KR20070056268A - 입체 프로젝션 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

원거리 영상과 근거리 영상을 분리 표시할 수 있도록 된 구조의 입체 프로젝션 디스플레이 장치가 개시되어 있다.
이 개시된 입체 프로젝션 디스플레이 장치는 제1편광의 근거리 영상과, 이 근거리 영상과 다른 제2편광의 원거리 영상을 시청방향에서 투사하는 투영기와; 투영기와 마주하게 배치되는 것으로, 제1편광의 근거리 영상은 결상되고, 제2편광의 원거리 영상은 투과시키는 전면 스크린과; 전면 스크린의 배면에 소정 거리 이격 배치되는 것으로, 전면 스크린을 투과하여 입사된 제2편광의 원거리 영상이 결상되는 후면 스크린;을 포함하여, 전면 스크린의 전방에서 전면 스크린에 맺힌 근거리 영상과 후면 스크린에 맺힌 원거리 영상을 시청할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

입체 프로젝션 디스플레이 장치{Projection type stereoscopic display apparatus}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치를 보인 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치의 광학적 배치를 보인 도면.
도 3은 일 예에 따른 피사체를 보인 사시도.
도 4a는 카메라에서 촬영된 영상 정보를 보인 도면이고, 도 4b 및 도 4c 각각은 원 영상에서 근거리 영상과 원거리 영상을 분리하여 보인 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치의 광학적 배치를 보인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 110...투영기 20...제1투영기
21...제1광원 25...제1화상형성부
27...제1편광선택부 29...제1투사렌즈유니트
30...제2투영기 31...제2광원
35...제2화상형성부 37...제2편광선택부
39...제2투사렌즈유니트 50, 150...전면 스크린
60, 160...후면 스크린 L1, L3...근거리 영상
L2, L4...원거리 영상 P1...제1편광
P2...제2편광 V...시청자
본 발명은 입체 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 원거리 영상과 근거리 영상을 분리 표시할 수 있도록 된 구조의 입체 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 입체 프로젝션 디스플레이 장치는 양안시차를 이용하여 입체 영상을 구현하는 것으로서, 시청시 안경의 착용여부에 따라 안경방식과, 비안경방식으로 대별된다.
비안경방식은 렌티큘라(lenticular) 렌즈나 회절격자를 사용하여 좌안 영상과, 우안 영상을 분리하여 제공하는 방식으로, 시청자는 편광안경을 착용하지 않고 입체 영상을 시청할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 언급한 렌티큘라 렌즈나 회절격자를 사용하여 입체영상이 제공되므로 시청범위 즉, 시야각이 극히 제한되는 단점이 있다.
안경방식은 단일 스크린에 맺힌 서로 다른 편광 방향을 가지는 좌안 영상과 우안 영상 각각을 편광 안경을 이용하여 좌안과 우안으로 분리하여 제공하는 방식으로, 편광 안경을 착용한 상태에서만 입체 영상을 시청할 수 있으므로 불편을 초래하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 양안시차를 이용하여 입체 영상을 구현하는 방식의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 제공 영상을 원거리 영상과 근거리 영상을 분리하여 표시함으로써 입체 영상을 구현할 수 있도록 된 입체 프로젝션 디스플레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치는, 제1편광의 근거리 영상과, 이 근거리 영상과 다른 제2편광의 원거리 영상을 시청방향에서 투사하는 투영기와; 상기 투영기와 마주하게 배치되는 것으로, 상기 제1편광의 근거리 영상은 결상되고, 상기 제2편광의 원거리 영상은 투과시키는 전면 스크린과; 상기 전면 스크린의 배면에 소정 거리 이격 배치되는 것으로, 상기 전면 스크린을 투과하여 입사된 제2편광의 원거리 영상이 결상되는 후면 스크린;을 포함하여, 상기 전면 스크린의 전방에서 상기 전면 스크린에 맺힌 근거리 영상과 상기 후면 스크린에 맺힌 원거리 영상을 시청할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치는, 제1편광의 근거리 영상과, 이 근거리 영상과 다른 제2편광의 원거리 영상을 시청방향의 반대 방향에서 투사하는 투영기와; 상기 투영기와 마주하게 배치되는 것으로, 상기 제2편광의 원거리 영상이 결상되고, 상기 제1편광의 근거리 영상은 투과시키는 후면 스크린과; 상기 후면 스크린에 대해 상기 시청 방향쪽으로 소정 거리 이격 배치되는 것으로, 상기 제1편광의 근거리 영상이 결상되는 전면 스크린;을 포함하여, 상기 제1스크린의 전방에서 상기 제1 및 제2스크린 각각에 맺힌 근거리 영상과 원거리 영상을 시청할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치를 보인 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 광학적 배치를 보인 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치는 전면(前面) 투사방식의 디스플레이 장치에 관한 것으로, 투영기(10)와, 상호 이격 배치된 전면 스크린(50) 및 후면 스크린(60)을 포함하여 구성된다. 따라서, 종래의 양안시차를 이용한 입체 프로젝션 디스플레이 장치와는 달리 피사체에 대한 영상 정보를 근거리 영상과 원거리 영상으로 분리하고, 이들 각각을 전면 스크린(50)과 후면 스크린(60)에 구분하여 투사함으로써 입체 영상을 구현한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치의 구체적인 구성 설명에 앞서, 도 3 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하면서, 근거리 영상과 원거리 영상을 획득하는 방식에 대해 살펴보기로 한다.
도 3은 일 예에 따른 피사체를 보인 사시도이다. 도 3은 테이블(1)과, 이 테이블(1) 상에 반구형 조형물(3)과 원통형 조형물(5)이 z축 방향으로 소정 거리 이격 배치된 모습을 나타낸 것이다. 이 때, 좌표의 원점에 위치된 카메라를 통하여 z축 방향으로 도 3의 피사체를 촬영하면, 도 4a에 도시된 바와 같은 영상이 얻어진다. 이 영상은 입체감이 없는 영상으로서, 일 스크린에 투영시 시청자의 시청위치가 바뀌더라도 원근감이 표현되지 않는다.
한편, 원래의 영상으로부터 후술하는 방식으로 근거리 영상과 원거리 영상을 추출하고, 이들 각각을 투영기(10)를 통하여 전면 스크린(50)과 후면 스크린(60)에 투영하는 경우는 원근감 있는 입체 영상을 얻을 수 있다.
즉, 카메라로부터 일정 거리 이내에 있는 영상 데이터를 추출하여, 근거리 영상을 만든다. 이때, 원 영상 중 근거리 영상 이외의 영상은 검은 배경으로 처리된다. 예컨대, 도 3과 같이 피사체가 배치된 경우, 카메라(미도시)로부터 일정 거리 내에 위치된 테이블(1)과, 반구형 조형물(3)에 대한 영상이 도 4b에 도시된 바와 같이 추출된다. 이때, 소정 거리를 벗어난 곳에 위치된 원통형 조형물(5)과 뒷 배경(7)은 근거리 영상신호에서 제외된다.
또한, 원 영상 데이터에서 추출된 근거리 영상을 제외한 부분이 원거리 영상이 되며, 이 원거리 영상에서는 근거리 영상 부분은 검은 배경으로 처리된다. 예컨대, 도 3과 같이 피사체가 배치된 경우, 테이블(1)과, 반구형 조형물(3)에 대한 영상을 제외한 부분 즉, 원통형 조형물(5)과 그 뒷 배경(7)이 도 4c에 도시된 바와 같이 원거리 영상신호로서 추출된다. 이때, 원통형 조형물(5) 전체가 원거리 영상신호로 추출되는 것이 아니라, 상기 반구형 조형물(3)에 의해 가려진 부분은 제외 부분의 원통형 조형물(5) 영상이 원거리 영상신호로 추출된다.
여기서, 카메라를 통하여 촬영된 원래의 영상으로부터 원거리 영상신호와 근거리 영상신호를 추출하는 방식은 예시적인 것에 불과한 것으로, 영상 데이터 상의 각 픽셀부의 사물에 대한 거리 정보는 별도의 카메라를 이용하여 확보하고 이를 디지털 영상 처리 기법을 이용하여 분리하는 것도 가능하다. 또한, 직접 피사체를 촬영하는 대신 컴퓨터 그래픽 기법을 이용하여 생성하는 영상데이터의 경우 근거리 영상신호와 원거리 영상신호에 대한 정보는 사전에 분리하여 독립적으로 생성하는 것도 가능하다.
이하, 상기한 바와 같이 얻어진 근거리 영상신호와 원거리 영상신호를 이용하여 입체 영상을 구현하는 본 발명의 실시예에 따른 구성요소들의 광학적 배치 및 동작을 자세히 설명하기로 한다.
상기 투영기(10)는 상기 전면 스크린(50)의 전방에서 제1편광(P1)의 근거리 영상(L1)과, 이 근거리 영상(L1)과 다른 방향의 제2편광(P2)의 원거리 영상(L2)을 시청자(V)가 시청하는 방향에서 투사한다. 따라서, 시청자(V)가 상기 전면 스크린(50)의 전방에서 상기 전면 스크린(50)에 맺힌 근거리 영상(L1)과 상기 후면 스크린(60)에 맺힌 원거리 영상(L2)을 시청함으로써, 원근감 있는 영상을 시청할 수 있다.
이를 위하여, 상기 투영기(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 근거리 영상(L1)을 제공하는 제1투영기(20)와, 원거리 영상(L2)을 제공하는 제2투영기(30)를 포함한다.
상기 제1투영기(20)는 광을 조명하는 제1광원(21)과, 상기 제1광원(21)으로부터 조명된 광을 선택적으로 투과시킴으로써 입력된 근거리 영상신호에 대응되는 영상을 형성하는 제1화상형성부(23)와, 형성된 근거리 영상이 제1편광(P1)의 광이 되도록 하는 제1편광선택부(27)와, 상기 근거리 영상을 투사하여 상기 전면 스크린(50)에 결상되도록 하는 제1투사렌즈유니트(29)를 구비한다.
상기 제2투영기(30)는 광을 조명하는 제2광원(31)과, 상기 제2광원(31)으로부터 조명된 광을 선택적으로 투과시킴으로써 입력된 원거리 영상신호에 대응되는 영상을 형성하는 제2화상형성부(35)와, 형성된 원거리 영상(L2)이 제2편광(P2)의 광이 되도록 하는 제2편광선택부(37)와, 상기 원거리 영상(L2)을 투사하여 상기 후면 스크린(60)에 결상되도록 하는 제2투사렌즈유니트(39)를 구비한다.
여기서, 상기 제1 및 제2광원(21)(31) 각각은 상기 제1 및 제2화상형성부(25)(35)에 광을 조명하는 것으로, 도시된 바와 같은 구조의 조명 램프(lamp)를 채용할 수 있다. 또한, 발광 다이오드(LED)나 반도체 레이저 등의 발광소자로 구성되는 것도 가능하다.
상기 제1 및 제2화상형성부(25)(35) 각각은 도시된 바와 같이, 조명광을 선택적으로 투과시킴으로써 화상을 형성하는 투과형 액정표시소자로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1광원(21)과 상기 제1화상형성부(25) 사이 및, 상기 제2광원(31)과 상기 제2화상형성부(35) 사이 각각에는 입사광 중 특정 편광의 광만이 상기 제1 및 제2화상형성부(25)(35) 각각으로 향하도록 하는 제1 및 제2폴라라이저(23)(33) 가 더 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 광경로 상에는 입사광을 집속시키는 렌즈(22, 28)(32, 38)가 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2화상형성부(25)(35)는 도시된 바와 같은 구조의 투과형 액정표시소자로 한정되는 것은 아니며, 비록 도시되지는 않았으나 반사형 액정표시소자, 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD; Digital Micro-mirror Device) 등으로 구성되는 것도 가능하다.
상기 전면 스크린(50)과 상기 후면 스크린(60)은 상호 소정 거리(d) 예를 들어 시청위치에서 원근감을 느낄 수 있는 거리인 대략 20cm 이격 배치되는 것으로, 상기 전면 스크린(50)에는 근거리 영상(L1)이 결상되고, 상기 후면 스크린(60)에는 원거리 영상(L2)이 결상된다.
즉, 상기 전면 스크린(50)은 상기 투영기(10)와 상기 후면 스크린(60) 사이에 배치되는 것으로, 근거리 영상(L1)은 반사시키고, 원거리 영상(L2)은 투과시키는 편광필름(51)을 포함한다. 따라서, 상기 제1편광(P1)의 근거리 영상(L1)은 상기 편광필름(51)을 투과하지 못하고 상기 전면 스크린(50) 상에 결상된다. 반면, 상기 제2편광(P2)의 원거리 영상(L2)은 상기 편광필름(51)을 투과하여 상기 후면 스크린(60) 방향으로 진행한다. 상기 편광필름(51) 그 자체의 구성은 널리 알려져 있으므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 상기 전면 스크린(50)과 후면 스크린(60) 사이의 이격 거리 d는 예 시된 20cm로 한정되는 것이 아니며, 스크린의 크기, 기준 시청 위치에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기한 바와 같이 전면 투사방식의 입체 프로젝션 디스플레이 장치를 구성한 경우, 제1투영기(20)에서 투사된 제1편광(P1)의 근거리 영상(L1)은 상기 전면 스크린(50)에 결상되고, 상기 제2편광(P2)의 원거리 영상(L2)은 상기 전면 스크린(50)을 투과하여 상기 후면 스크린(60)에 결상된다. 예를 들어 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 근거리 및 원거리 영상이 구성된 경우, 전면 스크린(50)에는 테이블(1)과, 반구형 조형물(3)이 결상되고, 후면 스크린(60)에는 원통형 조형물(5)과 뒷배경(7)이 결상된다.
따라서, 상기 투영기(10)와 상기 전면 스크린(50) 사이에 위치된 시청자(V)는 전면 스크린(50)에 맺힌 제1편광의 근거리 영상 뿐만 아니라, 상기 제1편광필름(51)을 투과하여 상기 후면 스크린(60)에 맺힌 제2편광의 원거리 영상을 동시에 시청할 수 있다. 이 경우, 어느 시청자(V)의 좌안과 우안의 위치가 전면 및 후면 스크린(50)(60)의 양측 방향으로 대략 65mm 이격되어 있으므로, 입체적으로 맺힌 영상을 원근감 있게 시청할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치의 광학적 배치를 보인 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치는 배면(背面) 투사방식의 디스플레이 장치에 관한 것으로, 투영기(110)와, 상 호 이격 배치된 전면 스크린(150) 및 후면 스크린(160)을 포함하여 구성된다. 이 장치는 피사체에 대한 영상 정보를 근거리 영상과 원거리 영상으로 분리하고, 이들 각각을 전면 스크린(150)과 후면 스크린(160)에 구분하여 투사함으로써 입체 영상을 구현하는 점에서 앞서 설명된 일 실시예에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치와 같다. 다만, 투영기(110)의 광학적 배치와, 전면 스크린(150)과 후면 스크린(160)의 구조를 변경한 점에서 구별된다.
상기 투영기(110)는 시청자(V)의 시청방향과 반대되는 방향에서 제1편광의 근거리 영상(L3)과, 이 근거리 영상(L3)과 다른 편광방향을 가지는 제2편광의 원거리 영상(L4)을 투사한다. 상기 투영기(110)는 일 실시예에 따른 투영기(도 2의 10)와 실질적으로 동일한 구성을 가지므로, 그 구성 및 동작에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 후면 스크린(160)은 상기 투영기(110)와 마주하게 배치되는 것으로, 상기 원거리 영상(L4)이 결상되고, 상기 근거리 영상(L3)은 투과시킨다. 이를 위하여, 상기 후면 스크린(160)은 상기 제2편광의 원거리 영상(L4)은 산란시키고, 상기 제1편광의 근거리 영상(L3)을 투과시키는 제1편광필름(161)을 포함한다. 따라서, 상기 투영기(110)에서 투사된 제1 및 제2편광의 광 중 제1편광의 광은 상기 후면 스크린(160)을 투과하여 상기 전면 스크린(150) 방향으로 진행하는 반면, 제2편광의 광은 상기 후면 스크린(160)을 투과하는 대신, 후면 스크린(160)에 대해 원거리 영상을 결상한다.
상기 전면 스크린(150)은 상기 후면 스크린(160)에 대해 상기 시청 방향쪽으로 소정 거리 이격 배치되는 것으로, 상기 후면 스크린(160)을 투과하여 입사된 상기 제1편광의 근거리 영상(L3)이 결상된다. 한편, 시청자(V)가 상기 후면 스크린(160)에 맺힌 제2편광의 광을 시청할 수 있도록, 상기 전면 스크린(150)은 원거리 영상은 투과시키고, 상기 후면 스크린(160)을 투과한 근거리 영상은 산란시키는 제2편광필름(151)을 포함한다.
이와 같이 입체 프로젝션 디스플레이 장치를 구성함으로써, 시청자들은 상기 전면 스크린 전방에서 상기 전면 스크린과 후면 스크린 각각에 맺힌 근거리 영상과 원거리 영상을 동시에 시청할 수 있다. 따라서, 원근감있는 입체 영상을 시청할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 입체 프로젝션 디스플레이 장치는 원 영상을 원거리 영상과 근거리 영상을 분리하여 상호 이격 배치된 두 스크린에 표시함으로써, 편광 안경의 착용이 없이도 원근감 있는 입체 영상을 시청할 수 있도록 할 뿐만 아니라 넓은 시야각을 확보할 수 있다는 이점이 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (5)

  1. 제1편광의 근거리 영상과, 이 근거리 영상과 다른 제2편광의 원거리 영상을 시청방향에서 투사하는 투영기와;
    상기 투영기와 마주하게 배치되는 것으로, 상기 제1편광의 근거리 영상은 결상되고, 상기 제2편광의 원거리 영상은 투과시키는 전면 스크린과;
    상기 전면 스크린의 배면에 소정 거리 이격 배치되는 것으로, 상기 전면 스크린을 투과하여 입사된 제2편광의 원거리 영상이 결상되는 후면 스크린;을 포함하여, 상기 전면 스크린의 전방에서 상기 전면 스크린에 맺힌 근거리 영상과 상기 후면 스크린에 맺힌 원거리 영상을 시청할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 입체 프로젝션 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전면 스크린은,
    상기 제1편광의 근거리 영상은 결상시키고, 상기 제2편광의 원거리 영상은 투과시키는 편광필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 프로젝션 디스플레이 장치.
  3. 제1편광의 근거리 영상과, 이 근거리 영상과 다른 제2편광의 원거리 영상을 시청방향의 반대 방향에서 투사하는 투영기와;
    상기 투영기와 마주하게 배치되는 것으로, 상기 제2편광의 원거리 영상이 결상되고, 상기 제1편광의 근거리 영상은 투과시키는 후면 스크린과;
    상기 후면 스크린에 대해 상기 시청 방향쪽으로 소정 거리 이격 배치되는 것으로, 상기 제1편광의 근거리 영상이 결상되는 전면 스크린;을 포함하여, 상기 전면 스크린의 전방에서 상기 전면 스크린 및 후면 스크린 각각에 맺힌 근거리 영상과 원거리 영상을 시청할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 입체 프로젝션 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 후면 스크린은 상기 제2편광의 원거리 영상은 결상하고, 상기 제1편광의 근거리 영상은 투과시키는 제1편광필름을 포함하고,
    상기 전면 스크린은 상기 제2편광의 원거리 영상은 투과시키고, 상기 후면 스크린을 투과한 제1편광의 근거리 영상은 결상하는 제2편광필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 프로젝션 디스플레이 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영기는,
    광을 조명하는 제1광원과, 이 제1광원으로부터 광을 받아 근거리 영상을 형성하는 제1화상형성부와, 상기 근거리 영상이 제1편광의 광이 되도록 하는 제1편광선택부와, 상기 근거리 영상이 상기 전면 스크린에 결상되도록 투사하는 제1투사렌 즈유니트를 구비한 제1투영기와;
    광을 조명하는 제2광원과, 이 제2광원으로부터 광을 받아 원거리 영상을 형성하는 제2화상형성부와, 상기 원거리 영상이 제2편광의 광이 되도록 하는 제2편광선택부와, 상기 원거리 영상이 상기 후면 스크린에 결상되도록 투사하는 제2투사렌즈유니트를 구비한 제2투영기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 프로젝션 디스플레이 장치.
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