KR101365218B1 - 3차원 영상표시장치 및 이를 이용한 영상표시방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 영상표시장치에 관한 것으로, 본 발명은, 원주 상에 배치된 제1 내지 n부분영상을 표시하는 표시패널과; 상기 제1 내지 n부분영상을 각각 전달받아 반사하는 제1 내지 n거울이 측면을 이루고, 상기 제1 내지 n거울은 각각 상기 표시패널과 45°의 사이각을 갖는 n각뿔 거울을 포함하는 3차원 영상표시장치를 제공한다.

부양영상, 다각뿔 거울

Description

3차원 영상표시장치 및 이를 이용한 영상표시방법{3-Dimensional Image Display Device And Displaying Method Using The Same}

본 발명은 3차원 영상표시장치(3-Dimension Image Display Device)에 관한 것으로, 다각뿔 거울(polygonal pyramid mirror)을 이용하여 360° 회전 시청이 가능한 부양 영상(floating image)을 표시하는 3차원 영상표시장치 및 이를 이용한 영상표시방법에 관한 것이다.

평면영상으로부터 3차원의 깊이감과 입체감을 느낄 수 있도록 하는 3차원 영상 구현기술은 디스플레이(display) 등의 직접적인 관련분야를 비롯해서 가전이나 통신 산업은 물론 우주항공, 예술 산업, 자동차 사업 분야 등에 광범위하게 영향을 미치고 있으며, 그 기술적 파급효과는 현재 각광받고 있는 HDTV(High Definition Television) 이상이 될 것으로 기대되고 있다.

인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계 가 있고, 이에 따라 3차원 영상 구현기술 역시 관찰자에게 어느 정도의 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.

부피표현방식은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려 들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.

가장 완전한 입체영상 구현기술이라 알려져 있는 3차원표현방식은 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.

그리고 입체감표현방식은 양안(兩眼)의 생리적 요인을 이용하는 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜정도 떨어져 존재하는 인간의 좌우안(左右眼)에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다. 이러한 입체감표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성위치에 따라 관찰자 측의 특수 안경을 이용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.

부피표현방식을 이용하는 장치 중 하나로 회전하는 스크린을 이용하여 부양 영상을 표시하는 영상표시장치가 제안되었는데, 회전하는 스크린에 다수의 방향에서 서로 다른 영상을 투사함으로써, 다수의 사용자가 서로 다른 영상을 인식하도록 한다.

도1a는 회전 스크린을 이용한 부양 영상표시장치의 개념도이고, 도1b는 회전 스크린을 이용한 부양 영상표시장치의 구성을 도시한 사시도이다.

도1a에 도시한 바와 같이, 부양 영상표시장치(10)는 원기둥 형태의 케이스 안에 회전하는 스크린(12)이 형성되어 있다.

스크린이 회전하는 동안, 예를 들어 4 방향으로부터 서로 다른 제1 내지 4부분영상(IM1 내지 IM4)이 스크린(12)에 투사되고, 4 방향쪽에 위치한 사용자는 각각 다른 부분영상을 인식하게 된다.

즉, 사용자가 부양 영상표시장치(10) 둘레로 회전하면서 스크린을 바라보면, 하나의 입체 대상물을 다른 방향에서 바라볼 때 인식하는 것과 동일한 영상을 느낄 수 있다.

이를 좀 더 상세히 살펴보면, 도1b에 도시한 바와 같이, 부양 영상표시장치(10)는 회전하는 스크린(12)과, 프로젝터(14)와, 모터(16)와 제1 및 2거울(M1, M2)을 포함한다.

스크린(12)은 모터(16)에 의하여 360° 회전가능하고, 프로젝터(14)는 외부로부터 입력되는 다수의 부분영상(IM1 내지 IMn)을 제1거울(M1)로 투사하면 제1거울(M1)은 다수의 부분영상(IM1 내지 IMn)을 다수의 제2거울(M2)로 각각 반사한다.

이에 따라, 다수의 제2거울(M2)은 각각 서로 다른 부분영상(IM1 내지 IMn)을 스크린(12)으로 반사하게 되는데, 스크린(12)이 회전하여 해당되는 제2거울(M2)과 마주보는 위치가 되는 순간 해당되는 제2거울(M2) 방향에 위치하는 사용자는 해당 부분영상을 인식하게 된다.

따라서 사용자는 360° 회전하면서 각각 다른 부분영상을 인식하게 되는데, 다수의 부분영상(IM1 내지 IMn)을 하나의 입체 대상물을 여러 방향에서 바라볼 경우의 서로 다른 영상으로 구성하면 사용자는 공간상에 실제 입체 대상물이 3차원적으로 놓여있는 것으로 인식하게 되는 것이다.

그러나 이러한 부양 영상표시장치는 스크린(12)을 회전시키기 위하여 모터(16)가 필요하므로 전력소모가 크고 장치의 부피나 무게가 증가하는 단점이 있다.

또한 제2거울(M2)과 스크린(12)은 마주보며 다른 구조물에 배치되므로 반사각의 정확도가 떨어져서 사용자에게 인식되는 부분영상의 화질이 떨어지는데, 스크린(12)의 회전에 의한 진동으로 이러한 단점은 더욱 심각해진다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 다각뿔 거울을 이용하여 360° 방향으로 부분영상을 표시함으로써, 소비전력 증가없이 안정적인 부양 영상을 표시할 수 있는 3차원 영상표시장치 및 이를 이용한 영상표 시방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원주 상에 배치된 제1 내지 n부분영상을 표시하는 표시패널과; 상기 제1 내지 n부분영상을 각각 전달받아 반사하는 제1 내지 n거울이 측면을 이루고, 상기 제1 내지 n거울은 각각 상기 표시패널과 45°의 사이각을 갖는 n각뿔 거울을 포함하는 3차원 영상표시장치를 제공한다.

상기 표시패널은 상기 제1 내지 n부분영상이 각각 10° 이내의 입사각으로 상기 제1 내지 n거울에 입사되도록 집광하여 전달하고, 상기 n각뿔 거울의 윗면은 정n각형이고, 상기 표시패널의 상부에 배치된다.

또한 상기 제1 내지 n거울은 각각 이등변삼각형이고, 반사율이 0%보다 크고 100%이하이다.

상기 n각뿔 거울의 꼭짓점은 상기 표시패널과 접하고, 상기 제1 내지 n부분영상에 각각 대응되는 제1 내지 n상면이 상기 꼭짓점에서 상기 제1 내지 n거울을 각각 마주보며 수직으로 생성된다.

또는, 상기 n각뿔 거울의 꼭짓점은 상기 표시패널 하부로 제1거리(D1)만큼 이격되어 위치하고, 제1 내지 n부분영상에 각각 대응되는 제1 내지 n상면이 상기 꼭짓점으로부터 상기 제1 내지 n거울 각각을 향하여 상기 제1거리(D1)만큼 이격된 위치에서 상기 제1 내지 n거울을 각각 마주보며 수직으로 생성된다.

이 경우, 상기 제1 내지 n상면은, 일변의 길이가 제2거리(D2)이고 상기 일변 으로부터 중심까지의 길이가 상기 제1거리(D1)인 정n각형을 윗면으로 하는 n각기둥의 측면을 이루고, 상기 n각뿔 거울의 윗면은 일변의 길이가 a이고 상기 일변으로부터 중심까지의 길이가 b인 정n각형이고, 상기 제2거리(D2)는 D2=(a/b)D1에 의하여 결정된다. 그리고 상기 제1 내지 n부분영상은 인접한 부분영상간의 간격이 상기 제2거리(D2)가 되도록 하나의 영상을 분할하여 설정된다.

예를 들어, 상기 n은 4, 5, 6 중 하나일 수 있다.

한편, 본 발명은, 원호 상에 배치된 제1 내지 n부분영상을 표시하는 부분표시패널과; 상기 제1 내지 n부분영상을 각각 전달받아 반사하는 제1 내지 n거울이 측면의 일부를 이루고, 상기 제1 내지 n거울은 각각 상기 표시패널과 45°의 사이각을 갖는 부분n각뿔 거울을 포함하는 3차원 영상표시장치를 제공한다.

다른 한편, 본 발명은, 하나의 영상을 분할하여 제1 내지 n부분영상으로 설정하는 단계와; 상기 제1 내지 n부분영상을 표시패널의 원주 상에 표시하는 단계와; n각뿔 거울의 측면을 이루고, 상기 표시패널과 각각 45°의 사이각을 갖는 제1 내지 n거울이 상기 제1 내지 n부분영상을 각각 전달받아 반사하는 단계를 포함하는 3차원 영상표시장치를 이용한 영상표시방법을 제공한다.

상기 n각뿔 거울의 꼭짓점은 상기 표시패널 하부로 제1거리(D1)만큼 이격되어 위치하고, 상기 n각뿔 거울의 윗면은 일변의 길이가 a이고 상기 일변으로부터 중심까지의 길이가 b인 정n각형이고, 제2거리(D2)는 D2=(a/b)D1에 의하여 결정되고, 상기 제1 내지 n부분영상은 인접한 부분영상간의 간격이 상기 제2거리(D2)가 되도록 상기 하나의 영상을 분할하여 설정된다.

본 발명에 따른 3차원 영상표시장치는, n각뿔 거울과 표시패널을 이용하여 사용자의 위치에 따라 상이한 영상을 표시함으로써, 소비전력 증가없이 안정적인 부양영상(floating image)을 표시할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 개략적으로 도시한 사시도로서, 본 발명에 따른 3차원 영상표시장치는 다각뿔 거울을 포함하는데, 제1실시예에서는 설명의 편의상 다각뿔 거울의 일례로서 육각뿔 거울을 포함한다.

도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치(110)는 육각뿔 거울(120; hexagonal pyramid mirror)과 표시패널(130)을 포함한다.

육각뿔 거울(120)은 꼭짓점(A)이 표시패널(130)을 향하도록 표시패널(130)의 중앙 상부에 배치되며, 측면에 형성된 삼각형의 제1 내지 6거울(M1 내지 M6)을 포함한다. 여기서 제1 내지 6거울(M1 내지 M6)은 각각 0%보다 크고 100%이하인 반사율을 갖는다.

표시패널(130)은 육각뿔 거울(120)의 제1 내지 6거울(M1 내지 M6)에 각각 대응되도록 제1 내지 6부분영상(IM1 내지 IM6)을 표시하는데, 하나의 표시장치를 다 수의 영역으로 나누어서 제1 내지 6부분영상(IM1 내지 IM6)을 표시할 수도 있고, 혹은 지지대 상에 다수의 표시장치를 각각 제1 내지 6거울(M1 내지 M6)에 대응되도록 고정시키고 다수의 표시장치 각각이 제1 내지 6부분영상(IM1 내지 IM6)을 표시할 수도 있다.

즉, 표시패널(130)은 하나의 표시장치로 이루어지거나 다수의 표시장치 및 이를 지지하는 지지대로 이루어질 수 있다.

제1 내지 6거울(M1 내지 M6)은 각각 제1 내지 6부분영상(IM1 내지 IM6)을 반사하여 사용자에게 전달한다.

이에 사용자는 육각뿔 거울(120) 둘레로 360° 회전하면서 각각 다른 부분영상을 인식하게 되며, 특히 제1 내지 6거울(M1 내지 M6)의 정면은 물론 제1 내지 6거울(M1 내지 M6) 중 인접한 두 거울의 경계의 정면에서도 두 부분영상이 합쳐진 새로운 영상을 인식하게 됨으로써 3차원 영상표시장치는 안정적이고 자연스러운 부양 영상(floating image)을 표시한다.

이러한 3차원 영상표시장치의 동작 원리를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 육각뿔 거울의 투시 사시도이고, 도3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 표시패널의 평면도이다.

도3a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치 의 육각뿔 거울(120)은 측면을 이루는 삼각형인 제1 내지 6거울(M1 내지 M6)이 하나의 꼭짓점(A)을 공유하도록 형성되며 꼭짓점(A)의 반대쪽은 육각형을 이룬다.

이때 육각뿔 거울(120)을 대칭형으로 구성하기 위하여 제1 내지 6거울(M1 내지 M6)은 합동인 이등변 삼각형일 수 있으며 그 때 꼭짓점(A)의 반대쪽은 정육각형일 수 있다.

또한 도3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 표시패널(130)은 서로 다른 제1 내지 6부분영상(IM1 내지 IM6)을 육각뿔 거울(도3a의 120)의 제1 내지 6거울(M1 내지 M6)에 대응되도록 표시하는데, 육각뿔 거울(도3a의 120)이 대칭형일 경우 제1 내지 6부분영상(M1 내지 IM6) 중 인접한 두 부분영상은 서로 60°의 사이각을 이루도록 배치된다.

도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 부분영상 표시동작을 설명하기 위한 일부 단면도이다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치(110)에 있어서, 육각뿔 거울(도2의 120)의 제1거울(M1)은 표시패널(도2의 130)과 45°의 사이각을 이루며 제1부분영상(IM1)과 대응된다.

제1부분영상(IM1)은 제1거울(M1)에서 반사되어 사용자에게 전달되는데, 사용자는 제1부분영상(IM1)이 제1거울(M1) 뒤쪽의 제1상면(IP1)에 표시되는 것으로 인식하게 된다.

이때, 일례로 표시패널(도2의 130)이 수평면상에 놓여있고 육각뿔 거울(도2의 120)의 꼭짓점(A)이 표시패널(도2의 130)과 접하도록 배치되어 있을 경우, 제1 거울(M1)이 표시패널(도2의 130)과 이루는 각은 45°이고 표시패널(도2의 130)의 제1부분영상(IM1)은 제1거울(M1)에서 반사되어 수평으로 출사되어 사용자에게 전달된다.

따라서 제1부분영상(IM1)의 일화소로부터 제1거울(M1)까지의 제1거리(L1)와 제1부분영상(IM1)의 일화소에 대응되는 제1상면(IP1)의 일화소로부터 제1거울(M1)가지의 제2거리(L2)는 동일하도록(L1=L2) 제1상면(IP1)의 제1거울(M1) 뒤의 위치는 결정된다.

이러한 부분영상 표시동작은 육각뿔 거울(도2의 120)의 제1 내지 6거울(M1 내지 M6) 모두에 적용되며, 사용자는 육각뿔 거울(도2의 120) 둘레로 360° 돌면서 대응되는 상면에 존재하는 서로 다른 제1 내지 6부분영상(IM1 내지 IM6)을 인식함으로써, 마치 실제 입체 대상물이 공간상에 떠 있는 것과 같은 부양영상(floating image)을 느낄 수 있다.

사용자가 육각뿔 거울(도2의 120) 둘레를 돌면서 제1 내지 6부분영상(IM1 내지 IM6)을 시청할 경우 제1 내지 6거울(M1 내지 M6) 정면에 위치할 경우와 제1 내지 6거울(M1 내지 M6) 중 인접한 두 거울의 경계에 위치할 경우에 사용자에게 인식되는 영상을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 제1거울 정면에서 바라볼 경우를 도시한 사시도이고, 도5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 제1 및 2거울의 경계에서 바라볼 경우를 도시한 사시도이다.

도5a에 도시한 바와 같이, 사용자가 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치(110)를 제1거울(M1)의 정면에서 바라볼 경우, 사용자는 제1상면(IP1)에 존재하는 제1부분영상(IM1)을 인식한다.

이때 제1 또는 2거울(M1 또는 M2)에서 반사되는 인접한 제2부분영상(IM2)이나, 제1 또는 6거울(M1 또는 M6)에서 반사되는 인접한 제6부분영상(IM6)이 사용자에게 전달될 수도 있는데, 제2 또는 6부분영상(IM2 또는 IM6)의 제1거울(M1)에 대한 입사각과 반사각이 매우 크므로 제1거울(M1) 정면에 있는 사용자에게 제1부분영상(IM1)의 인식을 방해할 정도로 많은 영상정보가 전달되지는 않는다.

한편, 도5b에 도시한 바와 같이, 사용자가 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치(110)를 제1 및 2거울(M1, M2)의 경계에서 바라볼 경우, 사용자는 제1 및 2상면(IP1, IP2)에 각각 존재하는 제1 및 2부분영상(IM1, IM2)의 일부분을 합성하여 제1 및 2부분영상(IM1, IM2)과 연속적인 하나의 영상으로 인식한다.

이때 제2거울(M2)에서 반사되는 인접한 제3부분영상(IM3)이나, 제1거울(M1)에서 반사되는 인접한 제6부분영상(IM6)이 사용자에게 전달될 경우, 거울 정면의 사용자보다는 문제가 커질 수 있다.

왜냐하면, 제1 및 2거울(M1, M2)의 경계에 위치하는 사용자는 제1 및 2거울(M1, M2)에 대하여 비스듬하게 위치하는 것이므로, 제3부분영상(IM3)의 제2거울(M2)에 대한 입사각과 반사각이나, 제6부분영상(IM6)의 제1거울(M1)에 대한 입사각과 반사각이 비교적 크다고 하더라도 사용자에게 전달될 확률이 커지기 때문이다.

이를 방지하기 위하여 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치(110)의 표시패널(130)은, 제1 내지 6부분영상(IM1 내지 IM6)을 표시패널(130)의 법선방향에 대하여 10° 이내의 사이각으로 집광하여 표시하는 것이 바람직하다.

또한 이를 위하여 표시패널(130)은 고집광 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치나 프로젝터가 사용될 수 있다.

이상과 같이, 사용자는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치(110) 둘레를 돌면서 제1 내지 6부분영상(M1 내지 M6)과 각 부분영상의 일부분의 합성을 인식함으로써, 자연스럽고 안정적이며 연속적인 부양 영상을 인식하게 된다.

한편, 본 발명의 제1실시예에서는 육각뿔 거울의 꼭짓점이 표시패널과 접하도록 배치되는데, 본 발명의 제2실시에서는 육각뿔 거울의 꼭짓점이 표시패널의 하부로 내려오도록 배치될 수 있으며 이에 따른 상면과 상면에서 표시되는 영상에 대하여 도면을 참조하여 비교 설명하기로 한다.

도6a 및 6b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 단면도 및 평면도이고, 도7a 및 7b는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 단면도 및 평면도이다.

도6a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치(110)에서는 육각뿔 거울(120)의 꼭짓점(A)이 표시패널(130)과 접한다.

꼭짓점(A)을 지나는 육각뿔 거울(120)의 중심축과 표시패널(130) 사이의 거 리를 제1거리(D1)라고 하면, 제1실시예는 D1=0인 경우이다.

이때, 육각뿔 거울(120)의 제1거울(M1)과 표시패널(130)은 45°의 사이각을 이루므로, 제1거울(M1)을 중심으로 제1부분영상(IM1)과 대칭인 면으로 정의(L1=L2)되는 제1상면(IP1)은 꼭짓점(A)을 지나는 육각뿔 거울(120)의 중심축에 수직으로 생성된다.

마찬가지로, 제2 내지 6부분영상(IM2 내지 IM6)에 대한 제2 내지 6상면(IP2 내지 IP6)도 60°씩 회전하면서 꼭짓점(A)을 지나는 육각뿔 거울(120)의 중심축에 수직으로 생성된다.

따라서 마주보는 두 거울, 즉 제1 및 4거울(M1, M4)과, 제2 및 5거울(M2, M5)과, 제3 및 6거울(M3, M6)은 동일한 상면을 갖는다.(IP1=IP4, IP2=IP5, IP3=IP6)

도6b의 평면도를 참조하면, 제1 및 2거울(M1, M2)의 경계에 위치하는 사용자는 제1 및 2거울(M1, M2)에 반사된 제1 및 2부분영상(IM1, IM2) 각각의 일부분을 전달받는데, 이것은 제1상면(IP1)의 좌측 절반영역과 제2상면(IP2)의 우측 절반영역의 영상을 전달받는 것으로 해석할 수 있다.

따라서 제1 및 2거울(M1, M2)의 경계에 위치하는 사용자는 도6b에 실선으로 도시한 구부러진 제12합성상면(IP12)에 있는 제1 및 2부분영상(IM1, IM2)의 일부분의 합성영상을 인식한다.

그리고 이때의 합성영상은 제1 및 2부분영상(IM1, IM2)의 절반에 해당되는 영상정보를 합성하는 것이므로, 하나의 부분영상과 동일한 영상정보를 가진다.

한편, 도7a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상표시장치(210)에서는 육각뿔 거울(220)의 꼭짓점(A)이 표시패널(230)의 하부에 위치한다.

육각뿔 거울(220)의 꼭짓점(A)과 표시패널(230) 사이의 거리를 제1거리(D1)라고 하면, 제2실시예는 D1>0인 경우이다.

이때, 육각뿔 거울(220)의 제1거울(M1)과 표시패널(230)은 45°의 사이각을 이루므로, 제1거울(M1)을 중심으로 제1부분영상(IM1)과 대칭인 면으로 정의(L3=L4)되는 제1상면(IP1)은, 꼭짓점(A)을 지나는 육각뿔 거울(220)의 중심축으로부터 제1거울(M1)로 이동한 지점에 위치하는 제1거울(M1)과 표시패널(230)이 만나는 선에 수직으로 생성된다.

마찬가지로, 제2 내지 6부분영상(IM2 내지 IM6)에 대한 제2 내지 6상면(IP2 내지 IP6)은 60°씩 회전하면서 꼭짓점(A)을 지나는 육각뿔 거울(120)의 중심축으로부터 제2 내지 6거울(M2 내지 M6)로 이동한 지점에 위치하는 제2 내지 거울(M2 내지 M6)과 표시패널(230)이 만나는 선들에 각각 수직으로 생성된다.

이에 따라 마주보는 두 거울에 대한 상면, 즉 제1 및 4상면(IP1, IP4)과, 제2 및 5상면(IP2, IP5)과, 제3 및 6상면(IP3, IP6)은 꼭짓점(A)을 지나는 육각뿔 거울(220)의 중심축으로부터 서로 대칭적으로 이격되어 생성된다.

제1 및 4거울(M1 및 M4)은 각각 표시패널(230)과 45°의 사이각을 이루므로, 표시패널 하부에 위치하는 제1 및 4거울(M1 및 M4)의 일부분과 표시패널(230)은 직각이등변 삼각형을 이루고, 이에 따라 꼭짓점(A)으로부터 제1 및 제4상면(IP1, IP4) 각각까지의 거리는 꼭짓점(A)과 표시패널(230) 사이의 제1거리(D1)와 동일하다. 즉, 육각뿔 거울(220)의 꼭짓점(A)이 표시패널(230)의 하부로 이격된 거리와 각 상면(IP1 내지 IP6)이 육각뿔 거울(220)의 중심축으로부터 이격된 거리는 동일하다.

도7b의 평면도를 참조하면, 제1 및 2거울(M1, M2)의 경계에 위치하는 사용자는 제1 및 2거울(M1, M2)에 반사된 제1 및 2부분영상(IM1, IM2) 각각의 일부분을 전달받는데, 이것은 육각뿔 거울(220)의 중심축과과 제1 및 2거울(M1, M2)의 경계를 잇는 면을 중심으로 제1상면(IP1)의 좌측 영역과 제2상면(IP2)의 우측 영역의 영상을 전달받는 것으로 해석할 수 있다.

따라서 제1 및 2거울(M1, M2)의 경계에 위치하는 사용자는 도7b에 실선으로 도시한 구부러진 제12합성상면(IP12)에 있는 제1 및 2부분영상(IM1, IM2) 각각의 일부분의 합성영상을 인식한다.

이때, 제12합성상면(IP12)을 이루는 제1상면(IP1)의 좌측영역과 제2상면(IP2)의 우측영역은 각각 하나의 상면의 절반보다 큰 면적을 가지므로, 제1 및 2부분영상(IM1, IM2) 각각의 일부분의 합성영상은 하나의 부분영상보다 큰 영상정보를 가진다.

즉, 제1실시예에 대한 도6b와 제2실시예에 대한 도7b를 비교하면, 제1실시예에서는 제1 및 2부분영상(IM1, IM2) 각각의 절반에 해당되는 영상정보를 합성하는데 비하여 제2실시예에서는 제1 및 2부분영상(IM1, IM2) 각각의 절반보다 큰 부분에 해당되는 영상정보를 합성하므로, 제1 및 2거울(M1, M2)의 경계에 위치하는 사 용자는 육각뿔 거울의 꼭짓점이 표시패널에 접할 때(D1=0)보다 표시패널 하부에 위치할 때(D1>0) 더 많은 영상정보를 갖는 합성영상을 인식하게 된다.

상면의 관점에서 해석할 경우의 제2실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 상면을 도시한 개략도이다.

도8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상표시장치는 제1 내지 제6부분영상(IM1 내지 IM6)이 육각기둥(250)의 측면에 대응되는 제1 내지 6상면(IP1 내지 IP6)에 각각 위치하는 것으로 해석할 수 있다.

육각뿔 거울(도7a의 220)의 윗면이 정육각형임을 전제로, 상면을 이루는 육각기둥(250)은 정육각기둥일 수 있으며, 이때 윗면 육각형은 육각형의 중심으로부터 한변까지의 길이가 제1거리(D1)이고 한변의 길이가 제2거리(D2)이고 마주보는 두변 사이의 길이가 제1거리의 2배(2XD1)이다.

제2실시예에 따른 3차원 영상표시장치(도7a의 210)가 육각기둥(250)의 측면에 위치하는 부분영상들을 표시하는 것으로 해석할 수 있으므로, 입체 대상물 주위를 360° 돌면서 볼 수 있는 영상정보에 대응되도록 제1 내지 제6부분영상(IM1 내지 IM6)을 설정하면, 사용자가 육각기둥(250)을 돌면서 입체 대상물이 제1 내지 제6상면(IP1 내지 IP6)에 위치하는 것으로 인식하게 되어, 자연스럽고 안정적인 부양영상을 표시할 수 있다.

본 발명에서, 인접한 거울간의 경계에서도 자연스러운 연속 영상을 표시하기 위해서는 각 부분영상을 적절히 설정하여야 하는데, 이를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도9는 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 n각뿔 거울의 평면도이고, 도10은 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 상면(image plane)을 도시한 개략도다. 제1 및 2실시예에서는 육각뿔 거울을 예로 들었으나, 제3실시예에서는 이를 일반화하여 3차원 영상표시장치가 n각뿔(n-gonal pyramid) 거울을 포함하는 경우로 설명하며, 이 경우 n각뿔 거울은 각각이 이등변 삼각형 형태인 n개의 거울을 측면으로 포함하고, 표시패널은 n개의 부분영상을 360°/n의 사이각으로 n각뿔 거울 둘레 하부에서 순차적으로 표시함으로써 부양 영상을 표시할 수 있다. 그리고 이때 n은 3이상의 자연수로, n각뿔 거울 제조와 n개의 부분영상의 설정을 고려하여 최대값을 결정할 수 있다.

도9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치는 n각뿔 거울(320)을 포함한다. 제3실시예는 육각뿔 거울 대신 n각뿔 거울을 포함한다는 점을 제외하고는 제2실시예와 동일하다.

n각뿔 거울(320)의 윗면은 서로 합동인 n개의 이등변 삼각형이 연속된 형태의 n각형인데, 하나의 이등변 삼각형은 밑변의 길이가 a이고 높이가 b이다.

도9에 도시하지는 않았지만, n각뿔 거울(320)의 꼭짓점(A)은 표시패널의 하부에 위치하고, 이때 꼭짓점(A)으로부터 표시패널까지의 거리는 제1거리(D1)이다.

이 경우 제1거울(M1)에 대응되는 제1상면(IP1)은 꼭짓점(A)을 지나는 n각뿔 거울(320)의 중심축으로부터 제1거리(D1)만큼 이격된 위치에 수직으로 생성되고, 제1거울(M1)과 꼭짓점(A)이 이루는 이등변삼각형 내의 제1상면(IP1)의 폭은 제2거리(D2)가 된다.

제1거울(M1)과 꼭짓점(A)이 이루는 이등변삼각형과 제1상면(IP1)과 꼭짓점(A)이 이루는 이등변삼각형은 닮은꼴이므로, a:b=D2:D1의 비례식이 성립되고 이로부터 아래의 식(1)이 성립된다.

D2=(a/b)D1 ------ (1)

제1거울과 인접한 제2 및 n거울(M2 및 Mn)의 경우에도, 제2 및 n상면(IP2 및 IPn)은 각각 중심축으로부터 제1거리(D1)만큼 이격되어 수직으로 생성되고, 이등변삼각형 내의 제2 및 n상면(IP2 및 IPn)의 폭은 각각 제2거리(D2)가 되며, 식(1)은 동일하게 성립된다.

n각뿔 거울(320)의 윗면인 n각형의 크기는 a, b로 표현되고, n각뿔 거울(320) 측면의 거울 각각은 수평면에 대하여 45°의 사이각을 가지므로 n각뿔 거울(320) 형태 및 크기는 a, b로 표현된다. 또한 n각뿔 거울(320)의 꼭짓점(A)의 표시패널 하부로의 이격 거리는 제1거리(D1)로 표현되므로, 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 구성은 a, b, D1에 의하여 표현된다.

따라서 3차원 영상표시장치의 구성이 정해지면 제2거리(D2)가 위의 식에 의하여 결정된다.

제2거리(D2)는 3차원 영상표시장치가 n각뿔 거울의 측면 거울의 경계부에서 자연스러운 연속 영상을 표현하도록 부분영상을 설정하는데 사용된다.

즉, 도10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치는 n각기둥(350)의 측면에 대응되는 제1 내지 n상면(IP1 내지 IPn)에 제1 내지 n부분영상을 표시하는 것으로 해석할 수 있다.

이때 n각기둥(350)의 윗면은 서로 합동인 n개의 이등변삼각형의 결합인 n각형이고 각 이등변삼각형의 높이와 밑변의 길이는 각각 제1 및 2길이(D1, D2)이다. 따라서 제1 내지 n상면(IP1 내지 IPn) 각각의 폭은 제2길이(D2)가 된다.

n각뿔 거울의 인접한 두 측면 거울의 경계에서 연속적인 영상표시를 하기 위해서는, n각기둥(350)의 인접 측면의 경계에서 영상이 끊어지지 않도록 부분영상을 설정해야 한다.

따라서 하나의 영상을 이루는 n개의 부분영상을 설정함에 있어서, 인접한 부분영상간의 간격이 제2거리(D2)가 되도록 제1 내지 n부분영상을 설정하면 상면 경계에서도 자연스럽게 연속적인 영상을 표시할 수 있다.

이러한 부분영상의 설정방법을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도11은 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치에 있어서 부분영상을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치로 하나의 영상(IM)을 부양영상으로 표시하고자 할 때, 제1 내지 n부분영상(IM1 내지 IMn)은 인접한 부분영상간의 간격이 제2거리(D2)가 되도록 하나의 영상(IM)을 중첩 분할하여 경계에서도 연속적인 자연스러운 부양영상으로 표시할 수 있다.

물론 제2거리(D2)는 3차원 영상표시장치의 구성으로부터 식(1)을 만족하도록 결정할 수 있다.

이때 하나의 영상(IM)은 파노라마(panorama)와 같이 수평으로 긴 영상이거나, 입체 대상물 둘레를 360° 돌면서 찍은 영상일 수 있다.

하나의 영상(IM)을 확보한 후, 제1부분영상(IM1)과 제2부분영상(IM2) 사이의 간격이 제2거리(D2)가 되고, 제2부분영상(IM2)과 제3부분영상(IM3) 사이의 간격이 제2거리(D2)가 되고, 나머지 부분영상들 사이의 간격도 제2거리(D2)가 되도록, 제1 내지 n부분영상(IM1 내지 IMn)을 설정한다.

이때 제1 내지 n부분영상(IM1 내지 IMn) 각각의 폭인 제3거리(D3)가 제2거리(D2)보다 클 경우에는 제1 내지 n부분영상(IM1 내지 IMn) 중 인접한 두 개의 부분영상은 하나의 영상(IM)에서 중첩되도록 설정된다.

설정된 제1 내지 n부분영상(IM1 내지 IMn)을 n각뿔의 제1 내지 n거울(M1 내지 Mn)에 대응되도록 표시하면, 임의의 부분영상에 대하여 양쪽의 인접부분영상이 상면을 나타내는 n각기둥(도10의 350)의 경계에서 정확하게 겹치게 된다.

따라서 3차원 영상표시장치는 거울간의 경계에서도 자연스럽게 연속적인 영상을 표시하게 되고, 사용자는 3차원 영상표시장치 둘레를 360° 돌면서, 실제 입체 대상물을 여러 가지 방향에서 바라보는 것과 동일한 영상을 인식하게 된다.

즉, 3차원 영상표시장치는 사용자가 위치에 따라 서로 다른 영상을 인식하게 되는 운동시차(Motion Parallax)효과를 구현할 수 있다.

이 경우 제1 내지 n부분영상(IM1 내지 IMn) 각각의 폭인 제3거리(D3)는 경계 에서의 단절을 방지하기 위하여 제2거리(D2)와 같거나 크도록 설정할 수 있으며, 임의의 부분영상이 n각뿔 거울에서 반사될 수 있는 최대의 거울 수가 n/2임을 고려하여 제1 내지 n부분영상(IM1 내지 IMn) 각각의 폭인 제3거리(D3)는 제2거리(D2)의 n/2배보다 같거나 작도록 설정할 수 있다. [D2≤D3≤(n/2)D2]

도12는 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치가 표시하는 영상을 시뮬레이션(simulation)에 의하여 구한 결과도이다.

도12에 도시한 바와 같이, 인접한 부분영상 사이의 간격이 제2거리(D2)가 되도록 제1 내지 n부분영상(IM1 내지 IMn)을 설정하여 이를 표시패널(330)에 표시하면, 사용자는 n각뿔 거울(320)의 둘레를 돌면서 위치에 따라 서로 다른 영상을 인식하게 되고, 특히 n각뿔 거울(320)의 인접한 측면 거울의 경계에서도 연속적인 영상을 인식할 수 있다.

예를 들어, 제1부분영상(IM1)과 제2부분영상(IM2) 사이의 간격을 제2거리(D2)로 설정한 경우 제1 및 2거울(M1, M2) 사이의 경계에서도 연속적인 영상(“123”)을 인식할 수 있다.

물론, 제1부분영상(IM1)과 제2부분영상(IM2)은 거울에 반사되어 사용자에게 인식되므로, 표시패널에 표시될 때는 미리 거울 반사를 고려하여 반대로 표시되도록 한다.

한편, 다른 실시예에서는 n각뿔 거울의 일부분을 이용하여 사용자의 시청범위를 변경할 수 있는데, 도13은 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 도시한 평면도이다.

도13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원 영상표시장치(410)는 n각뿔의 일부를 이용하여 거울을 형성하고 사용자는 360° 보다 작은 각도 내에서 위치를 변경하여 부양영상을 인식한다.

3차원 영상표시장치가 설치되는 환경에 따라서 3차원 영상표시장치 둘레를 360°로 돌면서 시청하기 어려울 경우가 있는데, 이럴 경우 부분n각뿔 거울(420)과 부분표시패널(430)을 시청 가능한 범위 내에 설치하여 3차원 영상표시장치(410) 둘레의 일부에서 부양영상을 시청할 수 있다.

즉, 부분n각뿔 거울(420)은 제1 내지 3거울(M1 내지 M3)을 포함하고 부분표시패널은 제1 내지 3부분영상(IM1 내지 IM3)을 표시하며, 이때 사용자는 360° 보다 작은 β의 범위에서 부양영상을 시청할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서 3차원 영상표시장치가 포함하는 n각뿔 거울은 n개의 거울을 가지며 n개의 거울 각각은 표시패널과 45°의 사이각을 이루며, n각뿔 거울의 윗면은 정n각형을 이루는데, 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.

도14a 및 14b는 각각 본 발명의 제5 및 6실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 사각뿔 거울 및 오각뿔 거울의 사시도이다.

도14a 및 14b에 도시한 바와 같이, 제5 및 6실시예에 따른 3차원 영상표시장치는 각각 사각뿔 거울 및 오각뿔 거울을 포함한다.

사각뿔 거울은 각각이 이등변 삼각형인 4개의 거울을 측면으로 하며, 윗면은 정사각형이다. 이때 4개의 거울은 각각 수평면에 배치된 표시패널과 45°의 사이각을 이룬다.

그리고 오각뿔 거울은 각각이 이등변 삼각형인 5개의 거울을 측면으로 하며, 윗면은 정오각형이다. 이때 5개의 거울은 각각 수평면에 배치된 표시패널과 45°의 사이각을 이룬다.

본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

도1a는 회전 스크린을 이용한 부양 영상표시장치의 개념도.

도1b는 회전 스크린을 이용한 부양 영상표시장치의 구성을 도시한 사시도.

도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 개략적으로 도시한 사시도.

도3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 육각뿔 거울의 투시 사시도.

도3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 표시패널의 평면도.

도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 부분영상 표시동작을 설명하기 위한 일부 단면도.

도5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 제1거울 정면에서 바라볼 경우를 도시한 사시도.

도5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 제1 및 2거울의 경계에서 바라볼 경우를 도시한 사시도.

도6a 및 6b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 단면도 및 평면도.

도7a 및 7b는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 단면도 및 평면도.

도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 상면을 도시한 개 략도.

도9는 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 n각뿔 거울의 평면도.

도10은 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 상면을 도시한 개략도.

도11은 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치에 있어서 부분영상을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도12는 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상표시장치가 표시하는 영상을 나타내는 시뮬레이션(simulation) 결과도.

도13은 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 도시한 평면도.

도14a 및 14b는 각각 본 발명의 제5 및 6실시예에 따른 3차원 영상표시장치의 사각뿔 거울 및 오각뿔 거울의 사시도.

Claims (15)

1. 원주 상에 배치된 제1 내지 n부분영상을 표시하는 표시패널과;

   상기 제1 내지 n부분영상을 각각 전달받아 반사하는 제1 내지 n거울이 측면을 이루고, 상기 제1 내지 n거울은 각각 상기 표시패널과 45°의 사이각을 갖는 n각뿔 거울

   을 포함하고,

   상기 n각뿔 거울의 꼭짓점은 상기 표시패널 하부로 제1거리(D1)만큼 이격되어 위치하고,

   상기 n각뿔 거울의 윗면은 일변의 길이가 a이고 상기 일변으로부터 중심까지의 길이가 b인 정n각형이고,

   제2거리(D2)는 D2=(a/b)D1에 의하여 결정되고,

   상기 제1 내지 n부분영상은 인접한 부분영상간의 간격이 상기 제2거리(D2)가 되도록 하나의 영상을 분할하여 설정되는 3차원 영상표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 표시패널은 상기 제1 내지 n부분영상이 각각 10° 이내의 입사각으로 상기 제1 내지 n거울에 입사되도록 집광하여 전달하는 3차원 영상표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 표시패널의 상부에 배치되는 3차원 영상표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 내지 n거울은 각각 이등변삼각형이고, 반사율이 0%보다 크고 100%이하인 3차원 영상표시장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   제1 내지 n부분영상에 각각 대응되는 제1 내지 n상면이 상기 꼭짓점으로부터 상기 제1 내지 n거울 각각을 향하여 상기 제1거리(D1)만큼 이격된 위치에서 상기 제1 내지 n거울을 각각 마주보며 수직으로 생성되는 3차원 영상표시장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제1 내지 n상면은, 일변의 길이가 상기 제2거리(D2)이고 상기 일변으로부터 중심까지의 길이가 상기 제1거리(D1)인 정n각형을 윗면으로 하는 n각기둥의 측면을 이루는 3차원 영상표시장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 n은 4, 5, 6 중 하나인 3차원 영상표시장치.
11. 원호 상에 배치된 제1 내지 n부분영상을 표시하는 부분표시패널과;

    상기 제1 내지 n부분영상을 각각 전달받아 반사하는 제1 내지 n거울이 측면의 일부를 이루고, 상기 제1 내지 n거울은 각각 상기 표시패널과 45°의 사이각을 갖는 부분n각뿔 거울

    을 포함하고,

    상기 부분n각뿔 거울의 꼭짓점은 상기 표시패널 하부로 제1거리(D1)만큼 이격되어 위치하고,

    상기 부분n각뿔 거울의 윗면은 일변의 길이가 a이고 상기 일변으로부터 중심까지의 길이가 b인 부분정n각형이고,

    제2거리(D2)는 D2=(a/b)D1에 의하여 결정되고,

    상기 제1 내지 n부분영상은 인접한 부분영상간의 간격이 상기 제2거리(D2)가 되도록 하나의 영상을 분할하여 설정되는 3차원 영상표시장치.
12. 하나의 영상을 분할하여 제1 내지 n부분영상으로 설정하는 단계와;

    상기 제1 내지 n부분영상을 표시패널의 원주 상에 표시하는 단계와;

    n각뿔 거울의 측면을 이루고, 상기 표시패널과 각각 45°의 사이각을 갖는 제1 내지 n거울이 상기 제1 내지 n부분영상을 각각 전달받아 반사하는 단계

    를 포함하고,

    상기 n각뿔 거울의 꼭짓점은 상기 표시패널 하부로 제1거리(D1)만큼 이격되어 위치하고,

    상기 n각뿔 거울의 윗면은 일변의 길이가 a이고 상기 일변으로부터 중심까지의 길이가 b인 정n각형이고,

    제2거리(D2)는 D2=(a/b)D1에 의하여 결정되고,

    상기 제1 내지 n부분영상은 인접한 부분영상간의 간격이 상기 제2거리(D2)가 되도록 상기 하나의 영상을 분할하여 설정되는 3차원 영상표시장치를 이용한 영상표시방법.
13. 삭제
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 제1 내지 n부분영상 각각의 폭인 제3거리(D3)는 상기 제2거리(D2)와 같거나 크도록 설정(D2≤D3)되는 3차원 영상표시장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 제3거리(D3)는 상기 제2거리(D2)의 n/2배보다 같거나 작도록 설정(D3≤(n/2)D2)되는 3차원 영상표시장치.

Images