KR101312249B1 - 양안 식의 안위감지기, 부채꼴의 변형 렌티큘러와 액정식 배리어를 사용한 입체영상표시장치에서의 화소 합성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 정방형으로 3개의 미세화소로 이루어진 RGB 컬러화소의 크기를 작게 축소하고 색이 혼합된 합성광을 방사하는 구조로 이루어져 방사하는 광의 면적을 작게 축소하는 구조의 변형된 렌티큘러를 사용함으로써 색번짐을 줄이는 효과와 함께 화면과 눈 사이의 광의 경로를 제어 가능한 상태로 변화시키는 특징을 가진다. 액정식 배리어선들을 균등한 간격으로 연속적으로 배열하고 그 배열의 폭을 변형된 화소의 가로 폭과 동일하게 제작한다. 이러한 것은 액정소자 한 개의 가로 폭을 제어의 최소단위로 하여 매우 다양한 제어 패턴의 변화를 가능하게 한다. 다양한 제어용 이진수배열(binary array)을 사용하고 간단한 이진수 연산을 통하여 신속한 처리가 가능한 디지털데이터형태로 배리어 면을 제어할 수 있는 독특한 특징이 있다. 변형된 렌티큘러와 액정식 배리어의 결합으로 미세한 광의 경로들을 제어할 수 있게 되어 안경을 사용하지 않는 편리한 입체영상시청을 가능하게 하며, 여러 시청자들이 동시에 입체영상을 시청할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에서는 입체영상표시장치에 통신장치를 부가하여 다수의 시청자뿐만 아니라 다수의 지역에서 더 많은 사람들이 쌍방간 대화적인 입체영상통화를 이용할 수 있도록 함으로써, 좀더 대중적인 입체영상표시장치를 구현한다.

Description

양안 식의 안위감지기, 부채꼴의 변형 렌티큘러와 액정식 배리어를 사용한 입체영상표시장치에서의 화소 합성장치 { the color composite part of the stereoscopy displaying device which consists of the pair-eye type eye position calculator, the fan-shape modified lenticular and the liquid crystal type barrier.}

본 발명은 입체영상을 구현하기 위한 디스플레이장치에 관한 것으로 광학과 전자공학에 관련한 것이다. 광학에서는 빛의 굴절, 반사, 산란, 편광, RGB(red-green-blue), 액정(Liquid Crystal), 3D, 렌티큘러, 시차배리어, 적청안경방식, 편광안경방식, 셔터안경방식, 무안경방식, 공간분할, 시간분할, 얼굴인식촬영, 안구위치추적 등이, 전자공학에는 이진수의 시프트연산(shift operation), OR연산, AND연산, TFT, 화상압축, 통신장치 등이 관련되어 있다.

평면적인 매체인 TV에서 제공하는 현실감(reality)은 인체 감각인 청각과 시각을 자극하여 직접 뇌에 연결된 감각기관을 통하여 사람으로 하여금 현실감을 느끼도록 한다. 더 나아가 청각을 자극하는 방법에서 입체음향(stereophony)이 발명되고 시각에 있어 입체영상(stereoscopy)이 발명되었으며 이로 인하여 더욱 큰 현실감인 입체감(three-dimensional feeling)을 느끼게 한다.

입체영상을 평면적인 화면에 표현하는 기술은 양 눈에 각기 다른 영상을 보여줌으로써 입체감이 표현된 2개의 화면을 동시에 뇌에 전달하여 마치 1개의 입체를 보고 있는 것처럼 착시를 일으키는 방법을 사용한다. 평면적인 화면에 입체영상을 표현하는 방법은 적청안경방식, 편광안경방식, 셔터안경방식의 안경방식이 주류를 이루고 있으며 다만 안경의 착용이 불편한 사람을 위하여 시차배리어방식이나 렌티큘러방식을 사용하고 있으나, 고정된 시점을 기준으로 제작되어 제한된 사람만 볼 수 있다거나 입체감의 역전현상이 있다거나 하는 문제점이 있으므로, 현재 이런 문제점을 줄이고 다수의 시청자를 위해 디스플레이하는 방법의 개발이 계속되고 있다.

모니터, TV 등의 컬러디스플레이장치들은 컬러의 표현을 위해 미세한 R-G-B 3화소 방식을 채용하고 있으므로 일반적인 컬러화면을 감상하기에는 매우 적절하다. 그러나, 입체영상을 위해 광의 경로에 변화를 주는 경우에 시청자의 눈거리를 멀리 떨어뜨릴수록 광경로의 편차가 심하여 색번짐이 발생하게 된다. 또한 격자무늬로 배열된 발광화소의 패턴과 배리어선의 경로가 잘못 설계되기 쉬워 물결무늬의 무아레(moire)의 발생이 잦아진다. 이러한 문제점은 화소의 크기를 매우 작게 만들거나 광 경로의 설계를 아주 미세하게 하면 해결할 수도 있다. 현대의 전자공학기술은 매우 미세하게 작은 화소를 가능하게 하고 있고, 광 경로를 설계하고 제작할 때 틀어짐이 없도록 정밀하게 만들어 낼 수 있다. 그럼에도 불구하고 입체영상을 표현하는 분야에서는 색의 번짐이나 무아레의 발생이 계속되고 있다.

입체영상을 위한 렌티큘러 및 시차배리어는 눈의 위치를 결정하는 렌티큘러시트의 굴절된 광의 경로나 시차배리어선의 개구패턴이 정해져 있으며 이렇게 정해진 경로나 패턴에 의해 정해진 위치에서 입체영상을 감상할 수 있었다. 시차배리어를 예로 들면, 세밀하게 그려진 좌안과 우안을 위한 입체영상의 패턴이 투명한 필름 위에 인쇄되거나 그려지고 디스플레이 화면을 세로로 길게 쪼개어, 좌안과 우안의 교차된 영역들로 분리하므로 좌안 또는 우안의 입체영상의 광경로는 세로로 분리된 화면영역의 다른 발광화소들에서 교차하여 출발하며, 각기 다른 영역에서 출발한 좌안영상, 우안영상의 광경로들은 시차배리어 패턴의 동일한 개구부를 통과하여 좌안과 우안을 목적지로 하여 서로 다른 각도를 가지고 공간을 진행한다. 따라서, 시차배리어는 필름 등에 패턴으로 그려져 교차해 표시된 좌안영상과 우안영상의 섞임을 방지하는 역할을 하며, 이미 그려져 고정된 패턴으로 인하여 시청위치를 변경할 수 없고 이러한 문제점은 렌티큘러도 동일하다. 또한, 액정을 사용하는 방식의 몇몇 시차배리어도 동일한 원리의 시차패턴을 사용하고 있으므로 입체영상을 감상할 수 있는 눈의 위치를 변동하기 어렵다. 만약 시청위치가 틀어지면 입체감의 반전현상이 있어, 물체의 음각이 뒤집혀 보이는 등의 문제가 있다.

광 경로를 제어하는 시차 패턴이나 렌티큘러 굴절각이 고정되어 있으므로 동일한 입체감의 반전현상이 시청범위의 여러 곳에서 발생하며 이로 인하여 여러 시청자를 위한 다중시점의 실시가 매우 어렵다.

입체영상을 표시하는 영상장치는 사용조건이 매우 까다로워 대중적이지 않고 특수한 곳에서만 사용이 되었다. 따라서, 대중적인 전자제품시장에선 입체영상장치가 판매된 적이 거의 없다. 이러한 문제점은 입체영상표시장치를 다른 전자제품과 결합하여 대중적으로 사용하도록 한다면 쉽게 해결될 것으로 보인다.

본 발명에서는 색번짐이나 무아레의 발생을 줄이기 위해 정방형으로 3개의 미세화소로 이루어진 RGB 컬러화소의 크기를 작게 축소하고 Red, Green, Blue 3개의 분리된 컬러를 1개의 산란면으로 수렴하여 색이 혼합된 합성광을 방사하는 구조로, 진행되는 광의 총면적을 작게 축소하는 변형된 렌티큘러를 사용함으로써 색번짐을 줄이는 효과와 함께 화면과 눈 사이의 광의 경로를 제어 가능한 상태로 변화시키는 특징을 제공한다.

본 발명에서는 세로로 매우 길고 또한 좁은 가로 폭을 가진 액정 선들을 배리어 면에 적용한다. 이러한 액정식 배리어선들(barrier lines)을 균등한 간격으로 평행하게 배열하고 그 배열의 폭을 화소의 가로 폭과 동일하게 제작한다. 이러한 것은 본 발명의 특징이 되는 것으로, 한 개의 가로 폭을 제어의 기본단위로 하는 규칙적이고 비선형적인 구조가 되며 'on'과 'off'의 간단한 제어단위를 사용하여 매우 다양한 패턴의 변화를 가능하게 한다. 또한 이런 특징은 다양한 제어용 이진수 배열(binary arrangement)을 사용하여 신속한 연산 처리가 가능한 디지털데이터 형태의 이진수 패턴으로 배리어 면을 제어할 수 있는 독특한 특징이 있다.

본 발명에서는 입체영상표시장치에 통신장치를 부가하여 다수의 시청자뿐만 아니라 다수의 지역에서 더 많은 사람들이 쌍방간 대화적인 입체영상을 감상할 수 있도록 함으로써, 좀더 대중적인 입체영상표시장치를 구현하고자 한다.

변형된 렌티큘러와 액정식 배리어의 결합으로 안경을 사용하지 않는 편리한 입체영상시청을 가능하게 하며, 동시에 여러 시청자들이 입체영상을 시청할 수 있도록 할 수 있다.

제1도는 안위인식부가 표현된 전체 외형도
제2도는 촬영된 화면을 바탕으로 얼굴과 눈의 형태를 인식함을 표현한 도면
제3도는 변형 렌티큘러의 구조도
제4도는 변형 렌티큘러의 여러 형태도
제5도는 변형 렌티큘러의 제작방법을 표현한 도면
제6도는 배리어면의 구조도
제7도는 단위시프트의 기본틀을 그린 도면
제8도는 단위시프트의 동작을 표현한 도면
제9도는 시청거리와 단위길이의 표
제10도는 시청거리의 변화표
제11도는 패턴용 이진수 표
제12도는 대표도, 배리어를 중심으로 표현한 도면

본 발명은 눈의 위치를 판별하는 안위인식(眼位認識)부와 광원을 가공하는 변형 렌티큘러, 광경로를 제어하는 액정식 배리어와 입체영상제어부를 주 구성으로 한다.

본 발명의 안위인식부는 충분한 화소의 카메라 두 대와 카메라에서 촬영하는 영상들을 비교하여 눈의 각도와 거리를 계산하고 그 값을 수평거리 i와 수평편위 j로 변환하여 입체영상제어부에 실시간으로 전달하는 안위인식모듈로 구성되어 있으며, 적외선 내지 적외선과 가시광선을 발광하는 광원이 추가될 수 있다. 본 발명을 HDTV화면에 실시한 예시에서 안위인식모듈은 화면의 중심축에서 좌우 방향으로 동일한 간격으로 고정한 두 대의 최소 200 메가픽셀 이상의 컬러카메라들로부터 거리에 따라 미세한 각도의 차이가 나는 영상들을 제공받는다. 본 발명의 HDTV화면에 실시한 예시에서 사용하는 카메라의 CCD화소수는 HDTV화면의 기본 화소수와 동일하거나 고급인 200메가픽셀 이상이며 약 100°의 화각을 가진 컬러카메라를 기준으로 사용하고, 처리속도를 높이기 위하여 단색카메라를 사용할 때는 동일한 성능 이상을 가진 것으로 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 일체형이 아니고 분리형인 경우, 예를 들어 안위인식부만 따로 제작하여 TV화면과 PC모니터에 부착하거나, 메이커제작이 아니고 조립형인 경우, 예를 들어 PC에서 본 발명을 이용한 입체영상시스템을 구성하기 위하여 모니터 상부에 카메라 2대를 부착하고 안위인식모듈에 연결하는 대신 PC에 연결하며, PC에 안위인식모듈을 내장시키거나, 혹은 PC의 중앙처리장치를 사용하여 카메라 2대와 연결되어 동작하는 소프트웨어를 구동시켜 동일한 실시를 행하는 것 등이 본 발명에 포함된다.

본 발명의 실시 예를 간단하게 그린 외부 그림을 도 1에 보였다.

본 발명에서 안위인식부는 카메라 2대에서 전달되는 영상을 직접 전달받는 장치일 수 있다.

본 발명에서 안위인식부는 카메라 2대에서 전달되는 영상을 PC의 입출력 인터페이스를 통하여 전달받는 위치인 PC내 장치일 수도 있다.

본 발명에서 안위인식부는 카메라 2대에서 전달되는 영상을 PC의 입출력인터페이스를 통하여 전달받고, 중앙처리장치를 사용해 소프트웨어적으로 동작하는 프로그램일 수도 있다.

본 발명에서 시청자의 눈의 위치는 촬영된 화면들에서 구한다. 그 실시 예를 들면 화면의 중앙에서 수평방향으로 128개의 단위각으로 나눈다. 이때 화면 전체의 각은 카메라의 화각, 즉, 화면의 좌우로 벌어진 정도이므로 단위각은 화각을 128으로 나눈 각도가 되고, 중심의 각은 0단위각이 되며 양쪽으로 벌어질수록 단위각이 커진다. FULL HD TV의 경우 화면의 가로해상도는 1920이므로 좌측으로 960개의 화소가 있으며, 우측으로도 동일한 960개의 화소가 있다. 가로해상도 1920을 128개의 단위각으로 나누면 각 단위각마다 15개의 화소가 있다. 따라서, 눈의 위치가 화면의 중심에서 화소 단위로 좌우로 벌어진 정도를 J라고 하면, J를 15로 나눈 값이 눈의 위치를 고려한 각도가 된다.

카메라의 화각에 있어 화면 근처의 시청자의 위치를 추적하는 작동 외에 만약 시청자의 주 시청범위가 더 멀리 떨어져 있는 경우에는 좀더 좁은 화각을 사용할 필요가 있다. 통상적으로 화면길이의 약 2.25배의 위치에서 평균적으로 시청하게 되므로 본 발명의 시청자 안위판별조건을 충족하는 화각인 11mm ~ 20mm렌즈보다 권장시청범위의 평균시청거리에 상응하는 조건을 충족하는 35mm 내지 50mm렌즈가 사용될 필요가 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예시로 200만화소의 2배 이상의 충분한 화소를 가진 카메라를 사용하여 11mm ~ 20mm렌즈로 촬영하고 전체 촬영영상에서 중앙의 화소들만 취하여 시청자의 주요시청범위를 제어하는데 사용할 수 있다. 또한, 35mm 내지 50mm렌즈의 좌우 측 양끝의 곡률을 조절하여 더 넓은 범위를 촬영하는 효과를 내거나 11mm ~ 20mm 렌즈의 감광부의 양끝부분을 저밀도의 감광부를 사용하여 보다 적은 화소를 가지고 같은 효과를 낼 수도 있다.

본 발명의 안위인식을 위한 카메라는 촬영범위를 조절하기 위해 더 많은 화소의 카메라에서 촬영된 영상으로 눈의 위치를 추적하고 범위조절이 필요한 경우엔 촬영된 영상 중에서 화면의 중심의 영상만 사용하는 방법을 사용할 수도 있다.

본 발명의 안위인식을 위한 카메라는 촬영범위를 조절하기 위해 렌즈 양끝의 굴절곡률이 조절된 변형렌즈를 사용하거나 감광부의 양끝의 화소 밀도를 조절한 변형감광부를 사용할 수도 있다.

본 발명을 HDTV화면에 실시하는 예시에서 화각은 촬영된 화면을 구성하는 요소인 1920개의 가로 화소수를 여러 개의 단위 화소각으로 나누어 사용하기에 적합한 화각을 구성한다. 계산의 편의를 위해 수평 각으로 128도, 120도, 96도, 80도, 64도 등이 사용될 수 있다.

화면의 중앙에서 수평으로 약 64도의 각을 64개의 미세한 단위 화소각으로 나눌 수 있다. 각 단위 화소각의 크기는 1도 정도이다. 카메라의 화각 128도에 대해 128개의 화소 각도로 나누며 1920개의 전체 화소에 대하여 매 단위 화소각마다 15개의 화소가 배열된다.

화면의 중앙에서 수평으로 약 60도의 각을 60개의 미세한 단위 화소각으로 나눌 수 있다. 각 단위 화소각의 크기는 1도 정도이다. 카메라의 화각 120도에 대해 120개의 화소 각도로 나누며 1920개의 전체 화소에 대하여 매 단위 화소각마다 16개의 화소가 배열된다.

화면의 중앙에서 수평으로 약 48도의 각을 48개의 미세한 단위 화소각으로 나눌 수 있다. 각 단위 화소각의 크기는 1도 정도이다. 카메라의 화각 96도에 대해 96개의 화소 각도로 나누며 1920개의 전체 화소에 대하여 매 단위 화소각마다 20개의 화소가 배열된다.

상기와 같은 방식으로 촬영된 HD 화면의 화소와 눈의 위치각의 관계를 연결짓는 매핑(mapping)을 실시한다.

촬영된 화면에서 눈의 위치를 추적하는 여러 방법이 있을 수 있다.

본 발명에 있어 안위인식부가 카메라에서 촬영된 영상의 화소와 연결지어진 단위각의 크기는 상기의 실행 예와 같이 화면의 중심축에서 가장자리로 갈수록 변화가 없이 균등한 단위각일 수 있다.

본 발명에 있어 안위인식부가 카메라에서 촬영된 영상의 화소와 매핑하는 단위각의 크기는 화면의 중심축에서 가장자리로 갈수록 지수적으로 증가하는 단위각일 수 있다.

본 발명에 있어 안위인식부가 카메라에서 촬영된 영상의 화소와 매핑하는 단위각의 크기는 화면의 중심축에서 가장자리로 갈수록 카메라을 중심으로 각도의 증가에 따라 호도법에 의해 증가하는 단위 각일 수 있다.

본 발명의 안위인식부의 실시 예에서 눈에 특정한 파장의 광선을 특정한 각으로 입사하는 경우 전반사가 이루어지는 것을 이용할 수 있다. 통상 눈의 적목현상이라고 불려지는데 눈의 구조에서 렌즈형태의 수정체를 통과한 빛은 망막의 표면에서 쉽게 반사하고 되돌아 나오는데, 망막의 모세혈관구조에 의하여 혈관 내 철분의 성분에 관계된 특정스펙트럼을 반사시키는 것으로 알려져 있다. 이때 반사되는 특정 스펙트럼은 가시광선과 적외선의 범위 내에 있으므로 화면에서 특정 색을 추적하는 경우 눈의 위치를 쉽게 정할 수 있다. 그리고, 이를 위하여 카메라에서 1개의 감광모듈로 가시광선과 적외선을 배합해 같이 촬영하거나 2개의 감광모듈로 가시광선, 적외선 별도로 촬영하며, 또한, 설치된 카메라들의 중앙을 기준으로 화면의 상부와 하부에 1개소씩 적외선광원만을 혹은 가시광선, 적외선광원들을 구성한다. 이 바람직한 실시 예로서 어두운 환경에서도 쉽게 촬영함은 물론이고 특히 강조되는 동공의 형태로 인해 눈의 위치를 쉽게 추적할 수 있다.

본 발명의 눈의 위치를 추적하는 다른 실시 예로, 눈동자 혹은 얼굴의 패턴을 미리 저장한 후 촬영된 화면에서 동일한 패턴을 추출하여 눈동자 혹은 얼굴의 위치를 정할 수도 있다. 이 실시 예에서는 시청자가 화면에서 일정거리 멀어져 저장버튼을 누르는 경우 특정한 위치에서 촬영되는 얼굴의 형태를 여러 종류 저장하고 나서, 도 2에서 보이는 것처럼 촬영되는 화면을 검색하여 눈 주위의 형태를 구분하여 비교한 후 눈의 위치를 정하는 방법을 사용할 수 있다. 본 실시 예에서는 눈 주위의 형태와 색상이 일치하여야 하므로 미리 시청자의 얼굴을 촬영하고 저장할 때, 얼굴을 좌우로 회전시키도록 유도함으로써 여러 개의 이미지를 얻는다. 눈과 얼굴의 이미지는 화소 단위로 저장되고 더 작은 크기의 이미지패턴으로 여러 번 축약되어 시청자가 뒤로 멀어지는 경우에도 사용할 수 있다.

본 발명의 실시 예로 얼굴에서 구할 수 있는 특정한 형태는 눈동자의 동그란 형태, 눈의 타원형태, 코의 기울기 형태, 코끝에서 위로 뻗은 콧등의 긴 형태, 뺨의 부풀어진 형태, 턱 선의 기울기 형태, 귀 끝의 다른 높낮이, 입의 타원형태, 입술의 중심선의 길이, 머리의 모양, 안경의 유무와 형태 등 기본적인 형태를 이용할 수도 있고, 이러한 지역적인 형태의 특징들을 조합하여 그 위치들을 더하거나, 위치를 연결하는 선분들의 길이와 기울기, 색 변화 값을 사용하는 등 향상된 형태의 패턴들을 이용할 수도 있다. 이러한 추적방법을 도 2에 간단하게 표현하였다.

본 발명에서의 눈의 위치추적은 눈의 적목현상을 이용하는 방법을 사용할 수 있다.

본 발명에서 눈의 위치추적은 눈과 얼굴의 패턴을 촬영화면에서 검색함으로써 추적하는 방법을 사용할 수도 있다.

본 발명에서 눈의 위치추적은 눈과 얼굴의 여러 형태를 조합하여 더 쉽게 추적할 수 있도록 발전된 패턴을 이용할 수도 있다.

본 발명에서 눈의 위치추적은 눈의 적목현상을 이용하거나 눈과 얼굴의 일반적인 패턴 혹은 발전된 패턴 등을 촬영된 화면에서 검색하는 방법을 같이 사용할 수도 있다.

본 발명은 안위인식부의 속도를 높여 실시간으로 눈의 위치를 생성하기 위하여 카메라에서 전달되는 촬영이미지를 단순한 이미지로 가공할 수도 있다. 그 실시 예로서, 카메라로부터 영상을 전달받으면 화면의 정보량을 단순하게 한다. 촬영화면의 3가지 색상인 RGB값을 화소 별로 평균하여 단색의 그레이톤(gray tone)이미지를 생성한다거나, 그레이톤의 화면에 균등하게 지정된 여러 개의 표준 화소들의 명도 값을 평균하고 이 평균값을 기준으로 전체화면을 더 밝거나 더 어두운 흑과 백의 1도로 매우 단순하게 샘플링할 수도 있다. 평균값이 기준이 되어 어두운 점은 흑색이 되고, 밝은 점은 백색이 되는 흑과 백의 이진수로 추출한 영상데이터 값은 같은 해상도내에서 가장 단순한 영상이 된다. 눈의 위치를 판별할 수 있을 만큼의 가장 단순한 이미지로 가공함으로써 처리속도를 높여 눈의 위치를 입체영상제어부에 거의 실시간으로 전달할 수 있다. 상기의 적목 현상을 이용하는 실행 예시에서 적외선광원을 사용하고 시청자의 주변이 매우 어두운 경우에 적외선에 반사되어 반짝거리는 동공부분과 그렇지 않은 부분의 값의 차이는 매우 크다. 따라서 처리하는 이미지를 매우 단순하게 할 수 있는데 흑과 백의 1비트 이미지로 할 수 있으며, 그 단순한 이미지에서도 쉽게 위치를 추적할 수 있다. 이렇게 가능한 한 단순화하여 처리속도를 높임으로써 입체영상제어부에 눈의 수평거리 i와 수평편차 j를 실시간에 가까운 시간에 전달할 수 있는 효과가 있다.

촬영된 화면에서 눈의 위치가 추적되면 다른 쪽 화면에서 추적된 눈의 위치와 비교하여 그 거리와 각도를 결정한다. 먼저 위치가 추적된 눈이 좌안 또는 우안인지 확인한다. 인식되는 얼굴의 이미지 패턴에서 오른쪽으로 치우쳐 있으면 우안이고 반대로 왼쪽으로 치우쳐 있으면 좌안이다. 이런 방식으로 눈의 좌, 우를 먼저 확인하고 eye_R 속성과 eye_L 속성으로 분류하고 다음 과정을 거쳐 위치를 계산하고 i, j를 취한다.

눈의 거리는 두 카메라에서 전달된 화면에서 추적된 눈의 위치가 중심축으로부터 벌어진 각도를 시점 eye_L과 시점 eye_R의 화소각 A_L과 화소각 A_R이라고 할 때, 촬영한 화면들에서 추적되는 눈의 위치 편이와 두 카메라 사이의 거리 d와 삼각법을 이용하여 화면 중심축으로부터의 거리 및 각도를 계산한다.

눈의 거리 i′는

이다. 그리고, 눈의 화소 각도는 좌 화면과 우 화면에서의 각 화소 각도들을 평균하며 눈의 화소 각도 A 는

이다.

본 발명의 예시에서 한 눈의 위치가 좌측카메라에 촬영된 화면에서는 중심에서 좌측으로 165번째 화소의 위치에 있으며 우측카메라에 촬영된 화면에서는 중심에서 좌측으로 225번째 화소에 있으면 눈의 거리 i´는 두 카메라 사이의 거리 d가 60mm이고 화면의 화소대 화소각의 비가 15 대 1 일 때,

눈의 화소 각도 A 는 좌 화면과 우 화면의 화소각들의 평균이므로

이다. 여기에서 화면방향으로 수직선을 세울 때 그 수직선의 길이인 눈의 수평거리 i와, 중심축으로부터 좌, 우 방향으로 치우쳐진 정도인 수평편위(水平偏位) j는

이므로, 상기의 예시에서

이다.

본 발명에서는 이러한 방법으로 생성되는 eye_L, eye_R 여부와 수평거리 i, 수평편위 j의 값을 입체영상제어부에 전달하는 과정을 계속하여 반복한다.

컬러 영상을 표현하기 위하여 R-G-B(Red-Green-Blue) 3개의 화소 방식을 사용하는 현대의 통상적인 디스플레이 시스템은 분리된 3개 화소에서 따로 발광된 빛이 멀리 떨어져 있는 눈으로 직접 전달되는 방식(direct-view)으로 화소들이 미세한 크기로 매우 작고 또한 눈까지의 거리가 멀어 눈의 분해능의 범위 바깥에 있어 색의 합성과정이 필요 없으며 시청자가 화면에 가까이 접근하기 전에는 개개의 색을 구분하기 어렵다.

본 발명에서 고려하는 TV 등의 디스플레이장치의 경우도 컬러의 표현을 위해 미세한 3화소 방식을 채용하고 있으므로 일반적인 컬러화면을 감상하기에는 매우 적절하다. 그러나, 입체영상을 위해 미세한 화소들의 그룹과 광이 투과하는 배리어면을 화면의 기저(基底)에서 사용하는 경우에 눈의 거리를 멀리 떨어뜨릴수록 광 경로의 편차가 심하여 색 번짐이 발생하게 된다. 또한 격자무늬로 배열된 발광 화소의 패턴과 배리어 선의 경로가 잘못 설계되기 쉬워 물결무늬의 무아레(moire)의 발생이 잦아진다. 이러한 문제점은 화소의 크기가 충분히 작아지거나 화소를 겹쳐 한 화소에서 발광하는 것과 같은 효과를 낸다면 해결할 수 있다.

본 발명에서는 이 문제점을 해결하기 위한 화소의 합성구조체를 제공한다. 도 3에 대략적인 그림이 있다. RGB 3화소(301)의 형태에 맞는 3개의 볼록 수렴 면과 부채꼴로 좁아진 색의 경로와 1개의 산란 면으로 이루어진 합성구조체는 보다 많은 컬러광선의 흡수 기능, 반사 면에 의하여 중심축방향으로 모으는 수렴 기능, 그리고, 광선의 경로들이 산란 면의 중앙에서 공간으로 방사형으로 퍼져나가는 산란 기능을 적절하게 갖추어야 하며 이를 아래의 실행 예시를 통하여 상세하게 설명한다.

도 3의 부채꼴에서 3개의 원통형을 겹쳐놓은 것처럼 만들어진 형태의 흡수면은 더 많은 컬러 광선들을 흡수하기 위해 발광면(301)을 마주한다. 발광면에 근접하여 광을 흡수하는 흡수면(304)은 볼록한 형태이다. 흡수면에는 발광면을 향해 세워진 얇은 판 모양의 반사판(302)이 최소 1개 이상 있다. 좌우 대칭인 중심 흡수면의 볼록한 형태는 돌출한 볼록의 천정이 발광면에 접하고, 좌측 흡수면과 우측 흡수면인 좌와 우의 양쪽 볼록 형태는 화소의 발광면에 수직으로 세워진 반사판의 끝에서 시작한 곡선형의 원통면이 구조체의 중심축으로 다가갈수록 액정의 발광면에 접근하는 형태이어야 한다. 좌와 우의 볼록 원통면 위 부분의 빈 공간에 굴절 공간을 축소하여 컬러광의 흡수를 높이는 효과를 가진 투명한 충전재(spacer)(303)를 설치하여 발광면 부착을 쉽게 하도록 할 수 있다. 부채꼴의 부채날개 위치에 투명한 볼록 원통 형태들을 화소의 발광면에 가까이 위치하게 하고, 원통 사잇골의 짧은 반사판(302)들은 중심의 볼록 원통면의 양측 떨어지는 바닥쪽에서 발광면에 맞닿은 천정까지 짧은 길이의 반사판 형태로 제작하며, 좌와 우의 양쪽 볼록 형태들 바깥 가장자리에 위치하는 2개의 반사판(302)들은 사잇골의 반사판들보다 화소의 발광면에서 볼록 원통 형태의 천정에 이르는 길이만큼 더 넓은 구조를 가진다.

흡수면은 일정한 각도로 기울어진 반사면(306)을 지지하고 있다. 지지되는 반사면의 각도(305)는 약 15˚를 기준으로 하고 있다. 면의 길이 즉 깊이는 미리 정해진 축소비율에 따라 조절될 수 있다. 반사면의 노출된 겉면에는 전반사를 일으키는 재료가 칠해져 있어 반사작용을 한다. 예컨대 은이나 알루미늄 등을 코팅한 것일 수 있다. 부채꼴형태의 실시 예에서 반사면의 양쪽 끝은 흡수면에서 축소비율 r만큼 폭이 좁아진 산란면을 일정한 기울기로 연결하는 형태이다. 흡수면을 통과해 원통 렌즈표면으로부터의 초점을 향한 굴절과 반사면의 반사작용에 의하여 중심축으로 수렴된 여러 색의 광선들은 산란면을 투과하며 합성되어 공간으로 퍼져나간다.

산란면(307)은 최소 1개 이상의 볼록, 오목형태가 조합된 투명한 형태일 수 있으며, 산란작용을 돕기 위하여 표면 내지 표면 아래의 일부 재질을 반투명하게 하거나 칠(paint)할 수도 있다.

본 발명의 실시 예로 도 3의 부채꼴 손잡이 위치의 투명한 산란면(307)은 3개 컬러광선들이 모아져 합성된 광선이 투과하는 곳이다. 양측의 반사면을 통과하는 동안 직접 혹은, 1회 내지 2회 반사된 컬러광선들이 이곳으로 수렴되고 합성되어 투과하는 구조로 마치 1개 발광 면에서 발광하는 것과 같은 효과를 낸다. 정방형의 RGB 3화소의 폭을 1 : r로 줄이는 효과 또는 화소의 면적을 r로 축소하는 효과는 발광면에서 눈까지 빛을 전달하는 광의 경로들 전체에서 색의 번짐을 줄이고 광의 경로들을 제어 가능하게 변형하고 규칙성을 이끌어내는 효과가 있다. 산란면은 최소 1개의 볼록 또는 1개 이상의 볼록 내지 오목 형태의 투명한 세로 원통형으로 이루어져 있다. 원통의 볼록면을 통과하면서 표면의 다양한 굴절면을 투과하며 광이 산란하는 효과를 이용하여 정방형의 발광면의 폭을 상대적으로 작은 폭의 인공적인 산란면으로 축소하고 수렴된 컬러광선들을 합성한다. 이렇게 부채꼴로 변형된 원통형 투명구조체를 통해 본 발명에서 의도하는 컬러광의 흡수, 수렴 및 산란의 기능이 실시된다.

흡수면에서 산란면으로 축소된 면적의 비율을 축소비율 r이라고 한다. 이 합성구조체의 기능은 입사광선을 r의 면적으로 축소하는 것이다. 이 합성구조체는 일방향성이 있으며 양쪽 면에 대해 서로 비대칭적인 구조로 다른 기능을 한다. 예를 들어 광량의 변화 없이 화소 면적만 r 로 축소되는 정상적인 방향에 비하여 흡수면과 산란면의 위치를 뒤집는 경우 광량이 r 만큼만 투과된다.

본 발명의 실시 예에서 자세하게 설명하고 있는 3개의 볼록 면들과 그 사이 수직한 얇은 전반사면들 그리고 일정한 기울기로 조금씩 좁아지는 양측 전반사면, 1개 이상의 볼록 내지 오목 형태로 만들어진 좁은 폭의 산란 면으로 이루어진 부채꼴 모양으로 변형된 렌티큘러(fan-shape modified lenticular)라고 하고 본 발명은 이 변형 렌티큘러의 구조와 제조방법, 이를 화면에 부착하는 부착방법 등을 포함한다.

본 발명의 변형 렌티큘라는 도 4에서 보이는 것처럼 부채꼴형태가 아닌 깔대기형태(funnel-shape)로 만들어져 RGB화소를 수평적으로 또 수직적으로 축소하는 것일 수 있다.

본 발명의 변형 렌티큘라는 여러 화소들을 1개의 합성된 화소로 축소하므로 광 경로의 수를 줄이며, 따라서 제어 가능하게 하는 것일 수 있다.

본 발명의 변형 렌티큘라는 광의 효과적인 흡수를 위하여 부가적인 렌즈구조와 반사구조를 화소부착면 쪽에 가질 수 있다.

본 발명의 변형 렌티큘라는 산란면에 광의 산란을 돕는 렌즈의 구조가 더해질 수 있다.

본 발명의 변형 렌티큘라는 산란면에 광의 산란을 돕는 다양한 형태의 반투명구조가 더해질 수 있다.

본 발명의 변형 렌티큘라는 색을 합성하기 위하여 3개의 발광화소로 이루어진 기본면적을 1개의 합성화소로 합성하는 것으로 산란면의 면적이 여러 화소들의 원래의 면적과 같지 않을 수도 있다.

본 발명의 변형 렌티큘라는 흡수면의 가로 폭이 화면의 RGB 3화소의 가로 폭과 같지 않거나 변형 렌티큘라가 부착되는 면적 및 형태가 3화소의 면적 및 형태와 다를 수도 있다.

본 발명에서는 색번짐이나 무아레의 발생을 줄이기 위해 정방형으로 3개의 미세화소로 이루어진 RGB 컬러화소의 크기를 작게 축소하고 Red, Green, Blue 3개의 분리된 컬러를 1개의 산란면으로 수렴하여 색이 혼합된 합성광을 방사하는 구조로, 진행되는 광 경로의 총 면적을 작게 축소하는 변형 렌티큘러를 사용함으로써 화면과 눈 사이의 광의 경로를 제어 가능한 상태로 변화시키는 특징을 제공한다.

본 발명의 실시 예에서 부채꼴모양으로 변형된 렌티큘러는 RGB 3화소의 폭을 기준으로 제작할 수 있다. 여기서 디스플레이장치의 화면은 PDP방식, MOLED방식 등 화소발광방식, LCD방식 등의 후면발광방식, 평면CRT방식, 혹은 레이저 등 제어가 가능한 광선(beam)을 스크린의 뒤에 흩뿌려 표현하는 Projection방식 등에 모두 사용이 가능하므로 본 명세서는 화면의 종류에 대하여 상세한 설명을 하지 않는다. 예를 들어 HD TV의 RGB 화소의 폭이 1mm 미만이고, 다른 예로 컴퓨터모니터의 RGB 화소의 폭이 약 0.2mm 인 것을 고려하여 각각의 경우에 맞도록 폭과 전반사면 그리고 그 깊이를 조절하여 본 변형 렌티큘러를 제작한다. 컴퓨터모니터의 경우 발광 화소의 크기가 0.2mm정도로 매우 작아 부채꼴의 반사면 길이를 짧게 하는 구조로 제작할 수 있고, HD TV의 경우 발광화소의 크기가 0.6mm정도이므로 부채꼴의 깊이가 상대적으로 깊어지게 된다.

본 발명에서 산란면은 가로길이를 0.1mm로 하며, 또한 제작의 편의를 위하여, 0.05mm ~ 0.2mm의 범위로 제작할 수도 있다. 이 크기범위는 0.2mm ~ 1.0mm 크기범위인 디스플레이의 RGB 화소에 비해 미세하고 작다. 만일 이 폭이 0.05mm 이하로 작게 제작하는 경우엔 미세한 공정으로 제작비용이 증가하게 되고, 폭이 증가하여 0.2mm를 넘게 되는 경우에는 제어를 위한 공간이 넓어져 디스플레이장치의 크기가 커지게 되므로 오히려 제어의 정밀도가 작아져 좌우영상의 광 경로 분리에 어려움이 발생할 수 있으며 대형화되어 제작비용의 증가를 초래한다. 통상의 휴대용 영상기기 및 가정용 TV 및 PC 등에 사용되는 보통 크기의 디스플레이장치에는 0.1mm정도의 폭을 가진 산란면으로 제작하고, 만약 영화관같이 매우 다른 환경, 즉 프로젝터 방식의 대형스크린에는 1.0mm정도의 산란면 폭으로 제작할 수도 있을 것이다.

본 발명의 화소 합성구조체 즉, 변형 렌티큘러의 제작에는 먼저 RGB화소의 폭에 알맞게 끼워지는 폭이 좁은 반사격자판을 제작하고, 부채꼴의 성형 틀에서 가래떡을 뽑아내듯이 부채꼴모양의 변형 렌티큘러 몸체를 길게 성형 사출하는 방법으로 제작할 수 있다. 양측의 전반사면에 은을 코팅하고, 산란면 표면에 반투명 처리를 실시하며, 구조체보다 굴절율이 높은 재질의 역시 길게 성형된 추가되는 원통형 렌즈들을 산란 면에 부가해 끼우는 순서로 변형 렌티큘러를 조립한다. 이후 디스플레이의 화소 면에 적절하게 제작된 전반사 격자를 수직으로 부착하고 변형 렌티큘러를 그 위에 길게 부착한다. 변형렌티큘러를 화면의 위에 부착한 후에는 RGB화소의 발광면들이 꼼꼼하게 가려져 있고 정확한 간격과 방향으로 부착되었는가 확인하여야 한다. 도 5에 변형 렌티큘러의 제작 예시가 그려져 있다.

발광면에 수직방향으로 기다랗게 부착되는 변형 렌티큘러의 갯수는 화면의 수평해상도와 관계가 있다. 예컨대 10인치 미만으로 휴대형인 화면의 일반적인 수평해상도는 1024본(pixel)정도이다. 이러한 화면에서 본 발명의 실시를 위하여 부착하는 변형 렌티큘러의 수 P는 1024개이다. 또한, Full HDTV의 경우에 수평해상도는 1920본이므로 본 발명을 실시하기 위해 부착하는 변형 렌티큘러의 개수는 1920개이다. 화면 크기와 화소의 배치, 밀도가 다양하게 다르기 때문에 산란 면의 폭을 0.1mm 정도로 설계하는 것 외에는 변형 렌티큘러의 바닥 면의 크기도 각기 다르게 제작되고 측면의 전반사면의 기울기나 너비도 조금씩 다르게 된다.

본 발명의 변형 렌티큘러는 위 실시 예에서 만들어진 1920개의 변형 렌티큘러 구조체를 화면의 발광 화소(pixel) 위에 한 줄씩 부착할 수도 있다.

본 발명에서 화면 위에 변형 렌티큘러를 고정하는 것은 선 형태 내지 점 형태의 변형 렌티큘러들을 딱딱한 판형, 혹은, 부드러운 시트형태로 집합형으로 제작하고 일시에 부착하는 방법일 수 있으며, 전체를 한 번에, 혹은, 작은 부분들을 수 회로 나누어 부착할 수도 있다.

부착면의 RGB 화소들의 여러 변화 가능한 형태에 본 발명이 제한되지 않는다. 예를 들어 RGB화소의 형태는 통상 정방형으로 왼쪽부터 RED, GREEN, BLUE의 순으로 제작되나, 경우에 따라 해상도를 높이려는 목적으로 사선방향으로 배열하거나 화소 배열의 순서를 역으로 바꾸기도 하고, 수직방향으로 RGB화소를 배열하는 것도 있을 수 있다. 그러나 본 투명구조체는 RGB 화소면에 접한 3개의 흡수면에 입사하는 광선의 컬러에 제한이 없으며, 흡수, 수렴, 산란하는 합성 기능이 본시 부채꼴의 구조적 기능인 입사광선의 면적을 축소하여 통과시키는 특징에 의하므로, 컬러의 변화를 유발하는 화소의 면적이나 형태 변화와는 그다지 인과 관계가 없다. 따라서, 변형 렌티큘러의 구조가 본 발명의 특징적인 형태인 부채꼴로 만들어져 있고 이 변형 렌티큘러를 정해진 방향으로 정확한 간격으로 부착하였다면 수렴, 반사, 산란의 기능들이 작동된다고 할 수 있을 것이다.

본 발명에서 화면에 부착된 변형 렌티큘러 배열면에서 시청자의 눈으로 향하는 빛의 진행방향으로 일정거리만큼 이격한 공간에 디스플레이 화면 및 변형 렌티큘러 배열 면에 평행하게 고정되는 배리어면은 광 경로의 크기를 줄여 제어 가능하게 바꾸는 변형 렌티큘러의 기능에 시청자의 좌안과 우안에 개별적인 영상을 전달하도록 광의 경로를 제어하는 기능을 추가한다.

통상의 시차배리어를 광의 경로에서 고려하는 경우에는 화면의 일정영역에 표시되는 좌안 영상을 좌안에 보이게 하고, 우안 영역의 영상은 우안에 보이게 하는 구조로 일정 영역으로부터의 광의 경로들을 선별하여 열어주는 영역개념의 개구 배리어이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 예시에서 배리어는 화면에 표시되는 좌안의 영상을 우안에 보이지 않게 차단하고, 우안의 영상을 좌안에 보이지 않도록 차단하는 차단개념의 차단 배리어이며 또한, 좌안 영상과 우안 영상이 시간의 차이를 두고 한 화면에 번갈아 표시되는 시간차 디스플레이방식이다.

*본 발명은 미세한 광선들의 경로를 매 발광점마다 개별적으로 차단할 수 있는 섬세한 차단방식 배리어를 특징으로 하며 이 배리어면을 화면과 시청자의 눈 사이의 공간에 화면으로부터 이격 g만큼 근접하게 위치한다. 화면에서 우안의 영상이 점멸하는 순간, 배리어의 제어부는 좌안으로 진행하는 경로를 차단하여 좌안으로 하여금 우안 영상의 점멸을 볼 수 없도록 하고, 차단되지 않은 나머지 열린 각도에서 우안으로 하여금 화면의 점멸들을 관찰할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 특징적인 변형 렌티큘러 구조에 의하여 화소의 폭이 일정하게 축소되어 반사면 겉면의 비 투광성의 비 점멸 영역이 산란면 주변을 채우고 있으므로 산란면에 일대일 대응하는 액정선들만 켜고 끔으로써 광 경로를 선별하여 차단하는 제어 동작이 가능하다. 이때 비 점멸 영역에 매핑된 비 차단영역, 즉, 배리어에서 차단된 경로가 아닌 나머지의 열린 경로들을 통하여 반대쪽 눈으로 영상이 전달된다.

본 발명의 배리어의 제어는 전기를 사용한 제어방식으로 실행 예에서 전기에 반응하는 액정(Liquid Crystal)을 사용되었으며, 전압을 인가했을 때 액정이 광선을 차단하고, 전압을 제거하면 광선을 통과시키는 액정의 전기적 특성을 이용하여 전기적으로 배리어를 제어한다. 본 발명의 배리어면의 제어는 전기적인 소자를 사용하는데, 작동부분이 고정되어 있으며 전기적으로 광선의 통과를 제어할 수 있는 종류의 것으로 액정과 같은 종류의 전기적인 광 경로 제어소자와 이러한 전기회로를 구성하기 위한 전류의 흐름을 제어하는 게이트, 메모리 등의 전기 제어소자를 사용한다.

본 발명의 실시 예에서, 액정(Liquid Crystal)에 대하여 간단히 설명하고자 한다. 액정을 두 유리판 사이에 채우고 얇은 홈들을 배열한 투명한 전극을 끼운 후 전압을 인가하면 기저상태에 있던 액정분자가 일렬로 배열되어 광선의 진행을 즉시 차단한다. 인가된 전압을 제거하면 차츰 본래대로 색이 옅어지고 투명해져 광선이 진행할 수 있게 된다. 같은 원리가 백라이트(back-Light)를 구비한 LCD화면(Liquid Crystal Display)에 사용된다. 색상을 표시하는 화소들의 발광량을 미세하게 제어하기 위하여 액정에 공급하는 전압의 세기를 조절하는 방식으로 전기 제어소자인 트랜지스터와 기타 회로소자들이 결합된 TFT(Thin Film Transistor)의 배열이 사용되고 있다.

본 발명은 액정으로 채우고 전압을 가함으로써 광선의 진행을 차단하는 액정식 구조를 배리어 내에 사용할 수 있다.

액정식 배리어를 사용하는 본 발명의 실시 예에서 동일하게 액정을 사용하는 LCD방식의 화면을 영상의 표시수단으로 사용하는 경우에는 광선이 액정면을 투과할 때 생겨나는 편광(polarization) 속성을 고려하여야 한다. 따라서 액정면을 회전하여 편광축을 일치, 또는, 접근시키는 방법 등으로 최대 투과율을 가지도록 투과율을 조절하여 제작할 수 있다.

본 발명의 실시 예로 도 6에 액정을 사용한 배리어 구조를 확대하여 표현하였다. 이 도면은 양측의 유리판 사이에 미세한 홈이 있는 투명 전극 판들을 넣고 그 사이를 액정으로 채운 배리어면의 구조이다. 도 6의 실시 예에서 보인 것처럼 투명 전극 판은 세로로 매우 길고 또한 좁은 가로 폭을 가지고 있다. 투명한 전극 판 사이에 걸리는 전압의 차가 액정을 일정한 방향으로 향하게 하며 이때 일 방향으로 늘어선 액정들이 광선의 진행을 차단한다. 이러한 액정식 배리어선들(barrier lines)을 균등한 간격으로 평행하게 배열하고 그 배열의 폭을 산란 면의 가로 폭과 동일하게 제작한다. 이러한 것은 본 발명의 특징이 되는 것으로, 한 개의 가로 폭을 제어의 기본단위로 하는 비선형적인 형태가 되어 'on' 과 'off'의 최소단위를 사용하여 켜고 끔의 두 가지 변화를 가능하게 한다. 또한 이런 특징은 입체영상 제어부(stereoscopy controller)에서 전달되는 다양한 제어용 이진수배열(binary array)을 사용한 제어로써 액정식 배리어선을 다양한 형식으로 제어하도록 할 수 있는 기반이 된다.

산란면에서 시작되는 광선의 경로는 배리어의 차단되지 않은 부분을 통과하여 실내 공기로 채워진 빈 공간을 지나서 시청자의 눈에 이르는 직선경로를 순간적으로 진행한다. 이 경로는 아주 빠른 빛의 속도에 의해 찰나에 진행되지만 동시에 매우 견실하게 제어되어야 하는 미세한 경로이기도 하다. 만약 변형 렌티큘러와 같이 산란면의 폭을 미세하게 축소하는 구조체를 생략한다면 시청자의 눈을 향하는 광선들의 경로들에 빈틈이 없어져 미세하고 견실한 제어가 불가능하게 되고, 광 경로를 제어할 수 없으므로 입체영상효과를 발생할 수 없다.

본 발명에서 배리어의 배리어선 폭이 산란면의 폭과 같은 구조는 명백히 과거의 발명과 다른 것이다. 통상의 시차배리어를 이용하는 발명에서 배리어면에 그려지는 배리어 패턴의 폭은 좌안 영상과 우안 영상을 교차하여 표시하는 단위영역의 적절한 폭과 비례하는 특징이 있다. 그러나 본 발명은 산란면의 폭을 배리어의 폭과 동일하게 하여 산란면으로부터 시작해 눈을 향하는 광들의 경로를 세밀하게 제어하는 특징을 가진다. 좌안 영상과 우안 영상이 교차된 영역들을 개구부를 통해 좌우의 눈에 선별하여 보이도록 배리어면의 패턴을 정의하는 과거의 발명과 달리, 매 광원의 발광점을 제어하고, 개구부가 정의되지 않고, 매 광원마다 일정한 방향에 대하여 제어하며, 전체적으로는 'on'과 'off'의 비선형적 패턴을 사용하여 제어된다.

본 발명의 배리어선의 고정된 가로 폭은, 입체영상을 시청하는 시청범위를 의도적으로 멀게 늘이거나 의도적으로 작게 줄이는 특수한 경우에 산란면의 폭에 대한 배리어선의 폭을 일부 늘이거나 줄이는 의도적인 변경을 실시할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에서 배리어면의 대체적인 형태는 세로로 수직한 액정선의 가로배열이라고 할 수 있으며, 투명전극 사이에 옅게 채워진 액정선이 0.1mm정도의 가로 폭으로 배열된 형태이다. 이 배리어면의 배리어선의 개수는 디스플레이 화면에 부착된 변형 렌티큘라의 개수 P에 광원의 축소비율 r의 역수를 곱하여 구한다. 예를 들어 축소비율이 50%로 RGB 화소폭을 절반으로 축소한 경우엔 변형 렌티큘라 1개마다 2개의 배리어 액정선들을 구성해야 한다. 이 경우에 가로 화소수가 1024개라면 배리어선은 2048개를 배열하는 비율로 구성한다.

본 발명의 실시 예에서 HDTV의 가로 해상도 p가 1920본이고 화소면적의 축소비율 r이 20%라면 계산할 수 있는 액정식 배리어선의 액정선 수 B는 1920개의 해상도를 축소비율 0.2의 역수인 5로 곱하여 구하므로 9600개가 된다.

이 실시 예에서 9600개의 배리어선과 1920개의 발광면을 평행하게 서로 겹쳐 놓았을 때, 일정한 간격마다 규칙적으로 패턴이 반복되는 것을 알 수 있다. 1개의 발광면과 5개의 배리어 선이 계속하여 규칙적으로 펼쳐지고 반복된다. 축소비율 20%, 즉, 0.2배의 비율로 축소되었다면 5개의 배리어 선마다 1개의 발광면의 비율로 볼 수 있으며, 이를 액정식 배리어를 전기적으로 제어하는 'on'과 'off'로 표시한다면

'-off-off-off-off-on-off-off-off-off-on-off-off-off-off-on-off-'

와 같이 9600개의 전기 제어 신호가 배열된 형태로 표현할 수 있을 것이다.

이를 '0'과 '1'의 이진수로 표시하면

'……0001000010000100001000010000100001000010000100001……'

과 같이 9600자리의 이진수 B로 표현할 수도 있다. 이진수'1'과 전기적인 표시 'on', 배리어에서의 차단 배리어선, 그리고 산란면의 발광 위치들은 서로 연관되어 있으며, 논리적인 이진수값이 게이트 집합에서 전기적인 제어신호로, 배리어에서 광의 경로를 차단하는 패턴으로 계속 연결되어 동작하며 서로 등가가 된다.

본 발명의 실시 예에서 공기 중으로 퍼지는 광의 경로들을 배리어면에서 차단하기 위해서는 아래의 예처럼 변형 렌티큘러의 산란면들이 있는 위치에 '1'과 빈 공간에 '0'이 반복되는 원형패턴 B₀을 가질 수 있다. RGB 화소 면적에 대한 산란면의 축소비율 r이 50%이면

'……10101010101010101010101010101010101010101010……'

의 패턴이 되고, 축소비율 r이 33.3%이면

'……00100100100100100100100100100100100100100100……'

축소비율 r이 25%이면

'……00100010001000100010001000100010001000100010……'

축소비율 r이 20%이면

'……00100001000010000100001000010000100001000010……'

축소비율이 16.7%라면

'……0001000001000001000001000001000001000001000……'

의 패턴을 가진다.

본 발명은 이진수의 배열을 광의 경로를 제어하기 위해 배리어의 액정선을 제어하는 신호패턴 B로 사용한다.

본 발명은 이진수의 '1'로 액정을 켜거나, 이진수의 '0'으로 액정을 끄는 제어동작과 이진수의 '0'으로 액정을 켜거나, 이진수의 '1'로 액정을 끄는 제어동작을 모두 포함한다.

본 발명은 광의 경로를 제어하기 위한 다양한 패턴들로써 다른 경로를 모두 차단하고 제어하기를 원하는 광의 경로만 투과하는 투과패턴을 사용할 수도 있다.

본 발명은 보다 다양한 제어동작과 넓은 적용범위를 위하여 이진수, 4진수, 8진수, 16진수 등의 2의 n제곱 승을 기반으로 하는 다양한 진수의 배열을 사용할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에서 이진수 배열이 게이트 집합을 통과하면서 배리어의 액정전극에 전압을 인가하는 기능을 하는 것을 보였다. 이 게이트 집합의 구조는 기억소자인 레지스터와 제어소자인 트렌지스터 등 회로소자의 조합으로 되어 있으며, 본 발명에서 사용하고 있는 곱하기(AND)연산, 시프트(Shift)연산 등을 효과적으로 처리할 수 있어야 한다. 하기에 자세히 설명된 본 발명의 실시 예에서 볼 수 있듯이 본 발명에서 요구하는 OR연산, 시프트연산 등을 처리하는 회로라면 어떠한 전자회로를 사용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 따라서 본 실행 예에서는 게이트 회로집합의 세부적인 면에 대한 자세한 설명을 하지 않는다.

본 발명에서 배리어를 제어하는 게이트 집합은 매 액정선마다 개별적으로 구성되는 구조일 수 있다.

본 발명에서 배리어를 제어하는 게이트 집합은 본 발명의 실행 예와 같이 여러 개의 작은 모듈로 이루어져 전체 배리어선들을 제어하는 집적회로의 조합으로 구성되는 구조일 수도 있다.

본 발명에서 배리어를 제어하는 게이트 집합은 한 개의 모듈로 이루어져 전체를 일괄적으로 제어하는 단일집적회로 구조일 수도 있다.

본 발명에서 배리어를 제어하는 게이트 집합은 상위의 입체영상제어부 내에 포함되어 하위의 배리어 액정선을 간접적으로 제어하는 구조일 수도 있다.

통상의 시차 배리어는 눈의 위치를 결정하는 시차 배리어선의 패턴이 정해져 있으며 이렇게 정해진 패턴에 의해 정해진 위치에서 입체영상을 감상할 수 있었다. 통상의 시차 배리어는 투명한 필름에 세밀하게 그려진 좌안과 우안을 위한 입체 영상의 패턴을 인쇄하거나 그림을 그려 움직일 수 없도록 고정하고, 한 개의 화면을 세로로 길게 쪼개어 적절한 좌안과 우안의 영역들로 분리하여, 좌안 또는 우안의 입체영상의 광 경로들이 세로로 분리된 화면영역의 다른 발광 화소들에서 출발하게 된다. 각기 다른 영역에서 출발한 좌안 영상, 우안 영상의 광 경로들은 나눠진 영역에 대하여 비례적이며 알맞은 거리와 각도를 가지도록 부드럽게 잘 그려진 시차 배리어 패턴의 동일한 개구부를 통과하여 좌안과 우안을 목적지로 하여 서로 다른 각도를 가지고 공간을 진행한다. 통상의 시차 배리어는 필름 등에 그려져 교차 표시된 좌안 영상과 우안 영상의 섞임을 방지하는 역할을 하며, 액정을 사용하는 방식의 몇몇 시차 배리어도 동일한 원리의 시차 패턴을 사용하고 있으므로 입체영상을 감상할 수 있는 눈의 위치를 변동하기 어렵다.

본 발명에서 배리어는 배리어의 패턴이 먼저 고정되지 않고 눈의 다양한 위치마다 다양하게 달라지는 패턴을 적용하는 방식으로 눈의 위치에 제한이 없는 특징이 있다. 이를 위하여 배리어면에 세밀하게 균등간격으로 채워진 액정선들의 집합을 적당한 단위길이로 나누고, 이렇게 나눠진 단위길이들을 개별적인 논리 집합인 것처럼 취급한다. 단위길이 내에서, 모든 발광 면들에서 수직의 위치에 놓인 액정 선으로부터 일정한 각도만큼 벌어져 위치한 액정선들을 차단하는 제어 패턴에 의하여 진행하는 광의 경로들을 같은 각도로 제어하며, 옆 단위길이 내의 발광 면에서 시작하는 광 경로도 약간 더 기울어진 각도로 변경된 제어 패턴을 사용함으로써 눈이 위치한 공간상의 한 점을 향한 변경되는 광의 경로들에 적절히 제어한다. 배리어면을 물리적으로 밀어 움직이지 않고 한 칸씩 밀려있는 패턴신호에 의하여 전기적으로 패턴의 액정 선들을 1자리씩 밀어 옮기는 것과 같은 효과를 내는 방식을 취한 것을 본 발명의 특징적인 부분이라 하겠다. 배리어의 패턴을 실제로 밀어뜨리지 않으나 단위길이 내 배리어 선의 'on'/'off' 패턴을 눈을 향한 중심방향으로 일정단위만큼 똑같이 이동시키므로 마치 밀어뜨리는 것과 동일한 효과를 낸다.

본 발명에서 동일한 단위 길이 내의 모든 광원의 경로는 동일한 각도로 배리어와 눈을 향하고 서로 평행하다. 단위길이 중앙의 광의 경로는 눈의 정확한 중앙을 향하며, 단위길이 양끝의 광의 경로는 중앙의 광의 경로와 평행하고 목표로 하는 눈의 양 옆으로 단위길이 절반만큼 떨어진 지점을 향한다. 이러한 매 단위길이마다 1자리씩 제어용 이진수를 미끄러뜨림의 결과로서 화면의 모든 광원에서 출발한 광선이 제어패턴이 적용된 배리어면을 거치며 공간의 한 지점을 향하여 모이는 경로들을 진행할 수 있다. 실제로는 차단된다는 것을 제외하면, 마치 넓은 볼록렌즈에서 광선이 굴절하여 초점을 향하는 렌즈의 수렴효과와 같다.

이를 단위시프트(unit shift)이라고 한다. 이를 도 7과 도 8에 보였다.

본 발명은 단위시프트라는 연산도구에 의하여, 다양한 시청자의 거리에 따라 배리어면 제어 패턴을 생성하는 방법을 실시 예를 통하여 자세히 설명할 수 있다. 도 7에서 보이는 것처럼 입체화면의 가로길이를 단위길이 m으로 나눈다. 나누는 단위길이는 화면의 가로길이가 1280mm 일 때 눈과의 거리 i에 대략적으로 다음 관계를 가지는 것으로 한다.

화면의 폭이 넓어 입체영상을 감상하기에 충분하리만큼 먼 거리 i에서 시청하는 경우, 예를 들어, 화면과 눈과의 거리 i′가 3000mm라면 시프트연산을 위한 단위길이 m은 23.4375mm일 것이다. 그러나 여기에서, 배리어선의 최소단위인 액정선의 폭이 0.1mm이이므로 단위길이 m을 구하기 위한 값 i의 측정단위는 12.8의 배수로 표현되어야 한다. 예를 들어 3000mm보다 작은 12.8의 배수는 2995.2mm이며 큰 배수는 3008mm이다. 2995.2mm일 때 단위길이 m은 23.4mm이며, 3008mm일 때 단위길이 m은 23.5mm이다. 눈과의 거리가 5120mm일 때 단위길이 m은 40mm 이고, 2560mm일 때 단위길이 m은 20mm 이며, 1280 mm일 때 m은 10mm 이다. 알아보기 쉽도록 그려 놓은 도 9의 표를 참조하기 바란다.

그러나, 만약 디스플레이장치가 휴대형으로 작다면, 즉, 휴대통화장치(mobile communication equipment)이나 팜탑(palm-top computer), 개인휴대정보단말기(PDA) 같은 경우처럼, 가로폭 L이 작아 근거리에서 시청하는 기기의 경우처럼 디스플레이 장치의 작아지는 크기 같은 주변 환경의 변화에 의해 단위길이 m의 길이를 조절할 경우가 있을 것이다. 다양한 경우들을 위해, 아래에 더 일반적인 식이 있다.

또한, 단위길이 m은 시청거리 i와 이진수에 대해 아래의 관계가 있다.

단위길이는 화면의 가로길이가 길어 더 먼 곳에서 볼 수 있으면 더 길며, 가로길이가 짧아 가까이에서 본다면 더 짧다.

본 실시 예에서 단위길이 m은 전체적으로 균등한 것으로 하였으나 본 발명은 미리 정해놓은 평균시청거리에서 원활하게 동작하도록 하기 위하여

의 비율로 배리어면의 단위길이 m′및 액정선폭 f′을 작게 할 수도 있다.

본 발명에 있어 입체영상제어부가 배리어를 제어하기 위하여 나누는 단위길이는 상기의 실행 예와 같이 화면의 중심에서 가장자리로 갈수록 변화가 없이 균등한 단위길이일 수 있다.

본 발명에 있어 입체영상제어부가 배리어를 제어하기 위하여 나누는 단위길이는 화면의 중심에서 가장자리로 갈수록 지수적으로 증가하는 단위길이일 수 있다.

본 발명에 있어 입체영상제어부가 배리어를 제어하기 위하여 나누는 단위길이는 화면의 중심에서 가장자리로 갈수록 눈을 중심으로 하는 각도의 증가에 따라 호도법에 의해 증가하는 단위길이일 수 있다.

입체영상제어부가 배리어를 제어하기 위하여 나누는 단위길이의 패턴은 화면의 크기가 충분히 작고 시청거리가 짧은 경우 동일한 너비의 개구부와 폐구부가 반복되는 전형적인 시차배리어의 패턴과 같아질 수 있다. 따라서 본 발명은 시차배리어를 매우 복잡한 형태로 변형시킨 일종의 변형 시차 배리어라고 할 수도 있을 것이다. 그러나 본 발명을 입체영상의 실제적인 표현방식에서 보면 좌안 영상과 우안 영상을 시간적으로 분리하여 동작하는 방식으로 안경이 사용되는 셔터글라스방식에 더 가깝다.

본 발명의 실시 예에서 2ⁿ이 화면의 가로길이 L에 비례하며, 단위길이 m은 시청거리 i와 화면의 가로길이 L에 대하여 도 9의 표와 같은 관계가 있다.

본 발명의 실시 예를 도 9의 표에 의하여 설명하면 화면의 가로길이 L이 1280mm이며 2n이 128일 때 단위길이는 2.5mm 에서 40mm 이며, 이때의 시청범위는 단위길이 2.5mm에서 320mm 이고, m이 5mm에서 시청거리 640mm, m이 10mm에서 시청거리 1280mm, m이 20mm에서 시청거리 2560mm, 단위길이 40mm일 때 5120mm 이다. 같은 요령으로, 화면의 가로길이 L이 640mm 라면, 입체영상의 시청가능거리는 160mm에서 2560mm의 범위를 가질 것이다. 도 10의 표에 같은 내용을 담았다.

다양한 화면크기와 다양한 시청거리에 따라서 배리어선이 포함된 단위길이들을 제어하기에 적합한 비율이 매우 다양해져 2ⁿ승의 값으로 나누지 않아도 본 발명은 실행이 가능하다. 즉, L = 1000mm 일 때, 단위길이는 시청거리 i를 나눔에 있어 100으로 2ⁿ을 대체하여 나눌 수도 있다. 본 실시 예에서 2ⁿ승을 보이는 것은 이진수로 이루어지는 배리어의 패턴을 제어하기에 가장 효과적이기 때문이다. 또한, 더 미세한 액정선을 사용하여 본 발명을 실시하는 경우에 2의 승수 n을 증가시킬 수도 있다.

본 발명에서 배리어의 제어패턴을 나누는 단위길이는 화면의 크기, 시청거리, 배리어면의 이격거리, 액정선폭 등의 변화에 의한 다양한 길이가 가능할 수도 있다.

본 발명에서 배리어의 제어패턴에 의한 시청거리는 단위길이에 이진수의 n제곱승의 길이와 비례한다.

화면의 가로길이에 따라 권장되는 시청범위가 도 8의 표와 같으며, 양 눈 사이의 거리가 변동되지 않는 것을 이유로 하여, 본 발명의 실시를 위한 표의 예시에서는, m을 대략 40mm 이하의 길이를 사용하는 것으로 한다. 한편으로 본 발명에서 가능한 단위길이의 가능한 최대 범위는 눈 사이의 거리인 60mm 미만이다. 그 이유로 단위길이 양끝의 광의 경로는 눈의 좌와 우를 스치는 경로인데 양 눈 사이의 거리는 단지 60mm이므로 단위길이 m이 60mm에 근접하는 경우, 좌안 영상과 우안 영상이 모이는 좌안과 우안의 시점범위가 서로 교차하여 입체영상의 시청이 불가능할 수 있기 때문이다.

따라서, 만약 동일한 길이의 화면으로 더 먼 거리에서 시청하고자 한다면 단위길이를 늘이기보다는 이격을 늘이거나 배리어선을 더 미세하게 제작하기를 권한다.

입체영상을 제어하는 제어부에서 배리어로 전달하는 제어용 이진수 B는 좌안 영상 타이밍용 B_L과 우안 영상 타이밍용 B_R의 2 종류이다. B_L 은 각 산란면에서 우측 눈을 향하는 광의 경로를 차단하는데 사용되는 이진수이고 B_R 은 좌측 눈을 향하는 광의 경로를 제어하는 이진수이다. 알맞은 단위길이 m으로 조각내어 각각을 제어함으로써 연속적이지 않은 액정식 배리어면에 적용한다.

입체영상제어부는 제어용 이진수를 계산하여 저장한 후 배리어에 전달한다. 예를 들어, 제어용 패턴 B₀는 축소비율 r이 20%인 경우, 액정선 배열에 산란면 배열을 일대일로 중첩하여 표현한 기본패턴

'……000010000100001000010000100001000010000100001000……'

을 사용하며 액정선 20개에 해당하는 2mm를 단위길이로 하고 m으로 나누면,

'…… 00001000010000100001 00001000010000100001 000010001000010001 ……'

과 같이 동일한 패턴이 반복되게 된다.

발광화소에서 시작한 광의 경로가 배리어선을 통과하여 수직으로 공간을 진행할 때의 이진수의 패턴이 기본패턴 B₀이다. 목표가 되는 눈의 위치가 화면에 대하여 수직의 방향에 있을 때 b₀ 와 B₀의 패턴이 서로 일치하고 이때 눈의 위치에서 볼 때 최단거리의 즉, 화면방향으로 수선을 내렸을 때 그 수선에 가까운 액정면에서는 광의 경로가 차단되어 화면의 발광화소들이 보이지 않는다. 그리고 내려진 수선에서 단위길이의 절반만큼 멀어지면서부터 산란면들의 점멸이 보이기 시작한다.

기본패턴 B₀ 를 사용해 배리어를 제어할 때, 화면을 향해 내려진 수선에서부터 단위길이의 절반만큼 멀어진 지점부터 산란면들이 보이기 시작하므로, 그 다음 단위길이의 액정선의 집합은 배리어의 패턴을 중심축 방향으로 조금 이동할 필요가 있다. 배리어에 의해 차단된 광의 경로 직선이 중심축 방향으로 각도가 벌어져 약간 치우쳐지게 하여 눈의 위치를 향하여 해당영역의 산란면도 차단되어 보이지 않도록 광의 경로를 조절하는 것이다. 예컨대

'……00001000010000100001000010……'

'…… ^ ^ ^ ^ ^ ……'

이 단위길이의 패턴에서 시프트연산을 실시하고, 끝의 한 자리를 삭제하여 중심축방향으로 1자리씩 밀리도록 하면

'…… 0000100001000010000100001……'

'…… ^ ^ ^ ^ ^ ……'

와 같이 수직으로 일치하던 패턴의 기울기가 우측으로 밀리는 것을 볼 수 있다.

산란면에서 시작된 광의 경로의 직선이 약간 뒤쪽으로 밀려난 배리어의 차단 패턴을 통과함으로써 목표가 되는 눈의 위치를 향하도록 기울기를 조절할 수 있다. 이러한 처리는 앞서 설명한 이진수의 시프트연산을 이용한다. 패턴 Bm에 이진수의 2의 -1제곱승 즉 0.5를 곱하여 중심축방향으로 약간 밀리도록 하여 광의 경로를 조절한다.

액정식 배리어면을 화면 중심축을 기준으로 단위길이 m으로 나눈다.

‘…… m₇, m₆, m₅, m₄, m₃, m₂, m₁, m₀, m_-1, m_-2, m_-3, m_-4, m_-5, m_-6, m_-7, ……’

‘…… Bm₇, Bm₆, Bm₅, Bm₄, Bm₃, Bm₂, Bm₁, Bm₀, Bm_-1, Bm_-2, Bm_-3, Bm_-4, Bm_-5, Bm_-6, Bm_-7, ……’

와 같이 순서를 정한다. 이런 방식으로 나뉘어진 단위길이들(units)을 중심축을 향해 단위시프트(unit shift)를 실시한 후 다시 합쳐 한 개의 패턴 B를 산출한다.

이를 수학식

으로 간단히 할 수도 있다.

다양한 거리만큼 떨어진 눈의 위치를 향하여 단위길이마다 2^-1 씩 시프트연산을 실시한다.

상기 식은 좌측에서만 시프트연산을 실시하는 방법으로 좌측에서는 2의 -n제곱승을 곱하고 우측에서는 좌측의 이진수 패턴을 중심축을 기준으로 뒤집는 방법으로, 중심축을 향하여 차단패턴을 균일하게 이동시킨다.

단위길이의 기울기를 제어하는 과정이 도 8에 그려져 있다. 매 단위길이마다 빠지지 않고 실시된 단위시프트들의 결과로, 화면크기 L이고 시청거리 i일 때, 모든 광의 경로들이 눈이 위치한 공간상의 한 점을 향하도록 제어할 수 있는 이진수 패턴이 생성된다. 이 패턴은 도 11의 표와 같이 화면의 크기 L과 눈의 거리 i에 따라 미리 계산하여 메모리에 저장하여 둠으로써 입체영상제어부의 처리를 신속하게 진행하도록 한다. 입체영상TV를 제작할 때부터 미리 계산된 제어패턴들을 저장장치에 저장하여 둠으로써 안위인식부로부터 눈의 거리 i를 전달받는 즉시 해당하는 패턴 Bi를 읽어 들이고, 배리어면에 전달하여 배리어에서 광경로 수렴(convergence)제어를 실시할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시 예로 화면길이 L이 160mm인 PC모니터에서 눈의 거리 i에 따라 달라지는 제어용 이진수패턴 Bi의 저장 데이터의 예시를 도 11의 표에 보였다. 실제 패턴은 1600개의 이진수로 이루어져 있으며, 본 표의 예시에서는 패턴의 중심축에 가까운 부분인 Bm_-1, Bm₀, Bm₊₁만 예를 들어 표시하였다.

눈의 거리 i에 의해 저장되었던 Bi₀는 화면에서 수직으로 세운 중심축에 눈의 위치하는 특수한 경우에만 초점을 구성하도록 배리어를 동작하는 제어패턴이다. 그러나 실제로 같은 수평거리임에도 시청자의 눈의 위치는 좌측이나 우측으로 다양하게 치우칠 수 있어 매우 임의적이므로 메모리에 전달된 패턴 B₀를 적절하게 변환해야 한다. 화면의 좌측에서 시청하는 눈을 위해서는 제어패턴 Bi₀를 좌측으로 적절히 밀어서 움직여야 하고, 만약, 우측으로 치우친 곳에 시청자의 눈이 있으면 그 치우친 정도 즉, 편위만큼 적절한 자릿수 이동이 있어야 한다. 부분적인 패턴의 변화가 아닌 패턴 Bi 전체의 이동동작이므로, 마치 패턴 무늬를 그려 넣은 1장의 필름을 화면의 좌측 또는 우측에서 부드럽게 밀고 당기는 것과 흡사한 처리과정이다. 이런 밀고 당김을 제어 패턴을 연산처리하여 이진수적으로 실시하는 것을 본 발명의 패턴 슬라이딩(pattern sliding)이다.

본 발명의 패턴 슬라이딩은 좌측 혹은 우측으로 치우쳐진 눈의 위치값에 정비례하여 밀리거나 당겨진다. 눈의 치우쳐진 위치값 즉, 화면의 중심축에서부터 눈까지 가로방향으로 거리를 잰 것을 눈의 편위 j라고 하고, 화면의 가로길이의 2배이며 평균시청거리인 I에서의 j를 특정하여 J라고 한다.

눈의 편위 j에 의한 패턴 Bi의 슬라이딩 거리는 다음 식에 의한다.

만약 N_j가 소수점미만 값을 가지는 경우는 정수부분의 값만을 Nj_fixed라고 하며, 소수점부분의 값을 Nj_decimal이라고 하고 해당하는 Nj_decimal에 r의 역수를 곱하여 Nj_fixed 에 더한다.

여기서 제어패턴은 미세한 액정식 배리어선을 기본단위로 하므로 소수점 미만의 값을 가지지 않는다. 만일 소수점 미만 값이 있는 경우, 그 나머지는 계산하지 않고 그 나머지에 해당하는 자릿수에 축소비율r의 역수를 곱하여 전체 패턴을 실제로 밀어버린다. 소수점까지의 Bj_fixed는 패턴을 슬라이딩하여 광의 경로의 기울기를 조절하는 역할이고, 소수점 1이하의 Nj_decimal는 눈을 향하여 패턴을 화소단위로 움직여 중심축을 슬라이딩하는 역할이다. 따라서, 눈의 수평편위 j를 전달받고 읽어들인 패턴 B0에서 액정선의 최소단위까지 각도를 조절하고, 그 이하는 화소의 폭단위로 패턴의 중심축을 눈으로 치우치게 하는 방법으로 패턴슬라이딩을 실시하여 눈의 다양한 위치에 정확히 수렴하도록 광의 경로를 제어한다.

입체영상제어부에 i값과 j값이 전달되면 먼저 i값에 알맞은 기저장된 배리어 패턴을 불러 온 후 편위값 j를 이용하여 불러온 배리어 패턴 전체를 패턴슬라이딩 한다. 제어용 이진수 B 에 2의 Nj제곱승을 곱하는 시프트연산을 실시함으로써 배리어를 제어하는 이진수의 패턴이 배리어면에서 좌향 또는 우향으로 미끄러지게 하여 중심축에 놓인 광의 경로 수렴방향이 정확히 눈을 향하도록 조절된다.

본 발명은 변형렌티큘러와 차단배리어에 의하여 동시에 여러 사람이 입체영상을 시청할 수 있도록 하는 다중시점(multi-view)을 지원하는 기능을 가진다. 인체의 눈 역할과 같이 좌와 우의 카메라 2대에서 안위검색부를 거쳐 실시간으로 눈의 다양한 위치 값 i, j 가 전달되므로 이를 좌와 우로 분류하여 패턴들을 생성한 후 좌안용 차단패턴들을 서로 더하고, 우안용 차단패턴들을 서로 더하여 좌안용 차단패턴 1세트와 우안용 차단패턴 1세트를 완성한다. 그 방법으로, 좌안용 패턴들은 좌안용 패턴들끼리, 우안용 패턴들은 우안용 패턴들끼리 OR연산(OR operation)을 실시한다. 여기서 OR연산은 이진수의 한 연산형태로 '0'과 '0'을 더하면 '0'이 되고, '0'과 '1', '1'과 '0', '1'과 '1'을 더하면 '1'이 되므로, 이진수의 패턴들을 서로 더하고 중첩하는 효과가 있다.

좌안과 우안으로 구별되어 배리어에 전달되는 이진수의 배열이 여러 쌍이 있는 경우 즉, 다수의 시청자가 있어 추적되는 눈의 위치가 여러 개인 경우는 각각의 i와 j를 받는 즉시 계산하여 제어용 패턴 B_L1, B_R1, B_L2, B_R2, B_L3, B_{R3 , ……} 와 같이 제어용 이진수 패턴들을 순서대로 생성한 후, 좌안 패턴은 좌안 패턴끼리, 우안 패턴은 우안 패턴끼리 같은 그룹의 패턴들만 묶어 OR연산을 실시함으로써 좌안용 패턴과 우안용 패턴이 포함된 새로운 패턴 1쌍을 생성한다.

이렇게 만들어진 B_L과 B_R을 입체영상화면의 좌측영상과 우측영상의 동기신호에 알맞은 적절한 타이밍에 배리어에 전달하여 좌와 우의 프레임이 30회, 즉 1초당 60프레임에 해당되는 제어 동작을 실시한다.

1 시점의 패턴 여러 개를 OR연산을 실시하여 중첩하고 다중시점을 가진 하나의 패턴으로 재생성하는 것을 다시점화(multi-visualization)이라 하고, 다시점화를 실시함으로써 시점에 따른 프레임의 증가 없이 동시에 여러 시청자가 같은 입체영상을 보는 것이 가능하게 된다. 화면에 좌안 영상과 우안 영상을 교대로 디스플레이하는 과정을 최대 60프레임으로 제한하게 되므로, 본 발명의 액정식 배리어에 있어 전기적인 제어에 느리게 반응할 수밖에 없는 액정의 단점을 효과적으로 보완하는 특징이 있다.

차단되는 광의 경로들이 좌안과 우안에서 서로 중복이 되는 경우 즉, 여러 명의 입체영상시청자가 있을 때 눈의 위치와 광의 경로가 좌안과 우안에서 서로 중복되는 경우가 발생할 수도 있다. 시간적으로 서로 교차하여 표현되는 좌안 영상과 우안 영상에서 액정 배리어선이 중복 차단되면 입체화면에 '검은' 세로줄이 생겨난다. 이 경우에는 아래와 같이 차단 배리어의 액정선에 가하는 전압을 적게 공급한다.

화면의 '검은' 세로 부분은 원래 열려 있어야 할 광의 경로가 다른 시청자의 눈을 향한 광의 경로를 차단하려는 배리어선들의 의도적인 제어패턴으로 인하여 봉쇄되는 것이다. 본 발명에서는 동일한 시청자의 두 눈을 향한 다른 경로는 서로 섞이지 않는다. 그러나, 동일한 화면을 시청하는 다른 시청자의 눈의 위치가 안위인식부에서 추적되면 기존 시청자의 눈을 향한 차단경로를 제외하고 열려있어야 할 나머지 제어패턴의 빈 자리가 하나씩 채워지기 시작한다. 따라서 좌안 영상에서도 봉쇄되고, 우안 영상에서도 봉쇄되는 '검은' 영역이 생겨나게 된다. 이것을 방지하고자 AND연산을 사용한다. 예를 들어 좌안 영상 타이밍에 사용되는 제어용 이진수 패턴 B_L을 바로 버리지 않고 잠시 저장한 후 다음 우안 영상 타이밍에 사용되는 B_R 패턴값과 AND연산을 실시한다. AND연산은 두 값에 모두 '1'이 있을 때만 '1'을 출력하는 결과를 가져온다. 배리어의 게이트집합에서 현재의 B_R값과 직전에 임시 저장된 B_L값으로 AND연산을 실시한 출력값은 '0'과 '0', '0'과 '1', '1'과 '0' 입력에서 '0'의 출력이 나오며, 이 때 배리어선에 연결되는 전기회로에 정상전압을 공급하며, '1'과 '1'의 입력에서 '1'이 출력되는 경우에 배리어선의 전기회로에 저항의 회로를 부가하여 연결함으로써 액정선에 공급되는 전압을 낮게 하여 투과하는 광선의 음영를 조절하여 '검은' 부분을 방지한다.

또한, 좌안 영상과 우안 영상의 광 경로의 혼잡(cross-talk)현상의 방지를 위해 입체영상을 표현하는 발광면 즉, 화면에서 AND연산의 출력이 '1'이 되는 해당 발광면적의 발광량을 감소하며 해당하는 배리어의 액정선의 차단을 잠시 보류하는 방법으로 동일한 효과를 줄 수 있다.

본 발명에서, 이러한 '검은' 부분을 방지하는 과정은 입체영상을 화면에 제공하는 입체영상제어부에서 제어용 이진수 차단패턴에 AND연산을 미리 실시하여 차단패턴의 공백 부분에 해당하는 영상영역을 구별한 후, 그 영상영역의 선명도를 높이고 입체감을 강조하는 방법을 사용하여 실시될 수도 있다.

또한 본 발명은 상기의 과정을 입체영상을 화면에 제공하는 입체영상제어부에서 해당되는 영역에 입체감이 없는 평면영상을 표현하고 매 짝수 프레임마다 좌우 1회씩 좌안 영상과 우안 영상을 입체감을 강조하여 표현하는 방식으로 입체영상 프레임 타이밍을 줄여 평면영상과 입체영상을 시간적으로 조절해 표시하는 방식으로 입체감의 표현빈도를 작아지게 하는 방법을 사용하여 실시될 수도 있다. 상기의 입체감 표현의 빈도는 시청자가 1인일 때 매 초당 30프레임이며 시청자가 1인씩 증가할수록 반비례하여 적어지는 것으로 한다. 상기의 해당영역에 입체감이 없는 평면영상을 표시할 때 보류된 제어패턴으로 인해 해당되는 베리어 영역을 그냥 투과하는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 실시 예에서, 입체감이 없는 평면 영상을 생성할 수 없다면, 해당하는 영역을 더 세분하여 좌안 영상과 우안 영상을 교차하여 표시함으로써 세로로 긴 좌안 영상과 세로로 긴 우안 영상을 번갈아 표시하는 통상의 시차배리어(parellex barier)방식으로 표시하여 가로해상도를 절반으로 줄이고 입체감을 살리는 보상방법을 실시할 수도 있다. 상기 영역의 좌안 영상과 우안 영상의 좁다란 영역의 반복에 결합되는 배리어 영역은 좌안 영상영역에서는 좌안 방향을 통과하고, 우안 영상영역에서는 우안 방향을 통과하는 통상적인 시차패턴을 그대로 따르는 것으로 한다.

본 발명의 특징인 다 시청자들을 입체영상을 시청할 수 있게 하는 보상과정이 AND연산으로 실시됨을 처음의 실시 예를 통하여 다시 상세하게 설명한다.

배리어면에 제어용 이진수 B가 전달되면 배리어선에서 'on'/'off' 동작으로 표현이 된다. 이 동작은 배리어의 액정선이 직접 연결된 게이트 집합에서 제어한다. B의 '0', '1' 값은 정해진 위치의 게이트에 입력되어 'on' 또는 'off' 동작을 결정한다. 이때 '1'값은 회로 상에 잠시 저장한다. 일정시간 후 다음 타이밍에서 전달되는 반대쪽 눈을 위한 이진수 값과 비교하여 만일 그 값이 서로 '1'로 같은 경우 해당하는 액정 선에 공급하는 전압을 낮게 하여 액정 선을 통과하는 광량을 조절한다. 이런 방식으로 차단하는 광선의 차단율을 작게 하여 눈에 공급하는 광선의 총량을 보상한다. 이 처리과정을 꼭 필요로 하는 '검은' 세로줄에 해당하는 광의 경로는 시간적으로 분리되어 좌안과 우안으로 번갈아 향하게 되는 전후 과정의 광의 경로들이 배리어면에서 모두 봉쇄되므로 양 눈에서 볼 수 없는 '검은' 지점이다. 차단 광의 경로가 겹치는 영역이 매우 작고 매우 짧은 시간 동안 봉쇄된다면 이를 무시할 수도 있으나 액정선을 사용함으로써 배리어를 비선형적으로 제어하는 본 발명의 특성상 '검은' 경우가 자주 발생하여 화면영역에 있어 부분적으로 입체영상시청이 제한되는 문제가 발생할 수 있으므로 해당 광의 경로에서 좌안 영상과 우안 영상을 시간적으로 계속하여 표현하는 동시에 액정선에서 옅게 차단함으로써 눈에 공급되는 광선의 밝기를 보상하여 입체감이 감소한 선명도가 흐려진 영상을 사용하는 방법으로 다중시청자의 경우에 발생할 수 있는 '검은' 세로줄현상을 방지한다.

좌안 영상과 우안 영상의 두 차례의 타이밍에 각각 배리어면에 전달되는 제어용 이진수 패턴에 기반하여 이진수의 AND연산을 실시하고 도출된 결과값을 이용하여 배리어의 일부 액정선을 반투명하게 제어함으로써 적절한 밝기를 보상하여 화면의 검은 세로줄을 제거하고, 좌안 영상과 우안 영상이 같은 영역에 흐리게 겹쳐 표현되어 해당하는 부분에서 선명도가 줄어 입체영상의 화면을 보정하는 입체영상 다중 시청자들을 위한 밝기 보상구조를 광량보상(brightness compensation)라 하며, 본 발명에서 이러한 이진수의 AND연산에 의해 입체영상 시청 불가능 영역을 보상하여 시청이 가능한 영역으로 바꾸는 기능의 배리어 및 입체영상제어부에 부가되는 입체영상보상기(stereoscopy compensator)를 본 발명의 특징으로 한다.

본 발명의 입체영상보상기는 배리어 제어부에 있을 수 있다.

본 발명의 입체영상보상기는 입체영상제어부에서 배리어면 및 화면을 동시에 제어하는 구조일 수도 있다.

본 발명의 입체영상보상은 발광 화소의 발광량과 배리어면의 제어시간을 조절하여 실시될 수도 있다.

본 발명의 입체영상보상은 입체영상과 평면영상을 같이 사용하여 입체영상을 표현하는 빈도 내지 영역을 줄이는 방법으로 실시될 수도 있다.

본 발명은 만일 입체영상화면으로부터의 광량이 매우 충분하고, 눈의 위치를 추적하는 기능이 매우 정확하게 실시간으로 이루어진다면, 좌안 영상에서 우안을 차단하고, 우안영상에서 좌안을 차단하는 본 발명의 차단식 배리어를 움직이는 이진수 패턴의 최종 값을 '0'은 '1'로, '1'은 '0'으로 하는 약간의 수정을 거친 후, 좌안 영상에서 좌안의 경로를 열고, 우안 영상에서 우안의 경로를 여는 투과식 배리어로 바꿀 수도 있다. 투과식 배리어는 화면의 내용을 원하지 않는 사람에게 보이지 않게 제한할 수 있는 보안적인 기능이 있다.

본 발명은 행렬로 확장가능한 이진수의 패턴을 사용한다. 따라서, 부채꼴의 변형 렌티큘러를 사용하지 않고 도 4의 우측에 그려진 피라미드꼴 혹은 깔때기꼴의 변형 렌티큘러를 사용하며, 안위인식부에서 수평거리 i, 수평편위 j를 전달함은 물론 촬영된 화면에서 수직방향 화소각까지 계산하여 수직편위 k값을 포함해 전달하며, 배리어에서 수평방향으로 중첩된 액정선(line)을 높이에 따라 미세하게 잘라 제어선을 각각 추가하여 '수평×수직'으로 배열된 점(dot) 방식으로 하고, 이렇게 추가된 수직 차원의 값들과 행렬 패턴들을 계산 또는 제어하는 과중한 방법을 사용하는 경우에는 본 발명의 특징이 되는 동작방법을 훼손하지 않고도 더 많은 사람에게 입체영상을 보여줄 수 있는 확장성을 가진다. 입체영상제어부의 제어용 이진수를 직선형 패턴에서 면을 표시하는 행렬 패턴으로 확장함으로써 극장에서 보는 것과 같이 가로세로로 줄지어 착석한 수십 인의 입체영상 시청자를 가능하게 한다.

본 발명은 카메라의 위치와 방향이 화면의 방향과 같으므로, 눈의 위치를 추적하는 두 개의 HD급 카메라에서 촬영되는 영상들에 영상압축장치와 통신인터페이스장치만 간단히 추가하여, 다른 장소에 있는 통화자의 입체영상디스플레이장치에 디스플레이하고, 같은 방식으로 압축장치와 통신장치를 사용하여 상대의 안위인식 카메라에서 생성된 입체영상화면을 현재 모니터의 입체영상디스플레이에 표시함으로써 입체화상통신을 손쉽게 실시할 수 있다.

눈의 위치를 추적하기 위하여 시청자가 포함된 전면의 영상을 실시간으로 촬영하는 HD급 카메라의 촬영영상을 안위인식부와 영상압축장치에 동시에 전달하여 영상압축장치에서 다양한 압축형식의 영상데이터로 이미지의 형태를 바꾸고, 이 파일의 스트리밍(Streaming)를 인터넷 등의 통신매체에 연결된 네트워크인터페이스카드(Network Interface Card)와 통신선(Communication Line)을 통하여 통화상대자에게 전달하고, 통화상대자의 입체영상장치는 이 영상데이터을 전달받는 즉시 입체영상통화장치에 디스플레이하는 방식으로 이곳의 입체영상을 원격지에 디스플레이하며, 이곳에서 두 대의 카메라로 만들어진 입체영상을 전달하였듯이 통화상대자측에서도 여러 카메라들과 영상압축장치로 생성한 통화상대자의 입체영상을 통신장치와 통신선을 통해 본 발명품으로 전달받아 디스플레이하는 방식으로 본 발명품에서 입체영상통화기능의 장치가 쉽게 제작된다. 본 발명의 실시 예의 취지는 입체영상통화기능에 있으므로, 영상압축장치와 통신장치, 통신선은 자세히 설명하지 않는다.

이렇게 간단히 부가되는 장치들에 의해 확장되는 본 발명의 입체영상통화 효과는 오직 매스미디어에 의하여 입체영상이 제공되는 일방향성에서 벗어나 통신을 통하여 서로의 입체영상을 생성하고 교환하는 쌍방향의 입체영상 사용형태로 확장되는 것으로 그 의미가 매우 크다고 할 수 있다. 카메라의 렌즈가 화면 앞에 있어 상대편의 입체영상을 시청하면서 동시에 시청자의 입체적인 모습을 상대편에게 전달하기 쉽도록 고안된 본 발명품은 매우 소통적인 입체영상(communicational stereoscopy)장치라고 말할 수 있다.

입체영상통화를 실시할 때, 안경방식의 입체영상디스플레이장치는 통화자의 눈을 가리기 때문에 상대에게 무례하게 보여질 수 있으나, 시차배리어를 사용한 본 발명은 전혀 그렇지 않으니 다소 예절적이라고도 할 수 있다. 다수의 시청자에게 편리하게 입체영상을 제공하는 본 발명의 특성상 입체영상통화의 범위를 개인 대 개인에서 가족 대 가족으로 크게 확장할 수 있어 소통범위의 확장에도 도움이 된다고도 할 수 있다.

A - 카메라에서 촬영된 눈의 화소 기반 각도
B - 제어용 이진수
f - 합성화소폭
g - 화소면과 배리어면 사이의 이격거리
i - 눈의 수평거리
j - 눈의 수평편위
k - 눈의 수직편위
L - 화면가로길이
m - 단위길이
r - 축소비율
301 - 화소면
302 - 반사판
303 - 투명충전재
304 - 흡수면
305 - 반사각
306 - 반사면
307 - 산란면

Claims (1)

1. 영상화소의 발광면을 마주하고 접한 볼록한 곡면부분들과 그 곡면부분의 양측 가장자리에서 흩어져 손실되는 광선을 볼록한 곡면부분의 내부로 반사하여 영상화소에서 나온 광선들의 흩어짐을 방지하는 반사판들로 구성된 흡광부분,
   영상화소의 각 발광면에 접한 흡광부분을 통과해 입사한 RGB색상의 광선이 흡광부분 반대쪽의 산란면을 향하여 통과하는 동안 외부를 향하는 광선들을 구조체의 중심축방향으로 반사하여 산란면에 수렴하도록 부채꼴 형태의 겉면에 반사재료가 코팅된 반사부분,
   부채꼴 형태의 반사부분의 꼭대기에 볼록, 오목형태의 요철부분 또는 반투명한 부분으로 구성되어 있어 흡광부분 및 반사부분을 통과하여 수렴된 RGB색상의 광선들을 산란하여 방사형으로 퍼트리는 산란부분을 포함하며,
   상기의 흡광부분, 반사부분, 산란부분의 순서는 광선의 진행방향에서 보아 영상화소의 발광면에서부터 시작하여 흡광부분, 반사부분, 산란부분의 순서이며,
   전체적인 외부 형태는 영상화소의 발광면에 접한 흡광부분으로부터 광선을 흩어 퍼트리는 산란부분에 가까울수록 폭이 좁아지는, 부채꼴 형태 또는 깔때기 형태의 외부 형태를 가지는 영상화소의 합성장치.
   

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