WO2017094929A1 - 시간 다중화를 통해 방향 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템 - Google Patents

시간 다중화를 통해 방향 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템 Download PDF

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WO2017094929A1
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lens
mirror
screen
image
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PCT/KR2015/012983
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홍지수
김영민
강훈종
홍성희
신춘성
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전자부품연구원
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    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/10—Shape or geometry
    • G03H2225/13—3D SLM

Definitions

  • the present invention relates to a display system, and more particularly to a light field three-dimensional display system having a direction parallax.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating projection of a two-dimensional image using a projector.
  • a projection of a general two-dimensional image as shown in FIG. 1 by using a general rear projection screen 20 that scatters light incident from one projector 10 in all directions, information scattered at each pixel is the same according to an observation angle. Therefore, lightfield data cannot be represented.
  • FIG. 2 is a top view of a lightfield display system using a plurality of projection optical systems.
  • the system utilizes an anisotropic screen 25 that completely scatters light only in the vertical direction as shown and scatters light only at very narrow angles in the horizontal direction.
  • the apertures of the plurality of projectors 11 to 17 are lined up in a horizontal direction so that the light passing through one pixel on the screen is different depending on the angle.
  • the openings of the continuous projectors 11 to 17 should be closely closed as close as possible in the horizontal direction. I can't let go.
  • the openings (or the exit lenses) of the projectors 11 to 16 are formed by stacking the projectors 11 to 16 little by little. ) Can be placed in a line as close as possible when only the horizontal position is seen.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to time-multiplex image information in one spatial light modulator (SLM), thereby showing images with different directions.
  • SLM spatial light modulator
  • the present invention provides a light field three-dimensional display system.
  • a display system includes: an image generator for generating and outputting images; A rotating unit rotating the images emitted from the image generating unit; An optical system projecting the images rotated by the rotating unit to a predetermined area of the screen; And a controller configured to control an image generated by the image generating unit according to the rotation state of the rotating unit.
  • the images may be images having different direction parallaxes.
  • the rotating unit may include: a first mirror reflecting the images emitted from the image generating unit to change an optical axis at a right angle; A second mirror spaced apart from the first mirror by a radius of rotation and reflecting the images reflected by the first mirror to change an optical axis at a right angle; A first lens transferring the images reflected from the second mirror to the optical system; And a motor for rotating the first mirror, the second mirror, and the first lens with a rotation axis of the axis passing through the center of the first mirror.
  • the first lens may be a lens having a focal length f
  • the optical system may be a second lens having a focal length F and a distance from the first lens f + F.
  • the screen, the distance to the first lens may be F.
  • the screen may be an anisotropic screen that scatters light at a limited angle in a first direction and scatters light at all angles in a second direction.
  • the first direction may be a horizontal direction with respect to the observer
  • the second direction may be a vertical direction with respect to the observer
  • the display method generating and emitting images; Rotating the emitted images; Projecting the rotated images onto a predetermined area of the screen; And controlling the generated image according to the rotation state.
  • 1 is a view showing a projection of a two-dimensional image using a projector
  • FIG. 2 is a view showing a lightfield display system using a plurality of projection optical systems
  • 3 is a view showing the relationship between the vertical position of the projector and the image shown;
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a projector alignment method of a lightfield three-dimensional display using a plurality of projectors
  • FIG. 5 illustrates a lightfield three-dimensional display system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a view showing the positional relationship of the openings in accordance with the rotation of the display system shown in FIG.
  • FIG. 7 is a view for explaining the lightfield information reproduced at the nth opening position by the lightfield three-dimensional display system shown in FIG. 5;
  • FIG. 8 is a flowchart provided to explain a process for driving the lightfield three-dimensional display system shown in FIG. 5, and
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a lightfield three-dimensional display system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a top view of a lightfield three-dimensional display system according to an embodiment of the present invention.
  • the lightfield three-dimensional display system generates / displays a three-dimensional image having horizontal parallax using a spatial light modulator (SLM) and a time multiplexing technique. do.
  • SLM spatial light modulator
  • the size of the lightfield 3D display system can be drastically reduced, low cost, and much higher design freedom.
  • the lightfield 3D display system includes a spatial light modulator 110, two mirrors 120 and 130, and a lens 140 having a focal length f. It comprises a rotating unit 150, a lens 160 of the focal length F and an anisotropic screen 170.
  • the optical axis is the z axis
  • the horizontal direction is the x axis
  • the vertical direction is the y axis from the observer's point of view.
  • Parallel light on the left side of the spatial light modulator 110 is incident as a light source, and parallel light on which the image information of the spatial light modulator 110 is carried proceeds to the right side, and two mirrors 120 and 130 and a lens having a focal length f ( It enters into the rotating part 150 consisting of 140.
  • This parallel light then passes through the lens 140 at the focal length f and then enters the lens 160 at the focal length F.
  • the distance between the two lenses 140 and 160 at f + F FIG. As shown in Fig. 5, after passing through the lens 160 at the focal length F, the light becomes parallel light.
  • the light passing through the lens 140 at the focal length f is projected onto the lens 160 at the focal length F by enlarging the lens opening at a ratio of F / f, so that the lens 160 at the focal length F is rotated. It must have an opening large enough to cover the rotation radius r of the center of the lens 140 at the focal length f by 150 and the enlarged lens aperture.
  • the rotating unit 150 rotates about the optical axis and positions the anisotropic screen 170 at a point away from the lens 160 of the focal length F by passing the lens 160 of the focal length F.
  • the center of the parallel light is positioned at the center of the anisotropic screen 170.
  • anisotropic screen 170 scatters light at a limited angle only in the x direction, and scatters light in the y direction like a general rear projection screen.
  • the rotation radius of the center of the lens 140 at the focal length f is r, and when the (x, y) coordinate of the center of the lens 140 is located at (r, 0), it is set as the starting point of rotation. . Then, the rotating unit 150 rotates in the counterclockwise direction, and the spatial light modulator 110 displays an image having a corresponding viewpoint for a very short moment (ideally, infinitesimal time) at a constant rotation angle ⁇ .
  • the opening of the lens 140 at the focal length f is located at a predetermined angle ⁇ along the rotation radius by time multiplexing.
  • the lightfield reproduction performance of the system is determined by the horizontal positional relationship of the openings obtained by projecting the positions of the openings on the x-axis as shown in FIG. do.
  • a system in which a plurality of openings are horizontally arranged similarly to a system using a plurality of projectors of FIG. 2 may be implemented by applying a time multiplexing technique to the display system of FIG. 5.
  • Fig. 7 shows which lightfields are to be reproduced when the opening is in the nth position.
  • the nth opening is located at (r * cos (n ⁇ ), r * sin (n ⁇ )) on the xy plane, where the propagation direction of the lights on the xz plane as shown in FIG. ) Results in parallel light having an angle of -tan -1 [(r * cos (n ⁇ )) / F] with respect to the x-axis, and thus to the viewer the [(F / f) S on the anisotropic screen 170 In the region of x and (F / f) S y ], an orthographic view of -tan -1 [(r * cos (n ⁇ )) / F] is shown.
  • the timing is displayed in the spatial light modulator 110 at an appropriate timing, and if the rotation speed of the opening is higher than the frame rate of the normal display, parallax in the horizontal direction is caused by the afterimage effect.
  • the lightfield-based three-dimensional image having a can be shown.
  • FIG. 8 is a flowchart provided to explain a process for driving the lightfield three-dimensional display system shown in FIG. 5.
  • the motor is provided in the rotating unit 150 to start rotation (S210), and the spatial light modulator 110 and the shutter are operated (S220).
  • the shutter serves to show an image only as short as possible when the opening reaches the nth position, and may actually attach a physical shutter on the optical path, and drive a high speed such as a digital micromirror device (DMD).
  • a digital micromirror device DMD
  • an effect of shuttering may be obtained by adjusting a duration time at which an image is displayed.
  • the motor also rotates and sends a sync signal each time the position of each nth opening is reached.
  • the n 0th orthographic view image is displayed at a short moment through shuttering (S230), the shutter is closed (S240), and the next orthographic view image is prepared (S250).
  • the standby and program end signals are monitored until the motor reaches the position of the next opening and sends a synchronization signal (S260, S270). Thereafter, when the motor synchronizing signal is input (S260-Y), the shutter is opened again (S220) to display the corresponding orthographic view image (S230).
  • the nth orthographic view image is sequentially shown in accordance with the motor rotation until the program end signal is input.
  • 9 illustrates a three-dimensional display system that can be actually implemented using the principles described with reference to FIGS. 5 through 7 and the driving process described with reference to FIG. 8.
  • 9 is a diagram illustrating a lightfield three-dimensional display system according to another embodiment of the present invention.
  • the parallel light emitted from the light source is incident to the spatial light modulator 110 through the beam splitter 181, and the image emitted from the light modulator 110 passes through the beam splitter 181.
  • the light is reflected by the mirror 182 and is incident on a rotating body including two mirrors 120 and 130 and a lens 140 having a focal length f.
  • the spatial light modulator 110 may be replaced by another type of image generating means as a means for generating images having different horizontal parallax.
  • the rotating body In order to rotate the incident image from the spatial light modulator 110, the rotating body is fastened to the hollow motor 155 and rotated.
  • Hollow motor 155 may be disposed so that the axis of rotation is perpendicular to the ground for stability during rotation. In this case, the optical axis passing through the rotating body is also perpendicular to the ground.
  • the screen shown by the anisotropic screen 170 places the mirror 183 at the front end of the lens 160 at the focal length F to fold the optical axis of the light emitted from the rotating body in the horizontal direction so as to be perpendicular to the ground. Let's do it.
  • the lens 160 having a focal length F is an optical system for projecting images emitted from the rotating body to an image region of the anisotropic screen 170.
  • An anisotropic screen 170 is then placed at the distance of F from lens 160 at focal length F, which completely scatters in the vertical direction and scatters only at a very small angle in the horizontal direction.
  • the controller 190 controls the image generated / emitted by the spatial light modulator 110 according to the rotation state of the rotating body.
  • the horizontal parallax is merely a limitation for convenience of description.
  • the technical concept of the present invention may be applied to a lightfield three-dimensional display system having a vertical parallax rather than a horizontal parallax.

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Abstract

시간 다중화를 통해 방향 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 시스템은, 영상들을 생성하여 출사하고, 출사되는 영상들을 회전시켜 스크린의 정해진 영역으로 투사하되, 회전 상태에 따라 생성되는 영상을 제어한다. 이에 의해, 하나의 영상 생성 수단에서의 영상정보를 시간 다중화하여 수평 또는 수직 방향의 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템 구현이 가능하여, 시스템 크기를 획기적으로 줄이고, 저비용으로 구현이 가능하며, 설계상의 자유도를 높일 수 있게 된다.

Description

시간 다중화를 통해 방향 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템
본 발명은 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방향 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
도 1은 프로젝터를 이용한 2차원 영상의 프로젝션을 나타낸 도면이다. 도 1과 같이 일반적인 2차원 영상의 프로젝션의 경우에는 한 개의 프로젝터(10)로부터 입사된 빛을 사방으로 산란시키는 일반적인 후면 투사 스크린(20)을 사용함으로써 각 픽셀에서 산란되는 정보가 관찰 각도에 따라 동일하기 때문에 라이트필드 데이터를 표현할 수 없다.
라이트필드 3차원 디스플레이를 구현하기 위해서는 2차원 영상이 아닌 4차원 라이트필드 데이터를 디스플레이해 줄 수 있어야 하고, 이 때 4차원으로 늘어난 요구 정보량을 맞춰주기 위해서 다수의 프로젝터들을 사용하여야 한다.
도 2는 다수의 투사 광학계를 이용한 라이트필드 디스플레이 시스템의 top view 이다. 이 시스템은 도시된 바와 같이 수직 방향으로만 빛을 완전 산란시키고 수평 방향으로는 매우 좁은 각도로만 빛을 산란시키는 비등방성 스크린(25)을 이용한다.
그리고, 비등방성 스크린(25)의 뒤에서 다수의 프로젝터들(11~17)의 개구(aperture)들을 수평 방향으로 일렬로 늘어놓아 스크린상의 하나의 픽셀을 지나는 빛이 각도에 따라 서로 다른 프로젝터들(11~17)에서 투사된 빔에 의해 기여되도록 함으로써 수평 방향 별로 다른 정보를 제공할 수 있게 되고, 결과적으로 수평 방향 시차를 갖는 라이트필드 데이터를 표현할 수 있도록 할 수 있다.
하지만, 도 2와 같은 구성을 구현하기 위해서는, 연속한 프로젝터들(11~17)의 개구들이 수평 방향으로 최대한 가까이 밀착되어야 하는데, 실제 프로젝터의 개구는 프로젝터의 몸체보다 매우 작기 때문에 현실적으로 좌우로 나란히 붙여놓을 수가 없다.
따라서, 수직 방향으로만 완전히 산란을 시키는 비등방성 스크린(25)을 사용하는 시스템에서는 키스톤 조정이나 렌즈 쉬프트 등을 이용하여 비등방성 스크린(25) 상의 동일 영역에 영상을 투영할 수 있다면, 이상적으로 도 3과 같이 관찰자의 입장에서 프로젝터(11~13)의 수직 방향 위치는 보여지는 영상에 영향을 미치지 못한다.
이에, 다수의 프로젝터들을 이용한 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템은, 도 4와 같이 프로젝터들(11~16)을 약간씩 어긋나게 층층이 쌓는 방식을 사용하여, 프로젝터들(11~16)의 개구(혹은 출사렌즈)가 수평적 위치만 볼 때 최대한 밀착하여 일렬로 놓여질 수 있도록 구현하고 있다.
하지만, 이와 같이 다수의 프로젝터들(11~16)을 사용하는 시스템의 경우, 다수의 프로젝터들(11~16)을 사용함에 따라 전체적인 시스템의 크기가 매우 커지고, 프로젝터 사양에 따라 렌즈 쉬프트나 키스톤 조정에 한계가 있는 등 설계상 여러 가지 어려움들이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 하나의 공간 광변조기(Spatial Light Modulator : SLM)에서의 영상정보를 시간 다중화하여, 방향이 서로 다른 영상을 보여줄 수 있는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 시스템은, 영상들을 생성하여 출사하는 영상 생성부; 상기 영상 생성부에서 출사되는 영상들을 회전시키는 회전부; 상기 회전부에 의해 회전되는 영상들을 스크린의 정해진 영역으로 투사하는 광학계; 및 상기 회전부의 회전 상태에 따라 상기 영상 생성부에서 생성되는 영상을 제어하는 제어부;를 포함한다.
그리고, 상기 영상들은 각기 다른 방향 시차를 갖는 영상들일 수 있다.
또한, 상기 회전부는, 상기 영상 생성부에서 출사되는 영상들을 반사하여 광축을 직각으로 변경시키는 제1 거울; 상기 제1 거울과 회전 반경 만큼 이격되어 있으며, 상기 제1 거울에서 반사된 영상들을 반사하여 광축을 직각으로 변경시키는 제2 거울; 상기 제2 거울에서 반사된 영상들을 상기 광학계로 전달하는 제1 렌즈; 및 상기 제1 거울의 중심을 관통하는 축을 회전축으로, 상기 제1 거울, 상기 제2 거울 및 상기 제1 렌즈를 회전시키는 모터;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 렌즈는, 초점거리가 f인 렌즈이고, 상기 광학계는, 초점거리가 F이고, 상기 제1 렌즈와의 거리가 f+F 인 제2 렌즈일 수 있다.
또한, 상기 스크린은, 상기 제1 렌즈와의 거리가 F일 수 있다.
그리고, 상기 스크린은, 제1 방향으로는 제한된 각도로 빛을 산란시키고, 제2 방향으로는 모든 각도로 빛을 산란시키는 비등방성 스크린일 수 있다.
또한, 상기 제1 방향은, 관찰자를 기준으로 수평 방향이고, 상기 제2 방향은, 상기 관찰자를 기준으로 수직 방향일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 디스플레이 방법은, 영상들을 생성하여 출사하는 단계; 출사되는 영상들을 회전시키는 단계; 회전되는 영상들을 스크린의 정해진 영역으로 투사하는 단계; 및 회전 상태에 따라 생성되는 영상을 제어하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 공간 광변조기에서의 영상정보를 시간 다중화하여 수평 또는 수직 방향의 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템 구현이 가능하여, 시스템 크기를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 저비용으로 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템을 구현할 수 있고, 설계상의 자유도를 높일 수 있게 된다.
도 1은 프로젝터를 이용한 2차원 영상의 프로젝션을 나타낸 도면,
도 2는 다수의 투사 광학계를 이용한 라이트필드 디스플레이 시스템을 나타낸 도면,
도 3은 프로젝터의 수직 방향 위치와 보여지는 영상의 관계를 나타낸 도면,
도 4는 다수의 프로젝터들을 사용한 라이트필드 3차원 디스플레이의 프로젝터 정렬 방법을 예시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템을 도시한 도면,
도 6은, 도 5에 도시된 디스플레이 시스템의 회전에 따른 개구의 위치 관계를 나타낸 도면,
도 7은, 도 5에 도시된 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템에 의해 n번째 개구 위치에 재생되는 라이트필드 정보의 설명에 제공되는 도면,
도 8은, 도 5에 도시된 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템을 구동하기 위한 과정의 설명에 제공되는 흐름도, 그리고,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템을 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템의 top view 이다.
본 발명의 실시예에 따른 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템은, 하나의 공간 광변조기(Spatial Light Modulator : SLM)와 시간 다중화(Time Multiplexing) 기법을 이용하여 수평 방향 시차를 갖는 3차원 영상을 생성/표시한다.
하나의 공간 광변조기(110) 만을 이용하므로, 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템 크기를 획기적으로 줄이고, 저비용이며, 설계상 자유도를 훨씬 높일 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(110), 두 개의 거울(120, 130)과 초점거리 f의 렌즈(140)를 포함하는 회전부(150), 초점거리 F의 렌즈(160) 및 비등방성 스크린(170)을 포함하여 구성된다.
도 5에서, 광축은 z축이고, 관찰자 입장에서 수평 방향은 x축, 수직 방향은 y축이다. 좌측의 공간 광변조기(110)에 평행광을 광원으로 입사시켜 공간 광변조기(110)의 영상 정보가 실린 평행광이 우측으로 진행하며, 두 개의 거울(120, 130)과 초점거리 f의 렌즈(140)로 이루어진 회전부(150)로 입사한다.
회전부(150)에서는 두 개의 거울(120, 130)이 각각 광축과 45도를 이루도록 배치되어 있기 때문에, 두 개의 거울(120, 130)에 의한 반사 이후에 다시 평행광이 광축 방향으로 진행하게 된다.
이 평행광은 이후 초점거리 f의 렌즈(140)를 통과한 후, 초점거리 F의 렌즈(160)로 입사되는데, 이 두 개의 렌즈(140, 160) 사이의 거리를 f+F로 함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 초점거리 F의 렌즈(160)를 통과한 후에 평행광이 된다.
이 때, 초점거리 f의 렌즈(140)를 통과한 광은 F/f의 비율로 렌즈 개구를 확대시켜 초점거리 F의 렌즈(160)에 투사되게 되므로, 초점거리 F의 렌즈(160)는 회전부(150)에 의한 초점거리 f의 렌즈(140)의 중심의 회전 반경 r 및 확대된 렌즈 구경을 커버할 만큼 큰 개구를 가져야 한다.
공간 광변조기(110)의 영상 크기가 (Sx,Sy) 라면 비등방성 스크린(170)에서 영상 영역의 크기는 [(F/f)Sx, (F/f)Sy]가 된다. 그리고, 회전부(150)는 광축을 중심으로 회전하고, 비등방성 스크린(170)을 초점거리 F의 렌즈(160)로부터 거리 F 만큼 떨어진 지점에 위치시켜, 초점거리 F의 렌즈(160)를 통과한 평행광의 중심이 비등방성 스크린(170)의 중심에 위치하도록 한다.
또한, 비등방성 스크린(170)은 x방향으로만 제한된 각도로 빛을 산란시키고, y방향으로는 일반적인 후면투사 스크린과 같이 빛을 산란시킨다.
한편, 초점거리 f의 렌즈(140)의 중심의 회전 반경을 r이라 하고, 렌즈(140)의 중심의 (x,y) 좌표가 (r,0)에 위치했을 때를 회전의 시작점으로 설정한다. 그리고, 회전부(150)가 반시계 방향으로 회전하도록 하고, 일정한 회전각 Δθ 마다 매우 짧은 순간(이상적으로는, infinitesimal 시간) 동안 공간 광변조기(110)가 해당 시점을 갖는 영상을 표시하도록 한다.
회전부(150)의 회전 속도가 충분히 빠르다고 가정할 때, 시간 다중화에 의해 초점거리 f의 렌즈(140)의 개구가 회전 반경을 따라 일정 각도 Δθ마다 위치하고 있다고 볼 수 있다.
한편, 비등방성 스크린(170)으로 인해, 개구 간의 수직 위치는 중요하지 않으므로, 도 6과 같이 개구들의 위치를 x축 위에 투사시켜 얻어지는 개구들의 수평적 위치 관계에 의해서 시스템의 라이트필드 재생 성능이 결정된다.
따라서, 도 2의 다수의 프로젝터들을 이용한 시스템과 유사하게 수평적으로 다수의 개구들이 나열되어 있는 시스템을, 도 5에 도시된 디스플레이 시스템에 시간 다중화 기법을 적용하여 구현할 수 있는 것이다.
도 7은 개구가 n번째 위치에 있을 때, 어떠한 라이트필드를 재생하게 되는지 보여주고 있다. n번째 개구는 xy 평면 상에서 (r*cos(nΔθ), r*sin(nΔθ))에 위치하며, 이 때 도 7에 보여지는 것과 같이 광들의 xz 평면상의 진행 방향은 초점거리 F의 렌즈(160)에 의해 x축에 대해 -tan-1[(r*cos(nΔθ))/F]의 각도를 가지는 평행광이 되게 되고, 따라서 관찰자에게는 비등방성 스크린(170) 상의 [(F/f)Sx, (F/f)Sy]의 영역에서 -tan-1[(r*cos(nΔθ))/F] 방향의 orthographic view 영상을 보여주게 된다.
따라서, 개구가 n번째 위치에 도달할 때마다 타이밍을 맞추어 공간 광변조기(110)에 적절한 orthographic view 영상을 디스플레이하고, 개구의 회전 속도가 일반적인 디스플레이의 프레임 레이트 이상 된다면 잔상 효과에 의하여 수평 방향으로 시차를 갖는 라이트필드 기반 3차원 영상을 보여줄 수 있다.
도 8은, 도 5에 도시된 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템을 구동하기 위한 과정의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 회전부(150)에 마련된 모터를 동작시켜 회전을 시작하고(S210), 공간 광변조기(110)와 셔터를 동작시킨다(S220).
이 때, 셔터는 개구가 n번째 위치에 도달했을 때 최대한 짧은 순간만 영상을 보여주기 위한 역할을 하는 것으로 광경로상에 실제로 물리적인 셔터를 달아도 되고, DMD(Digital Micromirror Device) 등의 고속 구동이 가능한 공간 광변조기의 경우 영상이 표시되는 duration time을 조정하여 셔터링의 효과를 얻어도 된다.
또한, 모터는 회전하며 각 n번째 개구의 위치에 도달할 때마다 동기 신호를 보낸다.
모터 회전 시작과 함께 n=0 번째 orthographic view 영상을 셔터링을 통해 짧은 순간 보여주고(S230), 셔터를 폐쇄하며(S240), 다음 orthographic view 영상을 준비한다(S250).
그리고, 모터가 그 다음 개구의 위치에 도달하여 동기 신호를 보낼 때까지 대기 및 프로그램 종료 신호를 모니터링 한다(S260, S270). 이후, 모터 동기 신호가 입력되면(S260-Y), 다시 셔터를 개방하여(S220) 해당 orthographic view 영상을 디스플레이 한다(S230).
다음, 셔터를 폐쇄하고(S240), 다음 orthographic view 영상을 준비하고(S250), 다시 모터 동기 신호와 프로그램 종료 신호를 대기하게 된다(S260, S270).
이와 같이 프로그램 종료 신호가 들어오기 전까지 모터 회전에 맞추어 순차적으로 n번째 orthographic view 영상을 보여주게 되며, 프로그램 종료 신호가 들어올 경우(S270-Y), 모터 회전을 멈추며 디스플레이 장치를 종료하게 된다(S280).
도 5 내지 도 7을 통해 설명된 원리와 도 8에 설명된 구동 과정을 이용하여 실제로 구현할 수 있는 3차원 디스플레이 시스템을 도 9에 제시하였다. 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 광원으로부터 출사되는 평행광을 빔스플리터(181)를 통해 공간 광변조기(110)에 입사시키고, 광변조기(110)에서 출사되어 빔스플리터(181)를 통과한 영상을 거울(182)로 반사시켜, 두 개의 거울(120, 130)과 초점거리 f의 렌즈(140)로 구성한 회전체에 입사시킨다.
공간 광변조기(110)는 각기 다른 수평 시차를 갖는 영상들을 생성하기 위한 수단으로 다른 타입의 영상 생성 수단으로 대체될 수 있다.
공간 광변조기(110)로부터의 입사되는 영상을 회전시키기 위해 회전체는 중공 모터(155)에 체결되어 회전된다. 중공 모터(155)는 회전시 안정성을 위해 회전축이 지면과 수직 방향이 되도록 배치하는 것이 좋다. 이 경우, 회전체를 통과하는 광축 역시 지면과 수직하게 된다.
최종적으로 비등방성 스크린(170)에 의해 보여지는 화면은 지면과 수직하도록 회전체에서 출사한 광의 광축을 수평 방향으로 꺾어주기 위해 초점거리 F의 렌즈(160)의 앞 단에 거울(183)을 위치시킨다.
초점거리 F의 렌즈(160)는 회전체에서 출사되는 영상들을 비등방성 스크린(170)의 영상 영역으로 투사하기 위한 광학계이다.
이후, 초점거리 F의 렌즈(160)로부터 F의 거리에, 수직 방향으로는 완전히 산란하고 수평 방향으로는 매우 작은 각도로만 산란을 시키는 비등방성 스크린(170)을 배치한다.
컨트롤러(190)는 회전체의 회전 상태에 따라 공간 광변조기(110)에서 생성/출사되는 영상을 제어한다.
지금까지, 시간 다중화를 통해 수평 방향 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.
위 설명에서, 수평 방향 시차는 설명의 편의를 위한 한정에 불과하다. 수평 방향 시차가 아닌 수직 방향 시차를 갖는 라이트필드 3차원 디스플레이 시스템에 대해서도, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다.
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.

Claims (8)

  1. 영상들을 생성하여 출사하는 영상 생성부;
    상기 영상 생성부에서 출사되는 영상들을 회전시키는 회전부;
    상기 회전부에 의해 회전되는 영상들을 스크린의 정해진 영역으로 투사하는 광학계; 및
    상기 회전부의 회전 상태에 따라 상기 영상 생성부에서 생성되는 영상을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 영상들은 각기 다른 방향 시차를 갖는 영상들인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전부는,
    상기 영상 생성부에서 출사되는 영상들을 반사하여 광축을 직각으로 변경시키는 제1 거울;
    상기 제1 거울과 회전 반경 만큼 이격되어 있으며, 상기 제1 거울에서 반사된 영상들을 반사하여 광축을 직각으로 변경시키는 제2 거울;
    상기 제2 거울에서 반사된 영상들을 상기 광학계로 전달하는 제1 렌즈; 및
    상기 제1 거울의 중심을 관통하는 축을 회전축으로, 상기 제1 거울, 상기 제2 거울 및 상기 제1 렌즈를 회전시키는 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 렌즈는, 초점거리가 f인 렌즈이고,
    상기 광학계는, 초점거리가 F이고, 상기 제1 렌즈와의 거리가 f+F 인 제2 렌즈인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스크린은,
    상기 제1 렌즈와의 거리가 F인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스크린은,
    제1 방향으로는 제한된 각도로 빛을 산란시키고, 제2 방향으로는 모든 각도로 빛을 산란시키는 비등방성 스크린인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 방향은, 관찰자를 기준으로 수평 방향이고,
    상기 제2 방향은, 상기 관찰자를 기준으로 수직 방향인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  8. 영상들을 생성하여 출사하는 단계;
    출사되는 영상들을 회전시키는 단계;
    회전되는 영상들을 스크린의 정해진 영역으로 투사하는 단계; 및
    회전 상태에 따라 생성되는 영상을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 방법.
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