KR100277449B1

KR100277449B1 - 다시점3차원영상시스템

Info

Publication number: KR100277449B1
Application number: KR1019980050503A
Authority: KR
Inventors: 손정영; 바딤 브이. 스미르노브; 바딤 브이. 노보셀스키; 최용진; 이혁수; 반지은
Original assignee: 박호군; 한국과학기술연구원
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2001-01-15
Also published as: JP2000162545A; US6178043B1; JP3229866B2; KR20000033587A

Abstract

안경이 필요 없는 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템(Projection Type Multiview 3-Dimensional Imaging System) 및 이의 구현을 위한 투사 렌즈의 규격이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템은 영상 표시 스크린 및 영상 투사부를 포함하며, 상기 영상 투사부는 시간 분할 방식에 의하여 2채널의 다시점 영상을 각각 발생시키는 2개의 영상 발생부, 상기 2채널의 다시점 영상을 반사하기 위한 2개의 반사면을 갖는 하나의 양면 반사경, 다수의 띠형 셔터로 구성되며 상기 시분할된 다시점 영상을 각 시점에 해당하는 영상마다 각각의 띠형 셔터로 투과시키는 하나의 전자 광학적 셔터, 및 상기 전자 광학적 셔터를 투과한 영상을 상기 영상 표시 스크린에 투사시키는 하나의 투사 렌즈가 차례대로 배열되어, 상기 영상 발생부의 영상을 상기 영상 표시 스크린에 투사한다. 상기 2개의 영상 발생부에서 시간 분할 방식에 의하여 발생되는 2채널의 다시점 영상은 상기 양면 반사경의 2반사면에서 각각 반사되어, 각기 채널에 대응하는 시역이 중복됨이 없이 하나의 시역으로 통합됨으로써, 각 채널 내의 다시점 영상의 수를 합한 만큼의 다시점 영상을 표시할 수 있게 된다. 상기 양면 반사경은 그 접힌 경계선이 상기 전자 광학적 셔터의 중심선과 맞대어 대칭으로 놓여 상기 전자 광학적 셔터를 좌우로 반분하고, 상기 양면 반사경의 사이각은 좌우로 반분된 상기 전자 광학적 셔터의 각 부분이 상기 양면 반사경의 각각의 면에서 반사된 영상만을 투과시키도록 하는 각도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전자 광학적 셔터는 상기 2개의 영상 발생부 각각에서 발생되는 시분할 영상의 수중 큰 수의 2배의 띠형 셔터로 구성되고, 상기 전자 광학적 셔터의 중심선에 대하여 서로 대칭인 상기 띠형 셔터들은 개폐(ON/OFF)가 서로 동기되어 동시에 이루어지며, 상기 전자 광학적 셔터의 띠형 셔터들의 개폐(ON/OFF) 순서는 안쪽에서 바깥쪽 또는 바깥쪽에서 안쪽으로 순차적으로이루어지는 것이 바람직하다.

Description

다시점 ３차원 영상 시스템{MULTIVIEW ３ DIMENSIONAL IMAGING SYSTEM}

본 발명은 시간 분할 방식에 의한 2채널의 다시점(Multiview) 영상을 공간적으로 통합함에 의해 각 채널 내의 다시점 영상의 수를 합한 수만큼의 다시점 영상을 표시할 수 있는, 안경이 필요 없는 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템(Projection Type Multiview 3-Dimensional Imaging System) 및 이의 구현을 위한 투사 광학계의 구조 및 투사 렌즈의 규격에 관한 것이다.

3차원 영상은 지금까지의 평면 영상과는 달리 주어진 시역(Viewing Zone)내에서만 시청이 가능하므로, 이 시역을 형성시켜 주는 광학적인 기구가 필요하다. 상기 광학적인 기구에 의해 형성되는 시역은 영상 표시 소자의 전면에서 일정 거리 떨어진 지역에 분포되어 있거나 전반부의 일정 지역에만 분포되어 있는 2가지의 경우가 있는데, 후자는 투사식 3차원 영상 표시 방식의 경우에 주로 해당되며, 전자는 접촉식의 경우에 주로 해당된다. 따라서, 투사식의 경우는 다른 영상 표시 소자에 의한 시역을 광학적인 방법에 의해 공간적으로 합쳐 주는 것이 가능하다. 시역의 형태는 다시점 영상을 표시하는 방식에 따라 달라진다. 3차원 영상의 형성을 위해 영상 표시 소자에 표시되는 영상은 동일한 물체를 서로 다른 방향에서 바라보는 2대 이상의 카메라로 촬영된 영상을 시간 분할하여 초당 필요 프레임 율(Frame Rate)로 순차적으로 표시된 것이거나, 각 카메라별 영상에서 표시 소자의 하나의 수직 화소선(Vertical Pixel Line)의 위치에 대응하는 화소선을 취하여 순차적으로 배열하여 놓은 것이다. 전자는 시간 분할 방식(Time Division Multiplexing)이라 부르며, 후자는 공간 분할 방식(Spatial Division Multiplexing)이라 한다.

도 1은 일반적인 시분할 방식에 기초한 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템의 동작 원리를 나타내는 평면도 및 측면도이다. 영상 표시 소자(1)에 표시된 영상(2)은 투사 렌즈(Projection Objective)(4) 및 상기 투사 렌즈(4)의 출력 개구(Exit Pupil)에 위치한 LCD 와 같은 전자 광학적 셔터(Electro-Optical Shutter)(5)를 통해 영상 투사 스크린(3)에 투사된다. 전자 광학적 셔터(5)는 다시점 영상수와 같은 수의 띠형 셔터(Strip Type Shutter)로 구성되어 있고, 각 띠형 셔터는 자신에 대응하는 시점의 영상이 표시 소자(1)상에 나타날 때만 투명(Transparent)해지고 다른 시점 영상이 표시될 때는 불투명(Opaque)해지는 셔터의 개폐(ON/OFF) 동작을 수행하며, 이 동작은 표시 소자(1)상의 다시점 영상 표시 순서와 동기되어 있다. 전자 광학적 셔터(5)의 띠형 셔터는 투사 렌즈(4)의 출력 개구를 다시점 영상의 수만큼 일정율로 분할하고 있다. 영상 투사 스크린(Image Projection Screen)(3)은 시역을 형성하는 광학 기구의 역할도 한다. 영상 투사 스크린(3)은 전자 광학적 셔터(5)의 영상을 공간에 형성시키며, 이것이 시역(6a 에서 6n)의 역할을 하도록 한다. 영상 투사 스크린(3)이 홀로그래픽 스크린인 경우는 전자 광학적 셔터(5)의 영상을 일정 간격으로 공간에 분포시켜 복수개의 시역(6a 에서 6n)을 만들 수가 있다. 각각의 시역(6a 에서 6n)은 띠형 셔터에 의해 분할되어 있다. 영상 표시 소자(1)에 표시되는 다시점 영상은 다시점 카메라(7) 또는 컴퓨터(8)에 의하여 만들어지며, 신호 변환기(Signal Converter)(9)에 의하여 시분할되게 된다. 전자 광학적 셔터(5)는 신호 변환기(9)에 의해 다시점 영상의 표시 순서와 동기되어 제어되는 셔터 구동기(Shutter Driver)(10)에 의해 구동된다.

도 2는 도 1에 도시된 전자 광학적 셔터(5)의 형태를 도시하는 도면이다. 전자 광학적 셔터(5)는 다시점 영상의 수, N만큼의 띠형 셔터(11)로 구성되어 있고 각 띠형 셔터는 최소 간격(12)으로 분리되어 있다.

도 3은 적색, 녹색 및 청색 발광의 영상 표시 소자를 다이크로익 빔분할기(Dichroic Beam Splitter)로 하나로 묶어 하나의 투사 렌즈를 통해 영상 투사 스크린에 투사함으로써 천연색을 표현할 수 있는, 한개의 투사 렌즈를 사용하는 다시점 3차원 영상 표시 시스템이다 ["Color in Electronic Display", Ed.s H. Widdel and D. L. Post, Plenum Press, New York, 1992]. 영상 발생부(18)는 삼원색 영상 표시 소자(13) 및 상기 표시 소자들의 영상을 하나로 결합하는 다이크로익 빔분할기(15)로 구성되어 있다. 영상 발생부(18)내의 적색(13a), 녹색(13b) 및 청색(13c) 표시 소자들은 다이크로익 빔분할기(15)의 삼면에 위치하며, 삼원색 표시 소자들의 각각에 표시된 색상별 영상(14a, 14b, 14c)들은 다이크로익 빔분할기(15)에 의해 하나의 영상으로 통합되어 다이크로익 빔분할기(15)에서 영상 표시 소자(13)들이 놓이지 않은 다른 한 면을 통해 그 앞에 놓인 투사 렌즈(16) 및 이 투사 렌즈(16)의 출력 개구에 놓인 전자 광학적 셔터(17)를 통하여 스크린(3)에 투사된다[Jung-Young Son, Victor G. Komar, You-Seek Chun, Sergei Sabo, Victor Mayorov, L. Balasny, S. Belyaev, Mihail Semin, M. Krutik, and Hyung-Wook Jeon, "A Multiview 3 Dimensional Imaging System With Full Color Capabilities," SPIE Proc. of Stereoscopic Displays and Applications VIII in Electronic Imaging '98, San Jose, USA. pp.(Jan. 24-30, 1998). 3295A-31].

시간 분할 방식의 경우, 표시 장치의 영상 표시 소자는 각 시점별 영상의 해상도(Resolution)와 같은 해상도를 가지고, 다시점 영상의 다시점 영상의 수, N에 깜박임(Flickering)없이 각 시점 영상을 표시하기 위해 필요한 초당 프레임의 수를 곱한 프레임 율로 동작이 가능해야 한다. 예를 들어, 8 시점의 영상을 깜박임 없이 표시하는 경우 일반적인 TV의 화면 밝기에서는 초당 최소 30 프레임 율로 영상을 표시해야 하므로, 초당 240 프레임 율로 동작하는 영상 표시 소자가 필요하다. 이에 비하여 공간 분할 방식에 의하여 영상을 표시하는 경우에는 영상 표시 소자가 다시점 영상의 수 N에 각 시점 영상의 해상도 (NTSC TV 해상도를 기준) 를 곱한 만큼의 해상도를 가지고 있어야 하는데, N이 4 이상인 경우를 만족하는 화소를 가진 영상 표시 소자는 구하기 어렵다. 그러므로 각 시점 영상의 해상도를 시점 영상 수에 비례하여 낮추어 표시하는 것이 유일한 방법이다. 현재 시분할 방식을 적용할 수 있는 영상 표시 소자로는 CRT, DMD(Digital Micromirror Device) 및 Ferroelectric LCD가 있으나, 해상도나 사용자의 이용 측면에서 CRT가 가장 좋은 특성을 가지고 있다. 현재 CRT로 표시 가능한 다시점 영상의 수는 28이나, 이것은 상용화되어 있지 않고, 상용화되어 있는 것은 최대 8 시점 영상을 NTSC TV의 해상도로 표시할 수 있다. 이 시점수를 초과하는 시점수의 영상을 표시하기 위해서는, 근본적으로 고속 응답특성을 가진 새로운 표시 소자의 개발이 필요하나, 이것은 공간 분할 방식에서 요구하는 고 해상도(High Resolution)의 평판 표시 소자(Flat Display Device)를 개발하는 것보다 더 많은 시간과 예산이 소요되는 문제이다.

따라서 전술한 바와 같은 근본적인 문제해결 대신에, 현재 사용 가능한 영상 표시 소자를 이용하여 이 영상 표시 소자의 표시 가능한 시점 영상 수 보다 큰 수의 다시점 영상을 표시할 수 있는 방법중의 하나로, 여러 채널로 각기 다른 방향의 다시점 영상을 표시하는 다시점 영상 채널을 공간적으로 하나로 하여 합쳐주는 방식을 제안한다.

본 발명은 현재 사용 가능한 영상 표시 소자를 사용한 2개의 시분할 다시점 영상을 각기 채널화 하여, 각 채널에 의한 시역(Viewing Zone)이 공간적으로 하나의 연속 시역이 되도록 합쳐지도록 함으로써, 각 채널에 의하여 표시 가능한 다시점 영상 수의 2배가되는 다시점 영상을 표시할 수 있는 3차원 다시점 영상 표시 시스템 및 투사용 대물 렌즈(Projection Objective)의 구조에 관한 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 시분할 방식에 의한 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템의 동작 원리를 도시한 도면.

도 2는 전자 광학적 셔터를 도시한 도면.

도 3은 하나의 투사렌즈를 이용한 다시점 3차원 영상 표시 시스템을 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른, 2채널 다시점 3차원 영상 표시 시스템을 도시한 도면.

도 5는 전자 광학적 셔터의 형태를 도시한 도면.

도 6은 전자 광학적 셔터 내의 띠형 셔터의 동작 순서를 도시한 도면.

도 7은 표 2의 설계값에 의해 구현된 영상 투사부의 광선 추적을 도시한 도면.

도 8은 광선에 의해 형성되는 띠형 셔터의 형태를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 영상 표시 소자

2: 영상

3: 영상 투사 스크린

4: 투사 렌즈

5: 전자 광학적 셔터

6: 시역

7: 다시점 카메라

8: 컴퓨터

9: 신호 변환기

10: 셔터 구동기

11: 띠형 셔터

13a, 13b, 13c: 적·녹·청색 영상표시소자

15: 다이크로익 빔분할기

16: 투사렌즈

17: 전자 광학적 셔터

18a: 우측 영상 투사부

18b: 좌측 영상 투사부

19: 양면 반사경

20: 전자 광학적 셔터

안경이 필요 없는 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템 및 이의 구현을 위한 투사 렌즈의 규격이 개시되어 있다.

본 발명에 따른 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템은 영상 표시 스크린 및 영상 투사부를 포함하며, 상기 영상 투사부는 시간 분할 방식에 의하여 2채널의 다시점 영상을 각각 발생시키는 2개의 영상 발생부, 상기 2채널의 다시점 영상을 반사하기 위한 2개의 반사면을 갖는 하나의 양면 반사경, 다수의 띠형 셔터로 구성되며 상기 시분할된 다시점 영상을 각 시점에 해당하는 영상마다 각각의 띠형 셔터로 투과시키는 하나의 전자 광학적 셔터, 및 상기 전자 광학적 셔터를 투과한 영상을 상기 영상 표시 스크린에 투사시키는 하나의 투사 렌즈가 차례대로 배열되어, 상기 영상 발생부의 영상을 상기 영상 표시 스크린에 투사한다. 상기 2개의 영상 발생부에서 시간 분할 방식에 의하여 발생되는 2채널의 다시점 영상은 상기 양면 반사경의 2개의 반사면에서 각각 반사되어, 각기 채널에 대응하는 시역이 중복됨이 없이 하나의 시역으로 통합됨으로써, 각 채널 내의 다시점 영상의 수를 합한 만큼의 다시점 영상을 표시할 수 있게 된다. 상기 양면 반사경은 그 접힌 경계선이 상기 전자 광학적 셔터의 중심선과 맞대어 대칭으로 놓여 상기 전자 광학적 셔터를 좌우로 반분하고, 상기 양면 반사경의 사이각은 좌우로 반분된 상기 전자 광학적 셔터의 각 부분이 상기 양면 반사경의 각각의 면에서 반사된 영상만을 투과시키도록 하는 각도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전자 광학적 셔터는 상기 2개의 영상 발생부 각각에서 발생되는 시분할 영상의 수중 큰 수의 2배의 띠형 셔터로 구성되고, 상기 전자 광학적 셔터의 중심선에 대하여 서로 대칭인 상기 띠형 셔터들은 개폐(ON/OFF)가 서로 동기되어 동시에 이루어지며, 상기 전자 광학적 셔터의 띠형 셔터들의 개폐(ON/OFF) 순서는 안쪽에서 바깥쪽 또는 바깥쪽에서 안쪽으로 순차적으로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른, 2채널 다시점 3차원 영상 시스템을 도시하는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같은 2개의 영상 투사부(18a, 18b)를 양면 반사경(Two Fold Mirror)(19) -상기 양면 반사경(19)은 두 개의 반사면(19a, 19b)을 포함하며, 상기 두 개의 반사면을 바깥 쪽으로 하여 일정 각도로 접혀있음- 의 좌우측에 각각 배치하여, 우측 영상 발생부(18a)의 영상은 양면 반사경(19)의 우측 반사면(19a)에서 반사되고, 좌측 영상 발생부(18b)의 영상은 양면 반사경(19)의 좌측 반사면(19b)에서 반사되어, 액정과 같은 전자 광학적 셔터(20) 및 투사 렌즈(25)를 거쳐 영상 투사 스크린(3)에 투사된다. 전자 광학적 셔터(20)는 투사 렌즈(25)의 입력 개구(Entrance Pupil)에 위치하며, 우측 및 좌측 영상 투사부(18a, 18b)에서 각기 투사되는 시분할 영상의 갯수중 큰 수의 2배에 해당하는 만큼의 띠형 셔터(23)로 구성되어 있으나, 필요에 따라 띠형 셔터의 일부만 동작시켜 각 영상 발생부로부터 발생되는 다시점 영상중 일부만 투사되도록 할 수도 있다. 양면 반사경(19)의 접힌 경계면(21a)이 전자 광학적 셔터(20)의 중앙에 있는 두 띠형 셔터(23a, 23b)의 경계선(21b), 즉 전자 광학적 셔터(20)의 중심선(21b)과 맞대어 대칭으로 놓여있어, 전자 광학적 셔터(20)를 좌우로 반분하고 있다. 양면 반사경(19)의 사이각(Folding Angle)(22)은 양면 반사경(19)의 접힌 경계선(21a)의 좌측에 있는 전자 광학적 셔터(20b)가 좌측 영상 발생부(18b)로부터의 영상만을 투과하고, 우측에 있는 전자 광학적 셔터(20a)가 우측 영상 발생부(18a)로부터의 영상만을 투과시키도록 하는 각도를 가진다. 투사 렌즈(25)는 이 투사 렌즈(25)의 입력 개구에 놓인 전자 광학적 셔터(20)의 상(Image)이 자신의 출력 개구(24)에 생기도록 하여, 영상 투사 스크린(3)에 의한 출력개구(24)의 상, 즉 시역이 전자 광학적 셔터(20)에 의하여 개폐되도록 한다. 출력 개구(24)에 생성되는 전자 광학적 셔터(20)의 상은 수차(Aberration)를 최소화하기 위하여, 그 크기가 전자 광학적 셔터(20)의 크기와 거의 동일하다. 만약 수차가 생기게 되면, 이 수차는 다시 영상 투사 스크린(3)에 의하여 증폭이 되어 시역내 띠형 셔터 상이 서로 중복되거나 이지러지게(Distorted)된다. 좌·우측의 전자 광학적 셔터(20a, 20b)는 도 1에 도시된 바와 같이 영상 투사 스크린에 의해 하나의 시역을 형성하게 되므로, 좌·우측 영상투사부(18a, 18b)의 영상을 공간적으로 하나의 시역으로 통합해주는 것과 같은 역할을 한다. 즉, 시분할된 두 개의 영상 채널이 공간적으로 이웃하여 배열된 전자 광학적 셔터에 의하여 하나의 영상 투사 채널로 통합된다. 이것은 시분할 및 공간 분할 방식이 통합된 일종의 시공 분할(Spatiotemporal Multiplexing) 방식 다시점 3차원 영상 표시라 할 수 있다.

도 5는 전자 광학적 셔터의 형태를 도시하는 도면이다. 전자 광학적 셔터(20)는 도 5a에 도시된 바와 같이 투사 렌즈(25)의 출력 개구(24)의 형태 및 크기와 동일한 원형이 될 수도 있으며, 도 5b에 도시된 바와 같이 수평 방향의 크기가 출력 개구(24)의 직경과 같은 육상 트랙(Field Track) 형태가 될 수도 있으며, 또는 필요에 따라 투사 렌즈(25)의 출력 개구(24) 크기를 넘지 않는 범위내에서 여러 형태를 가질 수 있다.

도 6은 전자 광학적 셔터내의 띠형 셔터(23)의 동작 순서를 도시하는 도면이다. 띠형 셔터(23)의 동작 순서는 전자 광학적 셔터(20)의 중심선(21b)을 중심으로 대칭되는 좌우측 전자 광학적 셔터(20a, 20b)의 띠형 셔터가 (A1, A2) → (B1, B2) → (C1, C2) → … → (M1, M2) 순서로 ON 되고 다시 되돌아가 처음 순서를 그대로 반복하거나, (M1, M2) → (L1, L2) → (K1, K2) … → (A1, A2) 순서와 같이 바깥쪽에서 안쪽으로 순차적으로 ON 되고 다시 반복되는 두 가지 순서가 있다. 각 띠형 셔터의 쌍(Pair)들 (A1, A2), … (M1, M2)는 서로 동기화되어 ON/OFF가 동시에 이루어져야 하는 것이 원칙이며, (A1, B1, C1 … M1), (A2, B2, C2 … M2)의 순서 또는 이의 역순서로 다시점 영상의 연속성이 있어야 한다. 그렇지 못할 경우는 3차원 영상의 시청이 불가능하거나 이웃 시점 영상들과 상이 중복이 되는 문제점이 생긴다.

표 1에 본 발명에 따른 도 4의 2채널 다시점 3차원 영상 표시 시스템 구조를 사용하여 실제 영상 시스템을 설계하기 위한 사양(Specification)을, 영상 투사 스크린의 초점 거리(Focal Length)가 각각 1.4m 및 2.0m인 경우를 가정하여 종합하였다. 표 2는 영상 투사 스크린의 초점 거리가 1.4m인 경우의 사양에 부합하는 영상 투사부를 광학 설계 프로그램인 DEMOS[M. A. Gan, D. D. Zhdanov, V. V. Novoselskiy, S. I. Ustinov, A. O. Fedorov, and I. S. Potyemin, "DEMOS: State of the art Application Software for Design, Evaluation and Modeling of Optical Systems", Optical Engineering, vol.31, N4, pp. 696-700, (1992).]를 사용하여 설계한 설계값이다. 상기 설계값들은 색상 수차(Chromatic Aberration), 비점수차(Astigmatism), 곡률 수차(Field of Curvature), 출력 개구에 형성되는 띠형 셔터 영상의 왜(Distortion)등에 있어 보상을 고려한 최적값이다.

영상 투사 스크린의 초점 거리가 2.0m일 경우는 표 2에서 단지 다이크로익 빔분할기에서 양면 반사경까지의 거리가 125mm에서 116mm로 줄어들며, 투사 렌즈의 표면에서 영상 투사 스크린까지의 거리가 1780mm에서 2622mm로 증가하게 된다. 그 외의 값들은 표2에 있는 초점 거리가 1.4m인 경우와 동일하다. 일반적인 영상 투사를 위한 투사 렌즈는 하나의 영상 투사부로부터 영상을 영상 투사 스크린에 정확히 투사하기 위해 사용하므로[U.S. 특허 No. Re. 35310, "Color Corrected Projection Lens" 참조], 본 발명의 2채널 다시점 3차원 영상 시스템에서는 사용할 수 없다.

표 1. 다시점 3차원 영상 시스템 설계 사양.

N	파라미터	영상투사스크린의 초점거리 F = 1.4m	영상투사스크린의 초점거리 F = 2.0m
1.	CTR 파장(nm)	450, 540, 626
2.	투사렌즈 초점거리(mm)	229.0
3.	CRT 스크린 크기(mm)	75 x 100	66 x 88
4.	영상투사 스크린 크기(mm)	605 x 806	750 x 1000
5.	투사렌즈 배율(X)	-7.9	-11.4
6.	렌즈의 출사동공(Exit Pupil) 크기(mm)	80 x 132
7.	시역(mm)	200 x 330
8.	왜곡(Distortion) (%)	1.5
9.	스크린과 시역간 거리(mm)	4900	7000
10.	Vignetting (%)	0	0
11.	시점 수	16	16
12.	영상투사 스크린 배율	2.5

표 2. 영상투사부의 광학 설계

N	컴포넌트부위명칭	표면부호	반경(mm)	앞쪽표면과의거리	굴절율λ=540nm	유리종류(*)	유효직경(mm)
1	CRT스크린	1	면(Plane)	11.5	1.54	BAK2	100x75
1	CRT스크린	2	면	30	1	-	100x75
2	2색 빔분할기	3	면	120.0	1.5186	K8	120
2	2색 빔분할기	4	면	125.0	1	-	120
3	양면반사경	5	면	0.0			80x98
4	Aperture Stop	6	면	10.0			132x80
5	렌즈	7	525.5	20.0	1.6159	TF1	147.6
5	렌즈	8	160.32	40.0	1.6159	TK14	163.8
		9	-359.9	1.0	1	-	167.4
6	렌즈	10	356.5	35.0	1.6159	TK14	178.2
6	렌즈	11	-2461.0	1.0	1	-	180.2
7	렌즈	12	667.7	35.0	1.6159	TK14	181.2
7	렌즈	13	793.5	1.0	1	-	179.8
8	렌즈	14	295.9	25.0	1.6159	TF1	180.6
8	렌즈	15	136.32	15.0	1	-	172.4
9	렌즈	16	154.76	40.0	1.6159	TF1	196.0
9	렌즈	17	187.36	30.0	1	-	188.6
1011	렌즈영상투사면(스크린)	18	2632.0	40.0	1.6159	TK14	192.0
		19	-1879.0	1780.0	1	-	203.0
		20	면	-	-	-	605x806

* K, TK와 TF는 러시아 표준 광학 재료임

도 7은 표 2의 설계값에 의해 구현된 영상 투사부의 광선 추적(Ray Tracing)을 도시하는 도면이다. 영상 투사부의 하나의 영상 표시 소자의 영상 표시면(Image Display Surface)(26)의 좌측(27), 중앙(28) 및 우측(29)으로부터의 광선(Ray)은 다이크로익 빔분할기(15)를 거쳐, 마주보는 양면 반사경중 하나의 반사경(19a)에 의하여 반사되어, 전자 광학적 셔터(20)의 오른쪽 부분(20a)을 통과하여, 7개의 렌즈로 조합된 투사 렌즈(25)를 통과하여, 영상 투사 스크린의 대응되는 위치에 모이게 된다. 전자 광학적 셔터(20)의 오른쪽 부분(20a)에 대응되는 출력 개구(24)의 위치는 광선(31)과 투사 렌즈(25)의 중심을 지나는 광선(30)의 연장선이 만나는 지점(33)에서 전자 광학적 셔터(20)에 평행하게 그은 선이 광선(32)의 연장선과 만나는 점(34) 사이로 주어진다.

도 8은 도 7에서 정의된 출력 개구에서 좌측, 우측 및 중앙의 영상표시면에서 방사(emitting)되는 광선에 의하여 형성되는 띠형 셔터의 영상을 나타낸 도면이다. 각각의 위치에 대응하는 띠형 셔터의 영상 표시면의 좌측 및 우측 단 그리고 중앙에서 반사되는 광선들에 의해 형성되는 3개의 영상들은 거의 오차 없이 정합(Match)되는 것을 알 수 있다. 본 발명의 투사 렌즈는 색상에 따른 기하학적 수차가 수직면(Meridional Section) 및 수평선(Sagittal Section)의 전반에 걸쳐 2.5mm이하가 되어, 설계에 의한 영상 시청 거리인 4.9m 에서 7m 사이에서는 우리 눈의 해상도 이하가 되므로, 이 수차에 의한 영상왜(Image Blur)는 우리 눈에 인지되지 않는다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하여, 현재 사용 가능한 영상 표시 소자에서 표시되는 2개의 시분할 다시점 영상을 각기 채널화 하여, 각 채널에 의한 시역이 공간적으로 한개의 연속 시역이 되게끔 합쳐지도록 함으로써, 각 채널에 의하여 표시 가능한 다시점 영상 수의 2배가 되는 다시점 영상을 표시할 수 있는 3차원 다시점 영상 방식 및 이의 구현을 위한 투사용 대물 렌즈가 구현된다.

또한 본 발명에 따른 영상 표시 시스템의 영상 투사 스크린으로 홀로그래픽 스크린을 사용함으로써 복수개의 시역을 형성할 수도 있다. 본 발명의 영상 표시 시스템에서 사용되는 영상 투사부는 도 3에 도시된 바와 같은 다이크로익 빔 분할기를 이용한 천연색 영상 발생부를 사용하여 구성되었지만 이밖에 임의의 시분할 영상 발생부가 사용될 수 있을 것이다.

전술한 바에 의하여 본 발명은 특정적으로 서술되고 도시되었지만, 본 발명의 본질 및 범위를 벗어남이 없이 형태 및 미세한 부분에 관한 변화가 가능하다는 것이 당업자에게 이해될 것이다.

Claims

무안경식 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템에 있어서,

영상 표시 스크린 및 영상 투사부를 포함하며,

상기 영상 투사부는 시간 분할 방식에 의하여 2채널의 다시점 영상을 각각 발생시키는 2개의 영상 발생부, 상기 2채널의 다시점 영상을 반사하기 위한 2개의 반사면을 갖는 하나의 양면 반사경, 다수의 띠형 셔터로 구성되며 상기 시분할된 다시점 영상을 각 시점에 해당하는 영상마다 각각의 띠형 셔터로 투과시키는 전자 광학적 셔터, 및 상기 전자 광학적 셔터를 투과한 영상을 상기 영상 표시 스크린에 투사시키는 하나의 투사 렌즈가 차례대로 배열되어, 상기 영상 발생부의 영상을 상기 영상 표시 스크린에 투사하며,

상기 2개의 영상 발생부에서 시간 분할 방식에 의하여 발생되는 2채널의 다시점 영상을 상기 양면 반사경의 2개의 반사면에서 각각 반사시킴으로써, 각기 채널에 대응하는 시역을 중복됨이 없이 하나의 시역으로 통합하는 시공 분할 방식에 의하여 다시점 영상을 표시할 수 있는

투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서,

상기 양면 반사경은 그 접힌 경계선이 상기 전자 광학적 셔터의 중심선과 맞대어 대칭으로 놓여 상기 전자 광학적 셔터를 좌우로 반분하고 있으며,

상기 양면 반사경의 사이각은 좌우로 반분된 상기 전자 광학적 셔터의 각 부분이 상기 양면 반사경의 각각의 면에서 반사된 영상만을 투과시키도록 하는 각도를 갖는

투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자 광학적 셔터를 구성하는 띠형 셔터의 수는 상기 2개의 영상 발생부 각각에서 발생되는 시분할 영상의 수중 큰 수의 2배인 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템.
제2항에 있어서,

상기 전자 광학적 셔터를 구성하는 띠형 셔터의 수는 상기 2개의 영상 발생부 각각에서 발생되는 시분할 영상의 수 중 큰 수의 2배이며,

상기 전자 광학적 셔터의 중심선에 대하여 서로 대칭인 상기 띠형 셔터들은 개폐(ON/OFF)가 서로 동기되어 동시에 이루어지며,

상기 전자 광학적 셔터의 띠형 셔터들의 개폐(ON/OFF) 순서는 안쪽에서 바깥쪽 또는 바깥쪽에서 안쪽으로 순차적으로이루어지는

투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템.
제1항, 제2항 또는 제4항에 있어서,

상기 2개의 영상 발생부 각각은 적색, 청색, 및 녹색의 영상을 각각 표시하는 3개의 영상 표시 소자 및 상기 3개의 영상을 하나로 묶는 다이크로익 빔 분할기(Dichroic Beam Splitter)를 포함하여, 천연색의 영상을 표시할 수 있는

투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템.
제1항, 제2항, 또는 제4항에 있어서,

상기 영상 표시 스크린은 복수개의 시역을 형성할 수 있는 홀로그래픽 스크린인 투사식 다시점 3차원 영상 표시 시스템.

다음 표와 같은 특성을 갖는 투사 렌즈.

N 컴포넌트부위명칭 표면부호 반경(mm) 앞쪽표면과의거리 굴절율λ=540nm 유리종류(*) 유효직경(mm) 1 CRT스크린 1 면(Plane) 11.5 1.54 BAK2 100x75 2 면 30 1 - 100x75 2 2색 빔분할기 3 면 120.0 1.5186 K8 120 4 면 125.0 1 - 120 3 양면반사경 5 면 0.0 80x98 4 Aperture Stop 6 면 10.0 132x80 5 렌즈 7 525.5 20.0 1.6159 TF1 147.6 8 160.32 40.0 1.6159 TK14 163.8 9 -359.9 1.0 1 - 167.4 6 렌즈 10 356.5 35.0 1.6159 TK14 178.2 11 -2461.0 1.0 1 - 180.2 7 렌즈 12 667.7 35.0 1.6159 TK14 181.2 13 793.5 1.0 1 - 179.8 8 렌즈 14 295.9 25.0 1.6159 TF1 180.6 15 136.32 15.0 1 - 172.4 9 렌즈 16 154.76 40.0 1.6159 TF1 196.0 17 187.36 30.0 1 - 188.6 1011 렌즈영상투사면(스크린) 18 2632.0 40.0 1.6159 TK14 192.0 19 -1879.0 1780.0 1 - 203.0 20 면 - - - 605x806

* K, TK와 TF는 러시아 표준 광학 재료임