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KR101730141B1 - 홀로그래픽 3차원 영상장치 - Google Patents

홀로그래픽 3차원 영상장치 Download PDF

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KR101730141B1
KR101730141B1 KR1020100131021A KR20100131021A KR101730141B1 KR 101730141 B1 KR101730141 B1 KR 101730141B1 KR 1020100131021 A KR1020100131021 A KR 1020100131021A KR 20100131021 A KR20100131021 A KR 20100131021A KR 101730141 B1 KR101730141 B1 KR 101730141B1
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Abstract

본 발명은 서브 홀로그램 영역에 대응되는 백라이트 유닛을 선택적으로 발광시키는 홀로그래픽 3차원 영상장치에 관한 것으로, 시청자의 시역에 대응하는 서브 홀로그램 영역에 홀로그램을 부분적으로 재생하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기에 광을 제공하는 백라이트 유닛;를 포함하고, 상기 백라이트 유닛은 다수의 분할영역으로 분할되고, 상기 다수의 분할영역 중 상기 서브 홀로그램 영역에 대응되는 상기 분할영역을 선택적으로 점등하는 것을 특징으로 한다.

Description

홀로그래픽 3차원 영상장치 {Device for holographic 3D display}
본 발명은 서브 홀로그램 영역에 대응되는 백라이트 유닛을 선택적으로 발광시키는 홀로그래픽 3차원 영상장치에 관한 것이다.
홀로그램 기술이란 광신호를 원형 그대로 재현할 수 있는 기술로서, 신호를 담고 있는 신호광 및 신호광과 다른 각도에서 직진되는 참조광 사이의 간섭 무늬를 기록함으로써 신호를 입체영상으로 재생할 수 있는 기술을 말한다. 그리고, 이러한 홀로그램 기술을 이용하여 무안경 방식으로 실감성이 있는 3차원의 영상을 시청자에게 제공할 수 있다.
이하에서, 도면을 참조하여 종래기술에 따른 홀로그래픽 3차원 영상장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 홀로그래픽 3차원 영상장치의 개략도이다.
종래기술의 홀로그래픽 3차원 영상장치(holographic display device)(10)는, 백라이트 유닛(backlight unit)(20), 셔터(shutter)(30), 렌티큘러 렌즈 시트(lenticular lens sheet)(40), 공간 광변조기(spatial light modulator)(50), 및 동공추적 유닛(eye tracking unit)(60)를 포함하여 구성된다.
백라이트 유닛(20)은 공간 광변조기(50)에 광을 제공하는 기능을 하고, 충분한 간섭성의 광을 방출하는 적색, 녹색 및 청색 레이저나, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드가 2차원으로 균일하게 배열되는 어레이(array) 구조를 가진다.
셔터(30)은 동공추적 유닛(60)의 위치신호에 따라, 공간 광변조기(50) 중 서브 홀로그램(sub-hologram) 영역(도시하지 않음)에 백라이트 유닛(20)의 출사광이 선택적으로 조사되도록, 서브 홀로그램 영역에 대응되지 않는 부분의 백라이트 유닛(20)의 출사광을 차단하는 기능을 한다.
렌티큘라 렌즈시트(40)는, 수평 렌티큘러 렌즈시트(42)와 수직 렌티큘러 렌즈시트(44)로 구성된다. 수평 렌티큘러 렌즈시트(42)는 셔터(30)와 공간 광변조기(50) 사이에 위치하고, 수직 렌티큘러 렌즈시트(44)는 공간 광변조기(50)과 시청자 사이에 위치한다.
공간 광변조기(50)는 시스템(도시하지 않음)으로부터 영상신호를 공급받고, 하나 또는 다수의 독립적인 광원의 광빔을 스위칭, 블랭킹(blanking) 또는 변조함으로써 강도, 색 및 위상을 제어하기 위한 기능을 한다. 동공추적 유닛(60)은 공간 광변조기(50)에 설치되고, 시청자의 동공위치를 추적하고, 시청자의 좌표와 공간 광변조기(50)에서 영상이 형성되는 대상점(object point)과 시청자의 동공크기에 해당하는 가상의 시역(view window)를 설정하고, 광선추적(ray tracing)을 통해 시청자가 공간 광변조기(50) 중 서브 홀로그램(sub-hologram) 영역(도시하지 않음)의 영상을 시청할 수 있게 하는 기능을 수행한다.
상기와 같은, 홀로그래픽 3차원 영상장치(10)는, 공간 광변조기(50)의 전영역에서 홀로그램을 복원하는 것이 아니라, 동공추적 유닛(60)을 사용하여 시청자의 시역(viewing window)에 해당하는 부분의 홀로그램을 복원하여, 공간 광변조기(150)에 영상신호를 제공하는 시스템의 영상정보 처리량 및 복원시간을 단축시키는 장점이 있다. 그러나, 종래기술의 홀로그래픽 3차원 영상장치(10)는, 공간 광변조기(50)에서 서브 홀로그램 영역의 영상을 시청할지라도, 서브 홀로그램 영역을 제외한 백라이트 유닛(20)의 다른 부분도 발광상태를 유지하고 있어, 전력소비가 과다한 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 공간 광변조기에서 홀로그램이 복원되는 서브 홀로그램 영역에 대응되는 백라이트 유닛을 선택적으로 발광시키고, 서브 홀로그램 영역에 대응되지 않는 백라이트 유닛을 디밍 또는 소등처리하여, 백라이트 유닛의 전력소비를 절감하는 홀로그래픽 3차원 영상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 시역에 대응하는 서브 홀로그램 영역에 홀로그램을 부분적으로 재생하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기에 광을 제공하는 백라이트 유닛;를 포함하고, 상기 백라이트 유닛은 다수의 분할영역으로 분할되고, 상기 다수의 분할영역 중 상기 서브 홀로그램 영역에 대응되는 상기 분할영역을 선택적으로 점등하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치를 제공한다.
시청자의 동공위치를 추적한 위치신호를 상기 공간 광변조기 및 상기 백라이트 유닛에 제공하는 동공추적 유닛을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치를 제공한다.
상기 백라이트 유닛은, 광을 방출하여 상기 공간 광변조기에 제공하고 상기 다수의 분할영역으로 구분되는 광원부; 및 상기 광원부를 점등영역과 다수의 디밍영역으로 구분하여 구동시키는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치를 제공한다.
상기 구동부는, 위치신호와 계조신호가 인가되고, 상기 다수의 분할영역을 점등영역과 디밍영역으로 구분하는 구분신호를 발생시키는 제어부; 및 상기 제어부의 상기 구분신호를 인가받아, 상기 광원부를 구동시키는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치를 제공한다.
렌티큘라 렌즈시트를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치를 제공한다.
본 발명의 공간 광변조기에서 홀로그램이 복원되는 서브 홀로그램 영역에 대응되는 백라이트 유닛을 선택적으로 발광시키고, 서브 홀로그램 영역에 대응되지 않는 백라이트 유닛을 디밍 또는 소등처리하여, 백라이트 유닛의 전력소비를 절감할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 홀로그래픽 3차원 영상장치의 개략도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 3차원 영상장치의 개략도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 상세도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구동방법에 대한 순서도
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 3차원 영상장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 상세도이다.
홀로그래픽 3차원 영상장치(110)는, 백라이트 유닛(backlight unit)(120), 렌티큘러 렌즈 시트(lenticular lens sheet)(130), 공간 광변조기(spatial light modulator)(140), 및 동공추적 유닛(eye tracking unit)(150)를 포함하여 구성된다.
백라이트 유닛(120)은 공간 광변조기(150)에 광을 제공하는 기능을 한다. 백라이트 유닛(120)은 도 3과 같이, 광원부(122) 및 구동 회로부(124)를 포함하여 구성된다. 광원부(122)는 충분한 간섭성의 광을 방출하는 적색, 녹색 및 청색 레이저나, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드가 2차원으로 균일하게 배열되는 어레이(array) 구조를 가진다. 광원부(122)는 다수의 분할영역(DR)으로 구분된다. 다수의 분할영역(DR)의 개수는 공간 광변조기(150)의 크기에 따라 개수가 결정되며, 다수의 분할영역(DR)은 균일한 크기로 구분된다. 다수의 분할영역(DR)의 각각의 크기는 가로 및 세로가 각각 30mm 정도이다. 대략적으로 대각선으로 20인치의 공간 광변조기(140)를 사용하는 경우, 백라이트 유닛(120)은 16등분하여 사용할 수 있다.
도 3과 같이, 백라이트 유닛(120)의 구동 회로부(124)는 제어부(124a) 및 구동부(124b)를 포함한다. 제어부(124a)는 동공추적 유닛(150)의 위치신호(170)와 시스템(도시하지 않음)의 영상신호에 따른 계조신호(172)를 인가받아, 광원부(122)의 다수의 분할영역(DR)을 점등영역과 다수의 디밍(dimming) 영역으로 구분한다. 구동부(124b)는 제어부(124a)의 점등영역과 다수의 디밍영역의 신호를 인가받아, 광원부(122)를 구동시킨다.
제어부(124a)는 동공추적 유닛(150)의 위치신호(170)와 시스템의 계조신호(172)가 인가되면, 동공추적 유닛(150)의 위치신호에 대응되는 다수의 분할영역(DR) 중 선택된 분할영역(DR)의 광원부(122)를 구동시키는 제 1 구동신호(180)와, 선택되지 않은 분할영역(DR)의 광원부(122)를 소등 또는 디밍처리하는 제 2 구동신호(182)를 구동부(124b에 인가한다. 선택되지 않은 분할영역(DR)의 광원부(122)에 인가되는 제 2 구동신호는 완전히 소등되는 영역과, 계조별로 차이를 두어 점등시키는 구동신호이다.
제 1 및 제 2 구동신호가 구동부(124b)에 인가되어, 광원부(122)의 다수의 분할영역(DR) 중 선택된 분할영역(DR)을 선택적으로 점등하고, 선택되지 않은 분할영역(DR)을 소등 또는 계조별로 디밍처리하여, 백라이트 유닛(120)의 전력소비를 줄일 수 있다.
렌티큘라 렌즈시트(130)는, 수평 렌티큘러 렌즈시트(130a)와 수직 렌티큘러 렌즈시트(130b)로 구성된다. 수평 렌티큘러 렌즈시트(130a)는 백라이트 유닛(120)와 공간 광변조기(140) 사이에 위치하고, 수직 렌티큘러 렌즈시트(130b)는 공간 광변조기(140)과 시청자 사이에 위치한다.
공간 광변조기(140)의 후면에 위치한 수평 렌티큘러 렌즈시트(130a)는 백라이트 유닛(120)의 출사광을 스프릿(split)하는 기능을 하고, 공간 광변조기(140)의 전면에 위치한 수직 렌티큘러 렌즈시트(130b)는 공간 광변조기(140)의 출사광을 수직방향의 평행(collimation)하게 하는 기능을 한다.
공간 광변조기(140)는 시스템(도시하지 않음)으로부터 영상신호를 공급받고, 하나 또는 다수의 독립적인 광원의 광빔을 스위칭, 블랭킹(blanking) 또는 변조함으로써 강도, 색 및 위상을 제어하기 위한 기능을 한다. 공간 광변조기(140)는 매트릭스 형태로 배열되고 제어 가능한 다수의 화소(도시하지 않음)를 포함하고, 다수의 화소를 통과하는 광의 진폭 및 위상을 변화시킴으로써 물체의 화상을 재구성한다. 공간 광변조기(140)는 진폭변조에 의해 홀로그램을 재구성하는 액정표시장치를 포함할 수 있다.
동공추적 유닛(150)은 공간 광변조기(140)에 설치되고, 시청자의 동공위치를 추적하고, 시청자의 좌표와 공간 광변조기(140)에서 영상이 형성되는 대상점(object point)과 시청자의 동공크기에 해당하는 시역(view window)를 설정하고, 광선추적(ray tracing)을 통해 시청자가 공간 광변조기(140) 중 서브 홀로그램(sub-hologram) 영역(도시하지 않음)으로 부분적으로 조사되는 백라이트 유닛(120)의 출사광에 의해 영상을 시청할 수 있게 하는 기능을 수행한다. 동공추적 유닛(150)은 아이 파인더 카메라(eye finder camera)을 사용할 수 있다. 동공추적 유닛(150)을 사용하여, 공간 광변조기(140) 전체에서 홀로그램 영상을 재생하지 않고 시청자의 시역(view window)에서만 부분적으로 홀로그램 영상을 재생하여 영상정보 처리량 및 복원시간을 감소시키는 기능을 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구동방법에 대한 순서도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하여, 백라이트 유닛(120)의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
백라이트 유닛(120)의 제어부(124a)에 위치신호(170) 및 영상정보에 따른 계조신호(172)가 인가되는 제 1 단계(S01), 제어부(124a)의 다수의 분할영역(DR)을 점등영역과 다수의 디밍영역으로 구분하는 구분신호를 구동부(124b)에 인가하는 제 2 단계(S02), 및 구분신호에 따라 광원부(122)를 구동시키는 제 3 단계(S03)를 포함한다.
제 1 단계(S02)에서, 제어부(124a)에 인가되는 위치신호(170)는 동공추적 유닛(150)이 시청자의 동공위치를 추적하여, 시청자의 동공위치에 해당하고 부분적으로 홀로그램 영상을 재생하는 서브 홀로그램 영역의 위치이고, 제어부(124a)에 인가되는 계조신호(172)는 홀로그램이 재생되지 않는 영역에 대응되는 백라이트 유닛(120)의 광원부(122)가 일부는 완전히 소등되고 다른 일부는 계조신호에 따라 점등된 상태를 유지하는 것을 의미한다.
제 2 단계에서, 제어부(124a)는 위치신호 및 계조신호가 인가되면, 다수의 분할영역(DR)을 점등영역과 다수의 디밍영역으로 구분하는 구분신호를 생성한다. 점등영역은 서브 홀로그램 영역에 대응하는 백라이트 유닛(120)의 광원부(122)이고, 다수의 디밍영역은 홀로그램이 재생되지 않는 영역에 대응하는 백라이트 유닛(120)의 광원부(122)이다.
제 3 단계에서, 제어부(124a)의 구분신호에 따라 광원부(122)를 구동한다. 따라서, 선택된 분할영역(DR)은 완전히 점등되고, 선택되지 않은 다른 분할영역(DR)은 소등 또는 계조상태에 따라 점등된 상태를 유지한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 시역에 대응하는 서브 홀로그램 영역에 홀로그램을 부분적으로 재생하는 공간 광변조기; 및
    상기 공간 광변조기에 광을 제공하는 백라이트 유닛;
    를 포함하고,
    상기 백라이트 유닛은 다수의 분할영역으로 분할되고, 상기 다수의 분할영역 중 상기 서브 홀로그램 영역에 대응되는 상기 분할영역을 선택적으로 점등하며,
    상기 공간 광변조기는 매트릭스 형태로 배열되고 제어 가능한 다수의 화소를 포함하여 상기 다수의 화소를 통과하는 광의 진폭 및 위상을 변화시키며,
    상기 백라이트 유닛과 상기 공간 광변조기 사이에 상기 백라이트 유닛의 출사광을 스프릿(split)하는 수평 렌티큘러 렌즈시트를 포함하고, 상기 공간 광변조기와 시청자 사이에 상기 공간 광변조기의 출사광을 수직방향에 평행(collimation)하게 하는 수직 렌티큘러 렌즈시트를 더 포함하며,
    상기 백라이트 유닛의 출사광은 상기 수평 렌티큘러 렌즈시트와 상기 공간 광변조기 및 상기 수직 렌티큘러 렌즈시트를 통과하여 간섭에 의해 홀로그램을 구현하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    시청자의 동공위치를 추적한 위치신호를 상기 공간 광변조기 및 상기 백라이트 유닛에 제공하는 동공추적 유닛을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은,
    광을 방출하여 상기 공간 광변조기에 제공하고 상기 다수의 분할영역으로 구분되는 광원부; 및
    상기 광원부를 점등영역과 다수의 디밍영역으로 구분하여 구동시키는 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    위치신호와 계조신호가 인가되고, 상기 다수의 분할영역을 점등영역과 디밍영역으로 구분하는 구분신호를 발생시키는 제어부; 및
    상기 제어부의 상기 구분신호를 인가받아, 상기 광원부를 구동시키는 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원부는 간섭성의 광을 방출하는 적색, 녹색 및 청색 레이저가 2차원으로 균일하게 배열되는 어레이 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 3차원 영상장치.
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