KR20060096596A - 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치에 관한 것이다.

본 발명에서는 집적 영상 기술(II: Integral Imaging 또는 IP: Integral Photography)에 기반하여 3차원 영상 또는 2차원 영상을 선택적으로 표시한다. 이를 위하여, 영상 처리부가 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 생성하여 출력하거나 2차원 영상의 재생을 위해 표시하고자 하는 2차원 영상을 출력하고, 투과형 화상 표시부가 영상 처리부로부터 제공되는 영상을 표시한다. 이 때, 다수의 점광원들로 이루어진 점광원 어레이로부터 제공되는 빛이 가변 확산기에 의하여 확산률이 조절되면서 상기 투과형 화상 표시부로 제공됨에 따라, 상기 투과형 화상 표시부에서 표시되는 영상이 3차원 영상 또는 2차원 영상으로 표시된다.

본 발명에 따르면 가변 확산기의 조절을 통하여 점광원 어레이의 형성을 제어할 수 있기 때문에 3차원/2차원 변환 가능한 영상 표시를 구현할 수 있다. 또한 점광원 어레이에서 나오는 빛의 공간적 변조를 통하여 3차원 영상을 형성하기 때문에 표현 가능한 깊이 영역이 획기적으로 향상된다.

입체영상, 3차원/2차원 변환, 점광원 어레이, 가변 확산기

Description

3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치{Three-dimensional/ two-dimensional convertible display device}

도 1은 일반적인 집적 영상 기술(II: Integral Imaging, 또는 IP: Integral Photography)의 기본 개념을 나타낸 도이다.

도 2는 컴퓨터 생성 집적 영상 기술(CGII: Computer-Generated Integral Imaging)을 나타낸 도이다.

도 3은 실상 집적 영상 기술과 허상 집적 영상 기술의 개념도이다.

도 4는 본 발명의 기본 개념을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치의 구조도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시의 작동 원리를 각각 나타낸 도이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치의 3차원 모드에서 기초 영상의 생성을 나타낸 도이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치의 구조도이다.

본 발명은 영상 표시(display) 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 집적 영상 기술(Integral Imaging 또는 Integral Photography, 이하 II라 명명함)을 사용하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 표시(display) 하는 영상 표시 장치에 관한 것이다.

3차원 화상을 구현하는 기술 중 렌즈 어레이를 사용하는 II 방식은 1908년 리프만(Lippmann)에 의해 처음 제안된 후 점차 개선되었으나, 그 동안 촬영 소자나 표시 소자 기술의 한계로 인해 크게 주목을 받지 못하다가 고분해능 촬영 소자와 고해상도 표시 소자의 개발과 함께 최근 연구가 활발해지고 있다.

종래의 II 방식을 사용하는 입체 영상 표시 장치에서는 촬영된 영상을 소정의 렌즈 어레이를 이용하여 3차원 영상으로 재생시키거나, 또는 컴퓨터 그래픽으로 제작된 기초 영상을 토대로 3차원 영상을 재생한다.

그러나 기존 II 방식을 사용하는 입체 영상 표시 장치의 가장 큰 단점은 기존 II가 오직 3차원 영상만을 표시할 수 있고 2차원 영상은 표시할 수 없다는 것이다.

그러므로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 3차원 영상 표시 및 2차원 영상 표시가 모두 가능한 영상 표시 장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 3차원 영상을 표시하는 경우, 해당 영상의 깊이감을 크게 향상시킬 수 있는 집적 영상 기술 기반의 영상 표시 장치를 제공하는데 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 특징에 따른 영상 표시 장치는 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 생성하여 출력하거나 2차원 영상의 재생을 위해 표시하고자 하는 2차원 영상을 출력하는 영상 처리부; 상기 영상 처리부에서 생성된 기초 영상 또는 출력되는 2차원 영상을 표시하는 투과형 화상 표시부; 다수의 점광원들로 이루어진 점광원 어레이를 형성하며, 상기 점광원 어레이들로부터 출력되는 빛이 상기 투과형 화상 표시부로 제공되는 점광원 어레이 형성부; 및 상기 점광원 어레이로부터 출력되는 빛의 확산률을 가변시켜, 상기 투과형 화상 표시부에서 표시되는 영상이 3차원 영상 또는 2차원 영상으로 표시되도록 하는 가변 확산부를 포함한다.

여기서, 상기 3차원 영상을 표시할 때, 상기 가변 확산부의 확산률이 낮게 조절되고 상기 영상 처리부는 3차원 영상을 위한 기초 영상을 생성하며, 상기 투과형 화상표시부는 상기 기초 영상을 표시한다.

또한 상기 2차원 영상을 표시할 때, 상기 가변 확산부의 확산률이 높게 조절되고 상기 영상 처리부는 상기 2차원 영상을 그대로 투과형 화상표시부에 전달하며, 투과형 화상표시부는 영상처리부가 제공하는 2차원 영상을 표시한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 동작을 이해하기 위하여, 입체 영상 표시를 위한 II 방식에 대하여 설명한다.

도 1에 II 방식에 대한 기본 원리가 도시되어 있다.

II 방식을 구현하기 위한 전체 시스템은 도 1에서와 같이, 크게 두개의 기능부 즉, 촬영부와, 표시부로 구성된다. 촬영부는 3차원 형상을 가지는 물체의 상을 형성하는 렌즈 어레이와, 렌즈 어레이에 의하여 결상된 기초 영상을 저장하는 촬영 소자로 이루어지며, 표시부는 촬영 소자에 저장된 기초 영상을 표시하는 표시 소자와, 표시 소자에서 표시되는 기초 영상을 결상하여 3차원 영상으로 재생시키는 렌즈 어레이를 포함한다. 각 렌즈 어레이는 다수의 단위 렌즈로 이루어진다.

촬영부에서는 렌즈 어레이의 단위 렌즈에 의하여 3 차원 물체의 여러 방향에서의 기초 영상이 촬영 소자에 맺혀 저장된다. 표시부에서는 촬영부의 역 과정으로 저장된 기초 영상들이 표시 소자에 의해 표시되고, 다시 이 기초 영상들이 렌즈 어레이를 통과하면서 합쳐져서(이를 집합 영상이라 부르기로 한다) 원래 3차원 물체가 있었던 위치에서 3차원 영상으로 재생된다.

이때 촬영 과정을 생략하고 기초 영상들을 컴퓨터로 계산하여 생성하는 CGII(Computer-Generated Integral Imaging)가 제안되었다.

도 2에 CGII 시스템의 구조가 도시되어 있다. 도 2에서와 같이, 가상의 3차원 물체에 대한 기초 영상들을 컴퓨터를 이용해 생성하고 이를 표시 장치(예를 들 어 액정 표시(LCD) 패널)로 전송한 후, 렌즈 어레이를 통해 입체 영상을 구현하는 간단한 구조이다. 이때 렌즈 어레이와 표시 패널과의 간격에 따라 집합 영상이 맺히는 위치가 달라지게 되는데 이는 다음의 식으로부터 쉽게 알 수 있다.

여기에서 d는 집합 영상의 렌즈 어레이로부터의 위치, g는 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격, f는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈(단위 렌즈)의 초점 거리이다.

즉, 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 기초 렌즈의 초점거리보다 클 경우에는 상이 맺히는 거리 값이 양수가 되어 집합 영상이 렌즈 어레이의 앞면에 실상으로 맺히게 되고(실상 II), 반대로 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 기초 렌즈의 초점거리보다 작을 경우에는 상이 맺히는 거리 값이 음수가 되는데, 이는 집합 영상이 렌즈 어레이의 뒷면에 허상으로 맺히게 됨을 뜻한다(허상 II).

도 3에서 II의 두 가지 표시 방법인 실상 II와 허상 II를 비교하여 도시하였다.

허상 II의 경우 집합 영상이 맺히는 위치가 실상 II보다 관찰자로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 관찰자는 보다 넓은 시야각을 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한 도 3으로부터 알 수 있듯이 허상 II의 기초영상은 실상 II의 기초영상과는 달리 직립상이라는 차이점을 제외하고는 실상 II의 구현 방식과 유사하다.

이러한 두 가지 II 표시 방법에서 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 고정 되어 있다면 집합 영상이 특정 평면을 중심으로 맺히게 되므로, 표시하려는 물체가 두께를 가진 3차원 물체라면 물체의 중심 평면에서 영상의 해상도가 최적화된다. 즉, 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 3차원 물체의 중심 평면을 기준으로 설정되어 있으므로 중심 평면에서 멀어지는 영상일수록 그 해상도는 떨어지게 된다. 이는 표현할 수 있는 3차원 물체의 두께가 제한될 수밖에 없는 II 방식의 한계이다. 더욱이 실상 II의 재생을 위해서는 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 렌즈 어레이의 초점거리보다 길어야 하고, 허상 II의 재생을 위해서는 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 렌즈 어레이의 초점거리보다 작아야 하므로, 기존의 II 방식에서는 실상 II와 허상 II를 동시에 표시하는 것이 불가능하였다.

도 1 혹은 도 2에서와 같이 기존의 II 방식에서는 렌즈 어레이가 LCD 패널 앞에 위치하게 되어, 관측자는 반드시 렌즈 어레이가 기초 영상들을 결상하여 집적한 영상, 즉 3차원 영상만을 관측하게 된다. 물론 평평한 영상을 공간상의 소정 깊이의 평면에 표시하는 것은 가능하지만 이 경우 표시된 영상의 해상도와 시야각이 현재 상용화된 기존의 2차원 영상 표시에 비하여 현격히 나쁘므로, 실용적이라 할 수 없다.

그러므로 본 발명의 실시 예에서는 3차원 영상 표시 및 2차원 영상 표시가 모두 가능한 영상 표시 장치를 제공한다. 또한 3차원 영상을 표시하는 경우에는 영상의 깊이감을 크게 향상시킬 수 있는 집적 영상 기술 기반의 영상 표시 장치를 제공한다.

도 4는 본 발명의 기본 개념과 함께 본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시 장 치의 구조를 나타낸 도이다.

본 발명의 실시 예에서는 기존 II 방식에서의 '화상 표시 소자 - 렌즈 어레이' 구성 대신 '점광원 어레이 - 투과형 화상 표시 소자'구성을 도입하고 가변형 확산기를 채용하여 점광원 어레이의 형성을 전기적으로 제어하는 방식을 사용한다.

구체적으로는 도 4에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시 장치는, 일정한 발산각을 가지는 점광원 어레이를 형성하기 위한 점광원 어레이 형성부(10), 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 생성하거나 일반적인 2차원 영상을 그대로 전송하는 영상 처리부(20), 상기 영상 처리부에서 생성된 기초 영상 혹은 제공되는 2차원 영상을 표시하는 투과형 화상 표시 소자(30), 및 상기 점광원 어레이의 앞 혹은 뒤에 배치되어 점광원 어레이의 형성을 제어하는 가변 확산기(40)를 포함한다. 또한 모드에 따라 가변 확산기(40)의 확산률을 조절하는 모드 선택부(50)를 더 포함할 수 있다.

영상 처리부(20)는 표시하고자 하는 3차원 영상의 3차원 정보로부터 기초 영상들을 계산을 통하여 생성하거나, 또는 촬영부 등에 의하여 촬영된 영상 정보 등의 표시하고자 하는 2차원 영상을 별도의 처리 없이 화상 표시 소자로 제공한다. 즉, 기초 영상은 영상 처리부(20)가 자체적으로 소정 정보를 토대로 별도의 생성 과정을 통하여 생성한 영상이며, 2차원 영상은 외부로부터 제공되는 영상 정보이다.

여기서, 가변 확산기(40)는 입사되는 빛의 확산률(diffusing rate, haze rate)을 전기적으로 조절할 수 있는 장치이며, 3차원 영상을 표시하기 위하여 투과 형 화상 표시 소자에 기초 영상이 표시될 때는 빛의 확산률이 최대로 작아지고, 2차원 영상을 표시하기 위하여 투과형 화상 표시 소자에 표시하고자 하는 2차원 영상이 표시될 때는 빛의 확산률이 커지도록 조절되는 것이 바람직하다. 모드 선택부(50)는 가변 확산기(40)로 소정 전압을 인가시켜 상기 확산률이 가변되도록 하지만, 이에 한정되지는 않는다.

먼저, 이러한 개념을 토대로 하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 표시장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 제 1 실시 예에서는 렌즈 어레이와 평행광을 이용하여 점광원 어레이를 형성하는 점광원 어레이 형성부를 구성하고, 전기적 가변확산기로서 고분자분산액정(Polymer-Dispersed Liquid Crystal)을 사용하는 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 방식을 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 구조 및 그에 따른 영상 표시의 개념도이다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치에서, 투과형 화상 표시 소자(30)는 영상 처리부(20)로부터 영상 신호를 받아 표시하는 장치로서 백라이트를 제거한 액정 표시 소자(LCD) 혹은 공간광변조기(Spatial light modulator)등 기존의 2차원 디스플레이에서 많이 쓰이는 장치이다. 본 실시예에서는 투과형 화상 표시 소자로서 공간광 변조기를 사용하지만 이에 한정되지는 않는다.

점광원 어레이 형성부(10)는 다수의 렌즈로 이루어지는 렌즈 어레이(11)를 포함한다. 렌즈 어레이(11)와 투과형 화상 표시 소자(30)의 거리는 렌즈 어레이의 초점 거리보다 크고 초점거리의 두 배보다는 작은 영역에서 어느 위치에라도 위치시킬 수 있다. 가변 확산기(40) 역시 렌즈 어레이의 바로 뒤나 렌즈 어레이와 투과형 화상 표시 소자 사이 어느 위치에라도 위치시킬 수 있다. 여기서는 투과형 화상 표시 소자(30)가 초점거리가 f인 렌즈 어레이(11)로부터

만큼 떨어져 있고, 가변 확산기(40)는 렌즈 어레이 바로 뒷면에 위치한다고 가정하고 설명하지만, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 표시 장치는 3차원 모드와 2차원 모드 등 2 가지 동작 모드로 동작하며, 이하에서는 이들 모드의 동작을 각각 설명한다.

먼저 영상 표시 장치가 3차원 모드로 동작하는 경우에 대하여 설명한다.

도 6a에 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 표시 장치가 3차원 모드로 동작할 경우의 작동 원리가 도시되어 있다.

3차원 모드는 영상 표시 장치가 3차원 영상을 표시하는 모드로서, 이 모드에서는 가변확산기(40)의 확산률이 최저가 되도록 조절된다. 본 발명의 제1 실시 예에서와 같이 고분자분산액정을 가변확산기로서 채용했을 때는 고분자분산액정에 일정한 크기의 전압을 가해줌으로써 확산률을 조절 할 수 있다.

3차원 모드에서 가변 확산기(40)의 확산률은 뒤에서 입사하는 평행광이 가변 확산기에 의하여 심각하게 확산(diffusion, scattering)되지 않고 대부분의 평행광이 그대로 통과될 만큼 작아져야 한다. 가변 확산률이 이와 같이 작아지면 뒤에서 입사하는 평행광은 마치 가변 확산기가 없는 듯이 그대로 가변 확산기(40)를 통과하게 되고, 가변 확산기(40)를 통과한 평행광은 렌즈 어레이(11)에 의하여 그 초점 면에서 초점이 맺게 된다. 이 때, 렌즈 어레이를 이루는 각각의 렌즈들이 그에 해당하는 초점(점광원)을 맺게 되므로, 결국 렌즈 어레이를 이루는 렌즈들의 개수만큼의 점광원들로 이루어진 점광원 어레이(DA)가 렌즈 어레이(11)의 초점면에서 형성된다. 이렇게 형성된 점광원 어레이(DA)에서 출발한 빛은 다시 투과형 화상 표시 소자(30)를 통과하며 3차원 영상을 형성한다. 이 때 투과형 화상 표시 소자(30)에는 영상 처리부(20)에 의하여 생성된 기초 영상들이 표시된다.

영상 처리부(20)는 표시하고자 하는 3차원 영상의 3차원 정보로부터 기초 영상들을 계산하고 화상 표시 소자(30)로 전송한다. 영상 처리부(20)에서 기초 영상들을 생성하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

표시하고자 하는 3차원 영상을 이루는 한 점 P의 평면상의 위치를 직교 좌표로 (x, y), 그 깊이 정보, 즉 점광원 어레이면(렌즈 어레이의 초점면)으로부터 그 점의 상이 맺히는 곳까지의 거리를 z (이때 점 P가 점광원 어레이면의 앞쪽 즉, 관측자 쪽에 있으면 z는 양수의 값을 가지며, 점 P가 점광원 어레이면의 뒤쪽에 있으면 z는 음수의 값을 가진다.), 형성된 점광원 어레이 중 왼쪽로부터 i 번째, 위로부터 j 번째에 위치되는 점광원의 중심 좌표를 (pls_x[i][j], pls_y[i][j]) (이 좌표는 그 점광원을 형성한 기초 렌즈의 중심 좌표와 같다), 그리고 점광원간의 x방향 간격을 Lx, y방향 간격을 Ly (여기서 Lx는 기초 렌즈의 x 방향으로의 중심 간 간격, Ly는 기초 렌즈의 y 방향으로의 중심 간 간격과 같다), 렌즈 어레이의 초점 거리를 f, 렌즈 어레이와 투과형 화상 표시 소자 사이의 거리를 g_lens_slm라고 하자. 점광원 어레이는 렌즈 어레이의 초점면에 생기므로 점광원 어레이와 투과형 화 상 표시 소자 사이의 거리 g_pls_slm은 다음 식과 같이 계산된다.

이 때 가상의 물체 포인트(object point)인 점 P의 기초 영상 중 왼쪽으로부터 i 번째, 위로부터 j 번째에 위치한 점광원을 위한 기초 영상은 다음 식에 의한 좌표값을 가지는 점 E_ij 가 된다.

위의 식들은 도 7의 기초 영상 제작의 개념도에서 보듯이 두개의 닮은꼴 삼각형의 비례관계에 의해 쉽게 얻을 수 있다. 그러나 위의 수학식 3 및 4에 의하여 계산된 점 E_ij가 반드시 왼쪽으로부터i 번째, 위로부터 j 번째에 위치한 점광원을 위한 기초 영상이 되는 것은 아니고 다음 두 가지 조건을 동시에 만족시킬 때만 기초 영상이 된다.

(조건1)

(조건2)

위의 수학식 3과 수학식 4에 의하여 계산된 값이 조건 1과 조건 2를 동시에만족시키지 못할 때에는 점 E_ij 는 점 P 의 기초 영상이 될 수 없다. 조건 1과 조 건 2의 만족여부에 관계없이 수학식3과 수학식 4에 의하여 계산된 점들을 모두 기초 영상을 이루는 점으로 취급하여 기초 영상을 구성하게 되면, 각 점광원의 기초 영상들 간의 상호 간섭에 의하여 재생된 3차원 영상의 질이 현저히 떨어지게 된다. 이와 같은 방법으로 점 P에 대한 기초 영상들을 생성 할 수 있으며 이와 같은 연산을 표시하고자 하는 3차원 영상을 이루는 모든 점들에 대하여 수행하고 이들을 중첩시킴으로써 완전한 기초 영상을 얻을 수 있다. 이 때 3차원 영상을 이루는 각 점에 대한 기초 영상들을 중첩시키는 데 있어서, 깊이의 역순으로, 즉 z가 작은 점에 대한 기초 영상위에 z가 큰 점의 기초 영상을 중첩시키는 방식으로 기초 영상들을 중첩해야 생성된 3차원 영상이 pseudoscopic 해지는 현상을 피할 수 있으며 이점은 기존의 컴퓨터생성 집적 영상 기술(Computer-Generated Integral imaging 혹은 Computer-Generated Integral Photography 혹은 CGII 혹은 CGIP)과 같다. 또한 주목할 만한 점은 본 발명에서 기초 영상을 계산할 때, 관측자의 위치를 고려하지 않는다는 것이다. 이것은 본 발명에 의한 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치의 3차원 모드 부분이 기존의 점광원 어레이를 이용한 다시점 3차원 영상 표시 방식과 구별되는 중대한 특징이다. 즉, 기존의 점광원 어레이를 이용한 다시점 3차원 영상 표시에서는 몇 몇 개의 관측자의 위치(시점)를 가정하고, 그 위치에서 그 위치에 해당하는 영상을 관측할 수 있도록 투과형 화상 표시 소자에 표시되는 영상을 생성하여 관측자는 양안시차에 의하여 입체감을 느꼈으나, 본 발명에 따른 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치의 3차원 모드에서는 점광원 어레이로부터 나오는 빛이 투과형 화상 표시 소자를 통과하며 그 기초 영상에 의하여 적절히 변조되어 공간상 에 실제로 3차원 영상으로서 결상되게 되므로 관측자의 위치에 상관없이 일정한 시야각내에서는 연속적인 시차를 관측할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 3차원 모드는 일반적인 다시점 3차원 디스플레이 방식이 아니라 집적 영상 기술의 일종이며, 점광원 어레이를 이용하는 방식을 포함한 일반적인 다시점 3차원 디스플레이 방식에서 화상 표시 소자에 표시하는 영상을 계산할 때 관측자의 위치, 즉 시점의 위치, 개수를 고려하는 데 반해, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 3차원 모드에서는 기초 영상들을 생성하는 데 있어 위에서 설명한 바와 같이 표시하고자 하는 물체의 3차원 정보만이 고려될 뿐, 관측자의 위치는 고려되지 않는다.

이상과 같은 방법으로 계산된 기초 영상들은 투과형 화상 표시 소자(30)에 표시되며, 렌즈 어레이(11)에 의하여 형성된 점광원 어레이(DA)로부터 출발한 빛이 투과형 화상 표시 소자(30)를 통과하며 그 면에 표시된 기초 영상에 따라 적절히 변조됨으로써 3차원 영상이 표시된다.

기존의 집적 영상 기술에서는 렌즈 어레이를 통한 기초 영상들의 결상을 통하여 3차원 영상을 표시하므로, 렌즈 어레이(11)와 화상 표시 소자(30) 사이의 간격에 따라 최적화된 3차원 영상을 표시할 수 있는 깊이 방향 위치(z)가 수학식 1에 의하여 결정되고, 그 위치 주위의 한정된 깊이에서만 3차원 영상을 표시할 수 있었다. 더구나 실상 3차원 영상(z>0)을 표시할 때는 렌즈 어레이(11)와 화상 표시 소자(30) 사이의 간격이 수학식 1에 따라 렌즈 어레이의 초점거리보다 길어져야 하고, 허상 3차원 영상(z<0)을 표시할 때는 렌즈 어레이(11)와 화상 표시 소자(30) 사이의 간격이 렌즈 어레이의 초점거리 보다 작아져야 하므로, 따라서 실상 3차원 영상과 허상 3차원 영상의 어느 하나만을 표현할 수 있었다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 3차원 모드에서는 기초 영상의 결상에 의하여 3차원 영상을 표시하지 않고 점광원으로부터 나오는 빛의 기초 영상을 통한 적절한 변조를 통하여 3차원 영상을 표시하므로, 표시하고자 하는 3차원 영상의 깊이 방향 위치(z)에 상관없이, 더구나, 실상이냐(z>0) 허상이냐(z<0)에 상관없이 렌즈 어레이와 투과형 화상 표시 소자간의 간격이 일정하며, 다만 투과형 화상 표시 소자에 표시되는 기초 영상들만이 달라지므로, 어떠한 기계적인 움직임 없이도 실상 3차원 영상과 허상 3차원 영상을 동시에 표현할 수 있어, 표현 가능한 3차원 영상의 깊이감이 기존의 집적 영상 기술에 비하여 비약적으로 증대되는 장점이 있다.

다음에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 2차원 모드에서의 동작을 설명한다.

2차원 모드는 2차원 영상을 표시하는 모드로서, 도 6b에 그 동작 원리가 도시되어 있다. 2차원 모드에서는 가변 확산기의 확산률(haze rate, scattering rate, diffusing rate)이 커지도록 조절된다. 뒤에서 입사하는 평행광은 가변 확산기에 의하여 확산되어 일정한 방향성 없이 넓은 각도로 불규칙하게 퍼진 상태로 렌즈 어레이를 통과하게 된다. 이 경우 가변 확산기와 렌즈 어레이 사이의 간격이 너무 좁아서 렌즈 어레이(11)는 가변 확산기(40)에 의하여 확산된 빛을 결상하지 못하며 단지 그 확산된 빛을 투과형 화상 표시 소자(30)로 전달하는 역할만을 한다. 따라서 일정한 방향성이 없는 확산된 빛이 투과형 화상 표시 소자(30)를 비추게 되 므로 관측자는 투과형 화상 표시 소자(30)에 표시된 영상을 투과형 화상 표시 소자 면에서 그대로 2차원 영상으로 관측하게 된다. 이와 같은 2차원 모드에서 영상 처리부(20)는 특별한 영상 처리 없이 표시하고자 하는 2차원 영상을 그대로 투과형 화상 표시 소자(30)에 전달하며, 관측자는 그 2차원 영상을 그대로 관측하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 확산된 빛이 투과형 화상 표시 소자를 비추는 구조는 투과형 화상 표시 소자를 사용하는 일반적인 2차원 디스플레이 (예를 들면 액정 디스플레이 LCD)의 구조와 동일한 것으로서, 따라서 관측자는 본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 2차원 모드에서 사용하는 투과형 화상 표시 소자 자체의 완전한 해상도와 시야각으로 2차원 영상을 관측하게 된다.

이상과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에서는 렌즈 어레이와 평행광을 이용하여 점광원 어레이를 형성하고 가변 확산기의 확산율을 전기적으로 조절함으로써 깊이감이 향상된 3차원 영상과, 높은 해상도의 2차원 영상을 표시할 수 있다.

다음, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 영상 표시 장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 제2 실시 예에서는 제1 실시예의 평행광과 렌즈 어레이 대신 광섬유(optical fiber) 어레이를 이용하여 점광원 어레이를 형성하고 이를 이용하여 3차원/2차원 변환 가능 영상 표시 장치를 구성하는 방식을 제시한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영상 표시 장치의 구조 및 영상 표시의 개념도이다. 도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 구조는 제1 실시 예와 동일하게 이루어지며, 단지 점광원 어레이 형성부(10)의 구조가 제1 실시 예와는 다르다.

제2 실시 예에 따른 영상 표시 장치에서, 점광원 어레이 형성부(10)는 렌즈 어레이 대신에 하나 혹은 다수의 광원에서 나오는 빛을 전달하는 적어도 하나 이상의 광섬유로 이루어지는 광섬유 어레이(12)를 포함한다. 그리고 광섬유 어레이(12)의 끝단과 투과형 화상 표시 소자(30) 사이에 가변확산기(40)가 위치되지만 이에 한정되지는 않는다.

광원에서 출사된 빛은 광섬유 어레이(12)를 통하여 투과형 화상 표시 소자(30)까지 전달되며, 이 때 광원에서 출발하여 광섬유 어레이(12)로 입사된 빛은 광섬유내에서 광섬유를 따라 진행하다가 광섬유의 끝단에서 퍼져 나오게 된다. 따라서 각각의 광섬유의 끝단은 그 각각이 하나의 점광원으로 볼 수 있으며, 광섬유의 개수와 그 간격이 점광원의 개수와 점광원 간의 간격이 된다. 또, 점광원 어레이가 형성되는 면이 광섬유 어레이의 끝단과 같으므로, 광섬유 어레이 끝단과 투과형 화상 표시 소자간의 간격이 점광원 어레이와 투과형 화상 표시 소자간의 간격 g_pls_slm이 된다.

따라서 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 3차원 모드에서는 가변확산기의 확산률이 최저로 조절되고, 영상 처리부(20)는 수학식 3,4와 조건 1,2를 이용하여 위 제1 실시예와 같은 방법으로 기초 영상을 생성하고 투과형 화상 표시소자(30)에 표시하여 3차원 영상을 표시한다. 또, 2차원 모드에서는 가변 확산기(40)의 확산률을 증가시켜, 광섬유 끝단에서 나오는 빛을 가변 확산기(40)에서 확산시키고 이 확산된 빛이 투과형 화상 표시 소자를 비추도록 함으로써 투과형 화상 표시 소자(30) 표면에서 2차원 영상을 재생한다.

비록, 이 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허 청구 범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다

이상에서와 같이 위에 기술된 이 발명의 실시 예에 따라 가변 확산기의 확산률을 조절하고 각 모드에 맞는 영상을 투과형 화상 표시 소자에 표시함으로써 3차원/2차원 변환 가능한 영상 표시 장치를 구성할 수 있다.

특히 본 발명의 3차원 모드는 집적 영상 기술의 원리에 기반하여, 일정한 시야각 내에서 연속적인 수직, 수평 시차를 제공하는 등 집적 영상 기술의 유용한 장점들을 그대로 가지고 있으면서도, 기존의 집적 영상 기술과는 달리 표시할 3차원 영상의 깊이에 따라 점광원 어레이와 투과형 화상 표시 소자간의 간격을 조절할 필요가 없이 실상 3차원 영상과 허상 3차원 영상을 동시에 표시할 수 있다. 그 결과 영상의 깊이감(입체감)이 기존 집적 영상 기술에 비해 훨씬 증대된다.

또, 본 발명의 2차원 모드는 투과형 화상 표시 소자를 확산광으로 비춘다는 점에서 일반적인 액정 디스플레이(LCD)의 구조와 거의 흡사하여 사용되는 투과형 화상 표시 소자 자체의 완전한 해상도와 시야각으로 2차원 영상을 관측할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

1. 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 생성하여 출력하거나 2차원 영상의 재생을 위해 표시하고자 하는 2차원 영상을 출력하는 영상 처리부;

   상기 영상 처리부에서 생성된 기초 영상 또는 출력되는 2차원 영상을 표시하는 투과형 화상 표시부;

   다수의 점광원들로 이루어진 점광원 어레이를 형성하며, 상기 점광원 어레이들로부터 출력되는 빛이 상기 투과형 화상 표시부로 제공되는 점광원 어레이 형성부; 및

   상기 점광원 어레이로부터 출력되는 빛의 확산률을 가변시켜, 상기 투과형 화상 표시부에서 표시되는 영상이 3차원 영상 또는 2차원 영상으로 표시되도록 하는 가변 확산부

   를 포함하는 영상 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 3차원 영상을 표시할 때, 상기 가변 확산부의 확산률이 낮게 조절되고 상기 영상 처리부는 3차원 영상을 위한 기초 영상을 생성하며, 상기 투과형 화상표시부는 상기 기초 영상을 표시하며,

   상기 2차원 영상을 표시할 때, 상기 가변 확산부의 확산률이 높게 조절되고 상기 영상 처리부는 상기 2차원 영상을 그대로 투과형 화상표시부에 전달하며, 투 과형 화상표시부는 영상처리부가 제공하는 2차원 영상을 표시하는 영상 표시 장치.
3. 제2항에서,

   선택된 모드에 따라 상기 가변 확산부의 확산률을 조절하는 모드 선택부를 더 포함하는 영상 표시 장치.
4. 제1항에서,

   상기 영상 처리부는 3차원 모드에서, 3차원 영상 정보의 물체 포인트(object point)인 점 P의 좌표가 (x.y)이고, 상기 점광원 어레이로부터 상기 점 P의 상이 맺히는 곳까지의 거리가 z인 경우, 상기 점 P에 대한 기초 영상은 다음의 식에 따라 산출되는 영상 표시 장치.

   

   

   pls_x[i][j], pls_y[i][j]) : 상기 점광원 어레이의 점광원 중 왼쪽으로부터 i 번째, 위로부터 j 번째에 위치되는 점광원의 중심 좌표.

   g_pls_slm : 점광원 어레이로부터 투과형 화상 표시부까지의 거리.
5. 제4항에서,

   상기 영상 처리부는 3차원 모드에서, 상기 식에 의하여 산출된 상기 점 P에 대한 기초 영상 중 다음의 조건을 만족하는 값만을 추출하여 상기 점 P에 대한 기초 영상으로 설정하는 영상 표시 장치.

   

   

   Lx: 상기 점광원 어레이의 점광원 간의 x방향 간격

   Ly,: 상기 점광원 어레이의 점광원 간의 y방향 간격
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

   상기 점광원 어레이 형성부는 다수의 기초 렌즈로 이루어진 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 렌즈 어레이로 평행광이 입사됨에 따라 상기 점광원 어레이가 상기 렌즈 어레이의 초점면에 형성되는 영상 표시 장치.
7. 제6항에서

   상기 렌즈 어레이의 초점거리가 f인 경우, 상기 투과형 화상 표시부는 상기 렌즈 어레이로부터

   

   만큼 떨어져 위치되는 영상 표시 장치.
8. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에서,

   상기 점광원 어레이 형성부는 하나 혹은 다수의 광원으로 제공되는 빛을 전 달하는 적어도 하나 이상의 광섬유로 이루어지는 광섬유 어레이를 포함하는 영상 표시 장치.
9. 제1항에서,

   상기 가변 확산부는 인가되는 전압에 따라 입사되는 빛의 확산률을 가변시키는 고분자분산액정으로 이루어지는 영상 표시 장치.

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