KR20060091543A - 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입체 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사형 LCD 프로젝터의 편광 특성을 이용하여 출력 광 손실이 전혀 없는 고휘도 편광형 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 램프에서 조사되는 램프광을 이용하여 소정의 피사체를 각각 다른 각도에서 촬영한 제1 영상 및 제2 영상을 입체적으로 디스플레이하기 위한 장치는 상기 제1 영상에 대응하는 제1 출력빔을 출력하는 제1 프로젝터, 상기 제2 영상에 대응하며 상기 제1 출력빔과 서로 직교하는 편광 방향을 가지는 제2 출력빔을 출력하는 제2 프로젝터를 포함하되, 상기 제1 출력빔과 상기 제2출력빔은 서로 다른 방향으로 편광되어 편광 필터를 거치지 않고도 입체 영상을 생성할 수 있다.

프로젝터, 편광, 입체, 반사형 LCD.

Description

무손실 편광형 입체 디스플레이 장치{Polarized stereoscopic display device without loss}

도 1a는 종래 기술에 따른 입체 디스플레이 장치를 도시한 전체 구성도.

도 1b는 종래 기술에 따른 선형 편광 필터를 도시한 도면.

도 2는 프로젝터 출력빔의 편광 특성을 도시한 도면.

도 3a 내지 도 3d는 프로젝터 출력 신호 및 선형 편광 필터의 특성을 도시한 도면.

도 4a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 입체 디스플레이 장치를 도시한 전체 구성도.

도 4b는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 입체 디스플레이 장치를 도시한 전체 구성도.

도 5a 내지 5b는 종래 기술에 따른 반사형 LCD의 구동 방법 및 편광 특성을 도시한 도면.

도 5c는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 반사형 LCD의 구동 방법 및 편광 특성을 도시한 도면.

도 6a 내지 6c는 종래 기술에 따른 반사형 LCD 프로젝터의 내부 광학계를 도시한 도면.

도 7a 내지 7c는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 반사형 LCD 프로젝터의 내부 광학계를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

610 : 램프

613 : 렌즈 배열부

615 : 제1 다이크로익 미러

617 : 제2 다이크로익 미러

620(a, b, c, d, e, f) : 반사형 LCD

630(a, b, c, d, e, f) : PBS(polarized beam splitter : 편광 빔 분배기)

640 : X-프리즘

650 : 프로젝션 렌즈

본 발명은 입체 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사형 LCD 프로젝터의 편광 특성을 이용하여 출력 광 손실이 전혀 없는 고휘도 편광형 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다.

3D(3차원, 입체) 디스플레이란, 스테레오스코픽 기술을 적용하여 2차원 영상 에 깊이 정보를 부가하고, 이 깊이 정보를 이용하여 시청자가 3차원의 생동감 및 현실감을 느낄 수 있게 하는 기술을 지칭한다.

지난 50여 년간 30여 가지에 달하는 다양한 3D 디스플레이 방식이 제안되어 왔는데, 이들 대부분은 인간의 양안시차 원리를 이용해 입체영상을 표시하고 있다. 즉, 이러한 종래 기술은 카메라 두 대로 찍은 좌, 우 영상이 동시에 프로젝션되는 경우, 상기 좌, 우 영상을 분리하여, 인간의 좌, 우안에 정확히 제공하도록 하는 부분에 초점을 맞추어 제안되고 있다.

종래 기술에 따라 좌, 우 영상을 분리하는 기법은 크게 안경 및 무안경 방식으로 나누어지고, 안경방식에는 애널글리프(anaglyph) 방식, 편광안경 방식, 액정셔터방식 등이 있고, 무안경식 방식에는 렌티큘러 쉬트 (lenticular sheet) 방식, 패럴렉스 배리어(parallax barrier) 방식 및 광학판 방식 등이 있으며, 완전 입체 방식으로 홀로그램 및 체적형 3D 디스플레이 방식도 연구되고 있다. 이러한 종래 기술 중 이중 편광안경 방식은 가장 안정되고 오래된 3D 디스플레이 방식으로 입체영화, 입체 모니터 등에 가장 널리 사용되고 있다. 또한, 최근에는 두개의 LCD 프로젝터를 이용한 대형의 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템이 연구 개발되고 있다.

그러나 이러한 종래 기술에 따른 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템에 있어서, 좌우 프로젝터의 출력빔을 서로 직교하는 편광상태로 만들어주기 위하여 필수적으로 프로젝터 전면에 선형 또는 원형 편광필터가 삽입되게 되는데 이는 결과적으로 출력빔을 적어도 50% 이상 감쇄시키는 문제점이 있다.

이하, 도 1a를 참조하여 종래 기술의 바람직한 실시예에 따른 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템의 구성을 설명하기로 한다.

하나의 대상 물체(111)를 스테레오 카메라(112)로 사람의 두 눈의 시각차와 같은 각도의 시각차로 촬영을 하고, 그 스테레오 카메라(112)의 두 영상 신호에 의해 각각의 입체 프로젝터(113)를 구동시켜 좌안용 및 우안용 영상신호를 발생시켜 편광 필터(114)를 통해 프로젝션 스크린(115)에 투사하고, 시청자가 좌안과 우안이 서로 다른 편광 렌즈를 가진 편광 안경(116)을 통해서 상기 프로젝션 스크린(115)의 영상을 좌안과 우안으로 분리하여 봄으로써, 입체 영상을 구현한다.

종래의 입체프로젝터(113)는 스테레오 카메라(112)에서 입력되는 좌측 영상과 우측 영상을 각각의 입체프로젝터 시스템에 의해 구동시켜서 좌측 영상과 우측영상을 발생시키고, 이를 직각 편광을 가진 편광 필터(114)를 통해서 서로 직각 위상차를 가진 영상으로 프로젝션 스크린(115)에 투사한다. 즉, 종래 입체프로젝터(113)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(114)를 통해서 서로 수직 편광시켜 스크린에 투사하도록 되어 있다.

도 1b를 참조하면, 종래 기술에서 상기 프로젝터에 구비되는 선형 편광 필터(114)가 도시 되어 있다. 편광 현상을 이용한 대형의 스테레오스코픽 프로젝션 시스템은 좌우 프로젝터 앞에 +/-45° 방향의 선형 편광필터(114)를 각각 삽입하거나 시계/반시계 방향의 원형 편광필터를 각각 설치한 후 같은 방향의 편광안경을 착용하여 좌, 우안 영상을 분리, 시청함으로써 입체감을 느낄 수 있다.

상술한 바와 같이, 기존의 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템은 좌우 프로젝터의 출력빔을 서로 직교하는 편광상태로 만들어주기 위하여 프로젝터 전면에 선형 또는 원형 편광필터가 필수적으로 삽입되게 되는데, 이는 결과적으로 출력빔의 광세기를 50% 이상 감쇄시킨다는 구조적인 문제점을 가지고 있다. 최근, 이러한 광 손실을 줄이기 위한 편광형 프로젝션 디스플레이 구조가 제시되고 있으나 근본적인 해결책을 제시하지는 못하고 있는 실정이다.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 광 효율을 향상시키기 위한 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치를 제시하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 반사형 LCD 프로젝터 자체의 편광특성과 컬러 신호처리 기법을 통해 편광필터를 효과적으로 제거해 줌으로써 출력 광손실이 전혀 없는 출력빔을 제공할 수 있는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치를 제시하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 수직 및 수평 출력빔을 각각 출력하는 프로젝터들이 포함된 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치 를 제시할 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 소정의 피사체를 각각 다른 각도에서 촬영한 제1 영상 및 제2 영상을 입체적으로 디스플레이하기 위한 장치는 상기 제1 영상에 대응하는 제1 출력빔을 출력하는 제1 프로젝터, 상기 제2 영상에 대응하며 상기 제1 출력빔과 서로 직교하는 편광 방향을 가지는 제2 출력빔을 출력하는 제2 프로젝터를 포함하되, 상기 제1 출력빔과 상기 제2출력빔은 서로 다른 방향으로 편광되어 편광 필터를 거치지 않고도 입체 영상을 생성할 수 있다.

여기서 상기 제1 프로젝터는 수직 방향으로 선형 편광된 제1 출력빔을 출력하고, 상기 제2 프로젝터는 수평 방향으로 선형 편광된 제2 출력빔을 출력할 수 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치를 제시할 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 램프에서 조사되는 램프광을 이용하여 소정의 피사체를 각각 다른 각도에서 촬영한 제1 영상 및 제2 영상을 입체적으로 디스플레이하기 위한 장치는 상기 램프광 중 수직 방향으로 편광된 램프광은 반사시키고, 수평 방향으로 편광된 램프광은 투과시키는 PBS, 상기 PBS에 의해 반사된 램프광을 위상을 변환하여 반사하며 상기 제1 영상에 상응하는 제1 출력빔을 출력하는 제1패널, 상기 PBS에 의해 투과된 램프광을 위상을 변환하여 반사하며 상기 제2 영상에 상응하는 제2출력빔을 출력하는 제2패널을 포함하되, 상기 제1 출력빔과 상기 제2출력빔은 서로 다른 방향으로 편광되어 편광 필터를 거치지 않고도 입체 영상을 생 성할 수 있다.

여기서, 상기 제1패널과 상기 제2패널은 적색, 녹색 및 청색 반사형 LCD 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 제1패널과 상기 제2패널은 서로 수직으로 배열될 수 있다.

또한, 상기 PBS는 상기 램프광 중 수직 방향으로 편광된 램프광을 그 입사방향과 수직한 방향으로 반사할 수 있으며, 상기 제1영상은 우안(右眼)용 영상이고, 상기 제2 영상은 좌안(左眼)용 영상일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치는 소정의 피사체를 각각 다른 각도에서 촬영하여, 좌안(左眼) 및 우안(右眼)용에 대응하는 제1 영상 및 제2 영상을 제공하기 위한 카메라부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 출력빔과 상기 제2출력빔은 서로 90도 만큼의 위상차가 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

프로젝터의 편광 특성

본 발명은 LCD 프로젝터의 고유한 편광특성과 컬러비디오 신호의 효과적인 처리를 통해 기존의 프로젝션 디스플레이 시스템으로부터 광손실의 원인이 되고 있는 편광 필터를 완전히 제거해줌으로써 출력 광손실이 전혀 없는 새로운 형태의 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 이하, 도 2에서는 프로젝터 출력빔의 편광 특성을 설명하고, 도 3a 내지 도 3d에서는 프로젝터 출력 신호 및 선형 편광 필터의 특성을 먼저 설명하도록 한다.

도 2는 종래 기술에 따른 프로젝터 출력빔의 편광 특성을 도시한 도면이다.

일반적으로 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템에 사용되고 있는 상용 프로젝터는 출력빔의 편광상태에 따라 크게 네 가지 형태로 분류할 수 있다.

이하, 도2를 참조하여 설명하면, 첫째, 대부분의 3패널 LCD 프로젝터의 출력빔(210)은 두 가지 색은 한 방향의 선형 편광의 출력을 가지고, 나머지 한 색은 그에 직교하는 선형 편광의 출력을 갖는다. 예를 들면, 출력빔(210)에서 적색 및 청색은 수직편광을 하고, 녹색은 수평 편광된 출력빔을 가진다. 이러한 출력빔을 제1 타입이라 칭한다. 둘째, 모든 색에 대해 수직 방향으로 선형 편광된 출력빔(220)은 일부 3패널 및 대부분의 1패널 LCD 프로젝터에 사용된다. 이러한 출력빔을 제2 타입이라 칭한다. 셋째, 모든 색에 대해 수평 방향으로 선형 편광된 출력빔(230)은 일부 3패널 및 대부분의 1패널 LCD 프로젝터에 사용된다. 이러한 출력빔을 제3 타입이라 칭한다. 넷째, 무편광된 출력을 갖는 프로젝터의 출력빔(240)으로 CRT, DMD(Digital Micromirror Device), DLP(Digital Light Processing) 프로젝터 등이 이에 해당한다. 이러한 출력빔을 제4 타입이라 칭한다.

하기 표 1을 참조하면, 상술한 출력빔의 형태가 정리되어 있다.

출력빔의 종류	내용
제1 타입	두 가지 색이 다른 한 가지 색과 다른 방향으로 선형 편광됨
제2 타입	모든 색이 수직 방향으로 선형 편광
제3 타입	모든 색이 수평 방향으로 선형 편광
제4 타입	편광되지 않음

일반적으로 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템에서는 좌우 프로젝터 출력빔을 서로 직교하는 편광상태를 만들기 위하여 필수적으로 편광화 과정(polarization process)을 거치게 되며, 이와 같은 편광화 과정으로 인하여 약 50%의 광손실을 가져오는 문제점이 있다.

따라서 최적의 편광형 프로젝션 디스플레이 시스템을 구현하기 위해서는 프로젝터로부터 출력된 빔의 편광상태와 편광필터의 방향을 신중하게 고려해야만 한다. CRT나 DMD 프로젝터의 출력빔(210)이 무편광 상태임으로 편광필터의 방향이 그다지 중요하지 않지만, 제1 내지 제3 타입의 선형 편광 출력빔(210, 220, 230)은 이미 편광되어 있기 때문에 효율적인 스테레오 프로젝션을 위해서는 이들 편광된 출력빔과 편광기의 방향을 신중하게 고려하여 시스템을 구현해야 한다.

이하, 종래 기술에 따른 출력빔의 형태와 본 발명에 따른 출력빔의 형태를 비교하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 3a 내지 도 3d는 출력빔의 형태를 설명한 도면이다.

제1 타입의 선형 편광 출력빔에 있어서, 우안 및 좌안에 대응하는 출력빔(311, 312)은 도 3a와 같이, 출력 빔 중 두 가지 컬러 성분(Red, Blue)은 수직으로 선형 편광되고, 나머지 한 컬러성분(Green)은 그에 직교하는 방향(수평)으로 선형 편광되는 출력을 가진다. 이 경우 역시 우안 및 좌안에 대응하는 선형 편광된 필터(313, 314)를 +/-45° 의 각도에 각각 위치시킴으로써 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템을 구성할 수 있다. 제1 타입의 선형 편광 출력빔(311, 312)은 편광 필터(313, 314)를 통과한 후, 우안 및 좌안에 대응하는 출력빔(315, 316)의 세기가 감소(점선으로 표시)하는 문제점이 있다.

제2 타입의 선형 편광 출력빔에 있어서, 우안 및 좌안에 대응하여 수직으로 선형 편광된 출력빔(321, 322)은 도 3b와 같이, 편광회전기(polarization rotator)를 사용하여 우안 및 좌안에 대응하여 각각 +/-45° 만큼 편광 방향을 회전시킨 후 그 방향으로 선형 편광된 필터(323, 324)를 위치시킴으로써 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템을 구성할 수 있다. 제2 타입의 선형 편광 출력빔(321, 322)도 편광 필터(323, 324)를 통과한 후, 우안 및 좌안에 대응하는 출력빔(325, 326)의 세기가 감소(점선으로 표시)하는 문제점이 있다.

제3 타입의 선형 편광 출력빔에 있어서, 우안 및 좌안에 대응하여 수평으로 선형 편광된 출력빔(331, 332)은 도 3c와 같이, 편광회전기(polarization rotator)를 사용하여 우안 및 좌안에 대응하여 각각 +/-45° 만큼 편광 방향을 회전시킨 후 그 방향으로 선형 편광된 필터(333, 334)를 위치시킴으로써 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템을 구성할 수 있다. 제3 타입의 선형 편광 출력빔(331, 332)도 편광 필터(333, 334)를 통과한 후, 우안 및 좌안에 대응하는 출력빔(335, 336)의 세기가 감소(점선으로 표시)하는 문제점이 있다.

제4 타입의 무편광 출력빔에 있어서, 우안 및 좌안에 대응하는 무편광 출력빔(341, 342)을 갖는 프로젝터 경우, 도 3d와 같이 프로젝터 앞단에 우안 및 좌안에 대응하는 선형 편광필터(343, 344)를 +/-45° 의 각도로 각각 위치시켜 삽입함으로써 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템을 구성할 수 있다. 무편광 출력빔(341, 342)은 편광 필터(343, 344)를 통과한 후, 우안 및 좌안에 대응하는 출력빔(345, 346)의 세기가 감소(점선으로 표시)하는 문제점이 있다.

이와 같은 종래의 편광 방식은 편광 필터로 인하여, 스크린에 입사되는 출력빔의 세기가 감소하는 문제점이 있는 반면, 본 발명은 편광 필터를 제거하고, 프로젝터에서 LCD가 가지는 편광 특성을 이용하여 출력빔이 수직으로 직교하도록 구성하였다.

제1 실시예

도 4a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 입체 디스플레이 장치를 도시한 전체 구성도이다.

도 4a를 참조하면, 스테레오 카메라를 이용하여 하나의 대상 물체(미도시)를 사람의 두 눈의 시각차와 같은 각도의 시각차로 촬영을 하여 생성된 영상 신호를 이미지 처리부(401)에서 각각 다른 프로젝터(402, 403)에 전송한다. 제1 프로젝터(402)에서는 좌안 또는 우안용 영상 신호에 상응하여 모든 색에 대해 수직하게 선형 편광된 제1 출력빔을 발생하여 제1 프로젝터 렌즈(404)를 이용하여 투사하며, 제2 프로젝터(403)에서는 제1 출력빔과 다른 우안 또는 좌안용 영상 신호에 상응하여 모든 색에 대해 수평하게 선형 편광된 제2 출력빔을 발생하여 제2 프로젝터 렌즈(405)를 이용하여 투사한다. 이후 시청자는 좌안과 우안이 서로 다른 편광 렌즈를 가진 편광 안경(407)을 이용하여 프로젝션 스크린(406)에 투사된 영상을 좌안과 우안으로 분리하여 봄으로 입체 영상이 구현된다. 즉, 프로젝터 본래의 특징상 수직으로 선형 편광된 출력빔을 출력하는 프로젝터와 수평으로 선형 편광된 출력빔을 출력하는 프로젝터를 이용함으로써, 기존에 입체 영상을 구현하기 위해 프로젝터를 물리적으로 90도 회전시킴으로써 영상을 다시 조절해 주고 색 교환 절차를 거쳐야 하는 문제점을 근원적으로 해결할 수 있다. 여기서 촬상을 위해 대상 물체를 각각 다른 각도에서 촬영하여, 좌안(左眼) 및 우안(右眼)용에 대응하는 제1 영상 및 제2 영상을 제공하기 위한 카메라부(미도시)가 더 마련될 수도 있다.

제2 실시예

도 4b에서는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 출력빔의 편광 특성을 설명하기로 한다. 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 무손실 편광형 입체 디스플레이 방법이 도시되어 있다. 하나의 대상 물체(411)를 스테레오 카메라(412)로 사람의 두 눈의 시각차와 같은 각도의 시각차로 촬영을 하고, 그 스테레오 카메라(412)의 두 영상 신호에 의해 각각의 입체 프로젝터(413)를 구동시켜 좌안용 및 우안용 영상신호를 발생시켜 프로젝터 렌즈(414)를 통해 프로젝션 스크린(415)에 투사하고, 시청자가 좌안과 우안이 서로 다른 편광 렌즈를 가진 편광 안경(416)을 통해서 상기 프로젝션 스크린(415)의 영상을 좌안과 우안으로 분리하여 봄으로써, 입체 영상을 구현한다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 광 효율을 향상시키기 위해서 프로젝터의 내부 광학계를 변형하여 좌안과 우안의 영상을 편광된 출력빔에 투영함으로써 입체 영상을 구현할 수 있다.

이하에서는 종래 기술에 따른 반사형 LCD의 구동 방법 및 편광 특성과 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 LCD의 구동 방법 및 편광 특성을 비교하여 설명하도록 한다.

도 5a 내지 5b는 종래 기술에 따른 반사형 LCD의 구동 방법 및 편광 특성을 도시한 도면이다. 도 5a는 반사형 LCD가 입사광과 수직하게 마련된 경우이며, 도 5b는 반사형 LCD가 입사광과 평행하게 마련된 경우이다.

편광되지 않은 입사광이 PBS(polarized beam splitter : 편광 빔 분배기, 이하 'PBS'라고 한다)(510)에 입사하면 입사광의 진행 경로는 편광된 방향에 따라 달라지게 된다. 도 5a를 참조하면, PBS(510)는 지면과 수직한 방향으로 편광된 입사광은 좌측으로 반사하고, 지면과 평행하게 편광된 입사광은 투과(통과)시킨다. 여기서 지면과 평행하게 편광된 입사광은 PBS(510)를 투과한 후 제1 반사형 LCD(LCOS : Liquid Crystal on Silicon, 이하 '제1 반사형 LCD'라고 한다)(520)에서 반사된다. 입사광은 제1 반사형 LCD(520)에서 반사되면서 편광 방향이 바뀌어 지면과 수직한 방향으로 편광된다. 제1 반사형 LCD(520)는 빛을 입사한 후 편광 방향을 바꾸어 반사한다. 이후 입사광은 다시 PBS(510)에 입사된 후 우측으로 반사된다. 따라서 출력되는 출력빔은 우측으로 진행하며 그 편광 방향은 지면과 수직한 방향이다.

도 5b를 참조하면, 상술한 바와 PBS(510)는 지면과 수직한 방향으로 편광된 입사광은 좌측으로 반사하고, 지면과 평행하게 편광된 입사광은 투과(통과)시킨다. 여기서 지면과 수직한 방향으로 편광된 입사광은 PBS(510)에서 반사된 후 제2 반사형 LCD(530)에서 반사된다. 입사광은 제2 반사형 LCD(530)에서 반사되면서 편광 방향이 바뀌어 지면과 평행한 방향으로 편광된다. 이후 입사광은 다시 PBS(510)에 입사된 후 PBS(510)을 투과하여 진행한다. 따라서 출력되는 출력빔은 우측으로 진행하며 그 편광 방향은 지면과 평행한 방향이다.

여기서 PBS(510)에서 입사광을 반사하는 방향 및 각도를 프로젝터의 특성에 맞게 출력되는 방향에 따라 달리 조절할 수 있음은 본 기술에 속하는 분야의 통상의 기술자에게는 당연하다.

도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 LCD의 구동 방법 및 편광 특성을 도시한 도면이다. 도 5c를 참조하면, 도 5a 내지 5b에서 설명한 PBS(510)과 제1 반사형 LCD(520), 제2 반사형 LCD(530)가 모두 마련된 구조가 설명된다.

PBS(510)는 지면과 수직한 방향으로 편광된 입사광은 좌측으로 반사하고, 지면과 평행하게 편광된 입사광은 투과시킨다. 지면과 평행하게 편광된 입사광은 PBS(510)를 투과한 후 제1 반사형 LCD(520)에서 반사된다. 제1 반사형 LCD(520)에서 반사된 입사광은 제1 반사형 LCD(520)에서 반사되면서 편광 방향이 바뀌어 지면과 수직한 방향으로 편광된다. 이후 입사광은 다시 PBS(510)에 입사된 후 우측으로 반사된다. 여기서 출력되는 제1 출력빔은 우측으로 진행하며 그 편광 방향은 지면과 수직한 방향이다.

또한, 지면과 수직한 방향으로 편광된 입사광은 PBS(510)에서 반사된 후 제2 반사형 LCD(530)에서 반사된다. 입사광은 제2 반사형 LCD(530)에서 반사되면서 편광 방향이 바뀌어 지면과 평행한 방향으로 편광된다. 이후 입사광은 다시 PBS(510)에 입사된 후 PBS(510)을 투과하여 진행한다. 여기서 출력되는 제2 출력빔은 우측으로 진행하며 그 편광 방향은 지면과 평행한 방향이다. 따라서 상술한 제1 출력빔과 제2 출력빔은 서로 편광 방향이 90도만큼 차이가 나며, 그 진행 방향이 같이 방향이 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 디스플레이 방법은 상술한 바와 같은 편광 특성을 이용한다. 즉, 제1 반사형 LCD(520)을 이용하여 좌안에 상응하는 영상을, 제2 반사형 LCD(530)를 이용하여 우안에 상응하는 영상을 출력하여 제1 출력빔과 제2출력빔을 출력하고, 사용자는 편광 안경을 착용함으로써 원하는 영상에 대한 입체감을 얻을 수 있다. 여기서 편광 안경의 좌안은 지면과 평행한 편광 방향으로, 우안은 지면과 수직한 편광 방향이다. 여기서는 제1 반사형 LCD(520), 좌안 및 지면과 평행한 편광이 서로 상응하도록 설명하였으나 다른 실시예가 가능함은 당연하다.

이상에서 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치에 대해 일반적인 구동 방법 및 편광 특성을 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치를 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다.

도 6a 내지 6c는 종래 기술에 따른 반사형 LCD 프로젝터의 내부 광학계를 도시한 도면이다. 도 6a에서는 출력빔이 모두 수직 방향으로 선형 편광된 3패널 프로젝터의 경우, 도 6b에서는 출력빔이 모두 수평 방향으로 선형 편광된 3패널 프로젝터의 경우, 도 6c는 출력빔이 모두 수평 방향으로 선형 편광된 1패널 프로젝터의 경우를 도시한다.

도 6a를 참조하면, 램프(610)에서 조사된 램프광은 렌즈 배열부(613)를 통과한다. 여기서 렌즈 배열부(613)는 램프광의 열광을 제거하는 열흡수 미러, 랜프광의 자외선을 차단하는 자외선 차단 미러, 램프광을 전체적으로 균등하게 조사하도록 제어하는 인티그레이터(integrator) 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈 배열부(613)를 통과한 램프광은 그 경로상에 배열되어 있는 미러와 다이크로익(dichroic) 미러(615, 617)를 통과하면서 적색(R : red), 녹색(G : green) 및 청색(B : blue)의 입사광으로 구분된다. 도 6a에서는 제1 다이크로익 미러(615)와 제2 다이크로익 미러(617)가 도시되어 있다. 제1 다이크로익 미러(615)는 청색광을 반사하고 적색광과 녹색광은 투과시킨다. 제2 다이크로익 미러(617)는 녹색광은 반사하고 적색광은 투과한다. 따라서 적색광, 녹색광 및 청색광은 각각 제1, 2, 3 PBS(630(a), 630(b), 630(c))에 입사되어 R, G, B 반사형 LCD 패널(620(a), 620(b), 620(c))에서 편광 방향이 바뀌어 반사된다. 이후 X-프리즘(640)에서 프로젝션 렌즈(650)를 통과하여 출력된다.

도 6b 및 6c에서도 상술한 바와 유사한 방식으로 편광된 출력빔이 출력되며, 이하에서는 상술한 바와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 6b를 참조하면, 램프(610)에서 조사된 램프광은 프로젝션 렌즈(650) 앞에 위치한 PBS(645)에서 반사되어 색 프리즘(680(a), 680(b), 680(c))에 의해 적색광, 녹색광 및 청색광으로 구분되어 각각 R, G, B 반사형 LCD 패널(670(a), 670(b), 670(c))에 입사된다. 이후 촬상된 영상에 상응하는 색 신호에 따른 출력빔이 프로젝션 렌즈(650)를 통해 출력된다.

도 6c를 참조하면, 램프(610)에서 조사된 램프광은 색상을 재현하기 위한 칼라 휠(616)과 광 터널(light tunnel)(619)을 통과하고 PBS(645)를 경유하여 반사형 LCD(690)에서 반사된다. 반사된 램프광은 영상 신호에 상응하는 출력빔으로써 프로젝션 렌즈(650)를 통해 출력된다.

도 7a 내지 7c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 LCD 프로젝터의 내부 광학계를 도시한 도면이다.

도 7a를 참조하면, 전체적인 램프광의 진행 경로와 각 부분의 배열은 도 6a에서 설명하는 바와 유사하므로 서로 차이점에 대해서 설명한다. 제1, 2, 3 PBS(630(a), 630(b), 630(c))에는 종래 기술에 따른 R, G, B 반사형 LCD 패널(620(a), 620(b), 620(c)) 및 본 발명에 따른 R, G, B 반사형 LCD 패널(620(d), 620(e), 620(f))이 마련된다. 따라서 각각의 R 반사형 LCD 패널(620(a), 620(f))에서는 적색광이 서로 편광 방향이 달리 반사되어 출력되며, 여기에서는 좌안과 우안의 영상이 각각 출력된다. G 반사형 LCD 패널(620(b), 620(e)) 및 B 반사형 LCD 패널(620(c), 620(d))에서도 이와 같은 방식에 의해 좌안과 우안의 영상이 출력된다. 따라서 프로젝션 렌즈(650)에서는 두 방향으로 편광된 출력빔이 출력되며, 이를 편광 안경을 이용하여 보는 경우 입체 영상이 구현될 수 있다.

도 7b를 참조하면, 색 프리즘(680(d), 680(e), 680(f)) 및 R, G, B 반사형 LCD 패널(670(d), 670(e), 670(f))이 추가로 마련되며, 이를 이용하여 램프광의 편광 방향을 제어할 수 있고 입체 영상을 구현할 수 있다. 즉, 기존의 색 프리즘(680(a), 680(b), 680(c)) 및 R, G, B 반사형 LCD 패널(670(a), 670(b), 670(c))은 수직 방향으로 편광된 출력빔을 출력하고, 새로 추가된 색 프리즘(680(d), 680(e), 680(f)) 및 R, G, B 반사형 LCD 패널(670(d), 670(e), 670(f))은 수평 방향으로 편광된 출력빔을 추력함으로써 각각의 출력빔이 우안 또는 좌안의 영상에 상응하도록 제어하면 입체 영상을 구현할 수 있다.

도 7c를 참조하면, 반사형 LCD(695)가 추가로 마련되며 상술한 바와 동일한 방식으로 편광이 서로 다른 출력빔을 출력하여 입체 영상을 구현할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치는 광 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치는 반사형 LCD 프로젝터 자체의 편광특성과 컬러 신호처리 기법을 통해 편광필터를 효과적으로 제거해 줌으로써 출력 광손실이 전혀 없는 출력빔을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 LCD 프로젝터의 고유한 편광특성과 컬러비디오 신호의 효과적인 처리를 통해 기존의 프로젝션 디스플레이 시스템으로부터 광손실의 원인이 되고 있는 편광 필터를 완전히 제거해줌으로써 출력 광손실이 전혀 없는 새로운 형태의 편광형 스테레오스코픽 프로젝션 디스플레이 시스템을 통하여, 광손실의 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 접근 방식을 제공할 수 있는 효과도 있다.

Claims (9)

1. 소정의 피사체를 각각 다른 각도에서 촬영한 제1 영상 및 제2 영상을 입체적으로 디스플레이하기 위한 장치에 있어서,

   상기 제1 영상에 대응하는 제1 출력빔을 출력하는 제1 프로젝터;

   상기 제2 영상에 대응하며 상기 제1 출력빔과 서로 직교하는 편광 방향을 가지는 제2 출력빔을 출력하는 제2 프로젝터를 포함하되,

   상기 제1 출력빔과 상기 제2출력빔은 서로 다른 방향으로 편광되어 편광 필터를 거치지 않고도 입체 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 프로젝터는 수직 방향으로 선형 편광된 제1 출력빔을 출력하고, 상기 제2 프로젝터는 수평 방향으로 선형 편광된 제2 출력빔을 출력하는 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.
3. 램프에서 조사되는 램프광을 이용하여 소정의 피사체를 각각 다른 각도에서 촬영한 제1 영상 및 제2 영상을 입체적으로 디스플레이하기 위한 장치에 있어서,

   상기 램프광 중 수직 방향으로 편광된 램프광은 반사시키고, 수평 방향으로 편광된 램프광은 투과시키는 PBS;

   상기 PBS에 의해 반사된 램프광을 위상을 변환하여 반사하며 상기 제1 영상에 상응하는 제1 출력빔을 출력하는 제1패널; 및

   상기 PBS에 의해 투과된 램프광을 위상을 변환하여 반사하며 상기 제2 영상에 상응하는 제2출력빔을 출력하는 제2패널을 포함하되,

   상기 제1 출력빔과 상기 제2출력빔은 서로 다른 방향으로 편광되어 편광 필터를 거치지 않고도 입체 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 출력빔과 상기 제2출력빔은 서로 직교하는 편광 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제1패널과 상기 제2패널은 적색, 녹색 및 청색 반사형 LCD 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.
6. 제3항에 있어서,

   상기 제1패널과 상기 제2패널은 서로 수직으로 배열되는 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.
7. 제3항에 있어서,

   상기 PBS는 상기 램프광 중 수직 방향으로 편광된 램프광을 그 입사방향과 수직한 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.
8. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 제1 영상은 우안(右眼)용 영상이고, 상기 제2 영상은 좌안(左眼)용 영상인 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.
9. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   소정의 피사체를 각각 다른 각도에서 촬영하여, 좌안(左眼) 및 우안(右眼)용에 대응하는 제1 영상 및 제2 영상을 제공하기 위한 카메라부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무손실 편광형 입체 디스플레이 장치.

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