KR20000049533A - 하나의 에프엘씨디를 사용한 스테레오 헤드 마운트디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 FLCD를 사용한 스테레오 헤드 마운트 디스플레이에 관한 것이다.

즉, 하나의 디스플레이 소자인 FLCD(1), 디스플레이된 영상을 좌우 영상으로 분리하기 위한 빔나누기(3), 좌측눈과 우측눈의 영상의 크기를 일치시키기위해 디스플레이된 영상을 1대1의 크기로 상맺히기위한 필드렌즈(2, 2′)와 아크로메틱렌즈(4), 좌우에 디스플레이된 영상을 각각의 눈에 대응시키기위한 액정셔터(5, 5′), 좌우에 디스플레이된 영상을 일정한 거리에서 확대된 이미지로 볼 수 있도록 하는 매그니파이어(6, 6′)으로 구성된 것으로서, 하나의 FLCD(1)에 구동주파수를 120㎐로 하게되면 3차원 입체영상을 볼 수 있고, 60㎐로는 2차원 영상을 볼 수 있을 정도로 2, 3차원의 영상을 교대로 볼 수 있게함과 아울러 3차원 영상을 디스플레이 하기 위하여 스테레오 카메라 및 컴퓨터로 얻은 좌우화상을 좌우순으로 번갈아 시간적으로 차례로 배열하여 전송하고, 이 전송된 화상의 깜빡거림을 최소화 하기 위하여 구동 주파수 120㎐로 구동이 가능한 FLCD(1)를 사용하는 특징이 있다.

Description

하나의 에프엘씨디를 사용한 스테레오 헤드 마운트 디스플레이{STEREO HEAD-MOUNT DISPLAY USING SINGLE FERROELECTRIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 하나의 FLCD를 사용한 스테레오 헤드 마운트 디스플레이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테레오 방식의 헤드 마운트 디스플레이 장치로 종래의 두개의 디스플레이 장치를 사용하는 것을 하나로 줄이면서, 종래와 같은 화질을 얻을 수 있도록 하며, 이 디스플레이 소자로 구동주파수를 크게할 수 있는 FERROELECTRIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY(FLCD)디스플레이를 사용하고 이 FLCD와 동기하여 작동하는 액정셔터를 사용하므로써 확대된 3차원 영상을 볼 수 있도록 하는 것을 제공하는 것이다.

헤드 마운트 디스플레이 장치의 특징은 디스플레이된 화면의 확대로 인한 대형화면을 얻을 수 있어서, 가격이 저렴해 개인용 극장으로 활용할 수 있는 장치이며, 헤드 마운트 디스플레이 장치는 크게 단안(M0NOCULAR)식과 양안(BINOCULAR)식으로 나눌 수 있고, 단안식은 광학계의 구성이 한쪽 눈에만 구성되어 있어 한쪽 눈에 상맺히는 역활만을 하도록 하는 방식이고, 양안식은 각각의 눈에 대응되는 디스플레이된 이미지가 양안 모두에 각각 상맺혀 그 합쳐진 상이 일치하도록 시스템을 구성한다. 또한 양안식 디스플레이 방식은 스테레오방식과 바이오큘라(BI-OCULAR)방식으로 나눌 수 있다.

바이오큘라 방식은 좌우측눈에 행당되는 각각의 영상이 동일한 경우를 말하며, 스테레오 방식은 좌우측눈에 해당되는 각각의 영상이 다소 달라 각각의 눈에 대응되는 동일한 상점들을 좌우눈이 일치시킴으로써 깊이감을 형성하게 되고 이를 통해 3차원 영상을 볼 수 있게되는 방식이다.

또한 헤드 마운트 디스플레이 장치의 디스플레이 소자로는 CRT와 평판디스플레이(LCD)를 주로 사용해 왔으며, CRT의 단점인 부피 및 무게와 크기 때문에 현재는 평판디스플레이가 주를 이루고 있다.

일반적으로 제품화된 헤드 마운트 디스플레이 장치의 디스플레이 소자는 좌우눈에 해당되는 각각의 디스플레이, 즉 두개를 사용하여 만든다. 이렇게 구성된 헤드 마운트 디스플레이 장치를 도1에 도시된 바와 같이 LCD(100, 100′)와 LCD에 디스플레이된 화면을 적절한 크기 및 적절한 거리에서 볼 수 있도록 만들어 주는 매그니파이어(101, 101′)으로 구성된다.

그러나 상기와 같이 각각의 눈에 대응되는 두개의 디스플레이를 사용하게 되면 2, 3차원의 영상을 교대로 볼 수 가 없으며, 3차원 영상을 디스플레이 하기 위하여 스테레오 카메라 및 컴퓨터로 얻은 좌우화상을 좌우순으로 번갈아 시간적으로 차례로 배열하여 전송하고, 이 전송된 화상에서 깜빡거림이 자주 발생되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 두개의 디스플레이 LCD를 사용하여 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적으로는 하나의 FLCD를 사용하여 2, 3차원의 영상을 교대로 볼 수 가 있으며, 3차원 영상을 디스플레이 하기 위하여 스테레오 카메라 및 컴퓨터로 얻은 좌우화상을 좌우순으로 번갈아 시간적으로 차례로 배열하여 전송하고, 이 전송된 화상에서 깜빡거림이 발생되지 않는 것을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

도 1 - 종래의 헤드 마운트 디스플레이 개략도

도 2 - 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 개략도

도 3(a) - 본 발명의 헤드 마운트 실시예인 디스플레이 평면도

도 3(b) - 도3(a)의 FLCD의 90°펼친 전개도

도 4 - 도3의 (a, b)에 적용된 회전거울시스탬의 발췌도

도 5 - 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 구성도

도 6 - 본 발명의 블록 다이아그램

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하나의 디스플레이인 FLCD와 이 FLCD에 디스플레이된 영상을 양안으로 보내기 위한 빔나누기와 좌측눈과 우측눈의 영상의 크기를 일치시키기위해 상기 FLCD에 디스플레이된 영상을 1대1의 크기로 상맺히기 위한 필드렌즈와 아크로메틱(achromatic)렌즈, 스트레오 카메라 및 컴퓨터로 처리된 좌우영상을 시간 다중화하여 순차적으로 나열하여 FLCD로 디스플레이된 영상을 각각의 눈에 대응시키기 위한 액정셔터와 FLCD로 디스플레이된 영상을 일정한 거리에서 확대된 이미지로 볼 수 있도록 하는 매그니파이어(magnifier)로 구성된 특징이 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

하나의 FLCD(1), 두개의 필드렌즈(2, 2′), 빔나누기(3), 아크로메틱렌즈(4), 반사경(7), 두개의 액정셔터(5, 5′), 상을 확대하는 두 개의 매그니파이어(6, 6′)으로 구성 되어진다.

그리고 하나의 FLCD(1a), 복수개의 필드렌즈(2a, 2a′,2a″), 두개의 아크로메틱렌즈(4a, 4a′), 반사경(7a, 7a′), 회전거울시스템(8)상을 확대하는 매그니파이어(6a, 6a′)으로 구성 되어진다.

그리고 상기 회전거울시스템(8)은 회전모타(9)와 회전축(10)과 직각 프레임즘형태의 반사경(11)으로 구성 되어진다.

그리고 하나의 FLCD(1b), 필드렌즈(2b), 빔나누기(3a) 반사경(7b, 7b′7b″) 액정셔터(5a, 5a′)상을 확대하는 매그니파이어(6b, 6b′)으로 구성 되어진다.

그리고 상기 FLCD를 구동하기 위한 블록다이아그램은 RGB 및 동기신호를 분리하는 회로부(12), 아날로그 신호를 디지탈 신호로 바꾸어 주는 A/D컨버터(13), DOT CLOCK을 맞추어 주는 PLL부(14), Field Memory, Mux 등의 제어 신호를 발생시켜 주는 콘트롤신호발생기(15), Even Line과 Odd Line을 따로 분리하여 저장하는 필드메모리부(16 ,16′), 그리고 그 각각의 좌우화상 신호를 믹스하는 MUX부(Multiplexer)(17)로 구성 되어진다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용은 다음과 같다.

FLCD(1)의 구동주파수는 120㎐ 또는 60㎐로 동작 가능하며, 120㎐로 구동되는 경우에 3차원 입체영상을 볼 수 있고, 60㎐로 구동되는 경우에 단순히 확대된 2차원상만을 볼 수 있다.

FLCD(1)의 구동 주파수가 120㎐로 구동하는 경우 각각의 좌우상에 해당되는 영상중 좌측상이 FLCD(1)에 디스플레이되는 경우에 좌측눈쪽에 있는 액정셔터(5)가 열리도록 하고, 동시에 우측눈쪽에 있는 액정셔터(5′)가 닫히도록 동기화된다.

또한 1/120초 후에 우측상이 FLCD(1)에 디스플레이되고, 이 디스플레이된 영상은 우측눈쪽의 액정셔터(5′)가 열리고 좌측눈쪽의 액정셔터(5)가 닫히도록 동기화 된다.

따라서 좌측상은 좌측눈에, 우측상은 우측눈에 대응시키고 이렇게 대응된 좌우영상의 잔상이 양안에 남아 3차원 영상을 볼 수 있게 된다.

또한 FLCD(1)의 구동주파수가 60㎐로 구동하는 경우에 양안쪽의 액정셔터(5, 5′)가 열려있는 상태로 둠으로써 시청자가 2차원의 평면상만을 본다.

아크로메틱렌즈(4)는 FLCD(1)에 디스플레이된 영상을 필드렌즈(2)에 동일한 크기로 상맺히도록 하고, 상맺혀진 영상의 색분산이 없도록 한다.

이렇게 동일한 크기로 상맺히도록 함으로써, 빔나누기(3)로 나누어져 반사와 투과된 좌우 영상들 각각이 액정셔터(5, 5′)를 거쳐 매그니파이어(6, 6′)로 확대되고, 확대된 좌우 영상의 크기가 동일하게 된다.

한편 본 발명의 실시예1은 도3a에 도시된 바와 같이 회전거울시스템(8)이 FLCD(1a)로 순차적으로 디스플레이된 좌우 영상을 각각의 눈에 대응되도록 하면서, 영상의 광세기가 줄어들임이 없도록 한다.

상기 전술된 도2의 작용과 마찮가지로 FLCD(1a)의 구동주파수는 120㎐ 또는 60㎐로 동작가능하며, 120㎐로 구동되는 경우에 3차원 스테레오 이미지를 볼 수 있고, 60㎐로 구동되는 경우 단순히 확대된 2차원상만을 본다.

FLCD(1a)의 구동 주파수가 120㎐로 구동하는 경우 스테레오 카메라 및 컴퓨터로 얻은 각각의 좌우 영상을 시간다중화를 함으로써 순간적으로 좌우 영상이 FLCD(1a)로 디스플레이되도록 하고, FLCD(1a)에서 좌측 영상이 디스플레이되는 경우에 회전거울시스템(8)의 거울면이 좌측눈쪽으로 향하게 함으로써 FLCD(1a)에 디스플레이된 좌측 영상이 좌측눈에 대응되고 1/120초 지난 후에 FLCD(1a)에 디스플레이된 우측 영상을 볼 수 있다.

매그니파이어(6a, 6a′)에 보다 가깝게 1대1로 상맺히게 함으로써 매그니파이어(6a, 6a′)로 확대된 영상의 시역을 크게하기 위함이다.

실시예2는 FLCD(1b)의 구동 주파수는 120㎐ 또는 60㎐로 동작가능하며, 120㎐로 구동되는 경우에 3차원 입체 영상을 볼 수 있도록 하고, 60㎐로 구동되는 경우에 단순히 확대된 2차원상만을 볼 수 있도록 한다.

FLCD(1b)에 디스플레이된 영상을 빔나누기(3a)로 나누어 하나는 반사시키고 다른 하나는 투과 시킨다.

이렇게 나누어진 각각의 영상을 좌측눈쪽의 매그니파이어(6b)와 우측눈쪽의 매그니파이어(6b′)로 확대된 상을 일정한 거리에 맺히도록 한다.

도2와 실시예1에서 구성한 헤드마운트 디스플레이 장치에서는 매그니파이어(6, 6′, 6a, 6a′)의 렌즈 구성이 복작해지고, 많아질 수 있다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 실시예2에서는 아크로메틱렌즈가 없다.

따라서 매그니파이어(6b, 6b′)의 렌즈구성이 단순하고 그 개수 또한 적어질 수 있다. 다만 FLCD(1b)에서 좌우측눈에 대응되는 매그니파이어(6b, 6b′)의 직경이 50㎜이상 이다.

한편 본 발명의 디스플레이 소자인 FLCD를 구동하기 위한 블록다이아그램은 도6에 도시된 바와 같이 먼저, NTCS 방식의 3차원 영상신호(R,G,B)가 입력되면 RGB 및 동기신호 분리회로를 이용하여 아날로그 NTCS 방식 3차원 영상데이타(Dna)와 동기신호를 분리시킨다.

영상테이타는 R, G, B의 칼라 영상신호이지만 도식적 편리함을 위해 하나의 신호로 Dna라 표시하였으며, 동기신호는 필드메모리, 멀티플렉서, 등을 구동하는 콘트롤신호를 발생시키는데 이용하였다.

콘트롤신호발생기(15)는 필드메모리부(16, 16′), FM의 write와 read enable 입력신호(wo..we, ro..re), 여기서 아래첨자 o와 e는 각각 Even Line과 Odd Line을 나타낸다. 그리고 디지탈스위치의 디지탈스위치 데이타 선택신호(sel)를 발생시킨다.

Dna는 A/D컨버터(13)에 의해 디지탈 NTCS 방식 3차원 영상테이타(Dnd)로 변환된다. 필드메모리의 write 및 read ciock의 주파수를 10~50[㎒]로 조절하고, 여기에 Dnd를 입력한 상태로 필드메모리, FM의 write enable 입력신호(wo, we) 및 필드메모리, FM의 read enable 입력신호(ro, re)등 콘트롤신호를 인가하면 좌안(left eye)even 디지탈 NTCS 방식 3차원 영상테이타(Dndle) 및 우안(right eye)odd 디지탈 NTCS 방식 3차원 영상테이타가 얻어진다.

이때 Dndro과 Dndle은 필드더블로된 신호로 된다. 필드메모리 FM 는 Dnd 신호를 기억시키고, 적당히 지연시킴으로서 필드더블하는 기능을 갖는다.

필드메모리 FM의 출력은 디지탈 멀티플렉서로 인가되는데, 디지탈 멀티플렉서는 스위칭 클럭에 따라 입력신호 Dndro과 Dndle을 믹싱하고, 액정디스플레이의 특성에 맞추어 데이타를 극성 반전해주는 역활을 하여 좌우 영상신호가 믹스되고, 좌안용 디지탈 합성영상테이타(Ddro)와 우안용 디지탈 합성 영상데이타(Ddle)를 출력하게 되며, 도면에 나타낸 바와 같이 sel이 "H"일 때, Ddro이 선택되고 sel이 "L"일 때 Ddle이 선택되어 디지탈 3차원 영상데이타(Dsd)가 출력된다.

이상에서 설명한 바와 같이 하나의 FLCD를 사용하여 2, 3차원의 영상을 교대로 볼 수 가 있으며, 3차원 영상을 디스플레이 하기 위하여 스테레오 카메라 및 컴퓨터로 얻은 좌우화상을 좌우순으로 번갈아 시간적으로 차례로 배열하여 전송하고, 이 전송된 화상에서 깜빡거림이 발생되지 않는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 하나의 디스플레이인 FLCD(1)와 이 FLCD(1)에 디스플레이된 영상을 양안으로 보내기 위한 빔나누기(3)와

   좌측눈과 우측눈의 영상의 크기를 일치시키기위해 상기 FLCD(1)에 디스플레이된 영상을 1대1의 크기로 상맺히기 위한 필드렌즈(2, 2′)와

   아크로메틱(4)렌즈, 스트레오 카메라 및 컴퓨터로 처리된 좌우영상을 시간 다중화하여 순차적으로 나열하여 FLCD(1)로 디스플레이된 영상을 각각의 눈에 대응시키기 위한 액정셔터(5, 5′)와

   FLCD(1)로 디스플레이된 영상을 일정한 거리에서 확대된 이미지로 볼 수 있도록 하는 매그니파이어(6, 6′)로 구성된 것을 특징으로 하는 하나의 FLCD를 사용한 스테레오 헤드 마운트 디스플레이.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하나의 디스플레이 소자인 FLCD(1a)와

   복수개의 필드렌즈(2a, 2a′,2a″)와

   두개의 아크로메틱렌즈(4a, 4a′)와

   상기 FLCD(1a)와 동기되어 3차원 영상을 디스플레이하기 위한 직각프레임 형태의 반사경(7a, 7a′)과

   순차적으로 디스플레이된 좌우 영상을 각각의 눈에 대응되도록 하여 영상의 광세기가 줄어들임이 없도록 하는 회전거울시스템(8)와

   이 회전거울시스템(8)의 상을 확대하는 매그니파이어(6a, 6a′)으로 구성 것을 특징으로 하는 하나의 FLCD를 사용한 스테레오 헤드 마운트 디스플레이.
3. 제2항에 있어서,

   상기 회전거울시스템(8)은 회전모타(9)와 회전축(10)과 직각 프레임즘형태의 반사경(11)으로 구성된 것을 특징으로 하는 하나의 FLCD를 사용한 스테레오 헤드 마운트 디스플레이.
4. 제1항에 있어서,

   상기 디스플레이 소자인 FLCD(1b)와 동기되어 3차원 영상을 디스플레이하기 위한 액정셔터(5a, 5a′)와,

   FLCD(1b)의 구동주파수를 120㎐로 구동하고, 액정셔터(5a, 5a′)와 동기화함으로써 좌우영상을 각각의 대응되는 눈으로 보내어 3차원 영상을 볼 수 있도록 하는 구동장치와,

   FLCD(1b)를 구동하기위한 회로부와,

   FLCD(1b)로 디스플레이된 영상의 광손실을 최소화하기 위한 필드렌즈(2b)와,

   렌즈구경이 50㎜이상인 매그니파이어(6b, 6b′)로 구성된 것을 특징으로 하는 하나의 FLCD를 사용한 스테레오 헤드 마운트 디스플레이.