KR0176520B1

KR0176520B1 - 입체 투영장치

Info

Publication number: KR0176520B1
Application number: KR1019950020394A
Authority: KR
Inventors: 최순철
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1999-05-01
Also published as: KR970009324A; US5694164A; CN1068755C; CN1165965A

Abstract

한대의 투영기로 입체영상을 제공하는 입체영상장치가 개시되어 있다.

이 개시된 입체영상장치는, 입체 화상을 생성 투사하는 투영기와, 상기 투영기에서 투사된 상이 결상되는 스크린과, 입체영상을 볼 수 있도록 좌안과 우안의 편광방향이 다른 편광안경을 구비하며, 상기 투영기는 광을 생성 조명하는 광원(110)과, 좌안상과 우안상을 동시에 생성하도록 분할된 좌안용 화상형성영역과 우안용 화상형성영역을 갖는 화상생성수단(130)과, 상기 화상생성수단(130)에서 생성된 좌안상과 우안상의 편광방향을 각각 다르게 바꾸는 편광선택수단(140)과, 상기 스크린(160)에 상기 좌안상과 우안상을 확대 투사시키도록 설치된 투사렌즈(150)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

입체 투영장치

제1도는 종래의 입체 투영장치에 채용된 투영기의 광학적 배치를 나타낸 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 입체 투영장치에 채용된 투영기의 광학적 배치를 나타낸 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 화상생성수단에 좌안상과 우안상을 동시에 나타내는 경우 각 화소에서 생성된 상의 영역을 나타낸 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 광원 120 : 집속렌즈

130 : 화상생성수단 140 : 편광선택수단

150 : 투사렌즈 160 : 스크린

본 발명은 입체 투영장치에 관한 것으로, 상세하게는 액정표시소자와 위상지연판을 사용하여 한대의 영상 투영기로 입체영상을 제공하며 제공된 영상을 편광안경을 통해 입체로 즐길 수 있는 편광 투과 안경식 입체 투영장치에 관한 것이다.

일반적으로, 입체영상의 구현은 영상준비용 카메라를 적어도 둘 구비하고 서로 다른 각도에서 시청자가 왼눈을 통하여 시청하는 좌안상과 오른눈을 통하여 시청하는 우안상을 촬영한 후 이를 분리하여 시청자의 눈에 전달한다. 입체영상을 구현하는 방식은 안경의 사용여부에 따라 안경방식과, 비안경방식으로 대별된다.

비안경방식은 렌티큘라렌즈나 회절격자등을 사용하여 왼눈에 맺히는 상과, 오른눈에 맺히는 상을 분리하여 입체영상을 제공하는 방식으로 편광안경을 착용하지 않고, 입체 영상을 즐길 수 있는 장점이 있으나, 언급한 렌티큘라렌즈나 회절격자를 채용하여 입체영상을 제공하므로 제한된 시청범위에서 관람하여야 하는 등 극히 좁은 시청범위를 가진다는 단점이 있다.

안경방식은 다시 두 대의 영상투영기를 사용하는 투영방식과, 한대의 투영기를 사용하고 좌안상과 우안상을 교번 주사하는 셔터방식으로 나눌 수 있다.

상기 투영방식은 한대의 영상투영기에서는 좌안상이 투사되고, 다른 영상투영기에서는 우안상이 투사된다. 즉, 두 대의 영상투영기에서 투영되는 상은 상호 편광방향이 직교되어 투사되며, 시청자는 편광방향이 직교하는 편광안경을 채용한 후 시청하는 방식이다. 이와 같은 투영방식을 이용한 입체 투영장치는 시청범위가 넓고, 간단한 편광안경의 착용으로 입체 영상을 즐길 수 있는 장점이 있으나, 2대의 영상투영기를 채용하여야 하는 단점이 있다.

상기 셔터방식은 기존의 텔레비전에 적용할 수 있는 방식으로 좌안상과 우안상을 교번하여 표시하고 이와 동기된 셔터 안경을 착용하고 시청하는 방식이다. 셔터는 일반적으로 액정표시소자(이하, LCD)를 사용하며 텔레비전과 동기되어 좌안상이 표시되면 좌안의 LCD 셔터는 개방되고 우안의 LCD 셔터는 닫히게 되며, 우안상이 표시되면 반대로 동작한다. 이 방식은 시청범위에 제한을 두지 않는 장점이 있으나 텔레비전과 동기되는 무거운 셔터 안경을 착용한 상태에서 시청하여야 하고, 착용되는 셔터 안경을 텔레비전과 연결시켜 동기를 맞추어야 한다는 조작상의 복잡함이 있다.

언급한 바와 같은 종래의 편광 안경방식을 채용한 두 투영기 각각의 광학적 배치의 일 형태를 제1도에 개략적으로 도시하였다.

도시된 바와 같이 개시된 투영기 각각의 광학적 구성은 광원(10), 집속렌즈(20), 편광판(30), 액정표시소자(40) 및 투사렌즈(50)로 대별된다.

상기 광원(10)은 할로겐, 텅스텐, 크세논 등의 램프(12)와, 이 램프(12)에서 조사된 광을 일 방향으로 진행하도록 경로를 바꾸어주는 반사경(14)을 구비한다. 상기 집속렌즈(20)는 상기 광원(10)에서 조사된 광을 후술하는 투사렌즈(50)로 집속하는 렌즈이다. 상기 편광판(30)은 상기 액정표시소자(40)를 사이에 두고 두 매 구비되어 있다. 제1편광판(32)은 상기 광원(10)과 액정표시소자(40) 사이에 배치되어 상기 광원(10)에서 조사되는 광중 일 직선편광의 광만을 투과시키고, 나머지 광은 차단하는 역할을 한다. 상기 제2편광판(34)은 그 편광방향이 상기 제1편광판(32)의 편광 배열방향과 직교하거나 나란한 방향으로 배열되어 있으며, 상기 액정표시소자(40)의 각 화소에 전원의 인가여부에 따라 편광방향이 바뀐 광을 투과 또는 차단함으로써 상을 만드는 역할을 한다. 상기 액정표시소자(40)는 널리 알려져 있으며, 이웃한 전극들과 소정 간격 이격 배치된 복수개의 스트라이프형 투명전극층이 액정분자를 중심으로 양쪽면에 직교하도록 배치되어 두 투명전극층에 전원을 인가하고, 상호 마주하는 투명전극층이 하나의 화소를 이루고, 각 화소에 인가되는 전원에 따라 액정분자가 비틀리거나 일 직선으로 배열된다. 이와 같이 전원의 인가여부에 따라 액정분자의 배열이 결정되고, 상기 제1편광판(32)을 투과한 광은 액정분자의 배열방향에 따라 편광 방향이 바뀌어 투과하거나 직진 투과하게 되고, 상기 제2편광판(34)에 입사한다. 상기 투사렌즈(50)는 상기 액정표시소자(40)와 제2편광판(34)을 투과하여 형성된 상을 스크린(60)에 확대 조사하는 렌즈이다.

이와 같이 구성된 투영기는 프로젝터에 전형적으로 사용되는 구조로써, 이 투영기에서 제공되는 화상의 편광방향을 달리하는 두 투영기 즉, 제1투영기와 제2투영기를 구비하고, 각 투영기의 액정표시소자(40)에서 피사체의 좌안상과 우안상을 형성하도록 하고, 동시에 스크린(60)에 조사한다. 이때 좌안상과 우안상의 편광방향이 다른 방향을 가지도록 된 편광판(30)을 두 투영기 앞에 설치한다. 시청자는 상기 제1투영기의 편광방향과 동일 편광방향을 가지는 좌안편광판과, 제2투영기의 편광방향과 동일 편광방향을 가지는 우안편광판으로 구성된 편광안경을 착용함으로써 입체영상을 시청할 수 있다.

이와 같이 구성된 종래의 입체 투영장치는 시청자가 비교적 가벼운 편광안경을 착용하므로 편안한 자세에서 시청할 수 있으며, 비안경방식에 비하여 넓은 시청범위를 가질 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 고가(高價)의 투영기가 적어도 두 대 구비하여야 하므로, 원가가 상승하여야 하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 한대의 투영기와, 편광안경으로 입체영상을 즐길 수 있는 안경방식의 입체 투영장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 입체 투영장치는, 입체 화상을 생성 투사하는 투영기와, 상기 투영기에서 투사된 상이 결상되는 스크린과, 입체영상을 볼 수 있도록 좌안과 우안의 편광방향이 다른 편광안경을 구비한 입체 투영장치에 있어서, 상기 투영기는 광을 생성 조명하는 광원과, 좌안상과 우안상을 동시에 생성하도록 분할된 좌안용 화상형성영역과 우안용 화상형성영역을 갖는 화상생성수단과, 상기 화상생성수단에서 생성된 좌안상과 우안상의 편광방향을 각각 다르게 바꾸는 편광선택수단과, 상기 스크린에 상기 좌안상과 우안상을 확대 투사시키도록 설치된 투사렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 입체 투영장치는 크게 입체 화상을 생성 조사하는 투영기와, 이 투영기에서 투사된 상이 결상되는 스크린(160)과, 입체영상을 볼 수 있도록 편광방향이 서로 직교하는 편광판을 가지는 편광안경(미도시)을 구비한다. 상기 스크린(160)은 상기 투영기에서 제공되는 상이 맺히는 부분으로 통상 영화관에 설치된 스크린에 따른다. 상기 편광안경은 상기 투영기에서 제공되는 입체영상을 선별하여 왼눈은 좌안상(左眼像)을 볼 수 있고, 오른눈은 우안상(右眼像)을 볼 수 있도록 되어 있다.

제2도를 참조하면, 상기한 투영기는 광을 생성 조사하는 광원(110)과, 상기 광원(110)에서 조사된 광을 집속하는 집속렌즈(120)와, 상기 집속렌즈(120)를 투과한 광을 매개로 좌안상과 우안상을 생성하는 화상생성수단(130)과, 상기 화상생성수단(130)에서 생성된 좌안상과 우안상의 편광방향을 각각 다르게 선택하는 편광선택수단(140)과, 상기 집속렌즈(120)와 스크린(160) 사이에 위치하여 상기 광원에서 투사된 상을 상기 스크린(160)에 확대 투사시키도록 된 투사렌즈(150)를 구비한다.

상기 광원(110)은 광을 생성하는 램프(112)와, 이 램프(112)에서 생성된 광을 일 방향 즉, 스크린쪽으로 안내하는 반사경(114)으로 이루어진다. 상기 반사경(114)에서 반사되어 상기 집속렌즈(120)에 입사하는 광은 평행광인 것이 바람직하다. 상기 집속렌즈(120)는 상기 화상생성수단(130)에서 생성된 화상의 손실을 줄이기 위해 설치된 렌즈로 상기 광원(110)과 화상생성수단(130) 사이에 배치된 것이 바람직하다.

상기 화상생성수단(130)으로 상기 광원(110)에서 조사되고 상기 집속렌즈(120)에서 수렴되는 광물 매개로 화상을 생성하는 수단으로 제1 및 제2편광판(139)과, 액정표시소자(133)가 구비된다.

상기 광원(110)은 무편광의 광을 생성한다. 상기 제1편광판(131)은 상기 집속렌즈(120)와 액정표시소자(133) 사이에 구비되어 상기 광원(110)에서 생성 조사되는 무편광의 광중 특정 편광방향의 광만을 통과시킨다.

상기 액정표시소자(133)는 널리 알려진 소자로 두 매의 유리기판과, 액정분자와, 상기 유리기판 각각에 형성되고 독립적으로 전원이 인가되는 복수개의 스트라이프형 전극을 구비한다. 두 기판에 각각 형성된 스트라이프형 전극은 상호 직교하도록 배열되어 있으며, 두 전극층이 마주하는 각 부분이 하나의 화소를 이룬다. 각 화소는 그 양단에 전원이 인가되면, 액정분자가 일렬로 배열되어 상기 제1편광판(131)을 통과한 광과 동일 편광의 광을 투과시킨다. 반면, 각 화소의 양단에 전원이 인가되지 않으면, 액정분자가 배향막의 러빙방향에 따라 비틀리게 배향되어 상기 제1편광판(131)을 통과한 광의 편광 방향을 소정 각도 바꾸어 준다. 따라서, 각 전극에 인가되는 전원에 따라 동일 편광이 입사되어도 출사되는 편광의 방향을 이원화 할 수 있다. 이 액정표시소자(133)로 2매의 유리기판 사이에 유전이방성이 정(正)인 네마틱 액정을 주입하여, 양기판면의 분자배열 상태가 상호 직교하도록 분자배향을 함에 따라, 액정분자의 장축이 상하 기판 사이에서 90°연속적으로 비틀린 배열이 형성된 트위스티드 네마틱(Twisted thematic)형 액정표시소자(133)를 사용할 수 있다.

상기 제2편광판(139)은 상기 액정표시소자(133)에서 편광방향이 이원화된 광중 일 편광방향의 광만을 통과시키는 편광판으로 상기 액정표시소자(133) 각 화소의 편광방향에 따라 광을 투과시켜 화상을 형성할 수 있다.

상기 편광선택수단(140)은 상기 화상생성수단(130)에서 생성된 동일 편광방향을 가지는 좌안상과 우안상의 편광방향을 각각 다르게 선택하는 수단으로 좌안상을 상기 편광안경의 좌안의 편광방향과 동일 편광방향을 가지도록 바꾸어주며, 우안상을 상기 편광안경의 우안의 편광방향과 동일 편광방향을 가지도록 바꾸어준다. 이 편광선택수단(140)으로 액정소자 또는 위상지연판을 구비할 수 있다.

이와 같이 구비된 투영기에 있어서, 화상생성수단(130)은 액정표시소자(133)의 모든 화소에 걸쳐 좌안상과 이에 대응되는 우안상을 교대로 생성할 수 있다. 이 경우 상기 편광선택수단(140)으로 액정소자를 채용한다. 이 액정소자는 두 투명전극과, 이 투명전극 사이에 마련된 액정분자를 구비한다. 상기 액정소자는 상기 화상생성수단(130)을 통과하면서 동일 방향의 편광방향을 가지는 좌안상과 우안상의 편광방향을 달리하도록 좌안상 또는 우안상중 하나의 상은 편광방향을 바뀌지 않은 상태로 통과시키고, 우안상인 경우 편광방향을 바꾸어 통과시킨다.

또한, 상기 화상생성수단(130)은 상기 화상을 형성하는 화소를 분할하여 좌안상과 우안상을 동시에 나타낼 수 있다. 이 경우 상기 화소에서 형성되는 좌안용 화상형성영역과 우안용 화상형성영역을 제3도를 통하여 개략적으로 도시하였다.

도시한 바와 같이, 좌안용 화상형성영역인 일 라인(135)의 화소들에서는 좌안상이 생성되고, 이 라인과 이웃하는 우안용 화상형성영역인 라인(137)의 화소들에서는 우안상이 생성되도록 할 수 있다. 이 경우 상기 편광선택수단(140)으로 언급한 액정소자를 채용할 수 있다.

이와 같이 좌안상과 우안상을 동시에 나타내는 경우 좌안상을 생성하는 화소들은 항상 좌안상을 생성하고, 우안상을 생성하는 화소들은 항상 우안상을 생성하도록 할 수 있다. 이 경우 상기 편광선택수단(140)으로 위상지연판을 채용 할 수도 있다.

상기 위상지연판은 상기 좌안상과 우안상 중 하나의 위상을 지연하여 편광방향을 바꾸어주는 부재이다. 이 위상지연판은 상기 좌안상 또는 우안상영역에 선택적으로 구비된다. 상기 위상지연판은 바람직하게는 상기 좌안상과 우안상의 편광방향이 직교되도록 위상을 180°지연시키는 1/2 파장판이다. 이 위상지연판을 채용하는 경우 편광선택수단(140)이 간단한 구조를 가지고, 구동전원이 불필요하다는 장점이 있다.

이상에서와 같이 구비된 본 발명에 따른 입체 투영장치는 안경방식으로 넓은 시청범위를 가지며, 한대의 투영기에서 좌안상과 우안상을 입체영상을 제공하므로 제품의 단가를 대폭 낮출 수 있는 등 매우 유용하다.

Claims

입체 화상을 생성 투사하는 투영기와, 상기 투영기에서 투사된 상이 결상되는 스크린과, 입체영상을 볼 수 있도록 좌안과 우안의 편광방향이 다른 편광안경을 구비한 입체 투영장치에 있어서, 상기 투영기는 광을 생성 조명하는 광원과; 좌안상과 우안상을 동시에 생성하도록 분할된 좌안용 화상형성영역과 우안용 화상형성영역을 갖는 화상생성수단과; 상기 화상생성수단에서 생성된 좌안상과 우안상의 편광방향을 각각 다르게 바꾸어 주도록, 상기 좌안용 화상형성영역 및 상기 우안용 화상형성영역 중 어느 한 화상형성영역에 마련된 위상지연판과; 상기 스크린에 상기 좌안상과 우안상을 확대 투사시키도록 설치된 투사렌즈;를 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 투영장치.
제1항에 있어서, 상기 화상생성수단은 상기 광원에서 조사된 광 중 일 편광의 광만을 투과시키는 제1편광판과, 이 제1편광판을 투과한 직선편광을 각 화소마다 인가되는 전원과 액정의 배향방향에 따라 직진 투과시키거나 다른 편광방향으로 바꾸어 투과시키는 액정표시소자와, 상기 액정표시소자를 투과한 광을 그 편광방향에 따라 선택적으로 투과시키는 제2편광판을 구비하여 인가되는 전원에 따라 좌안상과 우안상을 생성하는 것을 특징으로 하는 입체 투영장치.
제1항에 있어서, 상기 위상지연판은, 상기 좌안상과 우안상의 편광방향의 직교되도록 위상을 180도 지연시키는 1/2 파장판인 것을 특징으로 하는 입체 투영장치.