WO2016182280A1 - 변조기 비대칭 구동을 이용한 고휘도 입체영상상영장치 및 이를 구동하는 방법 - Google Patents

변조기 비대칭 구동을 이용한 고휘도 입체영상상영장치 및 이를 구동하는 방법 Download PDF

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WO2016182280A1
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modulator
light
wave plate
liquid crystal
phase delay
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이영훈
이철우
소봉재
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유한회사 마스터이미지쓰리디아시아
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Definitions

  • the following description is to implement a liquid crystal layer of a modulator as a single liquid crystal layer by asymmetrically driving a modulator of a transmitted light path and a modulator of a reflected light path in a high luminance stereoscopic image device using a polarized light splitter, and does not use a 1/2 wave plate.
  • the present invention relates to a device having a high brightness and a driving method therefor.
  • a method of implementing a stereoscopic image is realized by illuminating different images on two human eyes, and in the case of a stereoscopic image displayed on a large screen such as a theater, polarization in a direction in which the left and right sides are perpendicular to each other
  • a polarization method for distinguishing and transmitting a left image and a right image is mainly used. This takes images using two cameras, displays the two images on one screen with overlapping images having right angle deviations using polarization means, and images taken by the two cameras through the polarizing glasses described above.
  • the three-dimensional image is implemented by viewing the left and right eyes respectively.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of a conventional two-projector system for displaying a stereoscopic image.
  • the left image is irradiated on one projector 1 by two conventional two-dimensional (2D) projectors 1 and 2,
  • the other projector 2 allows the right image to be irradiated so that each of these images is irradiated onto the screen 5 by passing through the polarization filters 3 and 4 whose polarization directions are perpendicular to each other.
  • the left image and the right image, which are irradiated on the screen 5 overlap the left and right sides of the viewer through each of the left image lens 7 and the right image lens 8 of the polarizing glasses 6 worn by the viewer. It is a way of making three-dimensional impressions by looking inside.
  • Such a conventional two-projector stereoscopic image screening system has been replaced by the following one-projector system in which the projector alternately irradiates the left and right images in time.
  • FIG. 2 is a view for explaining a 1 projector circular polarization filter system.
  • the three-dimensional image projector system includes a single projector 201 sequentially irradiating a left image and a right image, a circular polarization filter unit 202 including a polarization filter for a left image and a polarization filter for a right image. And a filter driver 203 which rotates and drives the circularly polarized filter unit 202 described above to synchronize timing of left image irradiation and right image irradiation of the projector 201.
  • a filter driver 203 which rotates and drives the circularly polarized filter unit 202 described above to synchronize timing of left image irradiation and right image irradiation of the projector 201.
  • the synchronization unit 204 may further include a synchronization unit 204 for acquiring timing synchronization of the left image irradiation and the right image irradiation of the projector 201 and transmitting the timing synchronization to the filter driver 203 described above.
  • the projector 201 continuously receives the contents for the stereoscopic images in which the left image and the right image are stored in order, and continuously examines the contents.
  • the circular polarization filter unit 202 includes a polarizing film for the left image and a polarizing film for the right image as described above, and at the timing when the projector 201 irradiates the left image through rotation, the polarizing filter for the left image of the projector When the projector 201 is irradiated to the right image, the polarizing filter for the right image is adjusted to be positioned at the irradiation port of the projector 201.
  • the brightness decreases as the image light emitted from one projector is divided into left and right images.
  • a stereoscopic image display apparatus in which the transmitted light and the reflected light are collected on the screen by using a polarized light splitter and improved in brightness is introduced.
  • the three-dimensional image light which is sequentially irradiated with the left image and the right image from the projector, is divided into at least one transmitted light and at least one reflected light according to the polarization component by using a polarized light splitter, and then the left image / right for each transmitted light / reflected light.
  • a method of modulating a modulator to have different polarization directions according to an image irradiation point and then superimposing them on a screen has been introduced.
  • the modulator has been driven using two liquid crystal layers, and such a modulator suffers from a decrease in luminance due to an increase in the number of transparent electrodes as compared to a single liquid crystal cell.
  • the transmitted light and the reflected light divided by the polarization splitter have a linear polarization direction perpendicular to each other, a half wave plate is used on either side of the transmitted light path and the reflected light path to modulate it into the same circularly polarized light. There is a problem that a certain level of brightness is reduced.
  • the present invention is to propose a device for implementing a high-brightness stereoscopic image through asymmetric drive of the modulator and a method for driving the same to solve the above problems.
  • One aspect of the present invention for solving the above problems is a polarized light splitter for spatially dividing the image light irradiated from the projector into one or more transmitted light and one or more reflected light according to the polarization component;
  • a first modulator configured to perform modulation to have different polarizations as the transmitted light is alternately time-divided into the left image or the right image so as to be irradiated onto the screen;
  • a second modulator for modulating the reflected light to alternately polarize the reflected light to the left image or the right image so that the reflected light is irradiated onto the screen, wherein the first modulator and the second modulator
  • the stereoscopic imaging apparatus is set such that the phase delay of the first modulator is any one of 0 ⁇ and 1/2 ⁇ and the phase delay of the second modulator is any other of 0 ⁇ and 1/2 ⁇ at a specific time. Suggest.
  • the transmitted light incident on the first modulator and the reflected light incident on the second modulator may have linear polarization components perpendicular to each other.
  • first modulator and the second modulator may each be configured to have a single liquid crystal layer.
  • first modulator and the second modulator may each include a linear polarizer, a single liquid crystal layer, and a quarter wave plate, wherein when the stereoscopic imaging device uses a half wave plate, the first modulator
  • the first slow axis of the quarter wave plate of the modulator is configured to have a 90 degree difference from the second slow axis of the quarter wave plate of the second modulator, and the stereoscopic imaging device does not use a half wave plate. If not, the first slow axis of the quarter wave plate of the first modulator and the second slow axis of the quarter wave plate of the second modulator are preferably arranged in the same direction.
  • first modulator and the second modulator may have a structure in which the linear polarizer, the single liquid crystal layer, and the quarter wave plate are arranged in this order.
  • the linear polarizer and the quarter wave plate may be arranged.
  • a voltage having a first magnitude (hereinafter, referred to as 'VH') is applied to the first modulator and the second modulator, it has a phase delay of 0 lambda and a voltage of a second magnitude (hereinafter referred to as 'VL').
  • 'VH' a voltage having a first magnitude
  • 'VL' a voltage of a second magnitude
  • a second voltage pattern in which? VH, + VL, + VH, and -VL are repeated may be applied at a time point corresponding to one voltage pattern.
  • either one of the first modulator and the second modulator irradiates the right circularly polarized light modulated through a phase delay of 0 lambda during a first time interval
  • the other of the first modulator and the second modulator And configured to irradiate the right circularly polarized light modulated through a phase delay of 1/2 ⁇ during the first time interval, in which case either one of the first modulator and the second modulator is connected to the first time interval.
  • the right circularly polarized light and the left circularly polarized light may respectively correspond to either the left image or the right image.
  • the first alignment direction of the single liquid crystal layer of the first modulator is the second alignment direction of the single liquid crystal layer of the second modulator. It is preferably configured to have a difference of 90 degrees.
  • the single liquid crystal layer of the first modulator and the single liquid crystal layer of the second modulator are configured in an OCB (Optically Compensated Bend) form regardless of whether the 1/2 wave plate is used or not.
  • OCB Optically Compensated Bend
  • the slow axis and the first orientation direction, and the second slow axis and the second orientation direction are preferably configured to have a difference of 90 degrees.
  • another aspect of the present invention is a polarized light splitter for spatially dividing the image light irradiated from the projector into one or more transmitted light and one or more reflected light according to the polarization component;
  • a first liquid crystal layer having a single liquid crystal layer and having a first circular polarization which is either one of left circularly polarized light and right circularly polarized light modulated through a phase delay of 0 lambda during a first time interval, and subsequent to the first time interval.
  • a first modulator configured to modulate the transmitted light into a second circular polarized light, which is another one of a left circularly polarized light and a right circularly polarized light modulated through a phase delay of 1/2 lambda for a period of 2 hours; And a single liquid crystal layer, wherein the reflected light is modulated by the phase delay of 1/2 lambda during the first time period into the first circularly polarized light, and the reflected light is phase delayed by 0 lambda during the second time period.
  • a stereoscopic imaging device is provided, including a second modulator configured to modulate the second circularly polarized light.
  • the stereoscopic image display device does not use a half wave plate, and thus the transmitted light incident on the first modulator and the reflected light incident on the second modulator may have linear polarization components perpendicular to each other, wherein the first polarization component is used.
  • the first slow axis of the quarter wave plate of the modulator and the second slow axis of the quarter wave plate of the second modulator are preferably arranged in the same direction.
  • the image light irradiated from the projector is spatially divided into at least one transmitted light having a first linear polarization direction and at least one reflected light having a second linear polarization direction perpendicular to the first linear polarization direction according to the polarization component.
  • Polarized light splitter for dividing and irradiating; Receives the transmitted light having the first linearly polarized light component, and transmits the transmitted light to the first circularly polarized light, which is one of left-circular polarization and right-circular polarization, which are modulated through a phase delay of 0 lambda during a first time interval, and And configured to modulate the transmitted light into a second circular polarized light, which is either one of a left-circular polarization and a right-circular polarization modulated through a phase delay of 1/2 lambda during a second time interval subsequent to the first time interval.
  • a stereoscopic imaging device comprising a second modulator configured to modulate the second circularly polarized light modulated through a phase delay of 0 lambda.
  • first modulator and the second modulator may each be configured to have a single liquid crystal layer, the first slow axis of the quarter wave plate of the first modulator and the quarter wave plate of the second modulator.
  • the second slow axis of is preferably arranged in the same direction.
  • the transmittance, crosstalk, color, etc. of the left and right images are symmetrically through asymmetrical driving. Can be released to improve the quality of stereoscopic images.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of a conventional two-projector system for displaying a stereoscopic image.
  • FIG. 2 is a view for explaining a 1 projector circular polarization filter system.
  • FIG. 3 is a view for explaining an example of a stereoscopic image display apparatus using a polarized light splitter to which the present invention can be applied.
  • FIG. 4 is a view showing another example for explaining a stereoscopic image display apparatus using a polarized light splitter to which the present invention can be applied.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a stereoscopic image device using a modulator having a double liquid crystal layer.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a general modulator structure applied to the 3D image apparatus described above with reference to FIGS. 3 to 5.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a disadvantage of using a modulator having a double liquid crystal layer.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams for explaining a modulator having a single liquid crystal layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a driving operation of a stereoscopic image device using a modulator having a single liquid crystal layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for describing a stereoscopic image device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram for describing a structure of a modulator when a stereoscopic image is displayed through an asymmetric driving voltage as shown in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a driving voltage pattern applied to a transmitted light modulator and a reflected light modulator in the stereoscopic apparatus of FIG. 11.
  • FIG. 14 is a diagram for comprehensively describing a driving mechanism of the stereoscopic apparatus of FIG. 11.
  • 15 and 16 are diagrams for explaining a single liquid crystal modulator according to another embodiment of the present invention.
  • 17 and 18 are diagrams for describing a method of driving a stereoscopic image device with or without a 1/2 wave plate according to an embodiment of the present invention.
  • 19 and 20 are views for explaining a method of driving a stereoscopic image device according to the presence or absence of a half wave plate in another embodiment of the present invention.
  • an apparatus for increasing luminance using a modulator having a single liquid crystal layer in a high luminance stereoscopic imaging apparatus using a polarized light splitter and a driving method therefor are proposed.
  • a stereoscopic imaging apparatus using a polarized light splitter to which the present invention is applied will first be described.
  • FIG. 3 is a view for explaining an example of a stereoscopic image display apparatus using a polarized light splitter to which the present invention can be applied.
  • the light emitted from the projector 302 is processed into two paths using a polarizing beam splitter (PBS) 301, and then processed again. )
  • PBS polarizing beam splitter
  • the image light emitted from the projector 302 is divided into light having two polarization components in the polarization light splitter 301. That is, light having S-polarized light and P-polarized light component is reflected or transmitted by the PBS 301. The light having the transmitted P-polarization component is magnified by the lens 304 to form an image on the screen 303. On the other hand, the reflected S-polarized light is reflected by the reflector 305 to reach the screen 303. The above two transmitted / reflected lights are converted into the same linearly or circularly polarized light by the modulators 306 and 307.
  • a half wave plate 308 is used for the reflected light path passing through the modulator 307, and a half wave plate is not used for the transmitted light path passing through the modulator 306.
  • the image light of both optical paths has the same linear polarization (eg, P-polarization) at the front of the modulators 306 and 307, and after passing through the modulators 306 and 307, both are circularly polarized or in the same direction. As a result, they all had linearly polarized light in the same direction.
  • the half-wave plate is not used for the reflected light path passing through the modulator 307, and the half-wave plate 309 is used for the transmitted light path passing through the modulator 306.
  • the front end of 306, 307 may all have S-polarized light, and after passing through the modulators 306, 307, they may all have circular polarized light in the same direction or, in some cases, linearly polarized light in the same direction.
  • FIG. 4 is a view showing another example for explaining a stereoscopic image display apparatus using a polarized light splitter to which the present invention can be applied.
  • the stereoscopic apparatus shown in FIG. 4 relates to a triple light system in which image light is divided into three by a polarized light splitter and processed.
  • the image light irradiated by the projector 401 is reflected by the first image light, the polarized light splitter 402, which passes through the polarized light splitters 402 and 403, and is reflected by the reflective member 404.
  • the second image light may be split into a third image light that is reflected by the polarized light splitter 403 and is reflected by the reflective member 405.
  • the transmitted light and the reflected light are divided into one image light according to the polarization component, the two reflected light is characterized by dividing one image light into two.
  • the two reflected light beams are preferably combined into one image on the screen.
  • the polarized light splitters 402 and 403 are bent as shown, and the light passing through the center portion is refracted to prevent the loss due to incident on the connection part of the polarized light splitters 402 and 403. It is shown to include members 406 and 407.
  • the polarized light splitters 402 and 403 of FIG. 4 may be implemented in a prism form in consideration of optical path differences between transmitted light and reflected light, and various other methods may be used.
  • the modulators are conceptually shown, respectively, and these modulators are configured to have two liquid crystal layers as described below.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a stereoscopic image device using a modulator having a double liquid crystal layer.
  • the triple light type stereoscopic imaging apparatus illustrated in FIG. 5 has the exception that the polarized light splitters 402 and 403 of FIG. 4 are used as the prism type polarized light splitter 501 in comparison with the triple light scheme shown in FIG. 4. same. 5 is a view for further explaining processing after the transmitted light passes through the polarized light splitter 501 in the system of FIG. 4 and after the reflected light is reflected by the reflecting members 404 and 405.
  • the transmitted light passing through the polarized light splitter 501 is represented as P-polarized light and the reflected light is reflected as S-polarized light.
  • the example of FIG. 5 shows arrange
  • the transmitted light and the reflected light may both be converted into P-polarized light and incident on the modulators 503.
  • the half wave plate 502 is positioned in the transmitted light path instead of the reflected light path as shown in FIG. 5 to convert both the transmitted light and the reflected light into S-polarized light so that the modulators 503 can be used. Can be made to enter.
  • the transmitted light and the reflected light may be modulated into linearly or circularly polarized light in different directions in accordance with the irradiation time of the left image and the right image through the modulators 503.
  • the LC panel driver 504 symmetrically modulates the drive voltages in opposite directions to the modulators 503 according to a change in the time interval in which the left image is irradiated from the projector 401 and the time interval in which the right image is irradiated.
  • the left image can be modulated with left-circular polarization and the right image with right-circular polarization.
  • the modulators 503 are configured to have a double liquid crystal layer, which is also the same as the modulators 306 and 307 conceptually shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a general modulator structure applied to the 3D image apparatus described above with reference to FIGS. 3 to 5.
  • a general modulator applied to the stereoscopic imaging apparatus described above with reference to FIGS. 3 to 5 includes a dual liquid crystal layer including a linear polarizer 601, a first liquid crystal layer 602, and a second liquid crystal layer 603.
  • Structural LC panels are used.
  • the alignment direction 604 of the first liquid crystal layer 602 is + 45 °
  • the alignment direction 605 of the liquid crystal layer 603 may be + 135 °.
  • the alignment directions of the two liquid crystal layers are arranged to have a difference of 90 ° so that the linearly polarized light passing through them may be modulated into left-circular polarization or right-circular polarization according to the driving voltage.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a disadvantage of using a modulator having a double liquid crystal layer.
  • a transparent electrode 701 surrounding each liquid crystal layer is required as shown in FIG. 7.
  • the first liquid crystal layer 602 and the second liquid crystal layer 603 are phase-delayed to 1/4 ⁇ by applying driving voltages opposite to each other in accordance with the left / right image irradiation time to the transparent electrode 701. Left-circular polarization / right-circular polarization can be generated.
  • the arrangement of the transparent electrode 701 may cause light loss as shown in FIG. 7. That is, in the example of FIG. 5, the transmitted light and the reflected light of the P-polarized light incident on the modulators pass through a modulator having a double liquid crystal layer and are partially lost while passing through a medium having different refractive indices as shown in FIG. 7. , which can lead to reduced luminance.
  • the modulator having the double liquid crystal layer has problems such as difficulty in manufacturing the modulator due to optical adhesion 702 and difficulty in maintenance, as well as brightness loss caused by the transparent electrode.
  • a high brightness and high quality stereoscopic image can be screened while using a modulator having a single liquid crystal layer in the double light / double light stereoscopic apparatus as described above with reference to FIGS. 3 to 5.
  • a modulator having a single liquid crystal layer in the double light / double light stereoscopic apparatus as described above with reference to FIGS. 3 to 5.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams for explaining a modulator having a single liquid crystal layer according to an embodiment of the present invention.
  • the single liquid crystal layer modulator 800 includes a linear polarizer 801, a liquid crystal layer (liquid crystal cell) 802, and a quarter wave plate 803 as shown in FIGS. 8 and 9. Can be. If the liquid crystal layer is configured by the OCB method, since the alignment direction of the liquid crystal layer 802 is disposed at a 90 ° difference with the quarter wave plate 803, the linearly polarized light passing through the liquid crystal layer 802 may be modulated into circularly polarized light. .
  • the driving voltage may be differently applied to a single liquid crystal layer in accordance with the left image / right image irradiation time, and thus may be modulated into left-circular polarization / right-circular polarization.
  • the transparent electrode 901 may be disposed.
  • FIG. 10 is a view for explaining a driving operation of a stereoscopic image device using a modulator having a single liquid crystal layer according to an embodiment of the present invention.
  • the upper part shows processing of the transmission path image light
  • the lower part shows processing of the reflected path image light.
  • the light of the reflected light path at the bottom of FIG. 10 may be in a state having the same vertical direction as the transmitted light while passing through the 1/2 wave plate 1006 in a state having horizontal polarization, and vice versa. May be in a state having a horizontal direction similar to the reflected light while passing through the 1/2 wave plate 1001 in a state having vertically polarized light.
  • a linear polarizer may be added in front of a single liquid crystal layer (liquid crystal cells 1002 and 1007) as necessary to clean vertically or horizontally polarized light.
  • the single liquid crystal layer (liquid crystal cell) 1002, 1007 has a 1/2 lambda phase delay when the magnitude of the driving voltage is small and has a phase delay of 0 ⁇ when the magnitude of the driving voltage is VH.
  • the quarter wave plates 1003 and 1008 may have a slow axis of 135 ° or 45 °, and in the example of FIG. 10, the quarter wave plate 1003 of the transmitted light path and the quarter wave plate of the reflected light path Assume that 1008 has the same slow axis, either 135 ° or 45 °.
  • the device configuration and driving method described with reference to FIG. 10 may be equally applied to the double light system as shown in FIG. 3 as well as the triple light system as shown in FIGS. 4 to 5.
  • the modulator using the single liquid crystal layer may have a phase delay of 0 lambda or 1/2 lambda depending on the driving voltage. If the liquid crystal layer has a phase delay of 0 lambda, the light passing through the liquid crystal layer and the quarter wave plate is modulated with left-circular polarization without distortion, while the liquid crystal layer has a phase delay of 1/2 lambda. The light passing through the liquid crystal layer and the quarter wave plate is modulated into right-circular polarization which is somewhat inferior in quality, and as a result, the left image and the right image have a problem in that transmittance, crosstalk, and color are not symmetrical. As described above, the asymmetry problem between the left and right images may be an obstacle in using a modulator having a single liquid crystal layer in a stereoscopic imaging apparatus using a polarized light splitter.
  • the asymmetry problem described above may be similarly a problem not only when using a single liquid crystal layer but also when using a general modulator.
  • FIG. 11 is a diagram for describing a stereoscopic image device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 sets the driving voltages of the modulators 1101 and 1102 to be asymmetrically driven by the transmitted light modulator 1102 and the reflected light modulator 1101 by using the asymmetric driver 1103, and thus the left image as described above. / To solve the asymmetry problem of the right image.
  • the phase delay is 1/2 ⁇
  • the phase delay is 0 ⁇ .
  • the left image irradiated in the first time interval to which the left image is irradiated is, for example, the transmitted light modulator 1102 is 1/2 lambda of the left-circular polarized light and the reflected light modulator 1101 generated through a phase delay of 0 ⁇ .
  • the left image is irradiated superimposed on the screen of the left-circular polarization generated through the phase delay of, and the right image is irradiated in the second time interval to which the right image is irradiated, for example, the transmitted light modulator 1102 is 1 / 2 ⁇ .
  • the right circularly polarized light and the reflected optical path modulator 1101 generated through the phase delay of s propose a method of irradiating the right circularly polarized light generated through the phase delay of 0 ⁇ with superimposed on the screen.
  • the LC panel asymmetric driver 1103 when the LC panel asymmetric driver 1103 has a magnitude of VH applied to the transmitted light modulator 1102 at a specific point in time, the LC panel asymmetric driver 1103 sets the voltage applied to the reflected light modulator 1101 to VL. Suggest. On the contrary, when the magnitude of the voltage applied to the transmitted light modulator 1102 is VL, it is proposed to set the magnitude of the voltage applied to the reflected light modulator 1101 to VH.
  • the reflected light modulator 1101 and the transmitted light modulator 1102 are both linear polarizers 1201, single liquid crystal layers 1202-1 and 1202-2, and quarter wave plates 1203-1 and 1203-2. Is the same in that it contains. However, in this embodiment, it is proposed to arrange so that the slow axis of the quarter wave plate 1203-1 of the reflected optical path and the slow axis of the quarter wave plate 1203-2 of the transmitted optical path are 90 degrees apart. . For example, when the slow axis of the quarter wave plate 1203-1 of the reflected optical path is 135 degrees, the slow axis of the quarter wave plate 1203-2 of the transmitted light path may be 45, and vice versa. have.
  • the alignment direction of the liquid crystal layer 1202-2 of the transmitted light path is 45 ° and the quarter wave plate 1203-2 is used.
  • the slow axis may be set to have 135 °
  • the alignment direction of the liquid crystal layer 1202-1 of the reflective optical path is 135 °
  • the slow axis of the quarter wave plate 1203-1 may be disposed to have 45 °. have.
  • the liquid crystal layers 1202-1 and 1202-2 are formed of TN LC panels, the TN LC panels are configured to have 0 ° and 90 ° alignment directions, and need not be limited to the above embodiments.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a driving voltage pattern applied to the transmitted light modulator 1102 and the reflected light modulator 1101 in the 3D image device of FIG. 11.
  • the asymmetric driver when the asymmetric driver applies a voltage of VH magnitude to one side of the transmitted light modulator and the reflected light modulator at a specific time point, the asymmetric driver asymmetrically applies a voltage of VL magnitude to the other side at a corresponding time point. It is proposed to apply a voltage.
  • the pattern of FIG. 13 illustrates an example of the driving voltage pattern optimized in consideration of the above-described matters, the pattern of FIG. 13 need not be limited to the driving voltage pattern of FIG. 13 as long as the above-described features are maintained.
  • FIG. 14 is a diagram for comprehensively describing a driving mechanism of the stereoscopic apparatus of FIG. 11.
  • both the transmitted light and the reflected light are vertically polarized or horizontally polarized, and the transmitted light modulator 1404 is connected to the transmitted light modulator 1404 at a specific time point (for example, when the left image is irradiated).
  • a driving voltage and a driving voltage of VH + may be applied to the reflected optical path modulator 1405.
  • a linear polarizer is added in front of a single liquid crystal layer (liquid crystal cells 1402 and 1407) to clean up vertically or horizontally, as necessary.
  • the liquid crystal layer 1402 of the transmitted light modulator 1404 may have a phase delay of 1 / 2 ⁇
  • the liquid crystal layer 1407 of the reflected light modulator 1405 may have a phase delay of 0 ⁇ .
  • Both transmitted light and reflected light can be modulated into circularly polarized light (eg, right-circularly polarized light) in either of the same left / right-circular polarized light.
  • the left image As described above, when one side of the transmitted light and the reflected light is a left image due to 0 ⁇ phase delay, and the other side the left image due to 1/2 ⁇ phase delay is generated and overlaps on the screen, the left image as described above. Since the deterioration of the quality of the stereoscopic image can be efficiently reduced due to an asymmetry problem in which the image due to 1/2 ⁇ phase delay is concentrated only on one side of the right image, it is possible to provide a high luminance and high quality stereoscopic image.
  • a high-brightness stereoscopic image is obtained using a single liquid crystal modulator, and at the same time, the transmittance, crosstalk, and color of one side of the left and right images are symmetrically through asymmetrical driving. Can be improved.
  • 15 and 16 are diagrams for explaining a single liquid crystal modulator according to another embodiment of the present invention.
  • the single liquid crystal modulators 1101 and 1102 are formed of the linear polarizer 1201, the liquid crystal cells 1202-1 and 1202-2, and the quarter wave plates 1203-1 and 1203-2. Although it may be arranged in order, as shown in FIG. 15, the linear polarizer 1501, the quarter wave plates 1502-1 and 1502-2, and the liquid crystal cells 1503-1 and 1503-2 are shown in this order. The operation using such a single liquid crystal modulator will be described with reference to FIG.
  • the transmitted light and the reflected light in the same vertical or horizontal direction pass through the quarter wave plates 1602 and 1607 of the transmitted and reflected light modulators 1504 and 1505, the transmitted light is left-circularly polarized and the reflected light is right- It shows that circularly polarized light is formed.
  • the quarter wave plate 1602 of the transmitted light modulator 1505 has a slow axis of 135 °
  • the quarter wave plate 1607 of the reflected light modulator 1504 has a 45 ° ground. It can be set to have an axis, or on the contrary, it can be set so that the slow axes have a 90 ° difference with each other.
  • the transmitted light liquid crystal cell 1603 has a phase delay of 0 lambda when the VH magnitude voltage is applied, and thus the left-circular polarization is maintained, while the reflected light liquid crystal cell 1608 has 1/2 lambda when the VL magnitude voltage is applied.
  • phase delay of right-circular polarization can be converted back to left-circular polarization.
  • the transmitted light and the reflected light at a specific time point have circular polarized light in the same direction, and thus the superimposed image may be irradiated on the screen.
  • the reflected light and the transmitted light reflected by the polarized light splitter have linear polarizations (for example, P-polarized light and S-polarized light) perpendicular to each other. It was required to have a half wave plate (1/2 lambda retarder) on either side of the reflected optical path to match their linear polarization directions.
  • the luminance increase may be additionally obtained by omitting the conventional 1/2 wave plate.
  • 17 and 18 are diagrams for describing a method of driving a stereoscopic image device with or without a 1/2 wave plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 illustrates an operation method using a modulator asymmetrical driving when using a 1/2 wave plate as described above in FIG. 14, and
  • FIG. 18 illustrates a modulator asymmetrical driving without a half wave plate. A method of implementing a stereoscopic image is shown.
  • the light of the transmitted light path and the reflected light path may both enter the modulators with the same linear polarization direction.
  • the transmitted light and the reflected light are both incident to the modulators with vertical linear polarization.
  • the slow axis of the quarter wave plate of the transmitted light path and the slow axis of the quarter wave plate of the reflected light path may be provided to have a difference of 90 °.
  • the slow axis of the / 4 wave plate is 135 ° and the slow axis of the quarter wave plate of the reflected optical path is 45 °.
  • the modulator LC panel of the reflected optical path can be driven so that the modulator LC panel of the transmitted optical path has a phase delay of 1/2 lambda, and vice versa.
  • the modulator LC panel of the reflected optical path can be driven to have a phase delay of 1/2 lambda
  • the modulator LC panel of the transmitted optical path can have a phase delay of 0 lambda.
  • both the transmitted light and the reflected light may be modulated to have right-circular polarization in the first time interval T0, and the transmitted and reflected light in the second time interval T1. Both can be modulated to have left-circular polarization.
  • the conventional 1/2 wave plate is omitted and the stereoscopic image is omitted by changing the slow axis of the 1/4 wave plate of the transmitted light path and the reflected light path. Can be implemented.
  • FIG. 18 illustrates a case in which the transmitted light and the reflected light are incident on the modulators in a state in which the transmitted light and the reflected light have a linear polarization in a direction perpendicular to each other without using a 1/2 wave plate for matching the linear polarization directions of the transmitted light and the reflected light.
  • the first time period T0 and the second time period T1 are different from each other.
  • the driving method of each modulator is the same.
  • the transmitted light and the reflected light may be modulated to have the same circular polarization direction in each time interval regardless of the linear polarization direction of the light incident on the modulators.
  • 19 and 20 are views for explaining a method of driving a stereoscopic image device according to the presence or absence of a half wave plate in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 illustrates an operation in a case where the positions of the quarter wave plate and the LC panel are changed in each modulator among the cases where the half wave plate is used as described above with reference to FIGS. 15 and 16.
  • a method of implementing a stereoscopic image device without a 1/2 wave plate is illustrated.
  • the order of the LC panel and the quarter wave plate is arranged in the opposite manner to that in FIG. 17.
  • the transmitted light and the reflected light have the same linear polarization direction by using the half wave plate.
  • the slow axis of the quarter wave plate of the transmitted light modulator and the slow axis of the quarter wave plate of the reflected light modulator are configured to have a difference of 90 degrees.
  • the transmitted light when the LC panel of the transmitted light modulator has a 1 / 2 ⁇ phase delay and the LC panel of the reflected light modulator has a 0 ⁇ phase delay during the first time interval T0 in FIG. 19, the transmitted light as shown in FIG. 19. Both and reflected light can be modulated to have the same right circularly polarized light.
  • the LC panel of the transmitted light modulator has a 0 ⁇ phase delay and the LC panel of the reflected light modulator has a 1 / 2 ⁇ phase delay during the second time interval T1
  • the reflected light can all be modulated to have the same left-circular polarization.
  • FIG. 20 illustrates a case in which a half wave plate is not used unlike FIG. 19, and thus, transmitted light and reflected light incident on the modulators are incident with linear polarization directions perpendicular to each other.
  • the quarter wave plate of the transmitted light modulator and the quarter wave plate of the reflected light modulator are preferably configured to have the same slow axis.
  • the transmitted light and the reflected light pass through the quarter wave plate at a specific time point
  • the transmitted light and the reflected light passing through the modulators are modulated to be circularly polarized light in the same direction. Can be.
  • the LC panels' orientation of the modulators is 90 ° to the slow axis of the quarter wave plate, respectively. It is desirable to have a difference.
  • the slow axis of the transmitted light modulator and the slow axis of the reflected light modulator coincide, so that the LC panel liquid crystal alignment direction of the transmitted light modulator and the LC panel liquid crystal alignment direction of the reflected light modulator are used. It is also desirable to match.
  • the present invention can be widely used in homes, offices, and the like, as well as theaters that require stereoscopic image screening in which left and right images have symmetrical quality with high brightness.

Abstract

프로젝터로부터 조사된 영상광을 편광성분에 따라 투과광 및 하나 이상의 반사광으로 공간적으로 분할하여 조사하는 편광 광분할기; 상기 투과광이 시분할적으로 번갈아 좌측 영상 또는 우측 영상으로 조사됨에 따라 서로 다른 편광을 가지도록 변조를 수행하여 스크린으로 조사되도록 하는 제 1 변조기; 및 상기 반사광이 시분할적으로 번갈아 좌측 영상 또는 우측 영상으로 조사됨에 따라 서로 다른 편광을 가지도록 변조를 수행하여 상기 스크린으로 조사되도록 하는 제 2 변조기를 포함하되, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 특정 시점에서 상기 제 1 변조기의 위상지연이 0 λ 및 1/2 λ 중 어느 하나를, 그리고 상기 제 2 변조기의 위상지연이 0 λ 및 1/2 λ 중 다른 어느 하나가 되도록 설정되는 입체영상 상영 장치를 제안한다.

Description

변조기 비대칭 구동을 이용한 고휘도 입체영상상영장치 및 이를 구동하는 방법
이하의 설명은 편광 광분할기를 이용하는 고휘도 입체영상 장치에 있어서 투과광로의 변조기와 반사광로의 변조기를 비대칭적으로 구동하여 변조기의 액정층을 단일 액정층으로 구현하고, 1/2 파장판을 사용하지 않아 휘도를 높인 장치 및 이를 위한 구동 방법에 대한 것이다.
일반적으로 입체 영상(또는 3D 영상)을 구현하는 방법은 인간의 두 눈에 서로 다른 영상을 조명함으로써 구현되며, 극장과 같은 대형 스크린을 통해 상영되는 입체 영상의 경우, 좌우측이 서로 수직하는 방향의 편광 렌즈를 가진 편광 안경을 통해, 좌측 영상과 우측 영상을 구분하여 투과시키는 편광 방식이 주로 이용되고 있다. 이는 두 개의 카메라를 이용하여 영상을 촬영하고, 그 두 개의 영상을 편광수단을 이용하여 서로 직각 편차를 가진 겹침 영상을 하나의 화면에 디스플레이하고, 상술한 편광 안경을 통해 두 개의 카메라가 촬영한 영상을 각각 좌우측 눈으로 보게 함으로써 입체 영상을 구현하는 방식이다.
도 1은 입체 영상 상영을 위한 종래 2 프로젝터 방식 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
상술한 바와 같은 편광 방식에 의한 입체 영상 상영을 하기 위해 종래 2 프로젝터 방식 시스템에서는 2 개의 기존의 2차원(2D) 프로젝터(1, 2)에 의해 하나의 프로젝터(1)에서는 좌측 영상을 조사하고, 다른 하나의 프로젝터(2)에서는 우측영상을 조사하도록 하여, 이들 각각의 영상을 편광 방향이 각각 수직인 편광필터들(3, 4)을 통과시켜 스크린(5)에 조사되도록 한다. 이와 같이 스크린(5)에 조사된 좌측 영상과 우측 영상이 겹쳐진 영상은 이후 관람자가 착용한 편광 안경(6)의 좌측 영상용 렌즈(7)와 우측 영상용 렌즈(8) 각각을 통해 관람자의 좌우안에 구분되어 보임으로서 입체감을 느끼게 하는 방식이다.
상술한 방식에 있어서 좌측 영상 및 우측 영상에 서로 다른 편광을 적용하는 것은 선편광 방식 및 원편광 방식 모두에 의해 가능하다.
이와 같은 종래의 2 프로젝터 방식 입체 영상 상영 시스템은, 프로젝터가 시간적으로 좌우영상을 교대로 조사하도록 하는 아래 1 프로젝터 방식으로 대체되고 있다.
도 2는 1 프로젝터 원편광필터 방식 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같은 입체영상 프로젝터 시스템은 좌측영상과 우측영상을 순차적으로 조사하는 하나의 프로젝터(201), 좌측 영상용 편광 필터와 우측 영상용 편광 필터를 포함하는 원편광필터부(202), 및 상술한 원편광필터부(202)를 프로젝터(201)의 좌측영상 조사와 우측영상 조사의 타이밍 동기에 맞게 회전시켜 구동하는 필터 구동부(203)를 포함한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 프로젝터(201)의 좌측영상 조사와 우측영상 조사의 타이밍 동기를 획득하여 상술한 필터 구동부(203)에 전달하는 동기부(204)를 더 포함할 수 있다.
프로젝터(201)는 좌측영상과 우측영상이 순차적으로 저장된 입체영상용 콘텐츠를 입력 받아 이 콘텐츠를 지속적으로 조사한다. 원편광필터부(202)는 상술한 바와 같이 좌측 영상용 편광 필름과 우측 영상용 편광 필름을 포함하며, 회전을 통해 프로젝터(201)가 좌측 영상을 조사하는 타이밍에는 좌측영상용 편광 필터가 프로젝터의 조사구에 위치하도록 하고, 프로젝터(201)가 우측 영상을 조사하는 타이밍에는 우측영상용 편광 필터가 프로젝터(201)의 조사구에 위치하도록 조절되는 것이다.
다만, 상술한 바와 같은 1 프로젝터 방식은 하나의 프로젝터로부터 조사되는 영상광을 좌우측 영상에 나누어 사용함에 따라 휘도(Brightness) 감소가 크게 문제가 된다.
상술한 바와 같은 종래 1프로젝터 시스템의 휘도 감소 문제를 해결하기 위해 편광 광 분할기를 이용하여 투과광과 반사광을 스크린에 모아 휘도를 개선 한 입체영상상영 장치가 도입되었다. 구체적으로 프로젝터로부터 좌측 영상과 우측 영상이 순차적으로 조사되는 입체영상광을 편광 광분할기를 이용하여 편광 성분에 따라 하나 이상의 투과광과 하나 이상의 반사광으로 분할 한 후, 투과광/반사광 각각에 대해 좌측 영상/우측 영상 조사 시점에 따라 서로 다른 편광 방향을 가지도록 변조기를 통해 변조한 후, 이들을 스크린 상에서 중첩될 수 있도록 하는 방식이 도입되었다.
다만, 상술한 바와 같은 장치에 있어서 변조기는 2개의 액정층을 이용하여 구동되어 왔고, 이와 같은 변조기의 경우 단일 액정셀에 비해 투명전극의 증가에 따른 어느 정도의 휘도 감소를 겪게 되는 문제가 있다.
또한, 편광 분할기에 의해 분할된 투과광과 반사광은 서로 수직하는 선편광 방향을 가지기 때문에, 이를 동일한 원편광광으로 변조하기 위해 투과광로 및 반사광로 중 어느 일측에 1/2 파장판을 사용하여, 이로 인해 일정 수준의 휘도가 감소하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제들을 해결하기 위해 변조기 비대칭 구동을 통해 고휘도 입체영상을 구현하는 장치 및 이를 구동하는 방법을 제안하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에서는 프로젝터로부터 조사된 영상광을 편광성분에 따라 하나 이상의 투과광 및 하나 이상의 반사광으로 공간적으로 분할하여 조사하는 편광 광분할기; 상기 투과광이 시분할적으로 번갈아 좌측 영상 또는 우측 영상으로 조사됨에 따라 서로 다른 편광을 가지도록 변조를 수행하여 스크린으로 조사되도록 하는 제 1 변조기; 및 상기 반사광이 시분할적으로 번갈아 좌측 영상 또는 우측 영상으로 조사됨에 따라 서로 다른 편광을 가지도록 변조를 수행하여 상기 스크린으로 조사되도록 하는 제 2 변조기를 포함하되, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 특정 시점에서 상기 제 1 변조기의 위상지연이 0 λ 및 1/2 λ 중 어느 하나를, 그리고 상기 제 2 변조기의 위상지연이 0 λ 및 1/2 λ 중 다른 어느 하나가 되도록 설정되는 입체영상 장치를 제안한다.
상기 입체영상 상영 장치는 1/2 파장판을 사용하지 않아 상기 제 1 변조기에 입사하는 투과광과 상기 제 2 변조기에 입사하는 반사광은 서로 수직하는 선편광 성분을 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 단일 액정층을 가지도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 선편광자, 단일 액정층 및 1/4 파장판을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 입체영상 장치가 1/2 파장판을 사용하는 경우, 상기 제 1 변조기의 1/4 파장판 의 제 1 지상축은 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축과 90 도 차이를 가지도록 구성되며, 상기 입체영상 장치가 1/2 파장판을 사용하지 않는 경우, 상기 제 1 변조기의 1/4 파장판의 제 1 지상축과 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축은 동일한 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 상기 선편광자, 상기 단일 액정층 및 상기 1/4 파장판 순서로 배치되는 구조를 가질 수도, 이와 달리, 상기 선편광자, 상기 1/4 파장판 및 상기 단일 액정층 순서로 배치되는 구조를 가질 수도 있다. 여기서 상기 선편광자는 생략될 수 있다.
또한, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기에 제 1 크기의 전압(이하, ‘VH’라 함)을 인가하는 경우 0 λ의 위상지연을 가지고, 제 2 크기의 전압(이하 ‘VL’이라 함)을 인가하는 경우 1/2 λ의 위상 지연을 가지는 경우, 상기 제 1 변조기에는 +VL, +VH, -VL, -VH이 반복되는 제 1 전압 패턴을 인가하고, 상기 제 2 변조기에는 상기 제 1 전압 패턴과 대응되는 시점에 ?VH, +VL, +VH, -VL이 반복되는 제 2 전압 패턴을 인가할 수 있다.
또한, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 중 어느 하나는 제 1 시간 구간 동안 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 우 원편광을 조사하고, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 중 다른 어느 하나는 상기 제 1 시간 구간 동안 1/2 λ의 위상지연을 통해 변조된 우 원편광을 조사하도록 구성될 수 있으며, 이 경우, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 중 어느 하나는 상기 제 1 시간 구간에 후속하는 제 2 시간 구간 동안 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 좌 원편광을 조사하고, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 중 다른 어느 하나는 상기 제 2 시간 구간 동안 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 좌 원편광을 조사하도록 구성될 수 있다.
이상의 설명에서, 상기 우 원편광 및 상기 좌 원편광은 각각 좌측 영상 또는 우측 영상 중 어느 하나씩에 대응할 수 있다.
또한, 상기 입체영상 상영 장치가 1/2 파장판을 추가적으로 사용하도록 구성되는 경우, 상기 제 1 변조기의 상기 단일 액정층의 제 1 배향 방향은 상기 제 2 변조기의 상기 단일 액정층의 제 2 배향 방향과 90 도 차이를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 1/2 파장판의 사용 여부와 관계 없이, 상기 제 1 변조기의 상기 단일 액정층 및 상기 제 2 변조기의 상기 단일 액정층이 OCB (Optically Compensated Bend) 형태로 구성되는 경우, 상기 제 1 지상축과 상기 제 1 배향 방향, 그리고 상기 제 2 지상축과 상기 제 2 배향 방향은 각각 90 도 차이를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 일 측면에서는 프로젝터로부터 조사된 영상광을 편광성분에 따라 하나 이상의 투과광 및 하나 이상의 반사광으로 공간적으로 분할하여 조사하는 편광 광분할기; 단일 액정층을 가지며, 제 1 시간 구간 동안 상기 투과광을 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 좌 원편광 및 우 원편광 중 어느 하나인 제 1 원편광으로, 그리고 상기 제 1 시간 구간에 후속하는 제 2 시간 구간 동안 상기 투과광을 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 좌 원편광 및 우 원편광 중 다른 어느 하나인 제 2 원편광으로 변조하도록 구성되는 제 1 변조기; 및 단일 액정층을 가지며, 상기 제 1 시간 구간 동안 상기 반사광을 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 상기 제 1 원편광으로, 그리고 상기 제 2 시간 구간 동안 상기 반사광을 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 상기 제 2 원편광으로 변조하도록 구성되는 제 2 변조기를 포함하는, 입체영상 장치를 제안한다.
이 경우, 상기 입체영상 상영 장치는 1/2 파장판을 사용하지 않아 상기 제 1 변조기에 입사하는 투과광과 상기 제 2 변조기에 입사하는 반사광은 서로 수직하는 선편광 성분을 가질 수 있으며, 여기서 상기 제 1 변조기의 1/4 파장판의 제 1 지상축과 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축은 동일한 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 측면에서는 프로젝터로부터 조사된 영상광을 편광성분에 따라 제 1 선편광 방향을 가지는 하나 이상의 투과광 및 상기 제 1 선편광 방향과 수직하는 제 2 선편광 방향을 가지는 하나 이상의 반사광으로 공간적으로 분할하여 조사하는 편광 광분할기; 상기 제 1 선편광 성분을 가지는 투과광을 입력 받아, 제 1 시간 구간 동안 상기 투과광을 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 좌-원편광 및 우-원편광 중 어느 하나인 제 1 원편광으로, 그리고 상기 제 1 시간 구간에 후속하는 제 2 시간 구간 동안 상기 투과광을 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 좌-원편광 및 우-원편광 중 다른 어느 하나인 제 2 원편광으로 변조하도록 구성되는 제 1 변조기; 및 상기 제 2 선편광 성분을 가지는 반사광을 입력 받아, 상기 제 1 시간 구간 동안 상기 반사광을 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 상기 제 1 원편광으로, 그리고 상기 제 2 시간 구간 동안 상기 반사광을 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 상기 제 2 원편광으로 변조하도록 구성되는 제 2 변조기를 포함하는, 입체영상 장치를 제안한다.
여기서, 상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 단일 액정층을 가지도록 구성될 수 있으며, 상기 제 1 변조기의 1/4 파장판의 제 1 지상축과 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축은 동일한 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들에 따를 경우, 단일 액정 변조기를 이용하여 고휘도의 입체영상을 획득함과 동시에 비대칭 구동을 통해 좌측영상과 우측 영상의 투과율, 크로스토크, 색감 등을 대칭적으로 방출시켜 입체영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 변조기의 비대칭 구동을 이용하여 종래 입체영상 장치의 1/2 파장판의 사용을 생략할 수 있어 제조원가 절감 및 추가적인 휘도 증가를 획득할 수 있다.
도 1은 입체 영상 상영을 위한 종래 2 프로젝터 방식 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 1 프로젝터 원편광필터 방식 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 편광 광분할기를 이용한 입체영상상영 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 편광 광분할기를 이용한 입체영상상영 장치를 설명하기 위한 또 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 이중 액정층을 가지는 변조기를 이용한 입체영상 장치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3 내지 도 5와 관련하여 상술한 입체영상 장치에 적용되는 일반적인 변조기 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 이중 액정층을 가지는 변조기를 이용할 경우의 단점에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일 액정층을 가지는 변조기를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따라 단일 액정층을 가지는 변조기를 이용하는 입체영상 장치의 구동 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 바람직한 일 실시형태에 따른 입체영상 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11과 같은 비대칭 구동 전압을 통해 입체영상을 상영할 경우의 변조기 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 11과 같은 입체영상 장치에 투과광로 변조기와 반사광로 변조기에 인가되는 구동전압 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 11의 입체영상 장치의 구동 메커니즘을 종합적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 15 및 16은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 단일 액정 변조기를 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 18은 본 발명의 일 실시형태에서 1/2 파장판 유무에 따라 입체영상 장치를 구동하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19 및 20은 본 발명의 다른 일 실시형태에서 1/2 파장판 유무에 따라 입체영상 장치를 구동하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다.
먼저 본 발명의 일 측면에서는 편광 광분할기를 이용하는 고휘도 입체영상 장치에 있어서 단일 액정층을 가지는 변조기를 이용하여 휘도를 높인 장치 및 이를 위한 구동 방법을 제안한다. 이를 위해 먼저 본 발명이 적용되는 편광 광분할기를 이용하는 입체영상 장치에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 편광 광분할기를 이용한 입체영상상영 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 입체영상상영 장치는 편광 광분할기(polarizing beam splitter(PBS); 301)를 이용하여 프로젝터(302)로부터 조사된 광을 2가지 경로로 분할 하여 처리한 후, 이를 다시 스크린(303)에서 중첩시켜서 휘도를 개선하는 방식으로 동작한다.
구체적으로, 프로젝터(302)로부터 나오는 영상광은 편광 광분할기(301)에서 두 개의 편광성분을 갖는 빛으로 나뉜다. 즉, S-편광 및 P-편광성분을 갖는 빛은 PBS(301)에서 반사 또는 투과된다. 투과된 P-편광성분을 갖는 광은 렌즈(304)에 의하여 상이 확대되어 스크린(303) 상에 영상이 맺힌다. 한편, 반사된 S-편광광은 반사경(305)에 의하여 반사되어 스크린(303)에 도달한다. 위와 같은 두 개의 투과/반사된 광은 변조기(306, 307)에 의하여 동일한 선편광 또는 원편광으로 바뀌어 사용하게 된다.
한편 상기 두 개의 투과/반사된 광은 서로 다른 편광성분을 가지게 되므로 이를 동일한 편광으로 변환시키는 것이 요구되었다. 이를 위한 시스템의 일례에서는 변조기(307)을 거치는 반사광로에 1/2 파장판(Half wave plate; 308)을 사용하고, 변조기(306)을 거치는 투과광로에는 이와 달리 1/2 파장판을 사용하지 않음으로써, 양 광로의 영상광이 변조기들(306,307)의 전단에서는 모두 동일한 선편광(예를 들어, P-편광)을 가지고, 변조기들(306,307)을 거친 후에는 모두 동일한 방향의 원편광 또는 경우에 따라 모두 동일한 방향의 선편광을 가지게 하였다.
반대로, 변조기(307)을 거치는 반사광로에는 1/2 파장판을 사용하지 않고, 변조기(306)을 거치는 투과광로에는 1/2 파장판(309)을 사용하여, 양 광로의 영상광이 변조기들(306,307)의 전단에서는 모두 S-편광을 가지고, 변조기들(306,307)을 거친 후에는 모두 동일한 방향의 원편광 또는 경우에 따라 모두 동일한 방향의 선편광을 가지게 할 수도 있다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 편광 광분할기를 이용한 입체영상상영 장치를 설명하기 위한 또 다른 일례를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 4에 도시된 입체영상 장치는 편광 광분할기에 의해 영상광이 3개로 분할되어 처리되는 3중광 시스템에 대한 것이다.
도 4에서 프로젝터(401)에 의해 조사된 영상광은 편광 광분할기(402, 403)를 투과하여 진행하는 제 1 영상광, 편광 광분할기(402)에 의해 반사되어 반사부재(404)를 통해 반사되어 진행하는 제 2 영상광, 그리고 편광 광분할기(403)에 의해 반사되어 반사부재(405)를 통해 반사되어 진행하는 제 3 영상광으로 분할될 수 있다. 이때, 투과광과 반사광은 편광 성분에 따라 하나의 이미지광이 분할되는 것이고, 2개의 반사광은 하나의 이미지광을 이등분 분할을 하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 시스템에서 분리된 2개의 반사광은 스크린 상에서 하나의 이미지로 이미지 결합이 되는 것이 바람직하다.
도 4의 실시 예에서는 편광 광분할기(402, 403)가 도시된 바와 같이 구부러져 있는 형태를 가지며, 중앙부를 통과하는 광이 편광 광분할기(402, 403)의 연결부에 입사함에 따른 유실을 막기 위해 굴절부재(406, 407)를 포함하는 것을 도시하고 있다.
한편, 도 4의 편광 광분할기(402, 403)는 투과광과 반사광의 광로차 등을 고려하여 프리즘 형태로 구현될 수도 있으며, 그 밖에도 다양한 방식이 이용될 수 있다.
다만, 상술한 바와 같은 2중광(도 3)/3중광(도 4) 시스템의 경우 변조기들을 각각 개념적으로 도시한 것이고, 이들 변조기들을 후술하는 바와 같이 2개의 액정층을 가지도록 구성되었다.
도 5는 이중 액정층을 가지는 변조기를 이용한 입체영상 장치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 3중광 방식 입체영상 장치는 도 4에 도시된 3중광 방식과 대비하여 도 4의 편광 광분할기(402, 403)를 프리즘 형태의 편광 광분할기(501)를 이용한 점을 제외하면 동일하다. 그리고, 도 5는 도 4의 시스템에서 투과광이 편광 광분할기(501)를 투과한 후, 그리고 반사광이 반사부재들(404, 405)에 의해 반사된 이후의 처리를 추가적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 예에서는 편광 광분할기(501)를 투과하는 투과광은 P-편광, 그리고 반사되는 반사광은 S-편광으로 나타내었다. 이들 투과광과 반사광의 편광 방향을 맞추기 위해 도 5의 예에서는 반사광의 반사광로에 1/2 파장판(502)을 배치하는 것을 도시하고 있다. 이를 통해 투과광과 반사광은 모두 P-편광으로 변환되어 변조기들(503)에 입사될 수 있다. 물론, 도 3과 관련하여 상술한 바와 같이 1/2 파장판(502)은 도 5와 같이 반사광로에 위치하는 대신 투과광로에 위치하여 투과광과 반사광을 모두 S-편광으로 바꾸어 변조기들(503)에 입사시킬 수도 있다.
한편, 투과광과 반사광은 변조기들(503)을 통해 좌측 영상과 우측 영상의 조사 시점에 맞추어 각각 서로 다른 방향의 선편광 또는 원편광으로 변조될 수 있다. 예를 들어, LC 패널 구동기(504)는 프로젝터(401)에서 좌측 영상이 조사되는 시간 구간과 우측 영상이 조사되는 시간 구간의 변화에 맞게 변조기들(503)에 서로 반대방향의 구동 전압을 대칭적으로 인가하여 좌측 영상은 좌-원편광으로, 우측 영상은 우-원편광으로 변조할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 변조기들(503)은 이중 액정층을 가지도록 구성되며, 이는 도 3에서 개념적으로 도시한 변조기들(306, 307) 역시 동일하다.
도 6은 도 3 내지 도 5와 관련하여 상술한 입체영상 장치에 적용되는 일반적인 변조기 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이 도 3 내지 도 5에서 상술한 입체영상 장치에 적용되는 일반적인 변조기는 선편광자(601), 제1 액정층(602) 및 제2 액정층(603)을 포함하는 이중 액정층 구조 LC 패널이 이용된다. 구체적인 구현의 일례로서, 상기 제 1 액정층(602) 및 제 2 액정층(603)이 OCB 형태로 구성되는 경우, 제1 액정층(602)의 배향 방향(604)은 +45°이고, 제2 액정층(603)의 배향 방향(605)은 +135°일 수 있다. 이와 같은 2개 액정층의 배향방향은 90° 차이를 가지도록 배치되어 이들을 통과한 선편광은 구동 전압에 따라 좌-원편광 또는 우-원편광으로 변조될 수 있다.
도 7은 이중 액정층을 가지는 변조기를 이용할 경우의 단점에 대해 설명하기 위한 도면이다.
제 1 액정층(602)과 제 2 액정층(603)을 구동 전압에 따라 제어하기 위해서는 도 7에 도시된 바와 같이 각 액정층들을 둘러싼 투명전극(701)이 요구된다. 이러한 투명 전극(701)에 좌측 영상/우측 영상 조사시점에 맞추어 서로 반대방향의 구동 전압을 인가함에 따라 제 1 액정층(602) 및 제 2 액정층(603)을 1/4 λ로 위상 지연 시켜서 좌-원편광/우-원편광을 생성할 수 있다.
다만, 이러한 투명 전극(701)의 배치는 도 7에 도시된 바와 같은 광손실을 야기시킬 수 있다. 즉, 도 5의 예에서 변조기들에 입사되는 P-편광의 투과광과 반사광은 이중 액정층을 가지는 변조기를 통과하면서 도 7과 같이 서로 다른 굴절율을 갖는 매질을 통과하면서 일부 반사되는 광에 의한 광손실을 겪게 되고, 이는 휘도 감소로 이어질 수 있다. 또한, 이러한 이중 액정층을 가지는 변조기는 상술한 바와 같이 투명 전극에 의한 밝기 손실뿐만 아니라, 광 접착(702)에 의한 변조기 제조의 어려움, 유지 보수의 어려움 등의 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 도 3 내지 도 5와 관련하여 상술한 바와 같은 2중광/3중광 입체영상 장치에 단일 액정층을 가지는 변조기를 이용하면서도 고휘도 및 고품질의 입체영상을 상영할 수 있는 장치를 제안하고자 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일 액정층을 가지는 변조기를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시형태에 따른 단일 액정층 변조기(800)는 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 선편광자(801), 액정층(액정셀)(802), 및 1/4 파장판(803)을 포함할 수 있다. 만일, 액정층이 OCB 방식으로 구성되는 경우 이 액정층(802)의 배향 방향이 1/4 파장판(803)과 90˚ 차이를 가지고 배치됨에 따라 이를 투과하는 선편광이 원편광으로 변조될 수 있다.
또한, 단일 액정층에 좌측 영상/우측 영상 조사 시점에 맞추어 구동 전압을 달리 인가해 줌에 따라 좌-원편광/우-원편광으로 변조할 수 있으며, 이를 위해 액정층을 둘러싸고 도 9에 도시된 바와 같이 투명전극(901)이 배치될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 단일 액정층을 가지는 변조기를 이용할 경우 도 7에 도시된 바와 같이 이중 액정층을 가지는 변조기를 이용할 경우에 비해 광손실을 현저하게 줄일 수 있음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따라 단일 액정층을 가지는 변조기를 이용하는 입체영상 장치의 구동 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에서 상단은 투과광로 영상광의 프로세싱을, 하단은 반사광로 영상광의 프로세싱을 나타낸다. 먼저 도 10 하단의 반사광로의 광은 수평방향 편광을 가지는 상태에서 1/2 파장판(1006)을 통과하면서 투과광과 동일하게 수직방향을 가지는 상태가 될 수 있으며, 이와 반대로 상단의 투과광로의 광은 수직방향 편광을 가지는 상태에서 1/2 파장판(1001)을 통과하면서 반사광과 동일하게 수평방향을 가지는 상태가 될 수 있다. 단일 액정층(액정셀: 1002, 1007) 앞에 필요에 따라 선편광자가 추가되어서 수직 또는 수평 편광을 깨끗하게(Clean-UP) 할 수도 있다.
본 실시형태에 따른 단일 액정층(액정셀; 1002, 1007)은 구동 전압의 크기가 작은 VL일 경우 1/2 λ 위상지연을 가지고, 구동 전압의 크기가 큰 VH인 경우 0λ 의 위상지연을 가지는 것을 가정한다. 한편, 1/4 파장판(1003, 1008)은 135˚ 또는 45˚의 지상축을 가질 수 있으며, 도 10의 예에서는 투과광로의 1/4 파장판(1003)과 반사광로의 1/4 파장판(1008)이 135˚ 또는 45˚ 중 어느 하나로 동일한 지상축을 가지는 것을 가정한다.
이와 같은 구조를 가지는 입체영상 장치의 변조기들(1004, 1005)에 도 10의 우측과 같은 패턴의 구동 전압을 인가하는 경우 좌측영상 조사 시점에 우-원편광으로, 우측영상 조사 시점에 좌-원편광으로 변조하여 입체영상을 구현할 수 있다.
이와 같이 단일 액정층을 가지는 변조기를 이용함으로써 이중 액정층을 가지는 변조기를 이용하는 경우에 비해 더욱 고휘도의 입체영상을 획득할 수 있다. 또한, 도 10에서 설명한 장치 구성 및 구동 방법은 도 4 내지 5와 같은 3중광 시스템뿐만 아니라 도 3과 같은 2중광 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
다만, 상술한 바와 같은 실시형태에 따를 경우 다음과 같은 단점이 발생할 여지가 있다.
단일 액정층을 이용하는 변조기에서 구동 전압에 따라 0 λ 또는 1/2 λ 의 위상지연을 가질 수 있음은 상술한 바와 같다. 만일, 액정층이 0 λ 의 위상 지연을 가질 경우 액정층 및 1/4 파장판을 통과한 광은 왜곡 없는 좌-원편광으로 변조되는 반면, 액정층이 1/2 λ 의 위상 지연을 가질 경우 액정층 및 1/4 파장판을 통과한 광은 다소 품질이 떨어지는 우-원편광으로 변조되어, 결과적으로 좌측 영상과 우측 영상이 투과율, 크로스토크, 색감 등이 대칭되지 않는 문제가 있다. 이와 같이 좌/우 영상간 비대칭 문제는 편광 광분할기를 이용하는 입체영상 장치에 있어서 단일 액정층을 가지는 변조기를 사용하는데 장해물이 될 수도 있다.
상술한 바와 같은 비대칭 문제는 단일 액정층을 이용하는 경우뿐만 아니라 일반적인 변조기를 사용하는 경우에도 유사하게 문제가 될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 바람직한 일 실시형태에 따른 입체영상 장치를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 11은 비대칭 구동기(1103)를 이용하여 변조기들(1101, 1102)의 구동 전압을 투과광로 변조기(1102)와 반사광로 변조기(1101)에 비대칭으로 구동하도록 설정하여 상술한 바와 같이 좌측 영상/우측 영상의 비대칭 문제를 해결하고자 한다.
구체적으로 상술한 바와 같이 단일 액정 변조기(1101, 1102)에 VL크기의 전압이 인가되는 경우 1/2 λ의 위상지연을 가지고, VH 크기의 전압이 인가되는 경우 0 λ의 위상지연을 가지는 경우, 좌측 영상이 조사되는 제 1 시간구간에 조사되는 좌측 영상은, 예를 들어, 투과광로 변조기(1102)는 0λ의 위상지연을 통해 생성된 좌-원편광과 반사광로 변조기(1101)는 1/2λ의 위상지연을 통해 생성된 좌-원편광의 스크린 상에서의 중첩되게 조사하고, 우측 영상이 조사되는 제 2 시간구간에 조사되는 우측 영상은, 예를 들어, 투과광로 변조기(1102)는 1/2λ의 위상지연을 통해 생성된 우-원편광과 반사광로 변조기(1101)는 0λ의 위상지연을 통해 생성된 우-원편광을 스크린 상에서의 중첩으로 조사하는 방법을 제안한다.
이를 위해 LC 패널 비대칭 구동기(1103)는 특정 시점에서 투과광로 변조기(1102)에 인가되는 전압의 크기가 VH인 경우, 반사광로 변조기(1101)에 인가되는 전압의 크기를 VL로 설정하여 인가하는 것을 제안한다. 반대로, 투과광로 변조기(1102)에 인가되는 전압의 크기가 VL인 경우, 반사광로 변조기(1101)에 인가되는 전압의 크기를 VH로 설정하여 인가하는 것을 제안한다.
도 12는 도 11과 같은 투과광로 변조기(1102)와 반사광로 변조기(1101)의 구조상으로 차이로 인해서 비대칭 구동 전압을 인가하는 것이 바람직하며, 이와 같이 입체영상을 상영할 경우의 변조기 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12에서 반사광로 변조기(1101) 및 투과광로 변조기(1102)는 모두 선편광자(1201), 단일 액정층(1202-1, 1202-2) 및 1/4 파장판(1203-1, 1203-2)을 포함하는 점에 있어서 동일하다. 다만, 본 실시형태에서는 반사광로의 1/4 파장판(1203-1)의 지상축과 투과광로의 1/4 파장판(1203-2)의 지상축이 90도 차이가 나도록 배치하는 것을 제안한다. 예를 들어 반사광로의 1/4 파장판(1203-1)의 지상축을 135도로 하는 경우, 투과광로의 1/4 파장판(1203-2)의 지상축은 45로 할 수 있으며, 이와 반대로 설정할 수도 있다.
또한, 단일 액정층(1202-1, 1202-2)이 OCB 방식으로 구현되는 경우, 투과광로의 액정층(1202-2)의 배향방향은 45˚, 1/4 파장판(1203-2)의 지상축은 135˚를 가지도록 설정될 수 있으며, 반사광로의 액정층(1202-1)의 배향방향은 135 ˚, 1/4 파장판(1203-1)의 지상축은 45 ˚를 가지도록 배치될 수 있다. 다만, 액정층(1202-1, 1202-2)이 TN LC 패널 등으로 구성되는 경우 TN LC 패널은 0˚와 90˚ 배향 방향을 가지도록 구성되어 위의 실시 예에 한정될 필요는 없다.
도 13은 도 11과 같은 입체영상 장치에 투과광로 변조기(1102)와 반사광로 변조기(1101)에 인가되는 구동전압 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이 본 실시형태에서 비대칭 구동기는 특정 시점에서 투과광로 변조기 와 반사광로 변조기 중 일측에 VH 크기의 전압을 인가하는 경우, 대응하는 시점에 다른 일측에 VL 크기의 전압을 인가하여 비대칭적으로 전압을 인가하는 것을 제안한다. 도 13의 패턴은 상술한 바와 같은 사항을 고려하여 최적화된 구동전압 패턴의 일례를 도시한 것이지만, 상술한 바와 같은 특징을 유지하는 한 도 13의 구동 전압 패턴에 한정될 필요는 없다.
도 14는 도 11의 입체영상 장치의 구동 메커니즘을 종합적으로 설명하기 위한 도면이다.
1/2 파장판(1401 또는 1406)을 통해 투과광과 반사광이 모두 수직 편광 또는 수평 편광이 된 상태에서 특정 시점(예를 들어, 좌측 영상이 조사되는 시점)에 투과광로 변조기(1404)에는 VL+의 구동 전압이, 그리고 반사광로 변조기(1405)에는 VH+의 구동 전압이 인가될 수 있다. 단일 액정층(액정셀: 1402, 1407) 앞에 선편광자가 추가되어서 필요에 따라 수직 또는 수평 편광을 깨끗하게(Clean-UP) 할 수 있다. 이 경우, 투과광로 변조기(1404)의 액정층(1402)은 1/2λ의 위상지연을, 반사광로 변조기(1405)의 액정층(1407)은 0λ의 위상지연을 가질 수 있다. 다만, 투과광로 변조기(1404)의 1/4 파장판(1403)의 지상축과 반사광로 변조기(1405)의 1/4 파장판(1408)의 지상축은 90˚ 차이를 가지도록 구성되기 때문에 특정 시점의 투과광과 반사광은 모두 좌/우-원편광 중 동일한 어느 한 방향의 원편광(예를 들어, 우-원편광)으로 변조될 수 있다.
위와 같이 특정 시점에 투과광과 반사광 중 어느 일측은 0λ위상 지연에 의한 좌측 영상이, 그리고 다른 일측은 1/2 λ위상 지연에 의한 좌측 영상이 생성되어 스크린에서 중첩되는 경우, 상술한 바와 같이 좌측 영상/우측 영상 중 어느 일측에만 1/2 λ위상 지연에 따른 영상이 집중되는 비대칭 문제로 인하여 입체영상의 품질 저하를 효율적으로 감소시킬 수 있으므로, 고휘도 및 고품질의 입체영상을 제공할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 바람직한 실시형태에 따를 경우 단일 액정 변조기를 이용하여 고휘도의 입체영상을 획득함과 동시에 비대칭 구동을 통해 좌측영상과 우측 영상 일측의 투과율, 크로스토크, 색감 등을 대칭적으로(symmetrically) 개선시킬 수 있다.
도 15 및 16은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 단일 액정 변조기를 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이 단일 액정 변조기(1101, 1102)는 선편광자(1201), 액정셀(1202-1, 1202-2), 그리고 1/4 파장판(1203-1, 1203-2)의 순서를 가지고 배치될 수도 있으나, 도 15에 도시된 바와 같이 선편광자(1501), 1/4 파장판(1502-1, 1502-2), 그리고 액정셀(1503-1, 1503-2)의 순서로 배치될 수도 있다.이와 같은 단일 액정 변조기를 이용한 동작은 도 16을 참조하여 설명한다.
동일한 수직 방향 또는 수평 방향의 투과광과 반사광이 투과광로 및 반사광로 변조기들(1504, 1505)의 1/4 파장판(1602, 1607)들을 통과함에 따라 투과광은 좌-원편광이, 반사광은 우-원편광이 형성되는 것을 도시하고 있다. 이는 도 16에 도시된 바와 같이 투과광로 변조기(1505)의 1/4 파장판(1602)은 135˚의 지상축을, 반사광로 변조기(1504)의 1/4 파장판(1607)은 45˚의 지상축을 가지도록 설정될 수 있으며, 또는 이와 반대로 지상축이 서로 90˚ 차이를 갖도록 설정할 수도 있다.
한편, 본 실시형태에서 역시 특정 시점에서 투과광로 변조기(1505)와 반사광로 변조기(1505)에 VH, VL 중 서로 다른 크기의 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 이를 통해 특정 시점에 투과광 액정셀(1603)은 VH 크기 전압 인가시 0 λ 의 위상지연을 가져, 좌-원편광이 그대로 유지되는 반면, 반사광 액정셀(1608)은 VL크기 전압 인가 시 1/2λ의 위상지연을 가져, 우-원편광이 다시 좌-원편광으로 변환될 수 있다.
이에 따라 특정 시점에서의 투과광과 반사광은 동일한 방향의 원편광을 가져, 스크린에서 중첩된 이미지를 조사할 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 다른 일 측면으로서 상술한 바와 같은 입체영상 장치를 1/2 파장판 없이 구현하는 방법에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이 종래 편광 광분할기를 이용하는 입체영상 장치에 있어서 편광 광분할기에 의해 반사된 반사광과 투과광은 서로 수직하는 선편광(예를 들어, P-편광과 S-편광)을 가지기 때문에, 투과광로 및 반사광로 중 어느 일측에 1/2 파장판(1/2 λ retarder)을 구비하여 이들의 선편광 방향을 일치시키는 것이 요구되었다. 다만, 상술한 바와 같은 변조기들의 비대칭 구동 원리를 이용하는 경우, 종래 1/2 파장판을 생략하여 추가적으로 휘도 증가를 획득할 수 있다.
도 17 및 18은 본 발명의 일 실시형태에서 1/2 파장판 유무에 따라 입체영상 장치를 구동하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로 도 17은 도 14에서 상술한 바와 같이 1/2 파장판을 이용할 경우의 변조기 비대칭 구동에 의한 동작 방식을 도시하고 있으며, 도 18은 이와 대비하여 1/2 파장판 없이도 변조기 비대칭 구동에 의해 입체영상을 구현하는 방식을 도시하고 있다.
1/2 파장판을 사용하는 경우 도 17에 도시된 바와 같이 투과광로와 반사광로의 광은 모두 동일한 선편광 방향을 가지고 변조기들에 입사될 수 있다. 도 17에서는 투과광과 반사광이 모두 수직방향 선편광을 가지고 변조기들에 입사되는 것을 예로서 도시하고 있다.
도 14와 관련하여 상술한 바와 같이 투과광로의 1/4 파장판의 지상축과 반사광로의 1/4 파장판의 지상축은 90˚ 차이를 가지도록 구비될 수 있으며, 도 17에서는 투과광로의 1/4 파장판의 지상축은 135˚, 반사광로의 1/4 파장판의 지상축은 45˚로 예시하고 있다.
또한, 제 1 시간구간(T0)에는 반사광로의 변조기 LC 패널이 0 λ의 위상지연을 가지고, 투과광로의 변조기 LC 패널은 1/2 λ의 위상지연을 가지도록 구동될 수 있으며, 이와 반대로, 제 2 시간구간(T1)에서는 반사광로의 변조기 LC 패널이 1/2 λ의 위상지연을 가지고, 투과광로의 변조기 LC 패널은 0 λ의 위상지연을 가지도록 구동될 수 있다. 이와 같은 비대칭 구동에 따라, 도 17에 도시된 바와 같이 제 1 시간구간(T0)에서는 투과광과 반사광이 모두 우-원편광을 가지도록 변조될 수 있으며, 제 2 시간구간(T1)에서는 투과광과 반사광이 모두 좌-원편광을 가지도록 변조될 수 있다.
다만, 상술한 바와 같은 비대칭 구동 원리를 이용하면, 도 18에 도시된 바와 같이 투과광로와 반사광로의 1/4 파장판의 지상축을 일치시키는 변화를 통해 종래 1/2 파장판을 생략하고 입체영상을 구현할 수 있다.
구체적으로, 도 18은 투과광과 반사광의 선편광 방향을 일치시키기 위한 1/2 파장판을 사용하지 않아 투과광과 반사광이 서로 수직하는 방향의 선편광을 가진 상태로 변조기들에 입사되는 경우를 도시하고 있다.
도 18에서는 도 17과 달리 투과광로의 변조기와 반사광로의 변조기의 1/4 파장판의 지상축이 일치하는 점을 제외하고는, 제 1 시간 구간(T0) 및 제 2 시간 구간(T1)에서 각 변조기를 구동하는 방식은 동일하다. 이와 같이 각 변조기의 1/4 파장판의 지상축을 변경하는 경우, 변조기들에 입사하는 광의 선편광 방향과 무관하게 각 시간 구간에서 투과광과 반사광이 모두 동일한 원편광 방향을 가지도록 변조될 수 있다.
도 19 및 20은 본 발명의 다른 일 실시형태에서 1/2 파장판 유무에 따라 입체영상 장치를 구동하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로 도 19는 도 15 및 16에서 상술한 바와 같이 1/2 파장판을 이용하는 경우 중 각 변조기에서 1/4 파장판과 LC 패널의 위치를 변경한 경우의 동작을 도시하고 있으며, 도 20은 동일한 상황에서 1/2 파장판 없이 입체영상 장치를 구현하는 방식을 도시하고 있다.
도 19에서 투과광로의 변조기와 반사광로의 변조기에서 LC 패널과 1/4 파장판의 순서가 도 17과 반대로 배치되어 있으나, 1/2 파장판을 이용하여 투과광과 반사광이 동일한 선편광 방향을 가지고 입사하는 경우, 투과광로 변조기의 1/4 파장판의 지상축과 반사광로 변조기의 1/4 파장판의 지상축이 90˚ 차이를 가지도록 구성되는 점을 동일하다.
도 19에서 제 1 시간 구간(T0) 동안 투과광로 변조기의 LC 패널이 1/2λ 위상 지연을 가지고, 반사광로 변조기의 LC 패널이 0λ 위상 지연을 가지도록 구동되는 경우 도 19에 도시된 바와 같이 투과광과 반사광은 모두 동일하게 우-원편광을 가지도록 변조될 수 있다. 또한, 제 2 시간 구간(T1) 동안 투과광로 변조기의 LC 패널이 0λ 위상 지연을 가지고, 반사광로 변조기의 LC 패널이 1/2λ 위상 지연을 가지도록 구동되는 경우 도 19에 도시된 바와 같이 투과광과 반사광은 모두 동일하게 좌-원편광을 가지도록 변조될 수 있다.
도 20은 도 19와 달리 1/2 파장판을 사용하지 않는 경우에 대한 것이며, 이에 따라 변조기들에 입사하는 투과광과 반사광은 서로 수직하는 선편광 방향을 가지고 입사되는 것을 도시하고 있다. 도 20에서도 도 18에서 설명한 바와 같이 1/2 파장판을 사용하지 않는 경우 투과광로 변조기의 1/4 파장판과 반사광로 변조기 1/4 파장판이 동일한 지상축을 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.
투과광로 변조기의 1/4 파장판과 반사광로 변조기 1/4 파장판이 동일한 지상축을 가지는 경우 도 20에 도시된 바와 같이 특정 시점에서 투과광과 반사광이 1/4 파장판을 통과한 후 서로 반대 방향의 원편광을 가질 수 있으나, 본 실시형태에서는 변조기들의 LC 패널이 해당 시점에서 서로 1/2 λ 위상지연 차이를 가지도록 구동되기 때문에 변조기들을 통과한 투과광과 반사광은 모두 동일한 방향의 원편광으로 변조될 수 있다.
한편, 1/2 파장판을 사용하는 경우에 대한 상술한 설명에서와 같이 1/2 파장판을 사용하지 않는 경우에도 변조기들의 LC 패널의 배향방향은 1/4 파장판의 지상축과 각각 90˚차이를 가지는 것이 바람직하다. 다만, 1/2 파장판을 사용하지 않는 경우에는 투과광로 변조기의 지상축과 반사광로 변조기의 지상축이 일치하기 때문에, 투과광로 변조기의 LC 패널 액정 배향 방향과 반사광로 변조기의 LC 패널 액정 배향 방향도 일치하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 상술한 설명으로부터 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명은 고휘도와 함께 좌우 영상이 대칭적 품질을 가지는 입체영상 상영이 필요로 하는 극장뿐만 아니라, 가정, 사무실 등에도 광범위하게 이용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 프로젝터로부터 조사된 영상광을 편광성분에 따라 하나 이상의 투과광 및 하나 이상의 반사광으로 공간적으로 분할하여 조사하는 편광 광분할기;
    상기 투과광이 시분할적으로 번갈아 좌측 영상 또는 우측 영상으로 조사됨에 따라 서로 다른 편광을 가지도록 변조를 수행하여 스크린으로 조사되도록 하는 제 1 변조기; 및
    상기 반사광이 시분할적으로 번갈아 좌측 영상 또는 우측 영상으로 조사됨에 따라 서로 다른 편광을 가지도록 변조를 수행하여 상기 스크린으로 조사되도록 하는 제 2 변조기를 포함하되,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 특정 시점에서 상기 제 1 변조기의 위상지연이 0 λ 및 1/2 λ 중 어느 하나를, 그리고 상기 제 2 변조기의 위상지연이 0 λ 및 1/2 λ 중 다른 어느 하나가 되도록 설정되어, 상기 특정 시점에서 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 원편광광과 1/2 λ의 위상지연을 통해 변조된 원편광광이 결합되도록 구성되는, 입체영상 상영 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입체영상 상영 장치는 1/2 파장판을 사용하지 않는, 입체영상 상영 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 단일 액정층을 가지도록 구성되는, 입체영상 상영 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 단일 액정층 및 1/4 파장판을 포함하는, 입체영상 상영 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입체영상 상영 장치는 1/2 파장판을 사용하지 않으며,
    상기 제 1 변조기의 1/4 파장판의 제 1 지상축과 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축은 동일한 방향으로 배치되는, 입체영상 상영 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 입체영상 상영 장치는 1/2 파장판을 사용하며,
    상기 제 1 변조기의 1/4 파장판의 제 1 지상축은 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축과 90 도 차이를 가지도록 구성되는, 입체영상 상영 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 광의 입사 방향으로부터 단일 액정층 및 1/4 파장판 순서로 배치되는 구조를 가지는, 입체영상 상영 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 광의 입사 방향으로부터 1/4 파장판 및 단일 액정층 순서로 배치되는 구조를 가지는, 입체영상 상영 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기에 제 1 크기의 전압(이하, ‘VH’라 함)을 인가하는 경우 0 λ의 위상지연을 가지고, 제 2 크기의 전압(이하 ‘VL’이라 함)을 인가하는 경우 1/2 λ의 위상 지연을 가지며,
    상기 제 1 변조기에는 +VL, +VH, -VL, -VH이 반복되는 제 1 전압 패턴을 인가하고,
    상기 제 2 변조기에는 상기 제 1 전압 패턴과 대응되는 시점에 ?VH, +VL, +VH, -VL이 반복되는 제 2 전압 패턴을 인가하는, 입체영상 상영 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 중 어느 하나는 제 1 시간 구간 동안 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 우-원편광을 조사하고,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 중 다른 어느 하나는 상기 제 1 시간 구간 동안 1/2 λ의 위상지연을 통해 변조된 우-원편광을 조사하도록 구성되는, 입체영상 상영 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 중 어느 하나는 상기 제 1 시간 구간에 후속하는 제 2 시간 구간 동안 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 좌-원편광을 조사하고,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 중 다른 어느 하나는 상기 제 2 시간 구간 동안 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 좌-원편광을 조사하도록 구성되는, 입체영상 상영 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 우-원편광 및 상기 좌-원편광은 각각 좌측 영상 또는 우측 영상 중 어느 하나씩에 대응하는, 입체영상 상영 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 입체영상 상영 장치는 1/2 파장판을 추가적으로 사용하며,
    상기 제 1 변조기의 단일 액정층의 제 1 배향 방향은 상기 제 2 변조기의 단일 액정층의 제 2 배향 방향과 90 도 차이를 가지도록 구성되는, 입체영상 상영 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 단일 액정층을 가지도록 구성되며,
    상기 제 1 변조기의 단일 액정층 및 상기 제 2 변조기의 단일 액정층은 OCB (Optically Compensated Bend) 형태로 구성되고,
    상기 제 1 변조기의 1/4 파장판의 제 1 지상축과 상기 제 1 변조기의 단일 액정층의 제 1 배향 방향, 그리고 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축과 상기 제 2 변조기의 단일 액정층의 제 2 배향 방향은 각각 90 도 차이를 가지도록 구성되는, 입체영상 상영 장치.
  15. 프로젝터로부터 조사된 영상광을 편광성분에 따라 하나 이상의 투과광 및 하나 이상의 반사광으로 공간적으로 분할하여 조사하는 편광 광분할기;
    단일 액정층을 가지며, 제 1 시간 구간 동안 상기 투과광을 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 좌-원편광 및 우-원편광 중 어느 하나인 제 1 원편광으로, 그리고 상기 제 1 시간 구간에 후속하는 제 2 시간 구간 동안 상기 투과광을 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 좌-원편광 및 우-원편광 중 다른 어느 하나인 제 2 원편광으로 변조하도록 구성되는 제 1 변조기; 및
    단일 액정층을 가지며, 상기 제 1 시간 구간 동안 상기 반사광을 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 상기 제 1 원편광으로, 그리고 상기 제 2 시간 구간 동안 상기 반사광을 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 상기 제 2 원편광으로 변조하도록 구성되는 제 2 변조기를 포함하는, 입체영상 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 입체영상 상영 장치는 1/2 파장판을 사용하지 않아 상기 제 1 변조기에 입사하는 투과광과 상기 제 2 변조기에 입사하는 반사광은 서로 수직하는 선편광 성분을 가지는, 입체영상 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기의 1/4 파장판의 제 1 지상축과 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축은 동일한 방향으로 배치되는, 입체영상 장치.
  18. 프로젝터로부터 조사된 영상광을 편광성분에 따라 제 1 선편광 방향을 가지는 하나 이상의 투과광 및 상기 제 1 선편광 방향과 수직하는 제 2 선편광 방향을 가지는 하나 이상의 반사광으로 공간적으로 분할하여 조사하는 편광 광분할기;
    상기 제 1 선편광 성분을 가지는 투과광을 입력 받아, 제 1 시간 구간 동안 상기 투과광을 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 좌-원편광 및 우-원편광 중 어느 하나인 제 1 원편광으로, 그리고 상기 제 1 시간 구간에 후속하는 제 2 시간 구간 동안 상기 투과광을 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 좌-원편광 및 우-원편광 중 다른 어느 하나인 제 2 원편광으로 변조하도록 구성되는 제 1 변조기; 및
    상기 제 2 선편광 성분을 가지는 반사광을 입력 받아, 상기 제 1 시간 구간 동안 상기 반사광을 1/2 λ 의 위상지연을 통해 변조된 상기 제 1 원편광으로, 그리고 상기 제 2 시간 구간 동안 상기 반사광을 0 λ의 위상지연을 통해 변조된 상기 제 2 원편광으로 변조하도록 구성되는 제 2 변조기를 포함하는, 입체영상 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기는 각각 단일 액정층을 가지도록 구성되는, 입체영상 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 변조기의 1/4 파장판의 제 1 지상축과 상기 제 2 변조기의 1/4 파장판의 제 2 지상축은 동일한 방향으로 배치되는, 입체영상 장치.
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