KR102002919B1 - Accommodative response distinction system in Stereoscopy - Google Patents
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Abstract
이 발명은 초점조절능 판별시스템에 관한 것으로, 양안 환경에서 Light Field 디스플레이에 대한 초점조절능을 판별하기 위한 초점조절능 판별시스템에 있어서, 초점대상과 비초점대상 중 어느 한 대상의 초점조절능을 검출하는 제1 초점조절능 검출부; 및 상기 제1 초점조절능 검출부와 다른 대상의 초점조절능을 검출하는 제2 초점조절능 검출부를 포함하고, 상기 제1 초점조절능 검출부와 제2 초점조절능 검출부는 Light Field 디스플레이의 광축과 다른 광축을 갖도록 Light Field 디스플레이의 광축의 양측에 설치되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a focus control capability discrimination system, and more particularly, to a focus control capability discrimination system for discriminating a focus control capability of a light field display in a binocular environment, A first focus adjustment capability detector for detecting the first focus adjustment capability; And a second focus adjustment capability detector that detects a focus adjustment capability of the other object from the first focus adjustment capability detection unit, wherein the first focus adjustment capability detection unit and the second focus adjustment capability detection unit are different from the optical axis of the light field display And is disposed on both sides of the optical axis of the light field display so as to have an optical axis.
Description
본 발명은 양안환경에서 초점조절 기능의 제공 유무를 판별하기 위한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관찰자의 양안 환경기반에서 Light Field 입체 디스플레이가 초점조절의 기능을 제공하는지에 대한 여부를 정량적으로 판별할 수 있는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for discriminating whether or not a focus adjustment function is provided in a binocular environment, and more particularly, to an apparatus for quantitatively discriminating whether a light field stereoscopic display provides a function of focus adjustment based on an observer's binocular environment And more particularly, to a focus adjustment capability determination system in a stereo-scopic environment.
일반적으로 인간의 시각계는 양안과 단안에 의해 깊이감을 인지한다.In general, the human visual system recognizes the depth by binocular and monocular.
이때, 양안에 의한 깊이감 인지는 다음과 같은 과정에 의해 수행된다.At this time, the perception of depth by binocular is performed by the following process.
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.When an observer watches a specific object while watching an object space containing a plurality of objects, the optical axes of the two monocular eyes separated from each other converge on the object plane, and the converged optical axis forms an intersection on the object plane of the object of interest , The object images projected on the right and left retinal planes are aligned to the center of the center of each of the left and right eyes and the objects projected for the rest of the objects except for the object of interest include the center and center of the eye, And aligned at a distance from the center of the line on the line.
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.Therefore, the object images separated from the center of the center of gravity have a parallax amount separated from the center of the reference object and have a positive or negative parallax code according to the separated directions. In this case, the positive parallax code indicates the retreating direction retreating with respect to the reference object surface, the negative parallax code indicates the protruding direction protruding from the reference object surface, and the amount of parallax corresponding to each parallax code, And recognizing the relative distance difference.
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.On the other hand, as a typical depth sensing method by monocular, there is a method of recognizing the relative position difference as the degree of flow of the object according to the change of the active focus control of the observer. In addition, perspective, texture gradient, , And blurring effects.
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.At this time, the term "accommodation" refers to an act of focusing an object on the object in order to observe the object clearly according to the difference in distance from the observer when the observer watches an object existing at a different position in the depth direction in the object space . Therefore, focus adjustment from the physical point of view is a control action focusing on the object in a single eye, and focus adjustment from the optical point of view is performed by changing the thickness and position of the lens lens in the eyeball, It is an act. Accordingly, the object image to be focused becomes a clear image based on the center and the center of the eye, and the image of the other non-focus object becomes blurred. Therefore, it is possible to recognize the degree of spreading of the image formed on the retinal surface through the monocular focus adjustment, and the relative depth feeling with respect to the focus adjustment object can be quantified by the point spread function (PSF).
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. In general, the Light Field Display (LFD) provides a plurality of viewpoint images composed of undiffracted light to an observer so that when a unitary parallax image is incident on the observer's left and right eyes, the depth feeling provided by the parallax image is recognized Are referred to as stereoscopic displays.
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.The LFD includes an image display unit for displaying an image in which a plurality of viewpoint images are matched and a viewpoint image unit for separating the matched viewpoint image into viewpoint images having respective directions, And a field-of-view forming optical system for forming a corresponding field of view at regular intervals in the horizontal direction. In this case, the viewpoint image may be composed of an image including both horizontal and vertical independent directions and direction information based on the observer, and the parallax image may include two viewpoint images that are incident on the left and right eyes of the observer, , And a viewpoint image grouped into unit pairs is defined as a unit-pair parallax image. On the other hand, the observation plane is defined as a plane perpendicular to the ground including the centers of the pupils of the right and left eyes at the observer position, and the depth sense provided from the LFD is represented as the amount of parallax contained in the parallax image.
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.Typical field shaping optical systems used in the LFD include a lenticular lens system and a parallax barrier system that provide only a horizontal parallax with a one-dimensional structure, and an integrated lens system that provides a full parallax with a two-dimensional array structure. In this case, since the lenticular lens and the parallax barrier method only provide the parallax in the horizontal direction, when constructing the multi-view image, the vertical direction image resolution of the image display device is horizontally distributed to generate the view image in the horizontal direction and the unit- There is a disadvantage in that it is not possible to provide parallax information in the vertical direction. In the case of the integrated lens system, there is an advantage in that the parallax in the horizontal / vertical direction can be provided. However, There is a disadvantage that the range of the depth sense that can be lowered and stereoscopic is very narrow.
이때, 상기의 두 가지 방식은 모두 시점영상의 해상도가 시점수의 증가에 반비례하여 저하된다.At this time, the resolution of the view image is lowered in inverse proportion to the increase of the view number in both of the above-mentioned methods.
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.Since the conventional LFD provides stereoscopic viewing due to binocular disparity, it is impossible or ineffective to provide a relative depth sense of the object by the focusing action by the single eye. For this reason, there are three main reasons. First, the resolution of the display is not sufficient to provide the focus adjustment function. Second, the optical resolution of the optical system forming the field of view forms two or more fields of view within the observer's pupil size Third, assuming the individual pixel image of each viewpoint image as a point light source and assuming that the light characteristics emitted from the point light source is a ray, a ray of a pixel image which is emitted from the display and directed to the center of each viewpoint The trajectory of the convergence does not solve the constraint.
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.In other words, since LFD should form the view area of the viewpoint image at the designed position on the observation plane, the pixel images of each viewpoint image corresponding to the front of the display must be converged to the defined viewpoint. However, depth sensing before and after focus adjustment, which can be formed by the active adjustment of the observer with respect to the display surface, may be performed at a position where the light rays emitted from the two or more point light sources displayed on the display surface provide a pre- Be sure to intersect, so these ray trajectories to the observer will take a divergent form. Therefore, in order to perceive the effect of the focus adjustment, the ray trajectories associated with the focus adjustment and non-focus adjustment provided from the LFD must be incident within the pupil region of the observer's eye.
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.As described above, since the focus adjustment is a monocular effect, in order to recognize the relative position information on the object in the object, it is necessary to have a constraint that at least two fields of view information must exist within the pupil size.
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.In other words, the light emitted from the object to be focused is incident within the pupil size of the observer's eye, which is distant from the observation distance. When the light is divided into the directional components, the light is split into a large number of rays having different directions in the horizontal / . In the normal eye, the finely divided rays are imaged without aberration on the retinal plane (retinal plane) through the cornea of the aspherical surface, the lens of the lens. Thus, the object image in space is clearly imaged as a conjunctured image. However, the unfocused objects are located closer or farther from the observer based on the position of the focus object. Therefore, the light rays emitted from the object of the unfocused object form a co-liquid phase at a certain distance from the retinal plane toward the lens or back of the retina, unlike the co-liquid phase of the focal object, (Blurred image) is formed.
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. At this time, if the blurred image is called a combination of finely divided rays, and the number of such finely divided rays can be limited, the blurred image on the retina can be reinterpreted as a combination of discrete and conjugate images of limited discrete and directional properties. The conjugate images arranged on each retinal plane are imaged separately from the adjacent conjugate images, and the center-to-center spacing represents the relative distance variation of the unfocused object located in the object space. Therefore, if the number of discontinuous conjugate phases is infinitely large, the areas of the respective co-liquid phases on the retina plane will be convolved with each other and become blurred. If the number of discontinuous conjugated phases is small, there is no overlap in the retinal plane, The phosphorous phase will be imaged. Therefore, there are two minimum required conjugate images that can represent the convolved blur image, and each conjugate center-to-center distance represents a sense of depth of the unfocused object.
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.However, in the LFD environment, unlike the actual object space, the physical object plane has all of the display surface including the focused focus point, and the near point and the origin corresponding to the protruding or retracting are virtually present only. Therefore, the conventional method of interpreting the focus control on a real object based on a human visual system is practically impossible to apply to the LFD environment.
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.In addition, since the conventional LFD only takes information of the binocular disparity, it is impossible or limited to provide the depth feeling by the focus adjustment. This phenomenon causes problems of convergence / accommodation conflict (VAC) in the LFD environment. In this case, the VAC is a phenomenon in which the observer's focus is fixed on the display surface, while the perceived depth sensation through the stereoscopic vision is formed at the front / rear positions of the display surface, and the control actions for focusing and convergence are inconsistent.
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.On the other hand, even if the three constraints mentioned are not satisfied, the observer is not insufficient to recognize the stereoscopic effect. However, the above-mentioned three constraints cause the audience fatigue, which is the biggest obstacle to the commercialization of LFD.
한편, 상술된 초점조절의 광학적 특성은 시각계의 환경이 단안일 경우로 제한된다. 따라서, 양안의 환경에서 초점조절의 정량화는 단안의 경우와 달리 양안의 수렴환경과 입체시 융합범위에 대한 추가적인 구속조건이 요구된다. 다시 말해, 양안 환경에서 LFD로부터 제공될 수 있는 초점조절 범위는 실물체공간에 대한 실제 환경과 달리 LFD로부터 제공 가능한 양안 입체시 융합의 범위 및 단안/양안의 수렴각에 의한 심도범위 내로 제한됨을 의미한다.On the other hand, the optical characteristics of the focus adjustment described above are limited to the case where the environment of the visual system is monocular. Therefore, quantification of focus control in binocular environment requires a convergent environment in both eyes and an additional constraint on stereoscopic fusion range, unlike in the case of monocular eyes. In other words, the focus adjustment range that can be provided from the LFD in the binocular environment is limited to the range of binocular fusions available from the LFD and the depth range by the convergence angle of the monocular / binocular, unlike the actual environment for the actual object space do.
따라서, LFD 환경에서 전술된 VAC 문제를 효과적으로 해결하기 위해서는 양안 입체시 환경에서 LFD로부터 제공 가능한 초점조절능의 범위를 정량화하는 방법과 이를 측정할 수 있는 장치의 개발이 필요하다.Therefore, in order to effectively solve the VAC problem described above in the LFD environment, it is necessary to develop a method for quantifying the range of the focus controllability that can be provided from the LFD in a binocular stereoscopic environment and a device capable of measuring the same.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 양안 입체시 환경을 기반으로 LFD 환경에서 대상 디스플레이가 초점조절능 기능을 제공하는 지 판별하고, 양안 수렴과 관련된 초점조절 변위량을 정량적으로 측정할 수 있는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a binocular stereoscopic environment which discriminates whether a target display provides a focus adjustability function in an LFD environment, In a stereoscopic environment capable of quantitatively measuring a focus adjustment capability of the camera.
이 발명의 목적을 이루기 위해, 이 발명에 따르면, 양안 환경에서 Light Field 디스플레이에 대한 초점조절능을 판별하기 위한 초점조절능 판별시스템에 있어서, 초점대상과 비초점대상 중 어느 한 대상의 초점조절능을 검출하는 제1 초점조절능 검출부; 및 상기 제1 초점조절능 검출부와 다른 대상의 초점조절능을 검출하는 제2 초점조절능 검출부를 포함하고, 상기 제1 초점조절능 검출부와 제2 초점조절능 검출부는 Light Field 디스플레이의 광축과 다른 광축을 갖도록 Light Field 디스플레이의 광축의 양측에 설치되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a focus adjustment capability determination system for determining a focus adjustment capability for a light field display in a binocular environment, the focus adjustment capability determination system comprising: A first focus adjusting capability detecting unit for detecting a focus adjusting capability of the camera; And a second focus adjustment capability detector that detects a focus adjustment capability of the other object from the first focus adjustment capability detection unit, wherein the first focus adjustment capability detection unit and the second focus adjustment capability detection unit are different from the optical axis of the light field display And is disposed on both sides of the optical axis of the light field display so as to have an optical axis.
이 발명에 따르면, 상기 제1 초점조절능 검출부와 제2 초점조절능 검출부는 각각, 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 검출한 후 결상된 두 점의 이격 거리가 0인 경우에는 해당 광선을 초점대상 Light Field 정보로 판별하고, 결상된 두 점의 이격 거리가 0보다 큰 경우에는 해당 광선을 비초점대상 Light Field 정보로 판별하여 Light Field 디스플레이의 초점조절능을 판별하는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the first focus adjustment capability detection unit and the second focus adjustment capability detection unit respectively propagate Light Field optical information incident on the entire region of the pupil area only to two aperture regions having different phases on the optical axis, A spatial filter for generating two bundles of rays having different phase values; An optical system for adjusting the lightness and the field of view of the light rays passing through the opening of the spatial filter and then refracting the light; And if the distance between the two images formed after detecting the image forming position of the light beams transmitted through the optical system is 0, the light beam is determined as the light field information of the focus target. If the distance between the two image points is larger than 0 And a photodetector for discriminating the light beam as non-focal object light field information and determining the focusing ability of the light field display.
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.According to the present invention, the optical system includes: a first optical system for refracting light rays passing through the opening of the spatial filter; A diaphragm for adjusting the brightness and field of view of the light rays passing through the first optical system; And a second optical system for refracting the rays passing through the diaphragm.
이 발명에 따르면, 상기 Light Field 디스플레이는, 디스플레이면인 중점과 상기 디스플레이면에서 돌출 및 후퇴되는 가상의 근점 및 원점을 구비하고, 상기 근점 및 원점은 광검출기에서 검출되는 광특성이 흐려지는 이유가 초점대상과 비초점대상 사이의 거리 차이에 의한 것인지 광학계의 낮은 심도로 인한 것인지를 구분할 수 있도록 안구 광학계의 심도범위 내에 존재하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the light field display has a center point as a display surface and virtual near points and origin points protruding and retracting from the display surface, and the near point and the origin are caused by the fact that the light characteristic detected by the photo- And is located within the depth range of the ocular optical system so as to distinguish whether it is due to the difference in distance between the object and the non-focal point or due to the low depth of the optical system.
이 발명에 따르면, 상기 근점과 원점은 각각 수학식 1에 의해 설정되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the near point and the origin are respectively defined by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
Son = (Sof2)/(f2+(f/#)C(So-f))S on = (S o f 2 ) / (f 2 + (f / #) C (S o -f))
Sof = (Sof2)/(f2-(f/#)C(So-f))S of = (S o f 2 ) / (f 2 - (f / #) C (S o -f))
여기서, So는 초점물체 거리(즉, 중점), Son은 근점, Sof는 원점을 나타내고, f는 초점조절능 검출부의 유효 초점거리를 나타내며, C는 초점조절능 검출부의 단위 검출 화소폭(CoC)을 나타내고, F/#은 단안 또는 초점조절능 검출부의 조리개 값을 나타낸다.Here, S o, focus object distance (that is, focus), S on the near point, S of represents the origin, f represents the effective focal length of the focusing function detecting, C is slightly Chemistry detection unit of the focus adjustment function detector (CoC), and F / # represents the aperture value of the monocular or focussing ability detecting portion.
이 발명에 따르면, 상기 제1 초점조절능 검출부와 제2 초점조절능 검출부에 의해 검출되는 Light Field 디스플레이의 심도범위는 불연속적이고, 불연속적인 심도범위에서의 초점조절면은 수학식 2에 의해 설정되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the depth range of the light field display detected by the first focus adjustment capability detection unit and the second focus adjustment capability detection unit is discontinuous, and the focus adjustment plane in the discontinuous depth range is set by
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, k는 깊이감 위치, So는 초점물체 거리(즉, 중점), Son은 근점, Sof는 원점을 나타내고, f는 초점조절능 검출부의 유효 초점거리를 나타내며, C는 초점조절능 검출부의 단위 검출 화소폭(CoC)을 나타내고, F/#은 단안 또는 초점조절능 검출부의 조리개 값을 나타낸다.Here, k denotes the depth sensing position, S o denotes the focus object distance (ie, center point), S on denotes the near point, S of denotes the origin, f denotes the effective focal length of the focus control capability detecting unit, (CoC) of the detection unit, and F / # represents the aperture value of the monocular or focal point adjustment capability detection unit.
이 발명에 따르면, 상기 개구는 공간필터의 수평방향과 수직방향 중 적어도 어느 한 방향으로 서로 마주보는 곳에 2개가 한 쌍을 이루도록 2n(여기서, n은 자연수) 개수가 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the openings are formed in a number of 2n (where n is a natural number) so that two pairs of the openings face each other in at least one of a horizontal direction and a vertical direction of the spatial filter.
이 발명에 따르면, 상기 개구는 상기 광검출기에서 수평방향과 수직방향의 초점조절능을 동시에 검출할 수 있도록 동심원 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the aperture is formed in a concentric circular shape so that the focus adjustment capability in the horizontal direction and the vertical direction can be simultaneously detected in the photodetector.
이 발명에 따르면, 상기 광검출기에 결상된 두 점의 이격 거리는 원점보다 근점에서 더 큰 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the separation distance between two points formed on the photodetector is larger at a point nearer than the origin.
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.The present invention relates to an LFD in which an object to be focused is not an object having a depth sense in an object space but at least two rays in an LFD in which a two-dimensional light field image is displayed separated by two or more, When the image is formed in a single phase, the corresponding value is determined as the light field information for the focus object. If two co-axial images having two phase values and spaced apart on the same axis are formed, It is possible to quantitatively discriminate whether or not the target display provides the function of the focus adjustment to the observer by discriminating it from the light field information.
또한, 이 발명은 좌안 초점조절능 검출부와 우안 초점조절능 검출부가 서로 다른 대상의 초점조절능을 검출하기 때문에 초점대상과 비초점대상의 초점조절능 여부를 동시에 판별할 수 있으므로 LFD의 초점조절능 제공 여부를 빠르게 판별할 수 있고, LFD의 초점조절능 제공 여부를 고객에게 제공함으로써 LFD 제조사의 과대 및 허위 광고를 예방할 수 있으며, 주시 대상의 위치에 따른 불연속 심도면 수를 이용하여 고객에게 정량화된 초점조절 범위의 공지가 가능한 효과가 있다.In addition, since the left eye focus control ability detection unit and the right eye focus control ability detection unit detect the focus control ability of different objects, the present invention can simultaneously determine the focus control ability of the focus object and the non- It is possible to quickly determine whether the LFD is provided or not and to provide the customer with the ability to control the focus of LFD, thereby preventing excessive and false advertisement of the LFD maker. Also, by using the number of discontinuity depth according to the position of the target, There is an effect that the focus adjustment range can be noticed.
도 1은 양안 환경하에서의 초점조절능 제공 유무를 검출하기 위한 초점조절능 판별시스템의 구성도이다.
도 2는 LFD 환경에서 광선기하 기반의 초점조절능 제공 유무 검증을 위한 모식도이다.
도 3은 LFD의 심도를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 공간필터 내의 개구 형상 및 형태를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 개구 중심간 거리 조절이 가능한 가변 공간필터의 형태를 나타내는 도면이다.
도 6은 단안에 의한 단위 심도범위를 나타내는 도면이다.
도 7은 양안 입체시 가능한 깊이감 범위와 대응하는 불연속 심도범위를 나타내는 도면이다.
도 8은 양안 환경에서 주시 대상의 위치에 따른 불연속 심도면 수를 나타내는 그래프이다.
도 9는 근점, 중점, 및 원점에 대한 초점조절 및 비초절조절 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a focus adjustment capability determination system for detecting whether or not a focus adjustment capability is provided under a binocular environment.
FIG. 2 is a schematic diagram for verifying whether or not a focus adjustment capability based on a ray geometry is provided in an LFD environment.
3 is a view for explaining the depth of the LFD.
4A to 4C are views showing the shape and shape of the opening in the spatial filter.
FIGS. 5A to 5C are diagrams showing a variable spatial filter capable of adjusting the distance between centers of apertures; FIG.
6 is a diagram showing the unit depth range by monocularity.
7 is a diagram showing a range of depth of discontinuity corresponding to binocular stereoscopic depth reduction range.
FIG. 8 is a graph showing the number of discontinuous depth-of-field according to the position of the viewing target in a binocular environment.
Fig. 9 is a diagram showing focus adjustment and non-intersecting adjustment of an approximate point, a center point, and an origin.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following detailed description of the operation principle of the preferred embodiment of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the gist of the present invention unnecessarily obscure.
도 1은 양안 환경하에서의 초점조절능 제공 유무를 검출하기 위한 초점조절능 판별시스템의 구성도이고, 도 2는 LFD 환경에서 광선기하 기반의 초점조절능 제공 유무 검증을 위한 모식도이며, 도 3은 LFD의 심도를 설명하기 위한 도면이고, 도 4a 내지 도 4c는 공간필터 내의 개구 형상 및 형태를 나타내는 도면이며, 도 5a 내지 도 5c는 개구 중심간 거리 조절이 가능한 가변 공간필터의 형태를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a schematic diagram for verifying whether or not a focus adjustment capability based on a ray geometry is provided in an LFD environment, and FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a focus adjustment capability determination function for determining whether a focus adjustment capability is provided under the LFD FIGS. 4A to 4C are views showing the shape and the shape of an opening in the spatial filter, and FIGS. 5A to 5C are views showing a form of a variable spatial filter capable of adjusting the distance between centers of apertures. FIG.
도 1 내지 도 5c를 참조하면, 이 발명의 실시 예에 따른 초점조절능 판별시스템은 양안 입체시 환경을 기반으로 LFD 환경에서 대상 디스플레이의 초점조절능을 검출하기 위한 것으로, 좌안 초점조절능을 검출하기 위한 좌안 초점조절능 검출부(100A) 및 우안 초점조절능을 검출하기 위한 우안 초점조절능 검출부(100B)로 구성된다.1 to 5C, the focus adjustment capability determination system according to an embodiment of the present invention detects a focus adjustment capability of a target display in an LFD environment based on a binocular stereoscopic environment, And a right eye focus adjustment
이때, 좌안 초점조절능 검출부(100A)와 우안 초점조절능 검출부(100B)는 초점대상과 비초점대상을 선택적으로 검출할 수 있는데, 좌안 초점조절능 검출부(100A)에서 초점대상을 검출할 때 우안 초점조절능 검출부(100B)에서는 비초점대상을 검출할 수 있고, 우안 초점조절능 검출부(100B)에서 초점대상을 검출할 때 좌완 초점조절능 검출부(100A, 100B)에서는 비초점대상을 검출할 수 있으며, 좌안 초점조절능 검출부(100A)와 우안 초점조절능 검출부(100B)에서 모두 비초점대상을 검출할 수도 있다.At this time, the left-eye focus control
한편, 좌안 초점조절능 검출부(100A)와 우안 초점조절능 검출부(100B) 모두 비초점대상을 검출할 때, 좌안 초점조절능 검출부(100A)는 원점(23)에 대한 비초점대상을 검출하고, 우안 초점조절능 검출부(100B)에서는 근점(21)에 대한 비초점대상을 검출할 수도 있다.On the other hand, when both the left eye focus adjustment
이러한, 좌안 초점조절능 검출부(100A)와 우안 초점조절능 검출부(100B)는 LFD의 광축(12)을 중심으로 좌측과 우측(또는 상부와 하부)에 각각 배치되고, 공간필터(102), 제1 광학계(104), 조리개(106), 제2 광학계(108), 및 광검출기(110)를 각각 포함하도록 구성된다.The left eye focus adjustment
상술한 구성에 대해 설명하기 전 먼저 LFD에 대해 설명하면, LFD는 실물체 공간과 달리 물리적인 물체면은 초점조절된 중점(22)을 포함하는 디스플레이면이 전부이고, 디스플레이면에서 돌출 또는 후퇴에 해당하는 근점(21)과 원점(23)이 가상으로만 존재하게 된다. 이때, 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 구분할 수 있도록 도 2와 같이 안구 광학계의 심도범위(D.o.Field) 내에 존재하는 게 바람직하다.Before describing the above-described configuration, the LFD will be described first. Unlike the actual object space, the physical object plane is the entire display surface including the focused
이때, 심도범위는 도 3과 같이 설정될 수 있다.At this time, the depth range can be set as shown in FIG.
도 3에서 f는 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 유효 초점거리를 나타내고, CoC(Circle of Confusion)는 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 단위 검출 화소폭을 의미하며, F/#은 단안 또는 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 조리개(106) 값을 나타내고, So는 초점물체 거리(즉, 중점(22)), Son은 근점(21), Sof는 원점(23)을 나타낸다.3, f denotes the effective focal length of the focus adjusting
이때, 근점(21)은 디스플레이면에서 초점조절능 검출부(100A, 100B) 방향으로 돌출되어 LFD의 광축(12) 상에 존재(즉, LFD와 초점조절능 검출부(100A, 100B) 사이의 광축(12) 상에 존재)하는 지점을 의미하고, 중점(또는 기준 초점조절면)(22)은 LFD의 디스플레이면을 의미하며, 원점(23)은 기준 초점조절면에서 LFD의 후방 방향으로 후퇴되어 LFD의 광축(12) 상에 존재하는 지점을 의미한다.At this time, the
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 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.The
이러한, 공간필터(102)는 필터면이 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 광축을 기준으로 회전 대칭되게 형성되고, 필요에 따라 광선의 진행방향에 위치한 제1 광학계(104)와의 거리 조절이 가능하도록 제1 광학계(104)와 LFD 사이에 설치된다.The
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 4a에 도시된 바와 같이 수평방향으로 서로 마주보는 곳에 2개가 한 쌍을 이루도록 형성되거나 도 4b와 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 4a 및 도 4b와 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 4c와 같이 동심원 형태로 형성될 수도 있다.On the other hand, the
이러한, 개구(102a)는 도 5a 내지 도 5c와 같이 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 광축을 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 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.The
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.The first
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. 이러한, 조리개(106)에서 개구율을 조절할 경우 초점조절능 검출과정에서 광학계에 의해 발생하는 물체공간에 대한 심도범위를 조절하는 효과를 낼 수 있다. 즉, 조리개(106)의 개구율을 조절하여 심도범위를 넓히거나 좁힐 수 있다.The
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.The second
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.The
한편, 상기와 같은 구성의 초점조절능 판별시스템을 이용하여 LFD의 초점조절능을 판별할 때 단안에서는 LFD의 광축(12)과 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 광축이 동일하기 때문에 도 6과 같이 연속적인 심도범위를 갖게 되나, 양안환경에서 LFD의 초점조절능을 판별할 경우에는 LFD의 광축(12)과 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 광축이 서로 다르기 때문에 도 7과 같이 입체시 깊이감 범위 내에서 형성되는 심도범위가 불연속적으로 구성된다.Meanwhile, when determining the focus control capability of the LFD using the above-described focus control capability determination system, since the optical axis of the LFD
예를 들어, 정상안 일 경우 CoC는 약 2.3~2.7㎛이고, 무한대 물체에 대한 유효초점거리는 약 17.4㎜이며, 조리개 값은 약 f/4.2 정도인데, LFD의 시청거리가 400㎜로 주어질 경우 단위 심도는 LFD 디스플레이면을 기준으로 약 ±5㎜로 주어지게 되는데, 양안 입체시 환경에서는 400㎜ 시청거리에서 5" 크기의 LFD를 시청하는 환경이기 때문에 불연속 심도면 수가 최소 5개 이상 필요하게 된다. 이때, 불연속 심도범위가 갖는 물리적 의미는 주어진 입체시 깊이감 범위에 대해 필요한 초점조절능 정보는 서로 겹치지 않는 독립적인 다수 개의 심도면으로 대응이 가능하다는 것이므로, 불연속적인 심도면 정보는 LFD의 제한된 해상도를 보상하는 유효한 방법이 된다.For example, in the case of a normal eye, the CoC is about 2.3 to 2.7 μm, the effective focal length for an infinite object is about 17.4 mm, and the aperture value is about f / 4.2. When the viewing distance of the LFD is given as 400 mm, The depth is given as ± 5mm with respect to the LFD display surface. In the binocular stereoscopic environment, at least 5 discontinuity depth planes are required because the viewing environment is 5 "LFD at 400mm viewing distance. In this case, the physical meaning of the discontinuity depth range is that since the necessary focus adjustment capability information for a given depth of stereoscopic depth range can be corresponded to a plurality of independent independent depth planes, the discontinuous depth information can be obtained with a limited resolution of the LFD Lt; / RTI >
한편, 양안의 수렴각에 대한 초점조절능 특성은 수렴각이 좁을수록 단안의 특성에 가까워지는데, 수렴각이 좁다는 의미는 물리적으로 양안의 주시점이 무한대에 있다는 것과 다르지 않으므로(즉, LFD의 광축(12)과 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 광축이 동일) 양안의 환경이라도 수렴각이 좁을수록 단안의 특성에 근접하게 된다. 이에 따라, 심도범위도 상술한 도 6과 같이 단안의 경우와 유사하게 되고, 수렴각이 좁을수록 단위 심도범위는 넓어지게 된다. 다시 말해, 도 8과 같이 멀리 주시하는 양안의 환경은 근접한 대상을 주시하는 경우보다 더 적은 수의 불연속 심도면 수를 갖게 된다.On the other hand, the convergence angle characteristic of binocular convergence becomes closer to the monocular characteristic as the convergence angle becomes narrower. The narrow convergence angle means that the binocular point of view is infinitely different from that of the binocular (that is, The optical axes of the focus adjusting
상술한 바와 같이, 양안 환경에서는 LFD의 광축(12)과 초점조절능 검출부(100A, 100B)의 광축이 다르기 때문에 반드시 양안 수렴환경의 구속조건과 입체시 가능 깊이감 범위를 먼저 설정한 후 좌안과 우안에 대응하는 초점조절능을 검출하는 게 바람직하다.As described above, since the optical axes of the LFD
이러한 구성으로 이루어진 이 발명의 실시 예에 따른 초점조절능 판별시스템을 이용하여 양안환경에서 LFD의 초점조절능을 판별하는 방법을 설명하면 다음과 같다.A method of determining the focus control capability of the LFD in a binocular environment using the focus control capability determination system according to an embodiment of the present invention will be described as follows.
LFD의 광축(12)을 기준으로 좌측과 우측에 각각 좌안 초점조절능 검출부(100A)와 우안 초점조절능 검출부(100B)가 배치된 후 LFD의 영상표시부에서 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 설정되는데, 한 쌍의 영상좌표는 중점에서 이격 거리가 0이 되고, 근점(21), 원점(23) 순으로 이격 거리가 증가하게 된다.The left eye focus adjustment
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.On the other hand, the two rays emitted from the LFD are refracted at a certain angle in the first
다시 말해, 도 9와 같이 광검출기(110)에 결상된 두 점의 이격 거리가 0인 경우(즉, 초점조절된면이 하나의 상으로 검출된 경우) 광검출기(110)는 해당 광선이 초점대상에 대한 Light Field 정보임을 판별할 수 있고, 광검출기(110)에 결상된 두 점의 이격 거리가 0보다 큰 경우(즉, 초점조절된면이 이중상으로 검출된 경우)에는 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.9, when the distance between the two points formed on the
한편, 상기와 같은 방법으로 초점조절능 검출부(100A, 100B)에서 초점대상과 비초점대상에 대한 Light Field 정보를 판별할 때 좌안 초점조절능 검출부(100A)와 우안 초점조절능 검출부(100B)는 서로 다른 대상에 대한 Light Field 정보를 판별하는 게 바람직하다.Meanwhile, when determining the light field information on the focus target and the non-focus target in the focus control
다시 말해, 좌안 초점조절능 검출부(100A)에서 초점대상의 초점조절능을 검출할 때에는 우안 초점조절능 검출부(100B)에서 비초점대상의 초점조절능을 검출하고, 우안 초점조절능 검출부(100B)에서 초점대상의 초점조절능을 검출할 때에는 좌안 초점조절능 검출부(100A)에서 비초점대상의 초점조절능을 검출하는 게 바람직하다.In other words, when detecting the focus adjustment capability of the object to be focused by the left eye focus adjustment
이렇게, 양안으로 동시에 초점대상과 비초점대상을 검출함으로써 LFD에서의 초점조절능 제공 여부를 즉각 검출할 수 있게 된다.In this way, by detecting the focus object and the non-focus object at the same time in both eyes, it is possible to detect immediately whether or not the focus adjustment ability in the LFD is provided.
한편, 광검출기(110)에서 초점대상이 완전한 하나의 상으로 검출되지 않을 경우에는 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 심도범위를 조절할 수 있다.On the other hand, when the focus target is not detected as a complete image in the
상술한 바와 같이, 이 발명의 실시 예에 따른 스테레오스코픽 환경에서의 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.As described above, in the stereoscopic environment according to the embodiment of the present invention, the focus adjustment capability determination system is not a real object having a depth sense in an object space but a two-dimensional light field image in which two or more objects are displayed separately When at least two light beams are provided to the
또한, 이 발명의 실시 예에 따른 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템은 좌안 초점조절능 검출부(100A)와 우안 초점조절능 검출부(100B)가 서로 다른 대상의 초점조절능을 검출하기 때문에 초점대상과 비초점대상의 초점조절능 여부를 동시에 판별할 수 있으므로 LFD의 초점조절능 제공 여부를 빠르게 판별할 수 있고, LFD의 초점조절능 제공 여부를 고객에게 제공함으로써 LFD 제조사의 과대 및 허위 광고를 예방할 수 있으며, 주시 대상의 위치에 따른 불연속 심도면 수를 이용하여 고객에게 정량화된 초점조절 범위의 공지가 가능하다.Also, in the focus adjustment capability determination system in the stereoscopic environment according to the embodiment of the present invention, since the left eye focus adjustment
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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as equivalents thereof.
12: 광축 21: 근점
22: 중점 23: 원점
100A: 좌안 초점조절능 검출부 100B: 우안 초점조절능 검출부
102: 공간필터 102a: 개구
104: 제1 광학계 106: 조리개
108: 제2 광학계 110: 광검출기12: optical axis 21: near point
22: center point 23: origin
100A: Left eye focus adjustment
102:
104: first optical system 106: diaphragm
108: Second optical system 110: Photodetector
Claims (9)
초점대상과 비초점대상 중 어느 한 대상의 초점조절능을 검출하는 제1 초점조절능 검출부; 및
상기 제1 초점조절능 검출부와 다른 대상의 초점조절능을 검출하는 제2 초점조절능 검출부를 포함하고,
상기 제1 초점조절능 검출부와 제2 초점조절능 검출부는 Light Field 디스플레이의 광축과 다른 광축을 갖도록 Light Field 디스플레이의 광축의 양측에 설치되는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.1. A focus control capability discrimination system for discriminating focus control capability for a light field display in a binocular environment,
A first focus adjustment capability detector for detecting a focus adjustment capability of any one of a focus target and a non-focus target; And
And a second focus adjustment capability detector that detects a focus adjustment capability of another object from the first focus adjustment capability detection unit,
Wherein the first focus adjustment capability detection unit and the second focus adjustment capability detection unit are installed on both sides of the optical axis of the light field display so as to have different optical axes from the optical axis of the light field display.
상기 제1 초점조절능 검출부와 제2 초점조절능 검출부는 각각,
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 검출한 후 결상된 두 점의 이격 거리가 0인 경우에는 해당 광선을 초점대상 Light Field 정보로 판별하고, 결상된 두 점의 이격 거리가 0보다 큰 경우에는 해당 광선을 비초점대상 Light Field 정보로 판별하여 Light Field 디스플레이의 초점조절능을 판별하는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first focus adjustment capability detection unit and the second focus adjustment capability detection unit respectively include:
A spatial filter that propagates light field information that is incident entirely within the pupil area only to two aperture regions having different phases on the optical axis and generates two bundles of rays having different initial phase values;
An optical system for adjusting the lightness and the field of view of the light rays passing through the opening of the spatial filter and then refracting the light; And
If the distance between the two images formed after detecting the imaging position of the light beams transmitted through the optical system is 0, the light beam is determined as the light field information of the focus target. If the distance between the two focused points is larger than 0 And a photodetector for discriminating the light beam as non-focal object light field information and determining the focus control capability of the light field display.
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 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.The method of claim 2,
The optical system includes:
A first optical system for refracting light rays passing through the aperture of the spatial filter;
A diaphragm for adjusting the brightness and field of view of the light rays passing through the first optical system; And
And a second optical system for refracting light rays having passed through the diaphragm.
상기 Light Field 디스플레이는,
디스플레이면인 중점과 상기 디스플레이면에서 돌출 및 후퇴되는 가상의 근점 및 원점을 구비하고, 상기 근점 및 원점은 광검출기에서 검출되는 광특성이 변화하는 이유가 초점대상과 비초점대상 사이의 거리 차이에 의한 것인지 광학계의 심도에 인한 것인지를 구분할 수 있도록 안구 광학계의 심도범위 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.The method according to claim 1,
In the light field display,
Wherein the optical characteristic detected by the photodetector is changed due to a change in the distance between the focus target and the non-focus target, the center point being the display surface, And the depth of the optical system is in the range of the depth of the ocular optical system.
상기 근점과 원점은 각각 수학식 1에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.
[수학식 1]
Son = (Sof2)/(f2+(f/#)C(So-f))
Sof = (Sof2)/(f2-(f/#)C(So-f))
여기서, So는 초점물체 거리(즉, 중점), Son은 근점, Sof는 원점을 나타내고, f는 초점조절능 검출부의 유효 초점거리를 나타내며, C는 초점조절능 검출부의 단위 검출 화소폭(CoC)을 나타내고, F/#은 단안 또는 초점조절능 검출부의 조리개 값을 나타낸다.The method of claim 4,
Wherein the approximate point and the origin are respectively defined by Equation (1).
[Equation 1]
S on = (S o f 2 ) / (f 2 + (f / #) C (S o -f))
S of = (S o f 2 ) / (f 2 - (f / #) C (S o -f))
Here, S o, focus object distance (that is, focus), S on the near point, S of represents the origin, f represents the effective focal length of the focusing function detecting, C is slightly Chemistry detection unit of the focus adjustment function detector (CoC), and F / # represents the aperture value of the monocular or focussing ability detecting portion.
상기 제1 초점조절능 검출부와 제2 초점조절능 검출부에 의해 검출되는 Light Field 디스플레이의 심도범위는 불연속적이고, 불연속적인 심도범위에서의 초점조절면은 수학식 2에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.
[수학식 2]
여기서, k는 깊이감 위치, So는 초점물체 거리(즉, 중점), Son은 근점, Sof는 원점을 나타내고, f는 초점조절능 검출부의 유효 초점거리를 나타내며, C는 초점조절능 검출부의 단위 검출 화소폭(CoC)을 나타내고, F/#은 단안 또는 초점조절능 검출부의 조리개 값을 나타낸다.The method of claim 4,
Wherein the depth range of the light field display detected by the first focus adjustment capability detection unit and the second focus adjustment capability detection unit is discontinuous and the focus adjustment plane in the discontinuous depth range is set by Equation (2) Focusing ability determination system in a scopic environment.
&Quot; (2) "
Here, k denotes the depth sensing position, S o denotes the focus object distance (ie, center point), S on denotes the near point, S of denotes the origin, f denotes the effective focal length of the focus control capability detecting unit, (CoC) of the detection unit, and F / # represents the aperture value of the monocular or focal point adjustment capability detection unit.
상기 개구는 공간필터의 수평방향과 수직방향 중 적어도 어느 한 방향으로 서로 마주보는 곳에 2개가 한 쌍을 이루도록 2n(여기서, n은 자연수) 개수가 형성되는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.The method of claim 2,
Wherein the aperture is formed by a number of 2n (where n is a natural number) so that two pairs of the apertures are opposed to each other in at least one of a horizontal direction and a vertical direction of the spatial filter. Performance discrimination system.
상기 개구는 상기 광검출기에서 수평방향과 수직방향의 초점조절능을 동시에 검출할 수 있도록 동심원 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.The method of claim 2,
Wherein the aperture is formed in a concentric shape so as to simultaneously detect horizontal and vertical focus adjustability in the photodetector.
상기 광검출기에 결상된 두 점의 이격 거리는 원점보다 근점에서 더 큰 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 환경에서의 초점조절능 판별시스템.The method of claim 2,
Wherein the distance between the two points formed on the photodetector is larger at an approximate point than the origin.
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