KR20200022890A - Three dimensional image display apparatus without vergence-accommodation conflict - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수렴 거리 및 조절 거리가 동일하여, 통상적으로 상용화되고 있는 입체 영상에서 수렴-조절 불일치(Vergence-Accommodation Conflict: 이하, VAC라고 함)로 인한 문제점이 나타나지 않는 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
우리가 눈으로 보는 것과 똑같이 물체를 그대로 디스플레이하려는 노력이 오랜 동안 계속 되어져 왔으며 또한 현재에도 입체 디스플레이 장치들의 수요가 지속적으로 증가하고 있는 추세에 있다. Efforts have been made to display objects exactly as we see them for a long time, and the demand for stereoscopic display devices continues to increase.
입체 디스플레이는 그 방식에 따라 다음과 같이 크게 4가지로 분류될 수 있다. The stereoscopic display can be classified into four types according to the method as follows.
가) Stereoscopic 방식A) Stereoscopic method
나) Auto-stereoscopic 방식B) Auto-stereoscopic method
다) Volumetric 방식C) Volumetric method
라) Holographic 방식D) Holographic method
이 방법들을 간단하게 설명하면 다음과 같다.Briefly, these methods are as follows.
먼저 스트레오스코피(Stereoscopy)(안경식 입체영상 디스플레이)은 두 눈에 보이는 이미지를 약간 다르게 함으로써 거리감을 느끼게 하는 방법이다. 이 방법은 비교적 구현하기 쉽기 때문에 최초 3D 영화가가 제작되고 방영되었을 당시 3D 영화 시장은 폭발적으로 발전될 것으로 예측되었지만, 이 방식은 수렴(Vergence)과 조절(또는 초점)(Accommodation)이 일치하지 않기 때문에 수렴-조절(초점) 불일치(Vergence-Accommodation Conflict: 이하, VAC라고 함)로 인한 눈에 피로감 또는 어지러움증을 주기 때문에 3D 영상을 오래 볼 수가 없었다. 그럼에도 불구하고 비교적 저가로 구현가능하다는 장점으로 인해 현재까지도 VR 디스플레이로서 대중적으로 인기가 높다.First, stereoscopy (eyeglass stereoscopic display) is a way of making the distance feel by slightly changing the image seen by both eyes. This method is relatively easy to implement, and the 3D movie market was expected to explode at the time the first 3D movie was produced and aired, but this approach did not match convergence and accommodation. Because of the fatigue or dizziness in the eyes due to Vergence-Accommodation Conflict (hereinafter referred to as VAC), the 3D image could not be seen for a long time. Nevertheless, it is still very popular as a VR display because of its relatively low cost.
본 발명의 이해를 돕기 위해 조절 및 수렴의 개념에 대해 간단히 설명하도록 한다.In order to facilitate the understanding of the present invention, the concept of adjustment and convergence will be briefly described.
도 1a는 수렴(Vergence)의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 1a에 도시한 바와 같이 수렴은 어떤 물체에 대해 하나의 융합된 이미지를 얻기 위해 두 눈이 서로 반대 방향으로 움직이는 과정을 나타낸다. 1A is a diagram for explaining a concept of convergence. As shown in FIG. 1A, convergence represents a process in which two eyes move in opposite directions to obtain a single fused image of an object.
도 1a에서 (a)는 두 눈이 근거리의 물체를 바라볼 때, (b)는 중거리의 물체를 바라볼 때, (c)는 원거리 물체를 바라볼 때를 나타내는데, 근거리에 있는 물체를 바라볼 때 두 눈의 각도(θ1)는 원거리에 있는 물체를 바라볼 때 두 눈의 각도(θ3)에 비해 큰 각도를 갖는다. 즉 사람의 두 눈은 가까운 물체를 볼 때 안구들이 얼굴 중심선의 안쪽으로 수렴하게 동작하고, 반대로 아주 원거리에 있는 물체를 볼 때 안구들은 거의 얼굴 중심선에 거의 평행을 이루게 된다.In FIG. 1A, (a) shows when both eyes look at a near object, (b) shows when looking at a medium distance object, and (c) shows when looking at a far object. The angle θ1 of the two eyes has a larger angle than the angle θ3 of the two eyes when looking at a distant object. In other words, the eyes of a person are converging to the inside of the face centerline when looking at a close object, while the eyes are almost parallel to the face centerline when looking at a very distant object.
도 1b는 조절 또는 초점(Accommodation)의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 1b에 도시한 바와 같이 조절은 특정 거리에 위치한 물체에 초점을 맞추기 위해 수정체(lens)의 모양과 두께를 조정하는 것으로 즉, 포커싱(focusing)을 위한 수정체의 조절(Accommodation) 과정을 의미한다.FIG. 1B is a diagram for explaining the concept of adjustment or focus. As shown in FIG. 1B, the adjustment is to adjust the shape and thickness of the lens to focus on an object located at a certain distance, that is, the process of adjusting the lens for focusing.
사람의 눈은 물체의 선명한 이미지를 획득하기 위해 도 1b에 도시된 바와 같이 수정체의 두께를 조절한다. 가까이 있는 물체에 초점을 맞출 때는 수정체가 두꺼워지고, 멀리 있는 물체에 초점을 맞출 때는 수정체가 얇아지게 된다. 이와 같은 수정체의 조절 작용(accommodation)에 의해 사람의 눈은 물체가 놓여진 거리에 관계없이 선명한 이미지를 얻을 수 있게 된다.The human eye adjusts the thickness of the lens as shown in FIG. 1B to obtain a clear image of the object. The lens becomes thicker when focusing on nearby objects, and thinner when focusing on distant objects. The accommodation of the lens allows the human eye to obtain a clear image regardless of the distance the object is placed.
도 1c의 (a)는 정상적인 상황에서의 사람 눈의 수렴-조절 상태를 나타낸다. 통상적으로 2D 스크린 상에서 영화를 볼 때, 또는 일상적인 상황 하에서 전술한 바와 같은 수렴 및 조절 거리는 서로 동일하다. Figure 1c (a) shows the convergence-controlled state of the human eye in normal situations. Typically when viewing a movie on a 2D screen, or under ordinary circumstances, the convergence and adjustment distances as described above are equal to each other.
그러나 스테레오스코피 방식과 같은 양안 시차를 이용한 3D 디스플레이 장치의 경우 서로 상호 의존성을 갖는 수렴-조절 상태가 어긋나게 된다. 이는 수렴-조절 불일치(또는 수렴-조절거리 불일치)(Vergence-Accommodation Conflict: VAC) 문제로 알려져 있으며, 도 1c의 (b)는 사람 눈에서의 수렴-조절 불일치 상태를 개략적으로 나타낸다. However, in the case of a 3D display device using binocular disparity such as a stereoscopic method, a convergence-adjustment state having mutual dependence is shifted. This is known as a convergence-accommodation conflict (VAC) problem, and (b) of FIG. 1C schematically illustrates the state of convergence-modulation mismatch in the human eye.
도 1c의 (b)에 도시된 바와 같이 사람의 두 눈은 스크린 화면에 초점을 맞추기 위해 초점 조절 작용(accommodation)을 수행하는 반면, 스테레오스코피 방식의 3D 영상 기법이 적용된 장면에서는 물체들이 마치 스크린 앞에 있는 것처럼 보여짐에 따라 사람의 눈이 다시 앞쪽의 물체들에 수렴(vergence)을 하기 위해 시도한다. 그와 동시에 또한 사람의 눈은 뚜렷한 이미지를 얻기 위해 스크린 화면에 초점을 맞추려고 시도한다. As shown in (b) of FIG. 1C, two eyes of a person perform focus adjustment to focus on a screen screen, whereas in a scene to which stereoscopic 3D imaging technique is applied, objects are displayed in front of the screen. As it appears, the human eye again attempts to converge on the objects in front of it. At the same time, the human eye also attempts to focus on the screen screen to get a clear image.
즉 조절 거리는 두 눈으로부터 스크린 화면까지 항상 동일한데, 수렴 거리는 디스패리티(disparity)의 정도의 크기에 따라 계속 바뀌게 됨에 따라 상호의존적인 수렴 및 조절 작용이 서로 독립적으로 동작하게 되어버리고, 이 과정에서 두 눈으로부터 들어오는 시각 신호를 해석하는 뇌가 혼란을 느끼게 됨에 따라 눈의 피로감, 어지러움증 또는 구토와 같은 증상이 유발된다.That is, the adjustment distance is always the same from both eyes to the screen, and the convergence distance is constantly changing according to the magnitude of the degree of disparity, so that the interdependent convergence and adjustment actions operate independently of each other. The brain, which interprets the visual cues coming from the eye, becomes confused, causing symptoms such as eye fatigue, dizziness, or vomiting.
이와 같은 수렴-조절 불일치로 인해 한 때 대중 앞에 선을 보였던 3D TV도 점차 사라지고 있다. 이와 같은 수렴-조절 불일치로 인해 발생되는 문제점은 디스플레이 자체의 해상도를 높인다고 하더라도 결코 해결될 수는 없다.Due to this convergence-control mismatch, 3D TVs, which once stood before the public, are gradually disappearing. The problem caused by this convergence-adjustment mismatch can never be solved even by increasing the resolution of the display itself.
다음으로, 오토-스테레오스코피(Auto-stereoscopy)(무안경식 입체영상 디스플레이) 방식의 입체 영상 디스플레이 장치는, 전술한 스테레오스코피가 안경이나 고글(Goggle)을 사용하는 반면에 눈에는 아무것도 착용하지 않고 디스플레이 장치에 간단한 장치를 부착하여 입체 영상을 구현하는 방법이다. 그렇지만 이 방법도 수렴과 조절 거리가 일치하지 않기 때문에 어지럼증이나 구토 현상이 동일하게 나타난다. 다만 눈에 아무 것도 착용하지 않는다는 점에서 스테레오스코피 방식 보다는 장점이 있지만 보이는 위치가 한정되고 또한 해상도가 떨어진다는 단점이 있다.Next, an auto-stereoscopy (stereoscopic stereoscopic display) type stereoscopic image display device is a stereoscopic image display while wearing the glasses or goggles (eyeglasses) while the above-described stereoscopic display without wearing anything It is a method of implementing a stereoscopic image by attaching a simple device to the device. However, this method also shows dizziness and vomiting because the convergence and control distances do not match. However, there is an advantage over the stereoscopic method in that nothing is worn on the eyes, but there is a disadvantage in that the visible position is limited and the resolution is lowered.
다음으로 체적 방식(Volumetric Method)의 입체 영상 디스플레이 장치는 통상적으로 레이저(Laser)로 빛을 공중에 수렴시켜서 입체영상을 구현하는 방법이다. 이 방법은 공중에 원하는 점에서 빛이 방출되기 때문에 전술한 바와 같은 수렴 및 조절 불일치로 인한 눈에 피로감이나 어지러움증과 같은 문제점을 주지는 않지만 영상이 표시되는 공간이 제한되고 기계적으로 장치를 지속적으로 움직여야하는 불편함과 레이저의 스캔(Scan) 속도의 제한 등으로 인해 널리 상용화 되고 있지 않다.Next, a three-dimensional (3D) image display apparatus of a volumetric method is a method of realizing a stereoscopic image by converging light into the air with a laser. This method does not introduce eye fatigue or dizziness due to convergence and mismatch of control as described above because light is emitted at the desired point in the air, but the space where the image is displayed is limited and mechanical movement of the device is required. Due to the inconvenience and limitation of the scanning speed of the laser is not widely commercialized.
마지막으로 홀로그래피(Holography) 방식은, 빛의 간섭무늬를 기록하고 그 기록된 무늬가 영상이 재생될 때 빛을 회절시켜 원래 표시하고자 하는 객체의 영상을 구현하는 방법이다. 정지된 영상은 이미 오래 전에 레이저의 발달과 함께 진화하였으나 움직이는 동영상은 아직도 구현에 있어서 어려움이 있다. 그 이유는, 홀로그래피를 이용하여 실제와 같은 동영상을 구현하기 위해, 첫째, SLM(공간광변조기)의 픽셀간 간격 크기가 가시광선의 파장(0.5㎛) 이하로 작아져야만 하지만, 현재까지 픽셀의 크기를 작게 만들기가 매우 어렵고, 둘째는, 홀로그래피를 이용하여 입체 동영상을 구현하기 위해 필요한 데이터의 수가 천문학적으로 커지게 된다. 또한 이외에도, 홀로그래피 디스플레이 장치의 경우 높은 회절 효율, 초고해상도의 픽셀 어드레싱 구동 기술, 대면적의 간섭성 면광원 또는 잡음이 없는 LED 광원 등과 같이 높은 제조 단가를 필요로 하기 때문에, 홀로그래피 방식의 입체 영상 디스플레이 장치가 비록 자연스러운 입체영상을 구현할 수 있는 최적의 기술이만 현재의 공지된 기술로서는 낮은 비용으로, 심지어는 높은 비용으로도 구현하는 것은 불가능하다. Finally, holography is a method of recording an interference fringe of light and diffracting light when the recorded fringe is reproduced to realize an image of an object to be originally displayed. Still images have evolved with the development of lasers a long time ago, but moving images are still difficult to implement. The reason is that in order to realize a realistic video using holography, first, the size of the inter-pixel spacing of the SLM (Spatial Light Modulator) must be smaller than the wavelength of visible light (0.5 μm). It is very difficult to make it small, and secondly, the number of data required to implement stereoscopic video using holography becomes astronomically large. In addition, the holographic display device requires a high manufacturing cost such as high diffraction efficiency, ultra-high resolution pixel addressing driving technology, large area coherent surface light source or noiseless LED light source, and so on. Although the device is an optimal technology for realizing natural stereoscopic images, it is impossible to implement low cost and even high cost with the current known technology.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 수렴-조절 불일치로 인해 발생되는 어지러움증, 눈의 피로감, 구토 현상이 유발되지 않는, 그에 따라 사람의 눈에 자연스럽게 인지될 수 있는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a three-dimensional image that can be perceived naturally in the human eye without causing dizziness, eye fatigue, and vomiting caused by convergence-control mismatches. It is an object to provide a video display device.
또한 본 발명은 비교적 간단한 구조를 통해 비용 절감된, 홀로그래피와 같은 자연스러운 동영상을 구현할 수 있는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device that can implement a natural video such as holography, cost-saving through a relatively simple structure.
전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 하나의 양태에 따르면, 수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치가 제공된다. 이 장치는, 입체 콘텐츠를 조사하기 위한 하나 이상의 광원; 상기 하나 이상의 광원으로부터의 광의 세기와 방향을 조절하기 위한 조광부; 및 상기 조광부로부터의 제어된 광을 수신하여 광축 상의 한 지점에 입체 콘텐츠의 이미지를 결상하여 표시하는 광학부를 포함하고,According to one aspect of the present invention, a stereoscopic image display device having the same convergence distance and adjustment distance is provided. The apparatus comprises one or more light sources for illuminating stereoscopic content; Dimming unit for adjusting the intensity and direction of the light from the at least one light source; And an optical unit which receives the controlled light from the dimming unit and forms an image of stereoscopic contents at a point on an optical axis to display the image.
상기 광학부는, 입사된 광을 확산하여 후단의 작은 렌즈 어레이로 전달하는 마이크로렌즈 어레이, 복수의 작은 렌즈로 이루어진 작은 렌즈 어레이로서 각각의 작은 렌즈는 마이크로렌즈 어레이로부터 전달된 광을 평행광으로 변경하는 작은 렌즈 어레이, 작은 렌즈 어레이로부터 전달된 평행광을 광축 상의 한 지점(P1)에 결상하는 하나의 큰 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징적 구성으로 포함한다.The optical unit may include a microlens array configured to diffuse incident light to a small lens array at a rear end, and a small lens array including a plurality of small lenses, each small lens converting light transmitted from the microlens array into parallel light. It comprises a small lens array, one large convex lens that forms parallel light transmitted from the small lens array at a point P1 on the optical axis.
전술한 양태에서 조광부는, 광의 세기를 조절하기 위한 광 변조기 및 광의 방향을 조절하기 위한 광 편향기를 포함한다.In the above aspect, the dimming part includes a light modulator for adjusting the intensity of light and a light deflector for adjusting the direction of light.
또한 전술한 양태에서 광원은 하나 또는 둘 이상의 레이저 다이오드이고, 광 변조기는, 상기 레이저 다이오드로 입력되는 전류를 직접 변화시키는 직접 변조 방식을 통해 변조 되거나, 음향 광 변조기(Acousto Optic Modulator) 및 전자 광 변조기(Electro Optic Modulator) 중 어느 하나를 포함하는 외부 변조 장치에 의해 변조될 수도 있다. In addition, in the above-described embodiment, the light source is one or more laser diodes, and the optical modulator is modulated through a direct modulation method that directly changes the current input to the laser diode, or an acoustic optical modulator and an electronic optical modulator. It may be modulated by an external modulator including any one of an Electro Optic Modulator.
또한 전술한 또 다른 양태에서 광원은 하나 또는 둘 이상의 레이저 다이오드이고, 광 편향기는, 변조된 광을 x축과 y축의 2축 공간 상에서 편향하는 2D 편향기이고, 광 편향기는 음향 광 편향기(Acousto Optic Deflector), 전자 광 편향기(Electro Optic Deflector), 폴리곤 미러(Polygon Mirror) 및 갈바노미터 미러(Galvanometer Mirror)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. In yet another aspect described above, the light source is one or more laser diodes, and the optical deflector is a 2D deflector that deflects modulated light in biaxial space of the x and y axes, and the optical deflector is an acoustic light deflector (Acousto). It may be selected from the group consisting of an Optic Deflector, an Electro Optic Deflector, a Polygon Mirror and a Galvanometer Mirror.
또한 전술한 양태에서 작은 렌즈 어레이의 광 출사면으로부터 큰 볼록 렌즈의 광 입사면까지의 거리는 광축으로부터 멀어질수록 점점 멀어진다. In addition, in the above-mentioned aspect, the distance from the light exit surface of the small lens array to the light entrance surface of the large convex lens becomes farther away from the optical axis.
또한 전술한 양태에서 작은 렌즈 어레이의 광 출사면으로부터 큰 볼록 렌즈의 광 입사면까지의 거리가 동일한 경우, 상기 큰 볼록 렌즈는 비구면으로 형성되어도 좋다. In the above-described embodiment, when the distance from the light exit surface of the small lens array to the light entrance surface of the large convex lens is the same, the large convex lens may be formed as an aspherical surface.
또한 전술한 양태에서 입체 영상 표시 장치는, 상기 지점 P1에 결상되는 영상을 확대하기 위해 P1 근방에 영상 확대부를 더 포함하고, 영상 확대부는, 볼록 렌즈로부터 지점 P1으로 수렴되어 오는 빛을 보는 사람의 위치를 향해 방향 전환하는 프레넬 렌즈부(Fresnel Lens) 및 프레넬 렌즈부로부터의 빛을 입체 영상 표시 영역인 지점 P2에 수렴시키는 반투명 오목 거울부를 포함한다. In addition, in the above-described aspect, the stereoscopic image display apparatus further includes an image enlargement unit in the vicinity of P1 to enlarge an image formed at the point P1, and the image enlargement unit is configured to determine the light converging from the convex lens to the point P1. A Fresnel lens portion for turning toward a position and a semi-transparent concave mirror portion for converging light from the Fresnel lens portion to a point P2 which is a stereoscopic image display area.
전술한 양태에서, 프레넬 렌즈부는 프레넬 렌즈, 프레넬 렌즈의 출사면측에 결합된 제1 흡수형 편광판 및 제1 λ/4 위상지연자(Retarder)를 차례대로 포함하고,In the above-described aspect, the Fresnel lens portion includes a Fresnel lens, a first absorption type polarizing plate coupled to the emission surface side of the Fresnel lens, and a first λ / 4 phase retarder,
또한 전술한 양태에서, 반투명 오목 거울부는, 반투명 오목 거울, 반투명 오목 거울의 출사면 측에 제공되는 투명유리판, 제1 λ/4 위상지연자(Retarder)와 반대의 성질을 갖는 제2 λ/4 위상지연자, 반사형 편광판, 및 제1 흡수형 편광판과 반대의 성질을 지닌 제2 흡수형 편광판을 차례대로 포함한다.Also in the above-described aspect, the translucent concave mirror portion is a translucent concave mirror, a transparent glass plate provided on the exit surface side of the translucent concave mirror, a second λ / 4 having a property opposite to that of the first λ / 4 phase retarder. And a phase retarder, a reflective polarizing plate, and a second absorbing polarizing plate having properties opposite to those of the first absorbing polarizing plate.
또한 전술한 양태에서, 광원이 아닌 외부의 주변광은 제2 흡수형 편광판에 의해 선형 편광으로 변경되고 그 선형 편광이 반사형 편광판을 통하여 제2 λ/4 위상지연자를 지나면서 원형 편광으로 변경되고 반투명 오목거울에 의해 반사되어 다시 제2 λ/4 위상지연자를 지나 편광 방향이 90도로 회전한 선형 편광으로 바뀌게 되고, 편광 방향이 90도 회전된 선형 평광은 제2 흡수형 편광판에 의해 차단되어 다시 외부로 나오지 않게 된다. Also in the above-described aspect, the ambient light outside the light source is changed to linear polarization by the second absorption type polarizer and the linear polarization is changed to circular polarization while passing through the second λ / 4 phase delay through the reflective polarizer. Reflected by the translucent concave mirror, the light is changed back to the linear polarized light through the second λ / 4 phase retarder, and the polarized light is rotated by 90 degrees. It does not come out.
전술한 양태에서 반투명 오목 거울로부터 반사되어 입체 영상 표시 영역 상에 영상이 결상될 때 발생되는 구면 수차를 제거하기 위해 상기 광 편향기로부터 마이크로렌즈 어레이로의 광선의 편향 각도가 결정된다. In the above-described aspect, the deflection angle of the light beam from the light deflector to the microlens array is determined to eliminate spherical aberration generated when reflected from the translucent concave mirror to form an image on the stereoscopic image display area.
이때 광 편향기로부터 마이크로렌즈 어레이로의 광선의 편향 각도는, 오목거울의 광축을 중심으로 대칭하는 가상의 공간 좌표를 갖는 복수의 점들로 이루어진 수차 보정 콘을 형성하는 복수의 점들에 부여된 방향과 일치하도록 결정된다. The deflection angle of the light beam from the optical deflector to the microlens array is the direction given to the plurality of points forming an aberration correction cone composed of a plurality of points having imaginary spatial coordinates symmetric about the optical axis of the concave mirror. Is determined to match.
또한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 반투명 오목거울을 통과하여 반투명 오목 거울의 전방에 위치되는 영상 표시 영역에 투사되는 이미지의 수차를 보정하는데 이용되는 수차 보정 콘을 형성하는 방법이 제공된다. 구체적으로 이 방법은,According to another aspect of the present invention, there is also provided a method of forming an aberration correcting cone used for correcting aberration of an image projected through a translucent concave mirror and projected onto an image display area located in front of the translucent concave mirror. Specifically, this method
a) 영상 표시 영역의 공중에 하나의 점 P를 선택하는 단계;a) selecting one point P in the air of the image display area;
b) 선택된 점 P 와 반투명 오목거울의 중심점 O를 연결하는 연결선을 설정하는 단계 - 상기 연결선은 반투명 오목거울의 광축(z)으로 됨 - ;b) establishing a connecting line connecting the selected point P and the center point O of the semi-transparent concave mirror, said connecting line being the optical axis z of the semi-transparent concave mirror;
c) 영상 표시 영역을 관찰하는 사람의 위치 근처에 좌표계의 원점 o를 설정하는 단계 - 여기서 원점 o는 광축(z) 상에 위치됨 - ;c) setting the origin o of the coordinate system near the position of the person observing the image display area, wherein the origin o is located on the optical axis z;
d) 원점 o에서 광축(z)에 수직한 y축 상에 중심이 위치하는 미리 결정된 직경을 가지는 작은 원(c)를 생성하는 단계;d) creating a small circle c having a predetermined diameter centered on the y axis perpendicular to the optical axis z at the origin o;
e) 작은 원(c) 둘레에 등 간격으로 복수의 점들을 배치시키는 단계;e) placing a plurality of points at equal intervals around the small circle c;
f) 작은 원(c) 둘레에 설정된 점들에서 광선이 출발한다고 가정하고, 작은 원 c 둘레상의 복수의 점들에서 P점을 연결하고 그 선을 더 연장시켜 반투명 오목거울에 의해 반사되어 나오는 선들이 수렴되는 점들(C)를 계산하는 단계;f) Assuming that the ray starts at the points set around the small circle c, connect the point P at a plurality of points around the small circle c and extend the line further to converge the lines reflected by the translucent concave mirror. Calculating the points (C) being;
g) 작은 원 c의 원점(또는 중심)에서 출발하는 광선(또는 중심선)으로부터 작은 원 c의 둘레의 복수의 점들에서 출발하는 광선까지의 수직 거리를 계산하는 단계 - 여기서 거리들의 합(rms 값)이 가장 적은 점이 수차 콘을 형성하는 하나의 점으로 선택됨 - ;g) calculating the vertical distance from the ray (or center line) starting at the origin (or center) of the small circle c to the ray starting at a plurality of points around the small circle c, where the sum of the distances (rms value) This least point is chosen as one point forming the aberration cone;
h) y축 상에 있는 원의 중심을 y축 상에서 등간격으로 불연속적으로 변화시키면서 단계 f)와 g)를 반복하여 반투명 오목 거울 면의 전방 공간 상에 점(C)으로 이루어진 곡선(CL)을 획득하는 단계; 및h) Repeating steps f) and g), discontinuously changing the center of the circle on the y axis at equal intervals on the y axis, the curve CL consisting of point C on the front space of the translucent concave mirror surface. Obtaining a; And
i) 단계 h)에서 얻어진 곡선 CL을 z축을 중심으로 회전시켜 콘 형상을 갖는 수차 보정 콘을 획득하는 단계;i) rotating the curve CL obtained in step h) about the z-axis to obtain an aberration correction cone having a cone shape;
j) 수차 보정 콘을 형성하는 각각의 점에 광선의 방향을 부여하는 단계 - 여기서 광선의 방향은 작은 원 c의 중심에서 나오는 빛이 그 수차 콘에 도달하는 광선의 방향임 - ;를 포함한다.j) imparting the direction of the light beam to each point forming the aberration correction cone, where the direction of the light beam is the direction of the light beam from the center of the small circle c reaching the aberration cone.
본 발명에 따르면 수렴-조절 거리가 일치됨에 따라 그 불일치로 발생되는 어지러움증, 눈의 피로감, 구토 현상이 입체 영상을 오랫동안 관람하여도 유발되지 않는, 그에 따라 사람의 눈에 자연스럽게 인지될 수 있는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. According to the present invention, dizziness, eye fatigue, and vomiting caused by disagreement as the convergence-adjusting distances are matched are not caused even by watching a stereoscopic image for a long time, and thus a stereoscopic image that can be naturally recognized in the human eye. It is possible to provide a display device.
또한 본 발명에 따르면 비교적 간단한 구조를 통해 입체 영상이 구현됨에 따라 비교적 낮은 비용으로 홀로그래피와 같은 자연스러운 동영상을 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, as a stereoscopic image is implemented through a relatively simple structure, a natural video such as holography can be realized at a relatively low cost.
도 1a는 수렴(Vergence)의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 1b는 조절 또는 초점(Accommodation)의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 1c의 (a)는 정상적인 상황에서의 사람 눈의 수렴-조절 상태를 나타낸다. 도 1c의 (b)는 사람 눈에서의 수렴-조절 불일치 상태를 개략적으로 나타낸다
도 2는 본 발명에 따른 수렴 거리 및 조절 거리가 동일하도록 제조된 입체 영상 표시 장치의 일례를 나타낸다.
도 3은 레이저 다이오드의 광을 평행광으로 변경하는 시준 렌즈를 나타낸 도면.
도 4는 음향 광 변조기의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 음향 광 편향기의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 갈바노미터 미러를 이용하여 광 편향의 일례를 나타낸 도면.
도 7은 f-θ 렌즈의 일례를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학부 주요 구성을 나타낸 도면.
도 9는 마이크로렌즈 어레이의 기능을 설명하기 위한 도면.
도 10은 확산광을 평행광으로 변환하는 작은 렌즈의 기능을 설명하기 위한 도면.
도 11은 광학부를 통과한 광의 광학 수차를 설명하기 위한 도면.
도 12a는 도 11의 광학 수차를 보정하기 위한 일례를 나타낸 도면.
도 12b는 도 11의 광학 수차를 보정하기 위한 다른 일례를 나타낸 도면.
도 13은 영상 확대부를 설명하기 위한 도면.
도 14는 광학부로부터의 빛이 영상 확대부를 통해 영상 표시 영역에 표시되는 설명하기 위한 도면.
도 15는 영상 확대부의 반투명 오목 거울을 통해 초점 P2에 영상을 수렴시키는 방법을 설명하기 위한 설명도.
도 16은 수차 보정콘을 나타낸 도면.
도 17은 수차 보정콘에 부여되는 광선의 방향을 나타내는 도면.
도 18은 작은 렌즈로부터 수차 보정콘으로 입력되는 광선의 예를 도시한 도면.
도 19는 수차 보정콘을 통해 수차가 제거된 광이 입체 표시 영상에 결상되는 것을 설명하기 위한 도면.
도 20은 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 여러 구현예를 나타낸 도면.
도 21은 반투명 오목 거울의 허상을 볼 수 있도록 한 다른 실시예를 나타내는 도면.1A is a diagram for explaining the concept of convergence.
1B is a view for explaining the concept of adjustment or focus (Accommodation).
Figure 1c (a) shows the convergence-controlled state of the human eye in normal situations. (B) of FIG. 1c schematically illustrates a convergence-controlled mismatch state in the human eye
2 illustrates an example of a stereoscopic image display device manufactured to have the same convergence distance and control distance according to the present invention.
3 shows a collimating lens for changing light of a laser diode into parallel light.
4 shows an example of an acoustic light modulator.
5 shows an example of an acoustic light deflector.
6 illustrates an example of light deflection using a galvanometer mirror.
7 shows an example of an f-θ lens.
8 is a view showing the main configuration of the optical unit according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining the function of the microlens array;
10 is a diagram for explaining the function of a small lens for converting diffused light into parallel light.
11 is a view for explaining optical aberration of light passing through the optical unit.
12A is a diagram illustrating an example for correcting the optical aberration of FIG. 11.
12B illustrates another example for correcting the optical aberration of FIG. 11.
13 is a diagram for explaining an image enlargement unit;
FIG. 14 is a diagram for explaining that light from an optical unit is displayed in an image display area through an image enlargement unit; FIG.
15 is an explanatory diagram for explaining a method for converging an image to a focal point P2 through a translucent concave mirror of an image enlargement unit;
16 shows aberration correction cones.
Fig. 17 is a diagram showing the direction of light rays applied to aberration correction cones.
18 shows an example of light rays input from a small lens to the aberration correction cone.
19 is a view for explaining that light whose aberration is removed through an aberration correction cone is imaged on a stereoscopic display image.
20 is a view showing various embodiments of a stereoscopic image display apparatus according to the present invention.
21 shows another embodiment in which a virtual image of a translucent concave mirror can be viewed.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below but may be implemented in various different forms.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. In this specification, the embodiments are provided so that the disclosure of the present invention may be completed and the scope of the present invention may be completely provided to those skilled in the art. And the present invention is defined only by the scope of the claims. Thus, in some embodiments, well known components, well known operations and well known techniques are not described in detail in order to avoid obscuring the present invention.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Like reference numerals refer to like elements throughout. In addition, the terms used (discussed) herein are for the purpose of describing particular embodiments only and are not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. In addition, components and operations referred to as 'includes (or includes)' do not exclude the presence or addition of one or more other components and operations.
도 2는 본 발명에 따른 수렴 거리 및 조절 거리가 동일하도록 제조된 입체 영상 표시 장치의 일례를 나타낸다. 이하 설명되는 실시예는 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있다.2 illustrates an example of a stereoscopic image display device manufactured to have the same convergence distance and control distance according to the present invention. The embodiments described below are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. I can understand that.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는, 빛을 생성하기 위한 광원(100), 광원으로부터 나온 빛의 세기와 방향을 제어하기 위한 조광부(200), 조광부를 통해 제어된 광을 광축 상에 위치된 어느 한 지점 또는 초점 평면 P1에 집중시키기 위한 광학부(400)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the stereoscopic image display device according to the present invention is controlled through a
광원(100)은 하나 또는 하나 이상의 레이저 다이오드를 포함하고, 레이저 다이오드에서 레이저 빔이 발생된다. 광원(100)의 수는 광원부 후단에 제공되는 조광부(200)의 종류와 성능에 따라 적절하게 선택될 수 있다.The
조광부(200)는 광원(100)인 레이저 다이오드로부터의 빛을 수신하여 광의 세기를 결정하기 위한 변조기(210)(modulator)와 변조기(210)로부터의 출력된 광의 방향을 편향시키는 편향기(230)(deflector)를 포함하고, 필요에 따라 광원으로부터 출력되는 레이저의 손실을 줄이기 위해 광원(100)과 변조기(210) 사이에 광원으로부터의 레이저를 변조기(210)로 시준하기 위한 시준 렌즈가 더 제공될 수도 있다. 시준 렌즈는 도 3에 도시한 바와 같이 레이저 다이오드로부터 분기된 광이 평행하게 변조기(210) 내로 입력되도록 작용한다. 그러나 다른 실시예에서 레이저 빔은 필요에 따라 레이저 빔의 폭이 조절되도록 어느 한 점에 초점을 맞추어 변조기(210) 내로 진입될 수도 있다.The
보다 구체적으로, 변조기(210)는 레이저 다이오드로부터의 빛을 세기를 조절하는데 현재 공지되어 있는 각종의 변조 기술이 이용될 수 있으며, 다음과 같은 것들이 이용될 수 있다.More specifically, the
- 직접 변조 방식(Direct Modulation): 직접 변조 방식은 레이저 다이오드로 입력되는 전류를 변화시켜 출력되는 레이저의 세기를 조절하는 방법으로 속도는 느리지만 비용면에서 가장 저렴하다.Direct Modulation: Direct Modulation is a method of controlling the intensity of the laser output by changing the current input to the laser diode.
- 외부 변조 방식(External Modulation): External Modulation:
외부 변조 방식으로는 음향 광 변조기(Acousto Optic Modulator) 또는 전자 광 변조기(Electro Optic Modulator) 중 하나가 이용될 수 있다. 이 방법은 레이저 다이오드로부터 나오는 빛의 세기는 일정하지만 음향 광 변조기 또는 전자 광 변조기를 스위치로 사용하여 빛의 세기가 조절된다. 도 4는 본 발명에 이용될 수 있는 외부 변조 방식 중 하나인 음향 광 변조기의 일례를 나타내는 도면으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 다른 추가의 구성을 가진 음향 광 변조기가 이용될 수 있으며, 음향 광 변조기는 이미 공지되어 있는 기술이 동일하게 이용될 수 있으며, 이는 당업자에게 자명한 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.As an external modulation method, one of an acoustic optical modulator or an electro optic modulator may be used. In this method, the light intensity from the laser diode is constant, but the light intensity is controlled by using an acoustic or electronic light modulator as a switch. 4 is a view showing an example of an acoustic light modulator which is one of the external modulation schemes that can be used in the present invention. The present invention is not limited thereto, and an acoustic light modulator having another additional configuration may be used. The light modulator may be equally well known in the art, which is obvious to those skilled in the art, and thus a detailed description thereof will be omitted.
변조기(210)를 통해 변조된 광은 변조기(210)의 후단에 제공된 편향기(Deflector)를 통해 편향되어 이미지를 초점(P1)에 결상하기 위한 광학부(400)로 입사된다.The light modulated by the
편향기(230)는 빛을 x축과 y축 공간 상에서 편향하는 2D 편향기가 사용되는데, 다음과 같은 것들이 이용될 수 있다.The
- 음향 광 편향기(Acousto Optic Deflector) 또는 전자 광 편향기(Electro Optic Deflector) : 음향 광 편향기 또는 전자 광 편향기는 광원으로서 이용되는 레이저 다이오드의 수가 적은 경우에 적합하다. 도 5는 편향기로서 이용될 수 있는 음향 광 편향기의 일례를 나타내는 도면이다. 음향 광 편향기는 이미 공지되어 있는 기술이 동일하게 이용될 수 있으며, 이는 당업자에게 자명한 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Acousto Optic Deflector or Electro Optic Deflector Acoustic light deflector or electro-optical deflector is suitable when the number of laser diodes used as a light source is small. 5 is a diagram illustrating an example of an acoustic light deflector that can be used as a deflector. Acoustic light deflectors may be used in the same manner known in the art, which will be apparent to those skilled in the art, so a detailed description thereof will be omitted.
- 폴리곤 미러(Polygon Mirror) 또는 갈바노미터 미러(Galvanometer Mirror): 복수개의 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 어레이를 전술한 바와 같은 직접 변조 방식(Direct Modulation) 으로 빛의 세기를 변화시킨 다음 폴리곤 미러 또는 갈바노미터 미러를 이용해 레이저 빔을 스캔한다. Polygon Mirror or Galvanometer Mirror: A plurality of laser diodes or arrays of laser diodes are varied in light intensity by direct modulation as described above, followed by a polygon mirror or galvano mirror. The laser beam is scanned using a meter mirror.
도 6은 갈바노미터 미러를 이용하여 광을 편향시키는 것을 하나의 예시로서 나타낸 도면이다. 갈바노미터 미러를 이용하여 광을 편향하는 방식은 도 6에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드의 수가 많아질수록 레이저 빔을 스캔하는 각도가 작아지게 된다. 6 is a diagram illustrating, as an example, deflecting light using a galvanometer mirror. In the method of deflecting light using a galvanometer mirror, as the number of laser diodes increases, the angle of scanning the laser beam becomes smaller as shown in FIG. 6.
한편, 음향 광 편향기 또는 전자 광 편향기를 사용할 경우 작은 수의 레이저 다이오드, 바람직하게는 하나의 레이저 다이오드로 스캔을 수행하지만 폴리곤 미러 또는 갈바노미터 미러를 사용하는 경우 레이저 다이오드의 수를 많이 이용하면 폴리곤 미러 또는 갈바노미터 미러의 스캔 각도를 아주 작게 줄일 수 있기 때문에 음향 광 편향기 또는 전자 광 편향기를 이용하는 것에 비교하여, 상대적으로 느린 스캔 속도를 보상하면서 동시에 비용면에서 많은 이점을 취해질 수 있다.On the other hand, when using an acoustic optical deflector or an electron optical deflector, a scan is performed with a small number of laser diodes, preferably one laser diode, but when a polygon mirror or galvanometer mirror is used, a large number of laser diodes is used. Since the scan angle of the polygon mirror or galvanometer mirror can be reduced to a very small size, it can be advantageously cost-effective while compensating for relatively slow scan speeds compared to using an acoustic light deflector or an electron light deflector.
광 편향기(230)를 거친 광은 초점면(P1) 상에 이미지를 결상시키는 광학부(400)로 입사되어 진다. 부수적으로 본 발명에 따른 입체영상 디스플레이 장치는 광 편향기(230)와 광학부(400) 사이에 광 편향기(230)로부터 방사된 광이 하나의 광학부(400)의 광 입사면(S1)에 균일하게 입사되도록 f-θ렌즈(300)를 더 포함할 수도 있다. f-θ렌즈(300)는 광 편향기(230)와 광학부(400) 사이의 거리에 따라 필요시 설치될 수도 있다.Light passing through the
도 7에 도시된 바와 같이, f-θ 렌즈(300)는 통상적으로 편향된 빛을 광축에 대해 수직한 하나의 동일 평면(S1)상에 수렴되도록 한다. 한편 광 편향기로서 음향 광 편향기와 같이 빛이 꺾이는 각도가 작을 때는 f-θ 렌즈와 광 입사면(S1) 사이에 오목렌즈를 삽입시켜 꺾이는 각도를 좀 더 크게 할 수도 있다. As shown in FIG. 7, the f-
이어서 f-θ 렌즈(300)를 통과한 빛은 광축을 따라 진행되어 광학부(400)에 입사된다. 도 8은 본 발명에 따른 광학부(400)의 전술한 주요 구성을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 광학부(400)는 초점면(P1) 상에 이미지를 결상시키는 기능을 수행하는데, 이를 위해 광학부는 마이크로렌즈 어레이(410), 복수의 작은 렌즈로 이루어진 작은 렌즈(430), 하나의 큰 렌즈(450)를 포함한다.Subsequently, light passing through the f-
도 9는 마이크로렌즈 어레이(410)의 기능을 설명하기 위한 도면으로, 마이크로렌즈 어레이(410)는 빛을 확산하도록 기능하며, 마이크로렌즈의 피치와 렌즈 한쪽면의 곡률반경은 수십 μm 정도이다. 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈 어레이(410)는 입사되는 광선을 확산시켜 균일하게 한다.9 is a view for explaining the function of the
이와 같이 마이크로 렌즈 어레이(410)를 통과한 빛은 광축 상에서 마이크로 렌즈 어레이(410)의 후단에 설치된 작은 렌즈(430)를 통과하는데, 이때 작은 렌즈(430)는 도 10에 도시한 바와 같이, 확산된 광을 거의 평행한 상태의 평행광으로 변환한다. 작은 렌즈의 직경은 대략 수 mm 정도이다. 이와 같은 작은 렌즈들은 그 수가 많으면 많을수록 더 세밀한 입체영상을 구현할 수 있는데, 바람직하게 레이저 다이오드의 수와 동일한 수의 작은 렌즈를 사용하면 하나의 레이저 다이오드는 그에 대응하는 하나의 작은 렌즈 영역만 스캔하면 되기 때문에 영상의 품질이 향상되게 된다.As such, the light passing through the
이후 작은 렌즈를 통과한 빛은 후단에 제공된 큰 렌즈(450)을 통해 들어가고 큰 렌즈(450)를 통과한 광은 다시 초점(P1) 상에 수렴되어 입체 영상이 구현되게 된다. 그러나 큰 렌즈(450)은 작은 렌즈(430)에 비교하여 상대적으로 큰 구면을 갖고 있기 때문에 도 11에 도시된 것처럼 구면으로부터 구면 수차가 발생되게 된다. 즉 마이크로렌즈 어레이(410)에서 확산되어지는 위치와 작은 렌즈(430)의 상대적인 위치에 따라 수렴되어지는 점들의 위치가 달라지며, 도 11에 도시된 바와 같이 한점(P1)에 수렴되지 않는다.Thereafter, the light passing through the small lens enters through the
이를 해결하기 위해서는 큰 렌즈(430)의 구면을 비구면으로 형성하는 것을 고려해볼 수 있지만 비교적 큰 구면을 갖는 렌즈를 비구면으로 제조하는 경우 단가가 지나치게 상승하게 되어 버린다. 본 발명자는 이와 같은 큰 렌즈(430)로부터 발생되는 구면 수차로 인해 한 점에 수렴되지 않는 문제를 해결하기 위해 작은 렌즈(430)들의 위치와 각도를 조절하여 작은 렌즈에서 오는 빛들을 한 점에 수렴하게 만들었다. 이와 같은 원리는 도 12a 및 도 12b에 나타내었다. In order to solve this problem, it may be considered that the spherical surface of the
먼저 도 12a에 도시된 바와 같이, 복수의 작은 렌즈들의 위치는 큰 렌즈(450)의 구면 수차를 줄이기 위해 동일한 하나의 평면에 있지 않도록 조절된다. 즉 큰 렌즈(450)의 중앙부 또는 광축 x의 근방에서 작은 렌즈(430)의 광 출사면과 큰 렌즈(450)의 광 입사면은 상대적으로 가깝게 위치되는 반면 광축으로부터 수직방향으로 멀어질 수록 작은 렌즈(430)의 광 출사면과 큰 렌즈(450)의 광 입사면은 방사상으로 더 멀어지게 배치된다. First, as shown in FIG. 12A, the positions of the plurality of small lenses are adjusted so as not to be in the same one plane to reduce spherical aberration of the
또한, 도 12b에 도시된 바와 같이, 복수의 작은 렌즈들의 위치는 큰 렌즈(450)의 구면 수차를 줄이기 위해 동일한 하나의 평면에 있지 않도록 조절되는데, 즉 큰 렌즈(450)의 중앙부 또는 광축 x의 근방에서 작은 렌즈(430)의 광 출사면과 큰 렌즈(450)의 광 입사면은 상대적으로 가깝게 위치되는 반면 광축으로부터 수직방향으로 멀어질 수록 작은 렌즈(430)의 광 출사면과 큰 렌즈(450)의 광 입사면은 방사상으로 더 멀어지게 배치되고, 이에 더하여 작은 렌즈들(430)의 광축들이 큰렌즈(450) 광축 x에 대해 경사지도록 구현된다. 이때, 작은 렌즈들(430)의 광축과 큰 렌즈(45)의 광축이 이루는 경사 각도는 큰 렌즈의 광축 X로부터 멀어질수록 크고 광축 X 상에 가까울 수록 작아진다.In addition, as shown in FIG. 12B, the positions of the plurality of small lenses are adjusted so as not to be in the same plane to reduce spherical aberration of the
이와 같은 구성에 따르면 수렴점 P1 상에 비교적 작은 부피(3cm*3cm*1.5cm: 가로(x),세로(y),높이(z))의 입체 영상이 얻어졌으며 수렴 및 조절 거리가 동일하여 이전에 설명한 바와 같은 수렴-조절 불일치 문제점이 나타나지 않지만, 이 입체 영상은 작은 부피를 갖기 때문에 이를 확대할 필요가 있다.According to this configuration, a stereoscopic image of a relatively small volume (3cm * 3cm * 1.5cm: horizontal (x), vertical (y), height (z)) was obtained on the convergence point P1. The convergence-control discrepancy problem described above does not appear, but this stereoscopic image has a small volume and needs to be enlarged.
도 13는 초점면 P1 근방에, 보다 구체적으로는 큰 렌즈(450)와 초점면 P1 사이에 추가적으로 제공되는 영상 확대부(500)를 나타낸다. 영상 확대부(500)는 큰 렌즈로부터 수렴되어 오는 빛을 보는 사람의 위치를 향해 방향을 바꿔 주는 기능을 갖는 프레넬 렌즈부(Fresnel Lens)(510) 및 프레넬 렌즈로부터의 빛을 입체 영상 표시 영역인 제2 초점 영역(P2)에 수렴하는 반투명 오목 거울부(520)을 포함한다.FIG. 13 illustrates an
보다 구체적으로 프레넬 렌즈부(510)는 프레넬 렌즈(511)와 프레넬 렌즈(511)의 출사면측에 제공되는 제1 흡수형 편광판(513)과 제1 λ/4 위상지연자(Retarder)(515)를 반투명 오목 거울부(520)를 향해 차례대로 포함하고, 반투명 오목 거울부(520)는 반투명 오목 거울(521), 반투명 오목 거울(521)의 출사면 측에 제공되는 투명유리판(522), 제1 λ/4 위상지연자(Retarder)와 반대의 성질(Fast axis 들이 서로 수직)을 갖는 제2 λ/4 위상지연자(523), 반사형 편광판(525), 및 제2 흡수형 편광판(527)을 차례대로 포함한다.More specifically, the
이와 같은 구성에 따르면 프레넬 렌즈(511)를 통과한 빛은 먼저 제1 흡수형 편광판(513)을 지나 선형 편광(제1차 선형 편광)으로 변경되고, 선형 편광된 빛은 제1 λ/4 위상지연자(515)를 거쳐 원형 편광(제1차 원형 편광)으로 변경되어 반투명 오목거울(521)의 입사면(s1)으로 입사된다. According to such a configuration, light passing through the
반투명 오목거울(521)이 반투명의 성질을 갖기 때문에 입사되는 빛의 절반 정도만이 반투명 오목거울(521)을 통과하여 유리판(522)을 거쳐 제2 λ/4 위상지연자(523)를 거치게 된다. 제2 λ/4 위상지연자(523)는 제1 λ/4 위상지연자(515)와 반대의 성질, 예를 들면, 제1 λ/4 위상지연자(515)가 x축 페스트(x-fast, y-slow)의 지연자인 경우 제2 λ/4 위상지연자(523)는 이와 반대로 y축 페스트(x-slow, y-fast)의 지연자가 이용된다. 따라서 제2 λ/4 위상지연자(523)를 통과한 빛은 다시 이전의 선형 편광과 동일한 성질의 선형 편광(제1차 선형 편광)으로 변경된다.Since the translucent
제2 λ/4 위상지연자(523)를 지나 선형 편광된 빛(제1차 선형 편광)은 반사형 편광판(525)를 만나게 된다. 반사형 편광판(525)는 제2 λ/4 위상지연자(523)를 통과한 빛을 모두 반사하는 특성을 갖도록 제공된다. 예를 들면 제2 λ/4 위상지연자(523)에서 선형 편광된 빛이 서로 직교하는 x축 및 y축 상에서 빛의 x축 성분이라면 반사형 편광판(525)은 빛의 y축 성분의 빛을 통과시키고 x축 성분을 반사시키는 반사 편광판의 특성을 갖는다. 반대로 제2 λ/4 위상지연자(523)에서 선형 편광된 빛이 서로 직교하는 x축 및 y축 상의 y축 성분이라면 반사형 편광판(525)은 x축 성분의 빛을 통과시키고 y축 성분을 반사시키는 반사 편광판의 특성을 갖는다. Linearly polarized light (first linearly polarized light) passing through the second λ / 4
따라서 제2 λ/4 위상지연자(523)를 지나 다시 선형 편광된 빛(제2차 선형 편광)은 반사 편광판(525) 상에서 모두 반사되어 다시 제2 λ/4 위상지연자(523)를 통과해서 원형 편광(제2차 원형 편광)으로 변경된다(이때 원형 편광된 빛은 λ/4 위상 지연됨).Therefore, the linearly polarized light (second order linearly polarized light) that passes again through the second λ / 4
제2 차 원형 편광은 유리 기판을 지나 반투명 오목 거울(521)을 만나 반은 없어지고 다시 반은 되돌아 오는데, 되돌아 오는 제2차 원형 편광은 다시 제2 λ/4 위상지연자(523)를 통과하여 다시 특정 성분이 λ/4 지연되어 선형 편광되는데, 이때의 선형 편광은 제1차 선형 편광과는 편광의 방향이 90도 회전한 제2 선형 편광으로 된다. 이렇게 회전된 제2차 선형 편광은 그 다음의 반사형 편광판(525)을 만나게 되지만 이때 진입되는 편광의 방향이 90도 회전되어 있기 때문에 반사형 편광판(525)을 통과하게 된다. The second order circularly polarized light passes through the glass substrate, encounters the translucent
이후 제2차 선형 편광은 제2 흡수형 편광판(527)를 통과하는데, 이를 위해 제2 흡수형 편광판은 제1 흡수형 편광판과는 서로 상이한 흡수 특성을 갖는다. 일례로 제1 흡수형 편광판(513)이 빛의 x 축 성분을 흡수하고 y축 성분을 통과하는 편광 특성을 갖는 경우 제2 흡수형 편광판(527)은 빛의 y축 성분을 통과시키고 x축 성분은 흡수하는 특성을 갖는다. 따라서 제1차 선형 편광으로부터 90도 회전한 제2차 선형 편광은 제2 흡수형 편광판(527)을 그대로 통과할 수 있게 된다.Thereafter, the second linearly polarized light passes through the second
이와 같은 구성에 따라, 반투명 오목거울(521)을 통해 빛이 출발하는 물체가 마치 반투명 오목거울의 오목한 면 앞에 있는 것처럼 되고 그 물체의 실상이 반투명 오목거울의 앞쪽에 생기게 된다. 그러나 실제로 빛이 수렴되었던 곳은 반투명 오목거울의 오목한 면 뒤쪽(프레넬 렌즈 근방)이다. 즉, 실제로 빛이 출발한 물체는 보는 사람 쪽에서는 보이지 않게 된다. According to such a configuration, the object from which light starts through the translucent
또한 제2 흡수형 편광판(527)의 또 다른 기능은 외부에서 들어간 주변광이 다시 반사되어 나오지 않게 하는 것이다. 즉 외부의 일반 빛이 제2 흡수형 편광판(527)에 의해 선형 편광으로 변경되고 그 선형 편광이 반사형 편광판을 통하여 제2 λ/4 위상지연자(523)를 지나면서 원형 편광으로 된다. 그리고 반투명 오목거울(521)에 의해 반사되어 다시 제2 λ/4 위상지연자(527)를 지나면 편광 방향이 90도로 회전한 선형 편광으로 바뀌게 된다. 이 편광 방향이 90도 회전된 선형 평광은 결국 제2 흡수형 편광판(527)에 의해 차단되어 외부로 나오지 않게 되어 결상되는 이미지의 품질이 향상될 수 있다.In addition, another function of the second absorption
도 14는 광학부(400)로부터의 빛이 영상 확대부(500)를 통해 영상 표시 영역에 표시되는 것을 나타낸 도면이다. 도 14에 도시된 바와 같이 영상 확대부(500)의 반투명 오목거울부(520)에서 반사된 빛은 영상 표시 영역에 수렴되어 영상이 확대 표시된다. 오목 거울부(520)로부터 영상 표시 영역의 초점 P까지의 거리가 90cm이고, 초점 P로부터 보는 사람까지의 거리가 90cm인 경우, 가로*세로*높이가 15cm*15cm*30cm의 입체 형상이 얻어질 수 있었다. 14 is a diagram illustrating that light from the
한편 도 14에 도시된 실시예에서 영상 확대부를 통해 수렴-조절 불일치 문제가 없는 확대된 입체 영상이 얻어졌지만 이 경우에도 오목 거울(521)의 구면으로 인한 수차가 발생하게 되어 초점 P에 광선이 정확하게 수렴되지 않게 되어 버리고, 공중의 입체 영상 표시부에 표시되는 영상이 매우 깨끗하게 표시되지 않는 새로운 문제가 발생된다.On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 14, an enlarged stereoscopic image having no convergence-adjustment mismatch problem is obtained through the image enlargement unit, but even in this case, aberration occurs due to the spherical surface of the
이하에서는 반투명 오목 거울(521)에 의해 발생되는 구면 수차를 보정하는 방법에 대해 설명한다. 도 15는 본 발명에 따른 영상 확대부의 반투명 오목 거울(521)에서의 초점 P2에 영상을 수렴시키는 방법을 설명하기 위한 설명도이다. 도 15에 도시되어 있는 것처럼 P2 점에서 깨끗한 영상을 얻기 위해서는 반투명 오목거울(521)에 반사되어 오는 모든 빛이 P2 점에 수렴하게 만들어야만 한다. 그러나 만약 가상의 객체(Object) 한 점에서 빛이 방사된다라고 가정한다면 반투명 오목거울의 구면 수차로 인해 하나의 점에서 수렴되지 않는다. 즉 이미지가 P2 한 점에 빛이 수렴하게 하기 위해서는 가상의 객체 점들을 분산시켜야만 한다. 이 분산된 가상의 객체 점들의 집합을 "수차 보정 콘"으로 정의한다.Hereinafter, a method of correcting spherical aberration generated by the translucent
이와 같은 수차 보정 콘을 만드는 방법은 다음과 같다. How to make such an aberration correction cone is as follows.
a) 먼저 영상 표시 영역의 공중에 한 점 P2를 선택하다.a) First, select a point P2 in the air of the video display area.
b) 이 점 P2 와 반투명 오목거울의 중심점 O를 연결한다. 이 연결선은 반투명 오목거울의 광축이 된다. 이 광 축을 z축이라 한다. b) Connect this point P2 with the center point O of the semi-transparent concave mirror. This connecting line becomes the optical axis of the translucent concave mirror. This optical axis is called the z axis.
c) 보는 사람의 위치 근처에 좌표계의 원점 o를 설정한다. 원점 o는 광축 z 상에 위치된다.c) Set the origin o of the coordinate system near the viewer's location. The origin o is located on the optical axis z.
d) 원점 o에서 z축에 수직한 y축 상에 중심이 위치하는 직경 4mm(사람의 눈동자의 직경)인 작은 원 c를 생성한다.d) Create a small circle c with a diameter of 4 mm (diameter of the human eye) centered on the y axis perpendicular to the z axis at the origin o.
e) 작은 원 c 둘레에 등 간격으로 복수의 점들을 배치시킨다. 배치되는 점들이 많으면 많을수록 수차 보정의 결과는 더 정확해지지만, 본 실시예에서는 16개로 설정하였다.e) Place a plurality of points at equal intervals around the small circle c. The more points arranged, the more accurate the result of the aberration correction, but in this embodiment, 16 is set.
f) 작은 원 c 둘레에 설정된 점들에서 빛이 출발한다고 가정한다. 즉 보는 사람의 눈에서 구면 수차가 보정될 위치를 추적한다. 작은 원 c 둘레상의 점들에서 P2점을 연결하고 그 선을 더 연장시키어 반투명 오목거울에 의해 반사되어 나오는 선들은 한 점 C에 대부분 수렴하게 된다. 그러나 정확히 한 점에 모두 모이지는 않는다.f) Assume that light starts at points set around a small circle c. In other words, it tracks where spherical aberration is corrected in the viewer's eye. From the points around the small circle c, connect the point P2 and extend the line further so that the lines reflected by the translucent concave mirror converge mostly to point C. But not all gather at exactly one point.
g) 작은 원 c의 원점(또는 중심)에서 나오는 광선은 눈동자로 들어가는 빛다발의 중심선이다. 이 중심선으로부터 작은 원 c의 둘레의 복수의 점들에서 시작하는 광선까지의 수직 거리를 계산한다. 이 거리들의 합(rms 값)이 가장 적은 점이 수차 콘을 형성하는 한 점이 된다. g) The ray from the origin (or center) of the small circle c is the centerline of the bundle of light entering the pupil. Calculate the vertical distance from this centerline to the ray starting at a plurality of points around the small circle c. The smallest sum of these distances (rms) is one point that forms the aberration cone.
h) y축 상에 있는 원의 중심을 y축 상에서 등간격으로 불연속적으로 변화시키면서 단계 f)와 g)를 반복한다. 이와 같은 작업에 의해 도 15에서 도시된 바와 같이 오목면의 앞의 공간 상에 굵은선으로 표시한 바와 같은 곡선 CL을 얻을 수 있게 된다. 그러나 이와 같은 곡선 CL은 불연속적인 점들이므로 보간을 수행하여 임의의 위치에서 값이 얻어질 수 있다.h) Repeat steps f) and g) while changing the center of the circle on the y axis discontinuously at equal intervals on the y axis. By this operation, as shown in Fig. 15, a curve CL as indicated by a thick line in the space in front of the concave surface can be obtained. However, since such curves CL are discrete points, values can be obtained at arbitrary positions by performing interpolation.
i) 단계 h)에서 얻어진 곡선 CL을 z축을 중심으로 회전시키면 도 16에서와 같은 콘 형상의 수차 보정 위치(즉, 수차 보정 콘)가 얻어지게 된다.i) When the curve CL obtained in step h) is rotated about the z-axis, a cone-shaped aberration correction position (i.e., aberration correction cone) as shown in Fig. 16 is obtained.
j) 도 17은 수차 콘을 형성하는 각각의 점에 부여되는 광선의 방향을 나타내고 있는데, 이 복수의 점들 각각에서 출발되는 광선의 방향은 작은 원 c의 중심에서 나오는 빛이 그 수차 콘에 도달하는 광선의 방향이다. j) FIG. 17 shows the direction of light rays given to each point forming the aberration cone, where the direction of light rays starting from each of the plurality of points is such that light from the center of the small circle c reaches the aberration cone. The direction of the rays.
k) 이와 같은 수차 콘은 작은 원 c를 y축 상에서 움직여 생겨지는 곡선이고, 이 기본 곡선은 큐빅 스프라인(Cubic Spline) 방법으로 보간(Interpolation)을 한다. 그리고 큐빅 스프라인 각 구간에서의 3차식의 계수들은 P2점의 거리 r(여기서 r은 광축상의 원점 o로 부터 P2점까지의 거리, 도 15 참고)의 함수로 표시된다. 이 r의 함수 역시 큐빅 스프라인 방법으로 보간한다.k) This aberration cone is a curve generated by moving a small circle c on the y-axis, and this basic curve is interpolated by the cubic spline method. The cubic coefficients in each section of the cubic spline are expressed as a function of the distance r of the point P2 (where r is the distance from the origin o on the optical axis to the point P2, see FIG. 15). The function of r is also interpolated by the cubic spline method.
이와 같이 수차 보정 콘을 만드는 방법은, 반투명 오목거울(521)에 반사되어 오는 모든 빛이 P2점에 정확하게 수렴한다고 가정을 한 후 사용자의 눈으로부터 P2점을 통해 반투명 오목거울로부터 반사되어 오는 광선의 위치를 역추적하는 방법이다. 수차 콘을 형성하는 복수의 점들 각각은 빛이 한점 P2에 수렴되기 위해 고유한 방향을 가지고 있기 때문에 이 수차 콘의 점들 각각에 부여된 방향으로 빛이 작은 입체각을 가지고 방사된다면 한점 P2에 빛을 수렴시킬 수 있게 된다.As described above, the method of making the aberration correction cone is based on the assumption that all the light reflected by the semitransparent
다음은 이 수차 콘을 사용하여 반투명 오목 거울(521)의 구면수차를 보정하는 방법에 대해 설명한다. Next, a method of correcting spherical aberration of the semi-transparent
a) 먼저 도 15에서와 같이 광선이 수렴되는 P2점을 선택한다. 사용자의 눈으로부터 P2점까지의 거리 r을 알면 전술한 수차 콘을 만드는 방법에 의해 빛의 방향성을 가지는 수차 콘을 형성하는 공간 좌표가 결정될 수 있다.a) First, the point P2 to which the light beams converge is selected as shown in FIG. Knowing the distance r from the user's eye to the point P2, the spatial coordinates forming the aberration cone having the directionality of light may be determined by the method of making the aberration cone described above.
b) 수차 콘의 공간 좌표가 결정되면 반투명 오목거울(521)에 붙여져 있는 반사형 편광판(525)이 마치 거울과 같은 역할을 수행함에 따라 반투명 오목거울의 반대편에 수차 콘이 형성된다. 이 때 수차 콘을 형성하는 복수의 점들 각각에는 빛의 출사 방향이 부여되어 있다.b) When the spatial coordinate of the aberration cone is determined, the aberration cone is formed on the opposite side of the translucent concave mirror as the
c) 도 18에서와 같이 반투명 오목 거울(521)로 들어오는 빛은 작은 렌즈들(430)로부터 수렴되어 지는데 그 수렴되는 빛의 중심선과 수차 콘을 형성하는 점들 중 그 방향이 일치하는 수차 콘의 점들만이 선택된다. 작은 렌즈들(430)로부터 들어오는 빛은 수차 콘 상에 정확하게 수렴하지 않아도 방향만 일치하면 되는데, 이는 이와 같은 오차가 입체 영상 이미지를 만드는 데에 큰 영향을 주지 않기 때문이다. c) As shown in FIG. 18, the light entering the translucent
d) 단계 c)에서와 같이 수차 콘의 점들중 방향이 일치되는 점들이 정해지면 작은 렌즈(430)로 들어오는 레이저 광선이 마이크로렌즈 어레이(410)의 어디에서 확산이 이루어지는지가 결정될 수 있다.d) When the points of the aberration cones coincide with each other as shown in step c), it is possible to determine where the laser beam entering the
e) 마이크로렌즈 어레이(410)의 확산 위치가 결정되고 나면 편향기(230)에서 출발되는 빛이 그 확산 위치로 들어가기 위한 광선의 편향 각도가 결정되고, 그 확산 위치로 광선을 정확하게 입사시키기 위해 필요한 전압이 편향기(230)에 인가된다.e) Once the diffusing position of the
이는 각각의 작은 렌즈(430)에 의해 수렴되는 빛은 작은 입체각을 담당하고 이들이 모여서 좀 더 큰 입체각을 갖는 빛다발이 형성된다. 이 빛다발의 입체각 안에서는 빈 공간이 없이 촘촘해진다. 작은 렌즈에서 수렴되어져서 오는 빛이 수차콘의 방향과 일치되어지는 점들만 선택해도 빛다발은 빈틈없이 촘촘해진다. 수차 콘이 도 15에서와 같이 점 C에서 형성되는 것인데, 이 빛 다발의 입체각이 작으면 이 점 C를 지나 퍼지는 빛이 보는 사람의 위치로 향하지 않을 수도 있다. The light converged by each
그러나 도 19에 도시한 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이(410)로부터 출발된 광은 프레넬 렌즈(511)를 통해 반투명 오목 거울(521)로 입사되고, 프레넬 렌즈(511)가 점 C근처에서 형성된 수차 콘의 방향을 틀어서 보는 사람 쪽으로 빛이 진행하도록 만들어 주기 때문에 빛은 가는 도중에 입체 영상 표시 영역에 수렴되어 구면 수차가 제거된 입체 이미지가 형성되어 보는 사람에게 제공된다.However, as shown in FIG. 19, light starting from the
이와 같은 입체 영상 디스플레이 장치는 도 20의 (a) 내지 (c)와 같이 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 도 20의 (a)는 수평 방향으로 입체 영상을 표시하는 것을 나타내고, 도 20의 (b)는 수직 방향으로 입체 영상을 조사한 후 거울에 의해 입체 영상의 표시 방향을 전환한 것을 나타내며, 도 20의 (c)는 복수의 입체 영상 디스플레이 장치를 콘 미러를 이용하여 복수의 사람들이 360도의 관찰 영역에서 볼 수 있도록 한 일례를 나타내며, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위 기재된 범위 내에서 다른 변형 및 변경이 가능하다. Such a stereoscopic image display device may be implemented in various ways as shown in FIGS. 20A to 20C. FIG. 20A illustrates displaying a stereoscopic image in the horizontal direction, and FIG. 20B illustrates switching the display direction of the stereoscopic image by a mirror after irradiating the stereoscopic image in the vertical direction. (c) shows an example in which a plurality of stereoscopic image display apparatuses can be viewed by a plurality of people in a 360 degree viewing area using a cone mirror, and the present invention is not limited to these embodiments, and the scope of the claims is set forth. Other variations and modifications are possible within.
전술한 실시예에서 지금까지 설명한 것은 반투명 오목거울에 의해 실상을 형성되는 경우에 대해서만 설명하였지만, P1에 형성되는 이미지의 위치를 조정하면, 즉 반투명 오목거울의 초점거리 안 쪽으로 이동시키면 도 21에 도시한 것 처럼 허상을 이용하여여 입체 영상을 구현할 수도 있다.In the above-described embodiment, only the case where the actual image is formed by the translucent concave mirror has been described. However, if the position of the image formed in P1 is adjusted, that is, moved into the focal length of the translucent concave mirror, the result is shown in FIG. 21. Like this, a virtual image may be used to implement a stereoscopic image.
전술한 본 발명의 실시예에 따르면 수렴-조절 거리가 일치됨에 따라 그 불일치로 발생되는 어지러움증, 눈의 피로감, 구토 현상이 입체 영상을 오래동안 관람하여도 유발되지 않는, 따라서 사람의 눈에 자연스럽게 인지될 수 있는 입체 영상 디스플레이 장치가 제공될 수 있고, 또한 비교적 간단한 구조를 통해 입체 영상이 구현됨에 따라 비교적 낮은 비용으로 홀로그래피와 같은 자연스러운 영상을 구현할 수 있다.According to the above-described embodiment of the present invention, as the convergence-adjusting distance is matched, dizziness, eye fatigue, and vomiting caused by the inconsistency are not caused even by watching a stereoscopic image for a long time, and thus the human eye is naturally recognized. A stereoscopic image display apparatus that can be provided can be provided, and as a stereoscopic image is implemented through a relatively simple structure, a natural image such as holography can be realized at a relatively low cost.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not for limiting the technical spirit of the present invention but for the description, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments.
따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims rather than by the above-described embodiment, and all technical ideas within the equivalent scope will be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 광원 또는 레이저 다이오드
200: 조광부
210: 광 변조기
220: 광 편향기
300: f-θ렌즈
400: 광학부
410: 마이크로미러 어레이
430: 작은 렌즈
450: 큰 렌즈
500: 영상 확대부
510: 프레넬 렌즈부
511: 프레넬 렌즈
513: 제1 흡수형 편광자
515: 제1 λ/4 위상 지연자
520: 반투명 오목 렌즈부
521: 반투명 오목 렌즈
522: 유리기판
523: 제2 λ/4 위상 지연자
525: 반사형 편광판
526: 제2 흡수형 편광자100: light source or laser diode 200: dimming part
210: optical modulator 220: optical deflector
300: f-theta lens 400: optical portion
410: micromirror array 430: small lens
450: large lens 500: video magnification
510: Fresnel lens unit 511: Fresnel lens
513: first absorption type polarizer 515: first λ / 4 phase retarder
520: Translucent concave lens portion 521: Translucent concave lens
522: glass substrate 523: second lambda / 4 phase retarder
525: reflective polarizer 526: second absorption polarizer
Claims (12)
입체 콘텐츠를 조사하기 위한 하나 이상의 광원(100);
상기 하나 이상의 광원으로부터의 광의 세기와 방향을 조절하기 위한 조광부(200); 및
상기 조광부로부터의 제어된 광을 수신하여 광축 상의 한 지점(P1)에 입체 콘텐츠의 이미지를 결상하여 표시하는 광학부(400)를 포함하고,
상기 광학부(400)는,
입사된 광을 확산하여 후단의 작은 렌즈 어레이(430)로 전달하는 마이크로렌즈 어레이(410),
복수의 작은 렌즈로 이루어진 작은 렌즈 어레이(430)로서 각각의 작은 렌즈는 마이크로렌즈 어레이(430)로부터 전달된 광을 평행광으로 변경하는 작은 렌즈 어레이(430),
작은 렌즈 어레이(430)으로부터 전달된 평행광을 광축 상의 한 지점(P1)에 결상하는 하나의 큰 볼록 렌즈(450)를 포함하는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
In the stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance,
One or more light sources 100 for irradiating stereoscopic content;
Dimming unit 200 for adjusting the intensity and direction of the light from the at least one light source; And
An optical unit 400 which receives the controlled light from the dimming unit and forms an image of stereoscopic contents at a point P1 on the optical axis and displays the image.
The optical unit 400,
A microlens array 410 which diffuses the incident light and transfers the incident light to a small lens array 430 at a rear end thereof;
A small lens array 430 composed of a plurality of small lenses, each small lens comprising a small lens array 430 for converting light transmitted from the microlens array 430 into parallel light;
And one large convex lens 450 for forming parallel light transmitted from the small lens array 430 at a point P1 on the optical axis.
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
상기 조광부(200)는,
광의 세기를 조절하기 위한 광 변조기(210) 및
광의 방향을 조절하기 위한 광 편향기(230)을 포함하는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 1,
The dimming unit 200,
An optical modulator 210 for adjusting the intensity of light and
It characterized in that it comprises a light deflector 230 for adjusting the direction of light
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
상기 광원은 하나 또는 둘 이상의 레이저 다이오드이고,
상기 광 변조기(210)는, 상기 레이저 다이오드로 입력되는 전류를 직접 변화시키는 직접 변조 방식을 통해 변조 되거나, 음향 광 변조기(Acousto Optic Modulator) 및 전자 광 변조기(Electro Optic Modulator) 중 어느 하나를 포함하는 외부 변조 장치에 의해 변조되는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 2,
The light source is one or more laser diodes,
The optical modulator 210 may be modulated by a direct modulation method for directly changing a current input to the laser diode, or include any one of an acoustic optical modulator and an electro optic modulator. Characterized in that it is modulated by an external modulation device
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
상기 광원은 하나 또는 둘 이상의 레이저 다이오드이고,
상기 광 편향기(230)는, 변조된 광을 x축과 y축의 2축 공간 상에서 편향하는 2D 편향기이고,
상기 광 편향기(230)는 음향 광 편향기(Acousto Optic Deflector), 전자 광 편향기(Electro Optic Deflector), 폴리곤 미러(Polygon Mirror) 및 갈바노미터 미러(Galvanometer Mirror)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 3,
The light source is one or more laser diodes,
The optical deflector 230 is a 2D deflector for deflecting the modulated light on the two-axis space of the x-axis and y-axis,
The optical deflector 230 is selected from the group consisting of an Acousto Optic Deflector, an Electro Optic Deflector, a Polygon Mirror, and a Galvanometer Mirror. Characterized
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
작은 렌즈 어레이(430)의 광 출사면으로부터 큰 볼록 렌즈(450)의 광 입사면까지의 거리는 광축으로부터 멀어질수록 점점 멀어지는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 1,
The distance from the light exit surface of the small lens array 430 to the light entrance surface of the large convex lens 450 is characterized in that the further away from the optical axis
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
작은 렌즈 어레이(430)의 광 출사면으로부터 큰 볼록 렌즈(450)의 광 입사면까지의 거리가 동일한 경우, 상기 큰 볼록 렌즈(450)는 비구면으로 형성되는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 1,
If the distance from the light exit surface of the small lens array 430 to the light incident surface of the large convex lens 450 is the same, the large convex lens 450 is characterized in that it is formed as an aspherical surface
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
상기 입체 영상 표시 장치는,
상기 지점 P1에 결상되는 영상을 확대하기 위해 P1 근방에 영상 확대부(500)를 더 포함하고,
상기 영상 확대부(500)는,
볼록 렌즈(450)로부터 지점 P1으로 수렴되어 오는 빛을 보는 사람의 위치를 향해 방향 전환하는 프레넬 렌즈부(Fresnel Lens)(510) 및
프레넬 렌즈부(450)로부터의 빛을 입체 영상 표시 영역인 지점 P2에 수렴시키는 반투명 오목 거울부(520)을 포함하는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 1,
The stereoscopic image display device,
The apparatus further includes an image enlarger 500 near P1 to enlarge an image formed at the point P1.
The image expansion unit 500,
Fresnel Lens 510 for turning the light from the convex lens 450 to the point P1 toward the position of the viewer.
And a translucent concave mirror portion 520 for converging light from the Fresnel lens portion 450 to point P2, which is a stereoscopic image display area.
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
상기 프레넬 렌즈부(510)는 프레넬 렌즈(511), 프레넬 렌즈(511)의 출사면측에 결합된 제1 흡수형 편광판(513) 및 제1 λ/4 위상지연자(Retarder)(515)를 차례대로 포함하고,
상기 반투명 오목 거울부(520)는, 반투명 오목 거울(521), 반투명 오목 거울(521)의 출사면 측에 제공되는 투명유리판(522), 제1 λ/4 위상지연자(Retarder)와 반대의 성질을 갖는 제2 λ/4 위상지연자(523), 반사형 편광판(525), 및 제1 흡수형 편광판(513)과 반대의 성질을 지닌 제2 흡수형 편광판(527)을 차례대로 포함하는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 7, wherein
The Fresnel lens unit 510 includes a Fresnel lens 511, a first absorption type polarizer 513 and a first λ / 4 phase retarder 515 coupled to the emission surface side of the Fresnel lens 511. ) In turn,
The translucent concave mirror portion 520 is opposite to the translucent concave mirror 521 and the transparent glass plate 522 and the first λ / 4 phase retarder provided on the exit surface side of the translucent concave mirror 521. A second λ / 4 phase retarder 523 having a property, a reflective polarizer 525, and a second absorbing polarizer 527 having properties opposite to that of the first absorbing polarizer 513. Characterized by
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
상기 광원이 아닌 외부의 주변광은 제2 흡수형 편광판(527)에 의해 선형 편광으로 변경되고 그 선형 편광이 반사형 편광판(525)을 통하여 제2 λ/4 위상지연자(523)를 지나면서 원형 편광으로 변경되고 반투명 오목거울(521)에 의해 반사되어 다시 제2 λ/4 위상지연자(527)를 지나 편광 방향이 90도로 회전한 선형 편광으로 바뀌게 되고, 편광 방향이 90도 회전된 선형 평광은 제2 흡수형 편광판(527)에 의해 차단되어 다시 외부로 나오지 않게 되어 결상되는 영상의 품질이 향상되는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 8,
Outside ambient light, which is not the light source, is changed into linear polarization by the second absorption type polarizer 527, and the linear polarization passes through the second λ / 4 phase retarder 523 through the reflective polarizer 525. Changed to circularly polarized light, reflected by the translucent concave mirror 521, and then passed through the second lambda / 4 phase retarder 527 to the linearly polarized light with the polarization direction rotated by 90 degrees, and the polarization direction is rotated by 90 degrees. The flat light is blocked by the second absorption type polarizing plate 527 so as not to come out again, so that the quality of the image formed is improved.
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
반투명 오목 거울(521)로부터 반사되어 입체 영상 표시 영역 상에 영상이 결상될 때 발생되는 구면 수차를 제거하기 위해 상기 광 편향기(230)로부터 마이크로렌즈 어레이로의 광선의 편향 각도가 결정되는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 8,
The deflection angle of the light beam from the optical deflector 230 to the microlens array is determined to remove spherical aberration generated when the image is reflected on the translucent concave mirror 521 and the image is formed on the stereoscopic image display area. By
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
상기 광 편향기(230)로부터 마이크로렌즈 어레이로의 광선의 편향 각도는,
오목거울의 광축을 중심으로 대칭하는 가상의 공간 좌표를 갖는 복수의 점들로 이루어진 수차 보정 콘을 형성하는 복수의 점들에 부여된 방향과 일치하도록 결정되는 것을 특징으로 하는
수렴 거리 및 조절 거리가 동일한 입체 영상 표시 장치.
The method of claim 8,
The deflection angle of the light beam from the optical deflector 230 to the microlens array is
Characterized in that it is determined to coincide with the direction given to the plurality of points forming an aberration correction cone composed of a plurality of points having imaginary spatial coordinates symmetric about the optical axis of the concave mirror.
A stereoscopic image display device having the same convergence distance and control distance.
a) 영상 표시 영역의 공중에 하나의 점 P2를 선택하는 단계;
b) 선택된 점 P2 와 반투명 오목거울의 중심점 O를 연결하는 연결선을 설정하는 단계 - 상기 연결선은 반투명 오목거울의 광축(z)으로 됨 - ;
c) 영상 표시 영역을 관찰하는 사람의 위치 근처에 좌표계의 원점 o를 설정하는 단계 - 역기서 원점 o는 광축(z) 상에 위치됨 - ;
d) 원점 o에서 광축(z)에 수직한 y축 상에 중심이 위치하는 미리 결정된 직경을 가지는 작은 원(c)를 생성하는 단계;
e) 작은 원(c) 둘레에 등 간격으로 복수의 점들을 배치시키는 단계;
f) 작은 원(c) 둘레에 설정된 점들에서 광선이 출발한다고 가정하고, 작은 원 c 둘레상의 복수의 점들에서 P2점을 연결하고 그 선을 더 연장시켜 반투명 오목거울에 의해 반사되어 나오는 선들이 수렴되는 점들(C)를 계산하는 단계;
g) 작은 원 c의 원점(또는 중심)에서 출발하는 광선(또는 중심선)으로부터 작은 원 c의 둘레의 복수의 점들에서 출발하는 광선까지의 수직 거리를 계산하는 단계 - 여기서 거리들의 합(rms 값)이 가장 적은 점이 수차 콘을 형성하는 하나의 점으로 선택됨 - ;
h) y축 상에 있는 원의 중심을 y축 상에서 등간격으로 불연속적으로 변화시키면서 단계 f)와 g)를 반복하여 반투명 오목 거울 면의 전방 공간 상에 점(C)으로 이루어진 곡선(CL)을 획득하는 단계; 및
i) 단계 h)에서 얻어진 곡선 CL을 z축을 중심으로 회전시켜 콘 형상을 갖는 수차 보정 콘을 획득하는 단계;
j) 수차 보정 콘을 형성하는 각각의 점에 광선의 방향을 부여하는 단계 - 여기서 광선의 방향은 작은 원 c의 중심에서 나오는 빛이 그 수차 콘에 도달하는 광선의 방향임 - ;를 포함하는 것을 특징으로 하는
반투명 오목거울을 통과하여 반투명 오목 거울의 전방에 위치되는 영상 표시 영역에 투사되는 이미지의 수차를 보정하는데 이용되는 수차 보정 콘을 형성하는 방법.
A method of forming an aberration correction cone used to correct an aberration of an image projected onto an image display area positioned in front of a translucent concave mirror through a translucent concave mirror,
a) selecting one point P2 in the air of the image display area;
b) establishing a connecting line connecting the selected point P2 and the center point O of the translucent concave mirror, said connecting line being the optical axis z of the translucent concave mirror;
c) setting the origin o of the coordinate system near the position of the person observing the image display area, where the origin o is located on the optical axis z;
d) creating a small circle c having a predetermined diameter centered on the y axis perpendicular to the optical axis z at the origin o;
e) placing a plurality of points at equal intervals around the small circle c;
f) Assuming that the ray starts at the points set around the small circle c, connect the P2 points at the plurality of points around the small circle c and extend the line to converge the lines reflected by the translucent concave mirror. Calculating the points (C) being;
g) calculating the vertical distance from the ray (or center line) starting at the origin (or center) of the small circle c to the ray starting at a plurality of points around the small circle c, where the sum of the distances (rms value) This least point is chosen as one point forming the aberration cone;
h) Repeating steps f) and g), discontinuously changing the center of the circle on the y axis at equal intervals on the y axis, the curve CL consisting of point C on the front space of the translucent concave mirror surface Obtaining a; And
i) rotating the curve CL obtained in step h) about the z-axis to obtain an aberration correction cone having a cone shape;
j) assigning the direction of the beam to each point forming the aberration correction cone, wherein the direction of the beam is the direction of the beam of light from the center of the small circle c reaching the aberration cone; Characterized
A method of forming an aberration correction cone used to correct aberration of an image projected through a translucent concave mirror and projected onto an image display area located in front of the translucent concave mirror.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180099081A KR102133880B1 (en) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | Three dimensional image display apparatus without vergence-accommodation conflict |
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|---|---|
| KR20200022890A true KR20200022890A (en) | 2020-03-04 |
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| KR1020180099081A KR102133880B1 (en) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | Three dimensional image display apparatus without vergence-accommodation conflict |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024098828A1 (en) * | 2022-11-11 | 2024-05-16 | 华为技术有限公司 | Projection system, projection method, and transportation means |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08313847A (en) * | 1995-03-15 | 1996-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Lighting means and display device using the same |
| KR20030055756A (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-04 | 주식회사 아이젠텍 | 3-Dimensional Display System |
| KR20120123220A (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-08 | 전자부품연구원 | Apparatus for three-dimension image display and record |
-
2018
- 2018-08-24 KR KR1020180099081A patent/KR102133880B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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| WO2024098828A1 (en) * | 2022-11-11 | 2024-05-16 | 华为技术有限公司 | Projection system, projection method, and transportation means |
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