KR20180078161A - 초점조절능 판별시스템 - Google Patents

Abstract

이 발명은 초점조절능 판별시스템에 관한 것으로, 인간의 시각계를 기반으로 Light Field 디스플레이 환경에서 단안에 대한 초점조절능을 판별하기 위한 초점조절능 판별시스템에 있어서, 동공면적 내 전역으로 입사하는 Light Field 광 정보를 광축 상에서 위상이 다른 두 개의 개구 영역으로만 전파시킴과 동시에 초기 위상 값이 다른 두 개의 광선다발을 생성하는 공간필터; 상기 공간필터의 개구를 통과한 광선들의 밝기와 시야 범위를 조절한 후 굴절시키는 광학계; 및 상기 광학계를 투과한 광선들의 결상 위치를 검출하여 Light Field 디스플레이의 초점조절능 여부를 판별하는 광검출기를 포함하고, 상기 광검출기는, 결상된 두 점의 이격 거리가 0인 경우 해당 광선을 초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별하고, 결상된 두 점의 이격 거리가 0보다 큰 경우에는 비초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별하여 Light Field 디스플레이의 초점조절능 여부를 판별하는 것을 특징으로 한다.

Description

초점조절능 판별시스템{Accommodative response distinction system}

본 발명은 초점조절 기능의 제공 유무를 판별하기 위한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비회절광 기반의 Light Field 입체 디스플레이 환경에서, 대상 디스플레이가 관찰자에게 초점조절의 기능을 제공하는지에 대한 여부를 정량적으로 판별할 수 있는 초점조절능 판별시스템에 관한 것이다.

일반적으로 인간의 시각계는 양안과 단안에 의해 깊이감을 인지한다.

이때, 양안에 의한 깊이감 인지는 다음과 같은 과정에 의해 수행된다.

관찰자가 다수의 물체가 포함된 물체공간을 시청하면서 특정 물체를 주시할 경우 좌우로 이격된 두 단안의 광축은 해당 물체면 상으로 수렴하고, 수렴된 광축은 주시 대상의 물체면상에서 교점을 이루게 되는데, 주시 되어 좌우안의 망막면으로 사영된 물체상은 좌우안 각각의 중심화(Fovea) 중심에 정렬되고, 주시 물체를 제외한 나머지 물체에 대해 사영된 물체상들은 중심와 중심을 포함하되 안구의 적도궤적을 잇는 적도선 상에서 중심와의 중심과 이격된 위치에 정렬된다.

따라서, 중심와 중심에서 이격되어 결상된 물체상들은 기준 물체상의 중심과 이격된 시차량을 갖게 되고, 이격된 방향에 따라 양 또는 음의 시차부호를 갖게 된다. 이때, 양의 시차부호는 기준 물체면에 대해 후퇴한 후퇴방향을 나타내고, 음의 시차부호는 기준 물체면에 대해 돌출된 돌출방향을 나타내며, 각각의 시차부호에 따른 시차량으로써 주시 물체면과의 상대적 거리차를 인식하는 과정으로 수행된다.

한편, 단안에 의한 대표적인 깊이감 인지 방법으로는 관찰자의 능동적 초점조절 변화에 따른 물체상의 흐름 정도로 상대적 위치차를 인식하는 방법을 들 수 있는데, 이외에도 원근, 텍스쳐 구배, 공기투시, 그림자효과, 크기항상성, 가림 효과 등의 방법들이 있다.

이때, 초점조절(Accommodation)이란 관찰자가 단안으로 물체공간 내 깊이방향으로 각기 다른 위치에 존재하는 물체를 시청할 때 관찰자와의 거리차에 따라 물체를 명확히 보기 위하여 대상물체에 초점을 맞추는 행위를 의미한다. 따라서, 물리적 관점에서의 초점조절은 단안으로 대상물체에 초점을 맞추는 조절 작용이고, 광학적 관점에서의 초점조절은 안구 내 홍체 근육이 수정체 렌즈의 두께 및 위치를 변화시켜 안구 내 광굴절능을 변화시키는 행위이다. 이에 따라, 초점조절 대상의 물체상은 안구의 중심와 중심을 기준으로 명확한 상을 이루고, 그 외 비초점조절 대상의 상은 흐려지게 된다. 따라서, 단안에 의한 초점조절을 통하여 인식할 수 있는 것은 망막면에 결상된 상의 퍼짐정도이며, 점퍼짐함수(PSF, Point Spread Function)에 의해 초점조절 대상과의 상대적 깊이감을 정량화할 수 있다.

일반적으로, Light Field 디스플레이(LFD)는 비회절광으로 이루어진 다수의 시점영상들을 관찰자에게 제공하여 단위쌍의 시차영상이 관찰자의 좌우 눈에 입사될 때 해당 시차영상이 제공하는 깊이감을 인지할 수 있도록 하는 입체디스플레이를 총칭한다.

이러한, LFD는 크게 다수의 시점영상이 정합된 영상을 표시하는 영상표시소자부와, 정합된 시점영상을 각각의 방향성을 갖는 시점영상으로 분리하고, 분리된 시점영상들을 관찰면상에서 좌우안의 중심을 잇는 수평방향으로 등간격의 해당 시역을 형성하는 시역형성광학계부로 이루어진다. 이때, 시점영상은 관찰자를 기준으로 수평/수직의 독립적 방향과 각각의 방향정보를 모두 포함하는 영상으로 구성될 수 있고, 시차영상은 각각의 시점영상 중 관찰자의 좌우 눈으로 입사되는 두개의 시점영상을 의미하며, 단위쌍으로 묶인 시점영상을 단위쌍 시차영상이라 정의한다. 한편, 관찰면은 관찰자 위치에서 좌우 눈의 동공중심을 포함하고, 지면과 수직한 면으로 정의되며, LFD로부터 제공된 깊이감은 시차영상이 포함하고 있는 시차량으로서 대변된다.

LFD에서 사용되는 대표적 시역형성광학계는 1차원 구조로 수평시차만을 제공하는 렌티큐라렌즈 및 시차장벽 방식과, 2차원 어레이 구조로 완전시차를 제공하는 집적렌즈 방식이 있다. 이때, 렌티큐라렌즈 및 시차장벽 방식은 수평방향의 시차만을 제공하므로, 다시점 영상을 구성할 때 영상표시소자의 수직방향 영상해상도를 수평방향으로 배분하여 수평방향의 시점영상 및 단위쌍 시차영상 수를 증가시킬 수 있다는 장점이 있으나, 수직 방향의 시차정보는 제공할 수 없다는 단점이 있고, 집적렌즈 방식의 경우에는 수평/수직방향의 시차를 제공할 수 있다는 장점이 있으나, 수직시차 제공에 따른 해상도 저하 및 입체시가 가능한 깊이감의 범위가 매우 협소하다는 단점이 있다.

이때, 상기의 두 가지 방식은 모두 시점영상의 해상도가 시점수의 증가에 반비례하여 저하된다.

종래의 LFD는 양안시차에 의한 입체시 제공을 주요 기능으로 하기 때문에 단안에 의한 초점조절 작용으로 물체의 상대적 깊이감을 제공하는 것이 불가하거나 효과가 미비하였다. 이러한 이유로는 크게 세 가지가 있는데, 첫째, 디스플레이의 해상도가 초점조절 기능을 제공할 만큼 충분치 못하였고, 둘째, 시역을 형성하는 광학계의 광분해능이 관찰자의 동공크기 내에서 두 개 이상의 시역을 형성할 수 있을 만큼 충분하지 못하였으며, 셋째, 각 시점영상의 개별 화소영상을 점광원으로 가정하고, 점광원으로부터 출사되는 광특성을 광선으로 가정할 때 디스플레이로부터 출사되어 각 시역중심으로 향하는 화소영상의 광선의 궤적은 반드시 수렴한다는 구속조건을 해결하지 못하였다.

다시 말해, LFD는 해당 시점영상의 시역을 관찰면 상에서 설계된 위치에 형성해야 하므로 디스플레이 전면에 해당하는 각 시점영상의 화소영상들은 정의된 시역으로 수렴해야만 하는 구조를 갖는다. 그러나, 디스플레이면을 기준으로 관찰자의 능동적인 조절에 의해 형성될 수 있는 초점조절에 의한 전/후의 깊이감은 디스플레이면에서 표시된 두 개 이상의 점광원으로부터 출사된 광선들이 전/후의 깊이감을 제공하는 위치에서 반드시 교차해야 하므로 관찰자로 향하는 이 광선궤적들은 발산형태를 취하게 된다. 따라서, 초점조절의 효과를 인지하려면 LFD로부터 제공되는 초점조절 및 비초점조절에 관련된 광선궤적들은 반드시 관찰자 단안의 동공 영역 이내로 입사해야만 한다.

상술한 바와 같이, 초점조절은 단안에 의한 효과이기 때문에 단안에서 물체상의 상대 위치정보를 인식하려면 반드시 동공 크기 내에 최소 두 개 이상의 시역정보가 존재해야만 한다는 구속조건을 갖게 된다.

다시 말해, 초점 대상의 물체로부터 출사되는 빛은 관찰거리만큼 떨어진 관찰자 단안의 동공크기 내로 입사하게 되는데, 이를 방향성분으로 잘게 쪼개 보면, 수평/수직 방향으로 각기 다른 방향을 갖는 무수히 많은 광선들로 쪼갤 수 있다. 정상안의 경우, 잘게 쪼개진 광선들은 비구면의 각막, 수정체 렌즈를 지나 망막면(Retinal Plane)에 수차 없이 결상된다. 따라서, 공간상의 물체상은 공액상(Conjugated image)으로써 명확히 결상된다. 그러나, 비초점 대상들은 초점 대상의 위치를 기준으로 관찰자에게 보다 가까운 거리에 있거나 먼 거리에 위치한다. 따라서, 비초점 대상들의 물체로부터 출사된 광선들은 초점 대상의 공액상과 달리 망막면을 기준으로 수정체 쪽으로 또는 망막 뒷면 쪽으로 일정거리 이격된 곳에 각각의 공액상이 형성되므로 망막면에서는 퍼짐에 따른 흐림상(Blurred image)이 결상된다.

이때, 흐려진 상을 잘게 나누어진 광선의 조합이라고 하고, 이렇게 잘게 쪼갠 수를 제한할 수 있다면, 망막상에 흐려진 상은 제한되어 나누어지고 방향 성질을 갖는 불연속의 공액상의 조합으로 재해석될 수 있다. 각각의 망막면에서 나열된 공액상은 인접한 공액상과 이격되어 결상되고, 각 중심간 이격량은 물체공간에서 위치한 비초점대상의 상대거리 변화량을 대변한다. 따라서, 불연속 공액상의 수가 무한히 많다면, 망막면에서 각 공액상들의 면적이 서로 컨볼루션 되어 흐림상 형태가 될 것이고, 불연속 공액상의 수가 적다면 망막면 내에서 서로 겹침이 없고, 이격된 형태의 독립적인 공액상이 결상될 것이다. 그러므로, 컨볼루션된 흐림상을 대변할 수 있는 최소 필요 공액상은 두 개가 되고, 각 공액상의 중심간 거리는 비초점대상의 깊이감을 대변한다.

그러나, LFD 환경은 실물체공간과 달리, 물리적인 물체면은 초점조절된 중점을 포함하는 디스플레이면이 전부이고, 그 이외에 돌출 또는 후퇴에 해당하는 근점, 원점은 가상으로만 존재한다. 따라서, 인간의 시각계를 기반으로 실물체에 대한 초점조절을 해석하는 기존의 방법은 사실상 LFD 환경에 적용이 불가능한 문제가 있다.

또한, 종래의 LFD는 양안시차의 정보만을 취하고 있어 초점조절에 의한 깊이감 제공은 불가하거나 제한적이었다. 이러한, 현상은 LFD 환경에서의 수렴/조절 불일치(VAC, Vergence/Accommodation Conflict) 문제를 야기한다. 이때, VAC는 관찰자의 초점이 디스플레이면에 고정된 반면, 입체시를 통해 인지된 깊이감은 디스플레이면의 전/후 위치에서 형성되어 초점과 수렴에 대한 조절작용이 불일치하는 현상을 의미한다.

한편, 언급된 세 가지 구속 조건이 만족되지 않는다 하더라도 관찰자가 입체감을 인지하는 데 부족함이 있는 것은 아니다. 다만, 상기에서 언급된 세 가지 구속 조건은 시청 피로를 유발하는 원인이 되고 있으므로 LFD의 상용화에 가장 큰 걸림돌이 되고 있다.

이에 따라, 시청피로 해소 및 자연스런 입체시 제공을 위해 초점조절이 가능한 LFD 시스템이 제안되고 있다. 그러나, LFD 환경에서 초점조절 기능 제공에 대한 유무는 현상적으로 가능함을 보였으나 초점조절 기능에 대한 정략적인 측정 및 판별은 실시된 예가 없다. 이에 관찰자의 특성과 무관하게 LFD 환경에서 해당 디스플레이가 초점조절능을 제공하는지에 대한 여부를 판별함과 동시에 정량적으로 측정하기 위한 방법 및 장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 LFD 환경에서 대상 디스플레이로부터 제공되는 초점조절량을 정량적으로 측정하고, 초점조절 기능을 포함하고 있는지에 대한 여부를 판별하기 위한 초점조절능 판별시스템을 제공하는 데 있다.

이 발명의 목적을 이루기 위해, 이 발명에 따르면, 인간의 시각계를 기반으로 Light Field 디스플레이 환경에서 단안에 대한 초점조절능을 판별하기 위한 초점조절능 판별시스템에 있어서, 동공면적 내 전역으로 입사하는 Light Field 광 정보를 광축 상에서 위상이 다른 두 개의 개구 영역으로만 전파시킴과 동시에 초기 위상 값이 다른 두 개의 광선다발을 생성하는 공간필터; 상기 공간필터의 개구를 통과한 광선들의 밝기와 시야 범위를 조절한 후 굴절시키는 광학계; 및 상기 광학계를 투과한 광선들의 결상 위치를 검출하여 Light Field 디스플레이의 초점조절능 여부를 판별하는 광검출기를 포함하고, 상기 광검출기는, 결상된 두 점의 이격 거리가 0인 경우 해당 광선을 초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별하고, 결상된 두 점의 이격 거리가 0보다 큰 경우에는 비초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별하여 Light Field 디스플레이의 초점조절능 여부를 판별하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따르면, 상기 Light Field 디스플레이는, 상기 Light Field 디스플레이와 공간필터 사이 및 Light Field 디스플레이의 후방 방향에 가상의 초점대상인 근점과 원점을 구비하고, 상기 근점 및 원점은 광검출기에서 검출되는 광특성이 흐려질 때 초점대상과 비초점대상 사이의 거리 차이에 의한 것인지 광학계의 낮은 심도로 인한 것인지를 구분할 수 있도록 안구 광학계의 심도 범위 내에 존재하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따르면, 상기 개구는 상기 공간필터의 수평방향과 수직방향 중 적어도 어느 한 방향으로 서로 마주보는 곳에 2개가 한 쌍을 이루도록 2n(여기서, n은 자연수) 개수가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따르면, 상기 개구는 상기 광검출기에서 수평방향과 수직방향의 초점조절능을 동시에 검출할 수 있도록 동심원 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따르면, 상기 광학계는, 상기 공간필터의 개구를 통과한 광선들을 굴절시키는 제1 광학계; 상기 제1 광학계를 통과한 광선들의 밝기와 시야 범위를 조절하는 조리개; 및 상기 조리개를 통과한 광선들을 굴절시키는 제2 광학계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따르면, 상기 광검출기에 결상된 두 점의 이격 거리는 원점보다 근점에서 더 큰 것을 특징으로 한다.

이 발명은 초점조절대상이 물체공간에서 깊이감을 갖는 실물체가 아니라 두 개 이상으로 분리되어 표시되는 2차원 Light Field 영상이 제공되는 LFD에서 최소 2개 이상의 광선들이 광학계를 거쳐 광검출기에 하나의 상(즉, 단일 위상)으로 결상될 때 해당 값을 초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별하고, 두 개의 위상 값을 갖고 동일 축상에서 일정간격 이격된 두 개의 공액상이 형성되는 경우에는 비초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별함으로써 대상 디스플레이가 관찰자에게 초점조절의 기능을 제공하는지에 대한 여부를 정량적으로 판별할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 광선기하 기반의 초점조절능 제공 유무를 검증하기 위한 초점조절능 판별시스템의 구성도이다.
도 2는 LFD 환경에서 광선기하 기반의 초점조절능 제공 유무 검증을 위한 모식도이다.
도 3a 내지 도 3c는 공간필터 내의 개구 형상 및 형태를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 개구 중심간 거리 조절이 가능한 가변 공간필터의 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 근점, 중점, 및 원점에 대한 초점조절 및 비초절조절 상태를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 중점을 초점대상으로 하고, 근점을 비초점대상으로 할 경우 광축과 비축에 따라 광검출기에서 검출되는 광특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 중점을 초점대상으로 하고, 근점을 비초점대상으로 할 때 광검출기에서 검출되는 실시 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 이 발명의 바람직한 실시 예의 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 광선기하 기반의 초점조절능 제공 유무를 검증하기 위한 초점조절능 판별시스템의 구성도이고, 도 2는 LFD 환경에서 광선기하 기반의 초점조절능 제공 유무 검증을 위한 모식도이며, 도 3a 내지 도 3c는 공간필터 내의 개구 형상 및 형태를 나타내는 도면이며, 도 4a 내지 도 4c는 개구 중심간 거리 조절이 가능한 가변 공간필터의 형태를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 4c를 참조하면, 이 발명의 실시 예에 따른 초점조절능 판별시스템(100)은 인간의 시각계를 기반으로 LFD 환경에서 단안에 대한 초점조절능 검출하기 위한 것으로, LFD와 동일한 광축(12)에 설치되고, 공간필터(102), 제1 광학계(104), 조리개(106), 제2 광학계(108), 및 광검출기(110)를 포함하도록 구성된다.

공간필터(102)는 Scheiner diagram 또는 Hartmann mask로 불리며, 측정대상인 LFD로부터 제공되는 근점(near point)(21), 중점(middile point)(22) 및 원점(far point)(23)에 대한 광선들을 선별 및 구별한다. 다시 말해, 공간필터(102)는 동공면적 내 전역으로 입사하는 Light Field 광 정보를 광축(12) 상에서 위상이 다른 두 개의 개구(102a) 영역으로만 전파(propagation) 시킴과 동시에 초기 위상 값이 다른 두 개의 광선다발(Bundle rays)을 생성한다. 이에 따라, 전파된 광선 다발들은 공간필터(102) 내 이격된 개구(102a)의 중심 간 거리와 공간필터(102)로 입사하는 Light Field 입사각에 의해 이를 투과하여 전파되는 광선의 광특성을 정량적으로 분석할 수 있게 된다.

이때, 근점(21)은 LFD와 초점조절능 판별시스템(100) 사이의 광축(12)에 존재(즉, LFD의 표시면에서 초점조절능 판별시스템(100) 쪽으로 일정 거리 이격된 곳의 광축(12)에 존재)하는 지점을 의미하고, 중점(또는 기준 초점조절면)(22)은 LFD의 표시면을 의미하며, 원점(23)은 기준 초점조절면에서 LFD의 후방 방향으로 일정 거리 이격된 곳에 존재하는 지점을 의미한다. 한편, LFD로부터 제공되는 가상의 초점대상인 근점(21) 및 원점(23)은 광검출기(110)에서 측정된 광특성이 흐려질 때, 흐려지는 이유가 초점대상과 비초점대상 사이의 거리 차이에 의한 것인지 아니면 광학계의 낮은 심도로 인한 것인지를 구분하기 어렵기 때문에 도 2와 같이 안구 광학계의 심도 범위(D.o.Field) 내에 존재 해야 된다.

이러한, 공간필터(102)는 필터면이 광축(12)을 기준으로 회전 대칭되게 형성되고, 필요에 따라 광선의 진행방향에 위치한 제1 광학계(104)와의 거리 조절이 가능하도록 제1 광학계(104)와 LFD 사이에 설치된다.

한편, 공간필터(102)의 중심에서 일정 간격 이격되게 형성된 개구(102a)는 LFD로부터 제공되는 광선의 광량이 충분히 검출될 수 있을 정도의 크기를 갖도록 형성되되, 도 3a에 도시된 바와 같이 수평방향으로 서로 마주보는 곳에 2개가 한 쌍을 이루도록 형성되거나 도 3b와 같이 수직방향으로 서로 마주보는 곳에 2개가 한 쌍을 이루도록 형성될 수 있다. 이때, 개구(102a)의 개수는 2n(여기서, n은 자연수)가 형성되되, 항상 마주보는 곳에 서로 대칭되게 형성되고, 도 3a 및 도 3b와 같이 원형으로 형성되거나 사각, 삼각 등 다각형의 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 개구(102a)는 광검출기(110)에서 수평방향과 수직방향의 초점조절능을 동시에 검출할 수 있도록 도 3c와 같이 동심원 형태로 형성될 수도 있다.

이러한, 개구(102a)는 도 4a 내지 도 4c와 같이 광축(12)을 중심으로 위치 조절이 가능한데, 이렇게 개구(102a)와 개구(102a) 사이(즉, 개구(102a)의 중심간 거리)의 거리 조절은 광학계의 근축영역 및 외곽영역으로 입사하는 광속들에 대한 컷오프(cut-off) 기능을 제공하므로 개구 중심간 거리가 가까울수록 광축(12) 영역에 분포하는 물체공간상 다수의 물체에 대해 초점조절능 유무가 가능하고, 개구 중심간 거리가 멀수록 비축영역에 해당하는 초점조절능의 검출 유무가 가능하기 때문에 필요에 따라 선택적으로 조절할 수 있다.

제1 광학계(104)는 공간필터(102)의 개구(102a)를 통과한 광선들을 굴절시키는 것으로, 안구 모델의 각막 렌즈와 유사한 기능을 담당하고, 제2 광학계(108)의 광굴절능을 보완한다. 이러한, 제1 광학계(104)는 공간필터(102)와 조리개(106) 사이에 설치되고, 필요에 따라 공간필터(102)와 조리개(106) 사이의 위치 조절이 가능하다.

조리개(106)는 제1 광학계(104)를 통과한 광선들의 밝기와 시야 범위를 조절하는 것으로, 제1 광학계(104)와 제2 광학계(108) 사이에 설치되고, 필요에 따라 제1 광학계(104)와 제2 광학계(108) 사이의 위치 조절에 의해 출사광의 밝기(Numerical Aperture)가 조절될 수 있다.

제2 광학계(108)는 조리개(106)를 통과한 광선들을 굴절시키는 역할을 수행하는 곳으로, 안구 모델의 수정체 렌즈와 유사한 기능을 담당하고, 광검출기(110)와 조리개(106) 사이에 사이에 설치되며, 필요에 따라 광검출기(110)와 조리개(106) 사이의 위치 조절이 가능하다. 이러한, 제2 광학계(108)는 제1 광학계(104)의 굴절능보다 큰 굴절능을 갖도록 형성된다. 한편, 상술한 제1 광학계(104), 조리개(106) 및 제2 광학계(108)는 하나의 광학계로 이루어질수도 있다.

광검출기(110)는 제2 광학계(108)를 투과한 광선들의 위치 및 밝기를 검출하여 LFD의 초점조절능 여부를 판별하는 곳으로, CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 기반으로 구성되고, 저조도 환경에서 SNR(Signal to Noise Ratio)이 높은 특성을 갖도록 구성된다.

이러한 구성으로 이루어진 이 발명의 실시 예에 따른 초점조절능 판별시스템(100)에서 초점조절능을 판별하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

LFD와 초점조절능 판별시스템(100)이 동일한 광축(12)에 배치된 상태에서 LFD의 영상표시소자부에서 시점영상들이 재생되면, 재생된 시점영상들 중 이격 거리가 가장 큰 두 점에서 출사된 임의의 두 개의 광선들이 시역형성광학계부에 형성된 근점(21), 중점(22) 및 원점(23)에서 각각 교차하게 된다. 이때, 두 개의 광선들이 교차하는 디스플레이면이 한 쌍의 영상좌표로 설정된다. 이로 인해, 한 쌍의 영상좌표는 중점에서 이격 거리가 0이 되고, 근점(21), 원점(23) 순으로 이격 거리가 증가하게 된다.

한편, LFD에서 발산된 두 개의 광선은 공간필터(102)의 개구(102a)를 통과한 후 제1 광학계(104)에서 일정각도로 굴절되고, 굴절된 광선들은 조리개(106)를 통해 제2 광학계(108)로 전달되며, 제2 광학계(108)에 제1 광학계(104) 보다 큰 굴절률로 굴절되어 광검출기(110)에 결상 된다. 이때, 광검출기(110)에 결상된 두 점의 이격 거리가 근점(21)이나 원점(23)의 깊이에 대한 정보가 된다.

다시 말해, 도 5와 같이 광검출기(110)에 결상된 두 점의 이격 거리가 0인 경우 광검출기(110)는 해당 광선을 초점대상에 대한 Light Field 정보임을 판별할 수 있고, 광검출기(110)에 결상된 두 점의 이격 거리가 0보다 큰 경우에는 근점(21)이나 원점(23)에서 입사된 광임을 판별할 수 있게 된다. 이때, 광검출기(110)에 결상된 두 점의 이격 거리는 원점(23), 근점(21) 순으로 증가하게 된다.

도 6a 내지 도 6c는 중점(22)을 초점대상으로 하고, 근점(21)을 비초점대상으로 할 경우 광축(12)과 비축에 따라 광검출기(110)에서 검출되는 광특성을 나타내는 도면이다.

도면을 통해 알 수 있듯이, 초점조절능 판별시스템(100)이 광축(12)에 설치되어 있는 경우에는 비초점대상인 근점(21)과 초점대상인 중점(22)에서의 광특성이 상하 대칭되게 광검출기(110)에서 검출(6a 및 도 6b의 좌측 도면)되나, 비축에서는 근점(21)과 중점(22)에서의 광특성이 비대칭적으로 검출됨을 알 수 있다. 또한, 도 6c와 같이 근점(21)은 중점(22)에 대한 초점면에서 두 개의 광선으로 분리되기 때문에 비초점대상은 도 7과 같이 두 개의 이중상(도 7에서 빨간색으로 표시된 부분)으로 광검출기(110)에서 검출되나, 초점조절된 면은 하나의 상(도 7에서 빨간색 점선으로 표시된 부분)으로 광검출기(110)에서 검출됨을 알 수 있다.

한편, 광검출기(110)에서 초점대상이 완전한 하나의 상으로 검출되지 않을 경우 공간필터(102)의 위치를 LFD쪽이나 제1 광학계(104) 쪽으로 이동시켜 조절하거나 개구(102a)의 중심간 거리를 조절하여 초점을 조절할 수 있고, 조리개(106)의 개구율을 조절하여 LFD의 위치와 근점(21) 및 원점(23)을 포함하는 심도범위를 조절할 수 있다.

상술한 바와 같이, 이 발명의 실시 예에 따른 초점조절능 판별시스템은 초점조절대상이 물체공간에서 깊이감을 갖는 실물체가 아니라 두 개 이상으로 분리되어 표시되는 2차원 Light Field 영상이 제공되는 LFD에서 최소 2개 이상의 광선들이 광학계를 거쳐 광검출기(110)에 하나의 상(즉, 단일 위상)으로 결상될 때 해당 값을 초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별하고, 두 개의 위상 값을 갖고 동일 축상에서 일정간격 이격된 두 개의 공액상이 형성되는 경우에는 비초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별함으로써 대상 디스플레이가 관찰자에게 초점조절의 기능을 제공하는지에 대한 여부를 정량적으로 판별할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 이 발명의 상세한 설명에서는 이 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 이 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것일 뿐, 이 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 모방이 가능함은 물론이다. 따라서, 이 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져선 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

12: 광축 21: 근점
22: 중점 23: 원점
100: 초점조절능 판별시스템 102: 공간필터
102a: 개구 104: 제1 광학계
106: 조리개 108: 제2 광학계
110: 광검출기

Claims (6)

1. 인간의 시각계를 기반으로 Light Field 디스플레이 환경에서 단안에 대한 초점조절능을 판별하기 위한 초점조절능 판별시스템에 있어서,
   동공면적 내 전역으로 입사하는 Light Field 광 정보를 광축 상에서 위상이 다른 두 개의 개구 영역으로만 전파시킴과 동시에 초기 위상 값이 다른 두 개의 광선다발을 생성하는 공간필터;
   상기 공간필터의 개구를 통과한 광선들의 밝기와 시야 범위를 조절한 후 굴절시키는 광학계; 및
   상기 광학계를 투과한 광선들의 결상 위치를 검출하여 Light Field 디스플레이의 초점조절능 여부를 판별하는 광검출기를 포함하고,
   상기 광검출기는, 결상된 두 점의 이격 거리가 0인 경우 해당 광선을 초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별하고, 결상된 두 점의 이격 거리가 0보다 큰 경우에는 비초점대상에 대한 Light Field 정보로 판별하여 Light Field 디스플레이의 초점조절능 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 초점조절능 판별시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 Light Field 디스플레이는,
   상기 Light Field 디스플레이와 공간필터 사이 및 Light Field 디스플레이의 후방 방향에 가상의 초점대상인 근점과 원점을 구비하고, 상기 근점 및 원점은 광검출기에서 검출되는 광특성이 흐려질 때 초점대상과 비초점대상 사이의 거리 차이에 의한 것인지 광학계의 낮은 심도로 인한 것인지를 구분할 수 있도록 안구 광학계의 심도 범위 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 초점조절능 판별시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 개구는 상기 공간필터의 수평방향과 수직방향 중 적어도 어느 한 방향으로 서로 마주보는 곳에 2개가 한 쌍을 이루도록 2n(여기서, n은 자연수) 개수가 형성되는 것을 특징으로 하는 초점조절능 판별시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 개구는 상기 광검출기에서 수평방향과 수직방향의 초점조절능을 동시에 검출할 수 있도록 동심원 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 초점조절능 판별시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 광학계는,
   상기 공간필터의 개구를 통과한 광선들을 굴절시키는 제1 광학계;
   상기 제1 광학계를 통과한 광선들의 밝기와 시야 범위를 조절하는 조리개; 및
   상기 조리개를 통과한 광선들을 굴절시키는 제2 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초점조절능 판별시스템.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 광검출기에 결상된 두 점의 이격 거리는 원점보다 근점에서 더 큰 것을 특징으로 하는 초점조절능 판별시스템.

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