KR20080041853A - 초소형 렌즈 및 ｌｃｄ 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치 - Google Patents

초소형 렌즈 및 ｌｃｄ 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치 Download PDF

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KR20080041853A
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정현민
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주식회사 케이티
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은, 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, LCD의 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 구비하고, 상기 투명 패널의 일면에 적어도 하나의 LCD 픽셀과 매칭되는 다수의 셀을 위치시켜 부분 영상을 획득하며, 상기 각 셀에서 획득한 부분 영상을 상호 대칭을 이루는 각 셀과 매칭되는 LCD 픽셀을 통해 출력함으로써, 실시간 영상 획득/표시가 가능하고, 실제 영상과 유사한 화질로 획득 영상을 출력하기 위한, 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 초소형 렌즈 및 LCD(Liquid Crystal Display) 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치에 있어서, 상기 LCD의 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 구비하고, 상기 투명 패널의 일면에 적어도 하나의 LCD 픽셀과 매칭되는 다수의 셀을 위치시켜 부분 영상을 획득하되, 상기 각 셀에서 획득한 부분 영상을 상호 대칭을 이루는 각 셀과 매칭되는 LCD 픽셀을 통해 출력하는 것을 특징으로 함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 영상 획득/출력 등에 이용됨.
초소형 렌즈, CCD, 빛 차폐막, LCD 배열, LCD 픽셀, 센서

Description

초소형 렌즈 및 ＬＣＤ 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치{Apparatus for getting/displaying image using ultra small size lens and LCD array}
도 1 은 일반적인 컬러 TFT-LCD 모듈의 일실시예 구조도,
도 2 는 일반적인 컬러 TFT-LCD 모듈의 일실시예 단면도,
도 3 은 일반적인 두 종류의 픽셀 레이아웃에 대한 일예시도,
도 4 는 일반적인 컬러 TFT-LCD 모듈의 등가회로 배열에 대한 일예시도,
도 5 는 본 발명에 따른 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치의 일실시예 단위 구조도,
도 6 은 본 발명에 따른 4 개의 소자를 갖는 컬러 패널의 일예시도,
도 7 은 본 발명에 따른 LCD 픽셀에서의 영상 표시 방식을 나타내는 일실시예 설명도,
도 8 은 본 발명에 따른 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치의 일실시예 구조도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
51 : 셀 511 : 초소형 렌즈
512 : CCD 513 : 빛 차폐막
본 발명은 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LCD의 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 구비하고, 상기 투명 패널의 일면에 적어도 하나의 LCD 픽셀과 매칭되는 다수의 셀을 위치시켜 부분 영상을 획득하며, 상기 각 셀에서 획득한 부분 영상을 상호 대칭을 이루는 각 셀과 매칭되는 LCD 픽셀을 통해 출력하기 위한, 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 컬러 TFT-LCD(Thin Film Transistor - Liquid Crystal Display)는 TFT 소자의 종류에 따라 a-Si(amorpho us Silicon) TFT와 p-Si(poly Silicon) TFT로 나눌 수 있다. 이들 중에서 a-Si TFT를 사용한 직시형 TFT-LCD가 가장 널리 사용된다. a-Si TFT의 중요한 장점은 제조공정에서 기판 처리 온도가 상대적으로 낮은 300-350℃ 이하에서 진행되기 때문에 p-Si TFT와 달리 유리(Glass) 기판을 사용할 수 있다는 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 컬러 TFT-LCD 모듈에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 컬러 TFT-LCD 모듈은 크게 3 개의 유닛(Unit)으로 구성된다. 첫째, 기판과 기판 사이에 위치하는 두 개의 유리 사이에 액정이 주입된 패널(panel)이고, 둘째는 패널을 구동시키기 위한 드라이버(Driver) LSI 및 각종 회로소자가 부착된 PCB(Printed Circuit Board)를 포함한 구동회로부이며, 셋째는 백라이트(Back light)를 포함한 밑판(Chassis) 구조물이다. 이들로 구성된 조립품을 통상적으로 TFT-LCD 모듈이라 한다. TFT-LCD 모듈은 노트북 PC, 티브이(TV), 모니터(Monitor)와 같은 시스템에서 디스플레이(Display) 기능을 담당하는 하나의 서브시스템(Subsystem)이다.
(1) TFT-LCD 패널
패널의 기능은 백라이트 유닛(Back light Unit)에서 입사된 백색 평면광을 구동 회로 유닛으로부터 입력된 개개 화소의 신호전압에 따라 화소에 투과되는 빛을 제어하여 컬러 영상을 표현하는 역할을 한다.
▶ Black Matrix : 'Color Filter'의 픽셀(Pixel) 사이에 형성되는 빛 차광막.
▶ Color Filter : 세 가지 기본 색(적, 녹, 청색)의 염료나 안료를 포함하는 수지 필름(Film).
▶ Over Coat 막 : 'Color Filter' 표면의 평탄화를 위하여 사용된다. 또한, 'ITO'와의 접착력 향상을 위하여 사용되기도 한다.
▶ 공통전극(Common Electrode) : 이것은 투명한 전기 전도체인 'ITO'로 만들어진 전극으로 액정 셀(Cell)에 전압을 인가한다.
▶ 배향막(Alignment Film) : 'Polymide'로 구성된 얇은 유기막으로 액정을 배향하기 위하여 형성된다.
▶ 액정층(Liquid Crystal) : 두께는 보통 5 mm 정도이며, 'Twisted Nematic' 문자 배열을 하고 있다.
▶ Sealant : 패널의 가장자리에 위치하여 'TFT Array' 기판과 'Color Filter' 기판을 고정하는 접착제, 역할과 'Acteve Cell' 영역을 구성한다.
▶ 화소전극 : 투명하고 전기 전도성을 갖는 'ITO'로 만들어지며, TFT를 통하여 인가된 신호전압을 액정 셀(Cell)에 가해주는 역할을 한다.
▶ TFT : 액정에 신호전압을 인가하고 차단하는 스위칭(Switching) 소자이다.
▶ 축적용량(Storage Capacitor) : 'Pixel ITO' 에 인가된 신호전압을 일정시간 이상 유지시켜주는 역할을 한다.
(2) 백라이트 유닛(Back light Unit)
백라이트 유닛의 기능은 광원으로 사용되는 형광 램프(Lamp)로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 것이다. 모듈의 두께 및 소비 전력은 이 유닛의 두께를 얼마나 얇게 가져가면서 광 이용 효율을 향상시키는 지에 크게 좌우된다.
(3) 구동 회로 및 'Chassis Unit'
TFT-LCD 패널은 'TFT-Array'와 'Color Filter' 기판으로 구성되어 주변부에 'Driver IC'를 포함한 구동회로부가 설치되어야 한다. 구동회로부는 다층 PCB 형태 를 취하며 회로부품은 박형화와 고밀도 실장을 위하여 'Surface Mounting Technology(SMT)' 기술을 이용한다. 'Driver IC'는 'Tape Carrier Paclage(TCP)' 형태로 제작되어 PCB와 패널 사이에 연결된다. 상기와 같이 제작된 TFT-LCD 패널, 백라이트 유닛 및 구동회로부는 'Chassis Unit'으로서 완성된 조립품 형태를 취하게 된다. 이를 TFT 모듈이라고 한다.
한편, TFT-LCD 패널은 도 2에 도시된 바와 같이, TFT-Array(TFT 기판)와 'Color Filter(C/F)-Array' 사이에 액정층이 형성된 형태로 제작된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 'TFT Array'는 각 픽셀(Pixel) 마다 설치된 TFT와 커패시터(Capacitor), 그리고 이들을 매트릭스(matrix) 형태로 서로 연결하는 게이트(Gate) 및 데이터(Data) 배선으로 구성되며, 'Color Filter'와 기판은 'Black Matrix(BM)'로 픽셀과 픽셀 사이에 광차단막을 형성한 R(Red), G(Green), B(Blue)의 'Color Filter'층 위에 공통전극으로 ITO(Indum Tin Oxide)가 증착된 형태로 구성된다.
(1) TN- Cell의 설계
'TN' 액정에 있어서 NB Mode(Normally Black Mode)와 NW Mode(Normally White Mode)의 유일한 차이는 편광판의 설치 각도에 의하여 결정된다. 두 편광판의 편광축이 직교가 되면 NW Mode가 되고, 평향하면 NB Mode가 된다. 한 예로, 어떤 NW Mode는 'Retardation'이 'First Minimum'인 0.48μm 이하일 때 빛의 투과도가 급속하게 떨어진다. NB Mode에서 위상차의 변화와 빛의 투과도 변화 사이의 관계에 서도 볼 수 있다. 파장이 550nm에서 위상차가 0.48μm일 때 'Fist Minimum'이 발생한다. 또한, 최대의 휘도를 얻기 위해서는 위상차를 'Second Minimum' 혹은 약간 작은 값으로 설계하여 시야각 특성을 향상시킨다. 한편, NW Mode은 NB Mode와는 반대의 투과도 관계를 나타내며, 위상차가 0.48μm에서 최대의 휘도를 나타낸다.
그러므로, NW Mode에서 블랙(Black)을 표시하기 위해서 액정은 거의 복굴절(Birefringence)을 나타내지 않는다. 이와 같이, 블랙은 조정이 요구되지 않는 완전한 블랙으로 휘도를 상당히 증가시킨다. 이와 같은 이유로 대부분의 컬러 TFT-LCD는 NW Mode을 채용하고 있다.
전기적인 관점에서 액정 셀(Cell)은 'TFT Array' 기판과 'Color Filter' 기판 사이에 위치한 커패시터(Capacitor)와 공통 전극(Common Electrode)이고, 액정은 절연 물질이며, 하측 전극은 TFT와 연결된 표시 전극(Display Electrode)이다. 컬러 TFT-LCD 패널의 등가 회로는 커패시터와 저항이 병렬로 연결되어 구성된다. 저항이 작으면 TFT를 경유하여 액정 커패시터에 축적된 전하가 급속하게 방전된다. 그러므로, 액정은 비저항이 1.0×10 12 -1.0×1013 Ω cm정도의 순도를 가져야 한다. 제조공정에 있어서는 액정은 오염되지 않도록 관리되어야 한다. 액정을 구동하는 것은 표시 전극과 공통 전극 사이에 형성되는 커패시터를 충전 및 방전을 통하여 액정 셀의 액정배열 상태를 변화시켜 줌으로서 픽셀의 광투과율을 조절한다.
(2) TFT-Array
'TFT-Array'는 스위칭 소자로서 TFT를 형성한다. TFT는 게이트(Gate), 소 스(Source) 그리고 드레인(Drain)의 세 개의 전극을 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, TFT는 화소전극에 신호전압을 인가하기 위한 스위치 역할을 한다. 게이트 전극에 양의 전압이 인가될 때 전계에 의하여 a-Si Channel 영역에는 전자가 집중되고 'Conductive Channel'을 형성하여 소스와 드레인 전극 사이에 전류가 흐르도록 한다. TFT는 전계에 의하여 전류의 흐름을 조절하는 일종의 FED(Field Effect Transistor이다. TFT 설계는 LCD 패널에 의하여 얻을 수 있는 화질을 결정하는 가장 중요한 요소이다.
TFT 이외에 LCD 패널에서 중요한 기능을 수행하는 것이 'Storage Capacitor'이다. LCD 패널에 TFT만을 부착하면 액정을 스위칭하기 위하여 인가된 전하는 신호가 도달한 후 짧은 시간에 누설되어 사라진다. 그러므로, 액정이 두 번째 신호가 인가되기 전까지 첫 번째 신호에 의하여 전달된 전하를 유지하도록 하기 위하여 액정에 'Storage Capacitor'를 병렬로 연결하여야 한다. 커패시터는 인접한 게이트에 부가하여 설치하거나 전극선을 이용하거나 게이트 전극과는 별개로 커패시터 전극을 설치하여 형성할 수 있다. 보통 전자의 경우를 'Cst-on-Gate' 구조, 후자의 경우를 독립 'Cst' 구조라고 부르고 있다.
이하, TFT-LCD 부품 및 소재 기술에 대해 살펴보기로 한다.
1) 편광 Film
빛은 전자기파로 그 전기장과 자기장은 진행 방향과 수직으로 진동한다. LCD 모듈의 백 라이트에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로 같은 확률을 가진다. 편광 필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투 과시키고, 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다. 액정 셀의 양면에 편광 필름의 편광 축이 서로 직교 또는 평행하도록 부착되기 때문에 액정 셀을 통과하는 동안 편광 축의 회전 정도에 따라 투과 광의 세기가 조절되어 블랙과 화이트(White) 사이의 그레이(Gray) 표현이 가능하다.
LCD 응용에 있어서 편광도 뿐만 아니라, 저 반사 표면 처리도 매우 중요하다. 밝은 환경에서 LCD를 사용할 경우 LCD 표면에서 반사되는 빛의 양이 많을 경우 상대적인 대조(Contrast)가 저하되어 시인성이 감소한다. 따라서 화질 개선을 위해서는 편광 Film의 표면 반사율을 줄이는 기술이 필요하다.
2) 백라이트
액정은 자체가 빛을 내지 못하고 투과광의 양을 변조(Modulation)시키는 역할만 하므로, LCD는 화면 전체를 균일한 밝기를 유지할 수 있는 면광원 형태의 백라이트가 필요하다. LCD 용 백라이트에 요구되는 성능은 표시면 전체의 휘도가 균일해야 하며, 액정 Panel의 투과율이 10% 미만인 것을 고려하여 충분한 휘도가 유지되어야 한다. 휴대용 LCD에서는 두께는 얇고 무게가 가벼워야 하며 저 전력화가 되어야 한다.
백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 냉 음극선관은 열 음극선관 형태의 형광 램프, 도광판, 프리즘 시트(Prism Sheet), 확산판, 반사판 등의 부품으로 구성된다. 냉 음극선관(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp)의 형광체는 효율이 높은 희토류(Y, Ce, Tb 등)를 주로 사용하고 있고, LCD용에서는 Red, Green, Blue의 형 광체를 혼합한 백색계의 3 파장 타입(Type)이 사용되고 있다.
도광판(Light Guide Plate)은 아크릴판의 측면으로부터 빛을 도입하여 이 빛이 아크릴판 속으로 진행하면서 반사판에 의해 패널의 전면으로 빛이 나오게 반든다. 반사판은 도트(Dot) 형태를 한 'Gradation Pattern'으로 램프에서 가까운 부분은 작게, 먼 부분은 크게 도포하여 반사량을 조절하여 백라이트면 전체가 균일한 휘도 분포를 갖게 한다.
3)Spacers
'Spacer'는 LCD 패널의 액정 층의 두께를 균일하게 하기 위하여 사용한다. 액정 셀이 갖는 특성 가운데 응답 속도(Black 과 White 사이의 전환속도), 대비 비, 시야각, 휘도 균일성 등은 액정 층의 두께와 밀접한 관련을 갖기 때문에 Cell Gap을 일정하게 유지하는 것이 중요하다. LCD에서는 일정한 셀 간격(Cell Gap)을 유지하기 위하여 두 장의 기판 사이에 일정한 크기와 형태를 가지는 플라스틱(Plastic) 재질의 'Spacer'라는 물질을 삽입한다.
10인치급 VGA 패널의 경우 셀 간격은 약 5 마이크로미터, 화소 크기가 0.3mm, 그리고 화면의 크기가 가로 192mm, 세로 144mm로 27,648 mm2의 면적을 갖는다. 여기에 요구되는 'Spacer'의 수는 70/ mm2 정도 살포된다고 가정할 때 패널 전체에는 약 200만 개가 들어가게 된다. 'Spacer'를 많이 살포할수록 균일한 셀 간격을 유지할 수는 있지만 너무 많이 살포하면 'Spacer' 자체는 액정 셀의 배향결함이 되므로 화질을 저하시키는 단점이 있어 적당량을 살포해야 한다.
4) Sealant
'Sealant'는 TFT 와 컬러 필터의 두 유리 사이에서 액정 셀을 만들기 위해서 사용된다. 'Sealant'는 액정을 외부의 환경으로부터 보호한다. 'Sealant'는 'Thermosetting'과 'UV-Curing Resin'이 사용되는데 'Curing Agent'를 포함하고 있는 'Single-liquid Resin'과 'Cross Linkage'를 포함하는 'Epoxy Resin'과 'Phenol Resin'을 주성분으로 하고 사용하기 전에 'Curing Agent'를 섞어 주어야 하는 'B inary Type'이 있다.
'Thermosettung Resin'을 사용하는 경우 TFT 와 'Color Filter Glass'를 정확하게 붙이기 위해서는 열팽창을 최소화하기 위해서는 'Resin'은 낮은 온도에서 경화가 가능해야 한다. 'UV-Curing Resin'을 사용하는 경우 'UV'가 'Resin'은 완전히 뚫고 들어가 경화시키지 못하기 때문에 'UV-Curing'을 한 다음 'Heat-Harding'이 필요하다.
5) Glass
LCD에 사용되는 유리는 'Alkali-Free' 특성을 가져야 한다. 이것은 유리에서 'Alkali' 이온이 액정 셀 등에 용출되면 액정 비저항이 저하되어 표시 특성이 변하게 되고, 'Seal'부에서는 'Sealant'의 유리와의 부착력을 저하시키고, TFT의 동작에 악영향을 주기 때문이다. 350℃ 이상의 고온을 견디며 산과 염기에 견딜 수 있는 TFT-LCD용 기판 재료는 'Fusion' 공법으로 제작된 유리가 사용되고 있다.
한편, 종래에는 카메라를 설치하여 영상을 녹화한 후 그 위치에 스크린을 가져다 놓고 프로젝터로 투사하여 스크린 뒤의 이미지를 표시하였다. 이러한 종래의 영상 획득/출력 방법은 실시간 영상 획득과 표시가 불가능하며, 영상의 화질이 실제보다 저하되어 실제의 영상과는 많은 차이가 나는 영상을 디스플레이하는데 그치는 단점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, LCD의 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 구비하고, 상기 투명 패널의 일면에 적어도 하나의 LCD 픽셀과 매칭되는 다수의 셀을 위치시켜 부분 영상을 획득하며, 상기 각 셀에서 획득한 부분 영상을 상호 대칭을 이루는 각 셀과 매칭되는 LCD 픽셀을 통해 출력함으로써, 실시간 영상 획득/표시가 가능하고, 실제 영상과 유사한 화질로 획득 영상을 출력하기 위한, 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 초소형 렌즈 및 LCD(Liquid Crystal Display) 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치에 있어서, 상기 LCD의 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 구비하고, 상기 투명 패널의 일면에 적어도 하나의 LCD 픽셀과 매칭되는 다수의 셀을 위치시켜 부분 영상을 획득하되, 상기 각 셀에서 획득한 부분 영상을 상호 대칭을 이루는 각 셀과 매칭되는 LCD 픽셀을 통해 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 'TFT-LCD'에 초소형 렌즈를 결합하고, 3색 LCD 컬러 패널과 한 개의 셀이 한 개의 단위를 구성하고, 각각의 단위마다 방위각, 경사 및 고도 센서를 설치하여 현재 위치의 방위각 및 지상에서의 위치를 파악하여 해당하는 대응 단위의 카메라가 획득한 영상을 표시한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 5 는 본 발명에 따른 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치의 일실시예 단위 구조도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치는, LCD의 컬러 패널 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 두고, 그 투명 패널 뒤에 초소형 렌즈와 CCD 소자를 위치시킨 후 각 CCD 소자에서 수집된 부분 영상들을 조합하여 하나의 완전한 영상을 획득한다.
이때, 렌즈의 크기가 매우 작고 CCD 소자 간의 거리가 매우 짧기 때문에 하나의 CCD 소자에서 획득되는 영상은 전체의 완전한 영상이 아니다. 따라서, 차폐막을 이용하여 각 렌즈가 서로 독립적인 (mutually exclusive) 영상을 얻도록 한다.
이와 같이, 차폐막의 높이를 높여 각 렌즈가 서로 독립적인 영상을 얻도록 하는 경우에는 이미지 프로세싱 과정이 생략되거나 매우 간단하게 처리 가능하나, 응용에 따라 차폐막의 높이를 높일 수 없는 경우에는 이미지 프로세싱을 거쳐야 필요한 이미지를 획득할 수 있다.
이하, 영상을 획득하는 셀(Cell)에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
셀은 하나의 초소형 렌즈, 해당 초소형 렌즈를 통하여 투과된 빛으로부터 해당 영상을 획득하기 위한 하나의 CCD, 및 각각의 셀을 구분하기 위한 빛 차폐막을 포함한다.
이러한 셀은 LCD의 픽셀에 일대일 대응되도록 위치하는 것이 바람직하나, 하나의 셀이 다수의 픽셀과 대응할 수도 있다.
또한, 셀은 하나의 초소형 렌즈와 하나의 영상 획득 소자(예: CCD) 쌍으로 이루어지되, 렌즈의 초점을 맞출 수 있도록 렌즈초점거리를 측정하는 렌즈초점거리 측정부(도면에 도시되지 않음)와 상기 측정된 렌즈초점거리를 이용하여 초소형렌즈를 이동시키기 위한 렌즈 이동부(도면에 도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다. 이때, 렌즈 이동부 대신에 영상 획득 소자(예: CCD)를 이동시킬 수도 있다.
한편, 렌즈를 고정 초점으로 사용하거나, 각각의 렌즈가 하나의 픽셀에 해당 할 정도로 소형이면, 렌즈초점거리 측정부와 렌즈 이동부는 각 셀에서 제외될 수도 있다.
각각의 셀(CELL)은 독립적으로 동작하며, 빛이 투과되지 않는 빛 차폐막을 통해 분리된다.
이때, 빛 차폐막의 높이가 높아지면 렌즈에 도달 가능한 빛이 제한되기 때문에, 그 빛 차폐막의 높이를 적절히 조정함으로써 인접한 셀(CELL)의 렌즈에 비치는 영상과 중복되지 않게 할 수 있다. 즉, 빛 차폐막은 어느 셀로 입사되는 빛이 다른 셀로 들어가지 않도록 하기 위한 것으로서, 다각형 형태로 각각의 셀을 포위하도록 구성한다. 그리고, 빛 차폐막의 높이는 셀들 간의 이격 거리, 초소형 렌즈와 해당 CCD 간의 거리, 초소형 렌즈의 직경을 이용하여 결정할 수도 있으며, 실험을 통하여 최적의 높이를 결정할 수도 있다.
또한, 각 렌즈의 빛 차폐막은 사각형이 아닌 다른 도형으로도 구성 가능하며, 셀 수의 증가할 때에는 각각의 빛 차폐막이 상충되지 않도록 구성되어야 한다. 따라서, 빛 차폐막의 형태는 원이 아닌 다각형이 바람직하다.
결국, 도 5에 도시된 영상 획득/출력 단위가 다수 개 모여 실제 완성된 영상을 획득/출력하게 된다.
이때, 렌즈와 CCD가 하나의 소자 공간을 차지하기 때문에, 도 6에 도시된 바와 같이 한 픽셀(pixel)은 컬러 패널(Color Panel) 상에서 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 세 가지 컬러(Color) 소자와 렌즈를 포함하여 4 개의 소자로 구성된다.
또한, 하나의 단위마다 방위각 센서(지자기 센서), 경사 센서(중력 센서) 및 고도 센서(대기압 센서)를 구비하여 해당 단위에서 표시할 영상을 결정하게 된다.
즉, 한 개의 단위가 표시하는 영상은 방위각과 경사도가 반대인 단위에서 획득한 영상 신호이고, 방위각이 반대인 단위가 복수 개 존재한다면 동일 고도에서 획득한 단위의 영상 신호이다.
따라서, 도 7의 (A)와 같이 A1이 획득한 영상을 B1이 표시하고, B1이 획득한 영상은 A1이 표시한다.
또한, 도 7의 (B)와 같이 A1이 획득한 영상을 A5가 표시하고, A5가 획득한 영상을 A1이 표시한다.
한편, 본 발명에 따른 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치는, 상기 영상 획득/출력 장치 및 적용되는 목적물에 의해 그림자가 생길 수 있고, 이를 그대로 방치할 경우, 원래의 영상에 그림자가 표시될 수도 있다.
또한, 도 7의 (A)와 같이 사용될 경우에는 위쪽의 단위들은 대칭되는 단위들이 없기 때문에 표시할 영상이 없게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 양단에 상대적으로 대구경의 렌즈와 조명장치를 구비하여 가장 가까운 단위의 렌즈로 유입되는 빛의 세기에 비례하는 강도의 조명을 조사하고, 그 영상을 렌즈로 획득한 다음 위쪽의 단위들이 이 영상을 표시할 수 있도록 한다.
이때, 해당 바닥면 렌즈의 차폐막은 외부 방향으로는 해당 단위의 경계를 벗어나는 영상은 제외되도록 충분히 길어야 하며, 내부 방향으로는 보다 넓은 면적의 영상 획득이 가능하도록 해당 단위보다 짧아야 한다.
아울러, 정확한 영상의 표시를 위하여 내부 방향으로의 차폐막은 한쪽 끝 렌즈와 다른 쪽 끝 렌즈와의 상대적인 거리에 따라 자동으로 그 길이가 가변되도록 구성할 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, LCD의 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 구비하고, 상기 투명 패널의 일면에 적어도 하나의 LCD 픽셀과 매칭되는 다수의 셀을 위치시켜 부분 영상을 획득하며, 상기 각 셀에서 획득한 부분 영상을 상호 대칭을 이루는 각 셀과 매칭되는 LCD 픽셀을 통해 출력함으로써, 별도의 영상 프로세싱 절차 없이 영상을 출력할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 LCD의 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 구비하고, 상기 투명 패널의 일면에 적어도 하나의 LCD 픽셀과 매칭되는 다수의 셀을 위치시켜 부분 영상을 획득하며, 상기 각 셀에서 획득한 부분 영상을 상호 대칭을 이루는 각 셀과 매칭되는 LCD 픽셀을 통해 출력함으로써, 실시간 영상 획득/표시가 가능하고, 실제 영상과 유사한 화질로 획득 영상을 출력할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 외부에 노출이 잘되지 않는 렌즈 구성이 가능하며, 모든 영역에 대해서 초점이 맞는 깨끗한 영상을 획득할 수 있고, 별도의 복잡한 이미지 프로세싱 없이도 원하는 영역을 통해 보이는 특정 영상만을 출력할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 초소형 렌즈 및 LCD(Liquid Crystal Display) 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치에 있어서,
    상기 LCD의 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 구비하고, 상기 투명 패널의 일면에 적어도 하나의 LCD 픽셀과 매칭되는 다수의 셀을 위치시켜 부분 영상을 획득하되,
    상기 각 셀에서 획득한 부분 영상을 상호 대칭을 이루는 각 셀과 매칭되는 LCD 픽셀을 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상호 대칭을 이루는 셀을 선택하는 과정은,
    각 셀마다 위치한 방위각 센서(지자기 센서), 경사 센서(중력 센서) 및 고도 센서(대기압 센서)를 이용하는 것을 특징으로 하는 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부분 영상 획득시 그림자가 생길 경우,
    상기 셀의 대칭되는 위치에 조명장치를 구비하여 가장 가까운 셀로 유입되는 빛의 세기에 비례하는 강도의 조명을 조사하는 것을 특징으로 하는 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 셀들이 각을 이루고 위치하여 대칭되는 셀이 존재하지 않을 경우,
    상기 셀의 대칭되는 위치에 상대적으로 대구경의 렌즈와 조명장치를 구비하여 가장 가까운 셀로 유입되는 빛의 세기에 비례하는 강도의 조명을 조사하고, 그 영상을 상기 대구경의 렌즈로 획득한 다음 대칭되는 셀의 LCD 픽셀을 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나의 셀은,
    초소형 렌즈;
    상기 초소형 렌즈를 통하여 투과된 빛으로부터 해당 영상을 획득하기 위한 촬상 소자; 및
    상기 셀을 타 셀과 구분하기 위한 빛 차폐막
    을 포함하는 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 빛 차폐막은,
    다각형 형태로 상기 각각의 셀을 포위하도록 구성하고, 상기 빛 차폐막의 높이는 상기 셀들 간의 이격 거리, 초소형 렌즈와 해당 촬상 소자 간의 거리, 초소형 렌즈의 직경을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 초소형 렌즈 및 LCD 배열을 이용한 영상 획득/출력 장치.
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