KR101345129B1 - 3차원 입체 영상 표시 및 기록 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 3차원 입체 영상을 기록하는 장치 또는 표시하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투과형 스크린 상에 표시되는 3차원 입체 영상을 구성하는 요소 영상의 위치를 제어하는 방안에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 3차원 영상 표시 장치는 광원, 광원에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조절하는 광 변조부, 광 변조부에서 출사되는 광을 2차원 스캐닝하면서 출사하는 스캐닝부, 스캐닝부에서 출사되는 광에 의해 집적 영상이 표시되는 스크린 및 스크린에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이하는 렌즈 어레이를 포함한다.

Description

3차원 입체 영상 표시 및 기록 장치{Apparatus for three-dimension image display and record}

본 발명은 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 3차원 입체 영상을 표시하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투과형 스크린 상에 표시되는 3차원 입체 영상을 구성하는 요소 영상의 위치를 제어하면서 표시하는 장치에 관한 것이다.

평면 영상으로부터 3차원의 깊이감과 입체감을 느낄 수 있도록 하는 3차원 영상 구현기술은 디스플레이 등의 직접적인 관련 분야를 비롯해서 가전이나 통신 산업은 물론 우주항공, 예술 산업, 자동차 산업 분야 등에 광범위하게 영상을 미치고 있으며, 그 기술적 파급효과는 현재 각광받고 있는 HDTV 이상이 될 것으로 기대되고 있다.

즉, 디지털 산업 및 영상산업이 발달함에 따라 인간의 시각효과를 만족시키기 위해 고해상도 HDTV가 개발되었으며, 3차원 입체 영상을 디스플레이 하기 위한 입체 표시 장치들이 다양한 방법으로 개발되고 있다.

인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이 간격에 의한 양안 시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계가 있고, 이에 따라 3차원 영상 구현기술 역시 관찰자에게 어느 정도의 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.

부피표현방식은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려 들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.

가장 완전한 입체영상 구현기술이라 알려져 있는 3차원 표현 방식은 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.

그리고, 입체감표현방식은 양안(兩眼)의 생리적 요인을 이용하는 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜ 정도 떨어져 존재하는 인간의 좌우안(左右眼)에 시차 정보가 포함된 평면의 연관 영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오 그라피(stereography)를 이용한 것이다. 이러한 입체감표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성 위치에 따라 관찰자 측의 특수 안경을 이용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.

부피표현방식 중 하나인 집적영상방식은, 실제 3차원 대상물에서 나오는 광의 분포 및 휘도와 동일한 광특성을 재현함으로써 실제 3차원 대상물이 없더라도 가상의 3차원 입체 영상을 인식하도록 한다.

이러한 방법들은 3차원 입체영상을 관찰할 때 특수 안경의 착용 유무로 크게 나눌 수 있으며, 입체 영상을 관찰할 때, 특수한 안경 등을 착용하지 않고, 자연스런 입체상을 보고, 장시간 관찰하더라도 피로를 느끼지 않는 3차원 입체영상 표시방식을 개발하는 것을 주요 목표로 하고 있다.

집적 영상 방식은 카메라의 필름 앞에 마이크로 렌즈 어레이를 두면 그 렌즈를 개입시켜 여러 화상을 촬영할 수 있다. 이렇게 촬영한 필름의 배후로부터 백라이트를 맞추어 마이크로 렌즈 어레이를 개입시키면 공간에 점광원이 있는 것처럼 보이는 것이 기본 원리이다.

도 1은 종래의 집적영상방식 3차원 영상촬영장치의 측단면도이고, 도 2는 종래의 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 측단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 집적영상방식 3차원 영상촬영장치는 촬영용 렌즈 어레이(110)와 촬영패널(120)로 이루어진다. 촬영용 렌즈 어레이(110)는 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포함하고, 촬영패널(120)은 정지영상일 경우 사진 필름이 사용되고, 동영상일 경우 전하결합소자(CCD; charge-coupled device)가 사용되며, 다수의 화소(미도시)가 정의된다.

집적영상방식 3차원 영상촬영장치의 촬영용 렌즈 어레이(110) 전방에 대상물(100)이 배치되어 있을 경우, 대상물(100)은 촬영용 렌즈 어레이(110)로 다수의 광선(100a)을 출사하고 다수의 광선(100a)은 촬영용 렌즈 어레이(110)에서 집광되어 촬영패널(120)의 각 화소에 기록된다.

이때 촬영패널(120)의 각 화소에는 촬영용 렌즈 어레이(110)의 각 볼록렌즈에서 바라본 대상물(100)에 대응되는 영상들이 기록되므로, 집적영상방식 3차원 영상촬영장치(130)는 대상물(100)을 공간상의 여러 방향에서 바라본 영상 데이터를 얻게 된다.

이러한 영상 데이터는 도 2의 집적영상방식 3차원 영상표시장치에서 표시되고 사용자에 의하여 합성되어 3차원 영상을 구현하게 된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 집적영상방식 3차원 영상표시장치(230)는 표시패널(220)과 표시용 렌즈 어레이(210)로 이루어진다. 표시패널(220)은 정지영상일 경우는 사진이 사용되고, 동영상일 경우 평판표시장치(FDP; Flat Display Panel)가 사용되며, 다수의 화소(미도시)가 정의된다. 또한, 표시용 렌즈 어레이(210)는 촬영용 렌즈 어레이와 동일하게 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포함한다.

표시패널(220)은 집적영상방식 3차원 영상촬영장치(도 1의 130)에 기록된 영상 데이터를 표시하는데, 이에 따라 표시패널(220)의 각 화소는 여러 방향에서 바라본 대상물(200)에 대응되는 영상을 표시하고, 다수의 화소에서 출사된 광선은 표시용 렌즈 어레이(210)의 볼록렌즈에 의하여 집광된다.

볼록렌즈에 의하여 생성되는 광선들(200a)은 공간상에서 다수의 복셀(voxel: volume pixel(입체화소))을 이루고, 다수의 복셀에 표시되는 부분영상들은 한 점에 집적되어 공간상의 특정위치에 대상물에 대응되는 영상(200)을 이룬다.

즉, 사용자는 공간상의 영상(200)을 보면서 실제 대상물을 보는 것과 같이 느끼게 되어, 집적영상방식 3차원 영상표시장치(230)는 실제 대상물과 동일한 3차원 영상(200)을 표시하게 된다.

디지털 영상 기기의 기술 발달로 인해, 인화판 대신에 전하 결합 소자 (CCD: charge coupled device)를 비롯한 디지털 영상 획득 장치 및 액정 표시 장치 (LCD: liquid crystal display)등을 포함한 다양한 디지털 영상 표시장치 등이 활용되고 있다. 하지만, 현 산업 기술의 한계로 인해 제한된 해상도를 갖는 영상 표시장치가 사용된다. 즉, 제한된 공간해상도에 의해 디지털 영상 기기를 집적 영상 디스플레이에 적용할 경우, 화질 열화가 발생하여 입체감이 감소하게 된다. 제한된 공간 해상도에 의해 발생될 수 있는 화질 열화를 도 3에 나타내었다.

도 3의 실선으로 나타낸 바와 같이, 이상적인 경우 단일 포인트에 대한 요소 영상(320)들이 영상 표시 장치(투과형 스크린)(300)에 의해 디스플레이 되며, 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 단일 지점에 정확하게 수렴을 하게 된다. 이와 같이 단일 지점에 정확하게 수렴됨으로써 선명한 복원 영상을 만들게 된다. 하지만, 도 3의 점선으로 도시된 바와 같이 제한된 공간 해상도에 의해 요소 영상들로부터 오는 빛은 항상 정확하게 단일 위치에 수렴을 하지 않는다. 그 이유는 픽셀의 위치가 정확한 위치에 있지 않기 때문이다. 이와 같은 영상 번짐 현상으로 인해 화질 열화가 발생하게 된다.

선명한 복원 영상을 표현하기 위해서는 공간상에 표시하고자 하는 포인트에 대한 요소 영상이 영상 표시 장치 상에 정확한 위치에 있어야 한다. 그럼으로써, 렌즈에 의해 정확한 광 경로가 만들어지며, 화질 열화가 감소 될 수 있다. 이를 위해서는 픽셀의 위치가 정확한 위치로 이동되도록 픽셀 위치의 미세 조정 또는 높은 공간 해상도의 영상 표시장치가 요구된다. 따라서 요소 영상의 정확한 위치 설정을 위해 영상 기기의 픽셀 간격은 작아져야 되고, 입체감을 증대시키기 위해서는 화면의 크기가 커져야 하기 때문에, 전체 해상도는 증가되어야 한다. 하지만, 현재의 산업 기술에 의해서는 집적 영상 표시 장치의 요구 조건을 만족시키는데 그 한계가 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 3차원 입체 영상을 표시하는 집적 영상 방식에 있어 고해상도의 3차원 입체 영상을 표시하는 방안을 제안한다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 3차원 입체 영상을 표시하는 집적 영상 방식에 있어 픽셀 위치를 제어하여 고화질의 3차원 입체 영상을 표시하는 방안을 제안한다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 3차원 입체 영상을 표시하는 집적 영상 방식에 있어 마이크로 렌즈에 의해 집적 영상을 공간상의 정확한 위치에 수렴시키는 방안을 제안한다.

이를 위해 본 발명의 3차원 영상 표시 장치는 집적 영상을 표시하는 투과형 스크린, 상기 집적 영상을 변환한 빔을 출사하는 광원, 전달받은 신호 출력 지연 편차 정보에 따라 상기 광원으로부터 출사되는 빔의 편차 시간을 조절하여 출사하는 광 변조부를 포함한다.

이를 위해 본 발명의 3차원 영상 표시 방법은 집적 영상을 변환한 빔을 출사하는 단계, 전달받은 신호 출력 지연 편차 정보에 따라 상기 광원으로부터 출사되는 빔의 편차 시간을 조절하여 출사하는 단계, 편차 시간을 조절하는 출사된 상기 빔을 투과형 스크린에 표시하는 단계를 포함한다.

이를 위해 본 발명의 3차원 영상 기록 장치는 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 빔을 기록하는 복수의 화소를 포함하는 투과형 스크린, 상기 투과형 스크린에 기록되는 빔의 출력 지연 편차 정보를 추출하는 편차 정보 추출부를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치는, 광원; 상기 광원에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조절하는 광 변조부; 상기 광 변조부에서 출사되는 광을 2차원 스캐닝하면서 출사하는 스캐닝부; 상기 스캐닝부에서 출사되는 광에 의해 집적 영상이 표시되는 스크린; 및 상기 스크린에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이하는 렌즈 어레이;를 포함한다.

그리고, 상기 광 변조부는, 상기 광의 각도를 2차원으로 조절할 수 있다.

또한, 상기 광 변조부에 의한 각도 조절량은, 상기 스캐닝부의 스캐닝에 의한 광의 각도 조절량 보다 작을 수 있다.

그리고, 상기 광 변조부는, 상기 광원에서 출사되는 광의 진폭을 조절하는 AOD(Acousto Opitic Device); 및 상기 AOD에서 출사되는 광의 각도를 조절하는 AOM(Acousto Opitic Modulator);을 포함할 수 있다.

또한, 상기 광 변조 제어부는, 고주파 신호를 생성하는 상기 광 변조부로 인가하는 고주파 생성부; 및 상기 광의 제1 축 기준 각도를 조절하기 위해 제1 고주파 신호의 생성 시점을 조절하고, 상기 광의 제2 축 기준 각도를 조절하기 위해 제2 고주파 신호의 생성 시점을 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 광 변조부는, 상기 광원에서 출사되는 광의 각도를 조절하는 AOM(Acousto Opitic Modulator)AOM; 및 상기 AOM에서 출사되는 광의 진폭을 조절하는 AOD(Acousto Opitic Device);을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 방법은, 광원에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조절하는 광 변조단계; 상기 광 변조단계에 의해 조절된 광을 2차원 스캐닝하면서 출사하는 스캐닝단계; 상기 스캐닝단계에 의해 스캐닝되는 광에 의해 스크린에 집적 영상이 표시되는 단계; 및 상기 스크린에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 3차원 입체 영상 재생 방식은 각각의 화소의 밝기 분포를 포함하는 영상 정보 및 상하좌우 위치 정보를 포함하는 위상 정보를 이용함으로써, 화소의 상하 위치 미세 제어가 가능하며, 정확한 화소의 위치에 영상 화소를 표시할 수 있다. 이와 같이 픽셀 위치를 제어하여 집적 영상을 공간상의 정확한 위치에 수렴시킴으로써, 3차원 자유 공간상의 임의의 위치에 선명한 객체 포인트를 표시할 수 있으며, 선명한 입체 영상 표시가 가능하다. 따라서 사용자에게는 선명한 고화질의 3차원 입체 영상을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 집적 영상을 획득하는 집적 영상 촬영 장치를 도시하고 있으며,
도 2는 집적 영상을 표시하는 집적 영상 표시 장치를 도시하고 있으며,
도 3은 종래 집적 영상을 표시하는 집적 영상 표시 장치에서 발생하는 화질 열화 현상을 도시하고 있으며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 영상을 표시하는 집적 영상 표시 장치를 도시하고 있으며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 제어부의 구성을 도시하고 있으며,
도 6은 2차원 스캐닝 미러에 의한 빔의 이동 경로를 도시하고 있으며,
도 7은 화면에 표시되는 단일 요소 영상을 도시하고 있으며,
도 8은 기존 집적 영상 표시 장치에 의해 표시되는 요소 영상을 도시하고 있으며,
도 9는 본 발명에서 제안하는 집적 영상 표시 장치에 의해 표시되는 요소 영상을 도시하고 있으며,
도 10은 본 발명의 제안하는 상하좌우로 이동이 가능한 동적 요소 영상을 도시하고 있으며,
도 11은 본 발명에서 제안하는 집적 영상 획득 장치를 도시하고 있으며,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 재생 장치를 도시하고 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 재생 장치를 도시하고 있다. 이하 도 4를 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 재생 장치에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 4에 의하면, 3차원 영상 재생 장치는 광원(400), 광 변조부(410), 광 변조 제어부(420), 2차원 스캐닝 미러(430), 투과형 스크린(300), 마이크로 렌즈 어레이(310)를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 3차원 영상 재생 장치에 포함될 수 있다.

광원(400)은 광을 출사하며, 광 변조부(410)는 광원(400)으로부터 출사된 광의 경로를 수직으로 제어한다. 광 변조 제어부(420)는 광원(400)으로부터 출사된 광의 경로가 수직으로 출사되도록 광 변조부(410)를 제어한다.

2차원 스캐닝 미러(430)는 광 변조부(410)로부터 출사된 광을 수직 또는 좌우방향으로 편향시키는 기능을 수행한다. 투과형 스크린(300)은 2차원 스캐닝 미러(430)에 의해 수직 또는 좌우방향으로 편향된 빔인 집적 영상을 표시한다. 마이크로 렌즈 어레이(310)는 투과형 스크린(300)에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이한다. 즉, 마이크로 렌즈 어레이(310)는 투과형 스크린(300)에 표시된 집적 영상을 3차원 공간상에 디스플레이하여 사용자에 제공한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 제어부의 구성을 도시하고 있다. 이하 도 5를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 제어부에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 5에 의하면, 광 변조 제어부(420)는 위상 제어부(500)와 고주파 신호 생성부(510)를 포함한다. 광 변조 제어부는 3차원 영상 획득 장치로부터 광의 수직 편향을 위한 수직 각도 편차 정보와 신호 출력 지연 편차 정보를 수신한다.

광이 광 변조부(410)에 의해 편향될 수 있는 최대로 편향될 수 있는 각도를 최대 편향 각도라 하며, 최소로 편향될 수 있는 각도를 최소 편향 각도라 한다. 또한, 최대 편향 각도와 최대 편향 각도의 평균을 기준 편향 각도라 하며, 기준 편향 각도로 편향시킬 수 있는 고주파를 기준 고주파라 한다. 고주파 신호 생성부(510)는 입력된 수직 각도 편차 정보에 따라 기준 각도와 편차 각도를 이용하여 광의 편차 각도를 조절할 수 있는 고주파 신호를 생성한다.

또한 위상 제어부(500)는 광의 편향이 발생되는 시점을 조절하기 위해 고주파 신호 생성부(510)에서 생성되는 고주파 신호의 생성 시점을 제어한다. 위상 제어부(500)는 신호 출력 편차 정보를 이용하여 고주파 신호 생성부(510)에서 생성되는 고주파의 생성 시점을 제어한다. 신호 출력 편차 정보는 음 또는 양의 시간 지연 편차 정보이며, 기준 광 편향 시간에 지연 편차 정보를 가산함으로써 빔의 출력 여부를 시간축 상에서 제어할 수 있다.

이와 같이 광 변조부(410)에 입사된 광(입사빔)은 광 변조 제어부에서 제어되는 정보에 따라 정해진 시간에, 정해진 시간동안, 정해진 수직 방향으로 편향되어 2차원 스캐닝 미러로 입사된다. 이와 같이 정해진 시간동안 고주파를 출력하는 것은 투과형 스크린에 픽셀을 구성하기 위함이다. 너무 오랫동안 고주파를 출력하면 픽셀의 크기는 수평으로 확장된 직사각형이 되며, 이로 인해 화질의 열화 현상이 발생되게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 스캐닝 미러에 의한 빔의 이동 경로를 도시하고 있다.

도 6에 도시되어 있는 바와 같이 2차원 스캐닝 미러에 의해 입사된 빔을 TV 주사선과 동일한 방법으로 투과형 스크린 상에 수평 수직 방향으로 이동시킴으로써, 표시하고자 하는 2차원 집적 영상을 투과형 스크린상에 표시한다.

2차원 스캐닝 미러는 다음과 같이 구성이 가능하다. 첫 번째 방법은 두 개의 거울로 구성하는 것이다. 갈바노미러 (Galvanometer mirror) 또는 광학 스캐너(Optical scanner) 라고 불린다. 하나의 거울은 좌우로 회전 (tilting) 하며 (수평방향), 다른 하나의 거울은 위 아래로 (수직 방향) 회전 (tilting) 한다. 두 개의 거울은 서로 수직 교차로 구성된다. 빔은 먼저 하나의 거울에 입사되며, 해당 거울의 회전 각도만큼 편향되어 다른 하나의 거울에 입사된다. 위와 동일하게 두 번째 거울에 의해 다시 빔은 편향된다. 이와 같은 과정을 수행함으로써, 입사되는 빔을 이용하여 TV와 같이 2차원 평면에 2차원 영상을 표시 할 수 있다.

두 번째 방법은 하나의 수직 방향으로 회전 (tilting) 하는 거울과 수평방향으로 회전하는 다각형 거울(polygonal mirror)을 사용한다. 마지막으로 MEMS (micro-electro-mechanical systems) 기술에 의해 만들어진 빔 주사용 MEMS 스캐너(2D MEMS Scanner)이다. 마이크로 스캐너 (micro scanner)라고 불리기도 한다.

이와 같이 구성될 수 있는 2차원 주사용 스캐너 미러를 이용하여 투과형 스크린에 원하는 집적 영상을 표시할 수 있다. 투과형 스크린에 표시된 집적 영상은 마이크로 렌즈에 의해 공간상의 정확한 위치에 빔을 수렴시킴으로써 선명한 3차원 입체 영상을 디스플레이 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 광 변조부와 2차원 스캐닝 미러에 의해 영상을 구성하는 픽셀의 위치를 미세하게 조정할 수 있으므로, 정확한 위치에 집적 영상을 위치시켜 마이크로 렌즈 어레이에 의해 선명한 입체 영상 표시가 가능하다.

즉, 집적 영상 표시장치를 이용하여 3차원 자유공간 상의 임의의 위치에 원하는 객체 포인트를 정확하게 디스플레이하기 위해서는 집적 영상을 구성하는 요소 영상이 위치가 미세하게 조정되어야 한다. 부가하여 설명하면, 객체 포인트에 대한 요소 영상은 투과형 스크린에 의해 통과될 수 있도록 정확한 위치에 표시되어야만 마이크로 렌즈 어레이에 의해 3차원 자유공간 상의 영상을 표시할 수 있다.

도 7은 집적 영상을 구성하는 요소 영상을 도시하고 있으며, 도 8은 도 7의 요소 영상에서 사각형 모양 안에 있는 패턴을 기존의 집적 영상 표시장치에 의해 나타나는 패턴을 도시하고 있다.

도 8에 도시되어 있는 바와 같이 종래 집적 영상 표시 장치의 각 화소의 크기 및 위치가 정해져 있기 때문에 모든 패턴이 정확하게 정렬되어 있다. 하지만, 3차원 자유공간상의 해당 위치에 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 영상을 표시하기 위해서는 도 9에 나타낸 바와 같이 해당 포인트가 위치하는 3차원 자유공간상의 위치에 따라 영상의 화소의 위치도 미세하게 변경 되어야 한다. 즉, 도 10에 나타낸 바와 같이 영상을 표시하는 화소의 위치는 상하좌우로 움직일 수 있어야 한다.

상술한 바와 같이 화소의 위치 미세 변경은 광 변조부와 2차원 스캐닝 미러에 의해 가능하다.

영상 정보는 두 가지로 구성된다. 먼저 첫 번째 정보는 기존의 2차원 집적 영상으로써, 화소의 밝기 분포를 포함한다. 두 번째 정보는 각 화소의 위치 변화 분포를 포함하는 위상 정보이다. 위상 정보는 해당하는 화소의 상하좌우 위치 변화분에 대한 정보를 가지고 있다. 2차원 집적 영상은 빔의 강도 조절이 가능한 광원 및 2차원 스캐닝 미러에 의해 투과형 스크린에 표시된다. 화소의 위치 변화는 다음과 같이 방법에 의해 가능하다.

상술한 바와 같이 선명한 집적 영상을 표시하기 위해서는 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 화소의 위치가 상하좌우로 제어가 가능해야 하며, 빔의 상하 편향은 광 변조부에 의해 가능하다. 기준 고주파 신호를 인가함으로써, 기준 광 경로에 따라 빔이 이동을 한다. 하지만, 위상 정보의 상하 정보를 이용하여 기준 고주파 신호를 중심으로 기본 주파수를 조절하여 빔의 수직 편향 각도를 달리할 수 있다. 광 변조부에 인가되는 고주파 신호의 시간을 조절하여 빔이 광 변조부에 의해 편향되는 시간을 조절할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 이하 도 11을 이용하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 집적 영상 표시를 위한 3차원 영상 획득 장치에 대해 알아보기로 한다.

도 11에 의하면 3차원 영상 획득 장치는 요소 영상을 구성하는 빔의 수직 편향을 위한 수직 각도 편차 정보와 신호 출력 지연 편차 정보를 추출하는 편차 정보 추출부(1100)를 포함한다. 즉, 편차 정보 추출부(1100)는 요소 영상을 구성하는 빔으로부터 고 해상도의 3차원 입체 영상을 표시하기 위한 수직 각도 편차 정보와 신호 출력 지연 편차 정보를 추출한다.

이를 위해 편차 정보 추출부(1100)는 집적 영상을 표시하는 3차원 영상 표시 장치의 유형에 따른 다양한 수직 각도 편차 정보와 신호 출력 지연 편차 정보를 추출하여 3차원 영상 표시 장치로 전송할 수 있다.

물론 3차원 영상 표시 장치는 자신의 특성에 맞는 수직 각도 편차 정보와 신호 출력 지연 편차 정보를 저장하는 저장부를 포함할 수 있으며, 저장된 수직 각도 편차 정보와 신호 출력 지연 편차 정보를 이용하여 고해상도의 3차원 입체 영상을 표시할 수 있다.

상술한 바와 같이 광 변조 제어부는 입력된 수직 각도 편차 정보와 신호 출력 편차 정보를 이용하여 광 변조부에 입사되는 빔을 제어하기 위한 고주파 신호를 생성한다. 이와 같이 광 변조 제어부는 3차원 영상 획득 장치로부터 전송된 수직 각도 편차 정보와 신호 출력 지연 편차 정보를 이용하여 고주파 신호를 생성한다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 재생 장치를 도시하고 있다. 이하 도 12를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 재생 장치에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 3차원 영상 재생 장치(600)는, 광원(610), 광 변조부(620), 2차원 스캐닝 미러(630), 투과형 스크린(640), 마이크로 렌즈 어레이(650) 및 광 변조 제어부(660)을 구비한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 3차원 영상 재생 장치(600)에 더 포함될 수 있다.

광원(610)은 광을 출사하며, 광 변조부(620)는 광원(610)에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조정한다. 이를 위해, 광 변조부(620)는 AOD(Acousto Opitic Device)(621) 및 AOM(Acousto Opitic Modulator)(622)를 구비한다.

AOD(621)는 광원(610)에서 출사되는 광의 진폭을 조절하는데, 진폭은 해당 화소값에 의해 결정된다. AOD(621)에 의한 진폭 조절은 광 변조 제어부(660)에 의해 제어된다.

AOM(622)은 AOD(621)에서 진폭 조절된 광의 각도를 조절하여, 궁극적으로 광이 표시될 위치를 조절한다. AOM(622)는 광의 각도를 2차원으로 조절하여, 광이 표시될 투과형 스크린(640) 상의 평면적 위치를 조절한다.

AOM(622)에 의한 각도 조절은 미세 조절에 해당하므로, AOM(622)에 의한 각도 조절은 광이 표시될 위치를 미세 변경시기 위한 조절에 해당한다. 즉, AOM(622)에 의해 도 9와 도 10에 도시된 바와 같은 미세 변경이 수행된다. AOM(622)에 의한 위치 조절 역시 광 변조 제어부(660)에 의해 제어된다.

이를 위해, 광 변조 제어부(660)는 고주파 신호를 생성하여 AOM(622)으로 인가하는 고주파 생성소자를 포함할 수 있다. 또한, 광 변조 제어부(660)는 고주파 생성소자에서의 고주파 생성 시점을 제어하는 제어소자를 포함한다. 이 제어소자는, 광의 X축 기준 각도를 조절하기 위한 고주파 신호의 생성 시점과 광의 Y축 기준 각도를 조절하기 위해 고주파 신호의 생성 시점을 조절한다.

2차원 스캐닝 미러(630)는 광 변조부(620)에서 출사되는 광을 수직 및 수평으로 편향시켜, 도 6에 도시된 바와 같이 투과형 스크린(640)에 스캐닝한다. 이에 의해, 투과형 스크린(640)에는 집적 영상이 표시된다.

2차원 스캐닝 미러(630)에 의한 광의 각도 조절량은 AOM(622)에 의한 광의 각도 조절량 보다 크다.

마이크로 렌즈 어레이(650)는 투과형 스크린(640)에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이한다. 즉, 마이크로 렌즈 어레이(650)는 투과형 스크린(640)에 표시된 집적 영상을 3차원 공간상에 디스플레이하여 사용자에 제공한다.

위 실시예에서, 광 변조부(620)를 구성하는 AOD(621)와 AOM(622)의 배치는 서로 바뀌어도 무방하다. 즉, AOM(622)가 AOD(621)에 선행하여 광의 각도 조절 후 광의 진폭 변조가 이루어져도 무방하다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

400: 광원 410: 광 변조부
420: 광 변조 제어부 430: 이차원 스캐닝 미러
500: 위상 제어부 510: RF 신호 생성부
600: 3차원 영상 재생 장치 610: 광원
620: 광 변조부 630: 2차원 스캐닝 미러
640: 투과형 스크린 650: 마이크로 렌즈 어레이
660: 광 변조 제어부

Claims (7)

1. 광원;
   상기 광원에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조절하는 광 변조부;
   상기 광 변조부에서 출사되는 광을 2차원 스캐닝하면서 출사하는 스캐닝부;
   상기 스캐닝부에서 출사되는 광에 의해 집적 영상이 표시되는 스크린; 및
   상기 스크린에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이하는 렌즈 어레이;를 포함하고,
   상기 광 변조부는,
   상기 광원에서 출사되는 광의 진폭을 조절하는 AOD(Acousto Opitic Device); 및
   상기 AOD에서 출사되는 광의 각도를 조절하는 AOM(Acousto Opitic Modulator);을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 광 변조부는,
   상기 광의 각도를 2차원으로 조절하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
   
3. 광원;
   상기 광원에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조절하는 광 변조부;
   상기 광 변조부에서 출사되는 광을 2차원 스캐닝하면서 출사하는 스캐닝부;
   상기 스캐닝부에서 출사되는 광에 의해 집적 영상이 표시되는 스크린; 및
   상기 스크린에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이하는 렌즈 어레이;를 포함하고,
   상기 광 변조부에 의한 각도 조절량은, 상기 스캐닝부의 스캐닝에 의한 광의 각도 조절량 보다 작은 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
   
4. 삭제
5. 광원;
   상기 광원에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조절하는 광 변조부;
   상기 광 변조부에서 출사되는 광을 2차원 스캐닝하면서 출사하는 스캐닝부;
   상기 스캐닝부에서 출사되는 광에 의해 집적 영상이 표시되는 스크린; 및
   상기 스크린에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이하는 렌즈 어레이;를 포함하고,
   상기 광 변조 제어부는,
   고주파 신호를 생성하는 상기 광 변조부로 인가하는 고주파 생성부; 및
   상기 광의 제1 축 기준 각도를 조절하기 위해 제1 고주파 신호의 생성 시점을 조절하고, 상기 광의 제2 축 기준 각도를 조절하기 위해 제2 고주파 신호의 생성 시점을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
   
6. 광원;
   상기 광원에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조절하는 광 변조부;
   상기 광 변조부에서 출사되는 광을 2차원 스캐닝하면서 출사하는 스캐닝부;
   상기 스캐닝부에서 출사되는 광에 의해 집적 영상이 표시되는 스크린; 및
   상기 스크린에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이하는 렌즈 어레이;를 포함하고,
   상기 광 변조부는,
   상기 광원에서 출사되는 광의 각도를 조절하는 AOM(Acousto Opitic Modulator); 및
   상기 AOM에서 출사되는 광의 진폭을 조절하는 AOD(Acousto Opitic Device);을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
   
7. 광원에서 출사되는 광의 진폭과 각도를 조절하는 광 변조단계;
   상기 광 변조단계에 의해 조절된 광을 2차원 스캐닝하면서 출사하는 스캐닝단계;
   상기 스캐닝단계에 의해 스캐닝되는 광에 의해 스크린에 집적 영상이 표시되는 단계;
   상기 스크린에 표시된 집적 영상을 공간상에 디스플레이하는 단계;를 포함하고,
   상기 광 변조단계에 의한 각도 조절량은, 상기 스캐닝단계의 스캐닝에 의한 광의 각도 조절량 보다 작은 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 방법.
   

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