KR20070118498A - 커브형 대화면 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

커브형 대화면 입체 영상 표시 장치 Download PDF

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KR20070118498A
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Abstract

본 발명은 대형 커브형 입체 영상을 표시하기 위한 입체 영상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입체 영상표시장치에 있어서, 곡면의 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치에 관한 것이다.
상기와 같은 입체 영상표시장치를 제작하는 경우, 대형 영상 제공부 및 대형 렌즈를 이용하여 이들 사이의 거리를 이용함으로써 관측 지역에 제한을 받지 않고 대형의 커브형 입체 영상을 만들어낼 수 있으며, 저가의 프레넬 렌즈를 사용함으로써 낮은 비용으로 대량 생산이 가능하다.
영상표시장치, 프레넬 렌즈

Description

커브형 대화면 입체 영상 표시 장치{CURVE TYPED THREE-DIMENSIONAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 프레넬 렌즈를 이용한 영상 형성 방법에 대한 설명도이다.
도 2는 프레넬 렌즈를 이용한 프레넬 렌즈의 내부에 가상적인 영상을 형성하는 방법에 대한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 구조도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 구조도이다.
도 5는 평판장치 및 렌즈의 조합으로 커브형 영상을 구현하는 구조에 관한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 구조도이다.
본 발명은 대형 커브형 입체 영상을 표시하기 위한 입체 영상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 곡면의 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치에 관한 것이다.
최근에는 영상기술의 발달로 인하여, 단순히 깨끗한 음질 및 고화질에 대한 기술 개발뿐만 아니라 영상의 실재감을 느끼기 위하여 입체 영상 기술을 활용하고 있다. 3차원을 표현하는 입체 영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 양안의 시차를 이용한 입체감이 가장 중요한 원리이다. 즉, 좌우의 눈이 각각 서로 다른 2D 영상을 보게 되고, 두 개의 서로 다른 영상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 두뇌는 이를 융합하여 3D 영상의 입체감으로 실재감을 느낄 수 있게 된다. 이와 같은 방법을 스테레오그래피(stereography)라고 한다.
2차원 영상을 3차원 영상으로 표시하기 위한 기술로는 특수안경에 의한 입체 영상 표시 장치, 무안경 입체 영상 표시 및 홀로그래픽 표시 장치 등이 있다.
특수 안경에 의한 입체 영상 표시 장치는 편광의 진동 방향 또는 회전 방향을 이용한 편광 안경방식과 좌우 화상을 서로 전환시키면서 교대로 제시하는 시분할 안경 방식 및 좌우안에 서로 다른 밝기의 빛을 전달하는 농도차 방식 등이 있다. 이러한 방식으로 입체 영상 표시 장치를 사용하기 위해서는 각 안구에 서로 다른 영상을 보게 해주는 안경을 착용해야 한다는 불편함이 있으며, 장시간 특수 안경을 이용하는 경우 속이 울렁거리거나 어지러운 현상이 나타난다는 단점이 있어 장시간 관측이 불가능하다.
이를 개선하기 위하여 무안경을 이용하여 허공에 영상이 나타나도록 하는 방법도 이용하고 있다. 이는 좌우안에 해당하는 각각의 영상 앞에 세로 격자 모양의 개구를 통하여 화상을 분리하여 관찰할 수 있게 하는 패러랙스 배리어 방식(parallax barrier method)과 반원통형 렌즈를 배열한 렌티큘러판을 이용하는 랜 티큘러 쉬트 방식(lenticular sheet method)과 파리 눈 모양의 렌즈판을 이용하는 인테그럴 방식(integral method) 등이 있다. 이는 별도의 안경을 착용하지 않아도 된다는 장점을 갖지만, 관찰범위가 고정되어 있어 이용할 수 있는 범위가 소수인원에 한정된다.
또한 홀로그래픽 입체 영상 방식도 이용되고 있는데, 초점 조절, 폭주각, 양안시차, 운동시차 등 모든 요소들로 3D 입체 화상을 얻을 수 있으며 레이저 광 재생 홀로그램과 백색광 재생 홀로그램으로 분류된다. 이는 보는 위치에 영향이 없다는 장점이 있으나, 장비가 차지하는 공간이 크며, 기술 및 경제적인 면에서 어려움이 있다는 단점을 갖는다.
미국특허공보 제 6,055,100 호는 2개의 프레넬 렌즈를 이용하여 대화면의 입체영상을 구현하였으나, 입체 영상의 왜곡현상이 일어나며 이미지 크기에 제한이 있어 실질적으로 3차원 입체 영상을 표현하는데 제한이 된다는 문제점이 있다.
본 발명의 하나의 목적은 상기와 같은 종래 기술들이 갖는 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입체 영상표시장치에 있어서, 곡면의 영상 제공부와; 상기 표시부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치를 제공하여 경제적으로 대량의 대형 커브형 입체 영상 장치를 제작하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적은 본 발명 제 1 실시예의 입체 영상표시장치에 있어서, 곡면의 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치에 의해 달성된다.
제 2 실시예는 평판 영상제공장치와, 상기 평판 영상제공장치로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 평판 프레넬 렌즈와, 상기 평판 프레넬 렌즈로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치를 제공한다.
제 3 실시예에 의한, 본 발명에 따른 입체 영상표시장치는 평판 영상제공장치와, 상기 평판 영상제공장치로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부를 제공한다.
제 4 실시예는 곡면의 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 평판 프레넬 렌즈와, 상기 평판 프레넬 렌즈로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치를 제공한다.
상기 각각의 실시예에 있어서, 상기 영상 제공부 및 프레넬 렌즈부 사이의 거리는 프레넬 렌즈의 초점거리보다 작다.
이러한 경우, 1/f=1/d+1/L (f:초점거리, d:영상제공부 및 프레넬 렌즈부 사이의 거리, L:관측 거리)와 같은 공식에 의하면, 영상은 관측자의 방향과 반대측인 프레넬 렌즈의 내부 공간에 표시되고, 영상 제공부에서 전송되는 영상보다 더 큰 대형 커브형 영상을 얻을 수 있다.
상기 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 포함되는 부가렌즈는 볼록렌즈 또는 프레넬 렌즈 중 어느 하나이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 구성에 대하여 설명하기에 앞서 본 발명에 이용되는 프레넬 렌즈에 대해 간단히 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에서 이용하는 프레넬 렌즈란 일반적인 볼록 렌즈와 동일한 광학적 특성을 갖도록 평면상에 일정한 굴곡을 주어 형성시킨 얇은 형태의 평면 렌즈이며, 주로 프로젝션 TV나 OHP 등에 사용된다. 프레넬 렌즈에는 양각 릴리프 프레넬 렌즈(positive relief fresnel lenses)와 음각 릴리프 프레넬 렌즈(negative relief fresnel lenses)가 있는데, 상기와 같은 형태는 양각 릴리프 프레넬 렌즈이며, 방법에 따라 음각 릴리프 프레넬 렌즈가 대체하여 이용될 수 있다. 프레넬 렌즈를 이용하는 경우, 제작 비용이 저렴하고 대화면을 용이하게 구현할 수 있으며, 제작 변형이 용이하다는 장점이 있다.
도 1은 프레넬 렌즈(2)를 이용하여 공중에 관측 영상을 표시하는 방법에 관한 설명도이다. 상기 영상표시장치는 프레넬 렌즈(2)의 초점거리(f)보다 더 먼 거리에 위치(d)하고, 관측자(1)는 프레넬 렌즈(2)의 초점보다 먼 곳(L)에서 관측을 한다. 즉, 관측자(1)는 실 영역(real field)에서 관측 영상(4)을 관찰할 수 있다. 즉, f<d가 되도록 영상 제공장치(3) 및 프레넬 렌즈(2)를 배치한다.
이러한 관계는 다음의 식에 의해 간단하게 해석될 수 있다.
1/f = 1/d + 1/L -- (I)
위 식(I)을 이용하여 (d)의 거리를 조절할 수 있고, (d)를 조절함으로써 관측 영상의 위치를 자유롭게 변경시킬 수 있다. 즉, 관측되는 영상의 원근감을 조절할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방식으로 프레넬 렌즈를 이용하는 경우, 프레넬 렌즈 앞쪽의 공중에 영상이 표시되기 때문에 관측자는 공중에 표시된 영상보다 더 멀리 떨어져서 관측해야 한다. 따라서 넓은 관측영역이 필요하기 때문에 시스템을 포함한 유효 관측 시스템의 전체 범위가 넓어야 한다는 문제가 있다.
도 2는 허 영역(virtual field)에서 관측되는 영상을 표시한 도면이다. 이 경우, 초점거리 (f)는 영상 제공장치(3) 및 프레넬 렌즈(2) 사이의 거리 (d)보다 크기 때문에 관측 영상(4)이 프레넬 렌즈(2)의 앞쪽이 아닌 안쪽, 즉 영상표시장치의 후면에 형성되게 된다. 이러한 관계도 상기 식(I)로부터 관측 영상의 거리를 쉽게 계산할 수 있다.
도 2의 시스템은 프레넬 렌즈(2) 내부에 영상을 표시하여 가상적인 공간을 활용하는 방식을 이용하기 때문에, 도 1의 시스템과 같은 방식을 이용하는 경우보 다 유효 관측 범위를 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 지금까지는 평면 시스템을 구성하여 영상의 확대를 목적으로 하는 제한된 영역에서만 주로 사용되어 왔다. 본 발명은 이러한 영상표시 방법을 이용하여 대형 커브형 입체 영상을 표시하는 장치를 제공한다.
본 발명의 영상 제공부란 LCD, PDP, HDTV 등과 같이 영상원을 제공하는 디스플레이 장치를 의미하며, 본 발명에서는 주로 대형의 디스플레이 장치에 이용되는 입체 영상표시장치와 관련된다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 커브형 입체 영상표시장치에 대한 구조도이다. 입체 영상표시장치에 있어서, 곡면의 영상 제공부(5)와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부(12)로 이루어진다. 상기 곡면의 영상 제공부(5) 및 곡면의 프레넬 렌즈부(12) 사이의 거리(d)는 프레넬 렌즈의 초점거리 (f)보다 작다. 상기 곡면의 영상 제공부(5) 및 곡면의 프레넬 렌즈부(12) 사이의 거리(d)는 일정한 값을 나타내는 것이 바람직하다. 따라서, 앞서 설명한 식(I)의 조건에 의하여 관측 영상(14)은 곡면의 영상 제공부(5) 후면 공간에 표시되며, 이때 표시되는 영상은 곡면 영상 제공부(5)의 영상제공장치(5)에서 조사되는 영상보다 더 큰 커브형 영상이다. 상기 곡면의 영상제공장치(5)에서 영상이 조사되면 이는 프레넬 렌즈(12)로 입사되며, 입사된 영상은 다시 굴절 및 반사되어 상기 영상제공장치(5)의 후면에 나타나고, 상기 영상제공장치(5) 에서 조사되는 영상보다 더 큰 크기의 영상을 제공한다. 상기 영상제공장치(5) 및 프레넬 렌즈(12)는 대형인 것이 바람직하며, 본 발명은 대형의 입체 영상을 제공하는데 이용되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예로서, 평판 영상제공장치(6) 및 평판 프레넬 렌즈(12)를 부가렌즈(8a,8b)와 결합하여 곡선형 입체 영상을 표시할 수 있도록 고안한 것이다. 상기 평판 영상제공장치(6)와, 상기 평판 영상제공장치(6)로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈(8a)를 포함하는 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 평판 프레넬 렌즈(12)와, 상기 평판 프레넬 렌즈(12)로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈(8b)를 포함하는 프레넬 렌즈부로 이루어진다. 도 3과는 달리, 평판 영상제공장치(6) 및 평판 프레넬 렌즈(12)를 이용하기 때문에 커브형 입체 영상을 표시하기 위해서는 상기 평판 영상제공장치(6) 및 평판 프레넬 렌즈(12) 각각의 전방에 부가렌즈(8a, 8b)를 결합하여 곡선형 영상이 제공될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 평판 영상제공장치(6)와 부가렌즈(8a), 및 평판 프레넬 렌즈(12)와 부가렌즈(8b)의 각각은 중심이 일치하도록 밀착하여 결합시키는 것이 바람직하다.
상기 평판 영상제공장치(6) 또는 평판 프레넬 렌즈(12)가 부가렌즈(8a,8b)와 결합하는 경우, 상기 평판 영상제공장치(6)에서 조사된 영상은 부가 렌즈(8a,8b)를 통과한 후 평판 프레넬 렌즈(12)로 입사되고, 입사된 영상은 또다시 부가렌즈(8a,8b)에 도달하여 굴절 및 반사되어 상기 평판 영상제공장치(6)의 후면 에 곡선형 영상을 제공한다. 상기 평판 영상제공장치(6) 또는 평판 프레넬 렌즈(12)가 부가렌즈(8a,8b)와 결합하는 경우 곡선형 영상을 제공하는 방법에 대한 기하학적 설명은 도 5에 도시되어 있다. 이때 부가렌즈(8a,8b)는 볼록렌즈 또는 프레넬 렌즈 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 볼록렌즈를 이용하는 경우 굴절시 왜곡이 적기 때문에 유리하며, 프레넬 렌즈를 이용하는 것은 경제적인 측면에서 바람직하다. 제 2 실시예에 따른 부가렌즈(8a,8b)를 이용한 평판 영상제공장치(6) 및 평판 프레넬 렌즈(12)는 대형인 것이 바람직하며, 상기 실시예는 대형의 입체 영상을 제공하는데 이용하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 제 3 실시예로서, 평판 영상제공장치(6)와, 상기 평판 영상제공장치(6)로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈(8a)를 포함하는 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부(13)로 이루어지는 입체 영상표시장치에 관한 구조도이다. 상기 실시예와 같이, 상기 영상 제공부는 평판 영상제공장치(6)와 부가렌즈(8a)를 결합하여 이용하고, 프레넬 렌즈(13)는 곡면 형태를 이용하여 대형의 곡선형 영상을 만드는 것도 가능하다.
상기 평판 영상제공장치(6)에서 조사된 영상은 부가렌즈(8a)를 통하여 곡면의 프레넬 렌즈(13)에 도달하며, 상기 프레넬 렌즈(13)에 도달한 영상은 굴절 및 반사되어 영상 제공부의 후면에 대형의 커브형 입체 영상을 제공한다. 상기 평판 영상제공장치(6)와 부가렌즈(8a)가 결합하여 대형의 커브형 입체 영상을 제공하는 것에 대한 기하학적 설명은 앞서 설명한 바와 같다. 상기 영상 제공부에서 이용되 는 부가렌즈(8a)는 볼록렌즈 또는 프레넬 렌즈 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 상기 부가렌즈(8a)를 이용한 평판 영상제공장치(6) 및 곡면 프레넬 렌즈(13)는 대형인 것이 바람직하며, 상기 실시예는 대형의 입체 영상을 제공하는데 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 입체 영상 표시장치는 곡면의 영상 제공부와; 상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 평판 프레넬 렌즈와, 상기 평판 프레넬 렌즈로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 프레넬 렌즈부로 이루어진다. 이처럼 상기 영상 제공부만 곡면이고, 평판 프레넬 렌즈에 부가렌즈를 결합하여 곡면 영상을 형성하도록 구성된 프레넬 렌즈부로 이루어진 입체 영상장치를 제공할 수도 있다. 이때 부가렌즈는 볼록렌즈 또는 프레넬 렌즈 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 또한, 제 4 실시예에 따른 곡면의 영상제공장치와, 평판 프레넬 렌즈는 대형인 것이 바람직하며, 상기 실시예는 대형의 입체 영상을 제공하는데 이용하는 것이 바람직하다.
상기 모든 실시예에 있어서, 상기 영상 제공부 및 프레넬 렌즈부 사이의 거리(d)는 프레넬 렌즈의 초점거리(f)보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 경우, 영상제공장치 및 프레넬 렌즈를 이용하여 대형의 커브형 입체영상을 경제적으로 저렴하게 볼 수 있으며, 전체 유효 관측 범위가 좁은 경우에도 용이하게 이용할 수 있고, 프레넬 렌즈와 영상제공장치 사이의 거리를 조절하여 원근감을 조절할 수 있다.

Claims (7)

  1. 입체 영상표시장치에 있어서,
    곡면의 영상 제공부와;
    상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치.
  2. 입체 영상표시장치에 있어서,
    평판 영상제공장치와, 상기 평판 영상제공장치로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 영상 제공부와;
    상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 평판 프레넬 렌즈와, 상기 평판 프레넬 렌즈로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치.
  3. 입체 영상표시장치에 있어서,
    평판 영상제공장치와, 상기 평판 영상제공장치로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 영상 제공부와;
    상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 곡면의 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치.
  4. 입체 영상표시장치에 있어서,
    곡면의 영상 제공부와;
    상기 영상 제공부에 대하여 관측자 방향의 전방에 위치하는 평판 프레넬 렌즈와, 상기 평판 프레넬 렌즈로부터 관측자 방향의 전방에 위치하는 부가렌즈를 포함하는 프레넬 렌즈부로 이루어지는 입체 영상표시장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 제공부 및 프레넬 렌즈부 사이의 거리는 프레넬 렌즈의 초점거리보다 작은 것을 특징으로 하는 입체 영상표시장치.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 부가렌즈는 볼록렌즈 또는 프레넬 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입체 영상표시장치.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 영상제공장치와 부가렌즈 및 상기 평판 프레넬 렌즈와 부가렌즈는 각각 중심을 기준으로 밀착하여 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 입체 영상표시장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9454037B2 (en) 2014-03-06 2016-09-27 Samsung Display Co., Ltd. Backlight unit and display device having the same

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