KR20000002339A - 편광 방식에 의한 입체 영상장치 - Google Patents

Abstract

개시된 3차원 영상표시장치는 반 반사경을 사용하지 않으면서 하나의 액정표시장치만을 사용하여 고효율의 3차원 영상을 구현할 수 있는 것에 관한 것이다.

본 발명에 따른 편광 방식에 의한 입체 영상장치는 하나 이상의 카메라로 각기 다른 각도에서 피사체를 좌안용 및 우안용으로 촬영하는 스테레오 카메라부와, 스테레오 카메라부가 촬영한 좌안용 및 우안용 영상을 듀얼 스캔 액정표시장치를 통해 입력받아 상호 편광 방향이 90°차이 나도록 한 후 믹싱하여 디스플레이 하는 입체영상 디스플레이부와, 편광 방향이 90°차이가 나는 편광체판으로 구성되어 상기 입체영상 디스플레이부로부터 출력되는 좌안용 영상은 관찰자의 좌측 눈에만 그리고 우안용 영상은 관찰자의 우측 눈에만 각각 전달시켜 주는 편광 안경으로 구성됨을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 장치는 반 반사경과 함께 좌·우안용 액정표시장치를 별도로 사용하는 것에 비해 입체 영상장치의 구성이 단순해짐과 동시에 경박단소화 된다는 장점이 있다.

Description

편광 방식에 의한 입체 영상장치

본 발명은 3차원 영상을 구현하는 영상표시장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는 반 반사경을 사용하지 않으면서 하나의 액정표시장치(이하‘LCD 장치’라 한다) 만을 사용하여 고효율의 3차원 영상을 구현할 수 있는 편광 방식에 의한 입체 영상장치에 관한 것이다.

최근 들어 영상표시 분야 기술의 비약적 발전에 따른 시대적인 요구로서 인간의 감각 중 가장 많은 정보량을 받아들이는 눈을 통한 시각적 효과를 극대화 할 수 있는 입체영상의 실현이 다각적으로 시도되고 있으며, 이에 따른 기술의 진보도 빠른 속도로 이루어져 가고 있다.

그리고 현재 입체영상의 구현기술은 컴퓨터에 의해 수학적으로 합성된 인위적인 영상을 이용함으로써 3차원 활동을 지원하는 시뮬레이션이나 게임, 광고, 더 나아가서는 현실세계에는 존재하지 않는 가상현실까지도 경험할 수 있게 해주고 있다.

이러한 입체영상을 구현하는 원리는 인간의 두 눈에 의한 사물의 깊이감(View)을 나타내기 위한 양안시차를 실현하는 것에 있으며 편광 방식에 의한 입체 영상장치는 이 원리의 한 실현 예로서, 편광 필터(Polaroid filter)를 통해 디스플레이 되는 좌·우 영상을 각각 동일한 편광각을 가지는 편광 안경과 같은 또다른 편광 필터를 통해 좌·우측 눈에 각각 전달하는 방식이다.

상술한 바와 같은 원리에 입각하여 입체영상을 구현한 하나의 예로서 1997년 12월 10일자 대한민국 특허출원 제 97-67523호가 있으며, 도 1에 그 구성을 나타내었다.

도 1에 도시된 종래의 편광 방식에 의한 입체 영상장치는 두 개의 LCD 장치를 이용해 하나는 좌안용, 다른 하나는 우안용으로 촬영된 영상신호를 편광 방향이 90°차이가 나는 편광판을 통해 디스플레이하고, 반 반사경 및 전반사경을 이용하여 좌·우 영상을 믹싱 및 반사하도록 함으로써 편광안경을 통해 두 방향에서 동시에 3차원 입체영상을 볼 수 있게 했으며, 필요에 따라 촬영된 영상신호를 저장해 두었다가 디스플레이 할 수도 있게 되어있다.

그 결과, 동시에 두 방향으로 입체영상을 디스플레이 해줄 수 있었으며, 이에 따라서 효율 100%에 가까운 입체 영상장치를 구현할 수 있었을 뿐만 아니라 표시장치로서 그 이전의 음극선관(CRT) 대신 액정표시소자(LCD)를 이용함에 따라 그 크기를 줄일 수 있었다.

그러나 도 1과 같이 구현되는 종래의 편광 방식에 의한 입체 영상장치는 좌안용과 우안용으로 두 개의 LCD 장치와 반 반사경을 사용해야만 하므로 다음과 같은 문제점을 가지고 있었다.

먼저, 음극선관을 사용하는 경우에 비해서는 어느 정도 장치의 크기를 줄일 수 있었지만, 직각으로 장착되는 두 개의 LCD 장치와 반 반사경의 사용으로 인하여 경박단소화에 한계가 있게 되며, 이러한 한계는 큰 화면을 구현하고자 하는 경우 더욱 문제가 된다.

또한 상술한 것과 같은 작용을 실현하기 위해 반 반사경은 전체적으로 균일하게 코팅되어져야 하는데 이와 같은 코팅의 균일성의 정도도 코팅면이 넓어짐에 따라 떨어지게 된다는 단점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 반 반사경을 사용하지 않으면서 하나의 LCD 장치만을 사용하여 종래와 같은 효율을 가진 3차원 영상을 구현할 수 있는 편광 방식에 의한 입체 영상장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 편광 방식에 의한 입체 영상장치의 일 예를 나타낸 상세 블록 구성도,

도 2는 본 발명의 편광 방식에 의한 입체 영상장치를 나타낸 개략적 블록 구성도,

도 3은 도 2의 일 실시예를 나타낸 상세 블록 구성도,

도 4는 듀얼 스캔 LCD 장치를 나타낸 개략적 블록 구성도,

도 5는 LCD 글래스에 금속 코팅한 경우 빛이 굴절되는 것을 나타낸 개념도 이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 스테레오 카메라부 200 : 입체영상 디스플레이부

300 : 편광 안경 400 : 영상 저장부

110 : 우안용 CCD 카메라 120 : 좌안용 CCD 카메라

210 : 듀얼 스캔 액정표시(LCD)장치 220 : 지연기

230 : 피디엘씨(PDLC) 410 : 입력 인터페이스부

420 : VCR 430 : 출력 인터페이스부

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광 방식에 의한 입체 영상장치의 특징은 하나 이상의 카메라로 각기 다른 각도에서 피사체를 좌안용 및 우안용으로 촬영하는 스테레오 카메라부와, 스테레오 카메라부가 촬영한 좌안용 및 우안용 영상을 듀얼 스캔 액정표시장치를 통해 입력받아 상호 편광 방향이 90°차이 나도록 한 후 믹싱하여 디스플레이 하는 입체영상 디스플레이부와, 편광 방향이 90°차이가 나는 편광체판으로 구성되어 상기 입체영상 디스플레이부로부터 출력되는 좌안용 영상은 관찰자의 좌측 눈에만 그리고 우안용 영상은 관찰자의 우측 눈에만 각각 전달시켜 주는 편광 안경으로 구성된 것에 있다.

이하, 본 발명에 따른 편광 방식에 의한 입체 영상장치의 바람직한 하나의 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 편광 방식에 의한 입체 영상장치를 나타낸 개략적 블록 구성도 이며, 도 3은 도 2의 일 실시예를 나타낸 상세 블록 구성도 이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 편광 방식에 의한 입체 영상장치는 하나 이상의 카메라로 각기 다른 각도에서 피사체를 좌안용 및 우안용으로 촬영하는 스테레오 카메라부(100)와, 스테레오 카메라부(100)가 촬영한 좌안용 및 우안용 영상을 듀얼 스캔 액정표시장치를 통해 입력받아 상호 편광 방향이 90°차이 나도록 한 후 믹싱하여 디스플레이 하는 입체영상 디스플레이부(200)와, 편광 방향이 90°차이가 나는 편광체판으로 구성되어 입체영상 디스플레이부(200)로부터 출력되는 좌안용 영상은 관찰자의 좌측 눈에만 그리고 우안용 영상은 관찰자의 우측 눈에만 각각 전달시켜 주는 편광 안경(300)으로 구성되며, 외부 명령에 따라 스테레오 카메라부(100)가 촬영한 좌안용 및 우안용 영상을 소정의 매체에 저장하거나 저장된 영상을 입체영상 디스플레이부(200)로 출력하는 영상 저장부(400)를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 스테레오 카메라부(100)는 하나 이상의 CCD(Charge coupled device) 카메라로 구현되게 되는데, 일반적으로 관찰자의 우측 눈과 좌측 눈에 각각 해당하는 우안용 CCD 카메라(110)와 좌안용 CCD 카메라(120)가 일체화되어 구성된다.

입체영상 디스플레이부(200)는 하나의 LCD 패널을 두 부분으로 나누어 동시에 독립적으로 구동함으로써 스캔 하는 듀얼 스캔 LCD 장치(210)와, 듀얼 스캔 LCD 장치(210)의 두 부분으로 나누어진 LCD 패널의 한 쪽에서 나오는 빛의 편광 방향을 90°변환해주는 지연기(Retarder)(220)와, 관찰자가 화면의 모든 부분에서 좌우 영상을 볼 수 있도록 지연기(220)를 통과한 빛과 통과하지 않은 빛을 서로 믹싱하여 출력하는 PDLC(Polymer dispersed liquid crystal)(230)로 구성된다.

또한, 입체영상 디스플레이부(200)는 LCD 패널과 PDLC(230)는 LCD 패널의 연장면과 PDLC(230)의 연장면이 소정의 각도를 이루는 상태로 만나도록 배치되며, 지연기(220)는 두 부분으로 나누어진 LCD 패널의 한 쪽에서 나오는 빛만 PDLC(230)로 입사되도록 배치된 기하학적 구성을 이룬다.

여기서, LCD 패널과 PDLC(230)는 LCD 패널의 연장면과 PDLC(230)의 연장면이 평행하도록 배치할 수도 있으나, 이 경우 PDLC(230)가 입사되는 빛을 믹싱하여 산란해주는 범위를 벗어날 수가 있으며, 이 경우 관찰자는 화면의 모든 부분에서 좌우영상을 볼 수 없게 될 수가 있으므로 LCD 패널과 PDLC(230)는 LCD 패널의 연장면과 PDLC(230)의 연장면이 소정의 각도를 이루는 상태로 만나도록 하였다.

이와 같은 이유로 LCD 패널과 PDLC(230)가 이루는 소정의 각은 도 3에서는 45°정도를 이루고 있으며, 이 경우 관찰자는 가장 크고 효과적인 입체영상을 감상할 수 있게 된다.

하지만, 관찰자가 입체영상을 PDLC(230)를 통해 볼 수 있기 위해서는 LCD 패널의 연장면과 PDLC(230)의 연장면이 90°이하의 예각으로 만나기만 하면 어떠한 각도라도 무방하다.

이러한 구성요소를 갖춘 본 발명의 편광 방식에 의한 입체 영상장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 우안용 CCD 카메라(110)와 좌안용 CCD 카메라(120)는 인간의 두 눈에 해당하며 두 눈의 간격(약 65~75[㎜])만큼 서로 떨어져 우안용과 좌안용 영상을 촬영해 입체영상 디스플레이부(200)의 듀얼 스캔 LCD 장치(210)로 전송한다.

듀얼 스캔 LCD 장치(210)는 하나의 LCD 패널을 두 부분으로 나누어 동시에 독립적으로 구동함으로써 스캔 하는 장치인데, 경우에 따라서는 복수 개의 LCD 패널로 구성할 수도 있을 것이다.

통상적인 듀얼 스캔 LCD 장치는 도 4에 그 개략적 블록 구성도가 도시되어 있으며, 크게 LCD 인터페이스부(211)와 LCD 패널(216)로 구성된다.

여기서, LCD 인터페이스부(211)는 다시 영상신호를 받아들이는 영상신호 입력부(212)와, 영상신호 입력부(212)를 통해 입력되는 아날로그 영상신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(ADC부)(213)와, ADC부(213)에서 변환된 디지털 영상 데이터를 저장하는 메모리부(215)와, 상술한 과정을 제어할 뿐만 아니라 LCD 패널(216)을 구동해주는 제어신호를 발생시켜 공급해주는 제어 및 구동부(214)로 구성된다.

그리고 LCD 패널(216)은 듀얼 스캔을 위한 상측 LCD 패널(216a)과 하측 LCD 패널(216b)로 구성되며, LCD 인터페이스부(211)의 제어 및 구동부(214)에 의해 구동되어 진다.

도 4에서 도시된 LCD 패널(216)은 고해상도용(SXGA, 1280×1024)으로서 상측 LCD 패널(216a)과 하측 LCD 패널(216b)이 각각 1280×512씩 나누어져 구동되게 된다.

여기서 수평측의‘384×10ch’은 1280 픽셀의 컬러를 구현하기 위해 3배 한 것이며, 각 384 픽셀을 구동하는 미도시된 LCD 구동 IC가 10개임을 의미하는데, 이는 수직측의‘256×2ch’의 경우도 마찬가지이다.

상술한 바와 같이 스테레오 카메라부(100)로부터 전송되는 우안용과 좌안용 영상은 듀얼 스캔 LCD 장치(210)의 LCD 인터페이스부(211)를 거쳐 각각 상측 LCD 패널(216a)과 하측 LCD 패널(216b)에 의해 디스플레이 되게 된다.

이후 지연기(220)에 의해 상측 LCD 패널(216a) 또는 하측 LCD 패널(216b)에서 나오는 빛의 편광 방향을 90°지연해주게 되는데, 이는 디스플레이 되는 영상을 편광 안경(300)을 통해 볼 수 있게 하기 위함이다.

PDLC(230)는 전원이 인가되는 상태(직시형 모드)에서는 이를 통과하는 빛이 직진하며, 전원이 인가되지 않은 상태(투사형 모드)에서는 입사되는 빛이 산란되어 출력되는 특성을 가지는데, 본 발명의 장치에서는 도 3에 도시된 입체영상 디스플레이부(200)의 기하학적 특성상 상측 LCD 패널(216a)과 하측 LCD 패널(216b)에서 나오는 빛을 서로 믹싱하여 출력해주기 위해 투사용 모드로 사용되었다.

즉, 관찰자가 좌안용 및 우안용 영상을 화면의 모든 부분에서 볼 수 있도록 지연기(220)를 통과한 빛과 통과하지 않은 빛을 섞어주게 된다.

이러한 과정을 거쳐 입체영상 디스플레이부(200)에서 입체영상이 출력되면 관찰자는 편광 안경(300)에 의해 3차원 영상을 감상할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 도 5에 도시된 것과 같이 LCD 패널(216)의 LCD 글래스 표면에 굴절률이 다른 물질의 막을 형성해주면 빛의 방향이 한 방향으로 굴절되어 액정의 시야각 문제를 줄일 수 있다.

이는 현재 상용화되고 있는 LCD의 시야각이 좌우 120°, 상하 90°이상이므로 본 발명의 LCD 패널(216)이 도 3에서 도시된 바와 같이 45°정도 기울어져 있더라도 영상을 감상하는 데는 큰 불편이 없으나 효율을 높여주기 위해 도 5와 같이 LCD 패널(216)의 LCD 글래스 표면에 굴절율이 다른 금속 코팅(217)등을 할 수 있다는 의미이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 편광 방식에 의한 입체 영상장치는 외부 명령에 따라 동작하게 되는 영상 저장부(400)를 더 구비할 수도 있는데, 영상 저장부(400)는 다시 입력 인터페이스부(410)와 출력 인터페이스부(430) 그리고 브이씨알(VCR)(420)로 구성할 수 있으며, 그 작용은 다음과 같다.

먼저, VCR(420)은 외부 명령에 의해 스테레오 카메라부(100)로부터 촬영한 좌안용 및 우안용 영상을 저장하거나 저장된 영상을 입체영상 디스플레이부(200)로 출력해준다.

그리고 입력 인터페이스부(410)는 스테레오 카메라부(100)와 VCR(420) 사이에서 신호 인터페이스 역할을 하며, 출력 인터페이스부(430)는 VCR(420)과 입체영상 디스플레이부(200) 사이에서 신호 인터페이스 역할을 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 편광 방식에 의한 입체 영상장치에 의하면, 반 반사경을 사용함이 없이 하나의 LCD 장치만을 사용하여 고효율의 3차원 영상을 구현할 수 있도록 함으로써 반 반사경과 함께 좌·우안용 LCD 장치를 별도로 사용하는 장치에 비해 입체 영상장치의 구성이 단순해짐과 동시에 경박단소화 된다는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 하나 이상의 카메라로 각기 다른 각도에서 피사체를 좌안용 및 우안용으로 촬영하는 스테레오 카메라부;

   상기 스테레오 카메라부가 촬영한 좌안용 및 우안용 영상을 듀얼 스캔 액정표시장치를 통해 입력받아 상호 편광 방향이 90°차이 나도록 한 후 믹싱하여 디스플레이 하는 입체영상 디스플레이부; 및

   편광 방향이 90°차이가 나는 편광체판으로 구성되어 상기 입체영상 디스플레이부로부터 출력되는 좌안용 영상은 관찰자의 좌측 눈에만, 그리고 우안용 영상은 관찰자의 우측 눈에만 각각 전달시켜 주는 편광 안경으로 구성됨을 특징으로 하는 편광 방식에 의한 입체 영상장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   외부 명령에 따라 상기 스테레오 카메라부가 촬영한 좌안용 및 우안용 영상을 소정의 매체에 저장하거나, 저장된 영상을 입체영상 디스플레이부로 출력하는 영상 저장부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 편광 방식에 의한 입체 영상장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 입체영상 디스플레이부는;

   하나의 엘씨디 패널을 두 부분으로 나누어 동시에 독립적으로 구동함으로써 스캔 하는 듀얼 스캔 액정표시장치;

   상기 듀얼 스캔 액정표시장치의 두 부분으로 나누어진 엘씨디 패널의 한 쪽에서 나오는 빛의 편광 방향을 90°변환해주는 지연기; 및

   관찰자가 화면의 모든 부분에서 좌우 영상을 볼 수 있도록 상기 지연기를 통과한 빛과 통과하지 않은 빛을 서로 믹싱하여 출력하는 피디엘씨(PDLC)로 구성됨을 특징으로 하는 편광 방식에 의한 입체 영상장치.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 입체영상 디스플레이부는;

   상기 엘씨디 패널과 피디엘씨는 엘씨디 패널의 연장면과 피디엘씨의 연장면이 소정의 각도를 이루는 상태로 만나도록 배치되며,

   상기 지연기는 두 부분으로 나누어진 엘씨디 패널의 한 쪽에서 나오는 빛만 피디엘씨로 입사되도록 배치됨을 특징으로 하는 편광 방식에 의한 입체 영상장치.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 듀얼 스캔 액정표시장치는;

   하나 이상의 엘씨디 패널로 구성됨을 특징으로 하는 편광 방식에 의한 입체 영상장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 엘씨디 패널은;

   엘씨디 글래스의 표면에 굴절률이 다른 물질의 막이 형성됨을 특징으로 하는 편광 방식에 의한 입체 영상장치.