KR100349206B1 - 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명은 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체 영상장치에 관한 것으로써, 편광방향이 서로 반대인 원편광의 두 편광판 또는 서로 90도 의 위상차를 갖는 두 선형 편광판이 중앙선을 맞대어 좌우에 배열된 편광판을 투사렌즈의 입력 또는 출력개구에 두고, 표시판으로부터 좌우 영상을 편광판의 좌우 편광방향과 동일하게 투사렌즈를 통해 스크린에 투사하므로써, 편광판의 영상, 즉 시역을 통해 좌우 영상을 분리시켜 편광판과 동일 편광을 가진 좌우 눈에 대응하는 영상을 시청할 수 있는 시역을 형성하여 입체영상을 구현하는 것이다.

본 발명에 의하면, 종래의 입체영상을 구현함에 있어 사용되었던 색상차, 편광차, 시간차 등의 이동시역방식에 의한 입체영상 표시장치에서 사용되는 좌우 눈의 영상과 같은 광학특성을 갖는 안경 또는 셔터 안경 등의 보조 용구를 사용해야 하는 불편함을 없앨뿐 아니라, 좌우 영역이 분리되는 액정형 표시판의 편광 특성을 이용하여 무 안경식 입체 영상 시스템 및 두부 추적방식에 의한 다 시점 입체 영상시스템을 구현할 수 있도록 한다.

Description

액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치{A stereoscopic video display system using a polarization characteristic of liquid crystal type display panel}

본 발명은 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치에 관한 것이다.

특히 본 발명은 투사 광학계의 입력 또는 출력개구(Entrance or Pupil)에 놓인 중앙선을 경계로 서로 90도 편광차를 갖는 편광판 또는 방향이 서로 다른 원편광(Circular Polarization) 특성을 갖는 두 개의 서로 다른 특성의 편광면이 접합된 편광판에 의해, 각각의 편광면과 동일 편광을 가진 영상으로써 좌우 눈에 대응하는 영상을 분할하여 서로 다른 영상을 디슬플레이 하는 시역을 형성하도록 구성되는 무안경식의 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체 영상 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 입체영상 표시장치란, 양안 시차(Binocular Parallax)를 이용하여 좌우 눈에 서로 다른 방향에서 본 영상을 투사하므로써 영상을 입체적으로 인식시키기 위한 장치이다.

이때 좌우 눈의 영상을 분리하는 방식으로는 색상차(Color Difference), 편광차(Polarization Difference), 시간차(Time Difference) 등을 이용한 안경식의 이동시역(Moving Viewing Zone) 방식과 특수 광학 부품을 이용한 무안경식의 고정시역(Fixed Viewing Zone) 방식이 있다.

상기 이동시역 방식은 투사되는 좌우 눈의 영상과 같은 광학 특성을 가진 안경 또는 투사되는 좌우 눈의 영상과 같은 주기로 개폐되는 셔터 안경을 착용함에 의해 입체감이 인식된다. 이 경우 사용자가 안경을 착용하고 이동이 가능하므로 안경이 이동시역의 역할을 하게 된다.

상기 고정시역 방식은 영상이 투사되는 스크린의 전면에 시역이 형성되는 것으로, 스크린에 의해 좌우 눈에 대응하는 영상을 투사하는 투사 광학계(Projection Optics)의 출력개구의 상으로 주어진다. 이 경우 시역의 이동은 시선 또는 두부 추적(Head Tracking) 방식에 의해 일부 가능하나 그 범위가 제한되어 있다.

편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치는 현재까지 편광 안경을 사용하는 안경 방식과 편광띠판(Polarization Strip Plate)을 사용하는 무안경 방식이 있다.

상기 편광 안경 방식은 1890년경에 개발된 것으로, 좌우 눈에 대응하는 영상의 편광방향(Polarization Direction)을 서로 90도 차가 나게 하여 스크린 상에 투사하고, 영상과 동일한 편광방향을 가진 편광판을 각기 대응하는 눈에 배치한 편광 안경을 사용하여, 각기 눈에 해당 대응하는 안경의 편광을 가진 영상만이 입사되도록 하므로써 입체감(Stereoscopic Perception)이 인식되도록 한다.

편광띠판은 서로 편광방향이 90도 다른 편광띠가 교대로 배열된 판으로, 이것을 좌우 눈에 대응하는 영상이 화소선(Pixel Line)별로 교대로 배치되어 있는 액정표시판에 밀착시켜, 좌우 눈에 대응하는 영상을 편광별로 분리시키고, 이 분리된 영상을 프레넬(Fresnel) 렌즈 등을 통해 수렴시켜 시역을 형성시킴으로써 입체감이 인식되도록 한다.

그러나 편광 안경 방식의 경우 일차적으로 안경을 써야 한다는 것과 사용자가 고개를 좌우로 조금만 회전시켜도 두 편광방향의 상이 혼합되어 입체감이 상실된다는 문제점이 있었다. 또한 편광띠판의 경우 편광띠판과 액정표시판 사이의 거리, 편광띠의 폭과 액정표시판의 화소선폭과의 대응관계의 어려움에 의해 구현하기 힘들다는 문제점이 있었다.

종래의 입체영상 표시장치의 문제점을 보다 상세하게 살펴보기 위해 가장 일반적인 입체영상 표시장치의 구성 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.

도 1 은 일반적인 투사식의 고정시역 방식 입체영상 표시장치의 시역 형성 원리를 보여주기 위한 도면이다.

도 1a 는 US Pat. 5,132,839에 개시된 입체영상 표시장치를 설명하기 위한 것으로, 도 1a 에 도시된 바와 같은 영상표시부(1)는 RGB 3색상의 CRT와 상기 CRT에 표시된 영상을 한 방향으로 합쳐주는 빔분할기로 구성된다.

상기 영상표시부(1)에 표시된 영상은 투사렌즈(2)의 출력개구(3)를 통해 투사스크린(6)에 투사된다.

이에 따라 상기 투사렌즈(2)의 출력개구(3)의 영상(7)은 스크린(6)의 전면에 형성되는데, 이것이 시역으로 작용한다.

입체 시역을 만들기 위해서는, 출력개구(3)를 서로 반분하는 제 1,2 셔터(4,5)를 위치시킨다.

이에 따라 좌측 눈에 대응하는 영상이 영상표시부(1)에 표시되면, 제 1 셔터(4)를 열고, 제 2 셔터(5)를 닫으므로써, 제 2 셔터(5)의 스크린(6)에 의한 영상(9)이 좌측 시역으로 작용한다.

또한 우측 눈에 대응하는 영상이 영상표시부(1)에 표시되면, 제 2 셔터(5)를 열고, 제 1 셔터(4)를 닫으므로써, 제 1 셔터(4)의 스크린(6)에 의한 영상(8)이 우측 시역으로 작용한다.

이때 상기 좌측 시역과 우측 시역을 사람의 눈간 간격인 6.5㎝ 정도 떨어지게 하므로써 시청자가 입체 영상을 인식할 수 있게 된다.

입체영상을 표시하기 위해서는 영상표시부(1)는 평면 영상표시부(1)에 비해 최소한 두배 정도는 빠른 응답속도를 가져야 한다.

또한 제 1,2 셔터(4,5)는 대응하는 눈의 영상만 투과시킴으로 스크린 상의영상의 밝기가 셔터의 수에 반비례하게 감소되나, 이때 시역의 크기도 셔터의 수에 반비례하게 감소되기 때문에, 시역에서의 밝기의 차이가 없다.

한편 도 1(b)는 US Pat 5,703,717 에 개시된 입체영상 표시장치를 설명하기 위한 것으로, 도 1(a) 에 도시된 바와 같은 영상표시부(1)는 좌우 눈에 대응하는 영상을 표시하는 제 1,2 영상표시판(14,15)과 ; 제 1,2 집속렌즈(12,13 : Focusing Lens)를 통해 제 1,2 영상표시판(14,15)을 각각 독립적으로 조명하는 제 1,2 광원(10,11)으로 구성된다.

상기 제 1,2 영상표시판(14,15)을 통과한 빛은 빔 표시기(16)에 의해 투사렌즈(24)에 입사된다.

투사렌즈(24)에 입사된 빛은 다시 영상 투사스크린(20)에 투사되며, 상기 스크린(20)에 의한 투사렌즈(24)의 출력개구(17 : Exit Pupil)의 영상(21)은 스크린(20)의 전면에 형성된다.

이때 제 1 광원(10)의 영상은 제 1 집속렌즈(12)에 의해 출력개구(17)의 우측부(19)에 형성되며, 제 2 광원(11)의 영상은 제 2 집속렌즈(13)에 의해 출력개구(17)의 좌측부(18)에 형성된다.

즉, 제 1,2 광원(10,11)의 제 1,2 집속렌즈(12,13)에 의한 영상(19,18)은 스크린(20)에 의해 다시 초점되어 시역(22,23)을 형성하게 된다.

이 방식은 집속렌즈의 사용이 필요하고, 광원의 영상에 의한 시역 형성 방식이므로 광원과 집속렌즈의 위치가 정확하여야 하며, 광원의 집속렌즈에 의한 일차 영상이 정확히 투사렌즈의 개구에 형성되어야 하며, 두 광원의 영상이 정확히 중첩되어 접속되지 않으면 좌우 시역이 단속되므로 사용자가 시선을 움직이는 경우 어두운 부분이 발생한다는 문제점이 있었다. 또한 다시점 영상의 표시를 위해서는 광원의 위치를 시점에 따라 이동시켜야 한다는 번거로움이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,

편광방향이 서로 반대인 원편광의 두 편광판 또는 서로 편광이 90도 다른 두 선형 편광판이 중앙선을 맞대어 좌우에 배열된 편광판을 투사렌즈의 입력 또는 출력개구에 두고, 표시판으로부터 좌우 영상을 편광판의 좌우 편광방향과 동일하게 하여 투사렌즈를 통해 스크린에 투사하므로써, 편광판의 영상, 즉 시역을 통해 좌우 영상을 분리시킴으로써 편광판과 동일 편광을 가진 좌우 눈에 대응하는 영상을 시청할 수 있는 시역을 형성하도록 되어진 무안경식의 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체 영상장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1(a),(b)는 종래기술에서의 일반적인 입체영상 표시장치를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 입체영상 표시장치를 도시한 도면,

도 3은 원편광을 이용한 영상표시부와 편광판의 구조를 도시한 도면,

도 4는 한 개의 액정 영상표시 소자를 이용한 영상표시부의 구조를 도시한 도면,

도 5는 시선 또는 두부 추적에 의한 다시점 영상표시부의 구조를 도시한 도면,

도 6은 한 개의 광원을 이용한 영상표시부의 구조를 도시한 도면,

도 7은 입체영상 표시장치의 영상 투사스크린을 도시한 도면,

도 8은 반사경을 이용한 입체영상 표시장치를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭

1 : 영상 표시부 2 : 투사렌즈

3 : 출력개구 4,5 : 셔터

6,20,45,138 : 영상 투사 스크린 7,8,9 : 영상

10, 11 : 광원 12,13 : 집속렌즈

14, 15 : 영상 표시판 16 : 빔 표시기

26,28 : 제 1, 2 액정표시판 29 : 위상 지연기

31 : 편광빔 분할기 37 : 영상빔

38 : 투사 렌즈 41, 51, 57 : 편광판

48, 49 : 1/4 파장 파장판 50 : 빔분할기

63 : 조명장치 67 : 광원

70 : 구형 반사경 99 : 볼록형 구형 반사경

100 : 오목형 구형 반사경 127, 130 : 제 1, 2 프레넬 렌즈128, 129 : 제 1, 2 렌티큘라판 137 : 구형 반사경

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은,

두 개의 액정형 표시판, 두 개의 액정형 표시판에서 나오는 영상이미지의 광원이 90도의 위상차를 갖도록 편광시키거나 서로 다른 방향의 원편광을 갖도록하는 위상 지연기, 편광빔 분할기, 편광판, 다수의 렌즈, 영상에 빛을 조사하는 광원, 및 상기 영상정보를 가지고 있는 광원이 수렴하여 영상을 맺게하는 영상투사스크린 등을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부된 도면들을 통해 본 발명의 구성및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 입체영상 표시장치의 시역 형성 원리를 보여주기 위한 도면이다.

도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 입체 영상 표시장치는 두 개의 제 1, 제 2 액정표시판(Liquid Crystal Type Display Panel)(26,28)과 ; 편광 빔분할기(Polarizing Beam Splitter)(31) ; 위상 지연기(Phase Retarder)(29) ; 편광판(Polarization Plate)(41) ; 투사렌즈(Projection Lense)(31) ; 영상 투사 스크린(45)으로 구성된다.

전술된 구성요소 중 영상표시부(25)는 제 1,2 액정표시판(26,28)과 ; 광대역 위상지연기(29 : Phase Retarder)와 ; 편광 빔분할기(31)를 포함하여 구성된다.

영상정보를 포함하는 광원에 의한 무안경식 입체영상을 구현하기 위하여, 편광방향이 수직방향(27)인 제 1,2 액정표시판(26,28)을 편광 빔분할기(31)의 이웃하는 두 면(32,33)에 평행하게 위치시킨다. 다음으로 제 2 액정표시판(28)의 전면에 광원의 위상을 90도 회전 시켜 광원의 편광 방향이 제 1 액정 표시판(26)의 광원과 서로 90도의 위상차를 갖게 하거나, 서로 다른 다른 방향의 원편광을 갖도록하는 위상지연기(29)를 위치시킨다. 도 2에서는 90도의 위상 지연기를 위치시켰다. 다음으로 두 개의 액정형 영상 표시판에 광원에 의한 빛을 조사하면, 제 1 액정표시판(26)으로부터의 영상(34)은 편광 빔분할기(31)의 특성에 의해 직접 투과하고, 제 2 액정표시판(28)으로부터의 영상(35)은 편광 빔분할기(31)의 접합면(36)과 45도의 각으로 반사되어, 서로 편광방향이 90도인 두 액정표시판으로 부터 나온영상(34,35)이 합쳐져서 한 개의 영상빔(37)으로 되어 투사렌즈(38)에 입사된다.

만약 제 1,2 액정표시판(26,28)의 편광방향이 수평이면, 제 1,2 액정표시판(26,28)의 위치를 바꾸면 되며, 제 1,2 액정표시판(26,28)의 편광방향이 서로 90도 차가 나는 것을 사용하면 위상지연기(29)가 필요없게 된다.

투사렌즈(38)의 입력개구(39)에는 입력개구 전체를 커버하는 편광판(41)이 놓여 있는 바, 상기 편광판(41)은 중앙선(42)을 경계로 하여 좌의 편광방향(43)이 도면에 수직으로 놓인 액정표시판(26)에서 투사되는 영상(34)의 편광방향과 일치하고 우의 편광방향(44)이 도면에 수평으로 놓인 액정표시판(28)에서 투사되는 영상(35)의 편광방향과 일치하는 편광면으로 구성되어 있어, 상기 편광판에 의해 두 개의 서로 다른 편광 방향을 갖는 영상(34,35)이 서로 분리되어 투사렌즈(38)를 통해 영상 투사스크린(45)에 투사된다.

상기 편광판(41)은 투사렌즈(38)를 구성하는 일부 렌즈에 의해 확대, 축소 또는 그대로 투사렌즈(38)의 출력개구(40)에 그 상이 나타나며, 이 상은 다시 스크린(45)에 의해 확대, 축소 또는 같은 크기로 되어 좌우가 서로 다른 편광 방향을 갖는 시역(46)을 형성하게 된다.

즉, 상술한 시역(46)은 편광판(41)의 중앙선(42)에 의해 서로 다른 편광방향을 갖는 영상(34,35)이 서로 다른 시역을 구성하도록 정확히 분리되게 된다.

그러므로 시역(46)은 좌우 눈에 대응하는 시역이 서로 90 도 편광차를 가지거나 또는 서로 반대 방향의 원광광을 가진 빔으로 이루어진다. 도 2에서는 서로 90도의 편광차를 갖는 빔에 의해 입체영상을 표현하는 시역이 생성된다.

다음으로 편광판(41)이 투사렌즈(38)의 출력개구(40)에 놓인 경우, 영상정보를 갖는 빔이 편광판(41)을 지나 영상 투사 스크린에 의해 시역(46)이 형성된다.

편광판(41)의 중앙선(42)은 수직, 수평 또는 좌향원편광, 우향원편광 으로 구성된 두 개의 편광면을 갖는 편광판으로서 두 편광면의 경계를 이루는 선으로 실제 그어진 선은 아니다.

도 3 은 본 발명에 따른 원편광을 이용한 영상표시부와 편광판의 구조를 도시한 도면이다.

도 3 에 도시된 바와 같이 제 1,2 액정형표시판(26,28)의 편광방향이 서로 90도 차이가 나게 하여, 각각의 영상을 1/4 파장 파장판(48,49 : Quarter Wavelength Wave Plate)을 거치게 되면, 편광방향이 서로 반대인 원편광 영상이 되며, 이 원편광 영상은 빔분할기(50)에 의해 한 방향으로 모아진다. 이에 대응하는 편광판(51)은 중앙선(52)을 중심으로 원편광방향(53,54)이 서로 반대 방향인 원편광판이어야 한다.

도 4 는 한 개의 액정표시판을 이용하는 영상표시부의 구조를 도시한 도면이다.

도 4 에 도시된 바와 같이 위상 지연기(56)는 액정형 표시판(55)의 액정과 같이 전자적으로 구동 가능한 것을 사용하고, 액정형 표시판(55)과 위상 지연기(56)의 구동 속도가 빠른 것을 사용하여, 액정형 표시판(55)에 좌(우)측 눈에 대응하는 영상이 표시되는 경우 위상 지연기(56)를 구동시키지 않고, 우(좌)측 눈에 대응하는 영상이 표시되는 경우 위상 지연기(56)를 구동시킴으로써, 우(좌)측 눈에 대응하는 영상의 편광방향을 90도 지연시키게 되면 도 2 에 도시된 영상표시부(25)를 이것으로 대체할 수 있다.

도 5 는 시선 또는 두부 추적에 의한 다시점 입체영상 시스템에 사용하기 위한 편광판의 구조를 도시한 도면이다.

도 2 에 도시된 바와 같이 시역(46)내에서 시선(60)을 좌우로 움직이게 되면, 편광판(41,51)의 중앙선(42,52)으로 이에 따라 좌우로 움직이며, 시선의 움직임에 대응하는 방향의 영상을 제 1, 2 액정표시판(26,28)에 의하여 스크린에 표시함으로써 시선 또는 두부 추적에 의한 다시점 입체 영상의 표시가 가능하게 된다. 편광판(57)의 폭(59)을 입력개구(39) 또는 출력개구(40)의 직경의 2배 정도가 되게 하고, 중앙선(58)을 입력개구(39) 또는 출력개구(40)를 좌우로 반분하는 위치에 두며, 시선(60)의 움직임에 대응하여 편광판(57)을 회전시키면서 수평방향으로 동시에 이동시키는 방법 또는, 입력개구(39) 또는 출력개구(40)의 직경과 같은 폭을 가진 액정과 같은 전자적인 구동이 가능한 편광판(61)을 사용하여 그 중앙선(62)과 시선의 이동에 대응하여 좌우로 이동하는 방법이 있다. 이때 중앙선(62)이 좌우로 이동 가능한 최대 거리는 각각의 방향으로 입력개구(39) 또는 출력개구(40)의 직경의 1/2이 된다.

도 6 은 본 발명에 따른 한 개의 광원을 이용한 영상표시부의 구조를 도시한 도면이다.

도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 입체영상 표시장치는 좌우 눈에 대응하는 두 개의 영상을 표시하기 위한 두 개의 액정표시판(26,28)이 편광 빔분할기(31)의 이웃하는 두면에 평행하게 배치되어 있다. 이 두 액정표시판(26,28)은 각각 조명장치가 필요하며, 또한 편광 빔분할기(31)의 이웃하는 두 면에 평행하게 배치되어야 하는 번거로움이 있어 좋지 못하다. 이 문제의 해결을 위해 두 액정표시판(26,28)을 고정시키고 한 개의 광원으로 조명이 가능하도록 하는 조명장치(63)의 제작이 가능하다.

도 6는 단면 구조도로서, 도 2의 조명 장치의 필요성에 의해 한개의 광원으로 두개의 액정표시판(26,28)에 빛을 조사 하기 위한 조명 장치의 일실시예를 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이 조명장치(63)는 서로 직교하는 동일한 길이의 두 선(64,65)상에 동일한 크기의 두 개의 제 1, 2 액정표시판(26,28)을 두 선(64,65)이 만나는 꼭지점(66)에서 같은 거리에 두고, 꼭지점(66)에는 광원(67)이 놓여 있으며, 꼭지점(66)과 가까운 위치에 있는 두 액정표시판(26,28)의 변(68,69) 사이에 구형반사경(70 : Spherical Mirror)을 둔다.

이에 따라 두 개의 액정표시판(26,28)과 영상판들을 비추는 광원은 서로 직각으로 구성된 3개의 제 1, 2, 3반사면(71,72,73 : Reflecting Surface)으로 둘러싸여 있는 형태를 이루며, 두 개의 제 1, 2 반사면(71,72)은 좌우측면이 되고 나머지 한 개의 제 3 반사면(73)은 상측면이 된다.

이 경우 광원(67)에 의한 제 1, 2 액정 표시판(26,28)이 조명되는 형태는 광원(67)의 제 1, 2, 3 반사면(71,72,73)에 대한 제 1, 2, 3 허광원의 위치로서 제 1, 2, 3 대칭점(74,75,76)과 구형반사경(70)에 의해서 반사되어 초점이 맺히는 점에서의 허광원으로서의 구형 반사경에 의한 제 4, 5 허광원(97,98)을 가정하여 유추할 수 있으며, 구형 반사경에 의한 영상에서, 구형 반사경이 볼록한 경우에는 하측부에 반사되는 빛의 초점이 맺힘으로, 제 4 허광원(97)이 되고, 오목한 경우에는 오목면에서 반사되어 제 5 허광원(98)의 위치에 초점이 맺히게 되므로 볼록거울에 대한 광원(67)의 영상(98)의 위치에 구형 반사경에 의한 반사광의 허광원이 위치되는 것과 같이 된다.

전술된 바와 같이 광원(67)에서 발생된 빛이 상측에 구성된 제 3 반사면(73)방향으로 원형으로 전파되는 경우, 상측 반사면과 반대 방향으로 진행하는 빛들을 모두 반사면으로 향하게 하는 역할을 구형반사경(70)이 수행하게 된다. 따라서 구형반사경 (70)은 광원(67)의 빛이 전부 제 1, 2, 3 반사면(71,72,73)을 거쳐 제 1, 2 액정 표시판 (26,28)에 입사되도록 한다.

구형반사경(70)의 폭은 광원(67)으로부터 제 1, 2 반사면(71,72)에 의해 반사된 반사빔이 제 1, 2 액정 표시판(26,28)의 아래쪽 변까지 도달할 수 있는 정도가 되도록 한다.

먼저 광원(67)의 좌측 제 1 반사면(71)에 대한 제 1 대칭점(74)은 제 1 반사면(71)을 중심으로 반사면에 비추어진 광원(67)의 상으로서 허광원이되며, 제 1 대칭점(74)에 구성되는 광원(67)에 대한 허광원으로 부터 방출되는 빛은 제 1 반사면(71)의 위쪽 끝(77)과 아래쪽 끝(78)을 조명하므로 제 1, 2 광선(81,82)으로 이루어진 제 1 조명각도(83) 내의 빛만 제 1 액정표시판(26)을 직접 조명하며, 제 3 반사면(73)에 입사하는 제 2 조명각도(84)내의 빛은 광원(67)의 좌측 제 1 반사면(71)에 의해 제 1 대칭점(74)에 생기는 허광원에 대해 제 3 반사면(73)을 기준으로하여 제 4 대칭점(85)에 광원이 있는것과 같이 조명되므로, 제 3 조명각도(86)로 정의되는 방향에서 제 2 반사면(72)을 조명하게 된다.

이 빛은 제 2 반사면(72)에서 반사되어 일부는 제 2 액정표시판에 입사되며, 그 나머지는 제 3 반사면(73)과 제 1, 3 대칭점(74,76)을 연결하는 선분 사이의 공간내에서 반사를 계속하게 되어 조명으로 쓰이는 광원의 손실이 발생된다.

광원(67)이 상측 제 3 반사면(73)에서 반사되는 경우 그 광원의 경로는 상측제 3 반사면(73)을 중심으로 광원(67)에 대한 제 2 대칭점(75)에서 빛을 조사하는 것과 같은 빛의 경로를 가짐으로, 상측 제 3 반사면(73)의 제 2 대칭점(75)에 구성된 광원(67)의 허광원은 제 3 반사면(73)의 좌우 끝(77,79) 사이를 제 4 조명각도(87)로 조명하는 것과 같다.

제 5, 7 조명각도(88,91)내의 빛은 제 1, 2 액정표시판(26,28)을 대략 45도 방향에서 조명하고, 제 6, 8 조명각도(90,92)로 주어지는 빛은 각각 제 1 반사면(71)의 위쪽 끝(77)과 아래쪽 끝(78) 사이와 제 2 반사면(72)의 위쪽 끝(79)과 아래쪽 끝(80) 사이를 조명하게 되므로, 이 빛은 제 2 대칭점(75)의 제 1, 2 반사면(71,72)과 각 반사면에 대한 제 4, 5 대칭점(85, 93)에 의해 제 9, 10 조명각도(95,96)로 제 1, 2 반사면(71,72)을 조명하는 것과 같으므로, 대부분이 제 1, 2 액정표시판(26,28)을 조명한다.

만약 제 1, 2 반사면(71,72)의 높이가 제 1 반사면(71)의 아래쪽 끝단(78)과 제 2 반사면(72)의 아래쪽 끝단(80)을 연결하는 직선으로부터 광원(67)의 높이의1.5 배가 되면 제 4, 5 대칭점(85,93)은 각각 제 1, 2 액정표시판(26,28)과 액정표시판의 제 1, 2 중앙수직선(101,102)상에 있게 되어 제 1, 2 액정표시판(26,28)을 90도 방향에서 대칭적으로 조명하게 된다.

이 경우 제 9, 10 조명각도(95,96)는 38도 정도가 된다.

광원(67)의 구형반사경(70)에 의한 영상은 구형반사경(70)이 볼록형(99 : Convex Type)일 경우 반사경에 의해 생성된 허광원으로서의 광원이 구형반사경 하부의 초점에 형성되므로, 제 6 허광원(97)과 같이 구형반사경(70)의 아래쪽에 허광원이 형성되며, 오목형(100 : Concave Type)의 경우는 그 초점이 반사되어 광원(67)이 놓여진 직선의 선분(99)에서 초점이 맺은후 다시 원뿔형으로 빛이 진행하므로, 광원(67)의 오목 거울에 대한 허상으로서의 제 7 허광원(98)과 같이 광원(67)의 위쪽에 허광원이 형성된다.

구형반사경(70)에 의해 반사된 광원(67)의 빛은 제 6, 7 허광원(97,98)에 의한 조명과 동일하다.

제 6, 7, 허광원(97,98)은 광원(67)과 함께 조명장치(63)를 이분하는 대칭평면(94)상에 있으므로, 그 조명 형태는 위치에 있어 차이를 제외하고는 광원(67)에 의한 조명형태와 유사하다.

광원(67)의 제 3 반사면(73)에 의한 반사광이 구형반사경(70)에 재입사하는 제 5 조명각(89)내의 빔에 의한 경우도 제 6, 7 허광원(97,98)에 의한 조명과 유사하다.

도 7 은 본 발명에 의한 도 2 에 도시된 영상 투사스크린의 한 예이다.

일반적으로 입체영상 투사스크린으로는 광학적인 집속력(Converging Power)을 가지고 있는 렌티큘라 판(Lenticular Plate), 프레넬 렌즈(Frensnel Lens), 홀로그래픽 스크린(Holographic Screen), 시차장벽 판(Parallax Barrier Plate), 집적사진 판(Integral Photography Plate)이 사용되고 있다.

이러한 판들은 각기 다른 특성을 가지고 있어 단독으로 사용되는 것이 통례이다.

본 발명에의 영상 투사스크린은 렌티큘라 판과 프레넬 렌즈를 결합하여 만든, 시역의 확대(Magnification) 및 축소(Contract)가 용이한 스크린이다.

스크린(134)은 각각 초점거리(Focal Length)가 f1과 f2인 두장의 제 1, 2 프레넬 렌즈(127,130) 사이에 수평방향의 초점거리가 f3와 f4 이고 두께가 이 초점거리와 동일한 두장의 제 1, 2 렌티큘라 판(128,129)이 기판쪽을 서로 맞대어 겹쳐져 있는 구조를 가지고 있다.

제 1, 2 렌티큘라 판(128,129)을 구성하는 원통형 렌즈의 폭(133 : Pitch)은 동일하며, 이 폭(133)의 값은 영상표시부(25)에서 투사되는 영상의 한 화소 크기보다 같거나 작은 값을 가져야 하며, 또한 시역에서 봤을 때 시청자가 인식하지 못하는 값을 가져야 한다.

스크린(134)에 의해 주어지는 배율은 (f3/f1)*(f2/f4)이므로, 만약 투사렌즈의 출력개구를 제 1 프레넬 렌즈(127)의 초점거리인 f1에 위치시키면, 다른 렌즈의 초점값들 선정에 의해 원하는 크기의 시역을 형성하는 스크린(134)을 제작할 수 있다.

또한, 제 1, 2 렌티큘라 판(128,129) 대신에 마이크로 렌즈 배열판을 사용할 수 있다. 이때 마이크로 렌즈의 직경은 제 1, 2 렌티큘라 판(128,129)의 원통형 렌즈의 폭과 동일하며, 또한 초점거리도 대응하는 렌티큘라 판의 그것과 동일하다.

도 8 은 본 발명의 투사렌즈 대신 반사경을 이용하는 입체 영상 시스템의 일실시예를 도시한 도면이다.

좌우 눈에 대응하는 서로 편광방향이 90도 차이가 나는 두 개의 영상이 합쳐진 영상빔(135)은 판형 빔분할기(136)를 거쳐 구형반사경(137)에 입사된다.

구형반사경(137)에 입사한 영상빔(135)은 빔분할기(136)에 의해 다시 분사되어 영상 투사스크린(138)에 입사된다.

영상 투사스크린(138)에는 구형반사경(137)에 의한 제 1, 2 액정표시판 (26,28)에 표시된 영상의 상이 초점되어진다.

좌우의 편광방향이 영상표시부(25)로부터 좌우 영상의 편광방향과 같은 편광방향을 가진 편광판(139)은 반사경(137)의 표면 가까이에 광축과 수직으로 위치시키거나, 또는 판형 빔분할기(136)의 영상 투사스크린(138)측의 어느 곳에도 위치시키는 것이 가능하다.

단, 판형 편광판(139)의 크기는 그 위치에서 영상빔 전체를 커버할 수 있어야 한다.

판형 빔분할기(136)는 영상 투사스크린(138)이 구형반사경(137)과 90도 각도를 이루게 한다.

상술한 과정에 의하여 영상 투사스크린(138)에 의한 편광판(139)의 상(140)이 시역으로 주어지게 된다.

상술한 본 발명의 구성에서 좌우 눈에 대응되는 영상표시장치로서 액정표시판을 일 실시예로 사용하였으나, 본 발명에 따르는 영상표시 장치는 일정 편광을 갖는 액정표시판에 한정되지 아니하고, 일정 편광 특성을 갖는 영상표시장치를 포함한다.

본 발명에 의하면, 종래에서 입체영상을 구현함에 있어 사용되었던 색상차, 편광차, 시간차 등을 이용한 안경을 사용하는 이동시역방식에서 사용되는 좌우 눈의 영상과 같은 광학특성을 갖는 안경 또는 셔터 안경등의 보조 용구를 사용해야 하는 불편함을 없앨뿐 아니라, 좌우 영역이 분리되는 액정형 표시판의 편광 특성을 이용하여 무 안경식 입체 영상 및 두부 추적방식에 의한 다 시점 입체 영상시스템을 구현할 수 있도록 한다.

Claims (23)

1. 일정 방향의 편광특성을 가지며, 서로 직각을 이루어 배열되는 제 1,2 액정표시판;

   상기 제 1,2 액정표시판에 조명을 비추는 조명장치;

   상기 제 1 액정표시판의 전면에 위치하여 상기 제 1 액정표시판에서 나오는 영상 정보를 담은 빔의 위상이 제 2 액정 표시판에서 나오는 빔의 위상과 위상차를 갖게 하는 위상지연기;

   상기 제 1,2 액정표시판 사이에 놓여지며, 내부의 분할 면이 상기 제 1,2 액정표시판과 서로 45도의 각을 이루고, 상기 제 1,2 액정표시판에서 서로 직각을 이루며 방출되는 영상정보를 담은 빔을 한 방향으로 합쳐서 진행하게 하는 편광 빔분할기;

   상기 편광 빔분할기에 의해 합쳐진 빔이 입사되는 입력개구부와 상기 빔이 출력되는 출력개구부를 갖는 투사렌즈;

   상기 투사렌즈의 출력개구부에 위치하며, 지표의 수평면을 기준으로 좌우 대칭면상에 서로 다른 편광특성을 갖는 편광면을 가지고 각 편광면에 대응하는 빔만을 투과시키는 제 1 편광판;

   상기 투사렌즈와 상기 제 1 편광판을 투과하여 진행한 빔의 영상정보를 디스플레이하기 위한 영상투사 스크린; 및

   상기 영상투사 스크린의 영상이 표시되는 시역에 위치하며, 상기 제 1 편광판과 동일 편광특성을 가지는 제 2 편광판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 , 제 2 액정표시판이,

   일정방향의 선편광 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 위상지연기가,

   상기 제 1 또는 제 2 액정 표시판중 어느 하나에서 방출된 선편광 특성을 갖는 빔을 90도 위상지연시키는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 위상 지연기가,

   전자식 위상 지연기인 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 입체영상 표시장치가,

   상기 제 1, 제 2 액정표시판의 각각의 전면에 서로 반대 방향의 회전 방향을 갖는 원편광을 만드는 1/4 파장 파장판이 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제 1 편광판과 제 2 편광판이,

   편광판의 좌우 영역이 서로 반대로 회전하는 원편광특성을 가지며, 상기 좌우 편광면에 대응되는 편광특성을 갖는 원편광만을 각각 투과 시키는 편광판인 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 영상 투사 스크린이,

   피치가 동일하며 두께가 자신의 초점거리와 동일하고, 서로 다른 초점 거리를 갖으며 기판이 접합된 한 쌍의 렌티큘라 판이, 초점거리가 다른 두개의 프레넬 렌즈 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 영상 투사 스크린이,

   직경이 상기 렌티큘라 판의 원동형 렌즈 폭과 일치하며, 초점거리가 상기 렌티큘라 판의 초점거리와 동일한 마이크로 렌즈 배열판인 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 투사렌즈의 출력개구가,

   프레넬 렌즈의 초점에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 조명장치가,

    정육면체의 한면에서 양모서리로부터 중심을 향해서 삼각뿔의 모양으로 정육면체의 체적을 제거하여 구성되며, 제거되지 않은 육면체 내부면에 구성된 좌측의 제 4 반사면, 우측의 제 5 반사면, 상부측의 제 6,제 7 반사면(도 6b 참조)을 갖는 반사장치;

    상기 반사장치에서 육면체내로 몰입되어 서로 직각을 이루는 두 면상에 위치하는 두개의 제 1 액정표시판 과 제 2 액정표시판;

    상기 두 액정표시판이 놓여진 상기 반사 장치의 면이 연장되어 내부에서 만나는 선분의 중앙에 위치하여 조명의 역할을 수행하는 광원; 및

    상기 내부 모서리의 상부에서 하부까지 원통의 1/4면을 이루고 광원에서 방출된 조명을 구형 반사 시키는 구형반사경으로 구성되는 것을 특징으로하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 광원이,

    상기 두 액정표시판이 위치하는 두 연장평면이 만나는 직선에 중심을 두고 상기 직선을 따라 상부에서 하부로 일정하게 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 광원이,

    상기 제 1 및 제 2 액정표시판이 위치한 연장평면이 만나는 직선상의 상부에서 하부까지 일정한 간격을 가지고 배열되는 점광원인 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
13. 제 10항에 있어서, 상기 광원이,

    상기 액정표시판이 위치한 연장평면이 만나는 직선상의 상부에서 하부까지의 길이를 갖는 원통형 광원인 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
14. 제 10항에 있어서, 상기 광원이,

    상기 두 액정표시판이 위치하는 상기 연장평면이 만나는 직선에 중심을 두고 상기 직선에서 양쪽으로 소정의 간격을 유지하며 상부에서 하부로 일정하게 두 줄로 배열되는 광원으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
15. 제 10항에 있어서, 상기 광원이,

    상기 액정표시판이 위치한 연장평면이 만나는 직선상의 상부에서 하부까지의 길이를 갖는 광방출 다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
16. 제 10 항에 있어서, 상기 구형 반사경이,

    오목 반사경 또는 볼록 반사경 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
17. 좌우 눈에 독립적으로 대응되는 영상정보를 담고 있으며 일정한 방향의 편광특성을 갖는 빔을 출력하는 액정 표시판;

    상기 액정 표시판의 전면에 위치하고, 상기 액정 표시판의 좌우 눈에 대응되는 영상변화에 대응하여 전자적으로 온/오프되어, 좌우 눈에 대응하는 영상 중 어느 한 영상의 위상만을 90도 위상 지연시키는 위상지연기;

    상기 액정표시판에 조명을 비추는 조명장치;

    상기 액정표시판과 상기 전기적 위상 지연기를 투과한 빔이 입사되는 입력개구부와 상기 빔이 출력되는 출력개구부를 갖는 투사렌즈;

    상기 투사렌즈의 출력개구부에 위치하며, 지표의 수평면을 기준으로 좌우 대칭면상에 서로 다른 편광특성을 갖는 편광면을 가지고 각 편광면에 대응하는 빔만을 투과시키는 제 1 편광판;

    상기 투사렌즈와 상기 제 1 편광판을 투과하여 진행한 빔의 영상정보를 디스플레이하기 위한 영상투사 스크린; 및

    상기 영상투사 스크린의 영상이 표시되는 시역에 위치하며, 상기 제 1 편광판과 동일 편광특성을 가지는 제 2 편광판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
18. 일정 방향의 편광특성을 가지며, 서로 직각을 이루어 배열되는 제 1,2 액정 표시판;

    상기 제 1,2 액정표시판에 조명을 비추는 조명장치;

    상기 제 1 액정표시판의 전면에 위치하여 상기 제 1 액정표시판에서 나오는 영상 정보를 담은 빔의 위상이 제 2 액정 표시판에서 나오는 빔의 위상과 위상차를 갖게 하는 위상지연기;

    일정방향의 빔만 반사 시키는 판형 빔 분할기;

    상기 액정표시판에서 출력되는 상기 위상지연기를 통과한 후 상기 빔 분할기를 투과한 빔을 반사키는 구형 반사경;

    좌우면에 서로 다른 편광특성을 갖는 편광면을 갖는 편광판; 및

    상기 구형 반사경에 의해 반사된 빔이 상기 빔 분할기에 의해 반사되어 상기 편광판을 투과한 후 영상을 만드는 영상 투사 스크린으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
19. 제 18항에 있어서,상기 입체영상 표시장치가,

    상기 조명장치와 상기 빔 분할기와 상기 구형 반사경이 일직선상에 높이며, 상기 빔 분할기는 상기 일직선과 수직을 이루는 수직선과 45도 각도를 이루며, 상기 영상 투사 스크린이 상기 일직선과 수직을 이루는 수직선상에서 상기 빔 분할기와 마주하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
20. 제 18 항에 있어서, 상기 편광판이,

    원편광판 또는 선편광판 또는 타원 편광판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시판의 편광 특성을 이용한 입체영상 표시장치.
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