌즈와의 간격은 155.1mm 내지 155.3mm인 것을 특징으로 할 수 있다.An interval between the image projection device and the telecentric lens group is 17.53 mm to 17.63 mm and an interval between the telecentric lens group and the field lens is 155.1 mm to 155.3 mm.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 텔레센트릭 렌즈 그룹을 구성하는 렌즈들의 구조적인 특징으로 인하여, 내구성이 향상되면서도 색수차가 저감된 다시점 영상을 제공할 뿐 아니라, 다수의 영상 출력 장치를 이용하여 디스플레이 크기를 확장시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, because of the structural features of the lenses constituting the telecentric lens group, it is possible to provide a multi-view image in which chromatic aberration is reduced while durability is improved, Thereby enlarging the display size.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치의개략적인 구성이도시된 도면이다.
도 2내지 도6은 도 1의 텔레센트릭 렌즈 그룹의 구체적인 구성이 도시된 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 1의 필드 렌즈의 구체적인 구성이 도시된 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 1의 스크린의 구체적인 구성이 도시된 도면이다.
도 11 및 도 12는 도 1의 마이크로렌즈 어레이의 구체적인 구성이 도시된 도면이다.
도 13 및 도 14는 복수의 투사광학계가 구비된 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치의 구성이 도시된 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a super multi-viewpoint tabletop display device according to an embodiment of the present invention.
Figs. 2 to 6 are views showing a specific configuration of the telecentric lens group of Fig. 1. Fig.
Figs. 7 and 8 are views showing a specific configuration of the field lens of Fig. 1. Fig.
Figs. 9 and 10 are views showing a specific configuration of the screen of Fig.
Figs. 11 and 12 are views showing a specific configuration of the microlens array of Fig. 1. Fig.
Figs. 13 and 14 are diagrams showing a configuration of an ultra-high-resolution table top display apparatus having a plurality of projection optical systems.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치 (1)의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a super-multi-view
본 발명에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1)는 집적 영상(integral imaging) 방식으로 영상을 출력하며, 테이블의 상부의 일정 공간에 광원을 집적시켜 3차원 영상을 출력하는 테이블탑(table top) 디스플레이 장치이다.The ultra-high-resolution table
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1)는, 영상 출력 장치(100), 텔레센트릭 렌즈 그룹(200), 필드 렌즈(300), 스크린(400) 및 마이크로렌즈 어레이(500)를 포함한다.In detail, the ultra-high-resolution table
도시된 바와 같이, 테이블(50)은 내부에 공간이 형성된 박스 형상의 하우징으로, 윗면에는 윗면과 평행하도록 배치되는 스크린(400)과, 스크린(400)의 상부에 설치되는 마이크로렌즈 어레이(500)가 구비될 수 있다. 그리고, 테이블(50) 내부의 빈 공간에는 바닥면으로부터 순차적으로 영상 출력 장치(100), 텔레센트릭 렌즈 그룹(200), 필드 렌즈(300)가 배치될 수 있다.As shown in the figure, the table 50 is a box-shaped housing having a space formed therein. The top surface of the table 50 is provided with a
영상 출력 장치(100)는 영상정보를 포함하는 광원을 출력하는 장치로, 예를 들어 프로젝터일 수 있다. 영상 출력 장치(100)는 테이블(50)의 바닥면에 배치되어 테이블(50)의 윗면 방향, 다시 말해 후술하는 스크린(400)이 형성된 방향으로 광원을 출력할 수 있다. The
이때, 본 발명에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1)가 3차원 영상을 제공하는 경우, 영상 출력 장치(100)는 요소 영상(elemental image)을 영상정보로 출력할 수 있다. 요소 영상은 표시하려는 물체를 복수의 렌즈로 구성된 렌즈 어레이를 통해 촬영한 영상으로 정의될 수 있다. 영상 출력 장치(100)는 이러한 요소 영상들의 집합인 요소 영상 배열(elemental image array)을 출력하고, 출력된 요소 영상 배열은 후술하는 마이크로렌즈 어레이(500)를 통해 집적되어 3차원 영상으로 복원될 수 있다. 요소 영상을 생성하는 방법 및 요소 영상 배열을 통한 3차원 영상 디스플레이 방법은 집적 영상 방식의 디스플레이 분야에서 잘 알려진 기술이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.In this case, when the super-multi-view
텔레센트릭 렌즈 그룹(200)은 영상 출력 장치(100)의 상부에 설치되어,영상 출력 장치(100)로부터 출력된 광원을 필드 렌즈(300)로 전달할 수 있다. 이 과정에서, 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)은 영상 출력 장치(100)로부터 출력된 광원의 진행 경로를 테이블(50)의 상부 방향으로 향하도록 조절할 수 있다. The
텔레센트릭 렌즈 그룹(200)은 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(210)는 양의 굴절력을 갖는 볼록 렌즈이고, 제2 렌즈(220)는 음의 굴절력을 갖는 오목 렌즈의 형태일 수 있다.이때, 영상 출력 장치(100)로부터 출력된 광원은 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)를 순차적으로 통과하면서 광원의 전체적인 필드 사이즈(field size)가 제한될 수 있다. 여기서, 필드 사이즈는 광원이 투사되는 영역으로 정의된다.The
설명의 편의를 위하여, 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)는 이격되어 배치된 것으로 도시하였으나, 실질적으로는 부분 확대도 A에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)는 양 단부는 서로 접하면서, 중심부는 일정 간격 이격되도록 설계배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220) 사이에는 내부 공간이 마련될 수 있다. 이러한 제1 렌즈(210) 및 제2 렌즈(220)로 구성된 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)의 구체적인 구성 및 기능은 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.Although the
필드 렌즈(300)는 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)의 상부에 설치될 수 있다. 구체적으로, 필드 렌즈(300)는 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)과 스크린(400) 사이의 공간에 마련될 수 있다. The
특히, 본 발명에 따른 필드 렌즈(300)는 스크린(400)의 하면에 설치되어, 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)을 통과한 광원이 미리 정해진 각도로 스크린(400)에 입사되도록 할 수 있다.즉, 필드 렌즈(300)는 스크린(400)에 입사되는 광원의 진행 방향이광축(optic axis, OX) 방향과 유사한 방향이 되도록, 필드 렌즈(300)로 입사되는 광원의 경로를조절할 수 있다. 이를 위해, 필드 렌즈(300)는 텔레센트릭 렌즈 그룹(200) 방향 쪽을 향하는 전면부는 볼록한 형상을 가지고, 스크린(400) 방향 쪽을 향하는 후면부는 평평한 형상을 가지는 평 볼록 렌즈(convex-plano lens) 형태로 설계될 수 있다.Particularly, the
스크린(400)은 테이블(50)의 상부에 설치되며, 구체적으로는 테이블의 윗면과 평행한 방향, 즉 광축(OX)과 직교하는 방향으로 설치될 수 있다. 스크린(400)의 하면에는 필드 렌즈(300)가 배치되고, 스크린(400)의 상면에는 마이크로렌즈 어레이(500)가 배치될 수 있다. 스크린(400)은 필드 렌즈(300)를 통과한 광원을 테이블(50)의 상부로 투과시킬 수 있다. 이때, 스크린(400)는 입사된 광원을 산란시키도록, 미리 정해진 산란각과 시야각을 가지도록 설계될 수 있다.The
마이크로렌즈 어레이(500)는 스크린(400)의 상부에 설치될 수 있다. 마이크로렌즈 어레이(500)는 스크린(400)을 통과하는 과정에서 산란된 광원을 테이블(50) 상부의 일정 공간에 집적(integral)시키는 마이크로렌즈 유닛(510)이 2차원 배열된 형태일 수 있다. 마이크로렌즈 유닛(510)은 부분 확대도 B에 도시된 바와 같이, 스크린 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 반구 형상의 광학렌즈일 수 있다. The
이하에서는, 도 1에 도시된 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1)를 구성하는 각 구성요소에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, each component constituting the ultra-high-resolution table
도 2 내지 도 6은 도 1의 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)의 구체적인 구조가 도시된 도면이다.2 to 6 are views showing the specific structure of the
상술한 바와 같이, 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)은 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1)는 영상 출력 장치(100) 측으로부터 광축(OX)을 따라 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)가 순차적으로 배치될 수 있다.As described above, the
제1 렌즈(210)는 양의 굴절력을 가지며메니스커스(meniscus) 형상을 갖도록 설계될 수 있다. 즉, 제1 렌즈(210)는 하면(211)과 상면(212)이 스크린(400) 방향으로 볼록한 형상을 갖는 초승달 형상을 갖도록 마련되되, 양의 굴절력을 갖도록 하면(211)의 곡률 반경이 상면(212)의 곡률 반경보다 크도록 설계될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 렌즈(210)의 하면(211)의 곡률 반경은 30.47mm 내지 30.57mm이고, 제1 렌즈(210)의 상면(212)의 곡률 반경은 16.94mm 내지 16.99mm를 갖도록 설계되었다. 이를 포함한 제1 렌즈(210)의 구체적인 형상 및 세부 스펙은 도3 및 도 4에 도시된 바와 같다. The
제2 렌즈(220)는 음의 굴절력을 갖는 메니스커스(meniscus) 형상을 갖도록 설계될 수 있다. 제2 렌즈(220)는 제1 렌즈(210)와 유사하게 하면(221)과 상면(222)이 스크린(400) 방향으로 볼록한 형상을 갖는 초승달 형상을 갖도록 마련되나, 음의 굴절력을 갖도록 하면(221)의 곡률 반경이 상면(222)의 곡률 반경보다 작도록 설계될 수 있다.본 실시예에서, 제2 렌즈(220)의 하면(221)의 곡률 반경은 16.514mm 내지 16.574mm이고, 제2 렌즈(220)의 상면(222)의 곡률 반경은 23.451mm 내지 23.551mm를 만족하도록 설계되었다. 이를 포함한 제2 렌즈(210)의 구체적인 형상 및 세부 스펙은 도5 내지 도 6에 도시된 바와 같다. The
한편, 본 실시예에 따른 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)은 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)의 양 단부는 서로 접하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 렌즈(210)의 상면(221) 엣지는 제2 렌즈(220)의 하면(222) 엣지와 접촉되도록 배치될 수 있다. 이때, 상술한 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)의 구조적 특징으로 인하여, 광축(OX) 상에 형성된 제1 렌즈(210)의 상면(221) 중심부와 제2 렌즈(220)의 하면(222) 중심부는 일정 간격 이격될 수 있다. 이에 따라, 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220) 사이에는 내부 공간, 다시 말해 갭(gap)이 형성될 수 있다.상술한 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)의 구조적 특징에 따라 형성되는 갭은 중심부가 0.399mm 내지 0.499mm의 깊이로 형성되며, 외곽쪽으로 갈수록 좁아질 수 있다.Meanwhile, in the
그리고, 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220) 사이에 형성된 갭으로 인하여, 본 발명에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1)는 내구성이 향상될 수 있다.일반적으로, 프로젝션 장치는 영상정보가 포함된 광원을 투사시키는 과정에서 열이 발생하게 된다.이 과정에서, 영상을 투과시키는 렌즈에 열이 가해지는 경우 렌즈의 재질에 따른 열 팽창율에 따라 렌즈 면적이 팽창되며, 이에 따라 렌즈의 굴절능에 변화가 일어나게 된다. 이로 인하여, 최초 설계된 바와는 다르게 스크린에 형성되는 화상이 왜곡되거나, 색수차가 증가되는 문제점이 발생할 수 있다.In addition, due to the gap formed between the
반면, 본 발명에 따른 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)은 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)의 엣지면이 서로 붙어있도록 설계되기 때문에, 발열에 의한 팽창을 상호 억제시킬 수 있는 효과를 가지게 된다. 이때, 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)가 완전히 붙어있도록 설계되는 경우, 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)의 열 팽창률이 상이하여 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)에 고온이 가해지면 렌즈의 팽창에 따른 균열이 발생하여 내구성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따르면,제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220) 사이에는 구조적 특징에 따른 갭이 형성되어 있으므로, 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)에 열이 가해지더라도 균열 발생을 방지할 수 있다.On the other hand, since the
이와 같이, 본 발명에 따른 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)은 제1 렌즈(210)와 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(220)로 구성될 수 있다. 영상 출력 장치(100)로부터 출력되는 광원은양의 굴절력 갖는 제1 렌즈(210)와 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(220)를 순차적으로 통과하면서 필드 사이즈(광각)이 제한되고 색수차가 저감될 수 있다. 또한, 제1 렌즈(210)와 제2 렌즈(220)로 입사되는 광원이 전반사되지 않도록 메니스커스 형상으로 설계될 수 있다.As described above, the
도 7은 도 1의 필드 렌즈(300)의 및 스크린(400)의 구체적인 구조가 도시된 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing the specific structure of the
필드 렌즈(300)는 스크린(400)의 하면에 설치되고, 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)을 통과한 광원을 스크린(400)으로 입사시킬 수 있다. 필드 렌즈(300)는 텔레센트릭 렌즈 그룹(200) 방향 쪽을 향하는 전면부는 볼록한 형상을 가지고, 스크린(400) 방향 쪽을 향하는 후면부는 평평한 형상을 가지는 평 볼록 렌즈(convex-plano lens) 형태로 설계될 수 있다.필드 렌즈(300)의 구체적인 스펙은 도 8에 도시된 바와 같다.The
필드 렌즈(300)는 스크린(400)에 입사되는 광원의 진행 방향이 광축(optic axis, OX) 방향과 유사한 방향이 되도록, 필드 렌즈(300)로 입사되는 광원의 경로를 조절할 수 있다.예를 들어, 필드 렌즈(300)를 통과한 광원은 스크린(400)에 입사될 때의 입사각이 85° 내지 95°가 되도록 하여, 광원이 스크린(400)에 대략 90°각도로 입사될 수 있다.The
스크린(400)은 테이블(50)의 윗면에 설치되며, 하면에는 필드 렌즈(300)가 배치되고, 상면에는 마이크로렌즈 어레이(500)가 배치될 수 있다. 스크린(400)은 광학 유리(410)와 필름 스크린(420)을 포함할 수 있다.The
광학 유리(410)는 필드 렌즈(300)를 통과한 광원을 필름 스크린(420)에 전달할 수 있다. 광학 유리(410)는 필름 스크린(420)을 지지하며, 미리 정해진 두께를 가지도록 설계되어 필름 스크린(420)과 필드 렌즈(300)간의 거리를 보장할 수 있다. 필름 스크린(420)은광학 유리(410)의 상면에 부착되는 박막 형태의 스크린으로, 광학 유리(410)를 통과한 광원을 산란시킬 수 있다. 이러한 광학 유리(410)와 필름 스크린(420)의 세부 스펙은 도 9에 도시된 바와 같다.The
도 10은 도 1의 마이크로렌즈 어레이(500)의 구체적인 구조가 도시된 도면이다.10 is a view showing a specific structure of the
마이크로렌즈 어레이(500)는 필름 스크린(420)의 상부에 설치되고, 필름 스크린(420)에 의해 산란된 광원을 테이블(50) 상부의 공간에 집광시켜 3차원 영상이 표시되도록 할 수 있다.마이크로렌즈 어레이(500)는 마이크로렌즈 유닛(510)이 2차원으로 배열된 형태일 수 있다.The
마이크로렌즈 유닛(510)은 스크린(400) 방향으로 볼록한 형상을 가지며, 그 뒷면은 평평한 형상을 가지는 반구 형태의 광학 렌즈일 수 있다. 마이크로렌즈 유닛(510)은 볼록한 표면을 가진 하면으로 입사되는 광원을 평평한 표면을 가진 상면으로 투과시킬 수 있다. 이때, 각각의 마이크로렌즈 유닛(510)의 상면에는 광학 마스크(520)가 부착될 수 있다.The
광학 마스크(520)는 전체적으로 마이크로렌즈 유닛(510)의 상부 형상에 대응되는 모양으로 마련될 수 있다. 그리고, 광학 마스크(520)의 중앙은 통공이 형성될 수 있다. 이에 따라, 마이크로렌즈 유닛(510)을 투과하는 광원들 중 마이크로렌즈 유닛(520)의 상면 중심부로 향하는 광원은 테이블(50) 상부로 투과되고, 마이크로렌즈 유닛(520)의 상면 주변부로 향하는 광원은 투과되지 않고 차단될 수 있다.이러한 마이크로렌즈 어레이(500)의 구체적인 형상은 도 11에 도시된 바와 같으며, 마이크로렌즈 어레이(500)의 세부 스펙은 도 12에 도시된 바와 같다.The
한편, 본 발명에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1)는 영상 출력 장치(100), 텔레센트릭 렌즈 그룹(200) 및 필드 렌즈(300)가 복수 개로 마련될 수 있다.이와 관련하여, 도 13 내지 도 14를 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 영상 출력 장치(100), 텔레센트릭 렌즈 그룹(200), 필드 렌즈(300)를 포함하는 구성을 하나의 투사광학계(1000)로 정의하여 설명하기로 한다. In the meantime, the super-multi-view
도 13을 참조하면, 복수의 투사광학계(1000)로 구성된 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1')의 개략적인 구성이 도시된다.Referring to Fig. 13, there is shown a schematic configuration of an ultra-high resolution table top display apparatus 1 'composed of a plurality of projection
즉, 본 발명에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1')는 테이블(50) 내부에 복수의 투사광학계(1000)가 배치될 수 있다. 각각의 투사광학계(1000)를 구성하는영상 출력 장치(100)의 중심부와, 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)의 중심부와, 필드 렌즈(300)의 중심부는 동일한 직선(광축) 상에 형성되고, 해당 직선(광축)은 테이블(50)의 바닥면을 기준으로 수직한 방향으로 형성될 수 있다.That is, a plurality of projection
각각의 투사광학계(1000)는 이웃하는 투사광학계(1000')와 일정거리 이격되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 어느 하나의 투사광학계(1000)를 구성하는 어느 하나의 필드렌즈(300)는 이웃하는 투사광학계(1000')를 구성하는 이웃하는 필드렌즈(300')와 미리 정해진 이격거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 어느 하나의 투사광학계(1000)로부터 출력되어 스크린(400)을 통과한 광원이 이웃하는 투사광학계(1000')로부터 출력되어 스크린(400)을 통과한 광원과 간섭이 일어나는 현상을 방지하기 위하여, 복수의 투사광학계(1000)가 구비된 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1')는 필드렌즈(300)를 이용하여 스크린(400)에 입사되는 광원의 각도를 미리 정해진 최소 각도 이상이면서 최대 각도 이하로 제한할 수 있다. 이와 관련하여, 도 14를 함께 참조하여 설명하기로 한다.Each of the projection
도 14는 도 13의 서로 이웃하는 필드 렌즈(300)가 도시된 도면이다.14 is a view showing neighboring
상술한 바와 같이, 각각의 투사광학계(1000)를 구성하는 필드 렌즈(300)는 이웃하는 필드 렌즈(300')와 미리 정해진 이격거리(Δ)만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 스크린(400)의 두께를 t라고 하면, 최소 각도는 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.As described above, the
여기서, θmin은 최소 각도, t는 스크린(400)의 두께, Δ는 서로 이웃하는 필드 렌즈(300)간의 이격거리이다.Herein,? Min is the minimum angle, t is the thickness of the
또한, 최대 각도는 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.Further, the maximum angle can be calculated by the following equation.
여기서, θmax는 최대 각도, θd는 스크린(400)의 산란각, θFOV는 스크린(400)의 시야각이다.Where θ max is the maximum angle, θ d is the scattering angle of the
즉, 본 발명에 따른 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치(1')는 텔레센트릭 렌즈 그룹(200)을 통과한 광원이 스크린(400)쪽으로 진행하는 방향을 나타내는 파수 벡터가 상술한 수학식에 의해 산출된 최소 각도~최대 각도 사이의 각도를 갖도록 광원의 경로를 변경시키는 필드 렌즈(300)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 복수의 영상 출력 장치(100)로부터 광원이 출력되더라도 왜곡되지 않은 3차원 영상을 테이블(50)의 상부에 집적시킬 수 있다.That is, in the super-multi-view tabletop display device 1 'according to the present invention, a wavenumber vector indicating a direction in which the light source passing through the
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
100: 영상 출력 장치
200: 텔레센트릭 렌즈 그룹
300, 300': 필드 렌즈
400: 스크린
500: 마이크로렌즈 어레이
1000, 1000': 투사광학계100: Video output device
200: Telecentric Lens Group
300, 300 ': field lens
400: Screen
500: micro lens array
1000, 1000 ': projection optical system
Claims (16)
상기 테이블의 바닥면에 배치되어 상기 스크린 방향으로 영상정보를 포함하는 광원을 출력하는 영상 출력 장치;
상기 스크린과 상기 영상 출력 장치 사이에 설치되고, 상기 영상 출력 장치로부터 상기 스크린 쪽 방향으로 차례로 배치된 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈로 구성되는 텔레센트릭 렌즈 그룹;
상기 텔레센트릭 렌즈 그룹과 상기 스크린 사이에 설치되고, 상기 텔레센트릭 렌즈 그룹을 통과한 광원이 미리 정해진 각도로 상기 스크린에 입사되도록 하는 필드 렌즈; 및
상기 스크린의 상부에 배치되며, 상기 스크린을 통과한 광원이 입사되는 반구 형상의 마이크로렌즈 유닛으로 구성되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하되,
상기 영상 출력 장치, 상기 텔레센트릭 렌즈 및 상기 필드 렌즈를 포함하는 투사광학계는 상기 테이블 내에 복수 개로 구비되되, 어느 하나의 투사광학계를 구성하는 제1 필드 렌즈는 이웃하는 투사광학계를 구성하는 제2 필드 렌즈와 미리 정해진 이격거리만큼 이격되어 배치되며,
상기 미리 정해진 각도는, 상기 스크린의 두께와 상기 이격거리를 기초로 산출되는 최소 각도 이상이면서, 상기 스크린의 산란각과 상기 스크린의 시야각을 기초로 산출되는 최대 각도 이하인 것을 특징으로 하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
A super high score table top display device for outputting an image in an integrated image manner through a screen provided on a top surface of a table on which an internal space is formed,
An image output device disposed on a bottom surface of the table and outputting a light source including image information in the screen direction;
A telecentric lens group which is provided between the screen and the video output device and is composed of a first lens having a positive refractive power and a second lens having a negative refractive power, ;
A field lens disposed between the telecentric lens group and the screen, the light source passing through the telecentric lens group being incident on the screen at a predetermined angle; And
And a microlens array arranged on the screen, the microlens array being composed of a hemispherical microlens unit through which a light source passing through the screen is incident,
Wherein a plurality of projection optical systems including the image output device, the telecentric lens, and the field lens are provided in the table, and a first field lens constituting one of the projection optical systems includes a second And is spaced apart from the field lens by a predetermined distance,
Wherein the predetermined angle is not smaller than a minimum angle calculated on the basis of the thickness of the screen and the spacing distance and is not larger than a maximum angle calculated on the basis of a scattering angle of the screen and a viewing angle of the screen. Top display device.
상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 양면이 상기 스크린 방향으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 형상을 갖도록 마련되는,초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first lens and the second lens are provided such that both surfaces of the first lens and the second lens have a meniscus shape convex in the screen direction.
상기 제1 렌즈는, 양의 굴절력을 가지면서 메니스커스 형상을 갖도록, 하면의 곡률 반경이 상면의 곡률 반경보다 크고,
상기 제2 렌즈는, 음의 굴절력을 가지면서 메니스커스 형상을 갖도록, 하면의 곡률 반경이 상면의 곡률 반경보다 작은 것을 특징으로 하는,초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the first lens has a meniscus shape with a positive refractive power, a curvature radius of the lower surface is larger than a curvature radius of the upper surface,
Wherein the second lens has a curvature radius smaller than a curvature radius of an upper surface so as to have a meniscus shape with a negative refracting power.
상기 제1 렌즈의 하면 곡률 반경은 30.47mm 내지 30.57mm이고, 상기 제1 렌즈의 상면 곡률 반경은 16.94mm 내지 16.99mm이며,
상기 제2 렌즈의 하면 곡률 반경은 16.514mm 내지 16.574mm이고, 상기 제2 렌즈의 상면 곡률 반경은 23.451mm 내지 23.551mm인 것을 특징으로 하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
The method of claim 3,
The radius of curvature of the lower surface of the first lens is 30.47 mm to 30.57 mm, the radius of curvature of the upper surface of the first lens is 16.94 mm to 16.99 mm,
Wherein a radius of curvature of the lower surface of the second lens is 16.514 mm to 16.574 mm, and a radius of curvature of the upper surface of the second lens is 23.451 mm to 23.551 mm.
상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈의 양 단부는 서로 접하면서, 상기 제1 렌즈의 상면 중심부와 상기 제2 렌즈의 하면 중심부가 미소 간격만큼 이격되도록, 상기 제1 렌즈의 상면의 렌즈 직경(clear aperture)은 상기 제2 렌즈의 하면의 렌즈 직경과 같고, 상기 제1 렌즈의 상면의 곡률 반경은 상기 제2 렌즈의 하면의 곡률 반경보다 큰 것을 특징으로 하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first lens and the second lens are in contact with each other so that the center of the upper surface of the first lens and the center of the lower surface of the second lens are spaced by a minute distance, aperture of the second lens is the same as the lens diameter of the lower surface of the second lens and the radius of curvature of the upper surface of the first lens is larger than the radius of curvature of the lower surface of the second lens.
상기 텔레센트릭 렌즈 그룹은 상기 영상 출력 장치로부터 출력되는 광원의 필드 사이즈를 미리 정해진 크기 이하로 제한하여 색수차를 보정하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the telecentric lens group corrects chromatic aberration by limiting a field size of a light source output from the image output device to a predetermined size or less.
상기 미리 정해진 크기는 상기 필드 렌즈의 폭의 길이인 것을 특징으로 하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the predetermined size is a length of the width of the field lens.
상기 스크린은 일정 두께를 갖는 광학 유리와, 상기 광학 유리의 상면에 부착되어 상기 광학 유리를 통과한 광원을 산란시키는 필름 스크린을 포함하고,
상기 필드 렌즈는,
상기 광학 유리의 하면에 설치되고, 상기 영상 출력 장치 방향으로 볼록한 형상을 갖는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the screen includes an optical glass having a predetermined thickness and a film screen attached to an upper surface of the optical glass to scatter a light source passing through the optical glass,
The field lens includes:
And a convex shape in the direction of the video output device, the convex shape being provided on a lower surface of the optical glass.
상기 최소 각도는 다음의 수학식을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
여기서, θmin은 상기 최소 각도, t는 상기 스크린의 두께, Δ는 상기 이격거리이다.
The method according to claim 1,
Wherein the minimum angle is calculated through the following equation.
Here,? Min is the minimum angle, t is the thickness of the screen, and? Is the separation distance.
상기 최대 각도는 다음의 수학식을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
여기서, θmax는 상기 최대 각도, θd는 상기 스크린의 산란각, θFOV는 상기 스크린의 시야각이다.
The method according to claim 1,
Wherein the maximum angle is calculated by the following equation.
Where θ max is the maximum angle, θ d is the scattering angle of the screen, and θ FOV is the viewing angle of the screen.
상기 마이크로렌즈 유닛은,
상기 스크린 방향으로 볼록한 곡면이 형성되고, 배면은 평면인 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
The method according to claim 1,
The micro lens unit includes:
Wherein the convex surface is convex in the screen direction, and the back surface is a plane aspherical surface lens.
각각의 상기 마이크로렌즈 유닛의 배면에는 차단 영역과 투과 영역으로 이루어진 광학 마스크가 부착되고,
상기 광학 마스크에 의해 상기 마이크로렌즈 유닛으로 입사되는 광원 중 상기 투과 영역으로 향하는 일부 광원만 상기 테이블의 상부로 출력되는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
15. The method of claim 14,
An optical mask having a blocking region and a transmissive region is attached to the back surface of each of the microlens units,
And wherein only a part of the light sources incident on the microlens unit by the optical mask toward the transmission region is output to the upper portion of the table.
상기 영상 출력 장치와 상기 텔레센트릭 렌즈 그룹과의 간격은 17.53mm 내지 17.63mm이고, 상기 텔레센트릭 렌즈 그룹과 상기 필드 렌즈와의 간격은 155.1mm 내지 155.3mm인 것을 특징으로 하는, 초다시점 테이블탑 디스플레이 장치.
The method according to claim 1,
Wherein an interval between the image output device and the telecentric lens group is 17.53 mm to 17.63 mm and an interval between the telecentric lens group and the field lens is 155.1 mm to 155.3 mm. Table top display device.
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