KR101921798B1 - 3차원 영상 생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 영상 생성장치에 관한 것으로서, 평행광을 조사하는 광원부 및 기준 위치로부터 상하 방향으로 왕복 이동하는 스크린부 및 상기 스크린부의 하부에 설치되고, 상기 광원부로부터 조사되는 평행광의 진폭 또는 위상을 변조하여 생성된 홀로그램 이미지를 상기 스크린부로 조사하되, 상기 스크린부의 위치정보에 기초하여 상기 홀로그램 이미지의 초점 거리를 가변시키는 공간 광 변조기를 포함하여 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 공간 광 변조기를 통해 위치 가변되는 스크린부의 해당위치에 순차적으로 조사되는 홀로그램 이미지를 통해 3차원 영상을 생성함에 따라 사용자가 별도의 시각 보조장치를 착용하지 않고도 3차원 영상의 시청이 가능하다.
또한, 공간 광 변조기를 통해 위치 가변되는 스크린부의 해당위치에 조사되는 홀로그램 이미지를 스크린부의 해당위치와 대응되는 초점을 가지도록 가변시켜 조사되도록 함으로써, 보다 선명한 3차원 영상을 제공할 수 있을 뿐 아니라 초점 조절을 위한 별도의 광학부가 요구되지 않으므로 컴팩트한 장치의 제작이 가능하다.

Description

3차원 영상 생성장치{Apparatus for generating 3-dimensional picture}

본 발명은 3차원 영상 생성장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공간 광 변조기를 통해 위치 가변되는 스크린부의 해당위치에 순차적으로 조사되는 홀로그램 이미지를 스크린부의 해당위치와 대응되는 초점을 가지도록 가변시켜 조사되도록 함으로써, 보다 선명한 3차원 영상을 제공할 수 있도록 한 3차원 영상 생성장치에 관한 것이다.

일반적으로 영상 시스템은 정지 화상 형태의 이미지 데이터나 동영상 데이터를 2차원의 화면 상에 표시하는 평면적인 표시 방식을 탈피하여, 보다 현실감이 있는 영상의 구현을 위한 입체 영상 표시 방식에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

종래의 입체 영상 표시 방식으로는, 카메라 몸통 좌우에 일정 간격을 두고 2개의 촬영용 렌즈가 설치되어 있는 스테레오 카메라(Stereo Camera)를 사용하여 동일 피사체를 촬영하여 동시에 2장의 화상을 얻을 수 있도록 하고, 이러한 스테레오 카메라로 촬영된 슬라이드나 사진을 스테레오 뷰어(Stereo Viewer)를 통해 표시함으로써, 두 렌즈의 시점의 차로 인한 시차로 인해 입체적으로 피사체의 상이 보이도록 하고 있다.

즉, 종래의 입체 영상 표시 방식에서는 두 대의 카메라들을 소정의 간격으로 이격시켜 설치 고정한 후에, 두 카메라의 초점을 피사체에 고정시켜 영상을 각각 취득하고, 이렇게 두 대의 카메라를 통해 취득한 영상을 영상처리장치에서 서로 겹쳐지도록 영상처리하게 된다.

그러면, 영상처리된 영상들이 디스플레이장치에 겹쳐지게 디스플레이되는데, 이와 같이 겹쳐져 디스플레이되는 영상을 관찰자가 소정의 입체영상 시청기구를 통해 보게 되면 입체영상이 나타나게 된다.

그러나, 이러한 종래의 입체 영상 표시 방식에서는 두 대의 카메라를 통해 취득된 겹쳐진 영상을 입체 영상의 형태로 보이게 하기 위해, 사람이 별도의 입체 영상 시청기구를 사용하여야하고, 두 대의 카메라에 의한 두 개의 영상 시점만을 갖는 한계가 있기 때문에 다양한 시점을 고려한 완전한 형태의 3차원 입체 영상을 구현하기가 어렵도록 되어 있다는 문제점이 있다.

한국공개특허 제2016-0135660 “헤드 마운트 디스플레이를 위한 입체 영상을 제공하는 방법 및 장치”

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공간 광 변조기를 통해 위치 가변되는 스크린부의 해당위치에 순차적으로 조사되는 홀로그램 이미지를 스크린부의 해당위치와 대응되는 초점을 가지도록 가변시켜 조사되도록 함으로써, 보다 선명한 3차원 영상을 제공할 수 있도록 한 3차원 영상 생성장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 평행광을 조사하는 광원부 및 기준 위치로부터 상하 방향으로 왕복 이동하는 스크린부 및 상기 스크린부의 하부에 설치되고, 상기 광원부로부터 조사되는 평행광의 진폭 또는 위상을 변조하여 생성된 홀로그램 이미지를 상기 스크린부로 조사하되, 상기 스크린부의 위치정보에 기초하여 상기 홀로그램 이미지의 초점 거리를 가변시키는 공간 광 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치가 제공된다.

여기서, 상기 공간 광 변조기는 상기 홀로그램 이미지의 초점 거리를 가변시키기 위해, 상기 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스크린부가 기준위치의 하부에서 이동하는 경우, 상기 공간 광 변조기는 상기 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키기 위해, 상기 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 오목렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 공간 광변조기는 하기 수학식 1을 통해 상기 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

또한, 상기 스크린부가 기준위치의 상부에서 이동하는 경우, 상기 공간 광 변조기는 상기 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키기 위해, 상기 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 볼록렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 공간 광 변조기는

하기 수학식 2를 통해 상기 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.

[수학식 2]

한편, 상기 광원부는 광원 및 상기 광원의 전방에 설치되어 상기 광원을 평행광으로 변환하는 콜리메이션 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광원은 가간섭성 광으로서, 레이저 광 또는 LED 광 중 선택된 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 공간 광 변조기는 상기 스크린부의 위치를 검출하는 엔코더로부터 수신되는 상기 스크린부의 위치 정보에 기초하여 상기 홀로그램 이미지의 초점 거리를 가변시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공간 광변조기의 상부에 설치되고, 상기 광원부로부터 조사되는 평행광을 상기 공간 광 변조기로 입사시키며, 상기 공간 광 변조기로부터 조사되는 상기 홀로그램 이미지를 상기 스크린부로 조사되도록 경로를 전환하는 빔 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 빔 스플리터의 상부에 설치되고, 상기 홀로그램 이미지를 푸리에 변환하는 푸리에 렌즈 및 상기 푸리에 렌즈의 상부에 설치되고, 상기 홀로그램 이미지의 노이즈를 제거하는 광학 필터 및 상기 광학 필터의 상부에 설치되고, 상기 홀로그램 이미지를 상기 스크린부로 투사하는 투사렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 홀로그램 이미지의 노이즈는 상기 홀로그램 이미지의 회절되지 않은 성분 또는 고차항인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 공간 광 변조기를 통해 위치 가변되는 스크린부의 해당위치에 순차적으로 조사되는 홀로그램 이미지를 통해 3차원 영상을 생성함에 따라 사용자가 별도의 시각 보조장치를 착용하지 않고도 3차원 영상의 시청이 가능하다.

또한, 공간 광 변조기를 통해 위치 가변되는 스크린부의 해당위치에 조사되는 홀로그램 이미지를 스크린부의 해당위치와 대응되는 초점을 가지도록 가변시켜 조사되도록 함으로써, 보다 선명한 3차원 영상을 제공할 수 있을 뿐 아니라 초점 조절을 위한 별도의 광학부가 요구되지 않으므로 컴팩트한 장치의 제작이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 영상 생성장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스크린부가 기준위치에 위치하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 스크린부가 기준위치의 하부에서 이동하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 다른 스크린부가 기준위치의 상부에서 이동하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 영상 생성장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 영상 생성장치(1)는 광원부(10), 공간 광 변조기(20), 스크린부(30)를 포함한다.

광원부(10)는 공간 광 변조기(20)로 입사되어 진폭 또는 위상 변조되어 홀로그램 이미지로 생성되는 평행광을 제공하기 위한 것으로서, 광원(11) 및 콜리메이션 렌즈(12)를 포함한다.

광원(11)은 가간섭성 광원으로서 가간섭성이 우수한 레이저 광 또는 LED 광 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.

콜리메이션 렌즈(12)는 광원(11)으로부터 조사되는 레이저 광 또는 LED 광을 평행광으로 변환하는 역할을 한다.

공간 광 변조기(20)는 광원부(10)로부터 조사되는 평행광을 진폭 또는 위상변조하여 홀로그램 이미지를 생성하여 후술하는 스크린부(30)로 조사하되, 스크린부(30)의 위치정보에 기초하여 홀로그램 이미지의 초점 거리를 가변시키는 것을 특징으로 한다.

이 때, 공간 광 변조기(20)는 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키기 위해, 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 렌즈의 위상을 컨볼루션 연산한다.

상술하면, 공간 광 변조기(20)는 기본적으로 스크린부(30)의 기준위치(i)와 대응되는 초점을 가지는 홀로그램 이미지를 생성한다.

즉, 스크린부(30)가 기준위치(i)의 하부에서 이동하거나, 상부에서 이동하는 경우, 기준위치(i)에 조사되는 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하여 스크린부(30)의 해당위치와 대응되는 초점을 가지는 홀로그램 이미지를 생성한다.

그리고, 공간 광 변조기(20)를 통해 초점이 가변되는 홀로그램 이미지의 생성 과정은 하기에서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 공간 광 변조기(20)의 상부에는 빔 스플리터(40)가 더 설치된다.

이러한 빔 스플리터(40)는 광원부(10)로부터 조사되는 평행광을 공간 광 변조기(20)로 입사시키며, 공간 광 변조기(20)로부터 조사되는 홀로그램 이미지를 스크린부(30)로 조사되도록 경로를 전환하는 역할을 한다.

스크린부(30)는 공간 광 변조기(20)의 상부에 설치되고, 기준위치(i)에서 상하 방향으로 왕복 이동하는 것으로서, 공간 광 변조기(20)로부터 해당하는 위치의 초점과 대응되는 홀로그램 이미지가 조사되면 이를 확산시켜 주변에서 볼 수 있도록 하는 역할을 한다.

이러한 스크린부(30)는 조사되는 홀로그램 이미지를 확산시키는 스크린(31)과 스크린을 상하 방향으로 왕복 이동시키는 구동수단(32)을 포함한다.

이와 같이, 위치 가변되는 스크린부(30)의 해당위치에 공간 광 변조기(20)를 통해 초점이 가변된 홀로그램 이미지가 순차적으로 투사됨에 따라 3차원 영상을 제공할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 스크린부(30)의 구동수단(32)에 연결되어 위치 가변되는 스크린부(30)의 위치를 검출하는 엔코더부(50)를 더 포함하고, 전술한 공간 광 변조기(20)는 엔코더부(50)로부터 수신되는 스크린부(30)의 위치 정보에 기초하여 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키게 된다.

또한, 본 발명은 푸리에 렌즈(60), 광학 필터(70) 및 투사렌즈(80)를 더 포함할 수 있다.

푸리에 렌즈(60)는 빔 스플리터(40)의 상부에 설치되고, 공간 광 변조기(20)로부터 조사되는 홀로그램 이미지를 푸리에 변환하는 역할을 한다.

광학 필터(70)는 푸리에 렌즈(60)의 상부에 설치되고, 푸리에 렌즈(60)에 의해 푸리에 변환된 홀로그램 이미지로부터 노이즈를 제거하는 역할을 한다.

여기서, 노이즈는 홀로그램 이미지의 회절되지 않은 성분 또는 고차항이다.

또한, 회절되지 않은 성분은 DC term 또는 이중 상(twin image) 노이즈일 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 영상 생성장치(1)는 공간 광 변조기(20)를 통해 위치 가변되는 스크린부(30)의 해당위치와 대응되는 초점을 가지는 복수개의 홀로그램 이미지를 순차적으로 조사하여 3차원 영상을 생성함에 따라 사용자가 별도의 시각 보조장치를 착용하지 않고도 3차원 영상의 시청이 가능하다.

또한, 공간 광 변조기(20)를 통해 위치 가변되는 스크린부(30)의 해당위치와 대응되는 초점을 가지는 복수개의 홀로그램 이미지를 생성함에 따라 초점 조절을 위한 별도의 광학부가 요구되지 않으므로 컴팩트한 장치의 제작이 가능하다.

그리고, 공간 광 변조기(20)를 통해 위치 가변되는 스크린부(30)의 해당위치와 대응되는 초점을 가지는 홀로그램 이미지를 순차적으로 조사하여 3차원 영상을 생성함에 따라 보다 선명한 3차원 영상을 제공할 수 있게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 영상 생성장치의 동작을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스크린부가 기준위치에 위치하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이이고, 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 스크린부가 기준위치 하부에서 이동하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 스크린부가 기준위치 상부에서 이동하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 영상 생성장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 공간 광 변조기(20)를 통해 기본적으로 생성되는 홀로그램 이미지가 스크린부(30)의 기준위치(i)와 대응되는 초점을 가지도록 생성된다.

그리고, 공간 광 변조기(20)는 엔코더부(50)로부터 기준위치(i)에 배치된 스크린부(30)의 위치정보가 수신되면, 기본적으로 생성되는 홀로그램 이미지를 스크린부(30)로 조사한다.

한편, 스크린부(30)가 기준위치(i)의 하부에서 이동하는 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 공간 광 변조기(20)는 엔코더부(50)로부터 해당하는 하부위치(l)에 배치된 스크린부(30)의 위치정보가 수신되면, 기본적으로 생성되는 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 오목렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하여 홀로그램 이미지의 초점을 해당하는 하부위치(l)와 대응되는 초점을 가지도록 가변시킨다.

이 때, 공간 광 변조기(20)는 하기 수학식 1을 통해 홀로그램 이미지의 초점을 가변시킨다.

[수학식 1]

또한, 스크린부(30)가 기준위치(i)의 상부에서 이동하는 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 공간 광 변조기(20)는 엔코더부(50)로부터 해당하는 상부위치(h)에 배치된 스크린부(30)의 위치정보가 수신되면, 기본적으로 생성되는 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 볼록렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하여 홀로그램 이미지의 초점을 해당하는 상부위치(h)와 대응되는 초점을 가지도록 가변시킨다.

이 때, 공간 광 변조기(20)는 하기 수학식 2를 통해 홀로그램 이미지의 초점을 가변시킨다.

[수학식 2]

비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

1 : 3차원 영상 생성장치 10 : 광원부
11 : 광원 12 : 콜리메이션 렌즈
20 : 공간 광 변조기 30 : 스크린부
31 : 스크린 32 : 구동수단
40 : 빔 스플리터 50 : 엔코더부
60 : 푸리에 렌즈 70 : 광학 필터
80 : 투사 렌즈

Claims (12)

1. 평행광을 조사하는 광원부와;
   기준 위치로부터 상하 방향으로 왕복 이동하는 스크린부와;
   상기 스크린부의 하부에 설치되고, 상기 광원부로부터 조사되는 평행광의 진폭 또는 위상을 변조하여 생성된 홀로그램 이미지를 상기 스크린부로 조사하되, 상기 스크린부의 위치정보에 기초하여 상기 홀로그램 이미지의 초점 거리를 가변시키는 공간 광 변조기를 포함하되,
   상기 스크린부가 상기 기준 위치로부터 상하 방향으로 왕복 이동하는 것은, 상기 스크린부가 상기 공간 광 변조기의 수직 상부에 형성된 상기 기준 위치를 중심으로 상기 공간 광 변조기로부터 상기 스크린부까지 형성되는 광축 방향을 따라 이동하되, 상기 기준 위치로부터 상기 공간 광 변조기와 근접하는 방향인 하부 방향 또는 상기 기준 위치로부터 상기 공간 광 변조기와 멀어지는 방향인 상부 방향으로 이동하는 것이고,
   상기 공간 광 변조기는 상기 홀로그램 이미지의 초점 거리를 가변시키기 위해, 상기 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 스크린부가 기준위치의 하부에서 이동하는 경우,
   상기 공간 광 변조기는 상기 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키기 위해, 상기 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 오목렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 공간 광변조기는
   하기 수학식 1을 통해 상기 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
   [수학식 1]
   

   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 스크린부가 기준위치의 상부에서 이동하는 경우,
   상기 공간 광 변조기는 상기 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키기 위해, 상기 홀로그램 이미지 정보에 푸리에 역변환된 볼록렌즈의 위상을 컨볼루션 연산하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 공간 광 변조기는
   하기 수학식 2를 통해 상기 홀로그램 이미지의 초점거리를 가변시키는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
   [수학식 2]
   

   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원부는
   광원과:
   상기 광원의 전방에 설치되어 상기 광원을 평행광으로 변환하는 콜리메이션 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 광원은 가간섭성 광으로서, 레이저 광 또는 LED 광 중 선택된 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 공간 광 변조기는
   상기 스크린부의 위치를 검출하는 엔코더로부터 수신되는 상기 스크린부의 위치 정보에 기초하여 상기 홀로그램 이미지의 초점 거리를 가변시키는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 상부에 설치되고, 상기 광원부로부터 조사되는 평행광을 상기 공간 광 변조기로 입사시키며, 상기 공간 광 변조기로부터 조사되는 상기 홀로그램 이미지를 상기 스크린부로 조사되도록 경로를 전환하는 빔 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터의 상부에 설치되고, 상기 홀로그램 이미지를 푸리에 변환하는 푸리에 렌즈와;
    상기 푸리에 렌즈의 상부에 설치되고, 상기 홀로그램 이미지의 노이즈를 제거하는 광학 필터와;
    상기 광학 필터의 상부에 설치되고, 상기 홀로그램 이미지를 상기 스크린부로 투사하는 투사렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 생성장치.
12. 삭제

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