KR101638412B1 - 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치 - Google Patents

레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치에 관한 것으로, 수평 및 수직 방향으로 배열된 복수의 LBS 투사광학계들, 3차원 입체영상신호를 입력하는 입력부 및, 상기 입력부를 통해 입력된 3차원 입체영상신호를 상기 LBS 투사광학계들에 배분하는 영상신호 제어부를 포함하며, 상기 배열을 이루는 각 LBS 투사광학계는 외부에 광을 출력하는 빔 투사 중심점이 있으며, 상기 빔 투사 중심점에서 방출되는 영상은 빔 투사 중심점을 기준으로 하는 수평시차 영상이다.

Description

레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치{A THREE-DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY APPARATUS USING PROJECTION OPTICAL SYSTEM OF LASER BEAM SCANNING TYPE}
본 발명은 무안경식 3차원 영상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수평과 수직방향으로 2차원 배열된 다수의 LBS(Laser Beam Scanning) 투사광학계 각각이 완전시차 영상을 생성하는 3D 시역형성의 하나의 3D 화소가 되거나, 수평과 수직방향으로 2차원 배열 또는 수평방향으로 1차원 배열된 다수의 LBS(Laser Beam Scanning) 투사광학계 각각이 수평시차 영상을 생성하는 3D 시역형성의 하나의 3D 화소선이 되게 하여, 2차원 또는 1차원 배열된 다수의 LBS 투사광학계 앞에 배치된 스크린으로부터 3D 영상을 관찰할 수 있는 일정 관찰자 범위에서 관찰자가 깊이 방향으로 이동하여도 3D 영상의 화질저하가 적은 다수인 대상의 무안경식 3차원 영상표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 시차영상을 제공하여 3차원 영상을 구현하는 영상표시장치는 크게 안경방식(Stereoscopic display)과 무안경 방식(Auto-stereoscopic display)이 있다.
상기 안경방식의 3차원 영상표시장치는 오직 양안 각각에 해당하는 2시점 영상만을 제공하므로, 관찰자 위치이동에 따른 자연스러운 운동시차 등을 제공할 수는 없고, 편광안경 등 특수안경을 착용해야 하는 불편함이 있다. 하지만, 고정위치에 있는 다수의 관찰자가 여러 위치에서 선명한 3차원 영상을 관찰할 수 있으므로, 현재 TV와 극장에 상용화되어 있다.
반면에, 3차원 영상을 특수안경 없이 볼 수 있고, 일정범위 내(3D 시야각)에서 관찰자가 이동시에 운동시차를 제공하는 무안경식 3차원 영상표시장치(Auto-stereoscopic display)는 여러 가지 방식이 존재한다. 대표적으로, 평판디스플레이(FPD; Flat Panel Display)를 사용하는 방식과 투사광학계(Projection Optical System or Projection Optics)를 사용하는 방식으로 분류될 수 있다.
상기 평판디스플레이를 사용하는 3차원 영상표시장치는 주로 공간적 3차원 영상을 분리하기 위하여, 시차분리수단인 시차장벽(Parallax Barrier) 또는 렌티큐라 렌즈(Lenticular Lens)를 평판디스플레이(FPD)의 앞면에 배치시키고, 적절한 시점영상을 평판디스플레이(FPD)의 화소들에 배치하여 3차원 영상을 볼 수 있게 한다.
투사광학계를 사용하는 방식은, 복수의 투사광학계와 스크린을 사용하여 3차원 영상을 표시하는데, 구현하는 방식에 따라 다시점 방식, 집적영상방식과 집적부양방식으로 분류될 수 있다.
상기 무안경식 3차원 영상표시장치 중에서 본 발명과 관련 있는 복수의 투사광학계를 사용하는 3차원 영상표시장치의 Type 1 개념도는 도 1과 도 2에 보여진다(국제특허공개번호 WO 01/88598 참조).
도 1은 위에서 바라본 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치를 보여주는 것으로, 상기 복수의 투사광학계는 도 2에 보여지는 바와 같이 x-y평면상 2차원으로 배열되어 있다.
상기 3D 시스템은 수평시차 영상정보만을 제공하는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 배치된 스크린은 수직 확산이 주로 일어나고, 수평방향으로는 시역특성 개선을 위해 약간의 확산을 제공하는 이방특성의 확산판으로 이루어져 있다.
도 2에 도시된 스크린 상의 Pij와 Pj로 표시된 것은 각각 단위 3D 화소(Unit 3D Pixel)와 단위 3D 화소선(Unit 3D Pixel Line)을 나타낸다. 이러한 단위 3D 화소(Unit 3D Pixel)와 단위 3D 화소선(Unit 3D Pixel Line)은 평판디스플레이(FPD)를 사용한 무안경식 3차원 영상표시장치에서 사용하는 개념과 동일하다.
투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치에서 단위 3D 화소는 복수의 투사광학계로부터 방출되는 3차원 영상정보를 포함하는 스크린 상의 최소단위이다. 스크린의 3D 화소는 각 투사광학계로부터 전달되는 시차정보를 갖는 영상정보를 수평방향으로 분리하여 시역을 형성시킨다. 이와 같이 스크린 상에 규칙적으로 배열된 3D 화소는 스크린 앞에 있는 관찰자에게 3차원 영상을 관찰할 수 있게 한다.
이와 같이 수평방향 시차영상(horizontal parallax image)만을 제공하는 3차원 영상표시장치에서는 수직방향 시차는 없기 때문에, 동일한 수평방향 시차영상을 제공하는 단위 3D 화소들을 스크린 첫째행으로부터 마지막행까지의 배치에서 선택할 수 있다. 그리고, 이러한 동일 시차영상을 공간상 제공하는 스크린상의 3D 화소열을 단위 3D 화소선(Unit 3D Pixel Line)라 명명한다.
이러한 단위 3D 화소선은 복수의 투사광학계 배치에 따라 y방향(스크린의 수직한 방향)으로 형성될 수 있고, 또한 y방향에 경사되어 형성될 수 있다. 도 1과 도 2의 Pj는 스크린 상에 수직하게 형성된 단위 3D 화소선을 일 예로 보여주고 있다.
이때, 스크린 상의 3D 화소의 개수는 복수의 투사광학계의 배치에 따라 달라지지만, 복수의 투사광학계 각각의 영상위치를 일치시키는 배치하에 최대 각 투사광학계의 가로화소수와 세로화소수의 곱이 된다.
또한, 스크린 상의 각 단위 3D 화소마다 표시할 수 있는 시역의 개수는 최대 시스템에 사용된 투사광학계의 개수(스크린 상의 모든 단위 3D 화소에 사용된 모든 투사광학계에서 시차영상이 제공되는 경우)와 같게 된다.
예를 들어, 200개의 투사광학계를 사용하는 3차원 시스템인 경우에 이러한 시스템은 각 단위 3D 화소마다 최대 200개의 시차정보를 제공한다. 이와 같은 복수의 투사광학계를 사용하는 3차원 영상표시장치에 대한 최초 제안하고 상용품을 개발한 홀로그래피카(Holografika, Hungary)는 이러한 3차원 영상표시장치를 Light FieldTM 시스템이라 부른다.
도 1 및 도 2와 같이 종래의 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치의 3차원 영상의 화질과, 표현할 수 있는 3차원 영상의 깊이감에 직접적인 영향을 주는 스크린 상의 단위 3D 화소 또는 단위 3D 화소선에 의해 형성되는 시역특성은 도 3과 같이 표현된다.
도 1의 (a)의 A-A' 단면상에 편의상 직선으로 표현한 것은 하나의 Type 1 투사광학계로부터 발생하는 전체 영상을 표현하는 광들(투사광학계마다 가로화소수x세로화소수 만큼의 영상정보를 표현하는 광이 발생함) 중에서 1개 영상정보를 포함하는 광을 나타낸다.
이러한 직선으로 표현되는 1개의 영상정보 광은, 도 1의 (b)와 같은 Type 1 투사광학계에 의해서 구현될 수 있으며, 이상적으로 투사광학계 내에 포함된 영상표시장치의 영상정보들을 포함하는 광들이 제2 렌즈를 통하여 투사광학계 앞에 인접한 한 점으로 수렴하여 일정각도로 발산하게 된다. 이러한 영상정보를 표현하는 광의 A-A' 단면에서의 광세기 분포는 도 3의 (a)에 표현되듯이 각도에 따른 가우시안 모습을 갖게 된다.
도 1 또는 도 2의 스크린은 주로 수직 확산판 역할을 하지만, 수평방향으로 미세한 확산효과를 주게 되어, 스크린을 통과한 후의 1개의 영상정보 광의 B-B' 단면상의 각도에 따른 광세기 분포가 퍼지는 특성을 보여준다.
그러나, 이와 같은 경우에 서로 다른 투사광학계로 발생하여 스크린 상의 동일한 3D 화소(또는 3D 화소선)상에 인접시역을 형성하는 광의 세기분포가 일정하지 않고, 동일 3D 화소로부터 발생되는 인접시역간에 서로 중첩되는 영역이 존재하게 된다.
이러한 시점영상 정보를 포함하는 시역의 밝기 불균일과 인접시역간에 중첩에 의해 발생되는 크로스토크가 관찰자가 이러한 시스템을 통하여 3차원 영상을 관찰하는데 피로감을 느끼게하는 중요한 원인중 하나가 된다, 그리고, 시스템을 통하여 표현 가능한 3D 영상의 깊이감의 제약을 주는 요인이 된다.
Type 1 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치의 도 3에 보여지는 바와 같은 시역특성에 따른 3D 영상의 화질저하를 줄이기 위하여, 동일 출원인인 홀로그래피카에서 Type 2 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치에 대한 개선 특허출원(국제특허공개번호 WO 2005/117458)을 하였다.
도 4의 (a)의 기본구조와 시역형성 원리는 종래의 시스템인 도 1의 (a)와 동일하고, 차이는 사용된 투사광학계가 투사광학계에 포함된 영상표시장치 상의 영상정보를 제2 렌즈를 통하여 스크린 상에 이미징 시킨다는 것과, 이상적으로 사용되는 스크린이 수직방향으로만 확산특성을 갖는 수직 확산판(Vertical Diffuser)이라는 것이다.
이러한 Type 2 투사광학계를 사용하는 개선된 3D 시스템은 도 1의 결과와 다르게 하나의 투사광학계로부터 발생하여 스크린의 단위 3D 화소의 한 시역을 형성하는 광이 스크린 입사 전후, 즉 A-A' 위치와 B-B' 위치에서 그 분포가 동일하게 만들 수 있다.
이러한 특성을 인접 투사광학계간의 간격을 적절히 조절하게 되면, 스크린 상의 하나의 단위 3D 화소(또는 화소선)에서 발생되는 시점정보를 표현하는 복수의 시역들에 있어서, 도 5에 보여지듯이 인접시역간의 크로스토크가 존재하는 영역을 최소화하고 동일시역내의 광세기 균일도도 유지할 수 있다고 소개하고 있다.
그러나, 이러한 Type 2 투사광학계를 사용한 3D 시스템에서, Type 1 투사광학계를 사용한 3D 시스템에 비해, 수직 확산특성만을 갖는 스크린을 사용할 수 있다. 아울러, 투사광학계간 간격을 조절하여 스크린 상에 형성된 단위 3D 화소(또는 3D 화소선)에서 발생되는 수평방향으로 형성되는 시역간의 간격을 조절하여, 전체영상 밝기분포의 균일도를 증대시킬 수 있다. 하지만, 인접시역간의 크로스토크를 줄이거나, 하나의 시역내에서의 각도에 따른 밝기균일도를 유지하도록 조정하기 어려운 문제는, Type 1 투사광학계를 사용한 시스템과 동일하게 가지고 있다.
일 예로 Type 2 투사광학계 사이 간격을 적절히 조정하면, 스크린 상의 3D 화소(또는 3D 화소선)상에 형성된 시역들이 도 5의 이상적인 시역분포를 갖고 있지 않더라도, 각 시역분포를 고려하여 투사광학계 배열의 수평간격을 적절히 조정하여, 도 6과 같이 전체영상의 밝기분포가 각도의존성 없이 균일하게 형성할 수 있다.
그러나, 도 5와 같이 각도에 따른 이상적인 시역분포를 갖지 않는 경우에는, 각 시역의 중심각도 위치(예를 들어, 도 6의 A 위치)에서도 인접시역의 영상정보를 볼 수밖에 없으므로, 3D 영상을 바라보는 관찰자의 피로감을 유발시키게 된다.
그러므로, 상기의 두 종류의 종래기술은 스크린상의 단위 3D 화소(또는 화소선)에 형성된 인접시역간 크로스토크를 최소화하면서, 시역분포의 균일도를 확보하기가 용이하지 않다.
또한, 상기에 기술한 종래기술은 관찰자 위치에서 바라보는 3차원 시점영상의 해상도가 최대 각 투사광학계의 해상도와 동일하게 되면, 3D 화소(또는 화소선)별 표현 가능한 3차원 시점정보의 양을 나타내는 시점수는 최대 시스템에 사용되는 투사광학계의 개수와 같게 된다. 따라서, 상기의 시스템은 3D 화소별 표현 가능한 시점수가 작을 경우에는 유리한 측면이 있으나, 시점수를 증대시키기 위해 사용해야 할 투사광학계의 부피를 고려해보면 시스템의 부피가 너무 커지는 단점이 있다.
특히, 이러한 방식으로 수백 시점 3D 시스템을 제작하기 위해서는 수백대의 투사광학계에서 발생되는 각각의 시점영상을 스크린상 각 해당 3D 화소 위치에 제공하도록 정렬해야 한다. 그러나, 수백대의 2차원으로 배열된 투사광학계의 영상을 단일 스크린 상에 왜곡 없이 표시하기가 어렵다.
Type 2 투사광학계를 사용하는 3D 시스템은, 각 투사광학계로부터 정해진 초점위치 떨어진 곳에서 영상이 선명히 맺혀지기 때문에, 특히 정해진 투사광학계를 사용하여 스크린 크기조절이 용이하지 않고, 일반적으로 스크린에 영상을 맺기 위해서는 비교적 먼 투사 거리를 필요로 하고, 2차원 배열의 투사광학계를 사용하여 단일 스크린 전체영역에 선명한 3D 화소선을 형성하기 어려운 문제가 있다.
국제특허공개번호 WO 01/88598 국제특허공개번호 WO 2005/117458
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 빔 스캐닝(Laser Beam Scanning, LBS) 방식의 투사광학계 배열를 이용하고, 각 LBS 투사광학계의 광출력부를 단위 3D 화소(또는 화소선)가 되도록 구성하여, 공간과 크기 제약이 적고 수백시점 이상의 시점영상을 제공하고, 각 시점영상을 제공하는 시역의 광세기 균일도가 확보되고, 기존의 투사광학계에 비하여 짧은 투사거리로 동일한 스크린상의 화면 크기를 형성할 수 있으며, 인접시점간 크로스토크가 최소화되어 다인의 관찰자가 특수 안경을 착용함 없이 스크린 앞의 관찰범위 내에서의 3차원 공간 이동 중에도 선명한 3차원 영상을 관찰할 수 있는, 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 수평 및 수직 방향으로 배열된 복수의 LBS 투사광학계들; 3차원 입체영상신호를 입력하는 입력부; 및 상기 입력부를 통해 입력된 3차원 입체영상신호를 상기 LBS 투사광학계들에 배분하는 영상신호 제어부를 포함하며, 상기 배열을 이루는 각 LBS 투사광학계는 외부에 광을 출력하는 빔 투사 중심점이 있으며, 상기 빔 투사 중심점에서 방출되는 영상은 빔 투사 중심점을 기준으로 하는 수평시차 영상임을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점이 수평방향(x축 방향)으로 일정간격이 되도록 배열되어, 수평방향 3차원 영상화면의 크기를 결정함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 배열로부터 깊이방향(z축 방향)으로 일정간격 이격하여 배치된 수직방향(y축 방향) 확산특성을 갖는 스크린을 더 포함하며, 상기 스크린은 수직방향 3차원 영상화면의 크기를 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 스크린은 수평방향(x축 방향)으로 미소 확산특성을 갖을 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점의 수직방향(y축 방향)으로 일정간격이 되도록 배열되고, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점으로부터 완전시차 영상이 출사될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 배열로부터 깊이방향(z축 방향)으로 일정간격 이격하여 배치된 수직과 수평방향으로 미소 확산특성을 갖는 스크린을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점의 수평방향(x축 방향) 중심 광축이 상기 스크린과 수직한 방향(z축 방향)으로 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점의 수평방향(x축 방향) 중심 광축이 상기 스크린의 수평 중심을 지나도록 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점의 수평방향(x축 방향) 중심 광축이 상기 스크린의 수평 중심을 지나고, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점과 상기 스크린의 수평 중심과의 거리가 동일하도록 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점의 수직 중심축이 상기 스크린의 수직 중심을 지나도록 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 수직방향 키스톤(Keystone)을 조절하여, 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점으로부터 상기 스크린 상에 형성된 투사영상의 형상이 사각형이 되도록 조정할 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 수평 및 수직 방향으로 배열된 복수의 LBS 투사광학계들; 3차원 입체영상신호를 입력하는 입력부; 및 상기 입력부를 통해 입력된 3차원 입체영상신호를 상기 LBS 투사광학계들에 배분하는 영상신호 제어부를 포함하고, 상기 각 LBS 투사광학계는 외부에 광을 출력하는 빔 투사 중심점이 있으며, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 배열로부터 깊이방향(z축 방향)으로 일정간격 이격하여 배치된 제1 광학계와, 상기 제1 광학계로부터 깊이방향(z축 방향)으로 일정간격 이격하여 배치된 제2 광학계와, 상기 제2 광학계로부터 일정간격 이격하여 배치된 스크린을 포함하며, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점에서 출사하는 광이 상기 제1 광학계와 제2 광학계를 지나 상기 스크린 상에 결상되어, 3D 영상 기준점의 배열이 형성됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점이 수평방향(x축 방향)으로 일정간격이 되도록 배열됨이 바람직하다.
바람직하게, 상기 제1 광학계는 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈로 구성되고, 상기 제2 광학계는 수직방향(y축 방향)으로 정렬한 실린드리컬 볼록 렌즈 또는 실린드리컬 프레넬 렌즈로 구성되며, 상기 스크린은 수직방향(y축 방향) 확산 특성을 가지되, 상기 제2 광학계가 3차원 영상화면의 수직크기를 결정하여, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점으로부터 투사된 빔이 스크린 상에 3차원 화소선으로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 광학계의 초점거리와 제2 광학계의 수평방향(x축 방향) 초점거리 비를 조절하여, 상기 스크린 상에 형성된 3차원 영상화면의 크기를 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점이 수평방향(x축 방향)과 수직방향(y축 방향)으로 일정 간격이 되도록 배열될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 광학계와 제2 광학계는 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈로 구성되고, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점으로부터 투사된 빔이 상기 스크린 상에 3차원 화소점이 되어, 상기 스크린상에 3차원 화소점 배열이 완전시차 영상을 구현할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 광학계의 초점거리와 제2 광학계의 초점거리 비를 조절하여, 상기 스크린 상에 형성된 3차원 영상화면의 크기를 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계는, R, G, B 레이저 광원과, 입력된 영상신호에 따라 상기 R, G, B 레이저 광원 각각의 밝기를 조절하는 제1 구동회로와, 상기 각 R, G, B 각 레이저 광원으로부터 방출되는 빔을, 칼라영상의 화소정보를 포함한 하나의 빔으로 모아주기 위한 하나 이상의 제1 광학소자와, 상기 제1 광학소자를 거쳐 칼라영상의 화소정보를 포함한 빔을 상기 빔 투사 기준점으로 경로를 변경하기 위한 하나 이상의 제2 광학소자와, 상기 빔 투사 기준점에 위치하고, 상기 칼라영상의 화소정보를 포함한 빔을 래스터 패턴(Raster Pattern) 주사할 수 있는 제3 광학소자와, 상기 제2 광학소자와 제3 광학소자 사이에 위치하며, 상기 제3 광학소자를 지나 출사하는 빔의 수평방향(x축 방향) 광세기 분포가, 중앙부분이 평탄한 사각형상 또는 사다리꼴 형상을 갖도록, 제2 광학소자로부터 입사하는 빔의 광세기 분포를 변경시키는 제4 광학소자를 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 광학소자는 파장별 반사와 투과특성을 갖는 이색성의 미러(Dichroic Mirror)로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 광학소자는 반사거울 또는 프리즘으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제3 광학소자는 수평(x축 방향)과 수직(y축 방향)의 두 축을 갖는 미소전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS) 미러로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제4 광학소자는 빔 형상 조절용 DOE(Diffractive Optical Element), HOE(Holographic Optical Element), 또는 빔의 모양에 따른 위치별 감쇄 광학필터나 레이저 광의 반경 영역내에 위치별로 감쇄 형태를 갖는 광학필터로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 LBS 투사광학계는 상기 빔 투사 기준점에 위치한 제3 광학소자보다 빔 경로 상 앞에 배치되고, 제3 광학소자에 빔이 모이도록 조절하여, 제3 광학소자를 중심으로 일정 각도로 빔이 퍼지도록 조정하는 제5 광학소자를 더 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계는 수평방향(x축 방향)으로 주사하도록 배치되고, 상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔은 상기 R, G, B 레이저 광원의 하나의 구동펄스에 의해 한 화소영상이 결정되고, 각 수평방향의 화소영상에 수평시차 영상을 배치할 수 있다.
바람직하게, 상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔의 상기 R, G, B 레이저 광원의 구동펄스 폭을 조절하여, 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에서, 상기 구동펄스에 의해 형성된 수평시역 영상이 배치된 화소 크기를 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔의 상기 R, G, B 레이저 광원의 제1 구동펄스와 연속되는 제2 구동펄스 사이의 시간간격을 조절하여, 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에서, 상기 제1 구동펄스에 의해 형성된 제1 수평시역 영상이 배치된 제1 화소와, 제2 구동펄스에 의해 형성된 제2 수평시역 영상이 배치된 제2 화소간의 간격을 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계는, 제1 수평위치(x축 위치)에서 수직방향(y축 방향)으로 주사하여 제1 수평시역 영상을 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에 형성하고, 제1 수평위치에서 일정간격 수평방향(x축 방향)으로 이격하여 수직방향(y축 방향)으로 주사하여 제2 수평시역 영상을 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계는 2쌍 이상의 R, G, B 레이저 광원을 구비하며, 각 레이저 광원의 밝기를 조절하는 2개 이상의 레이저 구동회로를 더 구비하여, 상기 제3 광학소자에 입사되는 빔의 3차원 시차 영상을 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계는 수평방향(x축 방향)으로 주사하도록 배치되고, 상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔은 상기 2쌍 이상의 R, G, B 레이저 광원의 각 레이저 구동회로에서 발생하는 구동펄스가 시간에 따라 순차적으로 구동되어, 각 수평방향의 인접화소영상이 서로 다른 쌍의 R, G, B 레이저로부터 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 2쌍 이상의 R, G, B 레이저 광원의 각 레이저 구동회로에서 발생하는 구동펄스의 폭을 각각 조절하여, 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에서, 상기 구동펄스에 의해 형성된 수평시역 영상이 배치된 화소 크기를 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계는 수평방향(x축 방향)으로 주사하도록 배치되고, 상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔은 상기 R, G, B 레이저 광원의 두 개 이상의 구동펄스에 의해 한 화소영상이 결정되고, 각 수평방향의 화소영상에 수평시차 영상을 배치할 수 있다.
바람직하게, 상기 제4 광학소자는, 가우시안 형태의 광 분포에서 반치폭(FWHM) 직경 기준으로 그 외각의 광을 제거하여, 스캐닝 레이저 광 분포를 스퀘어(Square) 시역에 가깝게 할 수 있다.
바람직하게, 상기 제4 광학소자는, 투사 빔의 반치폭(FWHM) 직경 보다 작고, 투사 빔의 반치폭(FWHM) 직경의 1/10 보다 같거나 큰 영역의 빔을 투과시키는 특성을 갖을 수 있다.
바람직하게, 상기 각 LBS 투사광학계는 수평방향(x축 방향) 빔 형상의 크기를 수직방향(y축 방향) 빔 형상의 크기와 대응되는 스퀘어(Square) 시역을 형성하고, 한 화소 대응 주사시간 대비 레이저의 입력신호 시간이 0보다 크고 30％ 작은 범위로 인가될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치에 따르면, 레이저 빔 스캐닝(Laser Beam Scanning, LBS) 방식의 투사광학계 배열을 이용하고, 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점을 단위 3D 화소(또는 화소선)가 되도록 구성하여, 기존의 경우보다 공간과 크기 제약이 적고 수백시점 이상의 시점영상을 제공하는 3차원 영상 디스플레이 시스템을 구성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 투사 거리에 따라 초점을 조절해줄 필요가 없어 3차원 영상 디스플레이 시스템의 구성과 변화를 주기가 매우 용이하며, 각 LBS 투사광학계의 영상정보를 갖는 레이저 빔(Laser Beam)이 각 point-like 한 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점(MEMS 반사면)에서 공간상으로 3D 시역을 형성하게 되어, 여러 인접 투사광학계에 의해 스크린상에 3D 시역을 형성하는 종래기술에 비해 손쉽게 3차원 영상 디스플레이 시스템을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 광변조 소자(회절광학소자(Diffraction optical element, DOE, 광감쇄필터, 등)를 이용하여 레이저의 밝기 분포를 바꾸고 레이저의 구동시간을 조절함으로써, 시역을 효과적으로 조절하여 이웃 시역과의 크로스토크를 최소화하거나 이웃 시역으로 넘어가는 과정에서 영상의 밝기변화를 최소화하여, 자연스럽고 부드러운 3차원 이미지를 재현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 3차원 영상표시 시스템의 설계에 따라 관찰깊이방향의 범위에 따라 결정되는 인접시역간 간격과 전체 시점수를 결정하고, 동일한 LBS 투사광학계의 각 R, G, B 레이저 구동펄스 폭과 구동펄스간 간격을 조절하여, 최적의 3차원 이미지를 재현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 Type 1 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 일반 투사광학계를 사용하는 3차원 영상표시장치의 시역형성 원리를 보여주는 사시 개념도이다.
도 3은 도 1의 (a)의 각 단면 위치에서 형성된 시역의 광세기 각도분포를 나타낸 도면으로서, 도 3의 (a)는 A-A' 단면, 도 3의 (b)는 B-B' 단면, 도 3의 (c)는 C-C' 단면에서 시역의 광분포를 나타낸다.
도 4는 종래의 Type 2 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치에서의 단위 3D 화소에서의 이상적인 시역분포를 나타낸 도면이다.
도 6은 Type 2 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치에서의 단위 3D 화소에서의 실제 구현시역의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 일반적인 LBS 광학계를 사용한 투사영 영상표시장치를 나타낸 도면으로서, 도 7의 (a)는 스크린 상에 2차원 영상형성 원리 설명을 위한 개념도이고, 도 7의 (b)는 스크린 상에 2차원 영상 주사를 위한 래스터 패턴(Raster Pattern) 주사 방법을 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 일반적인 평판형 영상표시패널을 사용한 시차장벽형 3차원 영상표시장치의 시역형성 방법설명을 위한 개념도로서, 도 8a는 다시점 또는 초다시점(Multi-view or Super Multi-view) 3차원 영상표시장치의 기본구성 및 시역형성을 나타낸 개념도이고, 도 8b는 집적영상(Integral Photography) 3차원 영상표시장치의 구성 및 시역형성을 나타낸 개념도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LBS 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치의 시역형성 방법설명을 위한 개념도로서, 도 9a는 다시점 또는 초다시점(Multi-view or Super Multi-view) 3차원 영상표시장치의 기본구성 및 시역형성을 나타낸 개념도이고, 도 9b는 집적영상(Integral Photography) 3차원 영상표시장치의 구성 및 시역형성을 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수평시차만을 제공하는 LBS 투사광학계를 사용한 3차원 영상표시장치의 시역형성과 3D 영상 관찰위치에 대한 설명을 위한 개념도이다.
도 11은 LBS 투사광학계 배열을 사용하여 수평시차만 제공하는 3차원 영상표시장치의 스크린 상의 시역형성 원리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 12는 수직확산판으로 이루어진 스크린 위치이후 관찰자 위치에서 보여지는 3D 영상정보 표현 화면크기 및 LBS 투사광학계별 3D 영상정보 표현 화소열 시점영상 배치 개념도의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 2차원 LBS 투사광학계 배열을 사용한 완전시차방식의 3차원 영상표시장치에서의 스크린 상의 시역형성 원리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 14는 도 13의 완전시차방식의 3차원 영상표시장치에서 미소 확산판으로 이루어진 스크린 위치이후 관찰자 위치에서 보여지는 3D 영상정보 표현 화면크기 및 LBS 투사광학계별 3D 영상정보 표현 화소 시점영상 배치 개념도의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LBS 투사광학계의 배열과 4f 시스템을 사용하여 수직확산판 상에 3D 영상화면 크기의 3D 화소선의 배열을 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 쉐이핑(Beam Shaping) 소자가 추가된 단위 LBS 투사광학계를 나타낸 개념도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단위 LBS 투사광학계와 각 위치에서의 빔 쉐이핑(Beam Shaping) 형상을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 쉐이핑 소자가 없는 경우와 빔 쉐이핑 소자가 있는 경우의 제3 위치에서의 빔 형상을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 쉐이핑 소자가 없는 일반 LBS 투사광학계로부터 일정거리 떨어진 위치에서의 스크린 상에 맺힌 수직한 화소라인들과 빔 형상을 나타낸 도면이다.
도 20의 (a) 및 (b)는 시간에 따른 레이저 입력 전류를 나타낸 도면이고, 도 20의 (c)는 인접 시역간 크로스토크가 최소화된 이상적인 시역을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 3차원 영상표시장치에 사용되는 단위 LBS 투사광학계의 두 가지 구조를 나타낸 도면이다.
도 22는 도 21의 (a)의 LBS 투사광학계 배치에서의 단위 LBS 투사광학계의 광 출력부(MEMS Mirror)를 기준으로 레이저 광원의 작동과 이에 따른 수평방향(x축 방향)의 시역형성 원리를 설명하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 두 쌍의 R, G, B 레이저 광원에 의해 3차원 영상정보를 생성하는 단위 LBS 투사광학계 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 도 23의 두 쌍의 R, G, B 레이저 광원을 구비한 단위 LBS 투사광학계를 도 21의 (a)와 같은 배치 구조로 사용하는 경우에서의 단위 LBS 투사광학계의 광 출력부(MEMS Mirror)를 기준으로 레이저 광원의 작동과 이에 따른 수평방향(x축 방향)의 시역형성 원리를 설명하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 단위 LBS 투사광학계 기준으로 형성된 관찰위치에서의 전체 시역 범위(VZ width)와 시점간격(VP interval)에 관한 관계성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 해상도가 848(H)x380(V)이고, θx가 45도인 단위 LBS 투사광학계 기준으로 형성된 Z방향 위치에 따른 그래프이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 단위 LBS 투사광학계의 광 출력부(MEMS Mirror)를 기준으로 수평방향으로 형성된 2개의 단위시역을 합쳐 하나의 시역을 형성하는 원리를 설명하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
우선, 본 발명의 주요한 구성요소인 LBS 투사광학계의 기본원리를 먼저 도 7을 참고하여 설명하고, 이어서 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 7은 일반적인 LBS 광학계를 사용한 투사영 영상표시장치를 나타낸 도면으로서, 도 7의 (a)는 스크린 상에 2차원 영상형성 원리 설명을 위한 개념도이고, 도 7의 (b)는 스크린 상에 2차원 영상 주사를 위한 래스터 패턴(Raster Pattern) 주사 방법을 나타낸 도면이다.
LBS 투사광학계는 R, G, B 각 레이저 광원으로 발생되는 광들이 반투과 광학소자를 통하여 합쳐진 후에, 반사거울을 지나 2축 회전이 가능한 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 미러(Mirror)를 통하여 광을 출사하는 장치이다.
이러한 장치에서 각 R, G, B 레이저 광원의 밝기를 입력영상 정보에 맞추어 순차적으로 변경하고, 순차적으로 변경되는 영상정보를 스크린(Screen)의 다른 위치에 보내기 위해 2축 MEMS 미러를 입력영상 정보와 동기화하여 회전한다.
이를 래스터 패턴(Raster Pattern) 주사방법이라 하고, 그 일 예를 도 7의 (b)에 보여주고 있다. LBS 투사광학계는 3색 레이저 광원들과 동기화하여 MEMS 미러를 회전함으로써, 스크린 상에 영상을 생성하기 때문에, 기존의 일반적인 투사광학계에 필수 구성요소인 영상표시패널과 일정거리에 있는 스크린 상에 영상정보를 생성하기 위한 렌즈시스템과 같은 초점조절 수단이 필요 없다.
기존 일반적인 투사광학계는 일정거리 떨어진 스크린 상에 영상의 초점조절을 하기 위한 렌즈시스템이 존재하므로, 부피가 커질 수밖에 없다. 그리고, 렌즈로부터 형성되는 영상의 투사거리조절에 용이하지 않다. 아울러, 복수의 투사광학계의 배열을 사용하는 시스템인 경우에 투사광학계의 정렬 등이 복잡해지고, 영상 왜곡을 조정하기가 용이하지 않는 단점이 있다.
이에 반해 LBS 투사광학계는, 3색 레이저 광원과 몇 종류의 이색성의 미러(Dichroic mirror), 반사거울, 그리고 영상정보를 주사하기 위한 MEMS 미러만 갖추면, 영상정보 신호처리에 의해서 영상을 발생시키게 된다. 따라서 시스템이 간소해지므로, 복수의 LBS 투사광학계를 사용하여 시스템을 구성하는데 용이한 장점을 갖고 있다.
또한, 일반적인 이미징 시스템에 의해 영상을 생성하는 투사광학계와 달리, LBS 투사광학계는 영상이 생성되는 스크린의 위치를 보다 자유롭게 설정하여 영상크기 변경에 용이하다. 그리고, 복수의 LBS 투사광학계를 사용한 시스템 구성에서 각각의 LBS 투사광학계로부터 스크린까지의 거리가 달라지는 경우에도 영상의 초점이 흐려지는 현상이 없으므로, 복수의 LBS 투사광학계의 배열을 보다 자유롭게 조정할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 일반적인 LBS 투사광학계로부터 출사되는 영상정보를 표시하는 광은, 도 3의 (b)와 같이 가우시안 형태의 광세기 분포를 갖고 있다. 그러므로 이를 본 발명의 3차원 영상표시장치의 구성에 적용하는 경우에 발생되는 3차원 영상화질 저하를 막고, 본 발명의 3차원 영상표시장치의 효율적 구성을 위한 영상신호처리 방법이 적용된, 변형된 LBS 투사광학 시스템과 영상신호방법의 개념이 필요하다.
이러한 LBS 투사광학계의 장점을 사용하면서, 기존 LBS 투사광학계에서 본 발명에 적합하게 변형된 LBS 투사광학계를 적용한 본 발명의 제1 실시예가 도 9에 보여진다. 도 8은 일반적인 평판표시장치를 사용하는 무안경식 3차원영상표시장치의 기본구성과 시역형성 원리를 설명하는 것으로, 도 9에 의한 변형된 LBS 투사광학계를 적용한 본 발명의 제1 실시예와 비교 설명하기 위함이다.
일반적인 평판형 영상표시패널을 사용하여 공간분할 방식의 다시점 또는 집적영상을 생성하는 방법은, 시차분리수단인 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈를 평판표시패널 앞에 일정간격 이격하여 배치하고, 영상표시패널 상에 시점영상을 배치하여, 시차분리수단으로부터 일정간격 떨어져 있는 관찰자의 양안에 들어오는 시차영상으로부터 관찰자가 3차원 영상을 인식하게 하는 것이다.
도 8a 및 도 8b는 평판형 영상표시패널과 시차장벽을 사용하여 4시점 설계의 다시점과 집적영상의 시역형성에 대한 예를 보여주고 있다. 다시점 설계(도 8a)와 집적영상 설계(도 8b)에 있어서, 하드웨어(H/W)적으로 가장 차이 나는 부분은 최적관찰거리를 정하고, 이곳에 공통시역을 형성하는 구조인지, 또는 시차장벽을 통해서 발산하는 시점영상의 광경로가 모든 시차장벽의 개구부를 통하여 대칭적으로 발산하는 구조인지의 여부이다. 이 부분은 영상표시패널 앞의 시차장벽 개구부의 주기가 일정 수평폭(시점수x화소폭)보다 작은지 동일한지에 따라 결정될 수 있다. 최근에는 다시점 설계와 집적영상 설계의 중간영역인 변형된 집적영상 설계도 3차원 영상표시장치에 도입되고 있는 추세이다.
도 8의 평판형 영상표시패널을 사용하는 다시점 또는 집적영상 3D 시스템은, 시점영상이 배치된 화소의 세트와 시차장벽 개구부와 하나의 단위로 묶어서 생각할 수 있다. 이 단위를 설계된 3D 시점영상을 생성하는 최소 단위로 하여 3D 화소라 명명할 수 있다. 또한, 이러한 3D 화소가 영상표시패널의 수직 또는 경사진 방향으로 확장될 수 있는데, 이것을 3D 화소선이라 정의한다. 일 예로, 도 8은 x-z 평면상에, 영상표시패널과 하나의 시차장벽 개구부에 의하여 구성되는 3D 화소들(Pj-1, Pj, 또는 Pj+1)를 보여주고 있다. 각 3D 화소의 광학적 기준이 되는 중심은 시차장벽 개구부의 수평중심위치(Ej -1, Ej, 또는 Ej +1)가 된다.
평판형 영상표시패널을 사용하여 다시점 또는 집적영상을 구현하는 최소 기본단위인 3D 화소를 도입한, 본 발명의 제1 실시예인 LBS 투사광학계를 적용한 3차원 영상표시장치에 대한 개념은 도 9에 보여진다.
본 발명의 제1 실시예에서, 하나의 LBS 투사광학계가 3D 화소 또는 화소선이 된다. 즉, 수평방향 시차만 제공하는 3D 시스템으로 설계한 경우에는 하나의 LBS 투사광학계가 수평시차 영상을 제공하는 3D 화소선 역할을 한다. 완전시차 3D 영상을 제공하는 3D 시스템으로 설계한 경우에는 하나의 LBS 투사광학계가 2차원 공간상에 3D 시역을 형성하는 3D 화소 역할을 한다.
도 9a는 도 8a와 유사한 다시점 3D 시스템이고, 도 9b는 도 8b와 유사한 다시점 3D 시스템이다. 도 9에서 도 8의 시차장벽의 개구부 중심에 해당하는 부분이 2축(x,y축) 회전 MEMS 미러의 중심부분이 된다. 도면에 표현하지는 않았지만, 본 발명은 도 9a의 다시점 시스템과 도 9b의 집적영상(IP) 시스템의 장점을 결합한 변형 집적영상(IP) 시스템에도 적용할 수 있다.
상기의 기술은 평판형 영상표시패널의 3D 화소 또는 화소선의 개념과 본 발명의 LBS 투사광학계의 3D 화소 또는 화소선의 유사관계를 설명한다. 그러나, 단위 LBS 투사광학계로 이루어진 3D 화소 또는 화소선을 사용하여 3D 영상을 구현하는 시스템의 시역형성 방법은, 평판형 영상표시패널을 사용한 3D 화소 또는 화소선을 사용하는 방법과 차이나는 부분도 있다. 이러한 차이에 대한 설명을 도 10을 사용하여 설명한다.
종래의 평판디스플레이와 시차장벽을 사용한 다시점 또는 집적영상 시스템은, 3D 영상을 표현하는 3D 화소 또는 화소선(Pj -1, Pj, 또는 Pj +1)이 공간상 x-y 평면상에 확장된 영역을 가지고 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 LBS 투사광학계를 사용하는 다시점 또는 집적영상 시스템은, 이상적으로 3D 화소가 1mm 내외의 MEMS 미러에서 출발하여, LBS 투사광학계 배열의 일정거리(Ls) 떨어진 위치에 확산판을 설치하여 3D 화소의 x-y 평면상에 확장 영역을 형성하게 한 후에, 상기 확산판으로부터 일정거리(L0-Ls) 떨어진 위치에서 다시점 또는 집적영상을 관찰할 수 있다.
이는 종래의 렌즈형 투사광학계 시스템을 사용한 3차원 영상표시장치인 도 1 또는 도 4의 경우와도 다른 구성을 가지는 것이다. 종래기술에서는 스크린 상에 3D 화소 또는 화소선이 형성되는 것으로서, 스크린의 위치가 본 발명의 3D 화소 또는 화소선의 기준위치(Ej -1, Ej, 또는 Ej +1)와 유사한 의미를 갖게 된다. 그리고, 종래기술에서는 결과적으로 각 인접 투사광학계에서 해당 3D 화소 또는 화소선에 시점영상을 제공하게 되는 반면에, 본 발명에서는 각 LBS 투사광학계(Pj)가 하나의 3D 화소 또는 화소선이 되며, 각 LBS 투사광학계의 MEMS 미러 위치가 3D 화소의 기준위치가 된다.
본 발명과 같이 각 LBS 투사광학계가 3D 화소 또는 화소선이 된다는 개념이, 수평시차만 표현하는 3차원 영상표시장치에 적용된 경우(도 11 및 도 12)와, 완전시차를 표현하는 3차원 영상표시장치에 적용된 경우(도 13 및 도 14)로 나누어 설명하면 다음과 같다.
도 11에 보여지듯이 수평시차만을 제공하는 LBS 투사광학계 배열을 사용한 3차원 영상표시장치는, 전체 N개의 LBS 투사광학계(O1, O2,…, ON-1, ON)가 x-y 평면상에 2차원 배열되고, 각 LBS 투사광학계의 기준위치인 MEMS 미러 중심축 위치(P1, P2,…, PN -1, PN)가 수평방향으로 일정간격(Wp) 이격하여 배치된다.
이러한 배치는 LBS 투사광학계의 수평크기가 Wp보다 작은 경우에는 LBS 투사광학계를 x방향으로만 1차원 배열을 할 수 있으나, LBS 투사광학계의 수평크기보다 작게 설계된 Wp에서 x-y 평면상에 2차원 배열이 필요하다. 이때, N번째 LBS 투사광학계의 수평위치와 첫 번째 LBS 투사광학계의 수평위치간의 간격(Ws)이 3D 영상을 표현하는 화면의 가로크기가 되며, 배열된 LBS 투사광학계의 개수(N)가 표현되는 3D 영상의 수평방향 해상도가 된다. 또한, LBS 투사광학계 배열에서부터 일정거리에 위치하는 수직확산판은, 각 투사광학계의 MEMS 미러 중심축 위치(Pj)로부터 발생하는 영상정보의 수직방향 시역의 폭을 확장하여, 수직확산판에서 일정간격 떨어진 관찰자에게 수직방향으로 배열된 각 시역별 3D 영상정보를 관찰할 수 있게 한다.
도 11은 M(가로) x L(세로) 해상도의 LBS 투사광학계 중 하나인 Oj에서 발생하여 수직확산판 상에 형성된 M개의 수평시역(d1, d2,…, dM-1, dM)과, 각 수평시역별 L개의 수직방향 영상정보를 표현할 수 있다. 이러한 수직확산판 상에 L개의 수직방향 영상정보를 표현하는 각각의 수평시역은, 각 투사광학계인 Oj의 광학적 기준위치인 Pj에 중심을 둔 3D 화소선으로부터 형성된다.
도 11은 수직확산판 이후에 대표적으로 L개의 수직방향 영상정보 중에서 i번째 영상정보의 1st 시역, jth 시역, 그리고 Mth 시역의 형성모양을 보여주고 있다. 표시하지 않은 다른 LBS 투사광학계로부터 발생하는 수직확산판 상에 영상형성 위치 즉, 시역형성 위치는 LBS 투사광학계의 배열에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 각 LBS 투사광학계로부터 3차원 시점영상을 표현하는 수직방향 영상크기(Hs)는, LBS 투사광학계 배열로부터 수직확산판까지의 거리에 비례하고, 동일시역내의 수직방향 영상의 해상도는 L이 되어 각 LBS 투사광학계의 세로 방향 해상도와 같게 된다.
이와 같이 각 LBS 투사광학계로부터 독립적으로 형성된 시역들로부터 수직확산판 이후에서 3D 영상을 보게 되는 관찰자의 각 동공에서 보게 되는 3D 영상을 표현하는 화면의 크기와, 각 LBS 투사광학계의 3D 화소선으로부터 발생되는 시점영상 배치의 일 예가 도 12에 보여진다.
도면상에 수직하게 배열되어 있는 선은, 각 LBS 투사광학계의 기준위치(P1, P2,…, PN -1, PN)에서 발생하는 각 3D 화소선의 관찰자 위치에서 바라보는 해당시역의 수직영상 정보를 말한다. 이를 시역영상 스트립이라고 명명한다. LBS 투사광학계로부터 수직확산판 상에 투영되는 시역영상 스트립은, LBS 투사광학계의 기준위치(P1, P2,…, PN-1, PN)간의 간격만큼 이격하여 수평방향으로 배치된다. 모든 LBS 투사광학계로부터 관찰자 위치에서 시역정보를 보게 되는 경우에, 관찰자가 관찰하게 되는 영상정보를 표현하는 화면의 수평크기는, LBS 투사광학계 배열의 폭(Ws)과 동일하게 된다.
수직방향의 영상크기는 최대 수직확산판 상에서의 단일 LBS 투사광학계로부터 형성되는 시역영상 스트립의 수직크기(Hs1)과 동일하지만, 2차원 LBS 투사광학계 배열에 있어서 y축 위치가 다른 투사광학계로부터 형성되는 시역영상 스트립의 수직위치가 수직확산판 상에서 다를 경우에는, 시역영상 스트립이 중첩되는 높이(Hs2)가 수직방향 영상크기가 된다.
이때의 인접 시역영상 스트립간에는 영상정보가 없는 영역이 원리상 발생하게 되는데(수직방향의 확산판만을 사용하고 수평방향에 대해서는 확산판을 사용하지 않을 경우이므로), 이와 같은 수평방향으로 영상정보가 없는 영역을 없애기 위하여 수평방향의 확산판을 사용할 수 있다. 그 위치는 수직확산판과 동일한 위치일 수 있고(이 경우는 결과적으로 이방적 특성의 확산판이 됨), 수직확산판 위치와 다르게 LBS 투사광학계 배열과 수직확산판 사이의 위치일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 완전시차 영상을 구현하는 영상표시장치에 대해 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다. 도 13은 2차원 LBS 투사광학계 배열을 사용한 완전시차방식의 3차원 영상표시장치에서의 스크린 상의 시역형성 원리를 설명하기 위한 사시도이고, 도 14는 도 13의 완전시차방식의 3차원 영상표시장치에서 미소 확산판으로 이루어진 스크린 위치이후 관찰자 위치에서 보여지는 3D 영상정보 표현 화면크기 및 LBS 투사광학계별 3D 영상정보 표현 화소 시점영상 배치 개념도의 일 예를 나타낸 도면이다.
LBS 투사광학계의 배열은 가로방향(x축 방향)으로 n개와, 세로방향(y축 방향)으로 m개로 이루어져 있다. 이러한 배열에서 x축 배열과 y축 배열의 각 LBS 투사광학계의 기준위치(Pi ,j)는 각각 규칙적인 간격으로 이루어져 있고, x축 방향의 제1 열과 제n 열의 투사광학계 사이의 간격이 3D 영상 화면의 가로크기가 되고, y축 방향의 제1 행과 제m 행 사이의 투사광학계 사이의 간격이 3D 영상 화면의 세로크기가 된다.
이때, 각 LBS 투사광학계의 기준위치(Pi ,j)가 3D 화소가 되고, 각 3D 화소별로 발생되는 완전시차 시역은 2차원 LBS 투사광학계 배열로부터 일정간격 떨어진 스크린 위치에서 형성된다. 이렇게 형성된 시역의 개수는 최대 각 LBS 투사광학계의 해상도와 같게 된다. 즉, 가로와 세로 방향 해상도가 각각 L과 M인 경우에, 수평시역(x축 방향 시역)과 수직시역(y축 방향 시역)의 개수는 각각 L과 M이 된다.
도 11과 도 12에 표현한 수평시차만 형성하는 영상표시장치와 다르게, 미소 확산판으로 이루어진 스크린은 x-y 평면상에 2차원 배열된 3D 화소들간의 영상정보가 불연속적이게 보이지 않을 정도의 x-y축 방향의 미소 확산효과를 주기 위해서 배치되어져 있고, 3D 영상을 표현하는 화면의 크기는 2차원 배열의 LBS 투사광학계에 의해서 결정된다. 이러한 완전시차 방식의 3차원 영상표시장치에 있어서, 미소 확산판 이후에 관찰자 위치에서 바라본 3D 시역을 형성하는 화면의 크기와, 각 화면위치에서의 각 LBS 투사광학계로부터 발생되는 시역의 배열은 도 14에 도시되어 있다.
본 발명의 실시예에 의한 도 11 및 도 12의 수평시역만을 형성하는 3차원 영상표시장치의 구조는, 수직 확산깊이와 수평 시역 형성 출발점인 LBS 투사광학계의 깊이 위치가 서로 다르다. 일반적 시차장벽 방식(도 8 참조)과 투사광학계 방식(도 2 참조)의 3차원 영상표시장치는 두 깊이가 일반적으로 일치한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 수직 확산깊이와 수평 시역형성 깊이방향(z축 방향) 위치를 일치시키기 위하여, 도 15에서와 같이 x-y 평면상에 1차원 또는 2차원 LBS 투사광학계 배열과 4f 시스템 구조를 이용하여, 수직 확산 깊이위치와 수평 시역형성 깊이방향 위치를 하나의 z위치(수직 확산판 위치)로 일치시킬 수 있다.
이 경우, 렌즈 1은 일반 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈 또는 구면경 등을 적용할 수 있다. 렌즈 2의 경우는 수직방향(y축 방향) 3D 영상 화면의 크기를 유지하면서, 수평방향(x축 방향)으로는 수직확산판 상에 3D 화소선의 기준위치를 설정하기 위하여, 실린드리컬 볼록 렌즈 또는 실린드리컬 면경, 수평방향만의 프레넬 렌즈 등이 사용될 수 있다. 이 경우 수직방향(y축 방향)으로는 평행광이 만들어 진다. 이러한 경우에 수직확산판 상에 형성된 각 LBS 투사광학계 마다 4f 시스템을 사용하여 형성된 수직방향의 크기가 영상화면 크기로 확장된 3D 화소선으로부터 수평시역이 발생하게 되어 일반적인 시차장벽형 다시점 또는 1차원 집적영상과 유사한 효과를 제공할 수 있다.
수평방향(x축 방향)에 적용한 일반적인 4f 시스템에서, 렌즈 1과 렌즈 2는 동일한 초점거리(f1=f2)를 갖는다. 본 발명에서의 수평방향(x축 방향)에서의 4f 시스템은, 일반적인 경우와 마찬가지로 렌즈 1과 렌즈 2가 동일한 초점거리를 갖을 수 있다. 또한, 필요한 수평방향 영상의 화면크기를 조절하기 위하여, 렌즈 2의 수평방향의 렌즈 초점거리(f2)를 렌즈 1의 초점거리(f1)보다 크거나 작게 하여, 수직 확산판 위치에서의 수평화면 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라 본 발명의 특성에 적합한 단위 LBS 투사광학계의 구조와 단위 LBS 투사광학계로부터 출사하는 광특성을 제어하는 방법에 대해서 설명한다. 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 쉐이핑(Beam Shaping) 소자가 추가된 단위 LBS 투사광학계를 나타낸 개념도이다.
도 16의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LBS 투사광학계는 R, G, B 각각의 레이저 다이오드들, 각 R, G, B 레이저 다이오드로부터 발생하는 광들을 집광시켜주는 집광렌즈들(C1,C2,C3), 각 R, G, B 레이저 다이오드로부터 발생되어 집광렌즈를 통하여 집광된 광들의 경로를 바꾸어 주는 특정파장의 광만 반사시키고 그 외의 빛은 투과시키는 이색성의 미러(Dichroic Mirror)들(예컨대, Dichroic Mirror 1은 Red만 반사, Dichroic Mirror 2는 Blue만 반사되는 특성을 갖음), 집광된 R, G, B 광의 형상을 제어하는 빔 쉐이핑(Beam Shaping) 소자, 빔의 경로를 제어하기 위한 하나 이상의 반사 미러(R Mirror), 그리고 출사되는 광을 LBS 투사광학계로부터 Z방향으로 일정거리 떨어진 x-y 평면상에 스캔하여 뿌려주기 위한 2축 회전 MEMS 미러로 구성된다. 또한, 도 16에는 도시하지 않았지만, 입력된 영상정보를 단위 LBS 투사광학계에 전달하여 각 R, G, B 레이저 다이오드에 영상신호를 공급하고, 이와 동기되어 2축 회전 MEMS 미러를 제어하는 영상신호 및 MEMS 미러 제어부가 추가로 구성될 수 있다.
상기 빔 쉐이핑 소자는 회절광학소자 DOE(Diffractive Optical Element)와 홀로그래픽 광학소자 HOE(Holographic Optical Element)가 사용될 수 있으며, 그 외에도 위치에 따라 입사광의 투과율이 다른 특성을 갖는 광학소자 등이 사용될 수 있다.
도 16의 LBS 투사광학계에 표시된 광은 광의 경로를 설명하기 위하여 편의상 직선으로 표현하였지만, 실제로는 각 경로에 따라 이상적인 평행광이 아니고 일정한 발산각(Divergence angle)을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예로 사용하기에 이상적인 LBS 투사광학계는, 2축 MEMS 미러 상에 R, G, B 각 레이저 다이오드로부터 발생된 광이 동일 위치로 집광되어 MEMS 미러 회전축 중심위치에 모이도록 하여, 이곳이 점광원(Point-Like Light Source) 기준위치가 되어, 이곳으로부터 MEMS 미러 회전에 따라 x-y 평면상에 3차원 영상정보를 뿌려주게 하는 것이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 LBS 투사광학계는 투사광학계로부터 발생되는 광이 본 발명의 3차원 영상표시장치의 3차원 영상의 화질을 개선시킬 수 있다. 이의 원리에 대해 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
도 16의 본 발명의 실시예에 따른 LBS 투사광학계의 빔 쉐이핑 소자가 없는 경우와 있는 경우의 표시된 세 곳의 각 위치에서의 빔 형상이 도 17에 도시되어 있다. 각 위치의 왼쪽 편은 수평 주사방향인 x축 방향의 빔 형상을 보여주고 있고, 각 위치의 오른쪽 편은 y축 방향의 빔 형상을 보여주고 있다.
도 17의 (a)의 제1 위치에서는, 수평 주사방향의 빔 형상의 반치폭인 FWHM(Full Width at Half Maximum)이 수직 주사방향의 빔 형상의 반치폭보다 작게 설계된다. 이는 수평 주사방향의 화소는 각 R, G, B 레이저 광원의 작동시간에 따라서 화소의 폭이 결정되지만, 화소의 높이는 y축 방향의 빔 형상에 의해서 결정되기 때문이다. 이러한 x축과 y축 방향의 빔 형상의 최적의 반치폭 비는 빔의 주사속도에 따라 결정되어 진다. 도 16의 빔 쉐이핑 소자를 지난 제2 위치에서 빔 형상은 이상적으로 x-y 평면상으로 y축 방향의 폭이 큰 직사각형 형태가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, x축과 y축 빔 형상은 도 17의 (b)에 보여지듯이 빔의 중심부분의 광세기가 빔의 외곽부분의 광세기보다 작거나 같게 만들어 주는 것이 바람직하다. 이는 LBS 투사광학계의 MEMS 미러를 지나 z 방향으로 일정거리 떨어진 x-y 평면상인 도 16의 제3 위치에서의 빔 형상이, 도 17의 (c)의 x축과 y축 방향의 빔 형상을 만들어 주기 위함이다.
도 16의 제2 위치에서의 빔 형상이 도 17과 같이 빔 형상의 중간부분이 외곽부분보다 광세기가 작아야만 하는 첫 번째 이유는, LBS 투사광학계에서 출사하는 광은 평행광에 가깝지만 일정한 발산각(divergence angle)을 갖고 있어, LBS 투사광학계의 MEMS의 중심위치를 기준으로 z 방향 크기에 따라 빔 형상의 크기가 커지는 특성을 갖게 된다. 이러한 경우에 해당 z 위치에서의 x축 방향과 y축 방향에서의 빔 형상은 빔의 외곽부분의 광량이 빔의 중심부분보다 줄어들게 되기 때문이다. 또 다른 이유는 도 16에는 표시되어 있지 않지만, 도 16의 제3 위치를 관찰자 위치에서 보기 위해서는 LBS 투사광학계와 제3 위치 사이에 수직방향의 영상크기를 결정하는 수직확산 스크린이 배치되어 질 수 있다. 그리고, 이 수직확산 스크린은 주로 수직방향(y축 방향)으로 LBS 투사광학계로부터 발생되는 광을 확산시키는 특성을 갖는 광학소자이나, 스크린에 입사되는 빔의 x축 방향정보를 유지하는 범위 내에서 수평방향(x축 방향)으로도 미소확산 특성을 추가로 부여할 수 있다. 이러한 특성을 갖는 수직확산 스크린 이후에 확산된 광의 x축과 y축 방향의 광세기 분포를 균일하게 할 수 있도록 하기 위함이다.
위에 설명한 바와 같이 도 17 (b) 또는 (c)의 빔 세기 형상을 구현하는 본 발명에 의한 또 다른 실시예에 대해 도 18과 도 19를 적용하여 설명하면 다음과 같다. 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 쉐이핑 소자가 없는 경우와 빔 쉐이핑 소자가 있는 경우의 제3 위치에서의 빔 형상을 나타낸 도면이고, 도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 쉐이핑 소자가 없는 일반 LBS 투사광학계로부터 일정거리 떨어진 위치에서의 스크린 상에 맺힌 수직한 화소라인들과 빔 형상을 나타낸 도면이다. 도 20의 (a) 및 (b)는 시간에 따른 레이저 입력 전류를 나타낸 도면이고, 도 20의 (c)는 인접 시역간 크로스토크가 최소화된 이상적인 시역을 나타낸 도면이다.
도 16의 빔 쉐이핑 소자가 없는 경우의 제3 위치에서의 수평방향(x축 방향) 빔 형상은, 도 18의 (a) 좌측에 표현되어져 있듯이 가우시안 형상을 갖는다. 이러한 빔 형상을 이용하여 단위화소별 시간에 따라 도 20의 (a)에 보여지는 레이져 펄스를 인가하게 되면, 도 18의 (a) 우측에 보여지듯이 시간에 따라 누적되어 형성되는 제3 위치에서의 단위 수평화소에 해당하는 빔 형상 역시 가우시안 형상을 보이게 된다.
이와 같은 결과는 도 17의 (c)에 도시된 이상적인 스퀘어 형상과 차이가 있고, 일반적인 LBS 투사광학계를 사용하여 검증한 도 19의 (b)의 실험결과와도 일치함을 확인할 수 있다. 도 19의 (a)에 도시된 데이터는 상용화된 빔 쉐이핑 소자가 없는 일반 LBS 투사광학계로부터 600mm 떨어진 위치에서의 스크린 상에 맺힌 수직한 한 화소라인과 인접 6개 수평화소와 떨어진 수직한 다른 화소라인이다. 이 데이터의 A-A' 단면에서의 스크린 상의 빔 형상은, 도 19의 (b)에 도시된 'Interval 1'이 된다.
이어서, 도 19의 (a)에 도시된 두 개의 작동 화소라인을 수평방향으로 한 화소씩 이동하여 동일한 A-A' 단면상에서 스크린 상의 빔 형상을 측정하면, 도 19의 (b)에 도시된 바와 같이, 'Interval 2' 내지 'Interval 6'의 데이터를 추가한 전체 데이터 결과가 나타난다. 이 전체 데이터에서 수평방향으로 형성된 각각의 빔 형상은, 측정한 스크린 위치에서의 한 화소에 해당된다. 아울러, 전술한 도 11의 본 발명에 의한 3차원 디스플레이 시스템에서는 수평방향의 단위시역이 된다.
즉, 도 19의 (b)는 12개의 수평방향 단위시역 데이터가 되고, 이러한 경우에 인접 단위시역간 크로스토크량이 증가되어 깊이감이 큰 3차원 영상을 제대로 표현하기가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 16의 빔 쉐이핑 소자를 추가할 수 있다. 이때, 사용될 수 있는 빔 쉐이핑 소자로는 광 감쇄 필터 또는 DOE/HOE 소자가 있다.
이러한 빔 쉐이핑 소자는, 도 18의 (a) 좌측 도면과 같이, 도 16의 제1 위치의 빔을 가우시안 형태의 광분포에서 빔 쉐이핑 소자를 제1 위치 이후에 적용하여 빔의 형태를 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum) 기준으로 그 외각의 광을 제거하는 특성을 만들면, 수평방향 주사에 의해 형성되는 한 화소의 빔 형상을 사다리꼴 형상으로 만들 수 있다.
이의 일 예로, 도 18의 (a)에 도시된 제1 감쇄필터를 사용한 경우에, 초기 빔 형태가 도 18의 (b) 좌측 그래프와 같이 만들 수 있고, 이러한 경우에 수평방향 주사에 의해 형성되는 한 화소의 형상에 해당하는 빔의 형상이 도 18의 (b)에 도시된 사다리꼴이 된다.
도 18의 (a)에 도시된 제2 감쇄필터는, LBS 투사광학계로부터 방출되는 빔의 수평방향 반치폭의 1/5인 영역에 대해서만 투과되는 특성을 보이는 경우이다. 이 경우에 형성되는 LBS 투사광학계로부터 방출되는 빔의 형상은, 도 18의 (c) 좌측 그래프와 같이 된다. 그리고, LBS 투사광학계로부터 방출되는 빔의 수평방향 주사에 의해 형성되는 한 화소에 해당하는 빔의 형상은, 이상적인 스퀘어 시역에 가까워진다.
이와 같이 적절한 광 감쇄필터를 빔 쉐이핑 소자로 사용하는 경우에, 한 화소 또는 하나의 시역에 해당하는 수평 주사방향의 빔 형상을 스퀘어 시역에 가깝게 함으로써, 도 11과 같은 본 발명에 의한 3D 시스템의 인접시역간의 크로스토크량을 최소화할 수 있다.
이상적인 스퀘어 시역을 형성하기 위해서, 투사 빔의 반치폭에 비해 작은 비율의 투사영역의 광 감쇄필터를 사용할수록 좋으나, 한 투사 빔의 광량의 줄어듬을 고려하여 사용되는 광 감쇄필터는, 투사 빔의 반치폭(FWHM)의 1/10 보다 크고 반치폭(FWHM) 보다 작은 영역의 빔을 투과시키는 특성을 갖는 것이 바람직하다.
도 18은 각 좌측의 빔 형상에 따라 우측에 도시된 수평방향 주사에 의해 형성된 한 화소에 해당하는 빔 형상을 만들기 위해서는, 레이저의 입력신호가 도 20의 (a)에 도시된 바와 같이, 한 화소에 해당하는 수평방향 주사시간의 대부분에 인가되는 경우이다. 이러한 경우에 수평방향 인접시역간의 크로스토크량이 현격히 줄어들 수 있다(도 20의 (c) 참조).
본 발명에 의한 도 20의 (c)에 도시된 바와 같은 시역을 형성하는 또 다른 방법으로, LBS 투사광학계의 투사 빔의 주사방향(x축 방향) 빔 형상의 크기를 주사방향의 수직한 방향(y축 방향) 빔 형상의 크기와 대응되는 스퀘어 시역을 상기에 기술한 도 17 및 도 18과 함께 설명한 방법에 의해 주사방향(x축 방향) 상에 형성한다. 그리고, 도 20의 (b)에 도시된 바와 같이, 한 화소에 해당하는 수평방향 주사시간(T)의 일정범위 이하의 시간만 레이저의 입력신호를 인가하게 되는 경우에도 도 20의 (c)에 도시된 바와 같이, 인접 시역간 크로스토크가 최소화된 이상적인 시역을 형성할 수 있다.
상기의 한 화소에 해당하는 수평방향 주사시간(T)의 일정범위는 0보다 크고 0.3*T 보다 작은 범위를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 빔의 주사방향(x축 방향)에서의 빔의 크기가 주사방향의 수직한 방향(y축 방향)의 빔의 크기에 비하여 작게 형성되게 되는 데, 크기의 비가 작을수록 한 화소에 해당하는 수평방향 주사시간(T)에서의 입력신호를 인가하는 시간을 키우는 것이 유리하나, 형성되는 인접 시역간 크로스토크가 최소화되며, 밝기 균일도를 확보할 수 있도록 상기 한 화소에 해당하는 수평방향 주사시간의 일정범위 이하의 시간만 레이저의 입력신호를 인가하는 것이 바람직하다.
복수의 LBS 투사광학계 배열을 사용하여 본 발명의 3차원 영상표시장치를 구현하기 위한 단위 LBS 투사광학계의 주사방향이 2가지가 있다. 도 21은 본 발명의 3차원 영상표시장치에 사용되는 단위 LBS 투사광학계의 두 가지 구조를 나타낸 도면으로서, 도 21의 (a)는 수평 주사방향 사용 구조를 나타낸 도면이고, 도 21의 (b)는 수직 주사방향 사용 구조를 나타낸 도면이다. 단위 LBS 투사광학계의 주사방향 중 첫 번째는 수평 시차방향인 x축 방향으로 주사하도록 단위 LBS 투사광학계를 배치하는 방법(도 21의 (a))이고, 두 번째로 단위 LBS 투사광학계의 주사방향이 수직한 방향으로 배치하는 방법(도 21의 (b))이다.
두 가지 단위 LBS 투사광학계의 배치는, 본 발명에 의한 3차원 영상표시장치로 구현이 가능하다. 이 경우에는 스크린 상에 주사되어 형성된 영상의 수직한 화소들이 동일한 시점영상으로 구현되게 하면 된다.
본 발명의 실시예에 따라 도 11과 같은 수평시차만 존재하는 수평시차 3차원 영상표시장치 또는 도 13과 같은 수평과 수직시차를 동시에 구현하는 영상을 제공하는 완전시차 3차원 영상표시장치의 수평방향 인접 시역들 간의 겹침정도인 크로스토크량은 3차원 영상의 표현 가능한 깊이감을 결정하고 3차원 영상을 관찰하는 관찰자의 피로도와 밀접한 상관관계를 가지고 있다. 그러므로, 본 발명의 앞에서 설명한 각 LBS 투사광학계의 MEMS 미러 위치가 3D 화소 또는 화소선이 되고, 시스템에 사용된 LBS 투사광학계의 개수가 관찰자에게 보여지는 3D 영상의 해상도가 되는 구조에 있어서, 인접시역간의 크로스토크가 최소가 되고 동일시역내에서의 밝기분포가 균일하게 만들면서 또한 관찰자가 인접시역간 이동 중에서 균일한 밝기의 3차원 영상을 제공하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예를 도 22 내지 도 24와 함께 설명한다.
도 22는 도 21의 (a)의 LBS 투사광학계 배치에서의 단위 LBS 투사광학계의 광 출력부(MEMS Mirror)를 기준으로 레이저 광원의 작동과 이에 따른 수평방향(x축 방향)의 시역형성 원리를 설명하는 도면으로서, 도 22의 (a)sms 시간에 따른 Laser 광원의 입력전류를 나타낸 도면이고, 도 22의 (b)는 일반적인 단위 LBS 투사광학계로부터 공간상 형성된 시역분포를 나타낸 도면이며, 도 22의 (c)는 빔 쉐이핑(Beam Shaping) 소자가 추가된 단위 LBS 투사광학계로부터 공간상 형성된 시역분포를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 두 쌍의 R, G, B 레이저 광원에 의해 3차원 영상정보를 생성하는 단위 LBS 투사광학계 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 도 23의 두 쌍의 R, G, B 레이저 광원을 구비한 단위 LBS 투사광학계를 도 21의 (a)와 같은 배치 구조로 사용하는 경우에서의 단위 LBS 투사광학계의 광 출력부(MEMS Mirror)를 기준으로 레이저 광원의 작동과 이에 따른 수평방향(x축 방향)의 시역형성 원리를 설명하는 도면으로서, 도 24의 (a)는 시간에 따른 1st R, G, B 레이저 광원의 입력전류를 나타낸 도면이고, 도 24의 (b)는 시간에 따른 2nd R, G, B 레이저 광원의 입력전류를 나타낸 도면이며, 도 24의 (c)는 1st 레이저 광원과 2nd 레이저 광원을 구비한 단위 LBS 광학계의 관찰자 위치에서 형성된 수평방향 시역분포를 나타낸 도면이다.
편의상 도 21의 (a)의 LBS 투사광학계 배열에서 각 LBS 투사광학계가 수평주사방향 구조로 배치된 것을 기준으로 설명하지만, 본 발명의 개념은 도 21의 (b)와 같은 수직 주사방향 구조에도 적용될 수 있다.
도 10 내지 도 12의 LBS 투사광학계의 배열을 사용하여 수평시차 3차원 영상표시장치를 구현하는 경우에 있어서, 도 21의 (a)에 보여지듯이 각 단위 LBS 투사광학계로부터 공간상에 3D 수평시역을 형성하게 된다. 이때, 시간에 따른 각 레이저 광원의 구동은 도 22의 (a)와 같다. 각 LBS 투사광학계의 수평해상도가 N인 경우에 도 22의 (a)와 같은 시간에 따른 구동신호에 의해서 수직확산 스크린 이후 관찰위치에서의 시역분포는 도 22의 (b)와 도 22의 (c)에 보여진다.
구체적으로, R, G, B 레이저 각각에 일정 수평 주사시간(Δt=t2-t1=t4-t3) 동안 N개의 수평화소에 3차원 시역정보를 인가하게 된다. 이때, 각 수평화소당 배분되는 시간을 T(pixel)이라 하고, 실제로 각 R, G, B 각 레이저 소스에 영상정보와 동기되어 각 수평화소에 전압인가를 할 수 있는 시간을 To(pixel)이라 정의하면, To(pixel)은 T(pixel)보다 작게 된다. 이때, LBS 투사광학계의 MEMS 미러의 주사방향으로의 회전각속도를 적절히 조정하여 수평방향의 모든 화소별 주사시간을 일정하게 조절하게 되면, 이상적으로 T(pixel)는 Δt/N 이 될 수 있다. 그러나, 실제적인 LBS 투사광학계는 주사방향의 각 수평방향 화소별로 배분되는 T(pixel)과 To(pixel)이 일정하지 않을 수 있다. 이러한 경우에 있어서도 상기의 To(pixel)는 T(pixel)보다 작다는 관계는 유지된다.
To(pixel)이 T(pixel)보다 줄어드는 정도는 사용된 레이저 소스의 인가전류의 On-Off에 대한 반응시간과 영상신호 처리 속도에 따라 조절될 수 있다. 또한, 한 번의 수평주사 방향이 양의 x축 방향이었으면, 다음 수평주사 방향은 음의 x축 방향이 된다. 이와 함께 LBS 투사광학계의 MEMS 미러의 y축 방향 조정에 따라, 한 번의 수평방향 주사 후 하나의 수직화소 간격만큼 이동한다.
이와 같은 LBS 투사광학계의 시간에 따른 R, G, B 레이저의 구동신호에 본 발명의 실시예에 따른 시점영상의 배분은 수평방향으로 배열된 각 화소신호마다 수평시역정보가 입력되어 N개의 수평시역을 형성한다. 예를 들면, 제1 주사구간(t1~t2 구간)에는 x0에서 x1 방향으로 주사하며, 순차적으로 각 수평화소에 1번 시역부터 N번째 시역이 형성된다. 제2 주사구간(t3~t4 구간)에는 수직방향으로 한 화소 내려와서 제1 주사구간과 반대방향인 x1에서 x0 방향으로 주사하며, 순차적으로 각 수평화소에 N번째 시역부터 1번 시역이 형성된다(도 22의 (b)와 (c) 참조).
이러한 각 LBS 투사광학계별로 3차원 영상정보를 제공하기 위한 시간에 따른 R, G, B 레이저의 구동신호와 관계하는 3D 시역이 인접 주사구간별로 반대로 형성되는 것은, 도 21과 같이 LBS 투사광학계의 래스터 스캔이 주사방향을 기준으로 양쪽에서 번갈아 이루어지는 경우(즉, 제1 주사구간이 +x방향으로 주사한다면, 제2 주사구간은 -x방향으로 주사하게 되는 경우)에 대한 3D 시역형성 방법을 설명한 것이다.
그리고, 본 발명에 사용되는 LBS 투사광학계가 단일 수평방향으로 주사하는 경우(즉, 모든 주사구간이 +x방향 주사 또는 -x방향 주사를 하는 경우)에는 상기의 예에서 설명한 바와 다르게 각 수평주사 구간별 시역형성 순서가 시간에 따라 동일할 수 있다.
도 22의 (b)는 LBS 투사광학계 내부구성 중에서 빔 쉐이핑 소자가 없는 경우의 관찰자 위치에서의 형성된 시역들의 모양과 배치를 보여주고 있고, 도 22의 (c)는 LBS 투사광학계 내부구성에 빔 쉐이핑 소자가 추가되어 관찰자 위치에서 형성된 중앙부분이 평탄한 시역이 형성됨을 보여주고 있다. 도 22의 (c)와 같이 중앙부분이 평탄한 인접시역 간의 크로스토크량은 도 22의 (b)와 같이 빔 쉐이핑 소자가 없는 LBS 투사광학계로부터 형성된 시역에 비해서 줄어들게 되고, 또한 시역내 밝기 균일도도 좋아지게 된다. 그러나, 각 시역간 영역의 밝기가 각 시역들의 중심부분보다 줄어드는 경향은 동일하게 보여지는데, 이 부분은 각 수평화소에 배분된 영상정보를 공급하는 시간(To(pixel))이 수평해상도와 수평주사시간 고려하여 각 수평화소에 배분된 시간(T(pixel))보다 작기 때문에 발생하는 문제이다. 따라서, 레이저 광원과 영상 신호처리 속도 등을 개선하여 시역중심과 인접시역간 밝기 불균일을 완화시킬 수는 있으나 쉽지 않고, 인접시역간 크로스토크량과 결부하여서 동시에 해결하기 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위해 고안된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단위 LBS 투사광학계 구조의 개념은 도 23에 보여진다. 도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 쌍의 R, G, B 레이저 광원에 의해 3차원 영상정보를 생성하는 단위 LBS 투사광학계 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 23은 LBS 투사광학계의 광학계 부분만을 도시하였지만, 도시하지 않은 3차원 영상정보를 입력받아 두 쌍의 R, G, B 레이저 광원 각각에 시간에 따라 칼라 영상신호에 따라 영상정보를 제공하면서, 동시에 각 영상의 주사위치와 동기화 하여 2축 MEMS 미러를 회전시키는 제어부를 포함할 수 있다.
도 23의 두 쌍의 R, G, B 레이저 광원은 도 24의 (a)와 (b) 같이 시간에 따라 순차적으로 수평방향 화소정보를 나누어서 제공한다. 본 발명의 실시예에서는 첫 번째 R, G, B 레이저 광원 세트는 홀수 수평화소에 영상신호를 공급하고, 두 번째 R, G, B 레이저 광원 세트는 짝수 수평화소에 영상신호를 공급하는 경우를 보여주고 있다. 이 경우에는 도 22의 (a)와 같이 한 쌍의 R, G, B 레이저 광원만을 사용하는 경우와 다르게, LBS의 수평방향 해상도(수평화소수 N)와 할당된 수평 주사시간(Δt=t2-t1=t4-t3)을 고려하여, 각 R, G, B 레이저 소스에 영상정보와 동기되어 각 수평화소에 전압인가를 할 수 있는 시간(To(pixel))이 각 수평화소에 배분된 시간(T(pixel))과 동일하거나 일정범위 내에서 크게 할 수 있다. 따라서 화소 당 배분된 R, G, B 레이저 구동시간(To(pixel))을 인접한 화소범위 내에서 자유롭게 조정할 수 있다.
또한, 단위 LBS 투사광학계 내에서 두 쌍의 레이저 광원에서 방출되는 영상정보가 포함된 빔을 반투과 미러(HRT mirror)에 의해 합치고, 경로를 바꾸어 주는 반사 미러 등을 통하여 최종적으로 MEMS 미러에 입사시키면, MEMS 미러의 회전에 의해 3차원 공간상에 영상정보를 뿌려준다. 이때, 두 쌍의 R, G, B 레이저 광원에서 오는 영상정보를 포함하는 빔의 형상을 도 17의 (b) 내지 (c)와 같이 형성하기 위하여, 광 경로 중에 하나 이상의 빔 쉐이핑 소자가 포함될 수 있다.
그 결과, 적절한 한 화소당 R, G, B 레이저 구동시간을 조절하게 되면, 도 24의 (c)와 같이 수직확산 스크린 이후 관찰자 위치에서의 형성된 단위시역의 중앙부분이 평탄하고, 단위시역의 중앙부분위치와 인접시역과의 경계영역위치에서의 시역의 밝기 불균일을 해소할 수 있다. 또한, 시역 형상이 사다리꼴에 가깝게 형성되어 인접시점간 크로스토크가 줄어들게 되므로, 깊이감이 큰 3차원 영상을 표현할 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예에 따른 3차원 영상표시장치는 3차원 영상을 관찰하는 관찰자가 피로감을 최소로 느끼면서 3차원 영상의 입체감을 키울 수 있어, 몰입감 있는 편안한 3차원 영상을 관찰자에게 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예인 도 23의 단위 LBS 투사광학계의 구조는 기본 개념을 간략화하여 설명한 것이다. 광학계는 2쌍 이상의 R, G, B 레이저 광원이 이용될 수 있으며, 2쌍 이상의 광학계를 집광하여 하나의 경로로 만드는 구조도 본 실시예로 보여진 도 23에 한정되지는 않는다.
관찰위치에 형성된 시역의 균일도 확보와 인접시역간 크로스토크를 최소화 하고자 하는 본 발명의 또 다른 실시예에 대해 도 25 내지 도 27을 사용하여 설명하면 다음과 같다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 단위 LBS 투사광학계 기준으로 형성된 관찰위치에서의 전체 시역 범위(VZ width)와 시점간격(VP interval)에 관한 관계성을 설명하기 위한 개념도이다. 도 25에는 복수의 LBS 투사광학계 배열에서 각 단위 LBS 투사광학계의 출사부(MEMS Mirror)로부터 방출되어 Ls 위치에 수직확산 스크린이 배치되고, Lo 위치에서 3차원 수평시역을 형성하는 경우를 보여주고 있다.
이때, Ls는 단위 LBS 투사광학계의 출사부에서부터 수직확산 스크린이 놓여지는 거리로 수직방향의 3차원 영상화면 크기를 결정한다. 또한, 도면에는 명시되지 않았지만, 수평방향 영상의 크기는 도 11에 보여지듯이 투사광학계 기준위치의 수평방향 배열길이(Ws)로 수평방향의 3차원 영상화면 크기가 결정이 된다.
단위 LBS 투사광학계로부터 Lo 위치에서의 수평방향(x축 방향)으로 형성된 전체시역의 크기(VZ width)는 LBS 투사광학계로부터 출사되는 광의 x방향 최대 이동각도(θx)와 관계있고, LBS 투사광학계의 출사부 위치로부터 z방향으로 Lo 거리에서의 전체시역 크기는 도 25의 관계식(1)에 보여진다.
또한, LBS 투사광학계의 출사부 위치로부터 z방향으로 Lo 거리에서의 인접시점간 거리(VZ interval)는 z=Lo 위치에서의 전체시역크기(VZ width)를 수평방향 해상도(또는 화소수)로 나누어서 계산된다(도 25의 관계식(2) 참조).
일 예로 단위 LBS 투사광학계의 해상도가 848(H)x480(V)이고, 수평방향 최대 주사각도(θx)인 경우에 도 25의 관계식 (1)과 (2)를 사용하여 계산한 z방향 거리에 따른 수평방향 전체시역 크기는 도 26의 (b)에 보여진다. 도 26은 본 발명의 실시예에 따른 해상도가 848(H)x380(V)이고, θx가 45도인 단위 LBS 투사광학계 기준으로 형성된 Z방향 위치에 따른 그래프로서, 도 26의 (b)는 수평방향(x축 방향) 전체시역크기(VZ width) 관계를 보여주는 그래프이다.
도 26의 (b)에 표시된 50인치와 100시점 영상구현 스크린 위치는, 수직방향크기 기준하여 복수의 LBS 투사광학계 배열의 수평방향크기와 관련된 수평방향 영상크기가 동일한 비율로 형성되었을 때의 3차원 영상화면의 대각선 길이를 기준으로 계산한 것이다.
50인치급 영상크기를 만드는 수직확산 스크린의 위치는 z=~1350mm, 100인치급 영상크기를 만드는 수직확산 스크린의 위치는 z=~2700mm 가 된다. 이러한 단위 LBS 투사광학계 배열(도 10 및 도 11 참조)에서의 관찰자가 3차원 영상을 볼 수 있는 관찰범위는 수직방향 확산 스크린 이후부터 시작하여 깊이방향으로 일정범위가 된다.
각 LBS 투사광학계별 발생되는 전체시역의 크기는 z방향 거리가 커질수록 선형증가를 한다. 도 26의 (a)의 시점간격 1(VP Interval 1)의 그래프는 수평화소별 단일시역을 형성하게 되는 경우에 깊이방향(z축 방향)에 따른 시점간격을 나타낸다. 깊이방향으로 이동할수록 시점간격도 비례관계로 커지게 된다. 예를 들어, 50인치급 영상을 구현하기 위해 수직확산 스크린이 z=1350mm 위치에 배치된 경우에 관찰자가 3차원 영상을 z=2000mm부터 z=4000mm 범위에서 본다고 할 때, 이 영역의 시점간격은 2mm~3.9mm 가 된다. 일반적으로, 관찰자의 평균 동공크기는 환경에 따라 2~8mm 범위에서 변하지만, 통상 5mm정도로 본다. 이 경우 상기한 관찰범위 내에서 시점간격은 한 동공안에 2개 시점이상이 들어가는 초다시점 영역을 포함하고 평균 동공크기보다 작은 시점이 상기 관찰범위 내에서 성립되어 유사 초다시점 영역에 있게 된다.
투사광학계의 배열을 사용하여 이상적인 초다시점 시스템 구현이 중요한 설계 팩터가 되는 경우에는, 상기 예를 든 해상도의 LBS 투사광학계보다 더 큰 해상도의 LBS 투사광학계를 쓰면, 동일 주사이동각도와 동일 3D 영상표시화면의 크기일 경우에도, 초다시점 영상을 관찰할 수 있는 영역이 커지게 된다.
그러나, 초다시점 영역을 확대하는 3차원 영상표시장치의 구현보다, 유사 초다시점 영역 또는 다시점 영역의 범위를 사용하고, 인접시역간 크로스토크를 최소로 하여 표현될 수 있는 3차원 영상의 깊이감을 증대시키며, 3차원 영상의 밝기균일도를 확보하는 것이 중요한 설계 팩터인 경우에는, 인접 2개 이상의 수평시역을 병합하여 하나의 시역정보를 제공하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도 26의 (a)의 VP interval 2는 인접 2개의 수평시역을 병합하였을 경우에 깊이방향에 따른 시점간격의 크기를 표현하는 그래프이다. 이러한 경우에 수평시역 수는 수평해상도의 반으로 줄어들게 되고, 3차원 영상을 관찰하는 깊이방향 범위가 z=2000mm부터 z=4000mm 인 경우에 이 영역의 시점간격은 4mm~7.8mm로 2배 증가하게 된다.
그러나, 이 경우에도 시점간격이 평균 동공간격과 유사한 범위로 연속적인 수평시차를 표현하는 3차원 영상을 구현할 수 있다. 도 27은 이와 같이 하나의 LBS 투사광학계의 출사부를 기준으로 형성되는 2개 이상의 인접 단위시역을 합쳐서 병합시역을 형성하는 방법과 이때의 결과 되는 관찰위치에서의 시역특성을 보여주고 있다.
단위 LBS 투사광학계의 R, G, B 레이저 광원을 구동하여 수평방향으로 인접 두 개의 시역을 병합하는 방법으로는 두 가지가 가능하다. 도 27은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 단위 LBS 투사광학계의 광 출력부(MEMS Mirror)를 기준으로 수평방향으로 형성된 2개의 단위시역을 합쳐 하나의 시역을 형성하는 원리를 설명하는 도면으로서, 도 27의 (a)는 첫 번째 방법에 의한 시간에 따른 레이저 광원의 입력전류를 나타낸 도면이고, 도 27의 (b)는 두 번째 방법에 의한 시간에 따른 레이저 광원의 입력전류를 나타낸 도면이며, 도 27의 (c)는 단위 LBS 투사광학계의 관찰자 위치에서 형성된 수평방향 시역분포를 나타낸 도면이다.
첫 번째로, R, G, B 레이저 광원 각각 단위 LBS 투사광학계의 수평방향 해상도(수평화소수 N)와 할당된 수평 주사시간(Δt=t2-t1=t4-t3)을 고려하여, 한 화소에 배분된 시간(T(pixel), 평균 T(pixel)은 Δt/N 임) 주기로 구동전류를 인가하지만(도 27의 (a) 참조), 각 수평화소별로 순차적으로 인가되는 시역정보를 2개 화소씩 동일하게 배분하게 하여 N이 수평해상도 일 때 전체 N/2개의 수평시역을 형성할 수 있다(도 27의 (c) 참조).
또 다른 방법으로서, LBS 투사광학계의 수평해상도가 1/2이 되게 하는 주기(2*T(pixel), 평균 2*T(pixel)은 2*Δt/N 임)로 구동전류를 인가하고, 이와 동기된 수평방향 시역정보를 전달하여, 도 27의 (c)와 같은 2개 단위시역을 합쳐 병합시역을 형성할 수 있다.
상기 실시예는 2개 단위시역을 합쳐 병합시역을 형성하는 것이지만, 단위 LBS 투사광학계의 수평해상도, 구현 3D 영사표현 화면의 크기, 관찰자의 관찰범위를 고려하여 3개 단위시역 이상을 합쳐 병합시역을 형성할 수도 있다.
이러한 병합시역은 관찰자 위치에서 관찰하는 3차원 영상의 표현가능한 시역의 개수를 줄이지만, 인접시역간 크로스토크를 최소로 줄이고 시역의 밝기 분포를 균일하게 하여 깊이감이 증대되고 선명한 화질의 3차원 영상을 볼 수 있는 3차원 영상표시장치를 구현할 수 있다. 따라서 필요에 따라 병합 시역의 폭이 관찰자 위치에서 양안의 거리보다 작을 때까지 병합 시점의 수를 증가시킬 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

Claims (35)

  1. 수평 및 수직 방향으로 배열된 복수의 LBS 투사광학계들;
    3차원 입체영상신호를 입력하는 입력부; 및
    상기 입력부를 통해 입력된 3차원 입체영상신호를 상기 LBS 투사광학계들에 배분하는 영상신호 제어부를 포함하되,
    상기 배열을 이루는 각 LBS 투사광학계는 외부에 광을 출력하는 빔 투사 중심점이 있으며, 상기 빔 투사 중심점에서 방출되는 영상은 빔 투사 중심점을 기준으로 하는 수평시차 영상이고,
    상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점이 수평방향(x축 방향)으로 일정간격이 되도록 배열되어, 수평방향 3차원 영상화면의 크기를 결정하고,
    상기 복수의 LBS 투사광학계들의 배열로부터 깊이방향(z축 방향)으로 일정간격 이격하여 배치된 수직방향(y축 방향) 확산특성을 갖는 스크린을 더 포함하며, 상기 스크린은 수직방향 3차원 영상화면의 크기를 결정함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 스크린은 수평방향(x축 방향)으로 미소 확산특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점의 수평방향(x축 방향) 중심 광축이 상기 스크린과 수직한 방향(z축 방향)으로 배치됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점의 수평방향(x축 방향) 중심 광축이 상기 스크린의 수평 중심을 지나도록 배치됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점의 수평방향(x축 방향) 중심 광축이 상기 스크린의 수평 중심을 지나고, 상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점과 상기 스크린의 수평 중심과의 거리가 동일하도록 배치됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  10. 제7 항, 제8 항 또는 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 LBS 투사광학계들의 빔 투사 중심점의 수직 중심축이 상기 스크린의 수직 중심을 지나도록 배치됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 LBS 투사광학계들의 수직방향 키스톤(Keystone)을 조절하여, 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점으로부터 상기 스크린 상에 형성된 투사영상의 형상이 사각형이 되도록 조정함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  12. 수평 및 수직 방향으로 배열된 복수의 LBS 투사광학계들;
    3차원 입체영상신호를 입력하는 입력부;
    상기 입력부를 통해 입력된 3차원 입체영상신호를 상기 LBS 투사광학계들에 배분하는 영상신호 제어부;
    상기 복수의 LBS 투사광학계들의 배열로부터 깊이방향(z축 방향)으로 일정간격 이격하여 배치된 제1 광학계와, 상기 제1 광학계로부터 깊이방향(z축 방향)으로 일정간격 이격하여 배치된 제2 광학계와, 상기 제2 광학계로부터 일정간격 이격하여 배치된 스크린을 포함하되,
    상기 각 LBS 투사광학계는 외부에 광을 출력하는 빔 투사 중심점이 있으며,
    상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점에서 출사하는 광이 상기 제1 광학계와 제2 광학계를 지나 상기 스크린 상에 결상되어, 3D 영상 기준점의 배열이 형성되고,
    상기 제1 광학계와 제2 광학계 사이의 이격간격은 상기 제1 광학계의 수평방향 제1 초점거리와 상기 제2 광학계의 수평방향 제2 초점거리의 합이 됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점이 수평방향(x축 방향)으로 일정간격이 되도록 배열됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 광학계는 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈로 구성되고, 상기 제2 광학계는 수직방향(y축 방향)으로 정렬한 실린드리컬 볼록 렌즈 또는 실린드리컬 프레넬 렌즈로 구성되며, 상기 스크린은 수직방향(y축 방향) 확산 특성을 가지되,
    상기 제2 광학계가 3차원 영상화면의 수직크기를 결정하여, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점으로부터 투사된 빔이 스크린 상에 3차원 화소선으로 형성됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 광학계의 초점거리와 제2 광학계의 수평방향(x축 방향) 초점거리 비를 조절하여, 상기 스크린 상에 형성된 3차원 영상화면의 크기를 조절함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점이 수평방향(x축 방향)과 수직방향(y축 방향)으로 일정 간격이 되도록 배열됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 광학계와 제2 광학계는 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈로 구성되고, 상기 각 LBS 투사광학계의 빔 투사 중심점으로부터 투사된 빔이 상기 스크린 상에 3차원 화소점이 되어, 상기 스크린상에 3차원 화소점 배열이 완전시차 영상을 구현함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 광학계의 초점거리와 제2 광학계의 초점거리 비를 조절하여, 상기 스크린 상에 형성된 3차원 영상화면의 크기를 조절함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  19. 제1 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계는,
    R, G, B 레이저 광원과,
    입력된 영상신호에 따라 상기 R, G, B 레이저 광원 각각의 밝기를 조절하는 제1 구동회로와,
    상기 각 R, G, B 레이저 광원으로부터 방출되는 빔을, 칼라영상의 화소정보를 포함한 하나의 빔으로 모아주기 위한 하나 이상의 제1 광학소자와,
    상기 제1 광학소자를 거쳐 칼라영상의 화소정보를 포함한 빔을 상기 빔 투사 중심점으로 경로를 변경하기 위한 하나 이상의 제2 광학소자와,
    상기 빔 투사 중심점에 위치하고, 상기 칼라영상의 화소정보를 포함한 빔을 래스터 패턴(Raster Pattern) 주사할 수 있는 제3 광학소자와,
    상기 제2 광학소자와 제3 광학소자 사이에 위치하며, 상기 제3 광학소자를 지나 출사하는 빔의 수평방향(x축 방향) 광세기 분포가, 중앙부분이 평탄한 사각형상 또는 사다리꼴 형상을 갖도록, 제2 광학소자로부터 입사하는 빔의 광세기 분포를 변경시키는 제4 광학소자를 구비함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 광학소자는 파장별 반사와 투과특성을 갖는 이색성의 미러(Dichroic Mirror)임을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 제2 광학소자는 반사거울 또는 프리즘 임을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 제3 광학소자는 수평(x축 방향)과 수직(y축 방향)의 두 축을 갖는 미소전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS) 미러 임을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  23. 제19 항에 있어서,
    상기 제4 광학소자는 빔 형상 조절용 DOE(Diffractive Optical Element), HOE(Holographic Optical Element), 또는 레이저 광의 반경 영역내에 위치별로 감쇄 형태를 갖는 광학필터임을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  24. 제19 항에 있어서,
    상기 LBS 투사광학계는 상기 빔 투사 중심점에 위치한 제3 광학소자보다 빔 경로 상 앞에 배치되고,
    제3 광학소자에 빔이 모이도록 조절하여, 제3 광학소자를 중심으로 일정 각도로 빔이 퍼지도록 조정하는 제5 광학소자를 더 구비함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  25. 제19 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계는 수평방향(x축 방향)으로 주사하도록 배치되고, 상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔은 상기 R, G, B 레이저 광원의 하나의 구동펄스에 의해 한 화소영상이 결정되고, 각 수평방향의 화소영상에 수평시차 영상을 배치함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔의 상기 R, G, B 레이저 광원의 구동펄스 폭을 조절하여, 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에서, 상기 구동펄스에 의해 형성된 수평시역 영상이 배치된 화소 크기를 조절함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  27. 제25 항에 있어서,
    상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔의 상기 R, G, B 레이저 광원의 제1 구동펄스와 연속되는 제2 구동펄스 사이의 시간간격을 조절하여, 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에서, 상기 제1 구동펄스에 의해 형성된 제1 수평시역 영상이 배치된 제1 화소와, 제2 구동펄스에 의해 형성된 제2 수평시역 영상이 배치된 제2 화소간의 간격을 조절함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  28. 제19 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계는, 제1 수평위치(x축 위치)에서 수직방향(y축 방향)으로 주사하여 제1 수평시역 영상을 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에 형성하고, 제1 수평위치에서 일정간격 수평방향(x축 방향)으로 이격하여 수직방향(y축 방향)으로 주사하여 제2 수평시역 영상을 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에 형성함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  29. 제19 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계는 2쌍 이상의 R, G, B 레이저 광원을 구비하며, 각 레이저 광원의 밝기를 조절하는 2개 이상의 레이저 구동회로를 더 구비하여, 상기 제3 광학소자에 입사되는 빔의 3차원 시차 영상을 제어함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계는 수평방향(x축 방향)으로 주사하도록 배치되고, 상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔은 상기 2쌍 이상의 R, G, B 레이저 광원의 각 레이저 구동회로에서 발생하는 구동펄스가 시간에 따라 순차적으로 구동되어, 각 수평방향의 인접화소영상이 서로 다른 쌍의 R, G, B 레이저로부터 형성됨을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  31. 제30 항에 있어서,
    상기 2쌍 이상의 R, G, B 레이저 광원의 각 레이저 구동회로에서 발생하는 구동펄스의 폭을 각각 조절하여, 상기 스크린으로부터 깊이방향(z축 방향)에서 일정간격 떨어진 위치에서, 상기 구동펄스에 의해 형성된 수평시역 영상이 배치된 화소 크기를 조절함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  32. 제19 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계는 수평방향(x축 방향)으로 주사하도록 배치되고, 상기 제3 광학소자로부터 출사하는 빔은 상기 R, G, B 레이저 광원의 두 개 이상의 구동펄스에 의해 한 화소영상이 결정되고, 각 수평방향의 화소영상에 수평시차 영상을 배치함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  33. 제19 항에 있어서,
    상기 제4 광학소자는, 가우시안 형태의 광 분포에서 반치폭(FWHM) 직경 기준으로 그 외각의 광을 제거하여, 스캐닝 레이저 광 분포를 스퀘어(Square) 시역에 가깝게 하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  34. 제33 항에 있어서,
    상기 제4 광학소자는, 투사 빔의 반치폭(FWHM) 직경 보다 작고, 투사 빔의 반치폭(FWHM) 직경의 1/10 보다 같거나 큰 영역의 빔을 투과시키는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
  35. 제19 항에 있어서,
    상기 각 LBS 투사광학계는 수평방향(x축 방향) 빔 형상의 크기를 수직방향(y축 방향) 빔 형상의 크기와 대응되는 스퀘어(Square) 시역을 형성하고, 한 화소 대응 주사시간 대비 레이저의 입력신호 시간이 0보다 크고 30％ 작은 범위로 인가되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝 방식의 투사광학계를 이용한 3차원 영상표시장치.
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