KR20240071179A - 다시점 광학모듈 및 이를 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는 볼 렌즈를 이용하는 3차원 디스플레이에 사용되는 다시점 광학모듈에 있어서, 볼 렌즈를 마주하도록 배치되는 단일 평판 SLM(Spatial Light Modulator); 및 볼 렌즈와 상기 단일 평판 SLM의 사이에 배치되어 상기 단일 평판 SLM이 제공하는 다시점 3차원 컨텐츠 정보가 상기 볼 렌즈 내에 결상되도록 하는 투사 렌즈 어레이로서, 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 수평방향으로 서로 제1 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되고, 수직방향으로 서로 제2 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되는 투사 렌즈들을 포함하여, 수평시차 및 수직시차를 모두 제공함으로써 전방향 시차를 제공하는, 투사 렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈 및 이를 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이를 제공한다.

Description

다시점 광학모듈 및 이를 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이{multi-view optical module and three-dimensional display having a hemispherical viewing angle using the same}

본 발명은 다시점 광학모듈 및 이를 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 볼 렌즈 디스플레이에 적용되는 다시점 광학모듈 및 이를 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이에 관한 것이다.

일반적으로, 넓은 시야각을 가지는 다시점 방식의 3차원 디스플레이를 구현하기 위해서, 디스플레이는 중심에 위치되는 구 대칭을 가지는 볼 렌즈와 주변에 위치되는 영상을 투사하는 다수의 광학계를 포함한다.

도 1은 종래의 다시점 방식의 3차원 디스플레이를 나타내는 도면이다.

종래의 다시점 방식의 3차원 디스플레이는 360도 원형 링 상에만 시점이 분포한다. 이로 인해 원형 링의 원주를 따라서만 시차(parallax)를 제공할 수 있을 뿐, 수직 시차를 제공할 수 없으며, 따라서 전방향 시차(full parallax)를 제공할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 기존의 디스플레이에서 볼 렌즈 주변의 다수의 광학계 각각은 영상을 생성하는 SLM과 볼 렌즈에 영상을 투사하는 투사 렌즈를 포함한다. 이러한 구조로 인해 광학계의 개수가 시점수 만큼 많이 필요하게 되어서 구조가 복잡하게 되는 문제점 있다. 또한, 상기 다수의 광학계를 2차원 어레이 형태로 배열하기가 곤란하여서 시야각을 넓힐 수 없는 문제점이 있다. 또한, 구동해야 하는 SLM의 개수가 시점수 만큼 많이 필요하게 되어서 복잡하고 제어가 어려운 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 곡면 렌즈 어레이를 이용하여 필요한 SLM의 개수를 줄이고 광학 구조를 단순화하는 다시점 광학모듈 및 이를 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 볼 렌즈를 이용하는 3차원 디스플레이에 사용되는 다시점 광학모듈에 있어서, 볼 렌즈를 마주하도록 배치되는 단일 평판 SLM(Spatial Light Modulator); 및 볼 렌즈와 상기 단일 평판 SLM의 사이에 배치되어 상기 단일 평판 SLM이 제공하는 다시점 3차원 컨텐츠 정보가 상기 볼 렌즈 내에 결상되도록 하는 투사 렌즈 어레이로서, 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 수평방향으로 서로 제1 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되고, 수직방향으로 서로 제2 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되는 투사 렌즈들을 포함하여, 수평시차 및 수직시차를 모두 제공함으로써 전방향 시차를 제공하는, 투사 렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단일 평판 SLM과 상기 투사 렌즈 어레의 사이에 개재되는 렌즈어레이 홀더;를 더 포함하며, 상기 렌즈어레이 홀더는 상기 각 투사 렌즈가 삽입되는 상단과 상기 단일 평판 SLM에 마주하는 하단을 가지는 경통이 복수개가 밀집된 벌집구조를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 각 투사 렌즈는 외곽이 육각형 형상을 가지고, 상기 경통의 단면은 상기 투사 렌즈의 외곽에 상응하게 육각형 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 투사 렌즈 어레이의 상기 투사 렌즈들은, 수평방향으로 곡면상으로 제1행에 6개, 제2행에 7개 및 제3행에 6개로, 총 19개가 배열되며, 상기 육각형 형상으로 배열 밀집도를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 투사 렌즈는 아크로매틱(achromatic) 렌즈일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이에 있어서, 볼 렌즈; 상기 볼 렌즈의 반구면을 따라 배열되어 상기 볼 렌즈 내에 3차원 컨텐츠를 결상시키는 복수의 다시점 광학모듈;을 포함하며, 각 다시점 광학모듈은, 상기 볼 렌즈를 마주하도록 배치되는 단일 평판 SLM(Spatial Light Modulator); 및 상기 볼 렌즈와 상기 단일 평판 SLM의 사이에 배치되어 상기 단일 평판 SLM이 제공하는 다시점 3차원 컨텐츠 정보가 상기 볼 렌즈 내에 상기 3차원 컨텐츠로 결상되도록 하는 투사 렌즈 어레이로서, 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 수평방향으로 서로 제1 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되고, 수직방향으로 서로 제2 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되는 투사 렌즈들을 포함하여, 수평시차 및 수직시차를 모두 제공함으로써 전방향 시차를 제공하는, 투사 렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단일 평판 SLM과 상기 투사 렌즈 어레의 사이에 개재되는 렌즈어레이 홀더;를 더 포함하며, 상기 렌즈어레이 홀더는 상기 각 투사 렌즈가 삽입되는 상단과 상기 단일 평판 SLM에 마주하는 하단을 가지는 경통이 복수개가 밀집된 벌집구조를 가지고, 상기 각 투사 렌즈는 외곽이 육각형 형상을 가지고, 상기 경통의 단면은 상기 투사 렌즈의 외곽에 상응하게 육각형 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 투사 렌즈 어레이의 상기 투사 렌즈들은, 수평방향으로 곡면상으로 제1행에 6개, 제2행에 7개 및 제3행에 6개로, 총 19개가 배열되며, 상기 수평방향으로 상기 투사 렌즈들은 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 서로 4.9도의 각도를 이루어 총 29.4도를 이루도록 배치되고, 상기 수직방향으로 상기 투사 렌즈들은 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 서로 소정의 각도를 이루도록 배치되어 총 9.8도의 각도를 이루도록 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 곡면 렌즈 어레이를 이용하여 필요한 SLM의 개수를 줄이고 광학 구조를 단순화하는 다시점 광학모듈 및 이를 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 시점의 집적도를 증가시키고, 모듈 구조를 단순화시키며, 광시야각 전방향 시차(full parallax) 3차원 디스플레이를 구현하는 다시점 광학모듈 및 이를 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래의 다시점 방식의 3차원 디스플레이를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다시점 광학모듈을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 다시점 광학모듈을 다른 각도에서 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 투사렌즈 어레이를 나타내는 도면이다.
도 6는 도 5에 도시된 투사렌즈 어레이를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2 및 도 3에 도시된 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이의 각 시점 간의 각도를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 다시점 광학모듈의 렌즈어레이 홀더를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 2에 도시된 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이의 광학메커니즘의 설명하기 위한 도면이다.
도 10는 도 2 및 도 9에 도시된 다시점 광학모듈의 다시점 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 2, 도 3, 도 9 및 도 10에 도시된 다시점 광학모듈의 투사 렌즈 하나에 대해 광학적 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이를 적용한 3차원 디스플레이의 일 예를 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이(10)를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다시점 광학모듈을 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 다시점 광학모듈을 다른 각도에서 보여주는 도면이다. 도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 투사 렌즈 어레이(220)를 나타내는 도면이다. 도 6는 도 5에 도시된 투사 렌즈 어레이(220)를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 2 및 도 3에 도시된 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이(10)의 각 시점 간의 각도를 나타내는 도면이다.

본 실시예의 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이(10)(이하, 3차원 디스플레이(10))는 반구 크기의 넒은 시야각을 가지는 다시점 방식의 3차원 디스플레이(10)를 제공한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 3차원 디스플레이(10)는 볼 렌즈(100) 및 다시점 광학모듈(200)들을 포함한다. 다시점 광학모듈(200)들은 볼 렌즈(100)의 표면의 절반, 즉 반구 영역에 대응하여 곡면 형태로 배열될 수 있다. 다시점 광학모듈(200)들의 이러한 배열과 각 다시점 광학모듈(200)의 후술될 특수한 구성에 의해 반구 크기의 넓은 시야각을 제공할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 기존의 다수의 광학계 대신 다시점 광학모듈(200)들을 적용하되, 하나의 다시점 광학모듈(200)은 2차원 곡면으로 배열된 시점들을 형성하고, 여러 개의 다시점 광학모듈(200)을 반구면에 정렬하여 전방향 시차(full parallax)를 제공할 수 있다.

다시점 광학모듈(200)은 볼 렌즈(100)를 마주하도록 배치되는 단일 평판 SLM(Spatial Light Modulator)(210) 및 볼 렌즈(100)와 단일 평판 SLM(210)의 사이에 배치되어 단일 평판 SLM(210)이 제공하는 다시점 3차원 컨텐츠 정보가 볼 렌즈 내에 결상되도록 하는 투사 렌즈 어레이(220)를 포함할 수 있다. 투사 렌즈 어레이(220)는 다수의 투사 렌즈(221)들을 포함할 수 있다. 투사 렌즈(221)들은 볼 렌즈(100)의 중심을 기준으로 수평방향으로 서로 제1 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되고, 수직방향으로 서로 제2 각도를 이루도록 곡면형으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 다시점 광학모듈(200)은 볼 렌즈(100)에 3차원 컨텐츠를 결상시키되, 수평시차 및 수직시차를 모두 제공함으로써 전방향 시차를 제공할 수 있다.

이와 같은 반구면에 배열된 다시점 광학모듈(200)들은 볼 렌즈(100)의 구면 수차와 구면 대칭성을 활용하여 볼 렌즈(100) 내부에 전방향 다시점 컨텐츠를 결상하기 위한 밀집화된 렌즈 배열 광학 구조물을 제공한다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 볼 렌즈(100)의 구면 수차를 보정하기 위하여 평판 SLM(210)에서 볼 렌즈(100)로 빛이 향할 때 투사 렌즈(221)(예: 아크로매틱(achromatic) 렌즈)를 통과하도록 배치되어 있다. 평판 SLM(210)이 가지는 해상도를 분할하여 여러 개의 시점이 재생될 수 있다. 본 실시예에서는 총 19개의 연속적인 시점이 재생된다. 평판 SLM(210)으로부터의 각 시점에 대응되는 투사 렌즈(221)를 통과하여 구면 수차가 보정된 광이 볼 렌즈(100)에 결상될 수 있다. 즉, 각 시점마다 보정을 하기 위해서 시점의 수와 동일한 19개의 투사 렌즈(221)들이 사용되었다. 여기서, 투사 렌즈(221)의 개수는 평판 SLM(210)의 해상도 또는 재생될 수 있는 시점의 개수에 대응하여 변경될 수 있다.

도 3, 도 5 및 도 7을 참조하면, 투사 렌즈(221)들은 투사 렌즈(221)는 볼 렌즈(100) 중심을 기준으로 같은 거리에서 서로 일정한 각도를 이루며 배열되어 있다. 일 예로, 각각의 투사 렌즈(221)는 볼 렌즈(100) 중심을 기준으로 같은 거리에서 4.9도의 각도를 이루며 배치되어 있다. 본 실시예에서 19개의 투사 렌즈(221)들은 6개가 배치되는 1행,3행과 7개가 배치되는 2행으로 배열되어 있다. 투사 렌즈 어레이(220)는 19개의 투사 렌즈(221)들이 와 같이 배열되어 곡면형 어레이를 이룬다. 4.9도의 각도는 이러한 행방향으로의 곡면을 이루며 볼 렌즈(100)의 중심을 기준으로 투사 렌즈(221)들 간의 각도를 의미한다. 물론 행에 수직한 열방향으로도 투사 렌즈(221)들은 볼 렌즈(100)의 중심을 기준으로 서로 소정의 각도를 이루도록 배열되어 있다. 본 실시예에서 투사 렌즈 어레이(220)의 각 투사 렌즈(221)의 각 시점 간의 각도는 4.9도이며, 관찰자는 볼 렌즈(100)를 통하여 총 수평으로(행방향) 29.4도 수직으로(열방향)는 9.8도 범위에서 수평시차와 수직시차를 모두 가지는 다시점 컨텐츠를 시청할 수 있다.

본 실시예와 같은 다시점 광학모듈(200)의 평판 SLM(210)을 사용하여도 볼 렌즈(100)의 구면 대칭성을 이용할 수 있고, 시스템의 시점 개수와 관계없이 단일 SLM을 적용할 수 있도록 설계되어 있다. 다시점 광학모듈(200)의 투사 렌즈(221)의 배열은 반구면을 따른 곡면 배열이지만, 평판 구조의 평판 SLM(210)을 사용할 수 있도록 하였다. 또한, 단일 SLM을 통해 컨텐츠를 재생할 수 있어서 시점이 증가하여도 SLM의 배치가 추가될 필요가 없으므로, 기존 방식에 비해 체적이 크게 증가하는 문제가 방지된다.

도 8은 도 3에 도시된 다시점 광학모듈의 렌즈어레이 홀더(230)를 보여주는 도면이다.

본 실시예의 다시점 광학렌즈는 볼 렌즈(100)의 구면 대칭성을 온전히 활용하기 위해서는 수평 시차뿐만 아니라 수직 시차까지 함께 구현할 수 있다. 이를 위해, 전술된 바와 같이, 다수의 투사 렌즈(221)를 곡면배열로 구성하는 것에 더하여 각 투사 렌즈(221)의 형상을 특수하게 가공하여 렌즈 밀집도를 증가시킨다. 즉, 예를 들어, 투사 렌즈(221)로서 아크로매틱 렌즈를 제안된 각도로 유지하면서 아크로매틱 렌즈들을 이차원 곡면으로 배열하려면, 즉 전술된 반구면을 따르는 곡면형으로 배열하려면 배열의 밀집도를 더 증가시키는 것이 바람직하다. 이를 위해, 식각 공정을 통해 투사 렌즈(221)를 육각형으로 형성함으로써 렌즈 간의 간격을 더욱 좁힌 구조로 배열할 수 있다.

다시점 광학모듈(200)은 시점 간의 크로스톡을 방지하기 위해서 렌즈 어레이 홀더를 더 포함할 수 있다. 렌즈 어레이 홀더는 각 투사 렌즈(221)가 삽입되는 경통(231) 어레이 형태를 가질 수 있다. 각 경통(231)의 단면이 육각형 벌집 형태를 가져서 육각형 투사 렌즈(221)들이 각각 삽입될 수 있다.

도 3, 도 4 및 도 8을 참조하면, 각 경통(231)의 상단 입구 내에 각 투사 렌즈(221)가 삽입되고 투사 렌즈(221)로부터 평판 SLM(210)까지는 경통(231)에 의해 광이 가이드될 수 있다. 도 4에는 도시의 편의상 렌즈어레이 홀더(230)의 도시는 생략되어 있다. 단일 평면 SLM으로부터의 3D 컨텐츠 정보는 렌즈 어레이에 의해 전달된다. 경통(231) 구조를 가지는 렌즈 어레이 홀더에 의해 각각의 개별 이미지는 계획되지 않은 렌즈를 침범하지 않게 된다. 단일 평면 SLM으로부터의 각 광선은 볼 렌즈(100)의 반대쪽에 복수의 이미지 뷰를 만든다. 이에 따라 투사 렌즈 어레이(220)가 19개의 투사 렌즈(221)를 포함하고 이에 대응하여 하나의 평판 SLM(210)이 배치되는 구조에서 발생할 수 있는 크로스톡 문제를 해소할 수 있다.

도 9는 도 2에 도시된 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이(10)의 광학메커니즘의 설명하기 위한 도면이다. 도 10는 도 2 및 도 9에 도시된 다시점 광학모듈(200)의 다시점 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 다시점 광학모듈(200)과 볼 렌즈(100)에 의해 관찰자에게 제공되는 시차가 예시되어 있다. 도 10을 참조하면, 필드 곡률을 최소화하기 위한 두 개의 다시점 광학모듈(200)에 대한 광학 시뮬레이션을 나타나 있다. 전술한 바와 같이, 다시점 광학모듈(200)은 전술한 바와 같이 평판 SLM(210) 및 투사 렌즈 어레이(220)를 포함하며, 바람직하게는 렌즈어레이 홀더(230)를 더 포함한다. 다시점 광학모듈(200)의 투사 렌즈 어레이(220)는 투사 렌즈(221)들의 어레이를 이루고 평판 SLM(210)과 함께 다시점을 제공할 수 있다.

3차원(3D) 영상을 만들기 위한 요소로는 양안 시차, 운동 시차, 수렴(accommodation)이 있다. 이 중 가장 중요한 요인은 양안 시차이다. 양쪽 눈에 서로 다른 시점의 영상을 제공함으로써 디스플레이는 양안 시차를 제공하고 관찰자는 3D 콘텐츠를 인지할 수 있다. 볼 렌즈(100) 내에 떠 있는 이미지는 관찰자에게 특별한 경험을 제공한다. 볼 렌즈(100) 내부에 3D 이미지가 형성되면 관찰자는 볼 렌즈(100)의 내부에 물체가 존재하는 것처럼 느낄 수 있다.

전술한 바와 같이, 기존에는 일련의 수평 시차만 제공한다. 따라서 시점이 시야에서 벗어나면 이미지를 관찰할 수 없다. 반면에 본 실시예의 3차원 디스플레이(10)는 전술한 바와 같이 전방향 시차를 제공할 수 있어서 전방향에서 볼 렌즈(100) 내에 결상된 3D 콘텐츠를 볼 수 있다.

도 11은 도 2, 도 3, 도 9 및 도 10에 도시된 다시점 광학모듈(200)의 투사 렌즈(221) 하나에 대해 광학적 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.

도 11에는 단일 평판 SLM(210)로부터의 광이 하나의 투사 렌즈(221)를 통해 볼 렌즈(100)를 통해 이미지가 결상되는 것을 나타내는 도면이다. 도 11에서, 각 파라미터들 사이의 관계는 다음의 수학식 1, 수학식 2로 표현될 수 있다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기에서, 볼 렌즈(100)의 지름 (r), 볼 렌즈(100)의 굴절률 (n), 볼 렌즈(100) 중심에서 시점까지의 거리 (v), 볼 렌즈(100) 중심에서 투사광학계(다시점 광학모듈(200))까지의 거리 (l), 투사 렌즈(221)의 지름 (k), SLM에서 투사 렌즈(221)까지 거리 (d), 투사 렌즈(221)의 초점거리 (f), SLM에서 생성하는 기초영상의 크기 (a), 디스플레이가 생성하는 시점 크기 (b)이다.

관찰자가 유리구를 볼 때 유리구는 대칭 구면을 가지고 있기 때문에 모든 방향에서 렌즈(볼 렌즈(100))로 작동한다. 그러나 볼 렌즈(100)에는 왜곡이 있다. 그 중 구면수차는 왜곡된 이미지를 유발한다. 따라서 현실 세계의 빛이 볼 렌즈(100)에 집중될 때 관찰자에게 왜곡되지 않은 3D 콘텐츠를 제공하기 위해서는 보상을 해야한다. 즉, SLM에서 전송된 이미지 정보는 관찰자가 광학 요소 없이 단일 볼 렌즈(100)로 이미지를 관찰하는 경우 왜곡되므로 왜곡을 보상하기 위해 추가적인 광학 소자가 필요하다. 본 실시예에서는 전술한 바와 같이, 다시점 광학모듈(200)이 구비되어 왜곡을 보상하여 3D 컨텐츠를 볼 렌즈(100) 내에 결상한다. 예를 들어, 상기 수학식 1 및 수학식 2의 각 파라미터들 간의 관계를 이용하여 투사 렌즈(221) 등의 설계 파라미터를 도출할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이(10)를 적용한 3차원 디스플레이의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 12에 도시된 3D 볼 렌즈(100) 디스플레이는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 디스플레이(10)가 적용된 실제 구현제품이다. 시야 방향은 지면에서 60도로 설정될 수 있다. 시스템의 높이를 줄이기 위해 접이식 거울이 추가되어 있다. SLM의 이미지는 왜곡 없이 창을 통해 관찰된다. 본 실시예의 평판 SLM(210)과 투사 렌즈 어레이(220)로 구성된 다시점 광학모듈(200)에 의해 다중 뷰 시스템이 구현된 예이다. 시청 환경을 개선하기 위해 렌즈를 추가하여 뷰 수를 늘릴 수 있고, 평판 SLM(210)을 사용하여 시청 뷰의 간격 각도를 줄일 수 있다. 또한 각 투사 렌즈(221)는 육각형 모양의 조리개(즉, 경통(231))를 사용하여 뷰 사이의 간격을 줄이고, 그 결과 관찰 각도에 따라 시차가 잘 발생한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 하나의 다시점 광학모듈(200)이 곡면으로 배열된 다시점을 제공하므로 필요한 다시점 광학모듈(200)의 개수가 많지 않아 시스템의 구조가 단순하게 되는 데에 유리하다. 또한, 다시점 광학모듈(200)을 정렬하여 반구 크기의 넓은 시야각을 가지는 다시점 방식의 3차원 디스플레이(10)를 제공할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이
100 : 볼 렌즈
200 : 다시점 광학모듈
210 : 평판 SLM
220 : 투사 렌즈 어레이
221 : 투사 렌즈
230 : 렌즈어레이 홀더
231 : 경통

Claims (8)

1. 볼 렌즈를 이용하는 3차원 디스플레이에 사용되는 다시점 광학모듈에 있어서,
   볼 렌즈를 마주하도록 배치되는 단일 평판 SLM(Spatial Light Modulator); 및
   볼 렌즈와 상기 단일 평판 SLM의 사이에 배치되어 상기 단일 평판 SLM이 제공하는 다시점 3차원 컨텐츠 정보가 상기 볼 렌즈 내에 결상되도록 하는 투사 렌즈 어레이로서, 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 수평방향으로 서로 제1 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되고, 수직방향으로 서로 제2 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되는 투사 렌즈들을 포함하여, 수평시차 및 수직시차를 모두 제공함으로써 전방향 시차(parallax)를 제공하는, 투사 렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단일 평판 SLM과 상기 투사 렌즈 어레의 사이에 개재되는 렌즈어레이 홀더;를 더 포함하며,
   상기 렌즈어레이 홀더는 상기 각 투사 렌즈가 삽입되는 상단과 상기 단일 평판 SLM에 마주하는 하단을 가지는 경통이 복수개가 밀집된 벌집구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 각 투사 렌즈는 외곽이 육각형 형상을 가지고,
   상기 경통의 단면은 상기 투사 렌즈의 외곽에 상응하게 육각형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 투사 렌즈 어레이의 상기 투사 렌즈들은, 수평방향으로 곡면상으로 제1행에 6개, 제2행에 7개 및 제3행에 6개로, 총 19개가 배열되며, 상기 육각형 형상으로 배열 밀집도를 증가시킨 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 투사 렌즈는 아크로매틱 렌즈인 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈.
   
6. 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이에 있어서,
   볼 렌즈;
   상기 볼 렌즈의 반구면을 따라 배열되어 상기 볼 렌즈 내에 3차원 컨텐츠를 결상시키는 복수의 다시점 광학모듈;을 포함하며,
   각 다시점 광학모듈은,
   상기 볼 렌즈를 마주하도록 배치되는 단일 평판 SLM(Spatial Light Modulator); 및
   상기 볼 렌즈와 상기 단일 평판 SLM의 사이에 배치되어 상기 단일 평판 SLM이 제공하는 다시점 3차원 컨텐츠 정보가 상기 볼 렌즈 내에 상기 3차원 컨텐츠로 결상되도록 하는 투사 렌즈 어레이로서, 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 수평방향으로 서로 제1 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되고, 수직방향으로 서로 제2 각도를 이루도록 곡면형으로 배치되는 투사 렌즈들을 포함하여, 수평시차 및 수직시차를 모두 제공함으로써 전방향 시차를 제공하는, 투사 렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 단일 평판 SLM과 상기 투사 렌즈 어레의 사이에 개재되는 렌즈어레이 홀더;를 더 포함하며,
   상기 렌즈어레이 홀더는 상기 각 투사 렌즈가 삽입되는 상단과 상기 단일 평판 SLM에 마주하는 하단을 가지는 경통이 복수개가 밀집된 벌집구조를 가지고,
   상기 각 투사 렌즈는 외곽이 육각형 형상을 가지고, 상기 경통의 단면은 상기 투사 렌즈의 외곽에 상응하게 육각형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 투사 렌즈 어레이의 상기 투사 렌즈들은, 수평방향으로 곡면상으로 제1행에 6개, 제2행에 7개 및 제3행에 6개로, 총 19개가 배열되며,
   상기 수평방향으로 상기 투사 렌즈들은 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 서로 4.9도의 각도를 이루어 총 29.4도를 이루도록 배치되고,
   상기 수직방향으로 상기 투사 렌즈들은 상기 볼 렌즈의 중심을 기준으로 서로 소정의 각도를 이루도록 배치되어 총 9.8도의 각도를 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 다시점 광학모듈을 이용한 반구 시야각을 가지는 3차원 디스플레이.
   

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