KR102070800B1 - 입체 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법 - Google Patents

Abstract

입체 디스플레이 장치가 개시된다. 입체 디스플레이 장치가 개시된다. 입체 디스플레이 장치는, 입체 디스플레이 장치는, 수직 서브 퍼스펙티브(perspective)를 통해 이미지를 디스플레이하는 이미지 패널, 디스플레이된 이미지의 위치를 조절하는 패널 제어부, 아이(eye)/헤드(head) 트랙킹을 통해 이미지 패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛, 백라이트 유닛을 제어하는 백라이트 제어부, 시청자의 안구 위치를 검출하고, 대응되는 안구 위치 데이터를 제공하는 아이 트랙킹 센서 및, 기설정된 제1 간격을 갖는 수직 서브 퍼스펙티브들이 선택적으로 보여지도록 설계된, 패러랙스 요소를 포함하는, 패러랙스 부를 포함하며, 패널 제어부 및 백라이트 제어부는 아이 트랙킹 센서로부터 안구 위치 데이터를 수신하고, 수신된 안구 위치 데이터에 기초하여 이미지 패널 및 백라이트 유닛을 제어한다.

Description

입체 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법 {Stereoscopic display apparatus, and display method thereof }

본 발명은 입체 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 무안경 디스플레이 방식을 채용하는 입체 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법에 대한 것이다.

전자 기술의 발달에 힘입어 다양한 유형의 전자기기가 개발 및 보급되고 있다. 특히, 일반 가정에서 가장 많이 사용되고 있는 가전 제품 중 하나인 TV와 같은 디스플레이 장치는 최근 수년 간 급속도로 발전하고 있다.

디스플레이 장치의 성능이 고급화되면서, 디스플레이 장치에서 디스플레이하는 컨텐츠의 종류도 다양하게 증대되었다. 특히, 최근에는 3D 컨텐츠까지 시청할 수 있는 입체 디스플레이 시스템이 개발되어 보급되고 있다.

입체 디스플레이 시스템은 크게 안경 없이 시청 가능한 무안경식 시스템과, 안경을 착용하여 시청하여야 하는 안경식 시스템으로 분류할 수 있다. 무안경식 시스템은 안경 없이도 3D 이미지를 시청할 수 있다는 장점이 있으나, 이미지 품질이 떨어지고, 시청자의 위치에 따라 입체감이 달라지는 등의 문제점이 있다.

종래의 무안경 입체 디스플레이는 좌우 시점 영상이나 장면을 시청자의 좌우안에 선택적으로 나타낸다. 좌안영상과 우안영상은 같은 평면 화면에 나타나지만, 디스플레이의 특별한 설계에 의해 그것들은 좌안과 우안에 의해 선택적으로 보여질 수 있다. 대응하는 퍼스펙티브 영상은 시청자의 머리와 눈이 “뷰잉 존” 혹은 “뷰잉 윈도우”으로 불리는 것과 일치하는 특정 위치에 위치할 때만 보여질 수 있다. 서로 다른 깊이에 위치한 물체들은 각 시점에서 서로 다른 시차를 가지고 디스플레이된다. 무안경 디스플레이에서 시청자는 양안시차로 물체를 3차원으로 인지한다. 시청자의 자유를 제공하기 위하여 무안경 입체 디스플레이는 시청자가 그의 머리와 몸의 위치를 바꿀 때 시청자의 안구의 위치에 따라 뷰잉 윈도우를 제공할 수 있다. 이런 종류의 디스플레이들이 “헤드/아이 트랙킹 입체 디스플레이”이다. 대체적으로 무안경 입체 디스플레이는 시청자에게 입체 감각의 손실 없이 한 쌍의 윈도우에서 다른 윈도우으로 그가 부드럽게 이동할 수 있는 많은 뷰잉 윈도우를 제공하도록 마련될 수 있다. 이러한 자동 입체 디스플레이들은 다시점 디스플레이라고 불린다. 이런 방법은 각 윈도우가 다른 시점의 영상을 나타내야 하기 때문에 시점이 늘어날수록 더 큰 용량의 데이터를 디스플레이할 것을 요구한다. 이는 대부분의 다시점 디스플레이들이 10 이하의 시점을 갖는지에 대한 이유이다.

비록 무안경 입체 디스플레이에서 한 장면의 서로 다른 오브젝트들이 양안시차 때문에 다른 깊이로 인식되지만, 시청자의 시각 체계는 3D 이미지들을 디스플레이 하는 무안경 입체 방법으로 완전히 만족되지는 않는다. 이러한 문제는 안구의 초점조절 매커니즘이 뎁스를 인지하는 위치 대신에, 영상이 디스플레이되는 실제 디스플레이 화면에 초점을 맺는 경향을 갖는다는 점이다. 이것은 안구 망막에 투사되는 영상 때문에 발생하는데, 안구가 화면에 초점을 맞출 때 가장 심하게 나타난다. 이런 상황은 "convergence-accommodation conflict" 이라고 불린다. 그것은 안구 긴장, 안구 피로, 및 다른 기능 장애를 유발시키고 따라서 시청자의 안락함을 감소시키게 된다.

정확한 초점위치를 제공하기 위해 초다시점 기술이 적용될 수 있다. 초다시점 디스플레이는 매우 작은 크기의 뷰잉 윈도우를 갖는 다시점 디스플레이이다. 2 이상의 뷰들이 동시에 시청자에게 인지되기 위해 하나의 윈도우 크기가 안구 동공 지름 (5mm)의 절반인 2.5mm 보다 더 작아져야 한다는 것은 중요하다. 초다시점 디스플레이는 안구의 초점 조절을 제공할 수 있어야 한다. 하지만 만약 윈도우 크기가 2.5mm 이고 장면들의 수가 10으로 제한되면, 시청자의 자유는 단지 2.5mm로 제한될 것이다. 시청자의 자유를 확장하기 위해 초다시점 디스플레이는 10 시점보다 더 많이 디스플레이해야 한다. 현재의 플랫 패널 형태 자동 입체 디스플레이에서는 그것은 가능하지 않다.

스테레오 홀로그램 기술에서는 또 다른 안구 초점 조절을 제공하기 위한 기술이 적용된다스테레오 홀로그램에서 디지털 홀로그램을 구성하는 콘텐츠는 대형 뷰잉 윈도우를 제공하기에는 픽셀크기가 충분히 작지 않고 해상도도 제한이 되어있다. 시청자가 용납할 정도의 시청 자유를 제공하기 위해 스테레오 홀로그램 기술은 정확한 안구 추적을 사용한다. 스테레오 홀로그램 기술의 단점은 빛의 회절과 간섭에 기반한 기술이라는 것이다. 파장별로 다른 회절각을 가지기 때문에 레이저 같은 가간섭성 광원을 요구한다.

또 다른 단점은 “프린지”(fringe)로 알려진 하나의 홀로그래픽 데이터 비트를 만들기 위해서는 “픽셀”로 알려진 그래픽 데이터 비트가 최소한 두 개가 필요하다는 것이다.

도 1은 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 미국 특허 6,115,058에 따르면, 디스플레이는 LCD 패널(11), 시청자의 머리/눈 위치를 감지하기 위한 카메라(15)를 갖는 헤드/아이 트랙킹 시스템을 따라 제어되는 전기적으로 제어가능한 광원(14)(예를 들어 CRT TV 화면)과 집속렌즈(13)으로 구성된 지향성 백라이트(12)로 구성된다. 좌우 퍼스펙티브들이 연속적으로 이미지 패널에서 재생된다. 좌우 영상들과 동기화되어, 광원은 해당 위치에 명점(bright spot)을 생성하는데, 좌우 안구만이 그 빛을 수신하고 패널에 디스플레이된 그 영상을 볼 수 있다.

좌안 시점용 영상이 이미지 패널에 디스플레이되는 기간 동안에, 아이 트래킹 시스템은 시청자의 안구들의 2D 위치를 감지하고 좌안영상에 대응하는 신호를 광원으로 보낸다. 응답으로, 광원은 좌안에 대응하는 위치로 발광점(14a)을 생성한다. 발광점에서 방출되는 빛은 렌즈 13을 통과한 후 좌안영상이 재생중인 LCD 패널을 통과하여 시청자의 왼쪽 눈에 초점을 맺는다. 시청자의 우안에 대해서 이미지 패널은 어떤 영상도 없는 어두운 패널로 나타난다. 우안 시점이 영상 패널에 디스플레이되는 기간 동안, 아이 트랙킹 시스템은 시청자 안구의 2D 위치를 감지하고 우안영상에 대응하는 신호를 광원에 보낸다. 응답으로 광원은 우안에 대응하는 위치로 발광점(14b)을 생성한다. 발광점에서 방출되는 빛은 렌즈 13을 통과한 후 우안영상이 재생중인 LCD 패널을 통과하여 시청자의 왼쪽 눈에 초점을 맺는다. 시청자의 좌안에 대해서 이미지 패널은 어떤 영상도 없는 어두운 패널로서 나타난다. 좌우안 영상들은 순차적으로 패널에 디스플레이되는데, 프레임율은 각각이 50Hz 와 같거나 그보다 더 높다(예를 들어, 100Hz 혹은 더 높은 패널 프레임율). 인간의 시각 체계의 관성 때문에, 시청자는 좌우 영상들이 동시에 디스플레이되는 것으로 인지하고 입체적 감각을 느낀다.

씬의 서로 다른 오브젝트들은 입체시(stereopsis) 때문에 다른 뎁스에서 인지된다. 대조적으로, 안구 초점 조절 매커니즘은 입체시에 길들여져 인지되는 뎁스 대신에 LCD 화면에 안구를 조절하는 경향을 가진다. 이런 일은 입체 디스플레이에서, 그리고 종래의 무안경 입체 디스플레이에서, 눈의 망막으로 투사되는 영상이 안구가 화면으로 초점을 맺는 경우 가장 선명하게 나타나기 때문에 발생한다. 이런 상황은 "convergence-accommodation conflict"이라고 불린다. 이는 안구 긴장, 안구 피로, 및 다른 기능 장애를 유발시키고 따라서 시청자의 안락함을 감소시키게 된다.

본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 서브 퍼스펙티브들을 수직 방향에서 디스플레이하는 입체 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법을 제공함에 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 디스플레이 장치는, 이미지를 인터리빙된 형태의 수직 서브 퍼스펙티브(perspective) 세트를 통해 디스플레이하는 이미지 패널, 상기 디스플레이된 이미지의 수직 위치를 조절하는 이미지 패널 제어부, 적어도 제1 메인 수평 방향에서 제어가능한 출력 개구(output pupil)을 구비하며, 아이(eye)/헤드(head) 트랙킹을 통해 광을 제공하는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛을 제어하는 백라이트 제어부, 시청자의 안구 위치를 검출하고, 대응되는 안구 위치 데이터를 제공하는 아이 트랙킹 센서 및, 공간 상에서 기설정된 제1 간격을 갖는 서브 퍼스펙티브들이 선택적으로 보여지도록 설계된, 제2 메인 수평 방향으로 배열된 패러랙스 요소를 포함하는, 패러랙스 부를 포함하며, 상기 이미지 패널 제어부 및 상기 백라이트 제어부는 상기 아이 트랙킹 센서로부터 상기 안구 위치 데이터를 수신하고, 수신된 안구 위치 데이터에 기초하여 상기 이미지 패널 및 상기 백라이트 유닛을 제어하며, 상기 제1 간격은 안구 동공의 지름보다 작다.

여기서, 상기 패러랙스 부는 렌티큘러(lenticular) 렌즈 어레이 및 패러랙스 배리어(parallax barrier) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 백라이트 유닛은 1차원 광 소스 어레이, 콜리메이션 광학계(collimation optics), 및 지향성 확산기를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 콜리메이션 광학계는 프리즘 시트 및 프레넬 렌즈(Fresnel lens)가 조합된 휘어진 두꺼운 끝단을 갖는 쐐기형(wedge type) 도광판을 포함할 수 있다.

또한, 상기 패러랙스 부는 안구 조절(eye-accommodation)을 제공하기 위한 액티브 상태 및, 더 높은 수직 해상도를 갖는 3D 입체 영상을 제공하거나 2D 이미지를 제공하기 위한 인액티브 상태 사이에서 스위칭될 수 있다.

또한, 상기 패러랙스 부는 액티브 상태 및 인액티브 상태 사이에서 렌티큘러 렌즈를 스위칭하기 위한 편광 스위치를 갖는, 광학적 이방성 물질로 구성된, 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.

또한, 상기 패러랙스 부는 배리어 모드 및 투명 모드 사이에서 스위칭가능한 광학적 LCD 패널로 구성된, 패러랙스 배리어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이미지 패널 및 상기 백라이트 유닛은 필드 시퀀셜 컬러 동작(field-sequential-color operation)을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 방법은, 좌우안 영상을 시청자의 좌우 안구에 선택적으로 제공하여 입체 영상 디스플레이하는 단계를 포함하며, 상기 좌우안 영상은, 공간 상에서 선택적으로 디스플레이되지만 적어도 두 개 이상의 서브 퍼스펙티브가 시청자의 안구에 의해 동시에 인지될 만큼 매우 가까운, 낮은 패러랙스 서브 퍼스펙티브의 조합을 포함한다.

여기서, 상기 좌우 서브 퍼스펙티브 세트는 순차적으로 디스플레이될 수 있다.

또한, 상기 좌우 서브 퍼스펙티브 세트는 평행하게 디스플레이될 수 있다.

또한, 상기 낮은 패러랙스 서브 퍼스펙티브 세트는 출력 개구(exit pupils)이 수직 라인을 따라 분산되는 서브 퍼스펙티브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 낮은 패러랙스 서브 퍼스펙티브 세트는 출력 개구(exit pupils)이 수평 방향으로 +45도 및 -45도 사이에서 기울어진 라인을 따라 분산되는 서브 퍼스펙티브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 낮은 패러랙스 서브 퍼스펙티브 세트는 출력 개구(exit pupils)이, 수평 또는 수평 방향으로 +45도 및 -45도 사이에서 기울어진 라인을 따라 분산되는 서브 퍼스펙티브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 수평 방향에서 시청자의 움직임은 아이/헤드 트랙킹에 기초하여 제공되거나, 상기 아이/헤드 트랙킹에 의한두 세트의 서브 퍼스펙티브의 지향성 디스플레이에 기초하여 제공될 수 있다.

또한, 상기 수평 방향에서 시청자의 움직임은 수직 편광을 갖는 상기 좌우 서브 퍼스펙티브 세트의 디스플레이 상태 및 상기 시청자에 의한 편광 글래스의 이용에 기초하여 제공될 수 있다.

또한, 상기 수평 방향에서 시청자의 움직임은 서로 다른 스펙트럼 영역에서 상기 좌우 서브 퍼스펙티브 세트의 디스플레이 상태 및 상기 시청자에 의한 스펙트럼 안경의 이용에 기초하여 제공될 수 있다.

또한, 상기 수평 방향에서 시청자의 움직임은 시간 순차 방식에서 상기 좌우 서브 퍼스펙티브 세트의 디스플레이 상태 및 상기 시청자에 의한 셔터 글래스의 이용에 기초하여 제공될 수 있다.

또한, 상기 수평 방향에서 시청자의 움직임은 복수의 수평 서브 퍼스펙티브 세트의 디스플레이에 기초하여 제공될 수 있다.

또한, 상기 수직 방향에서 시청자의 움직임은 지향성 디스플레이의 메인 로브에 서브 퍼스펙티브를 디스플레이하고, 동시에 상기 지향성 디스플레이의 상부 및 하부 로브에 서브 퍼스펙티브의 클론을 디스플레이하는 것에 기초하여 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 영상을 캡쳐하는 방법은, 제1 수평 방향(x 방향) 및 제2 수직 방향(y 방향)에서 분산되는 위치들에서 카메라를 이용하여 퍼스펙티브 뷰를 캡쳐하는 단계를 포함하며, 상기 제1 방향에서 적어도 두 개의 위치는 안구 사이 간격에 의해 정의되는 시차 간격을 갖고, 상기 제2 방향에서 적어도 두 개의 위치는 안구의 동공 지름에 의해 정의되는 시차 간격을 갖는다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 디스플레이 장치는, 수직 서브 퍼스펙티브(perspective)를 통해 이미지를 디스플레이하는 이미지 패널, 상기 디스플레이된 이미지의 위치를 조절하는 패널 제어부, 아이(eye)/헤드(head) 트랙킹을 통해 상기 이미지 패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛을 제어하는 백라이트 제어부, 시청자의 안구 위치를 검출하고, 대응되는 안구 위치 데이터를 제공하는 아이 트랙킹 센서 및, 기설정된 제1 간격을 갖는 수직 서브 퍼스펙티브들이 선택적으로 보여지도록 설계된, 패러랙스 요소를 포함하는, 패러랙스 부를 포함하며, 상기 패널 제어부 및 상기 백라이트 제어부는 상기 아이 트랙킹 센서로부터 상기 안구 위치 데이터를 수신하고, 수신된 안구 위치 데이터에 기초하여 상기 이미지 패널 및 상기 백라이트 유닛을 제어하며, 상기 제1 간격은 안구 동공의 지름보다 작을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 시청자의 움직임이 자유로운 상태에서 높은 해상도의 3D 이미지를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 디스플레이 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 디스플레이 장치의 수직 면 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 콘텐츠를 디스플레이하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 렌티큘러 렌즈의 수평 정렬을 위한 퍼스펙티브 영상들의 맵핑 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 렌티큘러 렌즈의 기울임 정렬을 위한 퍼스펙티브 영상들의 맵핑 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 수직 아이/헤드 트랙킹을 제공하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 백라이트 유닛의 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 슬림한 백라이트 유닛을 갖는 디스플레이 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 이방성 광학 물질과 분극 스위치를 갖는 변경가능한 렌티큘러 렌즈의 구조를 살명하기 위한 도면이다.
도 10은 영상 캡쳐 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 종래 기술에 따른 입체 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 11c 및 도 11d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 렌즈, 확산기, LCD 패널 및 패러랙스 배리어의 상호 배열에 대한 다양한 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 디스플레이 장치의 구조를 나타내는 도면들이다.

구체적으로, 도 2a는 수평 단면도를, 도 2b는 수직 단면도를 나타낸다.

도 2a 및 도 2b의 입체 디스플레이 장치는 TV, 모니터, 휴대폰, PDA, PC, 셋탑 PC, 태블릿 PC, 전자 액자, 키오스크 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치로 구현될 수 있다. 또한, 도 2a 및 도 2b의 입체 디스플레이 장치는 무 안경 방식으로 입체 디스플레이를 수행하는 장치로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2a 및 도 2b에 따르면, 입체 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛(21), 이미지 패널(22), 패러랙스 부(23), 아이 트랙킹 센서(24), 백라이트 제어부(또는 백라이트 제어부)(29), 패널 제어부(30)를 포함한다.

백라이트 유닛(21)은 이미지 패널(22) 방향으로 광을 제공한다. 백라이트 유닛(21)은 발광소자가 어디에 위치하느냐에 따라 직하 타입, 에지(edge) 타입으로 구분된다. 직하 타입은 발광소자가 이미지 패널(22)의 뒷면에 전체적으로 골고루 배치되어, 발광소자가 이미지 패널(22)로 직접 광을 조사하는 방식이다. 반면, 에지 타입은 발광소자가 이미지 패널(22)의 가장 자리 측에 배치되어, 도광판을 이용하여 광을 이미지 패널(22) 방향으로 반사하게 되는 방식이다.

또한, 백라이트 유닛(21)은 LCD 패널에 통상적으로 적용되는 일반적인 백라이트 유닛 또는 필드 순차 컬러(Field Sequential Color(FSC)) LCD 디스플레이에 적용되는 컬러 순차 백라이트 유닛일 수도 있다. 즉, 백라이트 유닛(21)의 종류는 이미지 패널(22)의 종류에 따라 달라질 수 있다.

특히, 백라이트 유닛(21)는 적어도 수평 방향에서 퓨필(pupil)을 제어할 수 있는 지향성 백라이트로 구현될 수 있다.

구체적으로, 백라이트 유닛(21)는 적어도 제1 메인 수평 방향에서 제어가능한 출력 개구(output pupil)을 구비하며, 시간 순차적인 입체 디스플레이 및 아이(eye)/헤드(head) 트랙킹을 제공한다.

이미지 패널(22)은 이미지를 인터리빙된 형태의 수직 서브 퍼스펙티브(perspective) 세트를 통해 디스플레이한다.

구체적으로, 복수의 행 및 열로 배열된 복수의 픽셀을 포함한다. 이미지 패널(22)은 LCD 패널로 구현될 수 있으며, 각 픽셀은 액정 셀로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛(21)에서 발생한 광이 이미지 패널(22)의 각 픽셀로 입사되면, 이미지 패널(22)은 영상 신호에 따라 각 픽셀로 입사된 광에 대한 투과율을 조절하여 영상을 디스플레이한다. 구체적으로는, 이미지 패널(22)은 액정층 및 그 액정층의 양 표면에 형성된 두 개의 전극을 포함한다. 두 전극에 전압이 인가되면, 전기장이 생성되어 두 전극 사이의 액정 층의 분자를 움직여서, 광의 투과율이 조절된다. 이미지 패널(22)은 각 픽셀을 열 별로 구분하고, 각 열 마다 다른 시점의 이미지가 표시될 수 있도록, 각 픽셀 열을 구동시킨다.

이미지 패널(22)은 컬러 필터를 구비하는 일반적인 패널이 될 수도 있고, 필드 순차 컬러(Field Sequential Color(FSC)) 구동 방식으로 동작하는 패널일 수도 있다. 필드 순차 컬러 구동 방식은 다르게는 필드 시퀀셜 방식 또는 컬러 순차 구동 방식 등으로 불릴 수도 있다. 필드 순차 컬러 구동 방식이란 컬러 필터를 사용하지 않고, R, G, B 광을 시간적으로 분리시켜 순차적으로 투사하는 방식이다.

패러랙스 부(23)는 이미지 패널(22)의 전면에 배치되어, 이미지 패널(22)로부터 발산되는 광을 시청 영역별로 분산시킨다. 이에 따라, 시청 영역별로 상이한 시점의 이미지에 대응되는 광이 출사된다. 패러랙스 부(23)는 패러랙스 배리어(Parallax Barrier) 또는 렌티큘러 렌즈 어레이(Lenticular lens array)로 구현될 수 있다. 패러랙스 배리어는 복수의 배리어 영역을 포함하는 투명 슬릿 어레이로 구현된다. 이에 따라, 배리어 영역 간의 슬릿(slit)을 통해 광을 차단하여 시청 영역 별로 상이한 시점의 이미지 광이 출사되도록 한다. 슬릿의 폭 및 피치는 다시점 영상에 포함되는 각 시점 이미지의 개수 및 시청 거리에 따라 상이하게 설계될 수 있다. 렌티큘러 렌즈 어레이는 복수의 렌즈 영역을 포함한다. 각 렌즈 영역은 적어도 하나의 픽셀 열에 대응되는 크기로 형성되어, 각 픽셀 열의 픽셀들을 투과하는 광을 시청 영역 별로 상이하게 분산한다. 각 렌즈 영역은 원형 렌즈를 포함할 수 있다. 각 렌즈의 피치 및 곡률 반경은 각 시점 이미지의 개수 및 시청 거리에 따라 상이하게 설계될 수 있다.

패러랙스 부(23)는는 공간 상에서 기설정된 제1 간격을 갖는 서브 퍼스펙티브들이 선택적으로 보여지도록 설계된, 제2 메인 수평 방향으로 배열된 패러랙스 요소를 포함한다.

특히, 패러랙스 부(23)는 수직 방향에서 액티브한, 즉, 수평 방향에서 연장되는 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 시트는, 시청자의 안구 동공 내에 두 개 이상의 뷰잉 존을 제공하도록 상호 배열되며, 위치 센서 즉, 아이 트랙킹 센서(24)가 제공될 수 있다.

한편, 백라이트 유닛(21)은 이미지 패널(22)에 동일한 밝기를 제공하고 제어가능할 수 있는 공간에 위치한 출력 개구(exit pupil) 또는 뷰잉 존(viewing zone)으로 알려진 적어도 하나의 뷰잉 윈도우(viewing window)을 만든다는 것이 중요하다. 구체적으로, 도 2a 및 도 2b에서 백라이트 유닛(21)의 구조는 광원 어레이(25)(예를 들면, LED), 렌즈(26), 확산기(27), 백라이트 제어부(또는 LED 제어부)(29)를 포함한다. 백라이트 유닛(21)은 특정 시거리에서 뷰잉 존을 제공하도록 배열되고, 이미지 패널(22)은 패널 제어부(30)에 의해 제어된다.

특히, 패널 제어부(30)는 이미지 패널(22)에 디스플레이된 이미지의 수직 위치를 조절할 수 있다.

만약, LED들 중 하나, 예를 들면 LED(25a)가 켜져 있으면, 방출되는 빛은 거리 L2 거리에서 렌즈들 뒤에 초점이 맞춰지는데, 이는 다음 수식과 같이 정의된다.

여기서 거리 L1은 LED에서 렌즈들까지 거리이고, F는 렌즈들의 초점 거리이다.

초점이 맞춰진 지점(28)의 형태는 지향성 확산기(27)에 따라 수직 방향에서 연장될 수 있다. 수평 크기는 LED 발광 표면의 지오메트리와 뷰잉 존 형성 확산기(27)에 의해 판단된다. 수평 크기는 LED 평균 안구 거리(inter-ocular) 또는 더 작은 값이 될 수 있다. 수직 크기는 시청자에게 바람직한 수직의 자유를 제공하도록 선택되어야 한다. 초점이 맞춰진 지점(28)은 지향성 디스플레이의 뷰잉 존으로서 기능한다. 뷰잉 윈도우의 주요 특징은 렌즈에서 나오는 모든 광선들이 뷰잉 윈도우에 도달한다는 것이고 다른 교차 구간 지점에는 광선들이 없다는 것이다. 만약 시청자의 눈이 뷰잉 윈도우 내에 위치하면, 그 시청자는 확산기(27)의 표면이 밝게 빛나는 것을 보게 된다.

대조적으로, 시청자의 눈이 뷰잉 윈도우 측면에 위치하게 되면, 그 시청자는 확산기의 표면이 빛나지 않는 것을 보게 된다. 만약 투과형 이미지 패널이 영상을 디스플레이하면, 그 영상은 활성 뷰잉 존 내에 위치한 안구에만 보여지게 된다. 실질적으로, 한 시청자의 안구를 위한 넓은 뷰잉 윈도우를 만들기 위해 단일 LED 대신에 여러 개의 LED들이 켜질 수 있게 된다. 뷰잉 윈도우 크기는 평균 값이 대개 약 65mm인 안구 간 거리 보다 폭이 더 작게 정해지는데, 때문에 시청자는 두 눈으로 동시에 패널의 영상을 볼 수 없다. 뷰잉 존의 수평 위치는 어레이에서 활성 LED의 위치에 의해 정의된다.

광원 어레이(25)로부터 다른 LED, 예를 들면 LED(25b)를 ON함으로써, 첫번째 뷰잉 존으로부터 좌측(도 2a의 아래) 또는 우측(도 2a의 위)에 위치한 다른 뷰잉 존이 만들어질 수 있다. 또 다른 LED 25b에서 나오는 다른 광선들 및 이에 대응되는 뷰잉 윈도우가 도 2a에서 점선으로 도시된다. 이전의 뷰잉 존에서 새로운 뷰잉 존 간의 분리는 LED 어레이의 피치 및 렌즈들의 광학 배율 m=L2/L1에 의해 정의된다. 광원 어레이의 피치는, 서로 다른 광원들을 ON 시킴에 의해 활성 상태로 바뀔 수 있는 좌우안 뷰잉 존을 시청자의 좌우 안구에 제공하도록 선택될 수 있다.

백라이트 제어부(29)는 기설정된 알고리즘에 따라 아이 트랙킹 센서(24)에 의해 생성된 안구 위치 신호에 대응해 LED를 구동할 수 있다.

수직 교차 구간에서 디스플레이 구조가 도 2b에서 도시된다. 수직 교차 구간에서의 디스플레이 출력은 대개 렌즈(26), 지향성 확산기(27), 그리고 이미지 패널(22)의 상호 배열, 렌즈 시트(23) 및 그들의 상호 배열의 특성으로 정의된다. 일 실시 예에 있어, LCD 픽셀들은 각각 N 열을 갖는 M개의 그룹들로 분리된다.

렌즈 시트(23)은 수평 방향에사 연장되는 적어도 M 개의 원통형 렌즈들을 포함한다. 각 그룹의 열들은 1, 2..N으로 넘버링될 수 있는데, 숫자는 열의 수직 좌표로 증가한다. 예를 들어, 도 3에서 각 그룹은 6개의 열을 갖는다.

렌즈 시트(23)의 각 렌즈들은 기설정된 시야 거리에서 LCD 픽셀 열들의 확대된 영상을 생성한다. 이런 영상들은 도 3의 우측에서 동일한 방식으로 넘버링된다. 렌티큘라 피치(pitch)는 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 동일한 숫자로 모든 열 영상들의 일치를 제공하도록 (N x 픽셀 피치)보다 더 작게 정해진다. 각 열의 영상은 뷰잉 서브 윈도우로서 기능한다. 1부터 N까지 열들의 이러한 영상들은 도 2b에서 28-1과 같이 뷰잉 윈도우(28) 구조를 만든다. 만약 지향성 확산기의 다이어그램의 수직 각도가 N 뷰잉 윈도우보다 크면, 뷰잉 윈도우들은 도 2b의 28-1 및 도 3에 도시된 바와 같이 반복된다.

종래의 다시점 디스플레이들과 대조적으로, 본 발명에 따른 디스플레이는 수직 방향에서 미세 구조를 갖는 뷰잉 윈도우들을 제공한다. 뷰잉 존 구조 Pv의 피치(pitch)는 시청자의 안구 동공보다 더 작아야 하는데, 이에 따라 두 개 이상의 뷰잉 서브존에 디스플레이된 퍼스펙티브 영상들이 안구 망막에 동시에 보여지게 된다. 안구의 동공은 도 3에서 우측의 타원 점선으로 도시된다. 그것의 크기는 뷰잉 서브 존 크기보다 두 배 더 크게 보여질 수 있다. 이는 다음 수식과 같이 나타난다.

여기서, 거리 L3는 렌즈에서 시청자의 안구까지 거리, L2는 렌즈에서 이미지 패널까지 거리, D는 안구 동공 지름 (D…5mm), P는 픽셀 피치를 나타낸다.

LCD 제어부(30)은 헤드/아이 트랙킹 시스템에 의해 검출된 헤드/아이 위치에 따라 디스플레이된 영상의 수직 위치를 조절할 수 있다. 이 경우, 트랙킹은 안구의 동공에서 서브 퍼스펙티브 뷰잉 존의 정확한 순서를 지키도록 제공되어야 한다.

뷰잉 존의 서브 퍼스펙티브 세트가 도 4에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 반복되거나 복제되기 때문에, (진회색 타원형으로 도시된 바와 같이) 안구 동공이 역 순서로 놓인 서브 퍼스펙티브들을 수신하는 상대적인 안구 위치가 존재하게 된다. 수직 트랙킹에 의해, 뷰잉 존 시스템은 수직 방향에 위치하게 되고, 안구 동공은 이런 잘못된 위치에 절대 나타나지 않는다. 트랙킹 방법이 도 6에 도시된다.

디스플레이된 콘텐츠, 즉, 이미지 패널에 디스플레이된 그래픽 콘텐츠의 포맷은 순차적인 프레임 순으로 디스플레이된, 오브젝트나 씬의 좌우 안구 퍼스펙티브들 이다. 각 퍼스펙티브는 N 수직 서브 퍼스펙티브들로 구성된다. 예로서, 이런 퍼스펙티브들과 서브 퍼스펙티브들은 도 4에 도시된 바와 같이, 사진기 혹은 비디오 카메라에 의해 촬영될 수 있다. 도 4에서 오브젝트(41)의 우측 서브 퍼스펙티브들(44)는 점선으로 도시된 Y축을 따라(수직 방향에서) 약간 다른 위치들 N에서 순차적으로 카메라 42에 의해 촬영된다. 오브젝트 41의 좌측 서브 퍼스펙티브들(45)는 약간 다른 위치들 N에서 순차적으로 카메라 43에 의해 촬영된다.

대체적으로 N 카메라의 수직 배열은 동일한 순간에 모든 서브 퍼스펙티브들을 촬영하는데 적용될 수 있다. 이미지 패널에 적용되는 입력된 그래픽 데이터는 우측 안구 서브 퍼스펙티브들로 구성된 홀수 프레임 시퀀스, 좌측 안구 서브 퍼스펙티브들로 구성된 짝수 프레임들로 구성된다.

상기 프레임들은 수평 렌즈가 적용되는 경우 각각의 서브 퍼스펙티브들의 뷰잉 존이 수직 방향에서 약간 다른 위치들에서 나타나도록 인터리빙된 형태의 N 서브 퍼스펙티브 영상들로 구성된다. 서브 퍼스펙티브들의 인터리빙된 구성의 예는 도 5에 도시되고, 서로 다른 픽셀 열들이 서로 다른 서브 퍼스펙티브들에 속하게 된다. 동일한 퍼스펙티브에 속하는 픽셀 그룹들은 동일한 해칭으로 도시된다.

점선들은 열 방향에 정렬된 렌티큘라 렌즈들의 상대적 위치를 도시한다. 일부 실시 예들에서, 렌티큘러 렌즈들은 수직 방향 및 수평 방향 사이에서 해상도 감소를 공유하도록 다소 경사진 각도 θ에서 열 방향으로 정렬될 수 있다. 이런 경우 퍼스펙티브 영상들은 서로 다른 방법으로 렌더링되어야 한다. 모든 4개의 디스플레이된 뷰를 나타내는 픽셀 그룹은 도 4b에 도시된다.

서로 다른 시청자의 위치들을 디스플레이하기 위해 필요한 서로 다른 퍼스펙티브는 그래픽 데이터 소스의 메모리에 저장될 수 있고 아이 트랙킹 시스템의 현재 출력 데이터에 따라 회수될 수 있다. 대체적으로 그래픽 데이터는 중간 뷰 생성의 이미 알려진 알고리즘 중 하나를 사용해 실시간으로 산출될 수 있다. 또한 저장되고 산출된 데이터의 조합이 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이의 동작이 도 2a, 도 2b, 도 3, 및 도 4에 기초하여 설명될 수 있다.

좌안 서브 퍼스펙티브들이 이미지 패널(22)에 디스플레이되는 기간 동안, 아이 트랙킹 센서(24)는 시청자 안구들의 2차원 위치를 감지하고 대응하는 신호를 백라이트 제어부(29)와 패널 제어부(30)로 전송한다. 응답으로, 백라이트 제어부(29)는 기설정된 알고리즘을 따르는 LED 어레이에서 선택된 일부 LED를 ON 시킨다. 백라이트 제어부(29)는 빛이 현재 위치에서 시청자의 좌안에 도달할 수 없고 우안을 위한 가장 편안한 시각을 제공하는, 예를 들어 26a 같은 LED들만 ON 시킨다. 도 2a에서, 명확한 설명을 위해 LED 26a만이 ON 된 것으로 도시하였지만, 실질적으로 여러 개의 LED가 ON될 수 있다.

패널 제어부(30)는 수직 방향에서 안구 위치 데이터를 수신하고, 도 5에 도시된 바와 같이 뷰잉 존의 상부와 하부 범위가 시청자의 안구 동공과 관련해 대칭적으로 위치되도록 디스플레이된 영상의 수직 위치를 조절한다. LED에서 방출된, 렌즈 및 이미지 패널에 도달한다.

렌즈들은 발산된 광 다발을 수렴된 광 다발로 변형시켜 우안 위치 근처에 초점을 맞추며, 시청자는 패널에 디스플레이된 여러 개의 우측 수직 서브 퍼스펙티브들을 동시에 보게 된다. 그 순간, 우안은 디스플레이된 영상을 보지 못하게 되며, 이는 지향성 백라이트가 어떤 광선도 해당 방향으로 보내지 않기 때문이다. 여러 개의 서브 퍼스펙티브가 좌안에 의해 동시에 인지되기 때문에, 영상 포인트가 흐릿해질 수 있지만, 안구가 영상 포인트가 디스플레이된 뎁스로 조절되어 있다면 흐릿해진 영상은 초점이 맞춰질 수 있게 된다.

좌안 서브 퍼스펙티브가 이미지 패널에 디스플레이되고 있는 기간 동안에, 백라이트 제어부(29)는 도 2a에서 하나의 LED(25b)로 단순화된 또 다른 LED 그룹을 ON 시킨다. LED(25b)는 렌즈(26) 및 확산기(27)와 함께 시청자의 우안 위치 근처에 초점이 맞춰진 광 다발을 만든다. 시청자의 우안은, 좌안이 패널에서 어떤 영상도 보지 못하는 동안, 이미지 패널에 디스플레이되는 우측 서브 퍼스펙티브들을 동시에 인지한다. 여러 개의 서브 퍼스펙티브가 우안에 의해 동시에 인지되기 때문에, 영상 포인트는 흐릿하게 보일 수 있지만, 안구가 디스플레이된 지점의 뎁스로 조절되면 흐릿해진 영상은 초점이 맞춰질 수 있다.

좌우 퍼스펙티브들은 60(50)Hz 보다 높은 패널 상에 순차적으로 디스플레이되어 있는데, 프레임율은 그들 각각이 60(50)Hz 와 같거나 더 높다(120(100)Hz 혹은 그 이상의 패널의 프레임율). 인간 시각 체계의 관성 때문에 시청자는 좌우 영상들을 디스플레이 된 것으로 동시에 인지하고 입체 감각을 느낀다. 상기 인지된 입체 감각은 정확한 조절 반응으로 제공되기 때문에, 시청자는 그가 실제 입체적 영상을 보는 것처럼 증가된 시각적 편안함을 느낀다.

만약 시청자가 수평 방향으로 자신의 머리 위치를 바꾼다면, 헤드 트랙킹 시스템은 새로운 위치를 검출하고 움직임을 보상하기 위해 또 다른 LED 그룹을 ON 시키는 신호를 백라이트 제어부(29)로 전송한다. 만약 시청자가 수직 방향으로 자신의 머리 위치를 바꾼다면, 헤드 트랙킹 센서는 새로운 위치를 검출하고, 이러한 움직임을 보상하기 위해 디스플레이된 프레임의 수직 위치를 조정하는 신호를 LCD 제어부(30)에 보낸다.

본 발명에 따른 입체 디스플레이는 안구 조절이 가능하고, 동시에 수직 방향 및 수평 방향 모두에서 시청자의 자유로운 움직임을 제공한다. 이에 따라 시청자의 자유와 안구 조절을 동시에 제공하기 위해 많은 수의 뷰를 디스플레이할 필요가 없게 된다.

렌티큘러 렌즈(23)를 대신하는 변형 예로서 패러랙스 배리어가 적용될 수 있지만, 패러랙스 배리어는 더 높은 광 로스를 제공한다. 렌즈(26) 대신 프레넬 렌즈가 적용될 수 있다. 도 12a 및 도 12b는 LCD 패널(22), 패러랙스 배리어(61), 프레넬 렌즈(62), 및 확산기(27)의 변형가능한 상호 배열 상태를 도시한다. 상호 조절 가능 변형물을 보여준다.

한편, 디스플레이는 가능한 슬림하게 만드는 것이 바람직하다. 이는 백라이트 유닛(21)의 슬림하게 디자인함으로써 달성될 수 있다 슬림한 백라이트 유닛(21)의 구조와 동작이 도 7에 도시되는데, LED 어레이(51), 도광판(52), 프리즘 시트(53), 프레넬 렌즈(54), 확산기(55)가 도시된다.

슬림한 백라이트 유닛(21)에서, LED에 의해 방출된 광은 쐐기 형 도광판(52) 내부를 이동하다 끝이 휘어지고 수평 반사 홈들로 제공된다. 광 다발의 휘어진 끝에 의해 반사되는 광은 홈들에 의해 표면으로 향하게 된다. 도광판(52)의 휘어진 끝으로 인해 광 다발은 평행하지만, 일부 큰 각도에서 표면으로 경사지면서 도광판(52)으로부터 멀어진다. 프리즘 시트(53)는 수직 방향으로 빛 광선의 방향을 수정해 준다. 프레넬 렌즈(54)는 시야 거리에서 평행한 빛 광선을 수집하고 확산기(55)는 수직 방향으로 뷰잉 존을 확대한다.

슬림한 백라이트 유닛(21)을 갖는 전체 디스플레이의 개념도가 도 8a 및 8b에 도시된다. 슬림한 백라이트를 갖는 디스플레이의 동작은 종래의 지향성 백라이트 유닛을 갖는 디스플레이의 동작과 동일하다.

한편, 2D와 3D 모드 사이의 전환을 위해서, 렌티큘러 렌즈가 변경 가능하도록 제작할 수 있다. 예를 들면, 변경가능한 렌티큘러 렌즈 시트는 분극 스위치와 도 9에 도시된 바와 같이 복굴절 물질로 만들어진 적어도 하나의, 두 레이어 렌티큘러 광학 요소의 조합을 포함할 수 있다. 도 9에서, 렌티큘러 레이어(71)는 이방성의 물질로 구성되고, 레이어(72)는 등방성 물질로 구성되며, 레이어(73)은 예를 들어, LCC(Liquid Crystal Cell)를 포함하는 분극 스위치이다. 등방성 물질의 굴절지수는 이방성 물질의 일반적 굴절지수 혹은 보기드문 굴절지수와 같다. 두 물질의 범위는 수평적 렌티큘러 배열 형태를 띤다. 이러한 복잡한 렌티큘러 광학 요소는 제1 분극 (예를 들면 수평적)으로 간접광에 대한 렌티큘러 렌즈의 특성을 보여주고, 제2 분극(예를 들면 수직적)으로 간접광에 대한 평면-평행판으로 동작한다. 분극 스위치는 제어부(74)로부터의 구동전압이 적용되지 않고, 적용된 전압 없이 변경되지 않는 경우, 간접광의 분극을 변경한다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이 (LCD 패널로부터의) 간접광이 수직방향으로 분극화된다. 일반적으로, 분극이 변경되지 않는 경우, 광학 요소는 빛의 전파에 영향을 미치지 않고 2D 영상이 가능하게 된다. 이것은 구동 전압이 적용되는 경우 제공된다. 추가적으로, 넓은 뷰잉 존을 제공하기 위해, 모든 LED들은 켜져 있어야 한다. 구동 전압이 적용되지 않는 경우 분극 스위치(73)는 광 분극을 수평적으로 변경하고 광학 요소는 렌티큘러 렌즈의 특징을 나타내므로, 따라서, 안구 조절로 3D 입체 영상을 가능하게 한다. 이에 따라 2D-3D 모드 변경이 제공된다.

본 발명의 또 다른 대상은 물체나 장면의 3D 영상을 캡처하는 방법이다. 종래에 3D 영상을 캡처하는 가장 간단한 방법은 두 개 이상의 퍼스펙티브 뷰들을 캡쳐하는 것이다. 퍼스펙티브 뷰들은 물체의 2D 영상들로 카메라의 다른 위치들에서 촬영된다. 입체 디스플레이를 위해서 수평 방향에서 특정 시차로 촬영된 2개의 씬(뷰)들이면 충분했다. 모션 시차 디스플레이를 제공하기 위해 두 개 이상의 퍼스펙티브 뷰들이 촬영되어야 한다. 대체적으로 수평적 시차로 촬영된 두 개의 뷰들은 씬의 뎁스 맵을 생성하는데 사용되고, 추가적인 뷰들이 뎁스 맵과 적어도 하나의 뷰를 이용하여 재구성된다. 초다시점 디스플레이를 위한 영상 캡처의 종래 방법은 수평 방향에서 작은 거리의 위치들에서 촬영된 많은 수의 뷰들의 재구성과 캡처를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 방법이 도 10에 개념적으로 도시된다. 도 10에는 x와 y축을 따라 배분된 카메라 렌즈들의 위치들과 z방향의 뎁스로 특징지워지는 오브젝트가 도시된다. 이러한 방법은 수평 방향(x 방향)에 적어도 두 개의 위치들 및 훨씬 더 작은 시차 간격으로 수직 방향(y 방향)에서 수직으로 분리된 곳에 적어도 두 개의 위치들을 포함하는 수평 방향(x 방향) 및 수직 방향(y 방향)으로 분산된 많은 위치들에서 카메라(또는 카메라들)를 사용하는 퍼스펙티브 뷰들의 캡처를 포함한다.

도 10은 굵은 선과 점선의 원들로서 카메라 렌즈들의 위치를 도시한다. 수직 방향의 많은 위치들은 대개 5…10 이내에 있다(도 10에서는 5개의 위치들만이 도시된다). 일부 경우에서, 점선에 의해 도시된 위치들로부터 촬영된 중간 뷰들은 굵은 선으로 도시된 바람직한 위치들에서 촬영된 영상들 사이에 삽입될 수 있다. 더 많은 수평 위치들과 이에 대응하는 뷰들은, 디스플레이가 모션 시차를 제공도록 수평적 헤드 트랙킹을 가능하다면, 제공될 수 있다. 설명된 방법으로 촬영된 영상들은 여기서 개시된 안구 조절 방법을 갖는 입체 디스플레이에 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 대상은 입체 영상들을 디스플레이하는 방법이다. 종래에는 영상들이 도 11에서 도시된 바와 같이 하나의 퍼스펙티브를 즉시 디스플레이 하는 것을 요구하는 시간 순차적 방식으로 헤드/아이 트랙킹을 해서 입체적으로 디스플레이될 수 있었다. 종래의 이 방식은 낮은 데이터양을 요구하고 단일 이미지 패널을 사용한 영상 해상도의 감소 없이도 실행될 수 있다. 이러한 방법의 단점은 정확한 안구 조절을 제공하지 않는다는 것이다. 또 다른 종래의 방법은 도 11b에 도시된 바와 같은 초다시점 방법이다. 이 방법은 뷰잉 윈도우들의 높은 공간적 밀도를 가지는 많은 퍼스펙티브 뷰들을 디스플레이하는 것을 요구한다. 이러한 방법은 종래의 평면 패널 기술을 사용해 실행될 수 없다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은 11c에 도시된 바와 같이 시청자의 좌우 안구에 선택적으로 좌우 퍼스펙티브를 나타낸다. 이 경우, 좌우 퍼스펙티브들은, 각각의 뷰잉 윈도우들에서 선택적으로 디스플레이되지만 서로 너무 가까워서 하나 이상의 서브 퍼스펙티브들이 시청자의 눈에 의해 동시에 인지되는, 여러 개의 낮은 시차 수직적 서브 퍼스펙티브들의 조합을 포함한다.

실제 정렬은 수직(수평) 방향으로 플러스 혹은 마이너스 45도 보다 더 작은 각도로 경사진 것을 포함하는 대체적으로 수직(수평)인 방향을 따라 이루어질 수 있다. 이는 각각 서브 퍼스펙티브들의 뷰잉 윈도우들이 시청자의 안구 동공보다 더 작으면 만족될 수 있다. 가능한 시청자의 위치들에 대한 범위를 제공하기 위해, 뷰잉 윈도우가 예를 들어, 아이/헤드 트랙킹 시스템에 의한 시청자의 아이/헤드 움직임을 따르도록 퍼스펙티브들은 디스플레이된다. 트랙킹의 정확성에 대한 요구조건을 단순화하기 위해 디스플레이된 수직 퍼스펙티브들의 수는 2-3 퓨필 지름들을 커버하기에 충분할 정도로 크다. 최소 2개의 장면들이 동시에 인지되어야 하기 때문에 최소로 디스플레이된 수직적 서브 퍼스펙티브들의 수는 4…6이다. 따라서 아이/헤드 위치는 트랙킹이 꺼져 있을 때조차 뷰잉 윈도우들을 루즈(loose)하게 하지 않고 약간 변경될 수 있다. 한편, 잘못된 순서로 서브 퍼스펙티브가 인지되는 것을 방지하기 위하여 디스플레이되는 컨텐츠의 수직 위치가 시청자의 아이/헤드 위치에 따라 조정될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 수직적 서브 퍼스펙티브들의 뷰잉 윈도우들은 수평 렌티큘러 또는 패러랙스 배리어의 도움으로 만들어진다. 종래에는 수직 서브 퍼스펙티브 윈도우들의 단일 세트를 형성하는 것 대신에 렌티큘러 또는 패러랙스 배리어는 메인 로브 윈도우 시스템 및 메인 로브보다 더 높게 그리고 더 낮게 위치한 메인 로브들을 형성한다. 여기서, 이들을 상부 로브 그리고 하부 로브로 지칭한다. 도 11에서 메인 로브와 이의 클론들은 수평 라인으로 분리되어 있다. 만약 시청자의 안구의 동공이 로브들 사이 범위에 위치한다면, 상기 인지된 수직의 서브 퍼스펙티브들은 반대 순서로 나타날지 모른다. 퍼스펙티브들의 반대 순서는 정확한 안구 조절을 제공하지 않는다. 수직의 아이/헤드 트랙킹 시스템은 반대 순서 퍼스펙티브들이 시청자의 안구 동공을 히팅(hitting)하는 것을 막아야 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 자동입체(autostereoscopic) 디스플레이에서 정확한 안구 조절을 제공하기 위해, 본 발명에서는 두 개의 퍼스펙티브를 디스플레이하는 것 대신에, 좌우 퍼스펙티브를 갖기 위해 이용되는 간격보다 보통 20 내지 40 배 더 작은 간격의 매우 작은 시점의 수직 선간 거리를 가지는 여러 개의 서브 퍼스펙티브를 디스플레이한다.

서브 퍼스펙티브들은 서로 매우 가깝게 디스플레이 되어서 그들 중 여러 개는 시청자의 눈에 의해 동시에 인지되고 따라서 초다시점 상태를 제공한다. 서브 퍼스펙티브들 사이의 작은 선간 거리는, 적절히 설계되고 위치되는 수평 렌즈를 삽입하고 그래픽 콘텐츠의 대응되는 렌더링를 제공함에 의해 이루어질 수 있다. 2D 안구 추적과 시청 윈도우 제어를 이용하여 시청자의 자유와 높은 이미지 해상도를 동시에 제공하는 감소된 수의 퍼스펙티브들을 디스플레이하는 초다시점 상태를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이는 디스플레이되어야 할 많은 서브 퍼스펙티브들을 요구하지 않기 때문에 6,932,476 예에서 설명된 바와 같은 종래의 초다시점 기술과 상이하며, 서브 퍼스펙티브들이 선행 기술의 수평 방향 대신에 수직 방향에서 디스플레이 된다는 점에서 상이하다.

한편, 본 발명은 모든 전문적 애플리케이션의 입체 디스플레이 및 모니터 뿐 아니라, 소비자 등급의 입체 TV에서도 사용될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

21: 백라이트 유닛 22: 이미지 패널
23: 패러랙스 부

Claims (20)

1. 입체 디스플레이 장치에 있어서,
   이미지를 인터리빙된 형태의 수직 서브 퍼스펙티브(perspective) 세트를 통해 디스플레이하는 이미지 패널;
   상기 디스플레이된 이미지의 수직 위치를 조절하는 패널 제어부;
   적어도 제1 메인 수평 방향에서 제어가능한 출력 개구(output pupil)을 구비하며, 아이(eye) 및 헤드(head) 트랙킹을 통해 렌즈를 투과하여 광을 제공하는 백라이트 유닛;
   상기 백라이트 유닛을 제어하는 백라이트 제어부;
   시청자의 안구 위치를 검출하고, 대응되는 안구 위치 데이터를 제공하는 아이 트랙킹 센서; 및
   공간 상에서 기설정된 제1 간격을 갖는 서브 퍼스펙티브들이 선택적으로 보여지도록 설계되고, 제2 메인 수평 방향으로 배열된 패러랙스 요소를 포함하는, 패러랙스 부;를 포함하며,
   상기 패널 제어부 및 상기 백라이트 제어부는 상기 아이 트랙킹 센서로부터 수신된 안구 위치 데이터에 기초하여 상기 이미지 패널 및 상기 백라이트 유닛을 제어하며,
   상기 제1 간격은,
   상기 렌즈에서 상기 이미지 패널까지 거리를 상기 렌즈에서 상기 시청자의 안구까지 거리로 나눈 값에 안구 동공의 반지름을 곱한 값 미만인 입체 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 패러랙스 부는 렌티큘러(lenticular) 렌즈 어레이 및 패러랙스 배리어(parallax barrier) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 백라이트 유닛은 1차원 광 소스 어레이, 콜리메이션(collimation) 광학계 및 지향성 확산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 콜리메이션 광학계는 프리즘 시트 및 프레넬 렌즈(Fresnel lens)가 조합된 휘어진 두꺼운 끝단을 갖는 쐐기형(wedge type) 도광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 패러랙스 부는 안구 조절(eye-accommodation)을 제공하기 위한 액티브(active) 상태 및, 더 높은 수직 해상도를 갖는 3D 입체 영상을 제공하거나 2D 이미지를 제공하기 위한 인액티브(inactive) 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 패러랙스 부는 액티브 상태 및 인액티브 상태 사이에서 렌티큘러 렌즈를 스위칭하기 위한 편광 스위치를 갖는, 광학적 이방성 물질로 구성된, 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 패러랙스 부는 배리어 모드 및 투명 모드 사이에서 스위칭 가능한 광학적 LCD 패널로 구성된, 패러랙스 배리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 이미지 패널 및 상기 백라이트 유닛은 필드 시퀀셜 컬러 동작(field-sequential-color operation)을 수행하는 것을 특징으로 하는 입체 디스플레이 장치.
9. 입체 영상 디스플레이 방법에 있어서,
   좌우안 영상을 시청자의 좌우 안구에 선택적으로 제공하여 입체 영상을 디스플레이하는 단계;를 포함하며,
   상기 좌우안 영상은, 공간 상에서 선택적으로 디스플레이되지만 적어도 두 개 이상의 서브 퍼스펙티브가 시청자의 안구에 의해 동시에 인지될 만큼 매우 가까운 패러랙스 서브 퍼스펙티브의 조합을 포함하며,
   상기 적어도 두 개 이상의 서브 퍼스펙티브 간 간격은,
   렌즈에서 이미지 패널까지 거리를 상기 렌즈에서 상기 시청자의 안구까지 거리로 나눈 값에 안구 동공의 반지름을 곱한 값 미만인, 입체 영상 디스플레이 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 서브 퍼스펙티브 세트는 순차적으로 디스플레이되거나, 평행하게 디스플레이되거나, 순차적으로 평행하게 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 패러랙스 서브 퍼스펙티브 세트는 출력 개구(exit pupils)이 수직 라인을 따라 분산되는 서브 퍼스펙티브를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
12. 제9항에 있어서,
    상기 패러랙스 서브 퍼스펙티브 세트는 출력 개구(exit pupils)이 수평 또는 수평 방향으로 +45도 및 -45도 사이에서 기울어진 라인을 따라 분산되는 서브 퍼스펙티브를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
13. 제9항에 있어서,
    수평 방향에서 시청자의 움직임은 아이 및 헤드 트랙킹에 기초하여 제공되거나, 상기 아이 및 헤드 트랙킹에 의한 두 세트의 서브 퍼스펙티브의 지향성 디스플레이에 기초하여 제공되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
14. 제9항에 있어서,
    수평 방향에서 시청자의 움직임은 수직 편광을 갖는 상기 좌우 서브 퍼스펙티브 세트의 디스플레이 상태 및 상기 시청자에 의한 편광 글래스의 이용에 기초하여 제공되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
15. 제9항에 있어서,
    수평 방향에서 시청자의 움직임은 서로 다른 스펙트럼 영역에서 상기 좌우 서브 퍼스펙티브 세트의 디스플레이 상태 및 상기 시청자에 의한 스펙트럼 안경의 이용에 기초하여 제공되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
16. 제9항에 있어서,
    수평 방향에서 시청자의 움직임은 시간 순차 방식에서 상기 좌우 서브 퍼스펙티브 세트의 디스플레이 상태 및 상기 시청자에 의한 셔터 글래스의 이용에 기초하여 제공되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
17. 제9항에 있어서,
    수평 방향에서 시청자의 움직임은 복수의 수평 서브 퍼스펙티브 세트의 디스플레이 상태에 기초하여 제공되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
18. 제9항에 있어서,
    수직 방향에서 시청자의 움직임은 지향성 디스플레이의 메인 로브에 서브 퍼스펙티브를 디스플레이하고, 동시에 상기 지향성 디스플레이의 상부 및 하부 로브에 서브 퍼스펙티브의 클론을 디스플레이하는 것에 기초하여 제공되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 방법.
19. 3D 영상을 캡쳐하는 방법에 있어서,
    제1 수평 방향(x 방향) 및 제2 수직 방향(y 방향)에서 분산되는 위치들에서 카메라를 이용하여 퍼스펙티브 뷰를 캡쳐하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 수평 방향에서 적어도 두 개의 위치는 안구 사이 간격에 의해 정의되는 시차 간격을 갖고, 상기 제2 수직 방향에서 적어도 두 개의 위치는 렌즈에서 이미지 패널까지 거리를 상기 렌즈에서 상기 안구까지 거리로 나눈 값에 안구 동공의 반지름을 곱한 값 미만인 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 3D 영상 캡쳐 방법.
20. 입체 디스플레이 장치에 있어서,
    수직 서브 퍼스펙티브(perspective)를 통해 이미지를 디스플레이하는 이미지 패널;
    상기 디스플레이된 이미지의 위치를 조절하는 패널 제어부;
    아이(eye) 및 헤드(head) 트랙킹을 통해 렌즈를 투과하여 상기 이미지 패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛을 제어하는 백라이트 제어부;
    시청자의 안구 위치를 검출하고, 대응되는 안구 위치 데이터를 제공하는 아이 트랙킹 센서; 및
    기설정된 제1 간격을 갖는 수직 서브 퍼스펙티브들이 선택적으로 보여지도록 설계되고, 패러랙스 요소를 포함하는, 패러랙스 부;를 포함하며,
    상기 패널 제어부 및 상기 백라이트 제어부는 상기 아이 트랙킹 센서로부터 수신된 안구 위치 데이터에 기초하여 상기 이미지 패널 및 상기 백라이트 유닛을 제어하며,
    상기 제1 간격은,
    상기 렌즈에서 상기 이미지 패널까지 거리를 상기 렌즈에서 상기 시청자의 안구까지 거리로 나눈 값에 안구 동공의 반지름을 곱한 값 미만인, 입체 디스플레이 장치.

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