KR101820648B1 - 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치(1000)는 객체(10)에 조사되어 반사된 광원이 각각 수평방향으로 입사 및 출사되는 입사면(111) 및 출사면(112)을 포함하는 입사판(110), 상기 출사면(112)의 상부 및 하부에 각각 상하방향으로 배열 형성되되, 서로 다른 방향으로 경사지게 형성되는 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)을 포함하며, 상기 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)이 상기 입사판(110)을 통과한 광원을 각각 좌안시 영상에 해당하는 제1분리광원 및 우안시 영상에 해당하는 제2분리광원으로 변환하면서 특정지점으로 조준하는 마이크로프리즘 어레이(100); 상기 제1분리광원 및 제2분리광원이 조준된 특정지점에 설치되어 상기 제1분리광원과 제2분리광원을 확대하는 렌즈(200); 및 상기 렌즈(200)와 일정간격 이격되게 설치되어 상기 렌즈(200)를 통과한 제1분리광원과 제2분리광원이 각각 좌안시 영상과 우안시 영상으로 투영되는 제1투영부(310) 및 제2투영부(320)를 포함하는 이미지센서(300);를 포함하며, 상기 입사면(111)의 중심부에 상기 좌안시 영상과 우안시 영상을 동시에 볼 수 있는 관측시야영역(FOV)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치{Miniaturized Stereoscopic Imaging Device with Microprism Arrays}

본 발명은 3차원 입체 영상 투영 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 입체영상을 관측하는 편광 액정판 안경을 착용하지 않고도 3차원의 입체영상을 얻을수 있도록 한 스테레오스코픽 이미징 장치에 관한 것이다.

최근 3D 입체 영화의 성공, 3D TV의 대중화와 함께 본격적인 3D 콘텐츠 서비스 시대가 열리게 될 것이라는 기대가 커지고 있다. 영화와 방송 산업의 3D 진입 가속화는 3D 디스플레이 기술, 3D 콘텐츠 제작, 3D 전송 인프라 등 3D 콘텐츠 산업 활성화와 함께 3D 입체 영상 관련 제반 기술 발전의 토대가 되고 있다. 또한 3D 디스플레이 기술의 발전과 대중의 3D 콘텐츠에 대한 관심의 증가는 3D 방송, 영화, 게임 등과 같이 다양한 경로로 사용자들에게 3D 콘텐츠를 보급할 수 있는 여건을 마련하는 초석이 되고 있다.

하지만, 이와 같은 본격적인 3D 영상 시대에 대한 기대감에도 불구하고 3D 영상 콘텐츠의 부족과 시청 안전성 이슈는 향후 3D 시장 성장을 저해하는 요인으로 작용할 것이라는 우려도 또한 커지고 있다. 예를 들어, 인체의 입체 영상 인식 구조를 이용하여 양안의 시차를 입체 영상 구현에 활용하는 스테레오스코픽 방식의 경우, 3D 입체 영상의 구현을 위하여 많이 사용되는 방식임에도 불구하고 시청 안전성에 대한 이슈가 끊임없이 제기 되고 있기도 하다. 스테레오스코픽 방식의 3D 입체 영상의 경우 특히 시각적 불편감(visual discomfort)과 시각피로(visual fatigue) 등의 증상이 발생할 수 있는 것으로 알려져 있다.

또한, 현재 3D 콘텐츠 제작 워크플로우에서는 기술적 지원의 부족으로 인해 많은 시간과 비용이 소요되는 것으로 알려져 있다. 이러한 높은 비용은 주로 시각적 불편감 없는 영상 제작을 위해 촬영 시에 들어가는 고비용의 수작업 모니터링과 재편집 및 재촬영의 과정에 기인한다. 이러한 높은 제작 비용으로 인한 3D 콘텐츠의 부족은 3D영상 산업의 활성화에 걸림돌이 되고 있다. 따라서 적은 비용으로 보다 쉽게 시각적 불편감 없는 3D 콘텐츠의 제작을 가능하게 하는 방법 및 시스템이 필요하며, 이는 3D 콘텐츠 및 제반 시장을 본격적으로 활성화하는데 크게 기여할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 스테레오스코픽 이미징 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 스테레오스코픽 이미징 장치는 객체에 조사되어 반사된 광원을 확대하는 한 쌍의 렌즈(10a, 10b)와, 상기 한 쌍의 렌즈(10a, 10b)를 통과한 광원을 전기신호로 변환하는 한 쌍의 촬상 소자(12a, 12b)와, 상기 한 쌍의 촬상 소자(12a, 12b)에서 전송된 전기신호가 각각 좌안시 영상과 우안시 영상으로 투영되는 이미지처리기(13)가 내부에 설치되는 본체(10); 및 상기 이미지처리기에서(13)에 투영된 좌안시 영상과 우안시 영상을 3D 입체영상으로 변환하는 입체영상 프로세서(20);를 포함한다.

그러나 종래기술은 본체의 내부에 한 쌍의 렌즈와 한 쌍의 촬상 소자를 설치하기 위한 별도의 채널이 필요함으로써, 제조비용이 많이 소요되고 소형화가 어려워서 현미경이나 내시경에 적용할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 스테레오스코픽 이미징 장치의 개발이 필요한 실정이다.

이와 관련된 기술로는 한국등록특허 제0851576호의 렌즈를 통해 영상을 입력받아 처리하는 광학장치에 있어서, 피사체를 촬영하기 위한 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈; 상기 제1, 제2, 및 제3 렌즈로부터의 영상을 수신하는 영상입력수단; 상기 제1, 제2, 및 제3 렌즈와 상기 영상입력수단의 사이에 설치되어, 상기 렌즈 각각으로부터의 광 경로가 상기 영상입력수단을 향하도록 조정하는 광학요소; 및 상기 영상입력수단이 수신한 영상 데이터를 이미지 처리하는 이미지 프로세서;를 포함하고, 상기 제1 및 제2 렌즈는 동일한 제1 평면상에 소정 거리만큼 이격되어 나란히 배열되고, 상기 제3 렌즈는 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈의 사이에서 상기 제1 평면과 상이한 제2 평면상에 배열되고, 상기 제1, 제2, 및 제3 렌즈로부터 입력되는 영상이 모두 상기 하나의 영상입력수단으로 입력되는 것을 특징으로 하는 광학장치가 제시된 적이 있었다.

한국등록특허 제0851576호 (2008.08.05)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 제조비용이 적게 소요되고 소형화가 가능하여 현미경이나 내시경에 적용이 가능한 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치(1000)는 객체(10)에 조사되어 반사된 광원이 각각 수평방향으로 입사 및 출사되는 입사면(111) 및 출사면(112)을 포함하는 입사판(110), 상기 출사면(112)의 상부 및 하부에 각각 상하방향으로 배열 형성되되, 서로 다른 방향으로 경사지게 형성되는 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)을 포함하며, 상기 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)이 상기 입사판(110)을 통과한 광원을 각각 좌안시 영상에 해당하는 제1분리광원 및 우안시 영상에 해당하는 제2분리광원으로 변환하면서 특정지점으로 조준하는 마이크로프리즘 어레이(100); 상기 제1분리광원 및 제2분리광원이 조준된 특정지점에 설치되어 상기 제1분리광원과 제2분리광원을 확대하는 렌즈(200); 및 상기 렌즈(200)와 일정간격 이격되게 설치되어 상기 렌즈(200)를 통과한 제1분리광원과 제2분리광원이 각각 좌안시 영상과 우안시 영상으로 투영되는 제1투영부(310) 및 제2투영부(320)를 포함하는 이미지센서(300);를 포함하며, 상기 입사면(111)의 중심부에 상기 좌안시 영상과 우안시 영상을 동시에 볼 수 있는 관측시야영역(FOV)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 상기 다수의 제1경사판(120)과 다수의 제2경사판(130)이 서로 상하방향으로 대칭되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 상기 제1경사판(120)의 단면과 제2경사판(130)의 단면이 직각삼각형인 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 상기 제1경사판(120)의 빗변이 상측에 대향하는 구조로 형성되며, 상기 제2경사판(130)의 빗변이 하측에 대향하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 상기 다수의 제1경사판(120) 및 제2경사판(130)이 상기 출사면(112)의 멤즈(MEMS) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치(1000)는 상기 마이크로프리즘 어레이(100), 렌즈(200) 및 이미지센서(300)가 내부에 수납되는 케이스(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치는 제조비용이 적게 소요되고 소형화가 가능하여 현미경이나 내시경에 적용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래의 스테레오스코픽 이미징 장치를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치를 나타낸 개념도
도 3은 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치를 나타낸 사시도
도 4는 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치를 나타낸 분해사시도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치를 나타낸 개념도, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치를 나타낸 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치를 나타낸 분해사시도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치(1000)는 마이크로프리즘 어레이(100), 렌즈(200), 이미지센서(300)를 포함하여 구성된다.

상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 객체(10)에 조사되어 반사된 광원을 좌안시 광원 및 우안시 광원으로 변환하면서 특정지점으로 조준하는 역할을 하는 것으로, 입사판(110), 다수의 제1경사판(120), 다수의 제2경사판(130)을 포함한다.

상기 입사판(110)은 상하방향으로 길게 배치되며, 객체(10)에 조사되어 반사된 광원이 각각 수평방향으로 입사 및 출사되는 입사면(111) 및 출사면(112)을 포함하며, 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.

상기 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)은 상기 입사판(110)의 출사면(112) 상부 및 하부에 각각 상하방향으로 배열 형성되되, 서로 다른 방향으로 경사지게 형성된다. 이 때, 상기 다수의 제1경사판(120)과 다수의 제2경사판(130)은 서로 반대 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

이 때, 상기 제1경사판(120)과 제2경사판(130)은 상하방향 폭이 1 내지 15㎛이고 수평방향 폭이 4 내지 100㎛로 구성될 수 있다.

또한, 상기 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)은 상기 입사판(110)을 통과한 광원을 각각 좌안시 영상에 해당하는 제1분리광원 및 우안시 영상에 해당하는 제2분리광원으로 변환하면서 특정지점으로 조준한다.

상기 렌즈(200)는 상기 제1분리광원 및 제2분리광원이 조준된 특정지점에 설치되어 상기 제1분리광원 및 제2분리광원의 직경을 확대한다. 이때, 상기 렌즈(200)에 의해 확대된 제1분리광원 및 제2분리광원은 상기 이미지센서(300)로 입사된다.

상기 이미지센서(300)는 상기 렌즈(200)와 일정간격 이격되게 설치되어 상기 렌즈(200)를 통과한 제1분리광원과 제2분리광원이 각각 좌안시 영상과 우안시 영상으로 투영되는 제1투영부(310) 및 제2투영부(320)를 포함한다. 이 후, 상기 제1투영부(310)에 투영된 좌안시 영상과 우안시 영상이 서로 중첩되어 3D입체영상으로 변환된다.

한편, 관찰자는 상기 입사면(111)의 중심부에 상기 좌안시 영상과 우안시 영상을 동시에 볼 수 있는 관측시야영역(FOV)이 형성됨으로써, 상기 광원이 입사되는 방향의 맞은편에서 상기 좌안시 영상과 우안시 영상을 직접 관찰할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치(1000)는 객체에 조사되어 반사된 광원을 좌안시 광원 및 우안시 광원으로 변환하면서 특정지점으로 조준하는 역할을 매우 미세한 크기의 마이크로프리즘 어레이(100)가 수행함으로써, 제조비용이 적게 소요되고 소형화가 가능하여 현미경이나 내시경에 적용이 가능한 장점이 있다.

한편, 상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 상기 다수의 제1경사판(120)과 다수의 제2경사판(130)이 서로 상하방향으로 대칭되는 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)이 상기 입사판(110)을 통과한 광원을 각각 좌안시 영상에 해당하는 제1분리광원 및 우안시 영상에 해당하는 제2분리광원으로 변환하면서 특정지점으로 좀 더 용이하게 조준할 수 있다.

또한, 상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 상기 제1경사판(120)의 단면과 제2경사판(130)의 단면이 직각삼각형인 구조로 형성될 수 있다.

또한, 상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 상기 제1경사판(120)의 빗변이 상측에 대향하는 구조로 형성되며, 상기 제2경사판(130)의 빗변이 하측에 대향하는 구조로 형성된다.

이에 따라, 상기 제1경사판(120)에서 출사된 제1분리광원은 상기 렌즈(200)를 통과하여 상기 이미지센서(300)의 하부로 입사되며, 상기 제2경사판(130)에서 출사된 제2분리광원은 상기 렌즈(200)를 통과하여 상기 이미지센서(300)의 상부로 입사된다.

상기 마이크로프리즘 어레이(100)는 상기 제1경사판(120) 및 제2경사판(130)이 상기 출사면(112)의 멤즈(MEMS) 공정에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1경사판(120) 및 제2경사판(130)의 표면 거칠기를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치(1000)는 상기 마이크로프리즘 어레이(100), 렌즈(200) 및 이미지센서(300)가 내부에 수납되는 케이스(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 케이스(400)는 끼움체(410), 삽입체(420), 수납체(430), 커버체(440)를 포함한다.

상기 끼움체(410)는 상기 마이크로프리즘 어레이(100)가 내부에 끼워지는 끼움홀(411)이 형성되며, 상기 끼움홀(411)의 테두리에 수평방향으로 돌출된 끼움돌기(412)가 형성된다.

상기 삽입체(420)는 내부에 상기 끼움홀(411)과 연통되는 제1삽입홀(421)이 형성되며, 상기 제1삽입홀(421)의 테두리에 상기 끼움돌기(412)가 삽입되는 제2삽입홀(422)이 형성된다.

상기 수납체(430)는 일단에 상기 렌즈(200)가 결합되며 상기 제1삽입홀(421)에 삽입되는 수납돌기(431)가 형성되며, 내부에 상기 이미지센서(300)가 수납된다.

상기 커버체(440)는 제1커버체(441)와 제2커버체(442)로 분리되며, 상기 수납체(430)가 제1커버체(441)와 제2커버체(442) 사이에 수납된다. 이 때, 상기 커버체(440)는 외관이 원통구조로 형성될 수 있다.

상기 케이스(400)를 현미경이나 내시경에 장착하여 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치(1000)를 현미경이나 내시경에 적용할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치
100 : 마이크로프리즘 어레이 110 : 입사판
111 : 입사면 112 : 출사면
120 : 제1경사판 130 : 제2경사판
200 : 렌즈 300 : 이미지센서
310 : 제1투영부 320 : 제2투영부
400 : 케이스 410 : 끼움체
411 : 끼움홀 412 : 끼움돌기
420 : 삽입체 421 : 제1삽입홀
422 : 제2삽입홀 430 : 수납체
431 : 수납돌기 440 : 커버체
441 : 제1커버체 442 : 제2커버체

Claims (6)

1. 객체(10)에 조사되어 반사된 광원이 각각 수평방향으로 입사 및 출사되는 입사면(111) 및 출사면(112)을 포함하는 입사판(110), 상기 출사면(112)의 상부 및 하부에 각각 상하방향으로 배열 형성되되, 서로 다른 방향으로 경사지게 형성되는 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)을 포함하며, 상기 다수의 제1경사판(120) 및 다수의 제2경사판(130)이 상기 입사판(110)을 통과한 광원을 각각 좌안시 영상에 해당하는 제1분리광원 및 우안시 영상에 해당하는 제2분리광원으로 변환하면서 특정지점으로 조준하는 마이크로프리즘 어레이(100);
   상기 제1분리광원 및 제2분리광원이 조준된 특정지점에 설치되어 상기 제1분리광원과 제2분리광원을 확대하는 렌즈(200); 및
   상기 렌즈(200)와 일정간격 이격되게 설치되어 상기 렌즈(200)를 통과한 제1분리광원과 제2분리광원이 각각 좌안시 영상과 우안시 영상으로 투영되는 제1투영부(310) 및 제2투영부(320)를 포함하는 이미지센서(300);를 포함하며,
   상기 다수의 제1경사판(120) 및 제2경사판(130)이 상기 출사면(112)의 멤즈(MEMS) 공정에 의해 형성되고,
   상기 제1경사판(120) 및 제2경사판(130)은 상하방향 폭이 1 내지 15㎛이고, 수평방향 폭이 4 내지 100㎛로 구성되며,
   상기 다수의 제1경사판(120)과 다수의 제2경사판(130)이 서로 상하방향으로 대칭되는 구조로 형성되고,
   상기 제1경사판(120)의 단면과 제2경사판(130)의 단면이 직각삼각형인 구조로 형성되고,
   상기 제1경사판(120)의 빗변이 상측에 대향하는 구조로 형성되며, 상기 제2 경사판(130)의 빗변이 하측에 대향하는 구조로 형성되고,
   상기 입사면(111)의 중심부에 상기 좌안시 영상과 우안시 영상을 동시에 볼 수 있는 관측시야영역(FOV)이 형성되고,
   상기 마이크로프리즘 어레이(100), 렌즈(200) 및 이미지센서(300)가 내부에 수납되는 케이스(400);를 포함하고,
   상기 케이스(400)는 끼움체(410), 삽입체(420), 수납체(430), 커버체(440)를 포함하고,
   상기 끼움체(410)는 상기 마이크로프리즘 어레이(100)가 내부에 끼워지는 끼움홀(411)이 형성되고, 상기 끼움홀(411)의 테두리에 수평방향으로 돌출된 끼움돌기(412)가 형성되고,
   상기 삽입체(420)는 내부에 상기 끼움홀(411)과 연통되는 제1삽입홀(421)이 형성되고, 상기 제1삽입홀(421)의 테두리에 상기 끼움돌기(412)가 삽입되는 제2삽입홀(422)이 형성되고,
   상기 수납체(430)는 일단에 상기 렌즈(200)가 결합되고 상기 제1삽입홀(421)에 삽입되는 수납돌기(431)가 형성되며, 내부에 상기 이미지센서(300)가 수납되고,
   상기 커버체(440)는 제1커버체(441)와 제2커버체(442)로 분리되며, 상기 수납체(430)가 상기 제1커버체(441)와 상기 제2커버체(442) 사이에 수납되고,
   상기 커버체(440)는 외관이 원통구조로 형성되며,
   상기 케이스(400)를 내시경에 장착함으로써 내시경에 적용이 가능한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로프리즘 어레이를 이용한 스테레오스코픽 이미징 장치.
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