KR100433276B1 - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집적 영상술(IP: Integral Photography)을 사용한 입체 영상 표시 장치로서, 렌즈 어레이와 표시 소자와의 간격을 임의로 조절할 수 있는 렌즈 어레이 구동부, 렌즈 어레이 구동부를 제어하는 간격 제어부; 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 생성하고 이를 간격 제어부의 제어 신호와 동기 시키는 영상 처리부; 상기 영상 처리부에서 생성된 기초 영상을 표시하는 표시 소자; 및 다수의 기초 렌즈로 이루어지며 상기 표시 소자에서 표시되는 기초 영상을 결상하여 해당하는 3차원 영상을 재생하는 렌즈 어레이를 포함한다.

본 발명에 따르면 렌즈 어레이와 표시 소자 사이의 간격을 조절할 수 있기 때문에 3차원 물체의 두께에 의한 해상도 저하를 막을 수 있으며, 실상 IP 방식과 허상 IP 방식을 함께 구현하여 보다 깊이감 있는 입체 영상을 표시할 수 있다.

Description

입체 영상 표시 장치{Three-dimensional display}

본 발명은 입체 영상 표시(display) 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 집적 영상술(Integral Photography, 이하 IP라 명명함)을 사용하여 3차원 영상을 표시(display) 하는 입체 영상 표시 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

3차원 화상을 구현하는 기술 중 렌즈 어레이를 사용하는 IP 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.

도 1a에 종래의 IP 방식에 대한 기본 원리가 도시되어 있다.

IP 방식을 구현하기 위한 전체 시스템은 도 1a에서와 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.

본 발명자들은 최근 렌즈 어레이를 이용한 촬영과정 없이 기초 영상들을 컴퓨터를 이용하여 생성한 후, 이를 렌즈 어레이가 장착된 표시 장치로 전송하는 방식을 제안하였다. 이러한 CGIP(Computer-Generated Integral Photography) 시스템에서는 하나의 렌즈 어레이와 기존의 평면 표시 장치만으로도 안경을 쓰지 않고 입체 정지 화상은 물론 입체 동화상까지 실시간으로 관찰 가능하였다. 또한 기존의 IP 방식에서 문제점이었던 물체의 촬영 방향과 재생 방향이 달라서 생기는 깊이 역전 현상을 방지할 수 있었다.

도 1b에 CGIP 시스템의 구조가 도시되어 있다. 도 1b에서와 같이, 가상의 3차원 물체에 대한 기초 영상들을 컴퓨터를 이용해 생성하고 이를 표시 장치(예를 들어 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.

(여기에서d는 집합 영상의 렌즈 어레이로부터의 위치,g는 렌즈 어레이와LCD 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 IP), 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 IP).

도 2에서 IP의 두 가지 표시 방법인 실상 IP와 허상 IP를 비교하여 도시하고 있다. 허상 IP의 경우 집합 영상이 맺히는 위치가 실상 IP보다 관찰자로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 관찰자는 보다 넓은 시야각을 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한 도 2의 그림으로부터 알 수 있듯이 허상 IP의 기초영상은 실상 IP의 기초영상과는 달리 직립상이라는 차이점을 제외하고는 실상 IP의 구현 방식과 유사하다.

이러한 두 가지 IP 표시 방법에서 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 고정되어 있다면 집합 영상이 특정 평면에서 맺히게 되므로 표시 하려는 물체가 두께를 가진 3차원 물체라면 물체의 중심 평면에서 영상의 해상도가 최적화 된다. 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 IP 방식의 한계이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 두께를 가지는 입체의 모든 부분을 고해상도로 표시할 수 있는 입체 영상 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 실상 IP 방식과 허상 IP 방식을 동시에 적용하여 보다 깊이감 있는 입체 영상을 표시할 수 있는 입체 영상 표시 장치를 제공하는 것이다.

도 1a는 일반적인 집적 영상술(IP: Integral Photography)의 기본 개념을 나타낸 도면이다.

도 1b는 CGIP(Computer-Generated Integral Photography)의 기본 개념을 나타낸 도면이다.

도 2는 실상 IP와 허상 IP의 개념을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 블록도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 영상 처리부, 표시 소자, 간격 제어부만을 나타낸 블록도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 디스플레이 장치의 영상 처리부, 표시 소자, 간격 제어부만을 나타낸 구성도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시에에 따른 기초 영상을 생성하는 원리를 나타낸 개념도이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기초 영상을 생성하여 입체 영상을 표시하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 블록도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 간격 조절과 집합 영상의 위치 관계를 나타낸 그래프이다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 표시 소자와 렌즈 어레이 사이의 간격을 영상에 동기화하여 변동시킨다.

구체적으로는 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 생성하는 영상 처리부, 상기 영상 처리부에서 생성된 기초 영상을 표시하는 표시부, 다수의 기초 렌즈로 이루어지며, 상기 표시부에서 표시되는 기초 영상을 결상하여 해당하는 3차원 영상을 재생하는 렌즈 어레이, 렌즈 어레이와 표시부 사이의 간격을 조절하는 간격 제어부를 포함하는 입체 영상 표시 장치를 마련한다.

이 때, 상기 간격 제어부는 상기 렌즈 어레이와 표시부 사이의 간격을 상기 영상 처리부가 생성하는 기초 영상과 동기시켜 변화시키는 것이 바람직하다.

또, 상기 간격 제어부의 제어 신호에 따라 상기 렌즈 어레이를 변위시키는 렌즈 어레이 구동부를 더 포함할 수 있고, 상기 렌즈 어레이와 상기 표시부 사이의 간격은 상기 기초 렌즈의 초점 거리보다 작은 범위 내에서만 또는 큰 범위 내에서만 변화하거나, 또는 큰 범위와 작은 범위를 오가며 변위할 수 있다.

그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 블록도이다.

본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 표시 소자(1), 영상 처리부(2), 렌즈 어레이(3), 간격 제어부(4) 및 렌즈 어레이 구동부(5)로 이루어진다.

여기서, 표시 소자(1)는 영상 처리부(2)로부터 영상 신호를 받아 표시하는 장치로서 액정 표시 장치(LCD)나 평면 CRT 등 기존의 표시 장치이다. 본 실시예에서는 액정 표시 장치를 표시 소자(1)의 예로서 제시한다.

영상 처리부(2)는 입체 영상을 표시하기 위하여 표시 소자(1)에 나타나야 할 영상 신호를 생성하여 표시 소자(1)에 전달한다. 영상 처리부(2)는 표시하고자하는 영상 정보가 실상일 경우 실상 IP의 기초 영상 제작 방식에 따라, 허상일 경우 허상 IP의 기초 영상 제작 방식에 따라 제작하고 제작된 기초 영상을 표시부에 표시하는 시각을 간격 제어부(4)와 동기 시킨다.

렌즈 어레이(3)는 표시 소자(1)에서 표시되는 기초 영상들을 결상하여 집합 영상으로 합함으로써 3차원 영상으로 재생시킨다. 이 때, 사용하는 렌즈 어레이는 일반용 혹은 프레넬 렌즈 어레이여도 좋다. 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)는 계단적 표면을 통하여 수차가 없도록 고안된 렌즈로서, 일반적으로 콜렉터(collector)나 콜리메이터(collimator) 등으로 사용되지만, 계단 표면에서 발생하는 블루어 노이즈(blur noise) 때문에 이미징(imaging)에는 널리 사용되지 않는다. 그러나, 큰 F-넘버를 가지는 프레넬 렌즈도 거의 수차가 없이 상을 표현할 수 있다는 장점이 있다.

간격 제어부(4)는 렌즈 어레이 구동부(5)를 제어하는 신호를 생성한다. 이 때, 렌즈 에레이 구동부(5) 제어 신호는 영상 처리부(2)의 영상 신호와 동기화되어있다. 즉, 표시 소자(1)에서 표시되는 영상의 내용에 맞추어 렌즈 어레이의 위치를 이동시키도록 렌즈 어레이 구동부(5)에 제어 신호를 전달한다.

렌즈 어레이 구동부(5)는 간격 제어부(4)의 제어 신호에 따라 렌즈 어레이(3)의 위치를 이동시킨다. 렌즈 어레이(3)의 위치가 이동하면 수학식 1에서 g값이 변동하게 되므로 렌즈 어레이로부터 집합 영상까지의 거리 d가 변동한다(f는 각 렌즈의 초점 거리이므로 불변). 즉, 렌즈 어레이(3)와 표시 소자(1) 사이의 거리를 조정함으로써 집합 영상의 결상 위치를 제어할 수 있다.

그러면 이러한 입체 영상 표시 장치의 구동 방법을 설명한다.

먼저, 기초 영상의 제작 방법에 대하여 설명한다.

도 4는 도 3의 영상 처리부(2), 표시소자(1) 및 렌즈 어레이(3)만을 나타낸 도면이다.

도 4에서는 도 3에서의 영상 처리부(2)가 기초 영상 생성부(21)와 구동부(22)로 구분하여 표시되었다. 기초 영상 생성부(21)는 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 생성하고, 구동부(22)는 생성된 기초 영상에 따라 표시소자(1)를 구동시킨다.

여기서, 물체는 가상의 3차원 물체로 가정하고 그 정보를 직접 제작해도 좋고, 일반적인 3차원 컴퓨터 그래픽스에서 사용되는 3차원 물체 소스(object source) 정보를 그대로 사용하여도 좋다.

또한, 도 5에서처럼 기존의 일반적인 카메라로 여러 영상을 촬영해 이를 컴퓨터를 이용하여 각각의 영상이 서로 다른 깊이를 갖도록 기초 영상들을 제작하고 이를 렌즈 어레이를 포함하는 디스플레이 장치로 재생하면 깊이가 다른 준(quasi) 3차원 영상을 구현할 수 있다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 부분 예시도이며, 이 경우와 같이 영상 처리부(2)는 컴퓨터가 될 수 있다. 따라서 본원 발명에 따른 입체 영상 표시 장치를 CGIP(Computer Generated Integral Photography) 장치라고 할 수 있다.

다음에는 이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 작용에 대하여 설명한다.

일반적인 3차원 영상은 2차원 영상 정보에 깊이 정보가 추가된 것으로 이를 2차원 매체인 디스플레이 패널 위에서 구현하기 위해서는 여러 방향에서의 정보를 담고 있는 기초 영상들의 집합(set)으로 바꿔주어야 한다.

본원 발명에 따른 입체 영상 표시 장치에서 기초 영상 생성부(21)는 디스플레이 하고자 하는 가상 물체의 3차원 정보를 사용되는 렌즈 어레이(3)의 특성에 맞게 기초 영상들의 집합으로 매핑(mapping) 하며, 특히, 3차원 영상 정보의 기초 영상으로의 매핑은 3차원 영상 정보를 이루는 각각의 모든 점에 대하여 독립적으로 이루어진다.

3차원 영상 정보를 이루는 한 점을 그 점이 갖고 있는, 혹은 임의로 선택된 깊이 정보 (z 값)와 사용된 렌즈 어레이의 초점 거리 , 기초 렌즈의 크기 , 그 점의 평면상의 위치 정보 (x , y 값) 등을 고려하여 기초 영상으로 바꾸고 이 과정을 3차원 영상 정보를 이루는 모든 점에 대하여 시행하게 되면 전체 3차원 영상 정보를 기초 영상으로 바꾸게 된다.

도 6에 기초 영상을 생성하는 개념도가 도시되어 있다.

3차원 영상정보를 이루는 한 점 P의 평면상의 위치를 직교 좌표로 (x, y), 그 깊이 정보, 즉 렌즈 어레이(3)로부터 그 점의 상이 맺히는 곳까지의 거리를 z,렌즈 어레이(3)의 각 기초 렌즈 중 왼쪽으로부터 i 번째, 위로부터 j 번째에 위치되는 기초 렌즈의 중심 좌표를 (lens_x[i][j], lens_y[i][j]), 그리고 기초 렌즈의 x방향 크기를 L_x, y방향 크기를 L_y, 초점 거리를 f 라고 하자.

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

위의 식들은 도 6의 기초 영상 제작의 개념도(편의상 렌즈 어레이(3)를 핀홀 어레이(pinhole array)로 생각한다.)로부터 두개의 닮은꼴 삼각형의 비례관계에 의해 쉽게 얻을 수 있다. 그러나 위의 수학식 1 및 2에 의하여 계산된 점 E_ij가 반드시 왼쪽 으로부터i 번째 위로부터 j 번째에 위치한 기초렌즈에 의한 기초 영상이 되는 것은 아니고 다음 두 가지 조건을 동시에 만족시킬 때만 기초 영상이 된다.

(조건1) -Lx < Elemental_image_x[i][j] lens_x[i][j] < Lx

(조건2) -Ly < Elemental_image_y[i][j] lens_y[i][j] < Ly

위의 수학식 1과 수학식 2에 의하여 계산된 값이 조건 1과 조건 2를 동시에만족시키지 못할 때에는 점 E_ij 는 점 P 의 기초 영상이 될 수 없다. 조건 1과 조건 2의 만족여부에 관계없이 수학식1과 수학식 2에 의하여 계산된 점들을 모두 기초 영상을 이루는 점으로 취급하여 기초 영상을 구성하게 되면 각 기초렌즈의 기초 영상들 간의 상호 간섭에 의하여 재생된 3차원 영상의 질이 현저히 떨어지게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기초 영상을 생성하여 입체 영상을 표시하는 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.

첨부한 도 7에 도시되어 있듯이, 우선 기초 영상 생성부(21)는 렌즈 어레이(3)를 구성하는 기초 렌즈들의 위치를 계산한다(S100∼S110). 다음으로 물체를 구성하는 포인트들을 z방향으로 오름차순으로(small z => large z) 정렬시킨다(S120).

그런 다음 하나의 물체 포인트의 x,y 정보로부터 기초 영상들 중 중심(center)이 되는 기초 영상 포인트를 구한 후, 물체 포인트의 z 정보로부터 조건1과 조건2를 만족하는 기초 영상의 개수(possible i,j)를 구한다(조건1과 2를 만족하는 기초 영상들만을 추출하는 과정)(S130∼S150). 여기서, 중심 기초 영상 포인트란 물체 포인트 P로부터 렌즈 어레이 평면과 수직인 곳에 위치한 기초 렌즈에 의해 맺히는 기초 영상 포인트를 의미하며, 이를 기준으로 하여 기초 영상 집합을 구하게 된다.

다음에, possible i,j에 대해 기초 영상의 집합인 E_ij 즉, 물체 포인트 P에 대한 최종적인 기초 영상 집합을 구한다(S160). 결국 3차원 영상 정보를 이루는 한점 P의 왼쪽으로부터 i번째 위로부터 j 번째에 위치하는 기초렌즈에 의한 기초 영상 E_ij 는 수학식1과 수학식2에 의하여 계산되고, 위의 조건 1과 조건 2를 동시에 만족할 경우에만 점 P 의 기초 영상으로서 설정된다.

이러한 방법으로 렌즈 어레이(3)의 모든 기초 렌즈에 대하여 각각의 E_ij를 구하고, 이 중 조건 1과 조건 2를 동시에 만족시키는 점들의 집합을 구하면 그 집합이 3차원 영상정보를 이루는 한 점 P 의 기초 영상이 된다. 즉, 점 P 의 기초 영상 = {E_ij | 점 E_ij 는 조건1과 조건2를 동시에 만족 , i=1,2,.., num_lens_x , j= 1,2,,num_lens_y}와 같이 된다. 이 때 num_lens_x , num_lens_y 는 렌즈 어레이를 구성하는 기초렌즈의 x , y 방향으로의 개수를 나타낸다.

위와 같은 방법에 의해 3차원 영상정보를 이루는 한 점 P 의 기초 영상을 구한 다음에, 기초 영상 생성부(21)는 구해진 기초 영상을 토대로 구동부(22)를 동작시키고, 이에 따라 구동부(22)가 표시 소자(1)를 구동시킴에 따라, 표시 소자(1) 상에 3차원 영상정보를 이루는 한 점 P의 기초 영상이 디스플레이된다. 그리고 표시 소자(1)에 디스플레이이된 기초 영상이 렌즈 어레이(3)에 의하여 결상되어 3차원 영상 정보 P로 재생된다(S170).

다른 3차원 영상 정보의 점에 대해서도 위에 기술된 과정을 반복 수행하여 기초 영상을 구한 다음에 표시 소자(1)를 통하여 디스플레이 한다(S180).

따라서, 3차원 영상 정보의 모든 점에 대하여 각각 위와 같은 방법을 적용하여 기초 영상들을 구하게 되며, 다시 이 기초 영상들의 집합이 3차원 영상정보의 전체 기초 영상이 된다.

여기서 3차원 영상 정보의 모든 점에 대하여 기초 영상을 구한 다음에, 구해진 기초 영상을 표시 소자를 통하여 디스플레이하여 3차원 영상을 재생할 수도 있다.

한편, 이러한 기초 영상을 구하는 과정은 3차원 영상정보를 이루는 각 점이 가지고 있는, 혹은 임의로 설정된 깊이 정보(z) 값의 크기 순서에 따라, z 값이 작은 점부터 z 값이 큰 점의 순서로 z를 증가시키면서 모든 물체 포인트에 대해서 행해지게 된다.

이와 같은 순서로 임의의 3차원 가상 물체에 대한 기초 영상을 구함으로써 입체 표시 영상을 얻을 수 있고, 촬영-디스플레이 방식에서 나타나는 깊이 역전(pseudoscopic) 영상의 문제를 자연스럽게 해결할 수 있다.

또한 도 5와 같이 각각 다른 깊이로 재생될 영상들을 각각 일반 카메라로 잡고 그것을 각각의 깊이 정보로 매핑한 후 하나의 디스플레이 장치에 모아서 재생하게 되면, 배경과 대상들이 서로 다른 깊이감을 갖는 3차원 영상장치를 구성할 수 있게 된다.

다음, 위에서 설명한 방법으로 제작된 기초 영상을 이용하여 보다 깊이감 있고, 큰 두께를 가지는 입체 영상을 표시함에 있어서도 고해상도를 유지할 수 있는 입체 영상 표시 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에서는 실상 IP 방식만을 독립적으로 사용하고자 하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 3에서와 같이, 영상 처리부(2)가 서로 다른 깊이(렌즈 어레이로부터 집합영상까지의 거리)를 갖는 다수의 집합 영상에 대한 기초 영상들을 제작하고 이를 해당되는 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격의 움직임에 동기 시켜 표시 소자(1)에 전송한다. 따라서 집합 영상이 표시되는 깊이를 변화시키면 공간상에서 집합 영상이 깊이 방향으로 움직이는 효과를 얻을 수 있다. 또한 표시 하고자 하는 집합 영상이 두께를 가진 3차원 영상이라면 영상을 다수의 단면으로 잘게 쪼개 각 단면에 해당하는 기초 영상들을 만들고 이와 동기시켜 렌즈 어레이(3)를 고속으로 구동하면 잔상 효과에 의하여 연속적인 입체 영상이 나타난다. 이러한 방법으로 입체 영상을 표시하면 3차원 물체의 두께의 의한 해상도 저하 현상을 막을 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 표시 소자(1)로부터 렌즈의 초점 거리(f) 밖에서 렌즈 어레이(3)를 진동시키는 실상 IP 방식을 예로 들어 설명하였으나 표시 소자(1)로부터 렌즈의 초점 거리(f) 내에서 렌즈 어레이(3)를 진동시키는 것을 통하여 허상 IP 방식으로 사용할 수 있다. 또한 실상 IP 방식과 허상 IP 방식을 동시에 구현할 수도 있는데 이에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 블록도이다.

제2 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치도 구성 요소는 제1 실시예와 마찬가지로 표시 소자(1), 영상 처리부(2), 렌즈 어레이(3), 간격 제어부(4), 렌즈 어레이 구동부(5)로 이루어진다. 다만, 렌즈 어레이(3)가 표시 소자(1)로부터 렌즈의 초점 거리(f)를 중심으로 하여 양쪽으로 변위하는 점이 다르다.

그러면 실상 IP 방식과 허상 IP 방식을 함께 구현하고자 하는 제 2 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 구동 방법에 대하여 설명한다.

실상 IP 방식과 허상 IP 방식을 함께 구현하고자 하는 경우 역시 영상 처리부(2)가 서로 다른 깊이를 갖는 두 개의 집합 영상(실상 IP용 집합 영상과 허상 IP용 집합 영상)에 대한 기초 영상들을 제작하고 이를 해당되는 렌즈 어레이(3)와 표시 소자(1)인 LCD 패널과의 간격의 움직임에 동기 시켜 표시 소자(1)에 전송한다. 단, 제1 실시예와의 차이점은 도 8에서와 같이 렌즈 어레이(3)와 표시 소자(1)의 간격이 두 가지 상태(기초 렌즈의 초점거리보다 크거나 혹은 작은 상태)로 규칙적으로 왕복하며 변화하는 점이다. 이때 고속 선형 모터 등을 이용해 렌즈 어레이 구동부(5)의 속도를 고속으로 하고, 앞서 보이고자 하는 영상을 실상 IP용 영상으로, 뒤쳐져 보이고자 하는 영상을 허상 IP용 영상으로 사용한다면 잔상 효과에 의해 두 개의 영상이 렌즈 어레이(3)의 앞뒤로 동시에 보이게 된다. 예를 들어 인물을 실상 IP용 영상으로, 배경을 허상 IP용 영상으로 사용하고 해당 기초 영상들의 변화와 동기 하여 렌즈 어레이(3)와 표시 소자(1)의 간격을 고속으로 왕복 조절하면, 마치 인물이 배경을 뒤로하여 공간상에 존재하는 것처럼 보이는 방식이다.

실상 IP와 허상 IP를 함께 구현하면 이를 독립적으로 사용할 때에 비해 깊이감의 정도에서 유리한데, 이는 실상 IP에 의한 집합 영상은 렌즈 어레이(3)의 앞면에, 허상 IP에 의한 집합 영상은 렌즈 어레이(3)의 뒷면에 위치하므로 두 개의 집합 영상들끼리의 깊이 차이가 커지기 때문이다.

도 9는 렌즈어레이(3)와 표시 소자(1)의 간격과 이에 따른 집합 영상의 위치 관계를 보여준다. 이는 수학식 1에 따른 결과로서 렌즈 어레이(3)를 구성하는 기초 렌즈의 초점거리가 2cm와 3cm일 경우를 각각 그린 것이다. 도면에서 집합 영상의위치값 0에 해당하는 것은 렌즈 어레이의 위치로 위치값이 양수일 때는 집합 영상이 렌즈 어레이(3) 앞면에 표시되는 실상 IP를, 음수일 때는 집합 영상이 렌즈 어레이 뒷면에 표시되는 허상 IP를 나타낸다. 예를 들어 기초 렌즈의 초점거리가 2cm인 렌즈 어레이를 사용하고 렌즈 어레이와 표시 소자인 LCD 패널과의 간격을 1.6cm와 2.4cm 두 단계로 바꿔주면 렌즈 어레이 뒷편 8cm 떨어진 곳에 허상 IP에 의한 집합 영상이, 앞편 12cm 떨어진 곳에 실상 IP에 의한 집합 영상이 위치하므로 잔상 효과가 발생하면 두 영상의 깊이 차이는 20cm가 된다. 도면에서는 기초 렌즈의 초점 거리를 기준으로 실상 IP와 허상 IP에 해당하는 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격이 매우 작게만 변화하여도 집합 영상들간의 깊이 차이가 커지는 것을 볼 수 있지만, 일반적으로 집합 영상이 렌즈 어레이로부터 멀리 떨어질수록 해상도가 낮아지므로 깊이 차이를 무한정 크게 하기는 어렵다. 따라서 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 간격은 집합 영상들간의 깊이 차이와 해상도, 간격 제어부에서 조절 가능한 속도 등을 고려하여 알맞게 정해져야 한다.

이상의 실시예에서는 표시 소자(1)와 렌즈 어레이(3)와의 간격 조절을 위하여 렌즈 어레이(3)를 변위시키는 방법을 택하였으나, 렌즈 어레이(1)는 고정시키고 표시 소자(1)를 변위시켜 간격을 조절하는 방법도 가능하다.

또, 이상의 실시예에서는 영상 처리부, 간격 제어부, 렌즈 어레이 구동부를 별개의 블록으로 표시하고 있으나 이는 이해를 돕기 위하여 기능별로 구별하여 표시한 것이고, 하드웨어적으로나 소프트웨어적으로 반드시 분리되어야 하는 것은 아니다. 즉, 영상 처리부와 간격 제어부가 하나의 모듈로 형성될 수도 있고, 간격제어부와 렌즈 어레이 구동부가 하나의 모듈로 형성될 수도 있으며, 영상 처리부, 간격 제어부 및 렌즈 어레이 구동부 모두가 하나의 모듈로 형성될 수도 있다.

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 실시예에 따라 렌즈 어레이와 표시 소자의 간격이 렌즈 어레이 구동부에 의해 기초 영상들과 동기된 상태로 조절되므로 기존의 IP 방식에서 발생되는 문제점들을 해결할 수 있게 된다.

구체적으로는 첫째, 기존의 IP 방식에서는 렌즈 어레이와 표시 소자와의 간격이 고정되어 있어 표시될 때 해상도가 가장 좋은 집합 영상의 위치가 한정된다는 문제가 있었다. 제안된 방식에 따르면 표시 하고자 하는 집합 영상의 위치에 적합한 렌즈 어레이와 표시 소자 사이의 간격을 실시간으로 조절할 수 있으므로 이 문제가 해결된다.

둘째, 기존의 IP 방식에서는 표시 하고자 하는 집합 영상이 두께를 가진 3차원 영상일 때 두께에 의해 해상도가 저하되었으나, 제안된 방식에 따르면 잔상 효과에 의해 해상도 저하가 없는 영상의 단면들의 합으로 두께를 가진 영상을 대체할 수 있다.

셋째, 실상 IP와 허상 IP 방식을 함께 사용하는 경우에는 두 개의 집합 영상(실상과 허상)들간의 깊이 차이가 커지므로 관찰자는 더욱 큰 입체감을 느낄 수 있다.

Claims (6)

1. 3차원 영상의 재생을 위한 기초 영상을 생성하는 영상 처리부,

   상기 영상 처리부에서 생성된 기초 영상을 표시하는 표시부,

   다수의 기초 렌즈로 이루어지며, 상기 표시부에서 표시되는 기초 영상을 결상하여 해당하는 3차원 영상을 재생하는 렌즈 어레이,

   렌즈 어레이와 표시부 사이의 간격을 상기 영상 처리부가 생성하는 기초 영상과 동기시켜 변화시키며 상기 간격을 상기 기초 렌즈의 초점거리보다 큰 범위와 작은 범위를 오가며 변화시키는 간격 제어부

   를 포함하는 입체 영상 표시 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,

   상기 간격 제어부의 제어 신호에 따라 상기 렌즈 어레이를 변위시키는 렌즈 어레이 구동부를 더 포함하는 입체 영상 표시 장치.
4. 제1항 또는 제3항에서,

   상기 렌즈 어레이와 상기 표시부 사이의 간격은 상기 기초 렌즈의 초점 거리보다 작은 범위 내에서 변화하는 입체 영상 표시 장치.
5. 제1항 또는 제3항에서,

   상기 렌즈 어레이와 상기 표시부 사이의 간격은 상기 기초 렌즈의 초점 거리보다 큰 범위 내에서 변화하는 입체 영상 표시 장치.
6. 삭제