KR20160104363A - 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법, 3차원 영상 표시 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법은 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계;와 상기 복수의 2차원 영상 각각에 대해, 상기 복수의 2차원 영상 각각이 해당하는 시점에 제공되게 하는 위상값을 부여하고, 이들을 중첩하는 단계;를 포함한다.
이러한 방법에 따라 형성된 광 변조 신호가 공간 광 변조기에 인가되면, 공간 광 변조기에 입사되는 간섭성, 수렴성의 광은 관찰자의 양안 각각에 복수 시점의 영상을 제공하여, 3차원 영상이 인지될 수 있다.

Description

3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법, 3차원 영상 표시 방법 및 장치 {Method of generating light modulating signal for 3-dimensional image display, and method and apparatus for displaying 3-dimensional image}
본 개시는 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법, 3차원 영상 표시 방법 및 장치에 관한 것이다.
3차원 영상을 구현하는 방식으로서 안경 방식과 무안경 방식이 널리 상용화되어 사용되고 있다. 안경 방식에는 편광 안경 방식과 셔터 안경 방식이 있으며, 무안경 방식에는 렌티큘러 방식과 패럴랙스 배리어 방식이 있다. 이러한 방식들은 두 눈의 양안 시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점 수의 증가에 한계가 있을 뿐만 아니라, 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하지 않아서 관찰자로 하여금 피로감을 느끼게 한다. 눈의 초점을 스크린의 위치에 맞추면 화면은 또렷해지나 인지와 맞지 않아 피로감 발생하고, 초점을 인지위치에 맞추면 화면이 흐려져 정확한 화면을 볼 수 없다.
최근, 이러한 피로감을 줄이기 위해, 다시점(Multi-view) 방식의 3차원 디스플레이나, 홀로그래피 3차원 디스플레이에 대한 연구가 진행되고 있다.
다시점(Multi-view) 방식의 3차원 디스플레이는 다수의 시역(viewing zone)에 서로 다른 시점의 3차원 영상을 각각 제공하는 방식을 이용한다. 자연스러운 운동시차를 제공하기 위해서는 시점의 수가 많아져야 하는데, 이 경우 단위 시점의 해상도가 감소할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 방식은 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차(full parallax)를 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 방식이다. 홀로그래픽 디스플레이 방식은, 원본 물체로부터 반사된 물체광과 참조광을 간섭시켜 얻은 간섭무늬를 기록한 홀로그램 패턴에 참조광을 조사하여 회절시키면, 원본 물체의 영상이 재생되는 원리를 이용하는 것이다. 현재 실용화되고 있는 홀로그래픽 디스플레이 방식은 원본 물체를 직접 노광하여 홀로그램 패턴을 얻기 보다는 컴퓨터로 계산된 홀로그램(computer generated hologram; CGH)을 전기적 신호로서 공간 광변조기에 제공한다. 입력된 CGH 신호에 따라 공간 광변조기가 홀로그램 패턴을 형성하여 참조광을 회절시킴으로써 3차원 영상이 생성될 수 있다. 그런데, 완전한 홀로그래픽 디스플레이 방식을 구현하기 위해서는 매우 높은 해상도의 공간 광변조기 및 매우 많은 데이터 처리량이 필요하다.
본 개시는 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법, 3차원 영상 표시 방법 및 장치를 제공한다.
일 유형에 따르는 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법은 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계; 상기 복수의 2차원 영상 각각에 대해, 상기 복수의 2차원 영상 각각이 해당하는 시점에서 보이게 하는 위상값을 정하는 단계; 상기 복수의 2차원 영상 데이터 각각에, 정해진 위상값을 부여하고, 위상값이 부여된 복수의 2차원 영상 데이터를 중첩하는 단계; 상기 중첩하는 단계에서 얻어진 복소 함수값을 공간 광변조기 구동 신호로 변환하는 단계;를 포함한다.
상기 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계는 3차원 영상 데이터의 포맷을 변경하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계는 복수개의 카메라를 이용하여 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상을 획득하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 복수의 2차원 영상용 데이터를 준비하는 단계는 Light field 데이터를 변환하는 방법을 사용할 수 있다.
관찰자의 동공에 2이상의 상이한 시점의 2차원 영상이 제공되도록 상기 준비하는 단계 및 위상값을 정하는 단계가 수행될 수 있다.
상기 위상값을 정하는 단계는 관찰자의 눈의 위치에 따라 미리 계산되어 저장된 데이터를 이용할 수 있다.
또한, 일 유형에 따른, 3차원 영상 표시 방법은 공간 광 변조기에 가간섭성, 수렴성의 광을 조명하는 단계; 제1항의 방법을 사용하여 3차원 영상 표시용 광 변조 신호를 형성하는 단계; 상기 광 변조 신호에 따라 상기 공간 광 변조기에 입사된 광을 변조하는 단계;를 포함한다.
상기 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계는 3차원 영상 데이터의 포맷을 변경하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계는 복수개의 카메라를 이용하여 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상을 획득하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 복수의 2차원 영상용 데이터를 준비하는 단계는 Light field 데이터를 변환하는 방법을 사용할 수 있다.
관찰자의 동공에 2이상의 상이한 시점의 2차원 영상이 제공되도록 상기 준비하는 단계 및 위상값을 정하는 단계가 수행될 수 있다.
상기 3차원 영상 표시 방법은 관찰자의 눈 위치를 센싱하는 아이 트래킹(eye tracking) 단계:를 더 포함할 수 있다.
상기 위상값을 정하는 단계는 관찰자의 눈의 위치에 따라 미리 계산되어 저장된 데이터를 이용할 수 있다.
상기 조명하는 단계는 상기 광의 초점 위치가 상기 센싱된 위치가 되도록 광의 방향을 조절할 수 있다.
상기 아이 트래킹 단계는 관찰자의 좌, 우안 위치를 센싱할 수 있고, 상기 조명하는 단계는 상기 광의 초점 위치가 시분할 방식으로 상기 좌, 우안 위치로 변경되도록 광의 방향을 조절할 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 3차원 영상 표시 방법은 깊이감이 서로 다른 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계; 상기 복수의 2차원 영상 데이터가 관찰자의 동공 위치에서 보이게 하는 위상값을 부여하는 단계; 위상값이 부여된 상기 복수의 2차원 영상 데이터가 동공 내의 복수의 시점 위치에 각각 제공되게 하는 변환함수를 정하고, 변환함수가 적용된 상기 복수의 2차원 영상 데이터를 중첩하는 단계; 상기 중첩하는 단계에서 얻어진 복소 함수값을 공간 광변조기 구동 신호로 변환하는 단계;를 포함한다.
또한, 일 유형에 따른 3차원 영상 표시 장치는 간섭성, 수렴성의 광을 출력하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛에서 조사된 광을 변조하는 공간 광 변조기; 상술한 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 방법에 따라 3차원 영상 표시용 광 변조 신호를 생성하는 광 변조 신호 생성부; 상기 광 변조 신호에 따라 상기 공간 광 변조기를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 3차원 영상 표시 장치는 관찰자의 좌, 우안 위치를 센싱하는 아이 트래킹부를 더 포함할 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 출력된 광이 수렴되는 방향이 상기 좌, 우안 위치에 따라 조절될 수 있다.
상기 광 변조 신호 생성부는 홀수 프레임용의 광 변조 신호와 짝수 프레임용의 광 변조 신호를 생성하고, 상기 제어부는 홀수 프레임용의 광 변조 신호와 짝수 프레임용의 광 변조 신호가 시분할 방식으로 상기 공간 광 변조기에 제공되도록 상기 공간 광 변조기를 제어하고, 이에 동기하여, 상기 백라이트 유닛에서 출력되는 광이 수렴되는 방향이 좌, 우안 방향으로 조절되도록 상기 백라이트 유닛을 제어할 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 서로 다른 방향으로 광을 출력하며, 출력 방향이 조절되도록 구성된 제1광원과 제2광원; 상기 제1광원, 제2광원에서 출력된 광을 수렴시키는 광학 렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 광원; 상기 광원에서의 광이 입사되는 입사면과, 입사된 광이 출사되는 제1면과, 상기 제1면과 마주하는 제2면을 구비하는 도광부; 광을 수렴시키기 위한 적어도 하나의 광학 소자; 상기 광원과 상기 도광부의 입사면 사이에 배치되어, 상기 도광부에 광이 입사되는 각을 조절하는 빔 스티어링 소자;를 포함할 수 있다.
상기 제1면 또는 제2면에는 입사된 광이 상기 도광부로부터 출사되게 하는 출사 패턴이 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 광학 소자는 상기 도광부에 입사된 광이 도광부로부터 수렴성 광의 형태로 출사되도록 상기 제1면 상에 배치된 홀로그램 광학 소자일 수 있다.
상기 도광부는 상기 제1면과 제2면 사이의 거리가 상기 광원 유닛에서 멀어질수록 가까워지는 형상을 갖는 웨지형이고, 상기 제1면 상에 배치된 역프리즘 시트; 상기 역프리즘 시트 상에 배치된 가변 광학 소자; 상기 가변 광학 소자 상에 배치된 광학 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
상기 공간 광변조기는 진폭 변조형 공간 광변조기이고, 상기 제어부는 상기 복소 함수값의 실수부를 사용하여 상기 광 변조 신호를 생성하는 3차원 영상 표시 장치.
상술한 3차원 영상 표시용 광변조 신호 형성 방법에 의하면, 초다시점 디스플레이에 비해 높은 해상도가 구현되고, 홀로그래픽 디스플레이에 비해 계산량이 적은, 3차원 영상 표시용 광변조 신호가 형성된다.
상술한 방법을 채용하는 3차원 영상 표시 장치는 백라이트 유닛과 공간 광변조기를 포함하는 간략한 구성으로 구현되며, 피로도가 낮은 3차원 영상을 제공할 수 있다.
상술한 3차원 영상 표시 장치는 다양한 전자 기기, 예를 들어, 모니터, TV, 모바일 디스플레이 장치, 또는 모바일 이동 통신 기기 등에 적용될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 2는 도 1의 3차원 영상 표시 장치의 광 변조 신호 생성부에서 공간 광 변조기에 제공할 광 변조 신호를 형성하는 과정을 개략적으로 보인 흐름도이다.
도 3은 복수 시점의 2차원 영상 데이터 각각에 부여될 프리즘 페이즈를 구하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 5는 도 3의 3차원 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.
도 6은 도 3의 3차원 영상 표시 장치의 광 변조 신호 생성부에서 공간 광 변조기에 제공할 광 변조 신호를 형성하는 과정을 개략적으로 보인 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7c는 시점이 다른 복수의 2차원 영상 각각에 해당 시점에 대응하는 위상값을 부여하고 이를 중첩하여 광변조신호를 형성하는 과정을 예시적으로 보인다.
도 8a 및 도 8b는 도 3의 3차원 영상 표시 장치에서, 백라이트 유닛에서 출력되는 광의 방향과 이에 대응하는 광 변조 신호가 동기되며, 각각 좌안 및 우안에 3차원 영상이 인지되는 것을 예시적으로 보인다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 광 변조 신호 생성부에서 공간 광 변조기에 제공할 광 변조 신호를 형성하는 과정을 개략적으로 보인 흐름도이다
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(1000)의 개략적인 구성을 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 3차원 영상 표시 장치(1000)의 광 변조 신호 생성부(170)에서 공간 광변조기(130)에 제공할 광 변조 신호를 형성하는 과정을 개략적으로 보인 흐름도이다. 도 3은 복수 시점의 2차원 영상 데이터 각각에 부여될 프리즘 페이즈를 구하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
3차원 영상 표시 장치(1000)는 백라이트 유닛(100)과, 백라이트 유닛(100)으로부터의 광을 변조하는 공간 광 변조기(130)를 포함한다.
3차원 영상 표시 장치(1000)는 관찰자의 시역에 서로 다른 복수 시점의 영상을 표시하여 입체감이 인지되게 하는 장치이다. 이러한 복수 시점의 영상을 형성함에 있어서, 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(1000)는 공간 광 변조기(130)의 해상도를 전체적으로 사용할 수 있도록 2개 이상의 영상을 하나의 화면에 중첩 표현할 수 있는 광 변조 신호를 공간 광 변조기(130)에 제공한다.
광 변조 신호 생성부(170)에서 형성한 광 변조 신호에 따라 제어부(150)는 공간 광 변조기(130)를 제어한다. 제어부(150)로부터 전달되는 광변조 신호는 서로 다른 2개 이상의 복수 시점의 영상을 중첩 표현하는 신호이다. 백라이트 유닛(100)으로부터 가간섭성의 광이 공간 광 변조기(130)에 입사되면, 중첩된 복수 시점의 영상은 회절에 의해 해당 시점을 향하는 방향으로 분리된다. 이러한 복수 시점의 영상은 관찰자의 단안의 동공 크기보다 작은 영역 내에 형성될 수 있고, 이 경우, 관찰자는 단안으로도 입체감을 느낄 수 있다. 도면에는 세 개의 시점 위치로 영상이 제공되는 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것이고, 2 이상의 어떤 숫자이든지 가능하다.
백라이트 유닛(100)은 수렴성, 가간섭성의 광을 출력할 수 있는 다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 광원과, 하나 이상의 수렴 광학 소자를 포함할 수 있다. 백라이트 유닛(100)에서 공간 광 변조기(130)에 입사되는 광은 회절, 변조되며, 중첩된 영상을 해당 시점으로 분리하는 역할을 하는 것이므로, 높은 간섭성을 가지는 레이저 광원이 백라이트 유닛(100)에 채용될 수 있다. 이외에도, 공간 간섭성(spatial coherence)를 가지는 광원으로, 발광 다이오드(LED)가 채용될 수 있다. 또한, 공간 간섭성을 향상시킬 수 있는 핀홀(pin hole)과 같은 구성이 함께 채용될 수 있다. 또한, 공간 간섭성을 향상시킬 수 있는 구성에 의해 공간 간섭성을 가질 수 있는 다양한 종류의 광원이 채용될 수 있다.
공간 광 변조기(130)는 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 또한, 도면에는 공간 광 변조기(130)가 투과형 공간 광변조기인 것으로 도시되어 있지만 이는 예시적인 것이며, 반사형 공간 광변조기를 사용하는 것도 가능하다. 투과형인 경우, 공간 광 변조기(130)는 예를 들어 GaAs와 같은 화합물 반도체를 기반으로 한 반도체 변조기, 또는 LCD(liquid crystal device)를 사용할 수 있다. 반사형인 경우, 공간 광 변조기(130)는, 예컨대 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 또는 반도체 변조기를 사용할 수 있다.
광 변조 신호 생성부(170)는 3차원 영상 표시용 광변조 신호를 형성한다.
도 2를 참조하여, 광 변조 신호 생성부(170)에서 수행하는 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법을 설명한다.
먼저, 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상 데이터를 준비한다. 예를 들어, 제1시점 내지 제N시점의 2D 영상, U1 내지 UN이 준비될 수 있다. 2차원 영상 데이터는 서로 다른 시점 위치에 제공되는 영상으로 이들 영상의 조합으로 3차원 영상이 인지될 수 있다.
서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상 데이터는 다양한 방법으로 획득될 수 있다. 예를 들어, 3차원 영상 데이터의 포맷을 변경하는 방법을 사용할 수 있다. 3차원 영상 데이터는 3차원 모델 데이터, 3차원 컴퓨터 그래픽 데이터, 또는 컬러/깊이 데이터일 수 있다. 또는, 3차원 카메라를 이용하여 획득한 데이터일 수 있다. 또는, Light field 카메라를 이용하여 획득한 Light field 데이터를 변환하여, 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상용 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 복수개의 카메라. 예를 들어, N개의 카메라를 이용하여 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상 데이터, U1 내지 UN을 직접 획득할 수 있다.
다음, 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상 각각이 진행할 방향을 결정한다. 즉, 복수의 2차원 영상 각각에 대해, 복수의 2차원 영상 각각이 해당하는 시점애서 보이게 하는 위상값을 결정한다. 이러한 위상은 프리즘 페이즈(prism phase)로 표현될 수도 있다. 프리즘 면이 형성하는 각도에 따라 프리즘을 통과하는 광의 방향이 달라지는 원리를 이용하여, 서로 다른 시점의 영상이 해당 시점에 포커싱되도록, 각 2차원 영상 데이터, U1 내지 UN에 상응하는 프리즘 페이즈가 부여될 수 있다. 2차원 영상 데이터(Uj)에 대응하는 프리즘 페이즈(φj)는 복소 함수, exp(iφj)로 표현될 수 있다. 2차원 영상 데이터(Uj)에 대응하는 프리즘 페이즈(φj)를 부여하는 과정은 Ujexp(iφj)와 같은 연산으로 수행될 수 있다. 그리고, 프리즘 페이즈(φj)가 부여된 2차원 영상 데이터 데이터(Uj)들을 다음과 같이 중첩(superposition)한다.
Figure pat00001
도 3을 참조하면, 2차원 영상 데이터(Uj)에 대응하는 프리즘 페이즈(φj)는 다음과 같이 정해질 수 있다.
Figure pat00002
여기서, F는 시청거리, 즉 초점거리이고, 벡터 R은 패널 중심에서 각 픽셀을 향하는 벡터이며, 벡터 K는 초점 평면 상에서, 초점에서 시청 위치를 향하는 벡터이다. 그리고, λ는 해당 픽셀을 투과하는 광의 파장이다.
중첩 영상 데이터 U는 복소 함수 값을 가지며, 이는 공간 광 변조기(130) 구동 신호로 변환된다. 예를 들어, 공간 광 변조기(130)의 픽셀 수에 따라 데이터를 디지털 화하고, 각 픽셀에 인가할 제어 신호로 변환된다. 이 때, 픽셀공간 광 변조기(130)의 종류에 따라 복소 함수값을 처리하는 방법은 달라질 수 있다. 예를 들어, 공간 광 변조기(130)가 진폭 변조형인 경우, 상기 복소 함수의 실수부가 사용될 수 있다.
이와 같이 광 변조 신호 생성부(170)에서 생성된 신호는 제어부(150)를 통해, 공간 광 변조기(130)에 인가된다. 백라이트 유닛(100)에서 출력된 광이 이러한 제어 신호가 인가된 공간 광 변조기(130)를 지나면서 회절, 변조되어, 관찰자의 시역에 복수 시점의 영상을 형성하여, 관찰자에게 3차원 영상이 인지된다.
도 4는 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(2000)의 개략적인 구성을 보인 단면도이고, 도 4는 도 3의 3차원 영상 표시 장치(2000)의 개략적인 구성을 보인 블록도이며, 도 5는 도 3의 3차원 영상 표시 장치의 광 변조 신호 생성부(270)에서 공간 광 변조기(230)에 제공할 광 변조 신호를 형성하는 과정을 개략적으로 보인 흐름도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 3차원 영상 표시 장치(2000)는 백라이트 유닛(200), 공간 광 변조기(230), 아이 트래킹부(290), 광 변조 신호 생성부(270), 제어부(250),를 포함한다.
백라이트 유닛(200)은 수렴성, 가간섭성의 광을 출력하여 공간 광 변조기(230)에 제공하는 것으로, 가간섭성의 광원, 적어도 하나의 수렴 광학 소자를 포함할 수 있다. 또한, 간섭성을 향상시킬 수 있는 핀홀 등과 같은 구성을 포함할 수 있다. 백라이트 유닛(200)은 또한, 아이 트래킹부(290)에서 분석한 관찰자의 좌, 우안 위치에 출력광이 포커싱되도록 출력 방향이 조절되는 구성을 가질 수 있다. 즉, 백라이트 유닛(200)은 제어부(250)의 제어에 따라 광 출력 방향이 좌안 위치, 우안 위치로 조절될 수 있다.
공간 광 변조기(230)는 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 또한, 도면에는 공간 광 변조기(230)가 투과형 공간 광변조기인 것으로 도시되어 있지만 이는 예시적인 것이며, 반사형 공간 광변조기를 사용하는 것도 가능하다. 투과형인 경우, 공간 광 변조기(230)는 예를 들어 GaAs와 같은 화합물 반도체를 기반으로 한 반도체 변조기, 또는 LCD(liquid crystal device)를 사용할 수 있다. 반사형인 경우, 공간 광 변조기(230)는, 예컨대 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 또는 반도체 변조기를 사용할 수 있다.
아이 트래킹부(290)는 관찰자의 눈 위치를 센싱하기 위한 것이다. 이를 위하여, 적외선 카메라, 가시광선 카메라, 또는, 기타 다양한 센서를 포함할 수 있다. 아이 트래킹부(290)는 예를 들어, 카메라 등을 통해 관찰자의 영상을 얻고, 영상 내에서 관찰자의 동공을 검출하여 그 위치를 분석할 수 있다. 또한, 눈의 깜박임이나 장애물 등에 의해 관찰자의 눈을 찾지 못하는 경우 눈의 위치를 예상하고, 관찰자의 움직임에 따라 눈의 위치의 이동을 예측할 수 있다. 아이 트래킹부(290)는 관찰자의 동공 위치 변화를 실시간으로 추적하여 그 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다. 제어부(250)는 아이 트래킹부(290)에서 분석한 동공 위치를 광 변조 신호 생성부(270)에 제공하여, 이를 광 변조 신호 생성에 사용하게 할 수 있다. 또한, 아이 트래킹부(290)에서 분석한 동공 위치에 포커싱되도록, 백라이트 유닛(200)에서의 광 출력 방향을 제어할 수 있다.
광 변조 신호 생성부(270)는 의해 공간 광 변조기(230)를 구동할 3차원 영상 표시용 광 변조 신호를 생성하고 이를 제어부(250)에 전달한다.
광 변조 신호 생성부(270)는 예를 들어, 로데이터 입력부(271), 시점위치 결정부(273), 프리즘 페이즈 결정부(275), 데이터 포맷 변환부(272), 프리즘 페이즈 인코딩부(276), SLM용 신호 생성부(277)를 포함할 수 있다.
로데이터 입력부(271)에 입력되는 로데이터는 3차원 영상 데이터를 포함하여, 다양한 포맷을 가질 수 있다. 3차원 영상 데이터로서, 3차원 모델 데이터, 3차원 컴퓨터 그래픽 데이터가 입력될 수 있다. 또는, 일반적인 스테레오스코픽 3차원 영상 데이터, 3차원 카메라를 이용한 데이터로 컬러/깊이 데이터 등 3D를 표시할 수 있는 다양한 종류의 데이터가 입력될 수 있다. 또는, Light field 카메라를 이용하여 획득한 Light field 데이터가 입력될 수 있다.
입력된 데이터는 데이터 포맷 변환부(272)에서 포맷이 변환된다. 예를 들어, 복수 시점의 2차원 영상 데이터로서, 좌안용의 복수 시점 영상 데이터와, 우안용의 복수 시점 영상 데이터로 변환될 수 있다.
데이터 포맷 변환을 위해, 시점 위치 결정부(273)에서는 아이 트래킹부(290)에서 파악된 눈의 위치를 기반으로 관찰자의 눈에 입력될 여러 개의 영상의 시점 위치(Viewing Position)을 결정하고, 이를 데이터 포맷 변환부(272)로 전달한다.
데이터 포맷 변환부(272)에서는 결정된 시점 위치를 고려하여, 입력된 영상 데이터 종류에 알맞는 연산 처리 방법을 사용하여 데이터 포맷을 변환한다. 예를 들어, 여러 장의 지향성 영상(directional image) 데이터로 데이터가 변환될 수 있다. 지향성 영상 데이터는 복수 시점의 2차원 영상 데이터일 수 있고, 예를 들어, 좌안용의 복수 시점 영상 데이터와, 우안용의 복수 시점 영상 데이터일 수 있다. 좌안용의 복수 시점 영상 데이터는 좌안의 동공 좌측, 우측에 각각 제공될, 좌안용 제1시점 2D 영상 데이터(UL1), 좌안용 제2시점 2D 영상 데이터(UL2)일 수 있다. 우안용의 복수 시점 영상 데이터는 우안의 동공 좌측, 우측에 각각 제공될, 우안용 제1시점 2D 영상 데이터(UR1), 우안용 제2시점 2D 영상 데이터(UR2)일 수 있다.
도 6에서는 좌안용 제1시점 2D 영상 데이터(UL1), 좌안용 제2시점 2D 영상 데이터(UL2), 우안용 제1시점 2D 영상 데이터(UR1), 우안용 제2시점 2D 영상 데이터(UR2)의 네 개의 영상 데이터로 나타나고 있으나 이는 예시적인 것이며, 이보다 더 많은 영상 데이터로 변환될 수도 있다.
여기서, 로데이터 입력부(271)와 데이터 포맷 변환부(272)는 생략될 수도 있다. 예를 들어, 좌안용의 2개의 카메라, 우안용의 2개의 카메라를 이용하여, 서로 시차가 다른 4장의 영상, 즉, 좌안용 제1시점 2D 영상 데이터(UL1), 좌안용 제2시점 2D 영상 데이터(UL2), 우안용 제1시점 2D 영상 데이터(UR1), 우안용 제2시점 2D 영상 데이터(UR2)을 확보할 수도 있다.
또한, 시점 위치 결정부(273)에서 시점 위치가 결정되면, 프리즘 페이즈 결정부(275)에서 이에 상응하는 프리즘 페이즈(Prism Phase)를 결정한다. 예를 들어, 좌안용 제1시점 2D 영상에 대응하는 프리즘 페이즈 φL1, 좌안용 제2시점 2D 영상에 대응하는 프리즘 페이즈 φL2, 우안용 제1시점 2D 영상에 대응하는 프리즘 페이즈 φR1, 우안용 제2시점 2D 영상에 대응하는 프리즘 페이즈 φR2가 결정된다. 프리즘 페이즈(Prism Phase)는 관찰자의 눈의 위치 및 거리에 따라 결정되는데, 계산량 감소를 위해 모든 프리즘 페이즈 혹은 일부 프리즘 페이즈를 룩업 테이블(Lookup Table)로 저장하여 관찰자의 눈의 위치에 따라 적절히 사용할 수 있다. 또는, 프리즘 페이즈 계산에 필요한 중간 계산값을 룩업 테이블(Lookup Table)로 저장하여 사용할 수 있다. 프리즘 페이즈 결정부(275)는 저장된 룩업 테이블로부터 관찰자의 눈의 위치에 따라 적절히 데이터를 추출할 수 있다. 추출된 데이터는 2차원 영상 데이터의 각 성분에 component-wise 방식으로 곱해질 수 있도록, 프리즘 페이즈 마스크로 변환할 수 있다.
프리즘 페이즈 인코딩부(276)에서는 데이터 포맷 변환부(272)에서 출력된 여러 장의 복수 시점 2D 영상(UL1, UL2, UR1, UR2) 각각에 프리즘 페이즈 결정부(275)에서 결정된 프리즘 페이즈(φL1, φL2, φR1, φR2)를 부여하고, 이들을 중첩하는 연산을 수행한다. 이러한 연산은 좌안용 중첩 영상(UL), 우안용 중첩 영상(UR)이 얻어지도록 다음과 같이 수행될 수 있다.
Figure pat00003
이와 같이 연산된 좌안용 중첩 영상(UL), 우안용 중첩 영상(UR)의 데이터는 공간 광변조기의 픽셀 수에 대응하는 값으로 양자화(quantization)되어 SLM 신호 생성부(277)로 출력될 수 있다.
SLM용 신호 생성부(277)는 프리즘 페이즈 인코딩부(276)에서 형성한 중첩 영상을 공간 광 변조기용 신호로 변환한다. 즉, 공간 광 변조기(230)에 상기한 중첩 영상이 표시되도록 각 픽셀에 인가할 제어 신호를 형성한다. 예를 들어, 좌안용 중첩 영상(UL)은 홀수 프레임용 광 변조 신호로 변환되고, 우안용 중첩 영상(UR)은 짝수 프레임용 광 변조 신호로 변환될 수 있다.
제어부(250)는 SLM용 신호 생성부(277)에서 생성, 전달된 제어 신호에 따라 공간 광변조기(230)를 제어한다. 이 때, 좌안용 중첩 영상(UL)과 우안용 중첩 영상(UR)이 공간 광 변조기(230)에 시분할 방식으로 번갈아 형성되도록 공간 광 변조기(230)를 제어한다. 또한, 이에 동기하여, 백라이트 유닛(200)에서 출력되는 광이 수렴되는 방향이 아이 트래킹부(290)에서 분석한 눈의 위치, 즉, 우안(ER) 위치와 좌안(EL) 위치를 번갈아 향하도록 백라이트 유닛(200)을 제어한다. 즉, 공간 광 변조기(230)에 우안용 중첩 영상을 표시하기 위한 제어 신호가 인가될 때, 백라이트 유닛(200)에서 출력되는 광은 우안 위치에 수렴되는 형태로 공간 광 변조기(230)에 입사되고, 공간 광 변조기(230)에 좌안용 중첩 영상을 표시하기 위한 제어 신호가 인가될 때, 백라이트 유닛(200)에서 출력되는 광은 좌안 위치에 수렴되는 형태로 공간 광 변조기(230)에 입사되도록, 제어부(250)가 공간 광 변조기(230)와 백라이트 유닛(200)을 제어한다.
도 7a 내지 도 7c는 시점이 다른 복수의 2차원 영상 각각에 해당 시점에 대응하는 위상값을 부여하고 이를 중첩하여 광 변조 신호를 형성하는 과정을 예시적으로 보인다.
도 7a는 광 변조 신호 생성부(270)에서 우안용 제1시점 영상(UR1)에 프리즘 페이즈(φR1)를 부여하는 연산을 개념적으로 보인다. 우안용 제1시점 영상(UR1)은 우안의 동공 좌측에 제공될 영상으로, 프리즘 페이즈(φR1)는 우안용 제1시점 영상(UR1)이 우안의 동공 좌측을 향하게 하는 위상값이다. 도시된 바와 같이, 프리즘 페이즈(φR1)는 프리즘 페이즈 마스크의 형태로 준비될 수 있다. 프리즘 페이즈 마스크의 좌측 상단에 표시한 사각형은 일부 확대도로서, 프리즘 페이즈의 형상을 예시적으로 보이기 위한 것이다. 우안용 제1시점 영상(UR1)의 각 위치에 프리즘 페이즈가 부가되며, 즉, 우안용 제1시점 영상(UR1)과 프리즘 페이즈 마스크는 component-wise하게 서로 곱해진다.
도 7b는 광 변조 신호 생성부(270)에서 우안용 제2시점 영상(UR2)에 프리즘 페이즈(φR2)를 부여하는 연산을 개념적으로 보인다. 우안용 제2시점 영상(UR2)은 우안의 동공 우측에 제공될 영상으로, 우안용 제1시점 영상 (UR1)과 소정의 시차가 있는 영상이다. 프리즘 페이즈(φR2)는 우안용 제2시점 영상(UR2)이 우안의 동공 우측을 향하게 하는 위상값이다. 도시된 바와 같이, 프리즘 페이즈(φR2)는 프리즘 페이즈 마스크의 형태로 준비될 수 있으며, 프리즘 페이즈 마스크의 좌측 상단에 표시한 사각형은 일부 확대도로서, 프리즘 페이즈의 형상을 예시적으로 보이고 있다. 도 7a에 도시한 우안용 제1시점 영상(UR1)에 대응되는 프리즘 페이즈(φR1)와는 그 형태가 다르게 나타남을 볼 수 있다. 우안용 제2시점 영상(UR2)의 각 위치에 프리즘 페이즈(φR2)가 부가되며, 즉, 우안용 제2시점 영상(UR2)과 프리즘 페이즈 마스크는 component-wise하게 서로 곱해진다.
도 7c는 프리즘 페이즈(φR1)(φR2)가 각각 부가된 우안용 제1시점 영상(UR1), 우안용 제2시점 영상(UR2)을 중첩하고, 실수부를 추출한 중첩 영상에서, 삼각형 부분을 확대하여 보인다. 즉, 도 6c는 Re(UR1 *exp(iφR1)+UR2*exp(iφR2))에 의한 영상을 확대하여 보인 것이다. 이 중첩 영상이 공간 광 변조기(230)에 표시되도록 제어 신호가 인가되면, 백라이트 유닛(200)으로부터 광은 회절, 변조되어, 우안용 제1시점 영상(UR1)이 우안의 동공 좌측에, 우안용 제2시점 영상(UR2)이 우안의 동공 우측에 제공된다.
좌안용 복수 시점 영상에 대해서도, 이러한 과정의 연산이 행해질 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 3의 3차원 영상 표시 장치(2000)에서, 백라이트 유닛(200)에서 출력되는 광의 방향과 이에 대응하는 광변조 신호가 동기되며, 각각 좌안 및 우안에 3차원 영상이 인지되는 것을 예시적으로 보인다.
도 8a는 백라이트 유닛(200)에서의 광이 관찰자의 우안(ER)에 수렴되는 방향으로 출력되고, 공간 광 변조기(230)는 우안용 중첩 영상을 표시하는 광변조 신호, 즉,
Figure pat00004
을 표시하는 광변조 신호가 입력되는 경우를 보인다. 공간 광 변조기(230)가 진폭 변조형인 것으로 가정하고,
Figure pat00005
의 실수부를 취하여 공간 광 변조기(230)에의 제어 신호를 산출한 것으로 예시하고 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 백라이트 유닛(200)에서 관찰자의 우안(ER)에 수렴되는 방향으로 출력되어 공간 광 변조기(230)에 입사된 광은 공간 광 변조기(230)에 인가되는 상기한 제어 신호에 따라, 회절 분리되며, 우안용 제1시점 영상(UR1)은 우안(ER)의 동공 좌측으로, 우안용 제2시점 영상(UR2)는 우안(ER)의 동공 우측을 향하게 된다.
도 8b는 백라이트 유닛(200)에서의 광이 관찰자의 좌안(EL)에 수렴되는 방향으로 출력되고, 공간 광 변조기(230)는 좌안용 중첩 영상을 표시하는 광변조 신호, 즉,
Figure pat00006
를 표시하는 광변조 신호가 입력되는 경우를 보인다. 여기서도, 공간 광 변조기(230)가 진폭 변조형인 것으로 가정하고,
Figure pat00007
의 실수부를 취하여 공간 광 변조기(230)에의 제어 신호를 산출한 것으로 예시하고 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 백라이트 유닛(200)에서 관찰자의 좌안(EL)에 수렴되는 방향으로 출력되어 공간 광 변조기(230)에 입사된 광은 공간 광 변조기(230)에 인가되는 상기한 제어 신호에 따라, 회절 분리되며, 좌안용 제1시점 영상(UL1)은 좌안(EL)의 동공 좌측으로, 좌안용 제2시점 영상(UL2)는 좌안(EL)의 동공 우측을 향하게 된다.
이와 같이, 관찰자의 양안에는 각각 시차가 다른 복수 영상이 다중 파면(multi-wavefront) 형태로 제공되며, 관찰자에게 3차원 영상이 인지된다. 이 때 인지되는 3차원 영상은 양안 시차 방식, 즉, 좌안과 우안의 시차에 의해 인지되는 것이 아니고, 양안에 각각 제공되는 시차에 의해 인지되는 것이므로, 양안 시차 방식으로 3차원 영상을 표시할 때 발생하는 초점(accommodation), 수렴(vergence) 불일치가 일어나지 않는다. 또한, 각 파면은 중첩 영상의 형태로 공간 광 변조기(230)에 표시되는 것이므로, 공간 광 변조기(230)의 전체 해상도를 그대로 사용하는 것이며, 시점 수를 증가시켜도 해상도가 감소하지 않는다. 또한, 홀로그래피 방식에 비해서 데이터 처리량은 줄어든다.
이하, 다양한 실시예들에 따른 3차원 영상 표시 장치를 살펴보기로 한다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(3000)의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
3차원 영상 표시 장치(3000)는 백라이트 유닛(300), 공간 광 변조기(230), 아이 트래킹부(290), 광 변조 신호 생성부(270), 제어부(250)를 포함한다.
백라이트 유닛(300)은 서로 다른 방향으로 광을 출력하며, 출력 방향이 조절되도록 구성된 제1광원(310)과 제2광원(320), 제1광원(310), 제2광원(320)에서 출력된 광을 수렴시키는 광학 렌즈(350)를 포함한다.
제1광원(310), 제2광원(320)은 가간섭성의 광을 제공하는 것으로, 레이저 광원일 수 있다. 이외에도, 공간 간섭성(spatial coherence)를 가지는 광원으로, 발광 다이오드(LED)가 채용될 수 있고, 또는, 공간 간섭성을 향상시킬 수 있는 핀홀(pin hole)과 같은 구성이 함께 채용될 수 있다.
광학 렌즈(350)는 제1광원(310), 제2광원(320)과 공간 광 변조기(230) 사이에 배치되어, 제1광원(310)에서의 광이 좌안(EL)에 수렴되는 방향으로 공간 광 변조기(230)에 입사되고, 제2광원(320)에서의 광이 우안(ER)에 수렴되는 방향으로 공간 광 변조기(230)에 입사되게 한다.
광학 렌즈(350)는 상술한 기능을 달성할 수 있는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예를 들어, 광학 렌즈(350)는 하나의 렌즈로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 복수의 렌즈로 이루어질 수도 있다. 광학 렌즈(350)는 또한, 제1광원(310)에서의 광이 진행하는 광 경로와 제2광원(320)에서의 광이 진행하는 광 경로가 겹치는 위치에 배치된 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이다. 제1광원(310)에서의 광이 진행하는 광 경로 상에, 제2광원(320)에서의 광이 진행하는 광 경로 상에 각각 별개로 마련될 수도 있다. 또한, 제1광원(310), 제2광원(320)에서의 광이 수렴광의 형태로 출사되는 경우, 광학 렌즈(350)는 생략될 수도 있다.
제어부(250)는 아이 트래킹부(290)에서 분석한 좌안(EL), 우안(ER)의 위치 정보에 따라, 제1광원(310), 제2광원(320)에서 출사되는 광의 방향을 조절한다. 또한, 광 변조 신호 생성부(270)에서 전달된 좌안용 중첩 영상 신호, 우안용 중첩 영상 신호와 제1광원(310), 제2광원(320)의 온, 오프가 동기하도록 한다. 즉, 좌안용 중첩 영상 신호가 공간 광 변조기(230)에 인가될 때, 제1광원(310)에서 광이 출사되고, 제2광원(320)에서는 광이 출사되지 않도록, 그리고, 우안용 중첩 영상 신호가 공간 광 변조기(230)에 인가될 때, 제2광원(320)에서 광이 출사되고, 제1광원(310)에서는 광이 출사되지 않도록, 제1광원(310)과 제2광원(320)을 제어한다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(4000)의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
3차원 영상 표시 장치(4000)는 백라이트 유닛(400), 공간 광 변조기(230), 아이 트래킹부(290), 광 변조 신호 생성부(270), 제어부(250)를 포함한다.
백라이트 유닛(400)은 광원(410), 도광부(430), 광원(410)에서의 광이 도광부(430)에 입사되는 각을 조절하는 빔 스티어링 소자(420)를 포함한다.
광원(410)은 가간섭성의 광을 제공하는 것으로, 레이저 광원일 수 있다. 이외에도, 공간 간섭성(spatial coherence)를 가지는 광원으로, 발광 다이오드(LED)가 채용될 수 있고, 또는, 공간 간섭성을 향상시킬 수 있는 핀홀(pin hole)과 같은 구성이 함께 채용될 수 있다.
도광부(430)는 측면에서 입사된 광을 전반사에 의해 그 내부에서 진행시키다가 상면으로 출사시키는 구성을 갖는다. 도광부(430)에 입사된 광이 전반사하며 그 내부를 진행하다가 도광부(430)로부터 출사되기 위해서 전반사조건을 깨는 요소가 도광부(430)에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도광부(430)의 상면 또는 하면에는 입사된 광이 도광부(430)로부터 출사되게 하는 출사 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(400)은 광을 수렴시키기 위한 적어도 하나의 광학 소자를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 도광부(430)에 입사된 광이 도광부(430)로부터 수렴성 광의 형태로 출사되도록 홀로그램 광학 소자(440)가 도광부(430)의 상면에 배치되어 있다. 즉, 홀로그램 광학 소자(440)는 출사 패턴의 기능과 수렴 광학 소자의 기능을 위한 홀로그램 패턴을 가질 수 있다.
도광부(430)의 측면, 즉, 광원(410)에서의 광이 입사되는 입사면에는 또 다른 홀로그램 광학 소자(미도시)가 더 구비될 수도 있다. 이러한 홀로그램 광학 소자는 예를 들어, 입사광을 도광부(430)에 커플링될 수 있는 광으로 조건을 바꾸고 광이 고르게 퍼지도록 하여 균일도(uniformity)를 높일 수 있는 기능을 위한 홀로그램 패턴을 가질 수 있다.
빔 스티어링 소자(420)는 도광부(430)에 광이 입사되는 입사각을 조절하여, 백라이트 유닛(400)으로부터 출력되는 광이 우안(ER) 위치 또는 좌안(EL) 위치로 수렴될 수 있게 한다.
빔 스티어링 소자(420)는 회전 구동되는 반사면을 가지는 구성일 수 있고, 예를 들어, 갈바노미터 미러나, 폴리건 미러일 수 있다. 또는, 반사면의 방향이 전기적으로 제어되는 가변 광학 소자로서, 전기습윤소자 또는 그레이팅 소자일 수 있다.
제어부(250)는 아이 트래킹부(290)에서 분석한 좌안(EL), 우안(ER)의 위치 정보에 따라, 백라이트 유닛(400)에서 출사되는 광의 방향을 조절되도록, 빔 스티어링 소자(420)의 구동을 제어한다. 또한, 광 변조 신호 생성부(270)에서 전달된 좌안용 중첩 영상 신호, 우안용 중첩 영상 신호와 빔 스티어링 소자(420)의 방향이 동기하도록 한다. 즉, 좌안용 중첩 영상 신호가 공간 광 변조기(230)에 인가될 때, 백라이트 유닛(400)으로부터 출력되는 광이 좌안(EL) 위치에 수렴되도록 빔 스티어링 소자(420)의 방향이 조절되고, 우안용 중첩 영상 신호가 공간 광 변조기(230)에 인가될 때, 백라이트 유닛(400)으로부터 출력되는 광이 우안(ER) 위치에 수렴되도록 빔 스티어링 소자(420)의 방향이 조절되도록, 빔 스티어링 소자(420)를 제어한다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(5000)의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
3차원 영상 표시 장치(5000)는 백라이트 유닛(500), 공간 광 변조기(230), 아이 트래킹부(290), 광 변조 신호 생성부(270), 제어부(250)를 포함한다.
백라이트 유닛(500)은 광원(510), 도광부(520), 역프리즘 시트(530), 가변 광학 소자(540), 광학 렌즈(550)를 포함한다.
광원(510)은 가간섭성의 광을 제공하는 것으로, 레이저 광원일 수 있다. 이외에도, 공간 간섭성(spatial coherence)를 가지는 광원으로, 발광 다이오드(LED)가 채용될 수 있고, 또는, 공간 간섭성을 향상시킬 수 있는 핀홀(pin hole)과 같은 구성이 함께 채용될 수 있다.
도광부(520)는 상면, 하면 간의 거리가 광원(510)에서 멀어질수록 가까워지는 형상, 즉, 그 두께가 광원(510)에서 멀어질수록 얇아지는 웨지(wedge) 형상을 갖는다.
역프리즘 시트(530)는 도광부(520)에서 출사된 광을 평행광으로 콜리메이팅 할 수 있도록 마련된다.
웨지 형상의 도광부(520)와 역프리즘 시트(530)는 광원(510)에서의 광이 콜리메이팅 되어 출사되게 하는 예시적인 구성이며, 콜리메이팅된 광을 제공할 수 있는 다른 구성요소로 변형될 수도 있다.
가변 광학 소자(540)는 입사광의 방향을 변환시켜 출사시키는 광학 소자, 즉, 광이 굴절되는 방향을 제어할 수 있는 광학 소자이다. 예를 들어, 굴절률이 다른 두 매질의 경계면을 전기적으로 제어하여, 입사광이 굴절되어 출사되는 방향을 전기적으로 제어하는 전기 습윤 소자일 수 있다.
광학 렌즈(550)는 광을 수렴시키기 위한 것으로, 도면에는 하나의 렌즈로 도시되었으나, 복수의 렌즈로 이루어질 수 있다. 또한, 도면에는 볼록 렌즈로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 프레넬 렌즈일 수도 있다.
가변 광학 소자(540)의 구동에 따라 광학 렌즈(550)에 입사하는 광이 방향이 조절되며, 광학 렌즈(550)는 광을 좌안(EL) 위치 또는 우안(ER) 위치로 수렴시킬 수 있다.
제어부(250)는 아이 트래킹부(290)에서 분석한 좌안(EL), 우안(ER)의 위치 정보에 따라, 백라이트 유닛(500)에서 출사되는 광의 방향을 조절되도록, 가변 광학 소자(540)의 구동을 제어한다. 또한, 광 변조 신호 생성부(270)에서 생성, 전달되는 좌안용 중첩 영상 신호, 우안용 중첩 영상 신호와 가변 광학 소자(540)의 굴절면 방향이 동기하도록 한다. 즉, 좌안용 중첩 영상 신호가 공간 광 변조기(230)에 인가될 때, 백라이트 유닛(500)으로부터 출력되는 광이 좌안(EL) 위치에 수렴되도록 가변 광학 소자(540)가 구동되고, 우안용 중첩 영상 신호가 공간 광 변조기(230)에 인가될 때, 백라이트 유닛(500)으로부터 출력되는 광이 우안(ER) 위치에 수렴되도록 가변 광학 소자(540)가 구동되도록, 가변 광학 소자(540)를 제어한다.
도 12는 다른 실시예에 따른 광 변조 신호 생성부에서 공간 광 변조기에 제공할 광 변조 신호를 형성하는 과정을 개략적으로 보인 흐름도이다.
전술한 실시예들의 광 변조 신호 생성부(270)는 다양한 형태의 로데이터로부터 복수 시점의 2차원 영상 데이터로 포맷 변환한 후, 여기에 프리즘 페이즈를 부여하고, 이들을 중첩하여 중첩 영상 데이터를 형성하는 것으로 설명되었다.
본 실시예에서는 컬러-깊이 형태의 3차원 데이터로부터, 복수의 깊이 영상 데이터로 포맷을 변환한 후, 이를 사용하여, 중첩 영상 데이터를 연산하는 방법을 사용한다.
복수의 깊이 영상은 예를 들어, 좌안용 제1깊이 영상 데이터(ULD1), 좌안용 제2깊이 영상 데이터(ULD2), 좌안용 제N깊이 영상 데이터(ULDN), 우안용 제1깊이 영상 데이터(ULD1), 우안용 제2깊이 영상 데이터(ULD2), 우안용 제N깊이 영상 데이터(ULDN)일 수 있다.
다음, 이들 데이터 각각에 대한 프리즘 페이즈를 결정한다. 즉, 상기 복수의 2차원 영상 데이터가 관찰자의 동공 위치에서 보이게 하는 위상값으로서, 좌안용의 깊이 영상 데이터들에는 프리즘 페이즈(φL)가 부여되고, 우안용의 깊이 영상 데이터들에는 프리즘 페이즈(φR)이 부여된다.
프리즘 페이즈가 부여된 깊이 영상 데이터들을 중첩하기 전에, 이들을 복수 시점 영상으로 변환하는 과정이 수행된다. 이를 위하여, 각 깊이 영상 데이터들에 에 작용할 변환함수가 결정된다.
즉, 좌안용 제1깊이 영상 데이터(ULD1), 좌안용 제2깊이 영상 데이터(ULD2), 좌안용 제N깊이 영상 데이터(ULDN), 우안용 제1깊이 영상 데이터(ULD1), 우안용 제2깊이 영상 데이터(ULD2), 우안용 제N깊이 영상 데이터(ULDN)에 대해 각각, 변환 함수, TLD1, TLD2, TLDN, TRD1, TRD2, TRDN 이 결정된다.
다음, 동일한 프리즘 페이즈(φL)가 부여된 좌안용 깊이 영상 데이터들에 대해 각각 서로 다른 변환 함수가 작용된 데이터들을 중첩하여, 다음과 같이 좌안용 중첩 영상 데이터를 산출한다.
Figure pat00008
또한, 동일한 프리즘 페이즈(φR)가 부여된 우안용 깊이 영상 데이터들에 대해 각각 서로 다른 변환 함수가 작용된 데이터들을 중첩하여, 다음과 같이 우안용 중첩 영상 데이터를 산출한다.
Figure pat00009
좌안용 중첩 영상(UL)과 우안용 중첩 영상(UR)은 각각 홀수 프레임용 광 변조 신호, 짝수 프레임용 광 변조 신호로 변환되어 공간 광 변조기에 인가될 수 있다.
이러한 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 생성방법은 전술한 다양한 실시예의 3차원 영상 표시 장치들에 적용될 수 있다.
이상, 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법, 3차원 영상 표시 방법 및 3차원 영상 표시 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1000, 2000, 3000, 4000, 5000... 3차원 영상 표시 장치
100, 200, 300, 400, 500...백라이트 유닛
310, 320, 410, 510 ...광원
230...공간 광 변조기
250...제어부
270...광 변조 신호 생성부
290...아이 트래킹부
350, 550...광학 렌즈
420...빔 스티어링 소자
430, 520...도광부
530...역프리즘 시트

Claims (26)

  1. 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계;
    상기 복수의 2차원 영상 각각에 대해, 상기 복수의 2차원 영상 각각이 해당하는 시점에서 보이게 하는 위상값을 정하는 단계;
    상기 복수의 2차원 영상 데이터 각각에, 정해진 위상값을 부여하고, 위상값이 부여된 복수의 2차원 영상 데이터를 중첩하는 단계;
    상기 중첩하는 단계에서 얻어진 복소 함수값을 공간 광변조기 구동 신호로 변환하는 단계;를 포함하는, 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계는
    3차원 영상 데이터의 포맷을 변경하는 방법을 사용하는, 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계는
    복수개의 카메라를 이용하여 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상을 획득하는 방법을 사용하는, 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 영상용 데이터를 준비하는 단계는
    Light field 데이터를 변환하는 방법을 사용하는, 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    관찰자의 동공에 2이상의 상이한 시점의 2차원 영상이 제공되도록 상기 준비하는 단계 및 위상값을 정하는 단계가 수행되는, 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위상값을 정하는 단계는
    관찰자의 눈의 위치에 따라 미리 계산되어 저장된 데이터를 이용하는, 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법.
  7. 공간 광 변조기에 가간섭성, 수렴성의 광을 조명하는 단계;
    제1항의 방법을 사용하여 3차원 영상 표시용 광 변조 신호를 형성하는 단계;
    상기 광 변조 신호에 따라 상기 공간 광 변조기에 입사된 광을 변조하는 단계;를 포함하는 3차원 영상 표시 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계는
    3차원 영상 데이터의 포맷을 변경하는 방법을 사용하는, 3차원 영상 표시 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계는
    복수개의 카메라를 이용하여 서로 다른 시점의 복수의 2차원 영상을 획득하는 방법을 사용하는, 3차원 영상 표시 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 영상용 데이터를 준비하는 단계는
    Light field 데이터를 변환하는 방법을 사용하는, 3차원 영상 표시 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    관찰자의 동공에 2이상의 상이한 시점의 2차원 영상이 제공되도록 상기 준비하는 단계 및 위상값을 정하는 단계가 수행되는, 3차원 영상 표시 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    관찰자의 눈 위치를 센싱하는 아이 트래킹(eye tracking) 단계:를 더 포함하는 3차원 영상 표시 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위상값을 정하는 단계는
    관찰자의 눈의 위치에 따라 미리 계산되어 저장된 데이터를 이용하는, 3차원 영상 표시 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는
    상기 광의 초점 위치가 상기 센싱된 위치가 되도록 광의 방향을 조절하는, 3차원 영상 표시 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 아이 트래킹 단계는
    관찰자의 좌, 우안 위치를 센싱하며,
    상기 조명하는 단계는
    상기 광의 초점 위치가 시분할 방식으로 상기 좌, 우안 위치로 변경되도록 광의 방향을 조절하는 3차원 영상 표시 방법.
  16. 깊이감이 서로 다른 복수의 2차원 영상 데이터를 준비하는 단계;
    상기 복수의 2차원 영상 데이터가 관찰자의 동공 위치에서 보이게 하는 위상값을 부여하는 단계;
    위상값이 부여된 상기 복수의 2차원 영상 데이터가 동공 내의 복수의 시점 위치에 각각 제공되게 하는 변환함수를 정하고, 변환함수가 적용된 상기 복수의 2차원 영상 데이터를 중첩하는 단계;
    상기 중첩하는 단계에서 얻어진 복소 함수값을 공간 광변조기 구동 신호로 변환하는 단계;를 포함하는, 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법.
  17. 가간섭성, 수렴성의 광을 출력하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛에서 조사된 광을 변조하는 공간 광 변조기;
    제1항의 방법에 따라 3차원 영상 표시용 광 변조 신호를 생성하는 광 변조 신호 생성부;
    상기 광 변조 신호에 따라 상기 공간 광 변조기를 제어하는 제어부;를 포함하는 3차원 영상 표시 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    관찰자의 좌, 우안 위치를 센싱하는 아이 트래킹부를 더 포함하는 3차원 영상 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 출력된 광이 수렴되는 방향이 상기 좌, 우안 위치에 따라 조절되는, 3차원 영상 표시 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 광 변조 신호 생성부는 홀수 프레임용의 광 변조 신호와 짝수 프레임용의 광 변조 신호를 생성하고,
    상기 제어부는 홀수 프레임용의 광 변조 신호와 짝수 프레임용의 광 변조 신호가 시분할 방식으로 상기 공간 광 변조기에 제공되도록 상기 공간 광 변조기를 제어하고, 이에 동기하여, 상기 백라이트 유닛에서 출력되는 광이 수렴되는 방향이 좌, 우안 방향으로 조절되도록 상기 백라이트 유닛을 제어하는, 3차원 영상 표시 장치.
  21. 19항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은
    서로 다른 방향으로 광을 출력하며, 출력 방향이 조절되도록 구성된 제1광원과 제2광원;
    상기 제1광원, 제2광원에서 출력된 광을 수렴시키는 광학 렌즈;를 포함하는 3차원 영상 표시 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은
    광원;
    상기 광원에서의 광이 입사되는 입사면과, 입사된 광이 출사되는 제1면과, 상기 제1면과 마주하는 제2면을 구비하는 도광부;
    광을 수렴시키기 위한 적어도 하나의 광학 소자;
    상기 광원과 상기 도광부의 입사면 사이에 배치되어, 상기 도광부에 광이 입사되는 각을 조절하는 빔 스티어링 소자;를 포함하는 3차원 영상 표시 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1면 또는 제2면에는 입사된 광이 상기 도광부로부터 출사되게 하는 출사 패턴이 형성된 3차원 영상 표시 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 소자는
    상기 도광부에 입사된 광이 도광부로부터 수렴성 광의 형태로 출사되도록 상기 제1면 상에 배치된 홀로그램 광학 소자인, 3차원 영상 표시 장치.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 도광부는 상기 제1면과 제2면 사이의 거리가 상기 광원 유닛에서 멀어질수록 가까워지는 형상을 갖는 웨지형이고,
    상기 제1면 상에 배치된 역프리즘 시트;
    상기 역프리즘 시트 상에 배치된 가변 광학 소자;
    상기 가변 광학 소자 상에 배치된 광학 렌즈;를 더 포함하는 3차원 영상 표시 장치.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 진폭 변조형 공간 광변조기이고,
    상기 제어부는 상기 복소 함수값의 실수부를 사용하여 상기 광 변조 신호를 생성하는 3차원 영상 표시 장치.
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