KR100379367B1 - Three-dimensional display system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 입체표시장치에 관한 것으로, 특히 렌티큘라 스크린에 투사하기전에 전처기 과정으로써, n개의 방향별 화상이 표시되는 n개의 LCD 판넬의 전면에 각각 렌티큘라 렌즈를 배치하여 픽셀(pixel)의 개구부를 축소한 뒤, 상기 렌티큘라 스크린에 투사하여 멀티플렉싱(Multiplexing)하여 배치함으로써 수평해상도와 밝기 및 화각의 저하없이 입체표시를 구현할 수 있도록 한 입체표시장치에 관한 것이다. 일반적으로 종래의 입체표시장치에 관하여 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stereoscopic display device. In particular, a lenticular lens is disposed on a front surface of n LCD panels displaying n direction images as a preliminary step before projecting onto a lenticular screen. The present invention relates to a three-dimensional display device capable of realizing a three-dimensional display without reducing the horizontal resolution, brightness, and angle of view by reducing an opening and then projecting the light onto the lenticular screen and multiplexing the same. In general, with reference to the accompanying drawings with respect to the conventional stereoscopic display device as follows.
제1도는 일반적인 입체표시장치의 화상 기록구성을 나타낸 구조도이고, 제2도는 종래의 입체화상의 합성과정을 나타낸 구성도이며, 제3도는 종래의 입체 화상의 스크린 투사구성도이다.FIG. 1 is a structural diagram showing an image recording structure of a general stereoscopic display device, FIG. 2 is a structural diagram showing a process of synthesizing a conventional stereoscopic image, and FIG. 3 is a screen projection configuration of a conventional stereoscopic image.
종래의 입체표시장치에서 안경을 사용하지 않고 입체감을 즐길 수 있는 대표적인 장치로써 렌티큘라 스크린(Lenticular screen)을 사용한 방식이 있다.In a conventional stereoscopic display device, there is a method using a lenticular screen as a representative device that can enjoy a three-dimensional feeling without using glasses.
종래의 렌티큘라 3차원 화상표시방식의 구성은 제1도에 도시된 바와같이, 입체화상의 기록을 위하여 여러방향(본 발명의 종래 실시예에서는 A, B, C, D 4방향)에서의 화상을 복수개의 카메라를 이용하여 촬영하고, 이를 일정 규칙의 신호처리를 통하여 제2도에서와 같이 합성화상을 만든다.In the conventional lenticular three-dimensional image display method, as shown in FIG. 1, an image in various directions (A, B, C, D four directions in the conventional embodiment of the present invention) is used for recording stereoscopic images. Photographing is performed using a plurality of cameras, which are then synthesized as shown in FIG.
그리고, 상기와 같이 구성한 합성화상을 제3도에서와 같이, 비디오 프로젝터(Video projector)(1)를 이용하여 렌티큘라 스크린(Lenticular screen)의 촛점면(2)에 투영한다.The synthesized image configured as described above is projected onto the focal plane 2 of the lenticular screen using a video projector 1 as shown in FIG.
이때 렌티큘라 스크린의 한 피치(pitch)에는 합성된 줄무늬하상(Aij, Bij+1,Cij+2, Dij+3)이 대응되도륵 비디오 프로젝터(1)의 배율을 조정하며, 렌티큘라 스크린의 피치, PL은At this time, the magnification of the video projector 1 is adjusted so that the combined stripe images A ij , B ij + 1 , C ij + 2 , and D ij + 3 correspond to one pitch of the lenticular screen. The pitch of the curla screen, P L is
PL= HS/(NH/A)P L = H S / (N H / A)
HS: 렌티큘라 스크린의 수평거리H S : Horizontal distance of the lenticular screen
NH: LCD 판넬의 수평화소수N H : Horizontal pixel of LCD panel
A : 합성화상수A: Synthetic constant
로 주어진다.Is given by
상기와 같은 종래의 입체표시화상은 렌티큘라 렌즈(3)에 의해 특정의 관찰 위치에서 복수(4개)의 화상으로 분리된다.The conventional stereoscopic display image as described above is separated into plural (four) images at a specific viewing position by the lenticular lens 3.
즉, 관찰점 A, B, C, D에는 각각 A, B, C, D의 방향에서 본 화상만을 관찰할 수가 있으므로 관찰자는 좌우 눈의 시차에 의하여 입체감을 느끼게 된다.That is, since only the image seen from the directions of A, B, C, and D can be observed at observation points A, B, C, and D, respectively, the observer feels a three-dimensional effect by the parallax of the left and right eyes.
이때, 입체관찰영역은 입체표시장치인 입체 관찰영역 구성도인 제4도에서와 같이, 최적관찰위치(Do)를 중심으로 다이아몬드 모양의 관찰영역이 만들어진다.At this time, the stereoscopic observation region is made of a diamond-shaped observation region around the optimum observation position (Do) as shown in FIG.
한편, 역입체시 영역(psedoscopic range)에서는 좌우화상이 뒤바뀌어 깊이감이 반전된 모습이 보여 어색한 비정상적인 입체감이 관찰되는 영역이다.On the other hand, in the psedoscopic range, the left and right images are reversed and the sense of depth is inverted, which is an area in which an abnormal three-dimensional feeling is observed.
상기와 같은 각각의 비입체시 영역(Nonstereoscopic range), 역입체시 영역(pseudoscopic range), 정입체시 영역(stereoscopic range)에서의 입체관찰이 가능한 최지근거리(DF), 입체관찰의 최적거리(Do), 입체관찰의 최원거리(DB)등의 계산에 의한 각 영역의 크기는 입체관찰영역 계산을 위한 (표 1)에서와 같다.In each nonstereoscopic range, pseudoscopic range, stereoscopic range, the nearest near distance D F and the optimal distance for stereoscopic observation ( Do), the size of each region by the calculation of the longest distance (D B ) of the stereoscopic observation is as shown in (Table 1) for calculating the stereoscopic observation region.
(표 1)입체관찰영역 계산을 위한 테이블Table 1: Table for calculating stereoscopic observation area
단, A ; 스크린의 수평길이,Provided that A; The horizontal length of the screen,
K : 양안간격,K: binocular spacing,
n ; 합성화상의 갯수n; Number of composite images
즉, 화상 합성에 사용된 화상의 갯수가 증가하면 상기 (표 1)에서와 같이 입체감이 더욱 충실해지고, 자연스러운 입체감을 관찰할 수 있는 영역이 더욱 증가하게 된다.That is, as the number of images used for image compositing increases, the stereoscopic feeling becomes more substantial as shown in Table 1, and the area for observing natural stereoscopic feeling increases further.
그러나 상기와 같은 종래의 입체표시장치에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the above-described conventional stereoscopic display device has the following problems.
제2도에 도시된 바와같이, 촬영된 화상의 화소들을 수평방향으로만 순차 배치하여 합성화상을 제작하여 그상태를 비디오 프로젝터로써 렌티큘라 스크린에 투사하여 수직 해상도는 변화가 없으나, 수평해상도가 합성화상의 갯수에 반비레하여 1/n(n: 합성화상의 갯수)으로 감소하는 문제점이 있다.As shown in FIG. 2, the pixels of the photographed image are sequentially arranged only in the horizontal direction to produce a composite image, and the state is projected onto the lenticular screen by a video projector, so that the vertical resolution does not change, but the horizontal resolution is synthesized. There is a problem of decreasing to 1 / n (n: number of composite images) in inverse proportion to the number of images.
그리고 n개의 화상이 합성되면 수평방향의 화소들이 1/n으로 샘플링(sampling)되며, 관찰자가 관찰거리에서 화상을 관찰할때에는 좌우측 눈이 각각 1/n으로 샘플링된 한방향의 화상을 관찰하므로 화면의 밝기가 1/n으로 저하된다.When the n images are synthesized, the pixels in the horizontal direction are sampled at 1 / n, and when the observer observes the image at the viewing distance, the left and right eyes observe the image in one direction sampled at 1 / n. The brightness is reduced to 1 / n.
또한 상기와 같은 경우에 있어서는 렌티큘라 렌즈 스크린의 패치가 합성화상의 갯수에 비례하므로 렌티큘라 렌즈 스크린의 피치가 시각적으로 보이지 않는 최소위치로 설정이 되므로 관찰위치는 렌티큘라 스크린으로 부터 더욱 멀어지므로 시야각(viewing angle)이 그만큼 축소되는 단점이 있으므로, 더욱 좋은 입체감을 위하여 무작정 많은 화상을 합성할 수는 없는 또 다른 문제점이 있다.Also, in the above case, since the patch of the lenticular lens screen is proportional to the number of composite images, the pitch of the lenticular lens screen is set to the minimum position where the visual angle is not visible, so the viewing position is further away from the lenticular screen. Since there is a disadvantage in that the viewing angle is reduced by that, there is another problem in that a large number of images can not be synthesized for better stereoscopic effect.
본 발명은 상기와 같은 종래의 입체표시장치의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, n개의 방향별 화상이 표시되는 n개의 LCD판넬의 전면에 각각 렌티큘라 렌즈를 배치하여 상기 LCD 픽셀(pixe1)의 화소를 축소한 뒤 상기 렌티큘라 스크린에 투사하여 수평방향의 해상도, 화면의 밝기, 수평화각의 저하없이 n개의 방향별 화상을 멀티플렉싱(multiplexing)하여 넓은 입체 관찰영역과 우수한 입체감을 구현할 수 있는 입체표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the conventional stereoscopic display device, and the lenticular lens is disposed on the front surface of the n LCD panels displaying n direction-specific images, respectively. Reduce the pixels and project them onto the lenticular screen to multiplex the images in n directions without compromising horizontal resolution, screen brightness, or horizontal angle of view to realize wide stereoscopic viewing area and excellent stereoscopic effect The purpose is to provide a device.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체표시장치는 입체카메라를 이용하여 각각의 방향에 대하여 각각의 촬영방향에 따른 화상들이 표시되는 LCD 판넬과, 상기 LCD판넬의 전면에 각각 설치되어 상기 LCD판넬의 픽셀의 개구부를 통한 화상을 축소 결상시키는 렌티큘라 렌즈와, 상기 각각의 LCD판넬에서 출발하는 광들을 편광현상을 이용하여 분리하는 복수개의 폴라리징 빔 스프리터와, 상기 폴라리징 빔 스프리터 각각에 설치되어 각각의 상기 LCD판넬의 화상을 렌티큘라 쉬트스크린의 확산면에 멀티플렉싱하여 투사하는 투사렌즈로 이루어짐을 특징으로 한다.The stereoscopic display device of the present invention for achieving the above object is an LCD panel that displays images according to each shooting direction for each direction using a stereoscopic camera, and are respectively installed on the front of the LCD panel and the LCD panel A lenticular lens configured to reduce and image an image through an opening of a pixel of the pixel, a plurality of polarizing beam splitters for separating light from each LCD panel using polarization, and a polarizing beam splitter, respectively. And a projection lens for multiplexing and projecting an image of each LCD panel onto a diffused surface of the lenticular sheet screen.
이하, 본 발명의 입체표시장치의 구성 및 동작을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the stereoscopic display device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제5도는 본 발명의 입체표시장치의 입체화상 스크린 투사구성도이고, 제6도는 본 발명의 렌티큘라 렌즈에 의한 LCD 픽셀의 축소도이며, 제7도는 본 발명의 렌티큘라 스크린에서의 LCD판넬의 투사 화상도이다.5 is a diagram illustrating a stereoscopic image projection of the stereoscopic display device of the present invention, and FIG. 6 is a reduced view of the LCD pixel by the lenticular lens of the present invention, and FIG. 7 is a view of the LCD panel in the lenticular screen of the present invention. It is a projection image diagram.
또한, 제8도는 본 발명의 렌티큘라 스크린위에 표시된 합성 화상도이다.8 is a composite image diagram displayed on the lenticular screen of the present invention.
먼저 제5도에 도시된 바와같이, 본 발명의 입체표시장치는 카메라를 이용하여 각각의 방향에 대하여 각각의 촬영방향에 따른 화상들이 표시하는 LCD판넬(10, 11, 12, 13)과, 상기 LCD 판넬(10, 11, 12, 13)의 전면에 각각 설치되어 상기 LCD판넬(10, 11, 12, 13)의 픽셀(pixel)의 개구부를 통한 화상을 축소 결상시키는 렌티큘라 렌즈(20, 21, 22, 23)와, 상기 각각의 LCD판넬(10, 11, 12, 13)에서 출발하는 광들을 편광현상을 이용하여 분리하는 복수개의 폴라리징 빔 스프리터(30, 31)와, 상기 폴라리징 빔 스프리터(30, 31) 각각에 설치되어 각각의 상기 LCD 판넬(10, 11, 12, 13)의 화상을 렌티큘라 쉬트스크린(51)의 확산면(50)에 멀티플렉싱(multiplexing)하여 투사하는 투사렌즈(40, 41)로 구성된다.First, as shown in FIG. 5, the stereoscopic display device of the present invention uses an LCD panel (10, 11, 12, 13) for displaying images according to each shooting direction for each direction, and the Lenticular lenses 20 and 21 installed in front of the LCD panels 10, 11, 12, and 13, respectively, to reduce and form an image through openings of pixels of the LCD panels 10, 11, 12, and 13. And 22, 23, and a plurality of polarizing beam splitters 30 and 31 for separating light from each of the LCD panels 10, 11, 12, and 13 using polarization, and the polarizing beam. Projection lenses installed on each of the splitters 30 and 31 to multiplex and project images of the LCD panels 10, 11, 12, and 13 onto the diffusion surface 50 of the lenticular sheet screen 51 It consists of (40, 41).
상기한 본 발명의 구성에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the configuration of the present invention described above are as follows.
방향별 화상을 직접 표시하는 LCD판넬(10, 11, 12, 13)이 각각 두개의 폴라리징 빔스프리터(30, 31)의 면에 각각 배치되고, 각각의 LCD 판넬(10, 11, 12, 13)의 전면에는 렌티큘라 렌즈(20, 21, 22, 23)가 설치된다.LCD panels 10, 11, 12, 13, which directly display images for each direction, are disposed on the surfaces of the two polarizing beam splitters 30, 31, respectively, and each LCD panel 10, 11, 12, 13, respectively. ), The lenticular lens (20, 21, 22, 23) is installed.
또한 투사렌즈(40, 41)는 상기 폴라리징 빔 스프리터(30, 31) 각각에 하나씩 설치 되어 각각의 LCD 판넬(10, 11, 12, 13)의 화상을 렌티큘라 쉬트스크린(51)의 확산면(50)에 투사하는 것이다.In addition, projection lenses 40 and 41 are provided in each of the polarizing beam splitters 30 and 31 so as to diffuse images of the LCD panels 10, 11, 12, and 13 into the lenticular sheet screen 51. To project on 50.
상기 렌티큘라 쉬트스크린(51)의 확산면(50)에 표시되는 4개의 화상은 서로 멀티플렉싱되어 배치되는 것이다.The four images displayed on the diffusion surface 50 of the lenticular sheet screen 51 are arranged to be multiplexed with each other.
이때 상기 렌티큘라 쉬트스크린(51)의 확산면(50)에 표시된 방향별 합성화상을 각각 분리하여 관측위치에 있는 관측자의 좌, 우측 눈에 하나씩 연속된 방향별 화상을 표시하여 줌으로써, 관측자의 좌우눈이 시차를 가지도록 하여 표시되는 화상을 입체적으로 볼 수 있도록 한 것이다.At this time, the composite images for each direction displayed on the diffusion surface 50 of the lenticular sheet screen 51 are separated, respectively, and the images for each direction are displayed one by one in the left and right eyes of the observer at the observation position, thereby observing the left and right of the observer. The eye has parallax so that the displayed image can be viewed in three dimensions.
여기서 상기 다수개의 렌티큘라 렌즈(20, 21, 22, 23)는 제6도에 도시된 바와같이 상기 LCD판넬(10, 11, 12, 13) 펙셀의 개구부를 축소 결상시키는 역할을 하게 된다.Here, the plurality of lenticular lenses 20, 21, 22, and 23 serve to reduce and image the openings of the pegcells of the LCD panels 10, 11, 12, and 13, as shown in FIG. 6.
이때, 상기 LCD 판넬(10, 11, 12, 13)의 픽셀에 대한 개구율은 LCD마다 조금씩 다를 수 있는데 현재 약 40%가 최대이며, 개구율 S는In this case, the aperture ratio of the pixels of the LCD panels 10, 11, 12, and 13 may be slightly different for each LCD. Currently, about 40% is the maximum, and the aperture ratio S is
이다.to be.
이때, 개구율 S가 40% 이라면 a = 0.633 × b이다.At this time, if aperture ratio S is 40%, it is a = 0.633 * b.
축소된 개구부의 크기 Ic는 만일 n개의 화상을 합성할때에 LCD판넬(10, 11, 12, 13) 픽셀의 피치 b에 대하여The size of the reduced opening Ic is the pitch b of the LCD panels 10, 11, 12 and 13 pixels when synthesizing n images.
가 되어야 하며, 본 발명의 입체표시장치에서는 4개의 화상을 합성하므로 제6도에서와 같이 축소된 개구부의 크기 Ic는 LCD판넬(10, 11, 12, 13) 픽셀의 피치 b에 대하여 ¼이 되어야 한다.In the stereoscopic display device of the present invention, since the four images are synthesized, the size Ic of the reduced opening as shown in FIG. 6 should be ¼ with respect to the pitch b of the pixels of the LCD panels 10, 11, 12, and 13. do.
또한, 상기 렌티큘라 렌즈(20, 21, 22. 23)에 의하여 LCD판넬(10, 11. 12, 13) 픽셀의 개구부가 축소 결상되는 면을 렌티큘라 쉬트스크린(51)의 두께를 조절하여 상기 렌티큘라 렌즈(20, 21, 22, 23)가 있는 반대면이 되도록 하며, 이때 결상되는 상기 개구부이외의 영역은 흑색도장(black striping)하여 컨트레스트(contrast)를 향상시키는 것이다.In addition, the thickness of the lenticular sheet screen 51 may be adjusted by adjusting the thickness of the surface of the LCD panel 10, 11. 12, 13 by the lenticular lens 20, 21, 22. 23. The lenticular lens 20, 21, 22, 23 is to be the opposite side, the area other than the opening formed in the black coating (black striping) to improve the contrast (contrast).
제5도에서와 같이 LCD판넬(10, 11, 12, 13)에는 촬영방향에 따른화상(perspective view)들이 각기 표시되며, 이때 각각의 LCD판델(10, 11, 12, 13)은 출발하는 광들은 폴라리징 빔 스프리터(30, 31)에 의해 편광되어 있다.As shown in FIG. 5, perspective views according to the photographing direction are displayed on the LCD panels 10, 11, 12, and 13, respectively. Are polarized by the polarizing beam splitters 30 and 31.
따라서 상기 폴라리징 빔 스프리터(30, 31)를 이용하여 LCD 판넬(11, 13 혹은 10, 14)에서 출발하는 광의 편광상태를 상호 수직이 되게끔 설계하여 LCD판넬(12, 13)에 대하여 폴라리징 빔 스프리터(30, 31)가 미러(mirror)역할을 하도록 함으로써 광이용효율을 증대시켜 화면의 밝기를 극대화시키는 것이다.Therefore, the polarizing state of the light starting from the LCD panel 11, 13 or 10, 14 using the polarizing beam splitters 30 and 31 is designed to be perpendicular to each other, thereby polarizing the LCD panels 12 and 13. The beam splitters 30 and 31 act as mirrors to increase light utilization efficiency and maximize screen brightness.
또한 제7도에 도시된 바와같이 렌티큘라 쉬트스크린(51)에서의 각 LCD판넬(10, 11, 12, 13) 화상의 투사된 모양은 LCD판넬(10, 11, 12, 13) A, B, C, D 각각이 렌티큘라 쉬트스크린(51) 피치 Hp에 대하여 각각 Hp/4씩 옆으로 이동되도록 하여야 하므로 제5도에서와 같이 LCD 판넬(10, 11, 12, 13)의 부착은 이점을 고려하여 LCD 판넬(10, 11, 12, 13)의 중심이 b/4씩 이동되어 있을 것이다.Also, as shown in FIG. 7, the projected shape of each LCD panel 10, 11, 12, 13 image on the lenticular sheet screen 51 is the LCD panel 10, 11, 12, 13 A, B. FIG. Since C, D should be moved to the side of the lenticular sheet 51 pitch Hp by Hp / 4, the attachment of the LCD panels 10, 11, 12, and 13 as shown in FIG. In consideration, the centers of the LCD panels 10, 11, 12, and 13 may be moved by b / 4.
상술한 바와같이, 본 발명의 입체표시장치는 렌티큘라 렌즈를 이용하여 LCD판넬의 픽셀을 축소하여 각 화상을 멀티플렉싱함으로써, 합성화상이 n개입에도 불구하고 수평방향의 픽셀을 샘플링하지 않으므로 수평 해상도가 1/n으로 저하되지 않고, 합성화상의 갯수, n에 상관없이 원래의 수평해상도가 유지된다.As described above, the three-dimensional display device of the present invention reduces the pixels of the LCD panel by using a lenticular lens and multiplexes each image, so that the horizontal resolution is increased because the composite image does not sample the horizontal pixels despite n pieces. The original horizontal resolution is maintained regardless of the number of the synthesized images and n without being reduced to 1 / n.
그리고 n개의 합성화상을 사용할지라도 픽셀을 샘플링하지 않고 화소를 축소 투사함으로써 화면의 밝기가 유지된다.Even if n composite images are used, the brightness of the screen is maintained by reducing and projecting the pixels without sampling the pixels.
또한 n개의 합성화상에 대하여 각 화소를 1/n으로 축소 투사하여 렌티큘라 쉬트스크린의 피치도 변화가 되지않는다.In addition, the pitch of the lenticular sheet screen is not changed by reducing and projecting each pixel to 1 / n for n composite images.
따라서, 합성화상의 갯수에 상관없이 관찰거리를 정할 수가 있으므로 화각도축소가 되지않고 유지되도록 하는 효과가 있다.Therefore, the observation distance can be determined irrespective of the number of synthetic images, so that the angle of view can be maintained without reducing the angle of view.
제1도는 일반적인 입체표시장치의 화상기록구성을 나타낸 구조도1 is a structural diagram showing an image recording structure of a general stereoscopic display device
제2도는 종래의 입체화상의 합성과정을 나타낸 구성도2 is a block diagram showing a synthesis process of a conventional stereoscopic image
제3도는 종래의 입체화상의 스크린 투사구성도3 is a screen projection configuration of a conventional stereoscopic image
제4도는 입체표시장치에서의 입체 관찰영역 구성도4 is a block diagram of a stereoscopic observation area in a stereoscopic display device.
제5도는 본 발명의 입체표시장치의 입체화상 스크린 투사구성도5 is a three-dimensional image screen projection configuration of the three-dimensional display device of the present invention
제6도는 본 발명의 렌티큘라 렌즈에 의한 픽셀의 축소도6 is a reduced view of pixels by the lenticular lens of the present invention.
제7도는 본 발명의 렌티큘라 스크린에서의 LCD판넬의 투사화상도7 is a projection image of the LCD panel in the lenticular screen of the present invention
제8도는 본 발명의 렌티큘라 스크린위에 표시된 합성화상도8 is a composite image displayed on the lenticular screen of the present invention
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10, 11, 12, 13 : LCD판넬 20, 21, 22, 23 : 렌티큘라 렌즈10, 11, 12, 13: LCD panel 20, 21, 22, 23: Lenticular lens
30, 31 : 폴라리징 빔 스프리터 40, 41 : 투사렌즈30, 31: polarizing beam splitter 40, 41: projection lens
50 : 확산면 51 : 렌티큘라 쉬트 스크린50: diffused surface 51: lenticular sheet screen
Claims (3)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019950058939A KR100379367B1 (en) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Three-dimensional display system |
Publications (2)
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|---|
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