KR20000008389A

KR20000008389A - 입체 영상 프로젝터

Info

Publication number: KR20000008389A
Application number: KR1019980028178A
Authority: KR
Inventors: 정용철; 김우람
Original assignee: 정용철
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2000-02-07

Abstract

본 발명은 입체 영상 프로젝터에 관한 것으로, 종래에는 두 세트의 프로젝터가 있어야만 입체 영상을 구현할 수 있으므로, 고가이고 복잡한 구성이라는 단점이 있었다. 본 발명은 대상 물체(1)를 스테레오 카메라(2)를 통해 촬영하여, 광 영상으로 구현시켜 스크린에 투사하는 프로젝터에 있어서, 반사경을 가진 광원(10)과, 그 광원(10)의 빛을 집속하는 집속 렌즈(20)와, 그 집속렌즈(20)를 통해 입사되는 빛을 소스 광으로 입사 받고, 상기 스테레오 카메라(2)에서 촬영된 좌안 영상 신호와 우안 영상 신호를 수평 라인별 또는 수직 라인별로 구동시키는 영상 구동 회로부(110)의 제어를 받아 영상을 구현시키는 LCD(30)와, 그 LCD(30)의 영상을 라인별 교대로 그대로 통과 및 λ/4의 위상변환을 시켜 좌안 영상과 우안 영상의 위상을 서로 다르게 변환시키는 위상 지연기(40)와, 그 위상 지연기(40)의 영상을 투사시키는 투사 렌즈부(50)와, 그 투사 렌즈부(50)에서 투사되는 영상을 일정한 방향으로 반사시키는 반사경(60)과, 그 반사경(60)에서 반사된 영상을 후면 반사경(70)에서 전면의 투시 화면(8)에 투사시키도록 구성된 입체 영상 프로젝터를 제공함으로써, 저가이고 컴팩트한 구성을 제공할 수 있다.

Description

입체 영상 프로젝터

본 발명은 입체 영상 프로젝터에 관한 것으로, 특히 하나의 프로젝션 유닛(Projection Unit)만으로 입체 영상을 구현시킴으로서, 시스템을 구조를 간소화 하고 후면 조사 방식 즉, 리어(Rear) 타입 입체 프로젝터를 휴대용을 제공할 수 있도록 한 입체 영상 프로젝터에 관한 것이다.

일반적으로, 입체 영상을 구현하는 방법은, 두 개의 카메라를 이용하여 영상을 촬영하고 그 두 개의 영상을 편광수단을 이용하여 서로 직각 편차를 가진 겹침 영상을 하나의 화면에 디스플레이시키고, 좌우측이 서로 수직하는 방향의 편광 렌즈를 가진 편광 안경을 통해 두 개의 카메라가 촬영한 영상을 각각 좌우측 눈으로 보게 함으로써, 입체 영상을 구현하는 방법이다. 이러한 입체 영상 구현 방법은 입체 영화나 입체 영상 프로젝터 등에서 이용되고 있다.

한편, 프로젝터는 영상을 확대시켜 대형 화면에 투사시키는 장치로서, 모니터의 크기를 초대형 화면으로 확대할 수 있다는 장점 때문에 다양하게 이용되고 있다.

이러한 프로젝터에 있어서 입체 영상을 구현하는 방법의 예로서, 도 1에 도시된 종래의 편광식 입체 프로젝터 구성도에 도시된 바와 같이, 하나의 대상 물체(1)를 스테레오 카메라(2)로 사람의 두 눈의 시각차와 같은 각도의 시각차로 촬영을 하고, 그 스테레오 카메라(2)의 두 영상 신호에 의해 각각의 입체 프로젝터(3)를 구동시켜 좌안용 및 우안용 영상신호를 발생시켜 편광 필터(4)를 통해 프로젝터 스크린(5)에 투사하고, 시청자가 좌안과 우안이 서로 다른 편광 렌즈를 가진 편광 안경(6)을 통해서 상기 프로젝터 스크린(5)의 영상을 좌안과 우안으로 분리하여 봄으로써, 입체 영상을 구현한다.

종래의 입체 프로젝터(3)는, 스테레오 카메라(2)에서 입력되는 좌측 영상과 우측 영상을 각각의 입체 프로젝터 시스템에 의해 구동시켜서 좌측 영상과 우측영상을 발생시키고, 이를 직각 편광을 가진 편광 필터(4)를 통해서 서로 직각 위상차를 가진 영상으로 프로젝터 스크린(5)에 투사한다.

즉, 종래 입체 프로젝터(3)는 두 개의 렌즈, 영상 신호에 의해 구동되어 영상을 구현하는 두개의 LCD 등등, 두 세트가 구성되어, 각각 좌측 영상과 우측 영상을 구현시켜 좌안용 및 우안용 편광필터(4)를 통해서 서로 수직 편광시켜 스크린에 투사하도록 되어 있다.

따라서, 종래의 편광식 입체 프로젝터는, 렌즈, LCD, 편광필터등이 각각 두 세트가 필요하기 때문에 고가이고 부피가 매우 커서 여러 가지 불편함이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 하나의 프로젝터를 이용하여 입체 영상을 구현시킴으로써, 저가이고 시스템 구조를 단순화 시킨 입체 영상 프로젝터를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적은, 스테레오 카메라를 통해 촬영된 좌안, 우안 영상신호에 의해 LCD를 구동시켜 스크린에 투사하는 프로젝터에 있어서, 상기 좌안, 우안 영상신호를 라인별 교대로 공급하여 LCD를 구동시키고, 라인별 격간으로 λ/4(π/2) 편광방향을 변환시키는 위상지연기(Retarder)를 통해서 상기 LCD의 영상을 라인별 격간으로 위상이 다른 영상으로 구현시켜 스크린에 투사시킴으로써, 달성되는 것이다.

상기 위한 지연기는, λ/4(π/2) 위상 지연을 위한 편광 수단을 수평 라인 별로 격간으로 배열시킨 수평 배열 또는 수직 라인 별로 격간으로 배열시킨 수직 배열로 구성할 수 있다.

본 발명은 프론트 타입 또는 리어 타입 입체 프로젝터로서 구성할 수 있고, 리어 타입 프로젝터는, 광원, 집광렌즈, 좌, 우 영상 신호를 라인별로 교대로 구동시키는 LCD, 라인별 교대로 편광부가 형성된 위상 지연기, 투사렌즈 및 반사렌즈가 차례로 배열되어 구성되고, 그 반사렌즈에서 반사된 영상이 대형 후면반사경을 통해 반사되어 스크린에 투사되도록 구성된다.

또, 상기 후면 반사경 및 스크린은 별도로 분리 구성하고 그 각도를 접어서 펼 수 있도록 하여 프로젝터 본체와 분리시켜 휴대용으로서 구성한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 위상지연기의 타입 즉, 수평배열 또는 수직배열이냐에 따라 LCD를 수평라인별 또는 수직라인별로 각각 좌안, 우안 영상을 교대로 구동시키면, 위상 지연기를 통해서 좌안 영상과 우안 영상이 서로 λ/4(π/2) 차이가 나는 편광된 두 종류의 영상이 발생되어 스크린에 표시되고, 이를 편광안경을 통해서 보면 각각 좌안 영상과 우안 영상이 좌안과 우안에 서로 구별되게 보이므로 입체 영상을 구현하게 된다.

도 1 은 종래 편광식 입체 프로젝터 개념 설명도,

도 2 는 본 발명에 따른 입체 프로젝터 구성 개념도,

도 3 은 본 발명에 따른 입체 프로젝터의 상세 구성도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 수평/수직 라인 배열의 위상지연기 구성도,

도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 위상 지연기 제조 공정도,

도 6은 본 발명의 입체 프로젝터를 벽면에 설치한 예시도,

도 7은 본 발명의 입체 프로젝터를 케이스 내에 설치한 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 대상 물체 2 : 스테레오 카메라

3 : 프로젝터 4 : 편광 필터

5 : 프로젝터 스크린 6 : 편광 안경

10 : 광원 20 : 집광렌즈

30 : LCD 40 : 위상 지연기

41 : 플라스틱 기판 42 : 격자층

43 : 포토레지스트 50 : 투사 렌즈부

60 : 반사경 70 : 후면 반사경

80 : 화면

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 의한 입체 영상 프로젝터 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 입체 영상 프로젝터의 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 대상 물체(1)를 사람의 두 눈의 시각 차이와 같은 각도 차이를 가지는 두 개의 카메라로 촬영하는 스테레오 카메라(2)와, 그 스테레오 카메라(2)를 통해 촬영된 영상 신호에 의해 LCD를 구동시켜 스크린에 투사하는 프로젝터에 있어서, 상기 좌안, 우안 영상신호를 라인별 교대로 공급하여 LCD를 구동시키고, 라인별 격간으로 λ/4(π/2) 위상지연을 시키는 위상지연기(Retarder)를 통해서 상기 LCD의 영상을 라인별 격간으로 위상이 다른 영상으로 구현시켜 스크린에 투사시키는 입체 프로젝터(100)를 구성한다.

상기 입체 프로젝터(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 반사경을 가진 광원(10)과, 그 광원(10)의 빛을 집속하는 집속 렌즈(20)와, 상기 스테레오 카메라(2)에서 촬영된 좌안 영상 신호와 우안 영상신호를 수평라인별 또는 수직 라인별로 구동시키는 영상 구동 회로부(110)의 제어를 받아 좌안 영상과 우안 영상을 구현시키는 LCD(30)와, 그 LCD(30)의 영상을 라인별 교대로 그대로 통과 및 λ/4의 위상변환을 시켜 좌안 영상과 우안 영상의 위상을 서로 다르게 변환시키는 위상 지연기(40)와, 그 위상 지연기(40)의 영상을 투사시키는 투사 렌즈부(50)와, 그 투사 렌즈부(50)에서 투사되는 영상을 일정한 방향으로 반사시키는 반사경(60)으로 입체 프로젝터가 구성되고, 그 반사렌즈(60)에서 반사된 영상을 후면 반사경(70)에서 전면의 투시 화면(8)에 투사시키도록 구성된다.

상기 위상 지연기(40)는, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, λ/4 위상 지연을 위한 편광부를 수평라인 별로 격간으로 배열시킨 수평배열(도 4a) 또는 수직 라인 별로 격간으로 배열시킨 수직 배열(도 4 b)로 구성할 수 있다.

이와 같은 위상 지연기(40)는, 도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같은, 공정으로 제조 할 수 있다. 약 50μm ∼ 100μm의 두께로 이루어지고 빛을 투과시키는 투명한 플라스틱(Cellulose triacetate) 기판(41) 위에 약 25μm의 위상 지연(π/2 = λ/4 )용 회전 격자층(42)을 증착하고, 그 격자층(42)의 상부에 포토 레지스트(43)를 도포하고 이를 화소 단위의 라인별 격간으로 노광시켜 패터닝 한다. 이어서, 도 5의 (b)와 같이, 남아 있는 포토 레지스트(43)를 마스크로하여 상기 격자층(42)을 식각하고, 도 5의 (c)와 같이, 투명 기판(41) 위에 라인별 격간으로 격자층(42)이 남아 있는 위상 지연기(40)를 제조하게 된다. 이와 같은 위상 지연기(40)는, 편광된 빛이 입사되면, 상기 격자층(43)이 없는 라인은 그대로 편광된 빛을 투과 시키고, 즉, 편광방향에 아무런 영향을 미치지 못하며, 상기 격자층(43)에서는 편광변환 λ/4 즉, π/2만큼 회전시켜 투과시킨다.

본 발명의 핵심은 도 5와 같이 제조되어 도 4와 같이 LCD(30)의 전면에 부착되는 위상 지연기(40)를 사용하고, 아울러 LCD(30)를 위상지연기(40)의 배열 형태에 맞추어서 수평 라인 또는 수직 라인 별로 격간으로 좌안 영상 및 우안 영상을 구동시킴으로써, 투사되는 좌안 영상과 우안 영상이 하나의 화면에 격간으로 배열되고 그 좌안 영상과 우안 영상이 서로 λ/4 의 위상 차이를 가지므로 편광 안경(6)을 이용하여 좌안과 우안에 각기 다른 영상이 보이도록 하여 입체 영상을 구현한다.

위상 지연기(40)는 도 4a와 같은 수평 라인 배열과, 및 도 4b와 같은 수직 라인 배열로서 구성할 수 있는데, 둘 모두 첫 라인(홀수 라인)은 입사되는 빛이 그대로 통과되는 일반적인 플라스틱 물질의 필름이고, 두 번째 라인(짝수라인)은 λ/4 위상 지연기로서 입사되는 빛의 편광 방향을 90°변환시키는 라인으로 구성한다. 결국 전 화면(스크린)에는 서로 수직된 편광방향을 갖는 두 종류의 이미지가 한 라인 간격의 피치를 가지면서 순차적으로 나타나게 된다.

그러므로, LCD(30)의 구동 회로부(110)를 수평 라인 또는 수직라인별로 좌안 영상의 데이터와 우안 영상의 데이터를 인터리브(interleave) 시키도록 구성하면, 서로 다른 시차 정보를 갖는 좌안용 이미지와 우안용 이미지가 라인별로 반복 교차되도록 LCD 상이 디스플레이 된다. 위상 지연기(40)에 두 종류의 편광 방향(서로 수직한 방향)으로 좌우 영상이 분리되어 도 3과 같이 투사 렌즈부(50)를 통해서 스크린측에 투사된다. 여기서, 상기 구동 회로부(110)는, 입력되는 영상을 필드메모리 및 라인 메모리를 이용하여 라인별로 좌안 영상과 우안 영상을 교대로 공급하는 기술은 일반적인 영상 구동회로에 의해 쉽게 구현될 수 있는 것이므로 본 발명에서는 상세히 설명하지 않는다.

후면 반사 프로젝터는, 도 7과 같이 구성될 수 있는데, 좌안 영상과 우안 영상이 하나의 화면에서 두 종류의 편광 방향으로 라인별로 분리되어 투사 렌즈부(50)에서 반사경(60)에 투사되고, 그 반사경(60)에서 다시 후면 반사경(70)을 통해서 화면(80)에 투사된다. 도 7은, 리어 타입 입체 프로젝터의 구성을 보인 것으로, 프로젝션 유닛(100)을 하단부에 설치하고, 그 프로젝션 유닛(100)의 반사경(60)으로 부터 반사된 영상이 상단 후면에 설치된 후면 반사경(70)을 통해 반사되어 전방의 화면(80)으로 투사되도록 되어 있고, 이들은 외부의 빛과 차단되도록 이루어진 케비넷 내에 설치 구성된다.

한편, 도 6에서는 전방이 개방된 홈 형태의 벽면에 본 발명의 입체 프로젝터를 설치한 것을 보인 것이다. 도 6은 벽면 설치용 리어 타입 프로젝터의 설치 구성을 보인 것으로서, 본 발명은 후면 반사경(70) 및 화면(80)은 프로젝션 유닛(100)과 별도로 분리 구성하고, 상기 화면(80)과 후면반사경(70)은 힌지로 연결되어 접힘이 가능하고, 본체와 분리하여 독립 보관 운반이 가능하게 구성하여 휴대용으로서 구성한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, LCD를 수평 라인 또는 수직라인별로 각각 좌, 우측 영상을 구별하여 구동시키고, 위상 지연기를 통해서 좌안 영상과 우안 영상이 서로 λ/4의 위상차이를 갖는 영상으로 구별되게 스크린에는 표시되고, 이를 편광안경을 통해서 각각 좌안 영상과 우안 영상으로 분리하여 입체 영상으로 볼 수 있으므로, 시스템의 구성이 간단해지고 저가이며 콤팩트한 형대의 입체 프로젝터를 제공할 수 있게 된다. 이에따라 2차원의 식별이 불가능한 원근감의 정보까지 인식되는 3차원 입체 영상을 대형 화면(30 - 50인치)을 통해서 시청이 가능케 함으로써, 각종 정밀작업이 필요한 의료분야나 로봇의 원격 조정, 박진감 있는 게임, 교육분야, 더 나아가서는 3차원 TV 기술등에도 적용 될 수 있는 효과가 있다.

Claims

대상 물체(1)를 스테레오 카메라(2)를 통해 촬영하여, 광 영상으로 구현시켜 스크린에 투사하는 프로젝터에 있어서,

반사경을 가진 광원(10)과, 그 광원(10)의 빛을 집속하는 집속 렌즈(20)와, 그 집속렌즈(20)를 통해 입사되는 빛을 소스 광으로 입사 받고, 상기 스테레오 카메라(2)에서 촬영된 좌안 영상신호와 우안 영상신호를 수평라인별 또는 수직 라인별로 구동시키는 영상 구동 회로부(110)의 제어를 받아 광 영상을 구현시키는 LCD(30)와, 그 LCD(30)의 영상을 라인별 교대로 그대로 통과 및 λ/4의 위상 편광시켜 좌안 영상과 우안 영상의 위상을 서로 다르게 변환시키는 위상 지연기(40)와, 그 위상 지연기(40)의 영상을 투사시키는 투사 렌즈부(50)와, 그 투사 렌즈부(50)에서 투사되는 영상을 일정한 방향으로 반사시키는 반사경(60)과, 그 반사경(60)에서 반사된 영상을 후면 반사경(70)에서 전면의 투시 화면(8)에 투사시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 입체영상 프로젝터.
제 1 항에 있어서,

상기 위상 지연기(40)는, λ/4 위상 지연을 위한 편광부를 수평라인 별로 격간으로 배열시킨 수평배열 또는 수직 라인 별로 격간으로 배열시킨 수직 배열인 것을 특징으로 하는 입체영상 프로젝터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 위상 지연기(40)는,

빛을 투과시키는 투명한 플라스틱 기판(41) 위에 위상 지연(π/2 = λ/4 )용 회전 격자층(42)을 증착하고, 그 격자층(42)의 상부에 포토 레지스트(43)를 도포하여 화소 단위의 라인별 격간으로 노광시켜 패터닝 하며, 남아 있는 포토 레지스트(43)를 마스크로하여 상기 격자층(42)을 식각하여 투명 기판(41) 위에 라인별 격간으로 격자층(42)이 남아 있도록 위상 지연기(40)를 제조한 것을 특징으로 하는 입체 영상 프로젝터.