KR100618456B1 - 렌즈 어레이를 이용한 입체 디스플레이 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈 어레이를 이용한 입체 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서는 영상 처리부가 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 다수 생성하며, 이러한 기초 영상들은 화상 표시부로 전달되어 표시된다. 화상 표시부에서 표시되는 기초 영상은 렌즈 어레이의 행렬로 배열된 다수의 기초 렌즈에 의하여 각각 결상되어 3차원 영상으로 재생된다. 특히, 렌즈 어레이는 제1 방향 또는 제2 방향으로 렌즈 어레이의 중심이 구부러지도록 소정 곡률을 가지므로, 상기 각각의 기초 영상이 화상 표시부 상에 표시되는 기초 영상 영역의 경계가 상기 렌즈 어레이의 곡률 반경의 중심에서 각 기초렌즈의 양 끝을 연결한 직선이 상기 화상 표시부와 만나는 지점으로 재정의 되어 시야각이 증가된다.

또한, 렌즈 어레이와 화상 표시부 사이에 격벽을 위치시켜 플립트(Flipped) 영상, 즉 이웃하는 렌즈를 통해 보이는 원하지 않는 영상을 제거하여, 보다 시야각이 현저하게 증가한 입체 영상을 표시할 수 있다.

입체영상, 표시소자, 렌즈 어레이, 격벽

Description

렌즈 어레이를 이용한 입체 디스플레이 시스템{Three-dimensional display system using lens array}

도 1a는 일반적인 집적 영상기술(Integral Photography: IP)의 기본 개념을 나타낸 도면이다.

도 1b는 CGIP(Computer-Generated Integral Photography)의 기본 개념을 나타낸 도면이다.

도 2는 실상 IP와 허상 IP의 개념을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 구조도이다.

도 4는 기존의 평평한 렌즈 어레이를 사용하여 IP방법으로 입체 영상을 표시할 때 시야각의 제한을 보여주는 도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 구부러진 렌즈 어레이를 사용하여 IP방법으로 입체 영상을 표시할 때 시야각의 증가를 보여주는 도이다.

도 6은 본 발명에서 각 기초렌즈의 위치와 기초 영상을 계산할 때 사용한 직교 좌표계를 보여주는 블록도이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따라 플립트 영상을 제거하기 위하여 격벽을 사용한 입체 디스플레이 시스템의 구조를 나타낸 도이다.

본 발명은 입체 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 집적 영상술(Integral Photography, 이하 IP라 명명함)을 사용하여 3차원 영상을 표시(display) 하는 입체 디스플레이 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

3차원 화상을 구현하는 기술 중 렌즈 어레이를 사용하는 IP 방식은 1908년 리프만 (Lippmann)에 의해 처음 제안된 후 점차 개선되었으나, 그 동안 촬영 소자나 표시 소자 기술의 한계로 인해 크게 주목을 받지 못하다가 고분해능 촬영 소자와 고해상도 표시 소자의 개발과 함께 최근 연구가 활발해지고 있다.

도 1a에 종래의 IP 방식에 대한 기본 원리가 도시되어 있다.

IP 방식을 구현하기 위한 전체 시스템은 도 1a에서와 같이, 크게 두개의 기능부 즉, 촬영부(100)와 표시부(200)로 구성된다. 촬영부(100)는 3차원 형상을 가지는 물체의 상을 형성하는 렌즈 어레이(110)와, 렌즈 어레이(110)에 의하여 결상된 기초 영상을 저장하는 촬영 소자(120)로 이루어지며, 표시부(200)는 촬영 소자에 저장된 기초 영상을 표시하는 표시 소자(210)와, 표시 소자에서 표시되는 기초 영상을 결상하여 3차원 영상으로 재생시키는 렌즈 어레이(220)를 포함한다. 각 렌즈 어레이(110,220)는 다수의 단위 렌즈로 이루어진다.

촬영부(100)에서는 렌즈 어레이(110)의 단위 렌즈에 의하여 3 차원 물체의 여러 방향에서의 기초 영상이 촬영 소자(120)에 맺혀 저장된다. 표시부(200)에서는 촬영부(100)의 역 과정으로 저장된 기초 영상들이 표시 소자(210)에 의해 표시되고, 다시 이 기초 영상들이 렌즈 어레이(220)를 통과하면서 합쳐져서(이를 집합 영상이라 부르기로 한다) 원래 3차원 물체가 있었던 위치에서 3차원 영상으로 재생된다.

이때 촬영 과정에서 발생하는 깊이 역전 현상 등의 문제를 해결하고 시스템의 구조를 보다 간단히 하기 위해 컴퓨터 그래픽으로 기초 영상을 제작하는 방식인 CGIP(Computer-Generated Integral Photography)가 제안되었다.

도 1b에 CGIP 시스템의 구조가 도시되어 있다. 도 1b에서와 같이, 가상의 3차원 물체에 대한 기초 영상들을 컴퓨터를 이용해 생성하고 이를 표시 소자(예를 들어 액정 표시(LCD) 패널)로 전송한 후, 렌즈 어레이를 통해 입체 영상을 구현하는 간단한 구조이다. 이때 렌즈 어레이와 표시 소자 예를 들어 LCD 패널과의 간격에 따라 집합 영상이 맺히는 위치가 달라지게 되는데 이는 다음의 식으로부터 쉽게 알 수 있다.

1/z + 1/g = 1/f

여기에서 z는 집합 영상의 렌즈 어레이로부터의 위치, g는 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격, f는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈(단위 렌즈)의 초점 거리이다.

즉, 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 기초 렌즈의 초점거리보다 클 경우에는 상이 맺히는 거리 값이 양수가 되어 집합 영상이 렌즈 어레이의 앞면에 실상 으로 맺히게 되고(실상 IP), 반대로 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 기초 렌즈의 초점거리보다 작을 경우에는 상이 맺히는 거리 값이 음수가 되는데, 이는 집합 영상이 렌즈 어레이의 뒷면에 허상으로 맺히게 됨을 뜻한다(허상 IP).

도 2에서 IP의 두 가지 표시 방법인 실상 IP와 허상 IP를 비교하여 도시하고 있다. 허상 IP의 경우 집합 영상이 맺히는 위치가 실상 IP보다 관찰자로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 관찰자는 렌즈 어레이와 LCD 패널쪽으로 약간 더 가까이 가서도 입체 영상을 볼 수 있는 장점이 있다. 또한 도 2로부터 알 수 있듯이 허상 IP의 기초영상은 실상 IP의 기초영상과는 달리 직립상이라는 차이점을 제외하고는 실상 IP의 구현 방식과 유사하다.

이러한 IP 방식에 의한 입체 디스플레이 시스템에서 문제가 되고 있는 것 중의 하나가 시야각이다. IP 방식에서는 재생되는 입체 영상이 여러 개가 동시에 보이는 현상을 없애기 위하여 각 기초 영상들 중 그에 해당하는 기초 렌즈의 영역을 벗어나는 위치에 있는 것은 표시 소자에 표시하지 않는데, 이것이 IP 방식의 기본적인 시야각을 제한하게 된다. 이로 인해 제한된 시야각은 다음 식과 같이 나타난다.

여기에서 θ는 시야각, L은 기초 렌즈의 폭, g 는 렌즈 어레이와 표시 소자 사이의 거리이다.

위의 수학식 2에서와 같이 시야각은 렌즈 어레이와 표시 소자 사이의 거리에 반비례하고 기초 렌즈의 크기에 비례하므로, 시야각을 넓히기 위해서는 렌즈 어레이와 표시 소자 사이의 간격을 좁히거나 기초 렌즈의 폭을 넓혀야 한다. 그러나 렌즈 어레이와 표시 소자 사이의 간격은 기초 렌즈의 초점거리에 의한 제한과 재생되는 기초 영상의 분해능 문제로 어느 한계 이상으로 좁힐 수 없고, 기초 렌즈의 폭도 너무 넓어지게 되면 표현 가능한 입체 영상의 두께가 얇아지게 된다. 또한, 재생되는 입체 영상을 여러 사람이 함께 넓은 범위에서 감상할 수 있어야 하는데, 이러한 제한된 시야각으로 인하여 여러 사람이 함께 입체 영상을 감상할 수 없는 문제점이 있다.

그러므로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 넓은 범위에서 입체 영상 관찰이 가능한 입체 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소정 곡률을 가지는 렌즈 어레이와 격벽을 사용하여 보다 넓은 시야각을 가지는 입체 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 평평한 렌즈 어레이를 수평 방향 또는 수직 방향으로 일정한 곡률을 가지게 되도록 구부러지게 제작한다. 이렇게 구부러진 렌즈 어레이의 구조에 따라 기초 영상이 표시되는 영역을 재정의 하여 표시 장치에 기초 영상들을 표시하고, 렌즈 어레이와 표시 장치 사이에 격벽을 설치하여 플립트(Flipped) 영상을 효과적으로 제거한다.

본 발명의 특징에 따른 렌즈 어레이를 사용한 입체 디스플레이 시스템은, 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 다수 생성하는 영상 처리부; 상기 영상 처리부에서 생성된 기초 영상을 표시하는 화상 표시부; 및 행렬로 배열된 다수의 기초 렌즈로 이루어지며, 상기 화상 표시부에서 표시되는 기초 영상을 결상하여 해당하는 3차원 영상을 재생하는 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 렌즈 어레이는 제1 방향 또는 제2 방향으로 렌즈 어레이의 중심이 구부러지도록 소정 곡률을 가진다.

특히, 상기 각각의 기초 영상이 화상 표시부 상에 표시되는 기초 영상 영역의 경계는 상기 렌즈 어레이의 곡률 반경의 중심에서 각 기초렌즈의 양 끝을 연결한 직선이 상기 화상 표시부와 만나는 지점이다.

또한, 상기 렌즈 어레이와 화상 표시부 사이에 다수의 격벽이 위치될 수 있으며, 이 경우 상기 격벽들은 상기 렌즈 어레이의 각 기초 렌즈의 양 끝과 그에 해당하는 기초 영상 영역의 경계를 잇는 선분을 따라 각각 위치된다.

이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 블록도이다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 입체 디스플레이 시스템은 도 3에 도시되어 있 듯이, 화상 표시부(10), 영상 처리부(20), 렌즈 어레이(30)를 포함한다.

화상 표시부(10)는 영상 처리부(20)로부터 영상 신호를 받아 표시하는 장치로서 예를 들어, 액정 표시 장치(LCD)나 평면 CRT 등 기존의 표시 장치 등이 사용될 수 있다. 본 실시 예에서는 액정 표시 장치를 화상 표시부의 예로서 제시한다.

영상 처리부(20)는 입체 영상을 표시하기 위하여 화상 표시부(10)에 나타나야 할 기초 영상에 대한 영상 신호를 생성하여 화상 표시부(10)에 전달한다.

렌즈 어레이(30)는 화상 표시부의 표시 영역에 대응하여 행렬로 배열되어있는 다수의 렌즈들로 이루어지며, 이러한 렌즈 어레이(30)를 구성하는 렌즈들을 기초 렌즈라고 명명한다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어레이(30)는 소정 곡률을 가지도록 형성된다. 즉, 도 3에서와 같이 렌즈 어레이(30)가 제1 방향(예를 들어 수평 방향) 또는 제2 방향(예를 들어 수직 방향) 일정한 곡률을 가지도록 구부러지게 형성된다.

다음에는 이러한 구조를 토대로 하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 디스플레이 시스템의 동작에 대하여 설명한다.

본 발명의 제1 실시 예에서는 곡률을 가지는 렌즈 어레이(30)를 사용하여 시야각을 보다 향상시킨다.

도 4에 기존의 평평한 렌즈 어레이를 사용하여 IP방법으로 입체 영상을 표시할 때 시야각의 제한을 나타내는 구조가 예시되어 있으며, 도 5에 본 발명의 제1 실시 예에 따라 구부러진 렌즈 어레이를 사용하여 IP 방법으로 입체 영상을 표시할 때 시야각의 증가를 보여주는 구조가 예시되어 있다.

기존의 영상 디스플레이 시스템에서는 평평한 렌즈 어레이를 사용하므로 도 4의 화상 표시부(10)에 표시되는 기초 영상에서 볼 수 있는 바와 같이, 기초 영상이 그에 해당하는 기초 렌즈의 영역을 넘어가게 되는 경우가 발생한다. 즉, 기초 영상이 렌즈 어레이(30)의 해당 기초 렌즈에 대응하는 영역에만 표시되지 않고 다른 기초 렌즈에 대응하는 영역까지 표시되는 현상(도 4에 표시된 화살표 참조)이 발생하게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여, 기존에는 해당 영역을 벗어나는 기초 영상들은 화상 표시부(10)에 표시하지 않고, 기초 렌즈에 대응하는 영역 안에서만 기초 영상이 표시되게 하였다.

그러나 본 발명의 제1 실시 예에서는 도 5에서와 같이, 기초 영상이 대응하는 기초 렌즈의 영역을 넘어가는 경우가 발생하지 않게 된다. 이것은 수평 방향 또는 수직 방향으로 일정한 곡률을 가지도록 구부러지게 형성된 렌즈 어레이 때문이다. 구체적으로, 곡률의 중심을 감싸는 형태로 구부러진 렌즈 어레이에 의하여, 기존의 입체 디스플레이 시스템에서와는 다르게 기초 영상을 표시할 수 있는 영역이 증대하게 된다. 다시 말해서 재정의된 기초 영상 영역 내에서 소정 곡률을 가진 방향으로 각 기초렌즈에 해당하는 기초 영상이 모두 표시되게 된다. 예를 들어, 수평 방향으로 곡률을 가지는 경우에는 수직 방향으로 배열된 기초 렌즈 중 일부 기초 렌즈들에 해당하는 기초 영상만을 표시하고, 수평 방향으로는 상기 수평 방향으로 배열된 기초 렌즈의 수와 동일한 수의 기초 영상을 표시한다. 이러한 원리를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기존의 실상 IP의 기초 영상과 허상 IP의 기초 영상을 제작하는 방법 에 대하여 설명한다.

재생될 입체 영상을 이루는 한 점 P의 평면상의 위치를 직교 좌표로 (x, y), 그 깊이 정보, 즉 렌즈 어레이로부터 그 점의 상이 맺히는 곳까지의 거리 z, 렌즈 어레이의 각 기초 렌즈 중 왼쪽으로부터 i 번째, 위로부터 j 번째에 위치되는 기초 렌즈의 중심 좌표를 (lens_x[i][j], lens_y[i][j]), 그리고 기초 렌즈의 x방향 크기를 L_x, y방향 크기를 L_y, 초점 거리를 f 라고 하자.

이 때, 가상의 물체 포인트(object point)인 점 P의 기초 영상 중 왼쪽으로부터 i 번째 위로부터 j 번째에 위치한 기초 렌즈에 해당하는 기초 영상은 다음 식에 의한 좌표값을 가지는 점 E_ij 가 된다.

실상 IP일 경우, 기초 영상은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

허상 IP일 경우, 기초 영상은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

그러나 기존의 IP의 기초 영상 제작방법에 의하면 위의 수학식 3 및 4 혹은 수학식 5 및 6에 의하여 계산된 점 E_ij가 반드시 왼쪽으로부터 i 번째 위로부터 j 번째에 위치한 기초렌즈에 의한 기초 영상이 되는 것은 아니고 다음 두 가지 조건을 동시에 만족시킬 때만 기초 영상이 된다.

(조건1)

(조건2)

수학식 3과 수학식 4 혹은 수학식 5와 수학식 6에 의하여 계산된 점 E_ij 모두를 기초 영상으로 하지 않고 조건 1과 조건 2를 동시에 만족시키는 점만을 기초 영상으로 하는 것은 이러한 조건 1과 조건 2의 만족여부에 관계없이 수학식 1과 수학식 2 혹은 수학식 5와 수학식 6에 의하여 계산된 점 E_ij 모두를 기초 영상으로 하면 재생되는 입체 영상이 동시에 여러 개가 관찰되는 단점이 생겨 재생된 입체 영상의 질이 떨어지기 때문이다. 그러나 이렇게 조건 1과 조건 2를 만족하는 점만을 기초 영상으로 하기 때문에 재생되는 입체 영상의 시야각이 제한되며, 이에 따라 시야각을 벗어난 범위의 관찰자는 도 4에서와 같이 더 이상 기초영상을 볼 수 없게 된다. 그 결과, 관찰자가 영상을 볼 수 있는 위치는 기본적으로 렌즈 어레이 정면에서 좌우 시야각 범위 내로 제한된다.

그러나 본 발명의 제1 실시 예에서는 구부러진 렌즈 어레이를 사용하여 기초 영상들을 결상시키기 때문에, 각 기초 렌즈에 대한 기초 영상의 위치가 기존과 달라진다. 우선 도 3에서 볼 수 있듯이 수평방향으로 구부러진 렌즈의 곡률반경의 중 심에서 각 기초렌즈의 양 끝을 연결한 직선이 화상 표시부(10)와 만나는 지점을 각 렌즈의 기초 영상 영역의 경계로 재정의 한다. 재생될 입체영상은 도 5와 같이 렌즈의 곡률 반경의 중심 또는 중심 부근에 위치하도록 한다.

구체적으로 설명하면, 위와 동일하게 재생될 입체 영상을 이루는 한 점 P의 평면상의 위치에 따른 직교 좌표, 깊이 정보 등을 각각 (x, y), z라고 하고, 렌즈 어레이의 각 기초 렌즈 중 왼쪽으로부터 i 번째, 위로부터 j 번째에 위치되는 기초 렌즈의 중심 좌표를 (lens_x[i][j], lens_y[i][j], lens_z[i][j])이라 하자.

도 6은 본 발명의 제1 실시 예에서 각 기초렌즈의 위치와 기초 영상을 계산할 때 사용한 직교 좌표계를 나타낸다.

도 6을 참조하여, 기초 렌즈의 x방향 크기를 L_x, y방향 크기를 L_y, 초점 거리를 f, 구부러진 렌즈 어레이의 중심에 위치한 기초렌즈와 화상 표시부(10) 사이의 거리를 g, 렌즈 어레이(30)의 수평 방향의 곡률 반경을 r 이라 할 때, 가상의 물체 포인트(object point)인 점 P의 기초 영상 중 왼쪽으로부터 i 번째 위로부터 j 번째에 위치한 기초 렌즈에 해당하는 기초 영상은 다음 식에 의한 좌표값을 가지는 점 E_ij 가 된다.

실상 IP일 경우, 기초 영상은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

허상 IP일 경우, 기초 영상은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

그리고 기존의 IP의 기초 영상 제작방법과 마찬가지로 위의 수학식 7 및 8 혹은 수학식 9 및 10에 의하여 계산된 점 E_ij가 반드시 왼쪽으로부터 i 번째 위로부터 j 번째에 위치한 기초렌즈에 의한 기초 영상이 되는 것은 아니고 다음 두 가지 조건을 동시에 만족시킬 때만 기초 영상이 된다.

그러나 이 경우 수학식 7 및 8 혹은 수학식 9 및 10에 의하여 계산된 점 E_ij는 대부분 위의 조건 3과 4를 만족시키게 되어 도 5에서 볼 수 있는 것처럼 모 든 기초렌즈들이 해당하는 기초 영상을 가지게 되고 즉, 기초 렌즈 영역에 해당하는 기초 영상이 모두 표시되어 시야각이 증대하게 된다.

이는 곡률 반경의 중심을 감싸는 형태를 가지는 렌즈 어레이의 기하학적 구조에 기인한 것으로, 기존의 평평한 렌즈 어레이를 사용했을 때 일정한 시야각을 벗어나면 더 이상 기초 영상이 존재하지 않아 영상을 볼 수 없었던 것과는 다르게, 렌즈가 존재하는 한 계속 기초 영상이 존재하게 되어 입체 영상의 시야각이 증대된다.

그러므로, 수평 방향으로 모든 렌즈의 기초 영상이 존재한다는 면에서 보면 본 발명은 기존과 같은 시야각의 제한이 없게 된다.

한편, 본 발명의 제1 실시 예와 같이 구부러진 렌즈 어레이를 사용하는 입체 디스플레이 시스템에서 시야각을 제한하는 다른 요인이 생길 수 있다. 본 발명에서는 이것을 간격 불일치(Gap mismatch)라고 명명하기로 하며, 간격 불일치는 다음과 같은 현상을 말한다.

일반적으로 렌즈 어레이를 이루고 있는 각 기초 렌즈의 초점거리는 f로 일정하고 수학식 1, 즉 렌즈의 법칙을 만족시키게 된다. 본 발명의 실시 예에서는 렌즈 어레이가 구부러져 있기 때문에 평평한 렌즈 어레이의 경우와는 다르게 각 기초 렌즈들의 중심과 화상 표시부(10) 사이의 거리 g가 기초 렌즈의 위치에 따라 달라진다. 도 5에서 볼 수 있듯이 기초 렌즈가 렌즈 어레이의 중심으로부터 많이 멀어지면, g의 변화폭이 크게 되며, 각 g 값의 차는 다음과 같은 식으로 표현 할 수 있다.

, 이 때

여기에서 G [n]은 중심 기초 렌즈의 순서인 n을 0으로 했을 때, 중심 기초 렌즈와 중심 기초 렌즈에서 n번째 떨어진 렌즈의 각 g 값의 차이다.

g 값이 변하면 렌즈의 법칙에 의해 d 가 영향을 받아 각 기초 영상들이 더 이상 집적 결상되지 않게 되는 현상이 발생한다. 이러한 간격 불일치 현상에 의하여 시야각이 제한될 수 있으나, 본 발명의 제1 실시 예에서는 간격 불일치를 용인할 수 있는 범위 안에서는 집적된 입체 영상을 최적으로 볼 수 있다. 용인 가능한 최대 G[n]을 정하게 되면 최대 정수값

을 계산할 수 있다. 재생되는 입체 영상의 시야각(Ω)은 구부러진 방향, 즉, 수평 방향으로 넓어지게 되며 다음과 같이 표현할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에서는 수평 방향으로 렌즈 어레이(30)를 구부려서 수평 방향의 시야각을 증대시킨다.

다음에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 입체 디스플레이 시스템에 대하여 설명한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 입체 디스플레이 시스템은 제1 실시 예와 동일한 구조로 이루어지며, 여기서는 상세한 구조 설명을 생략한다.

제2 실시 예에서는 제1 실시 예와는 달리 수평 방향으로 렌즈 어레이를 구부린 것이 아니라 수직 방향으로 렌즈를 구부려 수직 방향의 시야각을 증대시키는 방법을 제시한다.

이때 영상 처리부(20)에 의하여 생성되는 기초 영상은 수직 방향으로 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈의 수만큼 생성된다. 이 때 기초 영상은 위의 수학식 7 내지 수학식 10에 의하여 제1 실시 예와 동일하게 생성되나 만족시켜야 하는 조건이 다음과 같이 달라진다.

(조건5)

(조건6)

따라서, 재생되는 입체 영상의 수직 시야각이 확대되는 효과가 있다. 여기서 확대된 수직 시야각은 위의 수학식 12와 같이 나타난다.

한편, 제1 및 제2 실시 예와 같이 구부러진 렌즈 어레이를 사용한 경우, 모든 기초 영상들을 동시에 화상 표시부(10)에 표시하게 되면 도 5에서 볼 수 있는 것처럼 원하는 입체 영상 뿐 아니라 플립트 영상도 동시에 관찰하게 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제3 실시 예에서는 격벽을 사용하여 이러한 플립트 영상을 제거한다.

다음에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 입체 디스플레이 시스템에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 입체 디스플레이 시스템의 구조도이다. 본 발명의 제3 실시 예에 따른 입체 디스플레이 시스템은 제1 실시 예와 동일한 기능을 수행하는 화상 표시부(10), 영상 처리부(20), 렌즈 어레이(30)를 포함하며, 제1 실시 예와는 달리, 렌즈 어레이(30)와 화상 표시부(10) 사이에 격벽(40)이 위치된다.

구체적으로, 플립트 영상은 기초 영상이 그에 해당하는 기초 렌즈를 통해서가 아니라 인접한 렌즈를 통해 결상되어 생기는 입체 영상으로, 도 5에서와 같이 볼 수 있다. 본 발명의 제3 실시 예에서는 이러한 원하지 않는 플립트 영상을 없애주기 위해서, 격벽을 추가한다. 격벽(40)은 렌즈 어레이(30)의 각 기초 렌즈의 양 끝과 그에 해당하는 기초 영상 영역의 경계를 잇는 선분을 따라 도 7과 같이 각각 설치된다.

수평 방향으로 구부러진 렌즈 어레이에 적용할 경우 격벽은 세로로는 렌즈 어레이의 세로와 같은 크기를 가지고 가로로는 각 기초 렌즈의 양끝과 해당하는 기초 영상 영역의 경계를 잇는 선분의 거리와 같아야 하므로, 중심에서 멀어질수록 가로의 길이가 증가하게 된다. 한편, 수직 방향으로 구부러진 렌즈 어레이에 적용할 경우 격벽은 세로로는 각 기초 렌즈의 양끝과 해당하는 기초 영상 영역의 경계를 잇는 선분의 거리와 같고, 가로로는 렌즈 어레이의 가로와 같은 크기를 가져야 하므로, 중심에서 멀어질수록 세로의 길이가 증가하게 된다.

이러한 제3 실시 예에서는 위의 제1 및 제2 실시 예와 같이 기초 영상이 생성되어 화상 표시부(10)에 표시되고, 렌즈 어레이(30)의 각 기초 렌즈의 양 끝과 그에 해당하는 기초 영상 영역의 경계를 잇는 선분을 따라 생성된 격벽(40)에 의하여, 기초 영상이 그에 해당하는 기초 렌즈를 통해서만 결상됨으로써, 위의 제1 및 제2 실시 예와 같은 넓은 시야각이 확보되면서 플립트 영상만이 게거된다.

따라서, 렌즈 어레이를 일정한 곡률을 가지도록 구부려 입체 영상에 대한 정보를 가지고 있는 기초 영상들이 표시되는 영역과 기초 영상의 수를 증가시키면서, 격벽을 사용하여 플립트 영상, 즉 이웃하는 렌즈를 통해 보이는 원하지 않는 영상을 없애 줌으로써, 기존의 IP 방식 보다 시야각이 상당히 증가한 입체 영상을 표시할 수 있다.

비록, 이 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시 예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시 예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허 청구 범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.

이상에서와 같이 위에, 기술된 본 발명의 실시 예에 따라. 화상 표시부에 기존의 IP에 의한 기초 영상 제작 방식에서는 표시되지 않던 기초 영상들이 렌즈 어레이의 구부러진 구조에 의해 각 기초 렌즈에 모두 표시됨으로써, 시야각이 증가된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 구부러진 구조를 가지는 렌즈 어레이와 화상 표시부 사이에 위치되는 격벽에 의하여, 플립트 영상을 효과적으로 제거하여 시야각을 현저하게 넓힐 수 있다.

Claims (8)

1. 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 다수 생성하는 영상 처리부;

   상기 영상 처리부에서 생성된 기초 영상을 표시하는 화상 표시부; 및

   행렬로 배열된 다수의 기초 렌즈로 이루어지며, 상기 화상 표시부에서 표시되는 기초 영상을 결상하여 해당하는 3차원 영상을 재생하고, 제1 방향 또는 제2 방향으로 렌즈 어레이의 중심이 구부러지도록 소정 곡률을 가지는 렌즈 어레이

   를 포함하고,

   상기 렌즈 어레이가 제1 방향으로 중심이 구부러지도록 소정 곡률을 가지는 경우, 상기 화상 표시부는 상기 제2 방향으로 배열된 기초 렌즈 중 일부 기초 렌즈들에 해당하는 기초 영상을 제2 방향으로 표시하고, 제1 방향으로는 상기 제1 방향으로 배열된 기초 렌즈의 수와 동일한 수의 기초 영상을 표시하는 입체 디스플레이 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 각각의 기초 영상이 화상 표시부 상에 표시되는 기초 영상 영역의 경계는 상기 렌즈 어레이의 곡률 반경의 중심에서 각 기초렌즈의 양 끝을 연결한 직선이 상기 화상 표시부와 만나는 지점인 입체 디스플레이 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 영상 처리부는 3차원 영상 정보의 물체 포인트(object point)인 점 P의 좌표가 (x, y, z)이고, 상기 렌즈 어레이로부터 상기 점 P의 상이 맺히는 곳까지의 거리가 z인 경우, 상기 점 P에 대한 기초 영상(Elemental_image_x[i][j], Elemental_image_y[i][j])은 다음의 식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 시스템.

   실상일 경우

   

   

   허상일 경우

   

   

   (lens_x[i][j], lens_y[i][j], lens_z[i][j]) : 상기 렌즈 어레이의 기초 렌 즈 중 왼쪽으로부터 i 번째, 위로부터 j 번째에 위치되는 기초 렌즈의 중심 좌표, f : 기초 렌즈의 초점 거리)
5. 제4항에 있어서,

   상기 영상 처리부는 상기 점 P에 대한 기초 영상(Elemental_image_x[i][j], Elemental_image_y[i][j]) 중에서 다음의 두 가지 조건을 만족하면 상기 점 P에 대한 기초 영상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 시스템.

   

   (L_x: 상기 기초 렌즈의 x방향 크기, L_y: 상기 기초 렌즈의 y방향 크기)
6. 제1항에 있어서,

   상기 입체 디스플레이 시스템에서 발생되는 간격 불일치가

   

   로 표시되고, 이 때

   

   를 만족하는 경우, 용인 가능한 최대 G [n]을 정해지면 최대 정수값

   

   를 토대로 시야각(Ω)이 다음의 식을 만족하는 입체 디스플레이 시스템.

   

   g :각 기초 렌즈들의 중심과 화상 표시부 사이의 거리

   G [n]: 중심 기초 렌즈의 순서인 n을 0으로 했을 때, 중심 기초 렌즈와 중심 기초 렌즈에서 n번째 떨어진 렌즈의 각 g 값의 차이.
7. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈 어레이와 화상 표시부 사이에 다수의 격벽이 위치되어 있으며,

   상기 격벽들은 상기 렌즈 어레이의 각 기초 렌즈의 양 끝과 그에 해당하는 기초 영상 영역의 경계를 잇는 선분을 따라 각각 위치되어 있는 입체 디스플레이 시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 렌즈 어레이가 수평 방향으로 구부러진 곡률을 가지는 렌즈 어레이인 경우, 상기 격벽은 세로로는 렌즈 어레이의 세로와 같은 크기를 가지고 가로로는 각 기초 렌즈의 양끝과 해당하는 기초 영상 영역의 경계를 잇는 선분의 거리와 같은 크기를 가지며,

   상기 렌즈 어레이가 수직 방향으로 구부러진 곡률을 가지는 렌즈 어레인 경우, 상기 격벽은 세로로는 각 기초 렌즈의 양끝과 해당하는 기초 영상 영역의 경계를 잇는 선분의 거리와 같고, 가로로는 렌즈 어레이의 가로와 같은 크기를 가지는 입체 디스플레이 시스템.

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