KR100864139B1 - 3차원 영상 표시방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 영상표시방법에 관한 것이다. 이 방법에서는 스크린(20)의 여러 다른 스크린포인트들(P)에 비임들(L_e)이 관련된다. 이들 비임(L_e)은 서로 다른 방사방향들(E)에 관련된 각각의 화면들을 생성한다. 이들 방사방향(E)은 각각의 스크린포인트(P)와 관련된다. 이 비임(L_e)은 인접 방사방향들의 각도에 따라 비임(L_d)을 투사하면 발생된다. 본 발명에 따르면, 시야방향 정보가 없는 비임들(L_e)이 기본적으로 좌표가 서로 다른 화소들(C_d)과 동시에 생성된다. 이들 화소(C_d)는 이차원 디스플레이(50)의 화소이고, 적당한 스크린포인트(P)의 방사방향들(E)과 관련된다. 디스플레이(50)의 좌표가 서로 다른 화소들(C_d)에서 생긴 비임들(L_e)은 이런 비임을 생성하는 이들 화소의 좌표의 함수로서 서로 다른 편향방향(D)으로 동시에 촬상된다. 본 발명은 이런 방법을 구현하는 장치이기도 하다.

Description

3차원 영상 표시방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DISPLAYING 3D IMAGES}

본 발명은 3D 영상 표시방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 스크린의 여러 다른 포인트들에 관련된 비임들과 각각의 스크린 포인트들의 각각 다른 방사방향에 관련된 다른 화면들을 생성하는 비임들이 발생되고, 이렇게 발생된 비임들은 방향선택적인 투과 및/또는 반사 스크린에 투사된다. 본 발명은 또한 이 방법을 구현하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 방향선택적 투과 및/또는 반사광용 스크린과, 스크린 조명시스템을 포함한다. 스크린 조명시스템은 비임을 생성하는 모듈들을 포함하고, 이들 비임은 스크린의 여러개의 각각 다른 포인트들과 이들 포인트의 각각 다른 방사방향들에 관련된다. 모듈은 적당한 제어시스템에 의해 제어된다.

상기 원리에 기초한 삼차원(3D) 촬상법이 WO94/23541과 WO98/34411에 자세히 설명되어 있고, 그 내용은 본 발명을 이해하는데 알려져 있다고 본다. 3D 영상은 2D 영상보다 많은 정보를 담는다. 3D 영상을 표시하려면, 적절한 수의 스크린포인트(스폿)를 생성해야만 하고, 동영상의 경우에는 프레임의 변화를 고려하여, 적당한 스폿/초 비율도 생성되어야 한다. 스크린포인트(스폿)의 갯수는 기본적으로 영상분해능과 각도분해능의 곱(즉, 구분가능한 화면이나 시야영역의 수)이다. 또, 동 영상의 경우, 하나의 프레임내에 필요한 스크린포인트의 수는 1초에 변하는 프레임의 수(프레임/초)에 의해 배가되어, 매초마다 생성될 스크린포인트의 수를 제시해야만 한다.

기본적인 문제는 필요한 수의 촬상 스크린포인트(스폿)를 소정 단위시간내(스폿/초)에 생성하는 방법에 있다.

한가지 방식은 시간으로 곱하는 것인데, 이 경우 미국특허 6,157,424에 설명한 바와 같은 고속장치가 필요하다. 이런 장치는 아직은 실제로 구하기 곤란하고, 제한된 수의 화면을 표시할 수 있을 뿐이다. 이런 장치는 고속 LCD 스크린이나 기타 고속 광값들을 이용하고 두개나 세개의 연속적인 평면들에 설치된다.

두번째 방식은 공간분할법인바, 필요한 수의 스크린포인트들을 평행하게 생성하여 적절히 구성한다. 실제, 정상 속도의 디스플레이들이 이용되어야 하지만, 더 많은 수의 화소(고해상도)를 갖는 디스플레이나 정상적인 해상도를 갖는 더 많은 디스플레이들이 이용된다. 이 방식의 단점은, 공간이 더 필요하다는데 있다. 이런 장치로는 렌즈형 시스템이 있고, 여기서는 해상도를 희생하여 각각 다른 방향들이 발생되는바, 예컨대 10개 방향을 발생하려면 10배의 해상도가 필요하고, 10개 스크린포인트마다 소정 방향에 관련되거나 또는 스크린(디스플레이)이 10 부분으로 분할된다. 이런 방식들의 다른 변형들도 현재 알려져 있다.

세번째 방식은 두가지 방식을 조합하여, 스크린포인트 생성요소의 기술적 특징들과 한계를 고려하여 장치의 속도와 해상도를 최적화하는 것으로서, 예컨대 30개의 화면을 생성하기 위해 10개의 3배속 장치 또는 10배 해상도를 갖는 장치를 이 용한다. 이렇게 공간적으로 분리된 10배수의 스크린포인트들은 3개의 다른 광원들(통상 다른 방향으로부터의 광원들)에 의해 시간내에 분할된다.

본 발명은 이상의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 두번째와 세번째 방식을 기초로, 현실적인 기존의 기술들로 실현될 수 있는 방법과 장치를 설명한다.

본 발명의 목적은 적당한 프레임 주파수로 고품질 컬러영상을 생성할 수 있는, 즉 3D 컬러 동영상도 생성할 수 있는 개량된 장치와 방법을 제공하는데 있다. 이를 위해, 본 발명은 기본적으로 새로운 광학배열을 필요로 한다.

지금까지 설명한 기존의 3D 촬상시스템의 중요한 요소는 서로 다른 방향으로 강도가 변하는(그리고 바람직하게는 색상이 변하는) 비임들을 발사하는 광원이 비교적 작다는 것이다. WO98/3441에서는 시간의 함수로서 레이저빔을 편향하고 변조하는 음향-광학적 편향기를 통해 비임을 생성했다. 따라서, 비임들이 각각 다른 방향으로 생성되어 발사되고, 이런 비임들은 각각 다른 방향으로 변조되기가 곤란했다.

본 발명에 따르면 이런 비임들이 기존의 방식과는 다르게 발생된다. 본 발명에 따른 방법에서, 방사방향 정보 없는 비임들이 2차원 디스플레이의 좌표가 서로 다른 화소들에서 거의 동시에 발생된다. 이들 비임은 스크린의 서로 다른 포인트들에 관련되고 스크린포인트들의 서로 다른 방사방향들에 대응한다.

좌표가 서로 다른 디스플레이 화소들에서 생긴 비임들은 각각 다른 편향 방향들로 거의 동시에 촬상된다. 이 촬상은 비임을 생성하는 화소의 좌표의 함수로서 실행된다.

본 방법의 바람직한 구현례에서, 스크린포인트들을 향해 각각 다른 방향들로 투사된 비임들은 복합영상을 발생시킨다. 이런 복합영상은 각각 다른 스크린포인트들로부터 각각 다른 방향으로 투사될 영상들에 대응하는 영상세부들을 포함한다. 이들 복합영상은 거의 평행한 비임들로 조명된다. 발생된 평행비임들은 각각의 영상세부의 강도정보 및/또는 색상정보로 변조된다. 변조된 평행광 비임들은 편광수단, 바람직하게는 입사각이 큰 대물렌즈 등의 촬상광학계로 투사된다. 이런 투사는 공간좌표의 함수로 실행된다. 복합영상의 영상세부들로 변조되는 평행광 비임들은 편광수단에 의해 적절한 스크린포인트들을 향해 투사된다. 이런 투사는 비임을 서로 다른 방향으로 편향시켜 실행된다. 이런 편향은 복합영상의 관련 영상세부들의 위치와, 편광수단의 촬상특성들에 따라 이루어진다. 이런식으로, (관련 편광수단을 포함한) 관련 모듈들과 스크린의 상호위치에 의해 적절한 스크린포인트들이 형성된다.

본 발명은 또한 도입부에서 설명한 바와같이 3차원 영상표시장치에 관한 것이다. 이 장치는 방향선택적인 투과 및/또는 반사광용 스크린과, 스크린 조명시스템을 포함한다. 본 발명에 따르면, 모듈들은 이차원 디스플레이와, 이 디스플레이의 각각의 화소들을 스크린에 거의 동시에 촬상하기 위한 광학계를 더 포함한다. 이차원 디스플레이상의 화소들은 스크린의 각각 다른 포인트들과 관련됨과 동시에, 서로 다른 스크린포인트에 관련되는 서로 다른 방사방향들에 대응한다. 디스플레이 화소들은 좌표는 서로 다르면서 방사방향 정보는 거의 없는 비임들을 거의 동시에 발생시킨다. 디스플레이에 관련된 촬상광학계는 좌표가 서로 다른 디스플레이 화소들에 의해 생긴 비임들을 서로 다른 방사방향이나 촬상방향으로 거의 동시에 촬상한다.

바람직하게, 스크린은 방향을 바꾸지 않고 입사광 비임들을 투과하거나 거울방식이나 역반사 방식으로 비임을 반사한다. 그와 동시에, 모듈들은 비임 발생수단으로서 실현되고, 이들 비임은 스크린포인트들로부터 각각 다른 방향으로 방사된다. 이 목적으로, 모듈은 강도 및/또는 색상이 서로 다른 비임들을 각각 다른 방향으로 각각의 스크린포인트들을 향해 투사한다. 따라서, 스크린포인트들을 향해 비임을 투사하는 수단에서, 이차원 디스플레이는 복합영상을 생성하는 영상발생수단 기능을 하고, 복합영상은 서로 다른 스크린포인트들로부터 서로 다른 방사방향으로 투사된 영상세부들로 구성된다. 다음, 이런 복합영상을 모듈영상이라고도 하는데, 이는 모듈의 디스플레이에서 생성되기 때문이다. 본 장치의 촬상광학계는 또한 촬상광학계로 입사되는 비임들을 소정 각도로 편향하는 수단을 포함하되, 이 편향각도가 비임의 입사좌표의 함수가 되도록 한다. 이 촬상광학계로는 광학렌즈가 바람직하다.

그와 동시에, 조명장치에는 영상발생수단을 조명하기 위해 평행하면서도 공간좌표의 함수로서 균질한 비임들을 생성하는 수단이 구비된다. 광학계에서, 모듈은 서로 및 스크린에 대해 위치하되, 관련된 모듈과 스크린의 상대위치에 따라, 바람직하게는 색상정보와 강도정보로 변조하여 복합영상의 화소들로 부호화된 비임들이 편광수단에 의해 각각 다른 방향을 향해 그리고 적절한 스크린포인트들을 향해 편향되도록 한다. 한편, 스크린은 인접 모듈들로부터 같은 스크린포인트로 투사되는 비임들 사이의 각도에 따라 적절한 확산을 일으킨다.

영상발생수단으로는 마이크로디스플레이가 바람직하다. 집적회로 기술에 의해, IC 크기, 대개는 해상도가 높고 가격이 낮은 화소크기 10-15 미크론의 소형 장치의 생산이 가능하다. 이로 인해 많은 수의 평행동작 마이크로디스플레이를 기초로 한 시스템/장치가 가능하다.

제시된 실시예들중 하나에서, 이차원 디스플레이는 강유전 액정(FLC; ferroelectric liquid crystal) 마이크로디스플레이일 수도 있다. 이들은 크기가 작고 컬러버젼이며 많은 수를 구입할 수 있다. 그러나, 그 크기는 스크린포인트들의 간격보다 여전히 크다. 따라서, 본 발명의 실현을 위해서는, 스크린포인트의 갯수보다 이차원 디스플레이를 적게 사용하길 권고한다. 다른 문제는, 디스플레이의 유효면적이 항상 전체면적보다 작기때문에 생긴다. 몇몇 광학배열의 경우, 디스플레이의 물리적 크기에 의해 방사방향의 갯수, 즉 장치의 각도분해능이 결정된다. 방사방향을 증가시키기 위해, 여러 평행선에 이차원 디스플레이들을 배치하고 이들 평행선에 평행하게 서로에 대해 디스플레이들을 시프트한다. 이런 방식에서, 가상적으로 통합된 기다란 디스플레이가 얻어지고, 이것은 필드깊이가 좋고 각도분해능이 높은 3차원 영상을 제공할 수 있고, 이 디스플레이의 수평 분해능 역시 최대로 활용될 수 있다. 또, 평행광 비임들을 생성하는 여러개의 장치들을 포함하고, 이 장치는 공통 광원, 바람직하게는 백열등이나 금속 할로겐 램프를 포함한 모든 강력한 광원을 갖는 것이 증명되었다. 이렇게 하면, 공통광원의 빛이 광섬유를 통해 각 각의 편광장치로 향한다. 또, 조명시스템의 구조와, 많은 수의 모듈에 대한 빛의 분산이 단순화되고, 광원을 렌즈에서 멀리 배치할 수 있으며 냉각을 더 잘 할 수 있다.

모든 방향으로부터의 3차원 영상의 연속 구현은 광학판을 이용하면 되고, 이 광학판은 방향선택적으로 투과되거나 반사된 빛을 확산시키는 스크린 기능을 한다. 광학판의 확산기능은 렌즈나 홀로그래픽 층에 의한 것이 바람직하다. 어떤 경우에는 스크린이 역반사면을 가질 수도 있다. 이런 배열은, 3차원 영상의 관찰자가 비교적 좁은 공간에서 이동하고 이 공간에서만 각각 다른 화면들이 생성될 때 유리하다. 예컨대, 모듈이 배치된 원과 동심원에 스크린을 배치하면, 이들 원의 중심 부근의 영역에서 3차원 영상이 보일 수 있고, 이 영역에서 방향분해능도 아주 좋다. 이는, 관찰자가 약간만 움직일 경우 화면 변화가 인식될 수 있음을 의미한다.

본 발명은 최종적인 3D(복합) 영상보다 훨씬 작은 영상점 발생수단을 이용한다는 점에서 3차원 팽행 디스플레이 이론으로 동작하는 기존 시스템의 이론적인 문제점들을 해결한다. 이 영상점 발생수단은 적당한 형태로 이용된다. 이렇게 되면, 나쁜 필링(소위 스타디움 디스플레이, 펜스효과, 분해능 감소 등)을 유발하는 하위 화소구조를 피할 수 있다. 본 발명에 따른 영상발생방법을 이용하면, 빛이 방해없이 비임들을 통과하고 동일한 스크린포인트로부터 방사된다.

종래의 디스플레이 시스템의 기술적 한계는 램프 파워를 어떻게 높이는가에 있는바, LCD 패널에 집중될 수 있는 광강도로 인해 램프파워 프로젝터를 최대화하는데 제한이 있지만, 소형 프로젝터라도 고성능 광원을 사용하여 냉각 등의 기존의 모든 성능은 그대로 가진채 평균 조명으로 보이는 영상들을 생성할 수 있다.

본 발명에 따라 마이크로디스플레이가 대단히 많은 장치라면, 상기 문제점들을 극복할 수 있다. 복합적인 고출력 3D 영상들을 생성할 수 있으므로, 시야각이 제한된 LCD 패널들은 광강도가 1/100인 100개 패널 시스템의 경우 그 수에 비례하여 낮은 광강도를 투과 및/또는 반사해야 한다. 한편, LED와 같이 휘도가 낮은 유효 광원들을 여러개 이용하면 평행 분산구조로 인해 종래의 장치와 비슷한 휘도를 갖는 영상을 생성할 수 있다.

본 발명에 따른 장치에는 평행광 비임들을 생성하는 수단이 여러개 있고, 광원(LED, LED 매트릭스)이나 공통광원을 별도로 갖는 것이 바람직하다. 공통광원에서 나온 빛은 광섬유, 멀티코어 랜덤형 헤드번들 또는 기타 광라인들에 의해 분산되고, 마이크로디스플레이를 포함한 광 모듈/유니트로 안내된다. 금속 할로겐 램프 등의 공통광원의 색상제어는 기존의 방식, 즉 빛을 RGB 채널로 분할하는 컬러필터나 셔터, 또는 컬러디스크에 의해 실행된다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1, 2는 본 발명의 3D 영상표시장치와 방법의 기본원리를 보여주는 도면;

도 3은 본 발명의 촬상시스템의 기본 요소들은 물론 광학렌즈계의 기본원리를 보여주는 개략도;

도 4는 광확산을 실행하는 구조를 갖는 도 1-3의 스크린의 확대단면도;

도 5는 일정 위치에서 장치를 바라볼 경우 도 3의 모듈들을 갖는 장치에 의해 생기는 비임들을 보여주는 도면;

도 6은 본 발명에 따른 장치의 영상표시원리를 보여주는 도면;

도 7a는 도 4의 스크린의 부분 평면도;

도 7b, 7c는 도 7a와 비슷하지만, 본 발명에 따른 3D 영상표시시스템의 두개의 다른 예의 차이를 보여주기 위한 도면들;

도 8은 본 발명의 장치의 일례의 일부분의 3차원 배열을 보여주는 도면;

도 9는 도 3의 촬상시스템의 측면도;

도 10은 도 8과 비슷하지만 본 발명의 장치의 다른 예를 보여주는 도면;

도 11은 도 9와 비슷하고 도 10의 배열중의 광학계를 보여주는 도면;

도 12는 하나의 디스플레이로 여러개의 영상발생수단들을 조명하는 촬상시스템의 변형례의 이론적 체계도;

도 13은 도 12에 따라 생긴 영상발생수단의 광학계를 보여주는 도면;

도 14는 도 13의 광학계의 다른 예를 보여주는 도면;

도 15는 도 13의 광학계의 또다른 예를 보여주는 도면;

도 16은 공간적이 아니라 시간에 따라 분산이 일어나는 하나의 디스플레이를 구비한 여러개의 영상발생수단들의 또다른 변형례를 보여주는 도면;

도 17은 각각의 영상발생수단을 여러 열로 배치했을 때 서로를 향한 상대위치를 보여주는 도면;

도 18은 각각의 모듈들과 스크린의 광학적 대칭배열을 보여주는 도면;

도 19는 각각의 모듈들과 스크린의 광학적 대칭배열의 다른 예를 보여주는 도면;

도 20은 각각의 모듈들과 스크린의 광학적 대칭배열의 또다른 예를 보여주는 도면;

도 21은 각각의 모듈들과 스크린의 광학적 비대칭배열의 예를 보여주는 도면;

도 22는 각각의 모듈들에 적용된 광학배열의 원리를 보여주는 도면;

도 23은 영상발생수단의 개선례를 보여주는 도면;

도 24는 도 23의 평면도;

도 25는 광축에 수직으로 모듈에 이용된 광학계의 다른 예를 보여주는 도면;

도 26은 도 25의 광학계의 변형례를 보여주는 도면;

도 27은 도 25의 광학계의 이론적 사시도;

도 28은 적절한 모듈배열을 갖는 스크린의 원리와 그 구조를 보여주는 도면;

도 29는 도 28의 배열의 실용례를 보여주는 도면;

도 30은 2개의 각도에서 스크린을 바라본 사시도와 단면도;

도 31은 스크린의 다른 예의 단면도;

도 32는 도 31과 같은 단면도로서 스크린의 또다른 예를 보여주는 도면;

도 33은 도 30과 같은 도면으로서 스크린의 다른 예를 보여주는 도면;

도 34는 도 33의 스크린의 단면도;

도 35는 스크린이 추가된 도 33의 스크린의 단면도;

도 36은 다른 형태의 스크린이 추가된 도 33의 스크린의 단면도;

도 37은 도 35의 보조스크린의 기능을 실행하는 표면구성을 갖는 도 33의 스크린의 단면도;

도 38은 본 발명의 장치의 다른 예의 사시도;

도 39는 도 38의 장치의 적용방식을 보여주는 도면;

도 40은 도 38의 장치의 다른 적용방식을 보여주는 도면;

도 41은 도 38의 장치의 기본구조를 보여주는 부분절개 사시도;

도 42는 도 22와 비슷한 구성을 갖는 장치에 사용된 모듈의 구체적 실현상태를 보여주는 도면;

도 43은 도 42에 도시된 모듈에 이용되는 LED 조명장치의 사시도;

도 44는 도 43의 조명장치의 광점의 구성도;

도 45는 본 발명의 표시장치의 동작을 제어하는 제어시스템의 기능적 구성도.

도 1-3을 참조하여 본 발명의 원리에 대해 설명한다. 이 장치는 공간적으로 3차원 영상을 제공하는 것이다. 도 6에서 자세히 설명하겠지만, 이것은 각각의 빔을 서로 다른 방사방향으로 방사하는 장치의 스크린에 의해 실행된다. 이 목적으로, 이 장치의 스크린(20)은 빛을 방향선택적으로 투과 및/또는 반사한다. 스크린의 방향선택에 의해, 방사광 빔(L_e)은 스크린(20)에 도달하는 편향광 빔(L_d)의 입사 각에 따라 스크린(20)을 나간다고, 즉 잘 정의된 방사각도는 소정의 입사각과 관련된다고 할 수 있다. 다시말해, 입사광 빔(L_d)의 방향은 방사광 빔(L_e)의 방향을 결정하고, 스크린의 확산과는 반대로, 빔이 입사한 뒤 다른 빔들은 비교적 넓은 공간각도로 방사하며 입사 방사빔은 주어진 각도로 방사하는 빔으로부터 결정될 수 없다.

스크린(20)에는 물리적으로 구분될 필요가 없는 스크린포인트들(P)이 있는데, 이들의 위치는 어떤 경우 입사빔에 의해 결정된다. 그러나, 스크린 포인트들(P)의 위치는 적당한 장치로 스크린(20)에 고정될 수도 있다. 이런 경우, 스크린포인트들(P)은 이들 사이의 경계선(21)에 의해 물리적으로 분리될 수 있다(도 4 참조). 대부분의 경우, 전술한 예와 마찬가지로, 스크린(20)의 방향 선택은 스크린포인트(P)에 도달하는 비임(L_d)이 방향 변화 없이 스크린(20)을 투과하거나 거울처럼 반사하도록 된다.

스크린(20)의 스크린포인트들(P)은 서로 다른 색도의 색상을 보이거나 방향에 따라 색상이 달라보일 수 있다. 스크린(20)은 본 장치가 3차원 디스플레이로서 동작하도록 하는 특징을 갖는다. 도 1-3에는 비임(L_d)이 스크린(20)을 통과할 때는 방향이 거의 변하지 않으면서 방사각 범위(α) 내에서 비임(L_e)으로 나가는 실시예가 도시되어 있다. 주의할 점은, 도면상의 배율은 장치의 실척이 아니고 단지 작동원리를 설명하기 위한 것일 뿐이라는 것이다.

이하의 설명에 있어서, 장치는 총 q개의 모듈을 구비하고, 임의의 모듈인 1..q의 모듈중 하나를 j로 표시한다. 하나의 모듈은 빛을 n개의 다른 방향으로 방사할 수 있고, 임의의 중간 방향들을 i, m, g로 표시한다. 스크린에는 p개의 스크린 포인트들(P)이 있고, 임의의 포인트를 k로 표시한다. 빛은 n^*의 방사방향으로 스크린 포인트(P)에서 나올 수 있고, 이런 n^* 방사방향들은 전체 스크린(20)에 분산된 P 스크린 포인트에 관련될 수 있다. 임의의 중간방향을 i^*, m^* 또는 g ^*로 표시한다. 비임의 경우, 아래첨자 s, c, d, e는 광학계에서 비임의 기능을 의미하는바, L_s는 광원에서 방사된 비임, L_c는 평행비임, L_d는 편향비임, L_e는 최종적으로 스크린(20)에서 관찰자를 향해 방사된 비임을 의미한다. 윗첨자는 라인상의 모듈, 및 모듈과 스크린의 관련 스크린포인트(P)에 관련된 방사방향을 의미한다. 따라서, 비임 L_e ^j,g,k+1은 스크린(20)에서 나가는 비임이 모듈 j로부터 g 방향으로 나가되 k+1번째 스크린 포인트(P)에서 나가는 것을 의미한다.

또, 이 장치는 스크린(20) 발광시스템을 구비한다. 이 시스템은 비임(L_d)을 생성하기 위한 모듈을 포함하고, 이들 비임(L_d)은 스크린(20)의 여러 다른 지점들에 관련되고 또한 스크린 포인트들(P)의 다른 방사방향들(E)에 관련되어 있다. 예컨대, 도 3의 실시예에서 j번째 장치(45_j)는 기본적으로 하나의 모듈과, 이 장치에서 방사되어 스크린(20)의 서로다른 스크린 포인트(P_k-2,...,P_k+2)를 통과한 비임(L_d ¹- L_d ⁿ)으로 구성된다. 또한 모든 비임(L_d ¹-L_d ⁿ)에 연속된 비임(L_e ^j,l,k-2, L_e ^j,i,k-1, L_e ^j,m,k, L_e ^j,g,k+1, L_e ^j,n,k+2)이 각각 다른 방향(E₁-E_n* )으로 진행한다. 그와 동시에, 다른 모듈들로부터 동일한 스크린포인트에 빛이 도달하는바, 도 3을 보면, j-1번째 모듈(45_j-1)에서 나온 비임(L_d ¹)은 스크린 포인트(P_k+1)에 도달하되 j번째 모듈(45 _j)에서 나온 비임(L_d ^g)과는 다른 방향(E)으로 진행한다. 요컨대, 각 모듈은 스크린 포인트(P)로부터 각각 다른 방향(E₁-E_n)으로 발산되는 비임들(L_c)을 생성함과 동시에 각각 다른 방향에서 스크린 포인트(P)를 향해 강도 및/또는 색상이 다른 비임들(L_d ¹-L_d ⁿ)을 투사하는 수단으로 된다. 이해를 돕기 위해, 도 3에서 n=5인바, 하나의 모듈은 서로 다른 5개 스크린 포인트들(P)에 도달하는 빛을 5개의 서로 다른 방향으로 방사한다. 이 장치의 각 모듈은 아래 설명하는 원리에 따라 적당한 제어시스템에 의해 제어된다. 발광수단으로 기능하는 45개의 모듈들은 초기에는 발광면(10)상의 광원들(S)에 의해 공지된 방식으로 실행되었다(도 1, 2 참조). 이들 광원(S)의 기능은 적당한 강도 및/또는 색상을 갖는 빛을 주어진 스크린포인트(P)로부터 방사각 범위(α) 내에서 여러 다른 방사각도로 방사하는데 있다. 광원(S)은 소정 각도범위(β)로 빛을 방사한다. 이 각도범위(β)는 기본적으로 스크린(20)의 방사각 범위(α)와 동일하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(S₁,S₂,S₃,...,S_n)에서 비임(L _d)이 스크린포인트(P₃)로 방사되고, 스크린포인트(P₃)에서 나온 비임(L_c)의 방향은 각각의 광원(S₁-S_n)과 스크린포인트(P₃)의 상대위치에 의해 결정된다.

본 발명의 핵심은 이들 광원(S)을 실현하는데 있고, 더 구체적으로는 이상적으로 폭이 제로인 광원(S)이 제공하는 기능들을 실현할 수 있는 광학배열을 제공하는데 있다.

인용된 문헌의 경우와 마찬가지로, 스크린포인트(P)와 광원(S)의 임의선택 수평선을 예로들어 본 발명의 동작을 설명한다. 실제 영상을 생성할 때 수평 스크린포인트들을 연결한 여러 선들이 있고, 마찬가지로 영상발생수단에서 나온 비임들도 여러개의 수평선으로 나타난다. 다음 광학계가 이들 비임을 스크린의 적절한 수평선에 나타낸다.

장치의 스크린(20)의 각각의 스크린포인트(P)로부터 서로 다른 방사방향(E₁-E_n*) 및 여러개의 다른 스크린포인트(P)에 관련된 영상을 생성하는 비임들(L_c)은 다음과 같이 발생된다. 2차원 디스플레이들이 있는데, 이 경우 각 모듈에는 마이크로디스플레이(50)가 있다. 이런 마이크로디스플레이(50)는 통상 LCD 패널이다. 디스플레이(50)의 화소(C_d)를 스크린(20)에 촬상하는 모듈에는 렌즈가 있고, 이 렌즈는 모든 디스플레이(50)를 스크린(20)에 동시에 촬상한다. 2차원 디스플레이(50)에서 화소(C_d)는 다른 스크린포인트들(P)에 관련이 있고 또한 스크린(20)의 다른 방사방 향들(E¹-E^n*)과도 관련이 있다. 이들 화소(C_d)는 기본적으로 좌표는 서로 다르지만 방사방향에 관한 정보는 전혀 없는 비임들(L_c)을 동시에 생성한다. 비임들(L_c)에 관련된 방사방향은 모듈(45)의 촬상광학계(40)가 비임(L_d)을 편향방향(D¹-Dⁿ)으로 편향할 때만 실현된다. 편향방향(D¹-Dⁿ)으로 진행하는 비임들(L_d)은 방향변화 없이 스크린(20)을 통과하므로, 모듈(45)에서 나오는 비임(L_d)의 편향방향(D)에 의해 각각의 방사방향(E)이 결정되는 셈이다. j번째 디스플레이(50j)에서 나오는 비임들이 평행함을 알 수 있는바, 즉 j번째 디스플레이(50j)에서 나오는 비임들(L_c ¹-L_c ⁿ)은 적절한 각도로 있지 않고 방사방향(E)과 관련된 편향방향(D)으로 편향되지 않는다. 편향은 디스플레이(50) 뒤의 광학계에 의해 실현되는데, 이는 각각의 디스플레이(50)에 관련된 촬상 광학계(40)가 화소들(C_d)에 의해 생성된 비임들(L_c)을 서로 다른 좌표에서 서로 다른 방사방향(E¹-E^n*)이나 촬상방향으로 동시에 촬상하도록 설계되었기 때문이다.

좀더 자세하게는, 각각의 2차원 디스플레이(50)가 영상발생수단으로 기능하여, 서로 다른 스크린포인트(P)에서 방사방향(E)으로 투사될 복합 영상들을 생성한다. 그와 동시에, 촬상광학계는 이곳으로 입사되는 비임(L_c)을 입사좌표에 따른 소정 각도내에서 편향시키는 편향장치로 기능한다. 도시된 실시예의 경우, 촬상광학 계는 광학렌즈(40)로 구성된다. 그와 동시에, 평행하면서도 거의 변조되지 않은 비임(L_c)을 생성하기 위한 수단이 있다. 평행, 비변조 비임을 생성하는 수단은 도 3의 실시예의 경우 시준기(60)이다. 편광수단, 이 경우는 광학렌즈(40)에 평행한 비임(L_c)으로 영상발생수단인 디스플레이(50)에 투사하는 광학계가 있다. 후술하겠지만, 광학계의 광학렌즈(40)인 편광수단과 스크린(20)은 서로 상대적으로 위치하여, 광학렌즈(40)에 의해 적당한 스크린포인트들(P)을 향해 편향방향(D)으로 비임(L_c)이 편향된다. 각각의 편향방향(D)은 사실상 서로다른 방사방향(E)과 비슷하다. 비임(L_c)은 자세히 암호화된 정보, 즉 디스플레이(50)에 의해 생성된 복합 영상의 화소들(C_d)에 의해 변조된다.

다시말해, 스크린포인트(P)를 향해 비임(L_d)을 투사하는 비임 생성수단(45)의 영상발생수단은 서로 다른 스크린포인트들(P)로부터 서로다른 방사방향(E)으로 투사될 영상으로부터 복합 영상을 생성한다. 이런 영상발생수단이 도 3에 마이크로디스플레이(50)로 도시되어 있고, 여기서 복합영상은 아래 설명하는 방식으로 생성된다.

따라서, 입사좌표에 따라 주어진 각도로 입사 비임(L_c)을 편향시키는 편광장치는 필수 요소이다. 이런 편광장치가 광학렌즈(40)이고, 광학렌즈는 사실상 대량생산 가능성을 고려하여 비구형이나 회절면을 갖는 플라스틱 렌즈계로 실행된다. 이 장치의 다른 부분은 대략 평행하고 비변조된 비임(L_c)를 생성하는 수단이다. 즉, 전술한 바와 같이, 도 3의 실시예의 경우, 시준기(60)는 점광원(70)에서 나오는 확산비임(L_s)으로부터 평행광 비임(L_c)을 생성한다. "대략 평행"이란 표현은 광학계가 시준기(60)와 광학렌즈(40) 사이에는 촛점을 갖지 않지만, 비임(L_c)이 미세하게 확산하거나 집속될 수 있음을 의미한다. "공간좌표의 함수로서의 균질"이란 표현은 광 비임(L_c)이 3차원 좌표의 함수에서 거의 변조되지 않았음을 의미한다. 다시말해, 광 비임들(L_c)이 디스플레이(50)를 통과할 때 이들 비임의 강도와 색상 변조가 우선적으로 디스플레이에 의해 실행됨에 따라 비임의 강도와 색상은 실제로 동일하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 광원(70s)의 빛은 공통광원(80)에 의해 제공되고, 광섬유 와이어 묶음(76)에서 선택된 광섬유 와이어(75)에 의해 각각의 광원(70)으로 분산된다. 자연적으로, 각각의 광원(70)은 자체 빛을 가질 수 있다. OSRAM HTI 시리즈와 같은 할로겐 램프를 공통 광원(80)에 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 각각의 디스플레이(50)에서 생긴 영상을 대략 평행한 광비임(L_c)으로 광학렌즈(40)와 같은 편광수단에 투사하는 광학계를 포함한다. 이 광학계에서, 광학렌즈(40)와 같은 편광수단과 스크린(20)은, 비임(L_d)이 서로 다른 편광방향(D)으로 스크린(20)의 적당한 스크린포인트(P)로 편광되고, 전술한 바와 같이 이들 포인트에서 비임(L_d)이 영상발생수단인 디스플레이(50)에 의해 복합영상의 각각의 영상 세부들로 암호화된 정보로 먼저 변조된 다음 편광수단인 광학렌즈(40)에 의해 편광되도록 서로 상대적으로 위치된다. 따라서, 비임(L_d)은 영 상발생수단인 디스플레이(50)에 의해 생성된 영상의 각각의 화소로 부호화된 정보(즉 화소에 의해 반송되는 정보)에 의해 변조된다. 광학렌즈(40)와 같은 편광수단에 의해 비임(L_d)은 적당한 모듈들(45)과 스크린(20)의 상대적 위치에 대응하는 스크린포인트들(P)에서 각각 다른 편광방향(D)으로 편광된다. 이들 모듈(45)은 주기적으로 시프트되어 서로와 스크린에 대해 광학적으로 동일하거나 대칭된 위치로 배치된다. "광학적 동일"이란, 각각의 모듈들(45)이 동일한 광학계를 갖고 정기적인 주기로 스크린에 대해 시프트되거나 회전됨을 의미한다.

편광수단인 광학렌즈(40)는 입사비임(L_c)을 입사좌표에 따라 소정 각도로 편광하는 편광수단으로서 기능함을 알 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, SLM(50j)의 좌측 가장자리 화소(C_d ^j,1)를 통과한 비임(L_c ¹)은 SLM(50j)의 중간 화소(C_d ^j,m)를 통과해 스크린(20)을 Em 방사방향으로 통과하는 비임(L_c ^m)의 편광방향(Dm)과는 다른 방향(D1)으로 편광되는데, Em 방사방향은 Dm 편광방향에 의해 결정된다. 또, 도 3에서 알 수 있듯이(도 1, 2 참조), 편광방향이 다르기 때문에, 공통 광학렌즈(40j)에 의해 다른 편광방향들(D1-Dn)로 편광된 비임들(L_d)은 다른 스크린포인트들(P)을 통과한다. 이 경우, 방향(Dm)으로 움직이는 비임(L_d ^m)은 스크린포인트(P_k)를 통과하고 방향(D1)으로 진행하는 비임(L_d ¹)은 스크린포인트(P_k-2)를 통과함을 의미한다. 이 로부터 알 수 있듯이, 각각의 디스플레이(50)에서는 장치가 모든 방향으로 투사하는 모든 실제영상과 동일하지 않은 복합영상을 생성하는데, 이는 디스플레이(50)의 인접 스크린포인트들을 통과하는 비임들이 필연적으로 스크린(20)상의 인접 두개의 포인트들(P)에 도달하지 않기때문이다. 이 경우에도, 영상시스템 때문에, 이런 인접 비임들은 실제로는 두개의 다른 방향(E)으로 스크린(20)을 출발하므로, 이들 비임은 서로 다른 방사방향(E)에 대응하는 정보로 디스플레이(50)에서 암호화되어야 한다. 실제, 일정 지역에서, 즉 방사방향(E) 반대 방향들중 하나에서 스크린(20)을 보면, 스크린(20)의 다른 스크린포인트들(P)에 관련되어 관찰자 눈에 도달하는 비임들(L_e)은 대개 다른 디스플레이들(50)을 통과하고 이들 디스플레이에 의해 변조된다. 방사방향(E)으로 결정된 방사각도 범위 α내에서 빛은 실제로는 모든 방향으로 방사된다고 할 수 있다. 따라서, 이런 영역에서 스크린(20)을 보면, 비임들이 모든 스크린포인트(P)로부터 관찰자의 눈에 도달한다(도 5 참조). 그러므로, 방사각도 범위 α는 완벽한 시야각 범위, 즉 스크린포인트(P)의 비임이 스크린(20)을 보는 관찰자의 눈에 도달하는 각도범위, 간단히 말해, 관찰자가 스크린(20)의 영상들을 인식할 수 있는 영역과 실제 동일하다.

촬상 원리는 다음과 같다.

방사각도 범위 α에서 각각의 비임(L_e)은 소정 방사각도(E)로 진행한다.이들 방사각도(E) 반대방향에서 스크린(20)을 보면, 각각의 스크린포인트(P)를 나가는 비임이 보이고, 따라서 스크린(20) 전체에서 완벽한 영상이 인식되며, 이런 완벽한 영상은 스크린포인트들(P)로 구성된다. 주지할 것은, 관찰자를 위해 나타나는 영상에서 스크린 표면과 스크린포인트(P) 자체는 인식될 필요가 없으며, 인식되는 영상은 관찰자에게는 2차원적인 투사 영상으로 보이지만, 관찰자는 실제 공간처럼 느낀다는 것이다.

도 3의 실시예에서, 스크린포인트(P_k+2,P_k-1)로부터 비임(L_c ^j-1,i,k+2 , L_c ^j,i,k-1)은 방사방향(E_i)으로 나간다. 도시되지는 않았지만, 비임(L_c)은 모든 방향(E)에서 각각의 스크린포인트(P)를 나가므로, 스크린포인트(P_k+1,P_k,P_k-2)에서 나오는 모든 비임 역시 이 방향(E_i)으로 진행한다.

따라서, 방사방향(E_i) 반대쪽에서 스크린(20)을 보면, 관찰자는 스크린포인트(P_k+2,P_k+1,P_k,P_k-1,P_k-2)로부터 도달하는 특정 색상과 강도의 빛을 볼 수 있으므로, 스크린포인트(P_k+2,,,,,P_k-2)에 의해 생긴 영상을 인식할 수 있다. 마찬가지로, 도 3에서 알 수 있듯이, 비임(L_e ^j-1,1,k+1,L_e ^j,1,k-2)은 스크린포인트(P_k+1,P_k-2)에서 방사방향(E₁)으로 나간다. 또, 비임들은 방사방향(E₁)으로 다른 스크린포인트(P_k+2,P_k,P_k-1)를 나가기도 한다. 따라서, 방사방향(E_i) 반대쪽에서 스크린(20)을 보면, 관찰자는 스크린포인트(P_k+2,P_k+1,P_k,P_k-1,P_k-2)에서 특정 색상과 강도의 빛을 보고, 이들 스크린포인트에서 생성된 영상을 인식한다. 그러나, 방사방향(E₁) 반대쪽에서 인식할 수 있는 영상은 일반적으로 방사방향(E_i) 반대쪽에서 인식할 수 있는 영상과는 다름을 알 수 있다. 이것은, 스크린(20)이 방향에 따라 달리 인식되는 화면들을 제공함을 의미한다. 즉, 스크린포인트(P_k+1)에서 나오는 비임(L_c ^j,g,k+1)은 디스플레이(50_j)의 화소(C_d ^g)에 의해 변조되지만, 스크린포인트(P_k+1)에서 나오는 비임(L_c ^j-1,l,k+1)은 디스플레이(50_j-1)의 첫번째 화소(C_d ^j-1,1)에 의해 변조됨을 알 수 있다. 그러므로, 스크린(20)은 방향에 따라 다른 화면들을 생성할 수 있고, 이는 3차원 화면을 표시할 수 있음을 의미한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 스크린(20) 뒤에 많은 모듈(45)이 있고 스크린(20)이 확산작용을 일으키기 때문에, 모든 스크린포인트(P)로부터 관찰자 눈에 비임이 도달하고, 그 결과 관찰자는 소정 각도내에서 연속적인 영상을 인식하게 된다. 도 5의 우측에 별도로 도시된 바와 같이, 비확산 평행 비임으로서 스크린(20)에 도달하는 비임(L_e ^g-1,L_e ^g,L_e ^g+1 )은 서로 다른 방향으로 스크린포인트(P)를 나간다. 이들 비임은 스크린(20)을 통해 각도(δ_x)로 분산되면서 약간 확산된다. 이런 경로의 빛은 비임(L_e ^g-1,L_e ^g)의 방향이 기본적으로 관찰자의 눈(E_2L)에서 벗어날 경우에도 관찰자의 눈에 도달한다. 관찰자의 눈(E_2L)에 도달하는 비임(L_e ^δg)은 연속 적인 가상 비임(L_e ^δg')처럼 보이고, 이 비임 자체는 두개의 모듈(45) 사이에서 시작하여 스크린포인트(P)를 통과함을 알 수 있다. 비임들(L_e ^g-1,L_e ^g,L _e ^g+1) 사이에는 간격이 없고, 시각적으로 인식된 영상은 어두운 부분이 없으며 연속적이다.

각각의 시야방향에 관련된 완벽한 화면은 하나의 모듈이 아니라 여러개의 모듈로 생성됨을 알 수 있다. 다른 시스템에서는, 완전한 화면이 하나의 광학장치에 의해 생기므로 급작스러운 방해 변화들을 일으킬 수 있고, 이런 변화는 관찰점이 변할 때마다 영상에 어쩔 수 없는 변화가 있을 경우 관찰될 수 있다. 반면에, 본 발명에서 설명한 배열에서는, 관찰자의 눈(E_1L,E_1R)으로 표현되는 모든 지점에서 보이는 영상이 여러개의 모듈에 의해 생성된다. 예컨대, 실제로 수평한 시차를 생성하는 배열에서, 시각방향과 관련된 각 영상은 여러개의 수직 스트립(25)들로 생성되고, 이들 스트립은 각 모듈에 관련된다(도 7b 참조). 이들 스트립(25)은 서로 닿아있다. 이런 영상배열에 의하면, 관찰자 위치가 변하고 예컨대 화살표(F) 방향으로 관찰자의 시각점이 바뀔 경우, 비임(L_e ^g-1,L_e ^g,L_e ^g+1)과 모듈의 비임(L_d ^g-1,L_d ^g,L_d ^g+1)이 연속적으로 변하여, 위치가 연속적으로 변하는 눈(E_2l)이 인식하는 영상이 생성된다. 이런식으로, 비임(L_d ^g-1,L_d ^g,L_d ^g+1)이 서로 다른 모듈(45)에서 생긴다는 사실에 따라 연속적으로 변화하는 영상이 생성된다. 각각의 모듈(45)의 비임들이 각각의 스크린포인트(P_k-1,P_k,P_k+1,P_k+2) 등으로부터 관찰자의 우측눈(E _R)과 좌측눈(E_L)으로 도달함이 명백히 보이고 있다. 이것은 기본적으로 동일한 스크린포인트가 좌우 눈에 서로 다른 정보를 전달할 수 있음을 의미한다.

동일한 효과가 도 6과 같은 경우에도 나타난다. 이 도면에서는 본 발명에 따른 장치가 다른 차원의 도면들을 어떻게 표시하는지를 제시한다. 예컨대, 도 6의 장치는 두개의 어두운 대상물(O₁,O₂)과 두개의 밝은 대상물(O₃,O₄ )이 표시되어 있는데, 이들 대상물은 두명의 관찰자에 의해 3차원으로 인식된다. 이해를 돕기 위해, 실제 관찰자 눈에 도달하는 모듈(45)의 비임들을 주로 표시했지만, 이들 비임은 모든 방사방향으로 모든 모듈에서 나온다는 것을 알아야 한다. 따라서, 이 장치는 관찰자의 위치와는 무관하게 시야범위내의 어떤 각도로 보아도 실제 3차원 영상을 제공한다. (좌우측 눈을 취급하는) 단순한 입체시스템이나 (갑자기 영상을 변화시키는) 멀티뷰 시스템과는 대조적으로, 이 장치는 완벽한 이동시차를 제공하고, 시야범위내의 여러 관찰자가 연속 영상을 둘러볼 수 있으며, 관찰자들은 대상물 뒤를 볼 수 있으므로 숨겨진 상세부를 볼 수도 있다.

예컨대, 도 6에 따르면, 첫번째 관찰자는 어두운 대상물(O₁)을 양쪽 눈(E_1R,E_1L)으로 인식하지만, 이를 위해서 모듈(45_i-8)은 우측 눈(E_1R )으로 비임을 발사하고 좌측 눈(E_1L)에 도달하는 비임은 모듈(45_i)에서 발사된다. 대상물로부터 서로 다른 각도로 관찰자의 양쪽 눈에 빛이 도달하고, 관찰자가 대상물(O₁)로부터의 거리 를 인식하므로 관찰자는 분명히 인식한다. 첫번째 관찰자는 대상물(O₂)을 인식할 수 있음은 물론 이 대상물(O₂)이 대상물(O₁) 뒤에 있음도 감지할 수 있는데, 이는 관찰자가 모듈(45_i-2)로부터 좌측눈(E_1L) 방향으로 전송된 빛을 통해 대상물(O₂)에 관한 정보를 자신의 좌측눈(E_1L)을 통해 받기 때문이다. 그와 동시에, 두번째 관찰자는 모듈(45_j+17, 45_j+16)과 모듈(45_i+R)로부터 자신의 눈(E_2R,E _2L)에 도달하는 비임에 의해 두개의 대상물(O₁,O₂)을 별개의 대상으로 인식한다. 두번째 관찰자의 좌측눈(E_2L )은 그 방향으로 도달하는 비임이 어떤 모듈에 의해서도 생성될 수 없기때문에 대상물(O₁)을 볼 수 없다. 한편, 마찬가지 원리로, 양측 관찰자들은 대상물(O₃,O₄ )을 볼 수 있다. 예컨대, 대상물(O₄)은 모듈(45_i+3,45_i)과 모듈(45_i-8 ,45_i-11)에서 나온 빛에 의해 첫번째 관찰자의 양쪽 눈으로 인식된다. 다른 방향과 다른 강도로 방사될 수 있는 비임들 때문에, 동일한 모듈(45_i)이 첫번째 관찰자의 우측눈(E_1R)과 좌측눈(E_1L)에 대해 다른 색상의 대상물을 표시할 수 있다. 두번째 관찰자의 우측눈(E_2R)은 대상물(O₂)에 가려 대상물(O₄)을 인식하지 못한다. 두번째 관찰자는 좌측눈(E_2L)으로 대상물(O₄)을 볼 수 있을 뿐이다. 이런식으로 이런종류의 점 형태의 대상물을 몇개라도 표시할 수 있고, 또한 크기가 작은 대상물을 표시하기에 적당한데, 이는 이들 대상물이 모두 점 집합으로 표시될 수 있기 때문이다. 본 발명에 의 하면 스크린(20) 앞뒤의 대상물을 모두 동일하게 표시할 수 있다. 본 발명에 의해 생성된 비임들은 표시될 대상물에서 출발한 것처럼 되고, 관찰자의 위치는 고려하지 않으며, 관찰자 위치와 무관하게 방사각도 범위내에서 실제 영상이 모든 방향으로 표시된다. 다시 강조할 것은, 본 발명의 장치가 관찰자가 없는 방향으로 연속적으로 비임을 방사한다는 것이다. 이런 비임이 도 6에 L_e로 표시되어 있다.

이상으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면 비임들(L_d)(정확히는 이들 비임들 L_d의 연속인 비임들 L_e)을 생성하여 3차원 영상을 표시하는데, 이런 비임들은 개별적인 스크린포인트(P)의 각각 다른 방사방향(E)에 관련된 다른 화면들을 생성한다. 이들 비임(L_d)은 방향선택성 투과 및/또는 반사 스크린(20)에 투사된다. 이들 비임(L_e)은 2차원 디스플레이(50)의 화소들(C_d)에서 거의 동시에 생성된다. 이들 비임(L_e)은 방사방향(E)에 관한 정보는 거의 갖지 않는다. 화소들(C_d)은 좌표가 서로 다르다. 비임들(L_e)은 스크린(20)상의 서로 다른 포인트(P)에 관련되고 스크린포인트(P)의 서로 다른 방사방향(E)에 대응한다. 좌표가 서로 다른 화소들(C_d)에서 생성된 비임들(L_e)은 거의 동시에 서로 다른 편향방향(D)으로 거의 동시에 촬상된다. 이런 촬상은 비임(L_e)을 생성하는 화소들(C_d)의 좌표의 함수로서 실행된다.

스크린포인트(P)에서 서로 다른 방사방향(E)으로 방사된 비임들(L_e)은 일반 적으로 각각 다른 방향으로 색상 및/또는 강도가 다른 비임들(L_d)을 스크린(20)의 각각의 스크린포인트(P)로 보내고 이들 비임(L_d)을 방향 변화 없이 스크린(20)을 투과시키면 생성된다. 본 발명에서 설명한 과정은 스크린(20)으로부터의 비임들(L_d)을 도 39에 도시된 바와 같이 거울반사해도 실행될 수 있다. "거울"이란 말은, 소정 각도로 스크린(20)에 도달한 비임(L_d)이 거울면이나 역반사체에서 반사되는 것과 같이 동일한 각도로 반사됨을 의미한다. 또, 반사가 적어도 일차원적으로 이루어질 경우도 커버한다. 이것은, 스크린 표면에 직교하는 입사비임의 방향벡터의 성분을 고려하지 않으면, 입사비임과 출사비임의 방향을 특징으로 하는 방향벡터들을 비교할 때 하나 이상의 성분이 사인을 변화시키지 않음을 의미한다. 일반적인 거울일 경우, 스크린 표면에 직교하는 입사면과 출사면은 동일하고, 입력방향이 스크린 표면에 평행인 벡터의 성분들은 변하지 않는다. 역반사체일 경우, 입력방향이 스크린 표면에 평행한 벡터의 성분 둘다 사인을 변화시킨다. 스크린이 일방향으로만 역반사될 경우, 스크린에 평행한 성분은 사인을 변화시킨다.

따라서, 영상발생수단인 디스플레이(50)의 도움으로 각각의 다른 스크린포인트(P)로부터 각각 다른 방사방향(E)으로 투사된 영상 세부로부터 복합 영상을 생성하면 스크린포인트(P)로 발사될 서로 다른 방향의 비임들(L_d)이 생긴다. 이런 복합영상은 디스플레이(50)의 구동회로(100)에 적절한 입력데이터를 제공하면 실현된다(도 8, 10 참조). 적절한 프로그램에 의해 입력데이터가 생성되는바, 영상 세부들이 디스플레이(50)의 구동회로로 분산된다(도 4 참조). 이들 영상 세부들은 3차원 영상의 특정 시야방향에 관련된 영상들로 구성된다. 디스플레이(50)에 생긴 영상은 평행 비임들(L_e)로 조명된다. 이런식으로, 평행 비임들(L_e)이 생성되어, 각각의 영상세부로 암호화되는 정보로 변조된다. 이제 적절한 영상정보로 변조된 이들 평행 비임(L_e)은 편광수단인 광학렌즈(40)에 투사된다. 복합영상의 영상세부로 변조된 평행 비임들(L_e)은 광학렌즈(40)에 의해 적당한 스크린포인트들(P)을 향해 투사된다. 이런 투사는 비임(L_e)을 서로 다른 편향방향(D)으로 편향시키면 된다. 이 편향방향(D)은 복합영상의 관련 영상세부들의 위치와, 편광수단의 촬상 특성들에 따라 결정된다. 따라서, 관련 모듈들(45)과 스크린(20)의 상대위치에 의해 적절한 스크린포인트들이 정의된다. 모듈(45)은 관련 편광수단인 광학렌즈(40)를 포함한다.

디스플레이(50)는 마이크로디스플레이가 바람직하고, 강전 액정 디스플레이(FLC; ferroelectric liquid crystal microdisplay), 특히 ICFLC(itegrated circuit ferroelectric liquid crystal)가 더 바람직하다. 다른 종래의 액정 디스플레이로는, SONY LCX 시리즈나, MicroDisplay사, MD640G1이나 Displaytech 사의 LightCaster SXGA Display Panel과 같은 투과판이나 반사판 등을 사용할 수도 있다. 또, 다른 기술을 기초로 한 광값 매트릭스들의 응용도 가능하다.

이론적으로는 영상발생수단으로 각각의 스크린포인트들(P)의 방사방향의 수 에 해당하는 방향에 대응하는 많은 영상 세부들을 생성하는 것이 가능하다. 이 경우, 스크린(20)의 각 라인의 스크린포인트(P)의 갯수만큼 많은 영상발생수단인 디스플레이들(50)이 필요한데, 이는 스크린(20)의 한 라인에서 방사되는 비임의 총 갯수가 스크린포인트와 방사방향의 갯수와 동일해야만 하기 때문이다. 도 1에 도시된 방식은 사실상 실행이 곤란한데, 대부분의 경우 스크린포인트(P)를 서로 가까이 형성해야만 하고, 이에 따라 디스플레이(50) 역시 그 사이의 간격이 스크린포인트(P) 사이의 간격과 같게 설치해야만 하기 때문이다.

그러나, 빌보드, 스코어보드 등과 같이 먼거리에서 보는 대화면 디스플레이의 경우에는 스크린 포인트들 사이의 간격을 수 ㎝ 정도로 상당히 길게 할 수도 있다.

소형 장치에 적용하는 방식은, 하나의 영상발생수단이 각각의 스크린포인트들(P)에 관련된 방사방향(E)의 몇배의 방향에 대응하는 수의 영상세부들을 생성하는 것이다. 이런 방식으로, 스크린포인트(P)보다 적은 수의 영상발생수단을 이용한다(도 2 참조). 이 방식에서는, 여러개의 스크린포인트들(P)에 대한 원하는 수의 방사방향(E)에 대응하는 영상세부들을 생성하는데 영상발생수단을 이용한다. 이런 배열이 도 3에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 스크린포인트들(P)은 관련 광학렌즈(40)와 디스플레이들(50)보다 더 가깝게 배치된다. 다시말해, 하나의 디스플레이(50)는 동일하거나 비슷한 방향을 기초로 여러개의 스크린포인트(P) 역할을 하여, 적당한 수의 방사방향(E)으로 각각의 스크린포인트(P)에서 충분한 수의 비임(L_e)이 나가도록 해야만 한다. 도 1, 2와 같이 동작할 때, 발광면(10)이 스크린(20)에서 멀리 있을 수록, 즉 이들 사이의 거리가 멀수록, 광원들(S) 사이의 간격(X_s)이 스크린포인트(P)의 간격(X_p)보다 더 길어진다. 이 방식 역시 WO98/34411에 자세히 기재되어 있다.

스크린포인트(P)가 p개, 모듈(45)이 q개, 비임(L_e)이 각 모듈에서 n개의 편광방향(D)으로 방사되면, n^*개의 비임(L_e)이 하나의 스크린포인트(P)를 나갈 수 있으므로, pn^*=qn이기 때문에 n^*=qn/p이다. 그 결과, 방사방향의 갯수 n^*를 증가시키려면, 즉 각도분해능을 증가시키려면, 시야각 변화가 없을 때 모듈의 갯수를 증가시켜야 하거나(소자의 폭이 일정하면 소자들을 밀집 배치해야 함) 또는 스크린포인트의 갯수를 감소시켜야 하거나 모듈의 방향분해능을 증가시켜야 한다. 이런 모듈 갯수의 증가는 사이즈에 의해 제한될 수 있고, 스크린포인트의 갯수의 감소는 인식된 영상의 분해능을 감소시킬 것이다. 그러므로, 가능한한 최대 화소수를 갖는 디스플레이들을 모듈(45)에 적용해야만 한다. 동화상이라면 공식화가 곤란한데, 이는 각 스크린포인트를 나가는 비임의 갯수가 설정된 단위시간내에 제공되어야만 하기 때문이다. 이 경우, 다음 공식이 적용된다.

n^*f^*=(qn/p)f, 여기서 f^*는 프레임 주파수로서 대개 30 l/s이고, f는 디스플레이의 프레임주파수이다. f를 상당히 높일 수 있으므로, q를 낮출 수 있고, 이는 고속 디스플레이의 갯수가 더 적게 필요함을 의미한다. 이런 형태의 방식이 도 11 에 도시되어 있다.

도 3에 명백히 도시된 바와 같이, 광학렌즈(40)에 의해 편광된 비임(L_d)은 공통촛점을 통과한다. 이들 촛점은 방향과 강도가 서로 다른 비임들(L_d)을 생성하는 가상 광원(S')과 함께 가상 발광면(10')을 형성하는 것처럼 간주될 수도 있다.

WO98/34411에 기재된 바와 같이, 도 4에 도시된 스크린(20)은 홀로그래픽 확산스크린을 이용해 확산 방사비임(L_e)을 제공한다. 이 스크린(20)은 스크린포인트(P)에서 최대 몇도의 확산각도(δ_x)로 나가는 평행 출력비임들을 제공하므로, 인접 방사방향에 속하는 비임들(L_e ⁱ,L_e ⁱ⁺¹)과 실질적으로 동일한 모듈들(45)로부터 도달하는 비임들(L_d ⁱ,L_d ⁱ⁺¹) 사이에 오버랩이 있다. 겉보기로, 확산각도(δ_x)가 방사된 비임들 사이의 각도 γ와 같을 때는 이런 오버랩이 있는 것이, 즉 인접 비임들(L_e ⁱ,L_e ⁱ⁺¹)을 밀착하는 것이 좋다. 이것이 도 7a-c에 도시되어 있다. 도 7a-c에는 또한 수직시차 없는 배열이 도시되어 있는데, 수평 확산각도(δ_x)가 있을 때는 비교적 큰 수직 확산각도(δ_y)가 필요하고, 그렇지 않으면 영상을 좁은 수평 스트립으로부터만 인식할 수 있을 것이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 스크린(20)은 방향선택적으로 투과된 및/또는 반사된 비임들에 대해 확산각도(δ_x,δ_y)를 생성하는 광학판이다. 이론적으로, 입사면 및/또는 출사면과 같이 표면에서 필요한 확산이 이루어지도록 스크린(20)을 형성하거나, 스크린(20)에 확산스크린을 더 배치하여 확산을 할 수 있다. 콘트라스트 개선을 위한 필터나 반사방지 코팅과 같이, 기계적 보호나 광학적 교정을 위한 판을 더 이용하는 것이 유리할 수도 있다.

이론적으로, 발광면(10)은 수평으로 뿐만아니라 수직으로도 뻗을 수 있는바, 이는 발광면이 발광점(S)들로 수직으로도 분할될 수 있음을 의미한다. 이 경우, 모듈(45)은 수직시차에 관련된 영상을 생성하는 수평위치로 설치될 수 있을 뿐만 아니라(도 7b 참조), 수직시차에 속하는 영상을 생성하는 각각 다른 수직 위치들에 모듈들을 수평선상으로 배치할 수 있다. 이 경우, 각각의 비임들(L_e)은 스트립(25)이 아니라 스퀘어(125)로 조명된다(도 7c 참조). 이렇게 되면, 스크린(20)으로부터의 변화하는 화면은 수평으로 움직이는 관찰자에게는 물론, 관찰자가 위아래로 이동할 때도 인식될 것이다. 그러나, 이것은 실현하기가 대단히 어려운 기술이다. 따라서, 실제로는 도 5에 도시된 배열에서와 마찬가지로 실제 수직 3차원 효과를 포기한다면 더 간단하고, 이 경우 방사된 비임이 수직으로는 넓게 퍼지고 수평으로는 좁은 스트립(25)으로 나가도록 스크린(20)의 방사비임들이 형성된다(도 7b 참조). 이 방식 역시 WO94/23541에 자세히 기재되어 있다.

도 8에는 (도 7a에 개념적으로 제시된) 수평시차를 실현하는 3D 표시장치와 그 부품들의 공간적 배열을 보여주는 실시예가 도시되어 있다. 후술하는 이유로, 광학렌즈(40), 디스플레이(50), 시준기(60)를 포함한 모듈들이 2개의 수평선상에 배치된다. 이들 2개의 수평선은 서로 반주기씩 시프트된다. 그러나, 촬상 광학렌즈(40)를 포함한 광학계는, 상하 선상의 모듈들이 비임(L_e)에 대응하는 모듈(45)로부터의 비임(24_c)을 동일한 수평 스크린 라인들(22,23)로 촬상하도록 형성된다. 도면에는 바닥 스크린라인(23)과 상단 스크린라인(22)만 제시되었지만, 보통 480개 정도의 적절한 수의 수평선이 스크린(20)에 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 하부라인의 제1 모듈로부터의 비임들(24_e ^f1, 24_e ^a1)은 제2 라인의 제1 모듈(완전한 모듈 시리즈의 두번째 모듈)로부터의 비임들(24_e ^f2, 24_e ^a2)과 동일한 스크린라인(22,23)에 있다. 두개의 모듈로부터의 두개의 비임들(24_e) 사이에서 두개 라인의 모듈 사이의 거리로부터 생기는 수직 각도차가 작으면 화면을 인식하는데 어떤 문제도 없는데, 이는 도 7, 7b에 도시된 바와 같이 이들 비임들(24_e)이 이미 수직으로 큰 각도(약 100도)로 확산되었기 때문이다. 따라서, 모듈 라인들 사이의 거리로 인한 비임의 수직 편차는 사실상 무시해도 된다.

도 9에는 모듈의 광학계가 수직 단면도로 도시되어 있다. 이 촬상은 도 3의 수평단면도와 비슷하게 보일 수 있지만, 디스플레이(50)의 1 컬럼에 속하는 화소들(C_d ¹-C_d ^z)이 동일한 영상에 속하여 특정한 1방향에서 영상을 인식할 수 있다는 점이 큰 차이점이다. 요컨대, 디스플레이(50)에 나타나는 수직 스크린 스트립이 실제로는 동시에 보이는 스크린 스트립으로서 스크린(20)에 나타나고, 이것은 특정 방향에서 보이는 화면에 관련된다.

수직으로도 공간적(3D) 화면을 제공하는 영상을 표시해야할 경우, 필요한 방사방향의 수 만큼의 모듈라인이 필요하다. 이 경우, 디스플레이(50)의 화소컬럼의 배열은 화소(C_d) 라인의 배열, 즉 수직 방사방향에 속하는 화소컬럼의 각 화소들의 배열과 같은 원리를 기초로 실행된다. 또, 수평 확산 외에도, 스크린(20)에 의한 수직 확산 이후 스크린(20)에서 나오는 비임들의 수직 확산도 수직으로 인접한 모듈들 사이의 각도에 대응해 상당히 작다(도 7c 참조). 이렇게 확산이 작기때문에, 수직으로 인접한 방향들로 나오는 비임들 사이에 간격이 없고, 관찰자의 눈은 어느 위치에서도 이 비임을 인식하게 된다.

도 10에는 도 8과 같은 장치가 도시되어 있지만, 모듈(45) 라인이 하나이고 다른 동작원리는 동일하다. 일반적으로, 수평 크기가 작은 디스플레이들을 모듈(45)용으로 사용하고, 모듈은 한 라인으로 배열한다. 원하는 각도분해능을 얻기위해, (사실상 수직 발광면(10')을 구성하는) 모듈 라인을 스크린(20)에서 멀리 배치하여, 디스플레이(50)의 분해능을 크게 하고 또 촬상 렌즈들을 대응하는 사이즈와 높은 분해능으로 할 필요가 있다. 그와 동시에, 이런 배열은 광학적으로 간단하다.

도 10에는 별도의 광원(70), 바람직하게는 RGB 색상들을 조명하는 LED(71)와, 비임을 균질화하거나 평행화하기 위한 광학어댑터, 바람직하게는 마이크로렌즈 매트릭스나 내부 반사 집광요소(후자는 도 10에 표시되지 않았음)를 이용하는 다른 조명시스템을 갖는 장치가 도시되어 있다. LED(71)는 하나의 공통기판(69)에 장착된다.

도 11은 모듈의 광학시스템의 수직단면도로서, LED(70)와 내부반사 집광요소인 피라미드형 거울상자(65)를 포함한다.

도시된 바와 같이, 광원(S)의 갯수와 그 주기성은 기본적으로 장치의 각도분해능을 결정한다. 광원(S) 수를 증가시키되 사이즈를 작게하면, 각도분해능이 좋고 필드 깊이가 깊은 공간적(3D) 영상이 생길 수 있다. 다음, 본 발명의 장치의 원리에 대해 설명한다.

도 12-15는 사이즈가 큰 디스플레이(53)가 여러개의 디스플레이(50₁-50₄)나 궁극적으로 여러개의 광원(S)을 생성할 수 있다는 것을 보여준다. 예컨대, 분해능이 작아도 스크린(20)에 충분하다면, 4개의 별도 제어되는 640x480 화소 디스플레이(50₁-50₄)를 하나의 1600x1024 화소 디스플레이(53)에 형성할 수 있다. 이 경우, 소형 디스플레이(50₁-50₄)를 통과하는 광축들이 프리즘(41)과 같은 기존의 광학장치에 의해 서로 분리될 수 있고, 각각의 디스플레이(50₁-50₄)가 제공하는 화상들을 별도의 촬상렌즈(40)의 도움으로 서로 독립적으로 투사할 수 있다. 수평 이나 수직으로 가장자리로 이동시켜야 할 경우 경사진 프리즘(43,44)이 비슷한 분해능을 제공할 수 있다(도 14, 15 참조). 이상으로부터 알 수 있듯이, 수평방향을 따라 가능한 많은 화소들이 필요한데, 이는 3차원 방향 분해능이 각 화소를 나가는 비임의 숫자에 의해 결정되기 때문이다. 수평 스크린라인에 스크린 포인트가 x개 있고 n개의 비임(L_e)이 각 스크린포인트로부터 나갈 수 있으면, x*n개의 화소들이 수평으로 필요하다. 다시말해, 수평 영상 분해능(수평 스크린라인상의 스크린포인트의 수)이 고정되어 있으면, 주어진 수평 스크린라인에 많은 화소가 배치될수록, 각 스크린포인트로부터 비임이 방사될 수 있는 방향의 갯수도 많아진다.

도 16은 고속 프레임주파수를 제공하는 디스플레이(52)가 spot/sec 조건을 기초로 저속 디스플레이(50)를 이론적으로 대체할 수 있음을 보여준다. 이 경우, 광원(70₁-70₃)이 교대로 조명되고 디스플레이(52)의 프레임주파수와 동기화되므로, 디스플레이(52)는 사이클식의 가상 광원(S₁'-S₃') 역할을 한다. 별도의 시준기(60₁ -60₃)와 같이 광원들(70₁-70₃)의 각도가 구별되기 때문에, 가상 광원(S₁ '-S₃')은 공간적으로 분리되어 보인다. 고속 디스플레이(52), 발광면(10')의 적당한 지점들에서의 렌즈 포커싱은 도 11도와 같은 공통 촬상렌즈(46)에 의해 실현될 수 있지만, 여러개의 독립적 촬상시스템들의 조합에 의해 실현될 수도 있다.

도 17에는 수평으로 이용할 수 있는 디스플레이 화소의 갯수를 증가시킬 수 있는 방법이 도시되어 있다. 이 경우, 이차원 디스플레이(50)는 라인에 평행한 방향으로 서로 시프트된 여러 평행 라인에 배치되는 것이 바람직하다. 각 디스플레이들의 네트 폭(w_n), 전체 폭(w_g), 높이(h)에 따라, 디스플레이(50)를 2개, 3개 또는 그 이상의 라인에 배치하여, 수평 라인들에 평행한 화소들을 더 많게 할 수 있다. 다음, 각 디스플레이(50)의 광축이 수평방향으로 정규 주기만큼 시프트되도록 수평 시프트(w)를 선택해야 한다. 이 방법에 의하면, 렌즈(40)에 의해 측방으로 편광된 비임들이 적절한 스크린포인트(P)에 도달하고 각각의 스크린포인트(P)를 나가는 비임(L_e)의 방사각도는 일정하게 분산될 수 있다.

필수적인 것은 아니지만, 시프트(w)는 일반적으로 디스플레이(50)의 전체 폭(w_g)과 생성된 라인 수와 같도록 선택된다. 일반적으로 라인배열은 2개가 적당한데, 이는 각 디스플레이(50)의 제어출력들을 54개로 설정할 경우 디스플레이(50)가 밀접하게 위치되어 이상적인 연속적이고 기다란 수평 디스플레이를 얻을 수 있기 때문이다.

도 3에 도시된 배열에서는 스크린(20)을 따라 있는 각 모듈(45)이 실제로 스크린(20)에 평행한 직선을 따라 시프트되었지만, 그 각도는 스크린(20)에 대해 완전히 동일하다. 이와 반대로, 도 18-21에 도시된 것은, 각각의 모듈(45)과 스크린(20)이 서로 다른 기하학적 배열로 그룹지어 있을 수 있다.

도 18에는 실용적 관점에서 특히 유리한 광학적으로 균일한 배열의 원리가 도시되어 있다. 각각의 모듈(45)은 광학적으로 동일한바, 동일한 촬상렌즈(40)를 갖는다. 이로인해 모듈(45)의 대량생산이 용이하고, 모듈을 교체할 수 있다. 이들 모듈이 직선을 따라 스크린(20)과 평행하게 시프트되었지만, 스크린(20)에 대해 같은 각도로 있기때문에, 스크린(20)에 관련된 광학적 왜곡이 없고, 모듈(45)의 광학적인 대칭배열로 인해 집합적 촬상이 용이하다. 이 배열은 모듈(45)의 갯수를 선택하여 자유롭게 확장될 수 있으므로, 4:3, 16:9 또는 기타 비율을 갖는 디스플레이 를 구현할 수 있다.

가장자리의 화소들(P)에 도달하는 비임들은 스크린(20)과 모듈(45) 사이의 측방 공간을 거울(M)로 막으면 생성될 수 있고, 그렇지 않을 경우 스크린(20)에 도달하지 않는 비임들(L_d)은 스크린(20)의 스크린포인트(P)로 되돌아간다. 반사된 비임들은 가상 모듈(45_v)에서 방사된 것처럼 간주될 수 있다. 도시된 바와 같이, 내부 모듈들(45)로부터 스크린(20) 외부로 발사되는 비임들(L_d)의 갯수는 이런 가상 모듈(45_v)에서 가장자리 스크린포인트(P)용으로 생성될 비임 수와 같다. 따라서, 스크린(20) 가장자리에 거울(M)을 설치하면, 내부 모듈에서 스크린 외측으로 향하는 비임들을 완전히 이용할 수 있고, 전체 모듈(45)의 총 폭이 스크린(20)의 폭을 초과하지 않으므로, 장치를 비교적 소형화할 수 있다.

도 19에 도시된 것은 광학적 대칭배열의 일례이다. 평행 직선을 따른 시프트를 원통형 대칭 형태로 대체하여, 모듈(45)과 스크린(20)을 곡선형으로 배열했다. 예를 들면, 대칭의 이유로, 도 20의 배열과 같이 모듈들(45)로 이루어진 원호와 동심인 원호상에 스크린(20)을 배열하는 것이 유리하다. 스크린(20)은 투사점을 기준으로 원통면이거나 구면일 수 있다. 원호형 스크린(20)의 반경은 모듈(45)로 이루어진 원호의 반경보다 크거나, 같거나 작을 수 있다. 이들 반경비는 원주를 따라 배열된 일정 크기의 모듈의 수, 스크린 표면으로부터의 거리를 결정하고, 이것이 시스템의 각도분해능과 영상분해능의 관계를 구성한다. 이런 배열은 360°의 완전한 원으로 확장될 수 있으므로, 관찰자에게 완전한 시야각을 갖는 3차원 영상을 제 공한다. 비행기 시뮬레이터와 같은 대형 시스템에서는, 프로젝터로 모듈을 실현하는 것이 유리할 수 있다. 이 스크린(20)은 도 28, 33-34에서 상세히 설명하는 바와 같이 반사형이거나 역반사형일 수 있다.

스크린(20)은 도 20과 같은 원호형 배열로 이동될 수 있다. 원호형 스크린(20)의 볼록면을 향한 방사각도 범위가 오목면을 향한 각도보다 크기 때문에, 공통구역, 즉 원호의 중심을 향한 원호를 따라 모듈(45)을 배향하되, 모듈(45)과 스크린(20)을 같은 쪽의 원호에 배열하는 것이 바람직하다. 모듈(45)은 반경이 큰 원호에 배치하고, 스크린(20)은 반경이 작은 원호에 배치하는 것이 좋다. 관찰자(35)는 34의 범위에서 주변을 둘러싼 스크린상의 3D 영상을 광각으로 관찰한다. 원형배열이기 때문에 중앙 모듈(45_c)은 주변 모듈(45_p)과 광학적으로 같은 위치에 있는 것처럼 보인다. 이들 모듈(45)과 스크린(20)은 이론적으로 완벽한 원호를 생성할 수 있고, 스크린(20)은 원통면이거나 구면이다.

도 21에 도시된 것은 광학적으로 비대칭인 모듈-스크린 배열로서, 스크린과 모듈은 거의 직선을 따라 배열되어 있지만, 모듈들의 광학적 촬상은 동일하지 않으며, 스크린(20)의 화소(P)의 배열이 균일하기 때문에 스크린(20)과 이루는 모듈의 각도가 가장자리로 갈수록 다르고 모듈의 촬상동작도 비대칭이어서, 심각한 왜곡을 보인다. 영상이 소프트웨어로 미리 왜곡된 곳에서는 집합적 촬상을 하여, 소프트웨어에 의해 광학적 왜곡을 보상할 수 있다. 그러나, 영상의 화소 특성 때문에, 인접 모듈들의 영상들을 결합할 때 방해효과가 생길 수도 있다.

도 22를 참조하여 모듈(45)의 광학계의 실제 구현례에 대해 설명한다. 광섬유(75) 단부(77)가 광원이다. 방사비임들(L_e)은 제1 비구면렌즈(72)에 의해 평행하게 된다. 디스플레이(50)를 통과한 비임은 제2 비구면렌즈(73)에 의해 렌즈 구멍(74)으로 촛점이 맞춰진다. 렌즈 구멍(74)에 의한 공간적 필터링 이후, 확산비임의 비임 각도는 확산렌즈(78)에 의해 증가된다. 확산렌즈(78)는 볼록-오목 렌즈로서, 그 볼록면은 광축상에서 광원을 향하고 반사율은 색교정을 위해 렌즈(73)의 반사율과는 다르다. 이 광학계는, 기본적으로 균일하게 분산된 입사광 비임들(L_e)이 소정 각도범위(β) 내에서 균일하게 편향되도록 구성된다. 그러나, 중앙 비임들 사이의 편향 각도차는 비교적 커야하지만, 주변 비임들 사이의 편향 각도차는 비교적 작다. 편향된 비임들(L_d)이 스크린(20)에 균일하게 분산된 스크린포인트들(P)을 형성하거나 물리적으로 소정 스크린포인트들(P)을 올바로 조명하도록 하려면 이렇게 할 필요가 있다.

도 23은 대형 디스플레이(53)의 정면도로서, 길고 좁은 유효영역을 따라 서로 인접하게 세팅된 서로 다른 방사방향으로 투사될 영상 세부들을 포함한 복합 영상들을 갖는다. 각각의 영상들은 가상 디스플레이(50')에서 생긴 것처럼 간주된다. 이 방식에 의하면, 가상 디스플레이들(50')을 서로 밀접하게 배치할 수 있다. 도 24는 집합 광학판(42)에 렌즈들(40)이 병합되어 있는 디스플레이(55)의 평면도이다. 이들 렌즈(40)는 각각의 가상 디스플레이(50')의 촬상, 즉 디스플레이(55)에서 생긴 인접 영상들의 촬상을 실행한다.

도 25-26에는 디스플레이(56)가 투과모드가 아닌 반사모드로 동작할 경우 모듈(45)의 광학계의 가능한 구성이 도시되어 있다. 이런 디스플레이(56)로는 마이크로-기계식 디스플레이를 사용하는 것이 적당고, 이 경우 집적회로 기술로 동작하는 반사판에 의해, 또는 광학 격자로 기능하는 밴드형 구조를 이동시켜 빛이 편향된다. 이런 방식은 텍사스 인스트루먼트의 DMD 칩의 마이크로-미러 매트릭스이다. 도 25의 비임 경로에 따라, 빛은 시준기(60)로부터 분할 프리즘(57)를 통해 디스플레이(56)로 투사되고 디스플레이로부터 광학렌즈(40)를 향해 분할 프리즘(57)으로 반사된다. 바람직하게, 분할프리즘(57)은 LC 마이크로-디스플레이용의 종래의 편광 분할 프리즘이거나 마이크로-기계식 디스플레이용 전반사(TIR; totally reflecting) 프리즘이다.

도 26에는 분할프리즘(57)이 반투명판(58) 역할을 하는 변형례가 도시되어 있다. 두개 버전 모두 공통적으로 기다란 디스플레이(55)와 하나의 기다란 분할프리즘(57')을 이용해 구성될 수 있다. 후자의 버전이 도 27에 도시되어 있다. 도 23의 디스플레이(55)와 마찬가지로, 이 디스플레이(55)는 하나의 공통 유효 영역을 갖고, 각각의 모듈의 디스플레이들은 논리적으로만 분리되어 있고, 각 모듈들의 물리적으로 별개인 디스플레이들(56)이 단일의 공통 베이스보드(59)에 고정되어 있다(도 27 참조).

도 28에는 모듈(45)과 스크린(20)의 위치가 도시되어 있는바, 도 20과 마찬가지로 스크린(20)과 모듈은 동심 원호를 따라 배치된다. 그러나, 스크린(20)이 역반사형이어서 입사비임들이 동일한 방향으로 반사된다는 점이 중요하다. 좀더 정확 히는, 스크린(20)의 특징들이 수평으로만, 즉 도 28의 평면으로만 실현된다. 스크린에서의 수직 반사는 보통 미러형이므로, 입사각도는 방사각도와 같지만, 수직 평면에서의 비임들의 성분은 일정하다. 이렇게 하지 않으면 비임이 항상 모듈(45)로 반사되고 관찰자의 눈에 도달하지 않을 것이므로, 이런 구성이 필요하다.

도 28의 구성의 중요한 특징은, 수평 아치형 역반사스크린(20) 때문에, 각 모듈(45)에서 방사된 확산광 비임들이 반사될 때 다시 집속되고, 스크린(20)의 전체 표면이 관찰자(35)의 머리 부근을 중심으로 비교적 좁은 범위(34)에서 보인다는 것이다. 좀더 정확히는, 실질적으로 전체 스크린(20) 영역을 커버하는 3차원 영상이 이 범위(34)에서만 생성된다. 이 범위(34)의 중심은 모듈과 스크린에 의한 동심원들의 공통중심임을 알 수 있다. 그러나, 이런 좁은 범위(34)에서는 3D 영상의 방향분해능(각도분해능)이 높은데, 이는 옆으로 약간 이동해도 각각의 스크린포인트들로부터 각각 다른 방향으로 방사되는 비임들을 볼 수 있기 때문이다. 다시 말해, 장치에서 제공된 다른 각도의 화면들이 이런 좁은 범위를 서로를 따라 분할하여, 방사방향들 사이의 편차가 작아진다. 이는, 관찰된 3D 효과가 아주 현실적이면서도, 스크린(20)의 각각의 스크린포인트들에 많은 방사방향들을 연관시킬 필요가 없음을 의미하는데, 이렇지 않을 경우 대량의 모듈이 필요하거나 모듈마다 고해상도 디스플레이들이 필요하다. 또, 관찰자가 스크린(20)에 다가갈수록 스크린(20)의 방사각도 범위로 커버되는 영역이 좁아짐을 알 수 있다. 예컨대, 관찰자(35)가 35' 위치로 움직이면, 모듈(45_c)에서 생긴 비임만 관찰자(35) 눈에 도달하고, 가장자리 모듈(45_p)의 비임들은 관찰자에게 도달하지 않는다.

스크린(20)은 역반사형인데, 이는 모듈(45)을 마주보는 표면이 수직 정렬 직각 프리즘들(26)로 덮여 있기 때문이고, 이들 프리즘의 수평 단면이 도 28에 확대도시되어 있다. 이런 경우의 표면은 공지된 바와 같이 일정 방향으로 역반사형이다(이 방향들은 프리즘의 세로변에 직각인 평면에 있다). 이것은 이들 평면상의 방사된 비임들이 입사광에 평행하면서 반대 방향으로 방사됨을 의미한다.

도 29에는 도 28의 배열의 실제 적용례인 비행기 시뮬레이터가 도시되어 있다. 조종사가 보는 광경의 3차원 영상이 스크린(20)에 나타나지만, 이 영상은 실제 비행기의 조종실을 시뮬레이션하는 조종실(36)에 앉아있는 조종사에게만 보인다. 조종실(36) 윗쪽 후방의 프로젝션장치(46)에는 조종사(37)에게 영상을 보이기 위한 비임들을 생성하는 모듈(45)이 들어 있다.

도 30에는 스크린(20)의 실현을 위한 3차원 구조와 그 수평단면도(30a) 및 수직단면도(30b)가 함께 도시되어 있다. 소위 일련의 볼록렌즈, 즉 스크린(20) 한쪽면의 곡률반경은 크고 다른쪽 면의 곡률반경은 작은 원통형 렌즈들이 있다. 이처럼 곡률반경이 큰 원통형 렌즈들(31)의 비임(L_e) 수평확산각도는 도 5, 7a에 각도(δx)로 표시된 것처럼 약 1-2도 정도 작다. 곡률반경이 작은 원통형 렌즈들(32)의 비임(L_e) 수직확산각도는 도 7a에 각도(δy)로 표시된 것처럼 약 100도 정도로 크다. 이 스크린(20)은 종래의 기술인 사출성형법 등으로 광학 플라스틱으로 저렴하게 제조될 수 있다. 반사스크린(20)과 한층이나 다층구조의 스크린 둘다 확산기능 을 할 수 있다(도 31 참조). 반사스크린의 경우, 원하는 것의 절반을 확산하는 원통형 렌즈들로 충분한데, 이는 반사로 인해 비임이 스크린(20)을 두번 통과하고 두번째 통과 이후에 확산이 이루어지기 때문이다. 이론적으로, 수평수직 확산 둘다 스크린(20)의 동일면에서 생성하는 광학면을 만들 수 있다.

도 32에는 원통형 렌즈가 아닌 홀로그래픽 층(33)에 의해 비임을 원하는대로 확산할 수 있는 스크린(20)이 도시되어 있다. 이 홀로그래픽 층(33)은 동시에 수평확산과 수직확산을 다르게 할 수 있다.

도 33, 34에 도시된 바와 같이, 1차원적 역반사형 스크린(20)은 스크린(20)에 직각프리즘들(26)을 배열하면 얻을 수 있다(도 28 참조). 이런 역반사효과는 프리즘(26)의 종연부(27)에 수직평면으로 설정된다. 종연부(27)에 평행인 평면상의 비임들, 좀더 정확하게는 이들 평면상의 비임의 성분들은 단순한 거울처럼 스크린(20)에서 반사된다. 도 35, 36은, 역반사 스크린(20)의 전면에 설치된 확산스크린(30)이나 홀로그래픽 층(33)에 의해 방사비임들(L_e)이 필요한만큼 확산되는 것을 보여준다. 도 37은, 복사 등의 적절한 기술로 역반사면에 직접 홀로그래픽 층(33)을 부착한 상태를 보여준다.

본 발명의 3D 표시장치의 비교적 간단한 예가 도 38에 도시되어 있다. 이 장치는 3D 정지영상만을 생성하고, 이에 따라 광고 등에 특히 유용하다. 이 장치의 프로젝터(47)에는 전술한 원리에 따라 스크린(20)에 비임들(L_d)을 방사하는 모듈들(도시 안됨)이 들어 있고, 스크린은 프로젝터(47)에서 떨어져 있다. 필요하다면 프 로젝터(47) 양측에 거울(M)을 설치할 수 있고, 이 거울의 도움으로 프로젝터(47)의 폭을 도 19를 참조해 설명한 원리에 따라 축소할 수 있다. 도 38의 장치의 프로젝터(47)의 내부구조가 도 41에 도시되어 있는데, 도 38에는 모듈이 한 라인에 있지만, 도 41에는 이중라인으로 배열된다는 점에서 차이가 있다.

프로젝터(47)와 스크린(20)은 반사배열이므로(도 39 참조), 프로젝터(47)는 천정(90)에 고정하고 스크린(20)은 실내 벽면(도시 안됨)에 설치할 수 있다. 이런 배열에서는 프로젝터(47)를 스크린(20)에서 멀리 설치할 수 있기 때문에 유리하다. 이런 배열에서는 각도분해능이 좋고 필드 깊이가 큰 3D 영상을 제공할 수 있다. 즉, 3D 영상의 방향분해능인 인접 방사방향들 사이의 각도를 스크린(20)과 모듈(45) 사이의 거리 및 각 모듈들(45) 사이의 간격에 의해 결정한다. 반사배열에서 스크린(20)을 보는 관찰자들은 프로젝터(47)에 비해 프로젝터 평면 밑으로 스크린(20)의 전방에 있으므로, 실내가 비교적 작아도 비교적 대형 스크린(20)을 사용할 수 있다. 이런 장치는 스크린(20)의 앞뒤로 3D 화면을 제공하고, 이렇게 하여 실내가 광학적으로 확장될 수 있다.

스크린(20)을 투과형으로 만들 수도 있는바, 프로젝터(47)에서 나온 비임들(L_d)은 스크린(20)을 통과하고 스크린의 다른 쪽에서 나온 비임들(L_e)이 관찰자 눈에 도착한다. 이런 배열이 도 40에 도시되어 있다. 이 경우, 프로젝터(47)를 관찰자보다 높이 설치할 필요가 없고, 같은 높이나 더 낮게 설치할 수 있다. 이런 배열의 장점은, 관찰자가 프로젝터(47)를 보지 않기 때문에 프로젝터를 다른 방에 설치해도 된다는데 있다.

도 41에는 정지화상 표시 3D 장치의 구조가 도시되어 있다. 정지화상만을 투사할 수 있기때문에, 프로젝터(47)의 2차원 디스플레이들의 역할은 슬라이드필름(150)이나 일정한 경우의 반사모드 영상캐리어와 같이 일정한 영상을 투사하는 장치로 작용한다. 복합 영상들(155)이 스크린(20)의 렌즈(40)에 의해 촬상되고, 스크린은 프로젝터(47)에서 멀리 또는 가까이 있을 수 있다. 복합영상들(155)은 슬라이드필름(150)에 적절한 형태, 예컨대 도 41과 같은 이중라인 배열로 위치할 수 있다. 필요하다면, 도 19에서 설명한 것과 같이, 스크린의 가장자리 스크린포인트들의 적절한 화면들을 생성하는 모듈들을 거울(M)로 대체할 수 있다. 슬라이드필름(150)내의 영상들(155)은 영화장치분야에 알려진 백열등을 포함한 광튜브(180) 또는 광학적 균질확산판(185)을 갖는 LED에 의해 후방에서 조면된다. 슬라이드필름(150)은 프로젝터(47)가 다른 영상을 디스플레이할 경우 빠르고 쉽게 교체될 수 있다. 게시판 등과 같이 주기적으로 교체해야 하는 자동 메커니즘에 적용될 수도 있다. 디지털 영상기술 등의 적당한 기술로 슬라이드필름(150)에 각각의 복합영상(155)이 생성될 수 있다. 슬라이드필름은 2차원 디스플레이에 적당한데, 이는 분해능이 높은 소형 컬러영상을 만들 수 있고 기본적으로 도 23에 도시된 이상적인 대형 디스플레이의 길고 좁은 유효영역을 시뮬레이션하기 때문이다. 도 41에 도시된 3D 디스플레이장치는 간단하고도 저렴하게 제작될 수 있으며, 3D 느낌의 고화질 영상을 표시할 수 있다.

슬라이드필름(150)이 확산판(185)을 통해 조명되면, 영상(155)의 평면에 수 직인 비임들은 물론 다른 방향의 비임들도 필름(150)을 통과함을 알 수 있다. 비교적 작은 개구수의 촬상렌즈(40)는 작은 원추각으로 진입하는 비임들을 촬상할 수 있을 뿐이고, 기타 다른 경사진 비임들은 이 광학계에서 손실된다. 요컨대, 촬상렌즈들(40)은 실제로는 슬라이드필름(150)상의 대략 평행한 비임들을 이용한다. 따라서, 이 경우에는, 영상발생수단-이 경우는 영상들(155)을 갖는 슬라이드필름(150)-에 의해 생성된 영상들을 편광수단인 촬상렌즈(40)에 평행 비임으로 투사하는 광학계가 프로젝터(47)에 있다. 이상을 근거로, 이 광학계는 비교적 비효율적으로 영상(155)을 통과하는 빛을 이용하지만, 이것은 디스플레이된 3D 영상의 휘도를 영상(155)의 누적된 광출력으로 결정하면 보상된다.

도 42에는 모듈(45)에 이용되는 광학 촬상계의 다른 버젼이 도시되어 있다. LED 매트릭스(170)는 디스플레이(50)의 백라이트가 된다. 휘도를 최대화하기 위해, 가능한한 최대수의 광원들을 디스플레이(50) 뒤에 설치해야 한다. 집적회로 분야에 알려진 방식으로 공통기판에 누드 LED 칩들을 고정하고 이들 칩을 서로 연결하거나 미세한 금 스레드(본딩)를 갖는 적절히 구성된 출력부에 연결하면 된다. 이 방식으로, 칩을 0.4-0.5㎜ 간격으로 평균사이즈의 디스플레이 뒤에 백개까지 설치할 수 있다. 이 방식에 의하면, 완전히 균질하면서도 고가의 광원에 의해 표면 휘도가 뛰어나고 컬러혼합과 포화가 양호하다. LED 칩 매트릭스(170)에서 나오는 확산비임들중 가장자리 비임들은 작은 개구수의 렌즈들(73,78)을 통과하면서 흡수되고, LED 칩 매트릭스(170)에 수직으로 나오는 빛을 이용한다. LED 칩 매트릭스(170)는 다색상일 수 있는바, 예컨대 RGB 컬러의 LED(171)는 도 43, 44에 도시된 것과 같이 적 절히 묶을 수 있다.

빛의 활용도를 높이기 위해, 비임 형성 평행렌즈를 LED 칩 매트릭스(170)와 디스플레이(50) 사이에 제공하여 광각으로 방사되는 외측 비임들을 평행화할 수 있다. 이런 비임형성 평행렌즈는 칩 매트릭스와 크기가 같은 마이크로렌즈 매트릭스나 내부반사광 집적 또는 평행화 요소로서 실현되는 것이 적당하다. 이런 비임 형성 요소는 확대형 절두 피라미드형 거울상자이거나(도 10 참조), 원추형으로 확장되는 플라스틱이나 유리 요소일 수 있다. 이런 방식에서, 칩의 숫자는 단축될 수 있고, 삼성이나 말(Marl)에서 제조한 표준형 RGB 칩 LED들을 이용할 수 있다.

도 44에 도시된 RGB 색상의 LED 조명기의 경우, 디스플레이(50)는 흑백용이고, 그 컬러영상들은 GRB 컬러를 갖는 LED(170)의 주기적 스위칭에 의해 생성된다. 모든 컬러가 1/30의 기다란 프레임내에서 단번에 스위칭되도록 할 수 있다. 분명한 것은, 이렇게 되려면 적당한 프레임 주파수의 디스플레이(50)가 필요하다는 것이고, 이 경우 영상들은 90 1/s 주파수로 디스플레이(50)에 표시되어야 한다는 것이다. 이 방식에서는 모듈(45)에서 컬러 LCD의 적용을 피할 수 있다. 공지된 방식으로, 컬러패널에서 많은 화소들이 세번째-분해능 화소 트리플렛에서 RFG 필터와 함께 사용되거나, 그렇지 않으면 3개의 (RGB) 개별 패널들이 컬러 LCD 디스플레이에 사용된다. 팽행 LCD로 동작하는 표시장치의 경우, 다른 3x 패널들은 경제적이지 않다. 그러나, 디스플레이의 분해능이 낮아지면 편향방향들이 감소되어, 방향분해능이 악화된다. 따라서, 고속 강유전 액정(FLC; ferroelectric liquid crystal) 패널들을 이용하고 3x 프레임 주파수로 RGB 영상들을 잇달아 프레임하여 시간순서적인 컬러제어를 실현할 수 있다. 다른 장점으로는, 이로 인해 화소레벨 컬러믹싱의 디스플레이보다 컬러믹싱이 좋아진다는데 있다.

디스플레이(50)는 LED나 OLED(유기 LED)로 구현될 수도 있다. 이 경우, 별도의 광원과 디스플레이가 불필요하다. LED나 OLED 디스플레이 자체는 광원과 영상발생수단의 기능들을 다 구비한다. 평행하게 방사되는 비임들 외에 다른 비임들도 있지만, 전술한 바와같이 평행 광학장치들은 거의 평행한 비임들만을 스크린에 촬상한다.

도 45는 본 발명의 장치의 제어시스템의 개략도이다. 방송, 통신, 컴퓨터 기술의 접근에 따라, 정보시스템, 데이터의 전송, 저장 및 처리의 기본 기능들은 기본적으로 디지털신호들이 오디오, 비디오 또는 컴퓨터 데이터를 반송하는지의 여부와 무관하다. 하나의 시스템으로 집적될 수 있는 현대 장치는 또한 3D(가시적이거나 형상적 모델) 정보를 반송하는 모든 신호를 하드웨어 변형 없이 취급할 수 있도록 되어야 한다. 모니터, 텔레비젼, 기타 디스플레이 장치들은 일반적으로 전용회로를 이용해 서로 표준이 다른 입력신호들을 취급한다. 따라서, 본 발명의 장치의 제어유니트는 기본적으로 PC 등의 컴퓨터(200)로 구성되어, 주어진 포맷이나 프로토콜에 따른 입력 디지털이나 아날로그 3D 데이터를 표준 컴퓨터버스(210), 예컨대 입력 인터페이스(확장) 카드를 통한 PCI 버스로 변환한다. 이런 구성에 의해 새로운 물리적 입력을 생성할 수 있다.

본 시스템의 입력데이터는 소스가 서로 다를 수 있다. 예컨대, 도 45와 같이 모두 버스(210)에 연결되는 네트웍 인터페이스(260), 유선모뎀(270), 라디오/TV 수 신기(280)가 있을 수 있다.

자가조정, 헤드트랙킹, 주변 조명조건의 측정을 위한 데이터를 제공하는 입력장치(255)를 통해 장비에 카메라(250)를 연결할 수 있다.

소프트웨어(203)에 의한 처리 이후, 또는 곧바로 입력 3D 데이터는 동일한 버스(210)에 연결된 3D 장치(240)에 도달하고, 이 버스는 물리적으로 (PCI) 확장카드로 구성된다. 이 카드는 대단히 복잡한 프로그래머블 논리 IC들(예; FPGA)를 포함하는 것이 적당하다. 3D 장치(240; 3D 엔진)의 임무는 적절한 복합영상을 실시간 생성하여 각각의 모듈(45₁...45_q)에 전송하는데 있다.

컴퓨터(200)의 기능은 제어회로(100)로도 실현될 수 있지만(도 8, 10 참조), 이 제어회로(100) 자체는 3D 장치(240)의 데이터를 수신하고 이를 기초로 모듈(45)을 제어할 뿐이다.

3D 장치(240)는 다음 입력 데이터에 따라 각각 다른 모드로 동작한다.

- 평면영상 디스플레이. 모듈(45₁...45_q)의 디스플레이들(50)의 적당한 화소들을 채워, 인식된 종래의 표준 2D 영상들의 주어진 스크린포인트의 색상 및 강도 값으로 모든 방향으로 스크린(20)의 적당한 화소(P)에서 비임들을 방사하도록 한다.

- 모든 소스(컴퓨터 생성되거나 자연화면의 사진촬영이나 촬영)의 각각 다른 시야방향들에 대응하는 화면으로 영상들을 처리. 영상들은 압축되지 않거나 압축해제될 수 있다. 필요한 형상데이터를 이용해, 각각 다른 화면들의 영상 세부들을 서 로 재배열하면 복합(모듈) 영상들이 생성된다.

- 장치보다 적은 화면이 제공된 영상의 처리가 디스플레이될 수 있다. 예컨대, 장치가 디스플레이할 수 있는 모든 화면들을 5개의 영상 어스펙트들로부터 컴파일한다. 이론적이긴 하지만, 기본적으로 연속 3D 화면을 재구성하는데는 많은 수의 공간 영상들이 필요하다. 그러나, 시야방향이 서로 다른 모든 화면들의 생성은 일반적으로 경제적이지 않은바, 특히 실제 영상의 경우 그렇다. 따라서, 3D 장치(240)는 적당한 수의 중간 화면들을 적당한 알고리즘으로 계산한다. 이런 방식이 미국특허 5,949,420에 설명되어 있다. 이 장치는 계산된 필요한 수의 중간 화면들로부터 (그리고 각각의 화면들로부터) 전술한 바와 동일한 재배열의 복합(모듈) 영상들을 생성한다.

- DICOM, 3Dfx, VRML, 기타 3D CAD 기하학적 모델들과 같은 다른 플랫폼의 데이터로부터 적절한 수의 3D 화면 생성. 별도의 확장카드로 알려진 방식으로 컴퓨터(200)의 버스(210)에 연결될 수 있는 3Dfx 모듈(230)을 예로 든다. 설명된 3D 대상물로부터 적당한 수와 형상의 화면 영상을 생성하는 기존 구조의 3D 소프트웨어(203)를 인스톨할 수 있다. 3D 장치(240)는 전술한 바와 마찬가지로 취급된다.

따라서, 모든 플랫폼을 갖는 장치의 호환성은 주로 소프트웨어의 문제이다. 새로운 표준을 설정하면, 중앙 시야방향을 갖는 영상에 대한 보충 데이터로서 3D 정보를 적용할 수 있다. 이 방식에서는 2D들이 같이 사용될 수 있고 기본적으로 평명적인 영상만으로 3D 신호들을 표시할 수 있다.

특수한 경우에는 본 장치의 하드웨어가 모든 중간 화면의 데이터를 실시간으로 계산할 수도 있다. 따라서, 관찰자의 양쪽 눈의 위치에 따라 관찰자가 인식한 영상을 최적화할 수 있다. 이것은, 두개의 영상 화면만이 관찰자의 눈을 향해 투사됨을 의미한다. 인접한 화면들, 즉 스크린의 확산때문에 이미 보이는 인접 화면 영상들의 오버래핑이 스위치 오프된다. 이런 방식으로, 필드깊이가 아주 좋은 영상들(깊은 깊이 모드 3D 영상)이 생성된다. 관찰자의 눈이 따라가서 볼 수 있는 전술한 관찰자 최적화가 여러 관찰자들에 대해 동시에 실현될 수 있는데 본 발명의 특징이 있다. 이를 위한 제어데이터들은 카메라(250)나 기타 전용 하드웨어에 의해 제공된다.

본 발명의 장치의 하드웨어가 모든 화면을 실시간으로 계산 할 때 영상의 구성을 조정 및 변경할 수도 있다. 휘도를 조정할 수 있음은 물론, 대상물의 특정 지점들에서 비임이 점멸할 수 있으므로, 얼룩 그림자들이 첨가될 수 있다. 이렇게 되면 인식된 영상이 인공적인 영상인 것 같이 관찰자가 인식할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 이런 옵션을 추가하면 극히 조형적인 리얼한 화면(리얼 모드)을 형성할 수 있다.

3차원 영상들은 평면영상에 비해 훨씬 많은 정보를 담을 수 있다. 3D 데이터를 전송하거나 저장할 때 데이터 압축방법에 적용할 수 있을 것이다. 방향성 영상 화면들과 마찬가지로 효과적인 압축법을 이용할 수 있다. 전술한 알고리즘, 즉 기하학적 관계를 이용해 적은 수의 방향성 영상 화면들의 관리/증가를 기초로 한 알고리즘은 데이터 자체를 축소하는데 효과적인 과정이다. 그러나, 이미 알려진 영상 압축방법을 방향성 영상화면들과 같이 이용해 압축을 향상시키는 것이 좋다. 압축해제 유니트(220)는 다채널 장치로서 기존의 표준, 예컨대 MPEG2, MPEG4, 웨이브렛 등에 따라 동작된다. 이 압축해제 유니트(220)는 압축입력된 데이터 흐름의 영상 컨텐츠의 압축을 해제하여 이들 영상을 3D 장치(240)의 입력으로 보낸다.

또, 컴퓨터(200)는 일반적으로 광원(80)의 전원(85)의 스위치-온, 냉각제어, 디스플레이 메뉴 등 모든 기능을 제어한다. 이 장치는 자가진단을 실시할 수 있고, 인터넷에 연결된 IP를 통해, 또는 필요하다면 전화선이나 컴퓨터망을 통해 수정작업이나 조정작업도 할 수 있다.

Claims (31)

1. 빛을 선택적 방향으로 투과 또는 반사시키는 스크린; 스크린상의 여러 다른 지점들 및 스크린의 상기 지점들의 각각 다른 방사방향에 관련된 비임들을 생성하는 모듈들을 포함하는 스크린 조명시스템; 및 상기 모듈을 제어하는 제어시스템;을 포함하고, 상기 스크린은 인접 방사방향들 사이의 각도에 따라 투과되거나 반사된 빛을 확산시키는 3D 영상 표시장치에 있어서:

   상기 모듈은 이차원 디스플레이와, 디스플레이의 각 화소를 동시에 스크린에 촬상하는 광학계를 포함하고;

   스크린상의 각각 다른 포인트들에 관련되고 이들 서로 다른 스크린 포인트들에 관련된 서로 다른 방사방향들에 대응하는 이차원 디스플레이상의 표시화소들은 좌표가 다른 비임들을 방사방향 정보 없이 거의 동시에 생성하며;

   디스플레이에 관련된 촬상 광학장치들은 좌표가 서로 다른 표시화소들에서 생성된 비임들을 서로 다른 방사방향이나 촬상방향으로 동시에 촬상하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스크린(20)은 입사비임(L_d)을 방향변화 없이 투과시키거나 거울처럼 또는 역반사방식으로 반사하고;

   상기 모듈들은 스크린포인트(P)로부터 각각 다른 방향으로 방사되는 비임들(L_e)을 생성하기 위한, 그리고 강도나 색상이 다른 비임들(L_d)을 각각 다른 방향(D)에서 각각의 스크린포인트(P)를 향해 투사하기 위한 수단으로서 실현되며;

   상기 이차원 디스플레이(50)는 서로 다른 방향으로 투사될 비임들(L_e)을 생성하기 위한 영상발생수단으로서 실현되고, 서로 다른 투사방향에 관련된 이들 비임(L_e)은 이차원 디스플레이(50)의 서로 다른 화소들(C_d)에서 생성되며;

   상기 촬상광학장치는 이곳으로 입사되는 비임들(L_e)을 입사좌표의 함수로서 소정 각도로 편향시키는 수단인 광학렌즈를 포함하고;

   상기 스크린 조명시스템은 공간좌표의 함수로서 영상발생수단을 조명하기 위해 평행하면서 균질한 비임들을 생성하는 수단을 포함하며;

   상기 모듈(45)은 광학적으로 동일한 위치에 위치하고 서로 및 스크린(20)에 대해 주기적으로 시프트됨으로써;

   상기 비임들(L_e)이 관련 모듈들(45)과 스크린(20)의 상호 위치에 따라 편광수단에 의해 서로 다른 편향방향들(D)로 적절한 스크린포인트(P)를 향해 편향되고, 이들 비임(L_e)이 복합 이미지의 화소들로, 바람직하게는 색상정보와 강도정보를 변조하여 암호화되며, 이 복합영상이 영상발생수단에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이차원 디스플레이가 액정 마이크로디스플레이, 특히 투과모드나 반사모드의 마이크로디스플레이, LED 또는 OLED 디스플레이, 또는 미세기계장치, 특히 마이크로-미러 매트릭스, 능동 광격자 또는 기타 광밸브 매트릭스인 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 이차원 디스플레이들이 수직 시차정보 없는 복합 영상을 생성하고, 상기 모듈들이 수평선상에 배열되며, 스크린의 수평 확산각도(δy)는 인접 모듈들로부터 동일한 스크린포인트로 투사된 비임들(L_d) 사이의 각도에 대응하고, 스크린의 수직 확산각도(δy)는 원하는 수직 시야범위에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 모듈들이 여러개의 평행선상에 배열되고 이들 선에 평행하게 서로에 대해 시프트되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 영상발생수단의 조명시스템이 평행광 비임들(L_e)을 생성하는 여러 수단들을 포함하고, 이들 수단은 공통 광원(80)에 의해 조명되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 공통 광원의 빛을 변조하기 위한 수단, 바람직하게는 회전 컬러필터 디스크나 기타 광셔터를 포함하고, 상기 공통 광원의 빛이 도파관이나 광섬유에 의해 각각의 모듈로 안내되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제5항에 있어서, 다수의 광원들, 바람직하게는 LED, 특히 멀티컬러 LED가 제공된 LED 칩 매트릭스(170), 또는 각각의 모듈에 관련된 다수의 별개의 LED들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 LED에 비임 형성 어댑터, 바람직하게는 마이크로렌즈 매트릭스나 광반사 집적/집속 요소(65)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 스크린이 선택적 방향으로 투과 또는 반사된 비임들을 확산시키는 광학판이고, 상기 확산각도(δx,δy)는 인접 모듈들(45)과 스크린포인트(P)로 이루어진 평면상에서 인접 모듈들(45)로부터 생겨 동일한 스크린포인트(P)에서 나오는 비임들 사이의 각도와 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 광학판의 확산이 렌즈계(30)나 홀로그래픽 층(33)에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제11항에 있어서, 확산작용을 하는 상기 스크린이 수평한 역반사면, 특히 프리즘 구조물이 수직으로 배향되어 있는 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 모듈들이 스크린에 평행한 직선구역을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 모듈들이 원형 구간을 따라 배열되고, 상기 스크린이 모듈의 원과 동심인 원통면이나 구면인 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 제어시스템이 컴퓨터로 이루어지고, 따라서 기존에 알려진 표준에 따른 네트웍 장치로서 기능하며, 서로 다른 표준에 따른 입력신호들을 컴퓨터 데이터버스로 변환처리하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 제어시스템이 영상압축, 시야각도와 주변조명에 따라 조절된 디스플레이 목적으로 자체적으로 영상들을 저장하고 처리하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. a. 스크린(20)의 서로 다른 여러 포인트들(P)과 관련되고 각각의 스크린포인트(P)의 각각 다른 방사방향들(E)에 관련된 다른 화면들을 생성하는 비임들(L_d)을 생성하는 단계, 및

    b. 인접한 두개의 방사방향들(E) 사이의 각도에 대응하는 확산각도(δx)를 갖고 방향선택적으로 투과 또는 반사하는 스크린(20)에 비임들(L_d)을 투사하는 단계를 포함한 3D 영상 표시방법에 있어서:

    c. 스크린(20)상의 다른 포인트들(P)에 관련되고 스크린포인트(P)의 각각 다른 방사방향(E)에 대응하는 비임들(L_e)을 이차원 디스플레이(50)상의 좌표가 서로 다른 화소들(C_d)에서 방사방향 정보 없이 동시에 생성하는 단계; 및

    d. 서로 다른 편향방향들(D)로 좌표가 서로 다른 디스플레이 화소들(C_d)에서 생긴 비임들(L_e)을 화소(C_d)의 좌표의 함수로서 동시에 촬상하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 다른 화면들을 생성하는 상기 비임들이 다음 단계로 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.

    a. 강도나 색상이 서로 다른 빛을 스크린의 포인트들로부터 서로 다른 방사방향으로 방사하는 단계;

    b. 다른 방향으로부터 각각의 스크린포인트들을 향해 강도나 색상이 서로 다른 비임들을 투사함으로써, 그리고 이들 비임들을 적절하게 확산시키면서 방향을 유지하는 스크린으로부터 방향변화 없이 비임들을 투과시키거나 반사함으로써 스크린포인트들로부터 서로다른 방향으로 방사되는 비임들을 생성하는 단계;

    c. 서로 다른 방향에서 스크린포인트들을 향해 투사된 비임들에 의해 복합 영상이 생성되고, 이 복합영상은 영상세부들을 포함하며, 이들 영상세부는 서로 다른 스크린포인트들로부터 각각 다른 방향으로 투사될 영상에 대응하는 단계;

    d. 평행한 비임들로 상기 복합영상들을 조명하며, 각각의 영상세부에 관한 강도나 색상의 정보로 변조되는 평행광 비임들을 생성하는 단계;

    e. 공간좌표의 함수로 변조되는 평행광 비임들을 편광수단, 바람직하게는 촬상광학장치에 투사하는 단계; 및

    f. 복합영상의 관련 영상세부의 위치와, 편광요소의 촬상특성들에 따라, 비임들을 각각 다른 방향으로 편향시켜 적당한 스크린포인트들을 향해 복합영상의 영상세부로 변조되는 평행광 비임들을 편광수단으로 투사하고, 상기 적절한 스크린포인트들은 관련 편광수단과 스크린의 상호 위치에 의해 정의되는 단계.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 디스플레이(50)의 갯수와 화소들의 갯수의 곱이 스크린포인트들의 갯수와 이에 관련된 방사방향의 갯수의 곱과 같은 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 여러개의 디스플레이에 의해 각각 한방향에서 보이는 3D 영상의 한 화면을 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 다수의 수직 영상스트립들로부터 수직시차 없는 3D 영상을 생성하고, 이 영상스트립들은 각각의 디스플레이에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 각각의 스크린포인트들에 관련된 다수의 시야방향의 갯수에 대응하고 스크린포인트의 갯수보다 적은 수의 디스플레이에 관련한 다수의 영상세부들을 하나의 디스플레이로 생성하여, 여러개의 스크린포인트들의 같거나 인접한 시야방향들에 관련되는 영상세부들을 하나의 디스플레이로 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제21항에 있어서, 각각의 스크린포인트의 서로 다른 시야방향의 갯수에 대응하는 영상세부들을 하나의 디스플레이로 생성하고, 하나의 수평 스크린라인에 관련된 디스플레이들을 그 스크린라인의 스크린포인트의 갯수만큼 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 디스플레이의 독립적인 발광특성들을 갖는 화소들을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제23항에 있어서, 별도의 광원들로 디스플레이를 조명하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제23항에 있어서, 공통 광원으로 다수의 디스플레이를 조명하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제23항에 있어서, 비임들을 확산시키고, 이들 비임이 방향선택적으로 스크린을 투과하거나 스크린에서 반사되며, 동일한 스크린포인트에서 나오는 비임들로 이루어진 평면상에서 이 스크린포인트에서 나오는 비임들 사이의 각도에 확산각도가 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 방향선택적으로 빛을 투과 또는 반사하기 위한 스크린; 스크린의 다수의 다른 포인트들에 관련되어 이 스크린포인트의 서로 다른 방사방향들에 관련된 비임들을 생성하는 모듈을 포함한 시스템을 조명하는 스크린;을 포함하고, 상기 스크린은 인접 방사방향들 사이의 각도에 따라 투과광이나 반사광을 확산시키는 3D 영상 표시장치에 있어서:

    상기 모듈은 이차원 영상과, 이 영상의 각각의 영상포인트들을 스크린에 동시에 촬상하기 위한 광학계를 포함하고;

    스크린상의 각각 다른 포인트들에 관련되고 각각 다른 스크린포인트들에 관련된 각각 다른 방사방향들에 대응하는 이차원 영상의 영상포인트들은 좌표는 다르면서도 방사방향 정보는 없는 비임들을 거의 동시에 생성하며;

    디스플레이에 관련된 촬상광학장치들은 좌표가 다른 영상포인트들에서 생긴 비임들을 각각 다른 방사방향이나 촬상방향으로 동시에 촬상하는 것을 특징으로 하는 장치.
29. 제28항에 있어서, 상기 영상이 슬라이드 스트립(투명 스트립) 또는 기타 영상반송매체에 포함된 것을 특징으로 하는 장치.
30. 제28항 또는 29항에 있어서, 각각의 모듈에 관련된 LED나 백열등과 같은 다수의 광원들과, 영상들을 조명하는 광튜브 등의 공통 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
31. 제30항에 있어서, 영상에 관련된 상기 찰상광학장치가 렌즈 매트릭스와 같은 단일장치로 구현된 광학판으로 실현되는 것을 특징으로 하는 장치.

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