KR20020048714A - Three-dimensional display system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 입체 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 프레넬 렌즈를 이용한 입체 디스플레이 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a stereoscopic display system, and more particularly, to a stereoscopic display system using a Fresnel lens.
일반적으로 3차원 화상을 구현하는 기술 중 렌즈 어레이를 사용하는 IP(Integral Photography) 방식은 1908년 리프만(Lippmann)에 의해 처음 제안된 후 점차 개선되었으나, 그 동안 촬영 소자나 디스플레이 소자 기술의 한계로 인해 크게 주목을 받지 못하다가 고분해능 촬영 소자와 고해상도 디스플레이 소자의 개발과 함께 최근 연구가 활발해지고 있다.In general, the IP (Integral Photography) method using a lens array has been gradually improved since it was first proposed by Lippmann in 1908. However, due to the limitations of the imaging device or display device technology, While not receiving much attention, recent research has been actively conducted with the development of a high resolution photographing device and a high resolution display device.
도 1에 IP 방식의 기본적인 원리가 도시되어 있다. IP 방식은 도 1과 같이, 전체 시스템이 크게 두개의 기능부(촬영/표시)로 구성된다. 먼저 촬영 부분에서는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈들에 의해 생성되는 3 차원 물체의 여러 방향에서의 기초 영상이 촬영 소자에 저장된다. 표시 부분에서는 촬영 부분의 역 과정으로 저장된 기초 영상들이 표시 장치에 의해 표시되고, 다시 이 기초 영상들이 렌즈 어레이를 통과하면서 합쳐져서 원래 3차원 물체가 있었던 위치에서 3차원 영상으로 재생된다.The basic principle of the IP scheme is shown in FIG. In the IP system, as shown in FIG. 1, the entire system is largely composed of two functional units (shooting / displaying). First, in the photographing part, the basic image in various directions of the three-dimensional object generated by the basic lenses of the lens array is stored in the photographing element. In the display portion, the base images stored in the reverse process of the photographing portion are displayed by the display device, and the base images are combined as they pass through the lens array and reproduced as a 3D image at the position where the original 3D object was located.
이 경우 재생되는 3차원 영상의 시야각은 렌즈 어레이에 사용된 기초 렌즈의 크기와 초점거리에 의해서 다음 수학식1처럼 결정된다.In this case, the viewing angle of the reproduced 3D image is determined by Equation 1 based on the size and focal length of the elementary lens used in the lens array.
여기서, Ω는 시야각을 표시하는 기호이고, Pd는 기초 렌즈 중심 사이의 간격을, Gap은 렌즈 어레이와 디스플레이 사이의 간격을 나타낸다. 일반적인 경우, Gap은 렌즈의 초점거리와 거의 같다.Here, Ω is a symbol representing the viewing angle, Pd is the spacing between the base lens center, and Gap is the spacing between the lens array and the display. In general, the gap is almost equal to the focal length of the lens.
렌즈의 초점거리를 렌즈의 폭으로 나눈 값을 F-넘버(number), n 이라고 하면, n은 다음 수학식2와 같이 표시된다.If the value obtained by dividing the focal length of the lens by the width of the lens is F-number, n, n is expressed as in Equation 2 below.
여기서, d는 렌즈의 지름을 표시하고, f는 초점거리를 나타낸다. 일반적인 렌즈의 경우 F-넘버의 값이 작아질수록 렌즈의 두께가 두꺼워져서 수차가 커지게 된다.Where d denotes the diameter of the lens and f denotes the focal length. In the case of a typical lens, the smaller the value of the F-number, the thicker the lens, and the larger the aberration.
수학식1과 수학식2에서 Pd는 d와 같고, Gap은 f와 거의 비슷하다고 볼 수 있으므로 수학식1은 다음 수학식3과 같이 나타낼 수 있다.In Equations 1 and 2, Pd is equal to d, and Gap is almost similar to f. Therefore, Equation 1 may be expressed as Equation 3 below.
따라서, 시야각은 렌즈의 F-넘버가 커질수록 작아지게 된다. 그러므로, 시스템의 시야각을 너무 크게 하면, 렌즈의 F-넘버가 너무 작아 수차가 커지게 되어 원하는 영상을 얻을 수 없게 된다.Thus, the viewing angle becomes smaller as the F-number of the lens becomes larger. Therefore, if the viewing angle of the system is made too large, the F-number of the lens is too small and the aberration becomes large, and the desired image cannot be obtained.
이와 같이, 종래의 IP 방식의 디스플레이 장치가 일반적인 렌즈 어레이를 사용하기 때문에 렌즈의 수차로 인해서 20~30°이상의 시야각을 확보하지 못하는 단점이 있다.As such, since the conventional IP display device uses a general lens array, there is a disadvantage in that a viewing angle of 20 to 30 ° or more may not be secured due to lens aberration.
그러므로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 IP 방식으로 3차원 디스플레이가 가능하면서도 대형화가 용이한 반사형 입체 디스플레이 시스템을 제공하고자 하는데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a three-dimensional display by the IP method, but also to provide a large-size reflective three-dimensional display system.
도 1은 일반적인 입체 디스플레이를 위한 IP(Integral Photography)의 기본 개념도이다.1 is a basic conceptual diagram of IP (Integral Photography) for a general stereoscopic display.
도 2는 일반적인 프레넬 렌즈를 나타낸 도이다.2 is a view showing a typical Fresnel lens.
도 3은 일반적인 이중 초점 프레넬 렌즈의 구조를 나타낸 도이다.3 is a diagram illustrating a structure of a general bifocal Fresnel lens.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 구조를 나타낸 도이다.4 is a diagram showing the structure of a stereoscopic display system according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 구조를 나타낸 도이다.5 is a diagram showing the structure of a stereoscopic display system according to a second embodiment of the present invention.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 특징에 따른 입체 디스플레이 시스템은, 기초 영상을 제공하는 영상 제공 수단; 상기 기초 영상을 표시하는 영상 표시 수단; 상기 영상 표시 수단과 동일축 상에 위치되어 있는 프레넬 렌즈 어레이를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a stereoscopic display system according to an aspect of the present invention, the image providing means for providing a basic image; Image display means for displaying the base image; And a Fresnel lens array positioned on the same axis as the image display means.
본 발명의 다른 특징에 따른 입체 디스플레이 시스템은,A stereoscopic display system according to another feature of the present invention,
기초 영상을 제공하는 영상 제공 수단; 상기 기초 영상을 표시하는 영상 표시 수단; 상기 영상 표시 수단과 동일축 상에 위치되어 있는 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이를 포함한다.Image providing means for providing a basic image; Image display means for displaying the base image; And a bifocal Fresnel lens array positioned on the same axis as the image display means.
여기서, 상기 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이와 디스플레지 장치와의 간격이 상기 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이의 두 초점 사이에 위치되어 있으며, 이에 따라 상을 디스플레이 장치의 앞과 뒤로 표현할 수가 있다.Here, the distance between the bifocal Fresnel lens array and the display device is located between the two focal points of the bifocal Fresnel lens array, so that the image can be represented before and after the display device.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템은 렌즈 수차에 의하여 시야각을 확보하지 못하는 것을 해결하기 위하여, 일반 렌즈 어레이 대신에 수차가 나타나지 않는 프레넬 렌즈 어레이를 사용하여 광시야각 디스플레이 시스템을 구현한다.The stereoscopic display system according to the embodiment of the present invention implements a wide viewing angle display system by using a Fresnel lens array in which aberration does not appear in place of a general lens array in order to solve the failure of securing a viewing angle due to lens aberration.
프레넬 렌즈(Fresnel Lens)는 계단적 표면을 통하여 수차가 없도록 고안된렌즈로서, 도 2에 일반적인 프레넬 렌즈의 구조가 도시되어 있다. 일반적으로 프레넬 렌즈는 콜렉터(collector)나 콜리메이터(collimator) 등으로 사용되지만, 계단 표면에서 발생하는 블루어 노이즈(blur noise) 때문에 이미징(imaging)에는 널리 사용되지 않는다. 그러나, 큰 F-넘버를 가지는 프레넬 렌즈도 거의 수차가 없이 상을 표현할 수 있다는 장점이 있다.Fresnel lens (Fresnel Lens) is a lens designed to be aberration through the staircase surface, the structure of a typical Fresnel lens is shown in FIG. In general, Fresnel lens is used as a collector (collector), collimator (collimator), etc., but is not widely used in imaging (imaging) due to the blur (blur noise) generated on the surface of the stairs. However, Fresnel lenses with a large F-number also have an advantage that they can represent an image with almost no aberration.
또한 프레넬 렌즈는 계단마다의 초점 거리를 조절하면, 2개 이상의 초점거리를 갖는 이중 초점 렌즈로 제작할 수 있으며, 도 3에 이러한 이중 초점 프레넬 렌즈의 구조가 도시되어 있다.In addition, the Fresnel lens can be manufactured as a bifocal lens having two or more focal lengths by adjusting the focal length for each step, and the structure of such a bifocal Fresnel lens is shown in FIG. 3.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 큰 F-넘버를 가지는 프레넬 렌즈를 이용하여 입체 영상을 구현하며, 또한, 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이를 이용하여 영상이화면의 안팎으로 맺히도록 하여 더 큰 입체감을 전달할 수 있도록 한다.Accordingly, in the embodiment of the present invention, a three-dimensional image is realized by using a Fresnel lens having a large F-number, and a larger three-dimensional image is made by using a bifocal Fresnel lens array so that the image is formed inside and outside of the screen. To be delivered.
이러한 개념을 토대로 먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 구조 및 작용에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.Based on this concept, first, the structure and operation of the stereoscopic display system according to the first embodiment of the present invention will be described in more detail.
도 4에 본 발명의 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 구조가 도시되어 있다.4 shows a structure of a stereoscopic display system according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템은, 영상 정보 생성부(1), 영상 정보 생성부(1)에서 제공되는 영상을 표시하는 디스플레이 장치(2), 및 디스플레이 장치(2)의 표시면측에 설치되어 있으며, 표시되는 영상을 결상하는 프레넬 렌즈 어레이(3)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the stereoscopic display system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a video information generator 1, a display device 2 for displaying an image provided by the video information generator 1, and a display device. It is provided on the display surface side of (2), and includes the Fresnel lens array 3 which forms an image displayed.
영상 정보 생성부(1)는 디스플레이 장치에 표현할 영상 정보를 제작하는 장치이며, 피사페를 결상하는 렌즈 어레이와 CCD 카메라를 이용한 IP 용 촬영 장치일 수도 있고, 3차원 영상 정보를 IP 시스템용 기초 영상 정보로 전환해주는 컴퓨터 시스템일 수도 있다.The image information generating unit 1 is a device for producing image information to be displayed on a display device, and may be an IP photographing device using a lens array and a CCD camera for imaging Pisape, and the 3D image information is a basic image for an IP system. It may be a computer system that converts information into information.
프레넬 렌즈 어레이(3)는 각각의 렌즈가 프레넬 렌즈로 제작되어 두께가 얇고, 수차가 나타나지 않는다. 프레넬 렌즈 어레이(3)의 프레넬 렌즈들은 디스플레이 장치(2)에 표현된 기초 영상 정보를 집합하여 (ㄱ)의 위치에 영상을 맺는 기능을 수행한다.The Fresnel lens array 3 has a thin thickness because each lens is made of a Fresnel lens, and no aberration appears. Fresnel lenses of the Fresnel lens array 3 collects the basic image information represented on the display device 2 to form an image at the position of (a).
이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 동작을 살펴보면, 디스플레이 장치(2) 앞에 프레넬 렌즈 어레이(1)를 설치한 다음에, 영상 생성부(1)가 영상 정보를 디스플레이 장치(2)로 제공하여 영상 표시가 이루어지도록 한다.Referring to the operation of the stereoscopic display system according to the first embodiment of the present invention having such a structure, after installing the Fresnel lens array (1) in front of the display device (2), the image generating unit (1) It is provided to the display device 2 so as to display an image.
영상 생성부(1)에서 제공되는 영상 정보는 IP용 촬영 장치에 의해서 촬영된 것이거나, 컴퓨터를 이용하여 계산된 것이다.The image information provided by the image generating unit 1 is photographed by the IP photographing apparatus or calculated using a computer.
디스플레이 장치(2)가 영상 생성부(1)에서 제공되는 영상 정보에 따라 구동되어 해당하는 영상을 표시하면, 디스플레이 장치(2)의 표시면 측에 설치되어 있는 프레넬 렌즈 어레이(3)가 표시되는 영상을 결상하게 된다.When the display device 2 is driven according to the image information provided by the image generating unit 1 to display a corresponding image, the Fresnel lens array 3 provided on the display surface side of the display device 2 is displayed. This results in the imaging of the image.
이 때, 프레넬 렌즈 어레이(3)가 큰 F-넘버를 가지고 수차가 거의 없기 때문에 20~30°이상의 시야각을 충분하게 확보하면서 입체감을 가지는 영상이 관찰되도록 한다.At this time, since the Fresnel lens array 3 has a large F-number and little aberration, an image having a three-dimensional effect is observed while sufficiently securing a viewing angle of 20 to 30 ° or more.
이러한 프레넬 렌즈 어레이 대신에 이중 초점을 가지는 프레넬 렌즈를 이용하여 보다 입체감을 가지는 영상을 구현할 수 있다.Instead of the Fresnel lens array, a Fresnel lens having a dual focus may be used to implement an image having a more three-dimensional effect.
도 5에 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 구조가 도시되어 있다. 첨부한 도 5에 도시되어 있듯이 본 발명의 2 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템은 위에 기술된 제1 실시예와 동일한 구조로 이루어지며, 단지 프레넬 렌즈 어레이 대신에 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이(31)가 사용된다.5 shows a structure of a stereoscopic display system according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the stereoscopic display system according to the second embodiment of the present invention has the same structure as the first embodiment described above, and instead of the Fresnel lens array, the dual focus Fresnel lens array 31 is provided. Is used.
특히, 본 발명의 제2 실시예에서, 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이(31)와 디스플레지 장치(2)와의 간격이 프레넬 렌즈 어레이(31)의 두 초점 사이에 위치되도록 상기 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이(31)가 설치된다. 따라서 상이 디스플레 장치(2)의 앞과 뒤로 표현될 수 있다.In particular, in the second embodiment of the present invention, the bifocal fresnel lens such that the distance between the bifocal Fresnel lens array 31 and the display device 2 is located between the two focal points of the Fresnel lens array 31. The array 31 is installed. The image can thus be represented before and after the display device 2.
이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 작용을 살펴보면, 제1 실시예에와 동일하게 영상 생성부(1)로부터 제공되는 영상 정보를 토대로 디스플레이 장치(2)가 해당 영상을 디스플레이하며, 이에 따라 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이(31)가 표시되는 영상을 결상한다.Referring to the operation of the stereoscopic display system according to the second embodiment of the present invention having such a structure, the display device 2 is based on the image information provided from the image generating unit 1 as in the first embodiment. The dual focus Fresnel lens array 31 forms an image displayed thereon.
이중 초점 프레넬 렌즈 어레이(31)에 의하여 도 5에 도시되어 있듯이, 결상되는 상이 (ㄱ)의 위치와 (ㄴ)의 위치에 동시에 맺히게 된다. 이것은 일반적인 IP 시스템에서 렌즈 어레이와 디스플레이 간의 간격이 초점거리보다 클 경우, 영상이 렌즈 어레이 앞쪽에 표현되고, 렌즈 어레이와 디스플레이 간의 간격이 초점거리보다 짧을 경우, 영상이 디스플레이 뒤 쪽에 표현된다는 것을 응용한 것이다. 이중 초점을 f1, f2라 할 때, 렌즈 어레이와 디스플레이 간의 간격을 그 사이 값으로 하면, 디스플레이 시스템 앞 뒤로 큰 입체감을 갖는 3차원 영상을 표현할 수 있게 된다.As shown in FIG. 5 by the bifocal Fresnel lens array 31, an image to be imaged is simultaneously formed at the position of (a) and (b). This applies to the fact that in a typical IP system, when the distance between the lens array and the display is larger than the focal length, the image is displayed in front of the lens array, and when the distance between the lens array and the display is shorter than the focal length, the image is displayed behind the display. will be. When the bifocal is f1 and f2, when the distance between the lens array and the display is set as the value therebetween, it is possible to express a three-dimensional image having a large three-dimensional effect before and after the display system.
본 실시예에서, 이중 초점 프레넬 렌즈 어레이(31)가 f1과 f2의 두개의 초점 거리를 가지기 때문에, (ㄱ)과 (ㄴ) 위치에 영상이 맺히게 된다.In this embodiment, since the bifocal Fresnel lens array 31 has two focal lengths of f1 and f2, an image is formed at positions (a) and (b).
본 발명은 다음의 기술되는 청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.The invention is susceptible to various modifications and implementations without departing from the scope of the following claims.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 본 특허에서 제안한 방식으로 일반 렌즈 어레이 대신 프레넬 렌즈 어레이를 사용하게 되면, 기존의 IP시스템보다 더 넓은 시야각을 갖는 광시야각 입체 디스플레이 장치를 제작할 수 있다. 또한, 이중 초점 프레넬 렌즈를 이용하면, 화면 앞과 뒤로 영상을 표현할 수 있게 되어 더 큰 깊이감을 표현할 수 있게 된다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, when the Fresnel lens array is used instead of the general lens array in the method proposed by the present patent, a wide viewing angle stereoscopic display apparatus having a wider viewing angle than the conventional IP system can be manufactured. . In addition, when using a bifocal Fresnel lens, it is possible to express images in front of and behind the screen to express a greater depth.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J801 | Dismissal of trial |
Free format text: REJECTION OF TRIAL FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20050816 Effective date: 20051208 Free format text: TRIAL NUMBER: 2005101005393; REJECTION OF TRIAL FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20050816 Effective date: 20051208 |