KR19980055980A - Video indicator for viewing stereoscopic and flat images - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 평면 TV를 영상원으로 하여 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린을 포함한 투사 광학 시스템의 조합에 의해 안경을 사용하지 않고서 선명도가 뛰어난 입체 및 평면 영상을 모두 시청 가능하게 하는 칼라 입체 및 평면 영상 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 입체 및 평면 영상 시스템은 상기 시청자 중 중앙 시청자의 시축에 대해 서로 대칭이 되도록 배치되고 평면 영상들을 발생시키기 위한 한 쌍의 영상발생기, 상기 영상 발생기로부터의 영상의 광로에 배치되고 상기 시축에 대해 서로 대칭이며, 각각이 상기 영상 발생기로부터의 상기 평면 영상들을 상기 시축 방향으로 반사시키기 위한 한 쌍의 반사경들, 상기 반사경으로부터 반사된 평면 영상의 광로에 배치되고 각각의 상기 반사된 상기 평면 영상이 각각에 상응하여 투사되어 상기 평면 영상들을 중첩시키고 색 분산을 줄이며 상기 중첩된 영상을 확대시키기 위한 한 쌍의 색지움 렌즈, 및 상기 색지움 렌즈로부터의 영상의 광로에 배치되고, 상기 색지움 렌즈로부터의 영상이 투과되어 다시역과 넓은 시야를 갖도록 하는 회절 수단을 포함한다. 이 영상 장치는 기존의 입체 영상 표시에서 입체 영상만을 시청할 수 있는 것과는 달리 평면 영상의 시청도 가능하므로 입체 영상 시청에 따른 눈의 피로를 완화시킬 수 있다. 또한 기존의 무안경식 입체 영상 표시기에 비해 다시역을 가지며 시야가 매우 넓다.The present invention provides a color stereoscopic and flat screen that enables viewing of stereoscopic and flat images having excellent clarity without using glasses by combining a projection optical system including a Fresnel lens or a holographic screen using an existing flat TV as an image source. It relates to a video display device. The stereoscopic and planar imaging system according to the present invention is a pair of image generators arranged to be symmetrical with respect to the time axis of a central viewer among the viewers, and a pair of image generators for generating planar images, and disposed on an optical path of an image from the image generator and the time axis. A pair of reflectors for reflecting the planar images from the image generator in the time axis direction, each disposed in an optical path of the planar image reflected from the reflector, each of the reflected planar images Corresponding to each of these, a pair of chromatographic lenses for superimposing the planar images, reducing color dispersion, and enlarging the superimposed images, and disposed in the optical path of the image from the chromium lenses, the image from the chromium lenses Is diffracted means to be transmitted back to have a wide field of view It should. Unlike the conventional stereoscopic image display, which can only watch stereoscopic images, the imaging apparatus can also view planar images, which can alleviate eye fatigue caused by viewing stereoscopic images. In addition, compared to the conventional autostereoscopic display, it has a reverse range and has a very wide field of view.
Description
본 발명은 입체 및 평면 영상 표시기에 관한 것인데, 더 자세하게는 기존의 평면 TV와 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린(Holographic screen)을 포함한 투사 렌즈 시스템을 조합하여 만들어진 칼라 입체 및 평면 영상 표시기에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to stereoscopic and planar image indicators, and more particularly to color stereoscopic and planar image indicators made by combining a conventional flat TV and a projection lens system including a Fresnel lens or a holographic screen.
일반적으로 사람이 입체 영상을 시청하게 되는 것은 사람의 두 눈에 서로 다른 영상이 투시되어 그 효과상 입체 영상이 느껴지기 때문이다. 도1에 도시된 것처럼 사람의 두 눈이 두개의 서로 다른 영상이 투사되는 A 위치에 있을 때는 입체 영상을 보게 된다. 그러나 사람의 두 눈에 같은 영상이 투시되는 B 위치에서 관측하게 되면 평면 영상을 보게 된다.In general, a person sees a stereoscopic image because a different image is projected to both eyes of a person and a stereoscopic image is felt due to its effect. As shown in Fig. 1, when a human's eyes are in the A position where two different images are projected, a stereoscopic image is seen. However, if you observe at the B position where the same image is visible to both eyes, you will see a planar image.
이렇게 입체 영상을 구현하는 방식으로는 크게 안경식과 무안경식의 두가지가 있다.There are two ways to implement three-dimensional images, glasses and glasses-free.
안경식의 경우는 시청자가 좌우 눈 위치에서 빛의 세기 및 편광과 시간에 따라 투과도가 달라지는 특수 안경을 시청자가 끼고 스크린에 표시되는 상을 시청한다. 가상 현실 구현(virtual reality)에서 사용되는 헤드 마운트 디스플레이(head mount display)의 경우에는 좌우눈에 투사될 상이 각각의 액정 표시기에 나타나며 이 상들은 각각 독립적인 광학 채널을 통해 해당 눈에 투사된다. 이런 안경식의 경우에는 안경을 착용해야 하는 불편함과 대다수의 시청자가 갖고 있는 좌우눈의 시력차로 인해 입체감이 줄어드는 문제가 있다.In the case of eyeglasses, the viewer wears special glasses whose transmittance varies depending on light intensity, polarization, and time at the left and right eye positions, and the viewer views an image displayed on the screen. In the case of a head mount display used in virtual reality, images to be projected to the left and right eyes appear on each liquid crystal display, and the images are projected to the corresponding eyes through independent optical channels. In the case of such glasses type, there is a problem in that the stereoscopic feeling is reduced due to the discomfort of wearing glasses and a difference in the visual acuity between the left and right eyes of most viewers.
무안경식의 경우에는 좌우눈에 해당하는 영상을 광학적인 방식으로 대응하는 눈에 직접 투사시키거나 투사되는 영상에 깊이를 주는 방법을 이용하여 입체감을 직접 느끼게 한다. 무안경식의 입체 표시 방식 중 현재 가장 많이 사용되는 것은 렌티큘라 방식이다. 렌티큘라(lenticular) 방식은 좌우눈에 해당하는 영상을 반원통형 렌즈가 일차원적으로 배열되어 있는 렌티큘라 판을 통해 대응하는 눈에 투사시켜 주는 방식이다. 그러나 이런 무안경식을 사용할 경우 시역과 시야가 제한되어서 시청 가능한 시청자의 수가 제한되고 또한 시청자가 눈의 위치를 바꿀 수 있는 범위가 충분치 못하여 눈의 피로가 빨이 오는 문제점이 있다. 또한 렌티큘라 판의 형태가 영상과 중첩되어 보이므로 상의 선명도가 떨어진다는 문제점이 있다.In the case of the autostereoscopic type, the image corresponding to the left and right eyes is directly projected to the corresponding eye in an optical manner or the depth of the projected image is used to make the 3D effect directly. Among the autostereoscopic display methods, the lenticular method is most commonly used at present. The lenticular method is a method of projecting an image corresponding to the left and right eyes to a corresponding eye through a lenticular plate in which semi-cylindrical lenses are arranged one-dimensionally. However, when using such glasses-free, the number of viewers that can be viewed due to the limited viewing area and field of view is limited, and there is a problem that the eye fatigue is red because the viewer can not change the position of the eye is not enough. In addition, since the shape of the lenticular plate overlaps with the image, there is a problem in that the sharpness of the image is lowered.
그러므로, 입체 영상을 시청하다가 눈의 피로가 올 경우에는 눈이나 자세를 움직여서 평면 영상을 시청할 수 있어서 눈의 피로를 줄일 수 있는 입체 및 평면 영상 시스템이 필요하다. 또한, 기존의 무안경식 입체 영상 표시기에 비해 시역과 시야가 매우 넓어 영상을 끊기지 않고 시청할 수 있고 선명도가 좋은 입체 및 평면 영상 시스템이 필요하다.Therefore, when eye fatigue occurs while watching a stereoscopic image, a stereoscopic and planar imaging system capable of reducing eye fatigue by moving an eye or a posture to view a planar image is needed. In addition, the field of view and field of view is much wider than the conventional autostereoscopic 3D display, which requires a 3D and planar imaging system that can watch images without interruption and has good clarity.
도1은 일반적인 입체 영상 발생 원리를 도시한 도면.1 illustrates a general stereoscopic image generation principle;
도2는 본 발명에 따른 천연색 입체 및 평면 영상 표시기의 구성도.2 is a block diagram of a color stereoscopic and planar image display according to the present invention;
도3은 홀로그래픽 스크린에 의해 다시역이 형성되는 원리를 도시한 도면.FIG. 3 shows the principle of inverse formation by a holographic screen; FIG.
도4는 본 발명에 따른 홀로그래픽 스크린을 사용하는 천연색 입체 및 평면 영상 표시기에 의한 화면을 시청하는 것을 예시한 도면.4 illustrates viewing a screen by a color stereoscopic and planar image display using a holographic screen in accordance with the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 투사 렌즈 시스템100: projection lens system
10 : 램프10: lamp
20 : 산광기20: diffuser
30 : 수렴 렌즈30: converging lens
40 : 액정 패널/CRT40: liquid crystal panel / CRT
50 : 색지움 렌즈/복합 렌즈50: Sapphire Lens / Composite Lens
60 : 반사경60: reflector
70 : 조명부70: lighting unit
200 : 홀로그래픽 스크린/프레넬 렌즈200: holographic screen / fresnel lens
300 : 시역300: city station
70 : 시청자70: viewers
60 : 평면 영상 시역60: planar image viewing area
50 : 입체 영상 시역50: stereoscopic viewing
도2에는 본 발명에 따른 입체 및 평면 영상 시스템의 구성도가 예시되어 있다. (100)은 두개의 영상을 조합하여 투사시키기 위한 투사 광 시스템이다. (200)은 투사 광 시스템(100)에서 투사된 영상의 크기를 정해 주고 시역이 여러 곳에서 형성되도록 하기 위한 홀로그래픽 스크린 또는 프레넬 렌즈이다. (300)은 홀로그래픽 스크린/프레넬 렌즈(200)을 투과한 영상의 촛점이 맺혀서 시역이 형성되는 공간 위치를 나타낸다.2 is a block diagram of a stereoscopic and planar imaging system according to the present invention. 100 is a projection light system for projecting two images in combination. The reference numeral 200 is a holographic screen or a Fresnel lens for determining the size of an image projected by the projection light system 100 and allowing the viewing area to be formed at various places. Reference numeral 300 denotes a spatial position where a viewing area is formed by focusing an image transmitted through the holographic screen / fresnel lens 200.
먼저 투사 광 시스템(100)의 구성 및 작동이 다음과 같이 설명된다. 광원(10)으로부터의 광은 산광기(20)와 집속 렌즈(converging lens, 30)에 의해 균일한 강도 분포를 갖는 집속 빔(converging beam)이 된다. 이때에 산광기(20)은 렌티큘라판을 서로 수직으로 교차시켜서 만든 것을 사용하였다. 여기서 광원(10), 산광기(20), 및 평행화 렌즈(30)에 의해 조명부(70)가 형성된다. 상기 조명부(70)에서 나온 빔은 액정 패널(liquid crystal panel, 40)에 조사된다. 액정 패널(40)은 캠코더 또는 비디오 레코더에 직접 연결하여 사용하는 것이 가능하며 사람의 좌우 눈에 투사될 영상을 발생시킨다. 액정 패널 대신에 CRT를 사용하는 경우에는 조명부(70)이 필요없다. 시축 A에 대해 서로 대칭으로 배치된 반사경(60)들은 자신에게 입사되는 액정 패널의 영상을 대응하는 색지움 렌즈들(50, achromatic lens)에 투사시킨다. 이 색지움 렌즈에 투사되는 영상의 상태는 도2에서 [50 에서의 화면의 상태]로 표시되었다. 색지움 렌즈들(50)은 좌우의 액정 패널/CRT에서 입사된 영상의 분산(dispersion)을 줄여주며 이 영상을 확대하여 홀로그래픽 스크린/프레넬 렌즈(40) 상에서 그 영상들이 중첩되게 한다. 이 때 그 중첩된 영상의 상태는 [200에서의 화면의 상태]와 같다. 좌우의 색지움 렌즈들은 직사각형의 형태를 가지며 렌즈의 중심이 직사각형의 중심에 있다. 이 색지움 렌즈들의 접촉면은 시축 A와 일치하며 렌즈들은 시축 A에 수직이 되도록 배치되었다. 이런 식으로 조명부(70), 액정 패널/CRT(40), 반사경(60), 색지움 렌즈(40)가 투사 렌즈 시스템(100)을 구성한다.First, the configuration and operation of the projection light system 100 are described as follows. The light from the light source 10 becomes a converging beam having a uniform intensity distribution by the diffuser 20 and the converging lens 30. At this time, the diffuser 20 used a lenticular plate made by crossing each other vertically. Here, the lighting unit 70 is formed by the light source 10, the diffuser 20, and the parallelizing lens 30. The beam emitted from the lighting unit 70 is irradiated to the liquid crystal panel 40. The liquid crystal panel 40 may be directly connected to a camcorder or a video recorder to generate an image to be projected to the left and right eyes of a person. When the CRT is used instead of the liquid crystal panel, the lighting unit 70 is not necessary. Reflectors 60 arranged symmetrically with respect to the time axis A project an image of the liquid crystal panel incident on it to corresponding achromatic lenses 50. The state of the image projected on this chrominance lens is shown as [state of the screen at 50] in FIG. The chrominance lenses 50 reduce dispersion of an image incident on the left and right liquid crystal panels / CRTs and magnify the image so that the images overlap on the holographic screen / fresnel lens 40. At this time, the state of the superimposed image is the same as [the state of the screen at 200]. The left and right chromatium lenses have a rectangular shape, and the center of the lens is at the center of the rectangle. The contact surfaces of these chromium lenses coincide with time axis A and the lenses are arranged perpendicular to time axis A. In this way, the illumination unit 70, the liquid crystal panel / CRT 40, the reflector 60, and the color removal lens 40 constitute the projection lens system 100.
반사경과 시축 A가 이루는 각도는 색지움 렌즈에 의해 확대되어 좌우눈에 투사될 영상이 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린(1) 상에서 정확히 중첩되도록 하는 각도가 되게 정해진다. 영상을 더욱 확대시켜 보려면 색지움 렌즈에 의해 확대된 영상을 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린의 전방 초점 안쪽에 맺히도록 투사 렌즈 시스템(100)과 홀로그래픽 스크린(200)을 조정하면 된다.The angle formed by the reflector and the visual axis A is set to be an angle at which the image to be projected to the left and right eyes is precisely superimposed on the Fresnel lens or the holographic screen 1 by the color image lens. To further magnify the image, the projection lens system 100 and the holographic screen 200 may be adjusted such that the image enlarged by the chrominance lens is formed inside the front focal point of the Fresnel lens or the holographic screen.
입체 영상의 시청이 가능한 시역(viewing zone)은 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린에 의해 좌우 동형의 색지움 렌즈의 상이 맺히는 위치(300)에서 시축을 중심으로 하여 수평 방향으로 사람 눈간 거리 만큼의 범위 내가 된다. 이 범위내에 시청자의 눈(70)을 위치시키면 입체 영상의 시청이 가능하다. 좌우눈이 시축을 중심으로 하여 어느 한 쪽에 있을 때 어느 쪽에서든지 평면 영상의 시청이 가능하다. 평면 영상을 시청하게 되는 시역은 색지움 렌즈와 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린에 의해 투사되는 상의 크기에 의해 정해진다. 홀로그래픽 스크린을 사용하는 경우는 시역이 여러 곳(50)에서 형성되므로 다수의 시청자가 동시 시청이 가능하다.The viewing zone in which stereoscopic images can be viewed is within the range of the distance between human eyes in the horizontal direction about the visual axis at the position 300 at which the images of the left and right homogeneous chromium lenses are formed by the Fresnel lens or the holographic screen. . Positioning the viewer's eye 70 within this range enables viewing of stereoscopic images. When the left and right eyes are on either side of the visual axis, the planar image can be viewed from either side. The viewing area for viewing the planar image is determined by the size of the image projected by the chromium lens and the Fresnel lens or the holographic screen. In the case of using a holographic screen, the viewing area is formed at various places 50, so that a plurality of viewers can simultaneously watch.
도2에서는 본 발명에 따라서 수평 방향을 따라 축차적으로 입체 영상의 시역들이 형성된 것으로 도시되었다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 수직 방향을 따라 입체 영상의 시역들이 형성될 수 있다. 이에 대한 것은 도4를 참조하여 이후 설명된다.In FIG. 2, the viewing areas of the stereoscopic image are sequentially formed along the horizontal direction according to the present invention. However, the present invention is not limited thereto, and viewing areas of a stereoscopic image may be formed along the vertical direction. This is described later with reference to FIG.
다음으로 도3(A) 및 도3(B)를 참조하여 홀로그래픽 스크린에 의해 다시역이 만들어지는 과정을 설명한다. 도3(A)에 도시된 홀로그래픽 감광판에 기준 레이저빔과 다수의 신호빔이 입사되면 다수의 시역을 갖는 홀로그래픽 스크린이 형성된다. 이렇게 형성된 홀로그래픽 스크린에 상기 투사 광 시스템(100)으로부터의 영상(80)이 투사되면 도3(B)에 도시된 것처럼 여러 곳에서 시역이 형성되어 한번에 여러 사람이 입체 영상을 시청할 수 있게 된다.Next, with reference to Figures 3 (A) and 3 (B) will be described a process in which the inverse is made again by the holographic screen. When a reference laser beam and a plurality of signal beams are incident on the holographic photosensitive plate shown in Fig. 3A, a holographic screen having a plurality of viewing areas is formed. When the image 80 from the projection light system 100 is projected on the thus formed holographic screen, viewing areas are formed in various places as shown in FIG. 3 (B), so that several people can view a stereoscopic image at a time.
도4를 참조하여 상기 홀로그래픽 스크린에 의해 수직 방향을 따라 입체 영상의 시역이 여러 곳에서 형성되는 것이 설명된다. 도4에서 도시된 대로 홀로그래픽 스크린을 사용하여 입체 영상을 여러 곳에서 만들 경우에 영상 투사부는 홀로그래픽 스크린에서 볼 때 시청자와 같은 위치에 배치된다. 도3에 도시된 대로 홀로그래픽 스크린을 만들 때에 시역이 수직 방향으로 생기도록 신호 빔을 조사하여야 한다. 이에 따라 투사 광 시스템에서 입체 영상이 홀로그래픽 스크린에 입사되면 홀로그래픽 스크린의 물체파 형성 기능에 의해 수직 방향을 따라 입체 영상을 시청할 수 있는 다수의 시역이 생성되고, 시청자는 서로 다른 높이에서 영상을 시청할 수 있다.Referring to FIG. 4, it is described that viewing areas of a stereoscopic image are formed at various places along the vertical direction by the holographic screen. As shown in Fig. 4, when the stereoscopic image is made at various places using the holographic screen, the image projector is disposed at the same position as the viewer when viewed on the holographic screen. When making the holographic screen as shown in Fig. 3, the signal beam should be irradiated so that the viewing field is generated in the vertical direction. Accordingly, when a stereoscopic image is incident on the holographic screen in the projection optical system, a plurality of viewing areas for generating a stereoscopic image along the vertical direction are generated by the object wave shaping function of the holographic screen, and the viewer may view the image at different heights. You can watch.
본 발명은 도2에서 도시된 대로 수평 방향으로의 시역 형성과 도4에 도시된 대로 수직 방향으로의 시역 형성을 조합하면 시청자 전면에서 다수의 시역이 매트릭스 형태로 형성된다. 이에 따라 입체 영상을 시청할 수 있는 수많은 시역이 공간적으로 형성될 수 있어서 입체 영상을 시청할 수 있는 시청자의 수가 제한되지 않는다.According to the present invention, a combination of the viewing area in the horizontal direction as shown in FIG. 2 and the viewing area in the vertical direction as shown in FIG. 4 form a plurality of viewing areas in a matrix form in front of the viewer. Accordingly, a number of viewing areas for viewing stereoscopic images can be spatially formed, and thus the number of viewers for viewing stereoscopic images is not limited.
시청자는 프레넬 렌즈 또는 홀로그래픽 스크린에서 수십 cm 이상 떨어진 위치에서 입체 또는 평면 상을 선택하여 시청할 수 있다. 따라서 입체 영상을 시청하다가 평면 영상으로 시역을 바꿈으로서 눈의 피로를 덜 수 있다. 홀로그래픽 스크린을 사용하는 경우에는 시역이 여러 곳에 형성되고 시야가 넓어지므로 여러 사람이 동시에 시청하는 것도 가능하다.Viewers can choose to view stereoscopic or planar images at locations tens of centimeters or more away from the Fresnel lens or holographic screen. Therefore, while watching a stereoscopic image by changing the viewing area to a planar image can reduce eye fatigue. When using a holographic screen, the viewing area is formed in various places and the field of view is widened, so that several people can watch at the same time.
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Cited By (1)
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1996
- 1996-12-28 KR KR1019960075220A patent/KR100233801B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100233801B1 (en) | 1999-12-01 |
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