KR101746719B1 - 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용한 3차원 영상 출력 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용한 3차원 영상 출력 방법에 관한 것으로, 렌즈어레이 시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 영상을 표현하되, 상기 디스플레이 패널과 각각의 렌즈(110)간의 거리를 달리하여 각각의 렌즈(110)를 통해서 보여지는 3차원 영상의 해상도를 공간적으로 서로 다르게 하여 비균일 픽셀 분포를 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도를 향상시키는 것으로,
본 발명 렌즈어레이시트를 부착하는 3차원 디스플레이에서 시점 영상 출력 방법은 렌즈어레이시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 시점 영상을 표현하되, 각각의 렌즈의 직경내에서 관측되는 픽셀수를 서로 다르게 하여 전체 시점 영상의 해상도를 비균일 분포로 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도를 증가시키는 현저한 효과가 있다.

Description

디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용한 3차원 영상 출력 방법{ Output method of view images in three-dimensional display by different distance between display panel and lens}

본 발명은 렌즈어레이 시트를 부착하는 3차원 디스플레이에서 시점영상의 해상도를 비균일하게 표시하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 렌즈어레이 시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 시점 영상을 표현하되, 각각의 렌즈의 직경내에서 관측되는 픽셀수를 서로 다르게 하여 전체 시점 영상의 해상도를 비균일 분포로 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도 증가 효과를 줄 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 디스플레이 기술은 크게 안경 방식, 무안경 방식, 완전 3차원 방식 등으로 구분이 가능하다. 이 중에서 안경 방식은 시차가 있는 두 개의 2차원 영상을 편광 안경과 같은 별도의 장비를 이용하여 좌안과 우안에 각각 분리하여 제공함으로써 입체감을 느끼게 하는 방식이다. 그러나 별도의 장비를 사용해야하는 불편함은 있지만, 쉽게 고해상도의 깊이 있는 영상을 제공할 수 있는 장점을 가진다. 안경 방식의 불편함을 극복하기 위한 무안경 방식은 보조 장치의 사용 없이 여러 개의 시점을 분리하여 표시하여 3차원 영상을 얻는다. 하지만, 이 시점은 수평적인 시차만을 제공하고 불연속적이고, 관측자가 정확한 위치에서만 3차원 영상을 감상할 수 있다.

한편, 최근에 수평시차와 수직시차를 모두 제공하는 무안경 3차원 디스플레이 영상 기술로 렌즈 어레이를 사용하는 방식이 연구되고 있다.

종래기술로서 공개특허공보 공개번호 제10-2013-0129534호의 입체 영상 디스플레이 장치에는, 본 발명은, 좌안 영상과 우안 영상을 포함하는 영상을 순차적으로 표시하는 데이터 패널; 상기 데이터 패널의 일측에 위치하여, 상기 데이터 패널에 표시되는 영상에 따라 사용자의 좌안 또는 우안에서 상기 영상이 시인될 수 있도록 지역적으로 광을 토출하는 광 제공부; 상기 데이터 패널의 타측에 위치하여, 상기 광 제공부에 의하여 조사되는 상기 영상을 사용자에게 전달하도록 경로를 설정하는 다수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이; 상기 광 제공부와 데이터 패널 사이에 위치하는 제 1점착층; 상기 데이터 패널과 렌즈 어레이 사이에 위치하는 제 2점착층; 및 상기 제 1점착층과 광 제공부 사이에 위치하는 투명의 갭층을 포함하여 구성된다고 기재되어 있다.

다른 종래기술로서 공개특허공보 공개번호 제10-2015-0139095호의 렌즈 어레이를 이용한 무안경식 입체 영상 디스플레이장치에는, 본 발명은 렌즈 어레이를 이용하여 다수의 시청자가 동시에 3차원 영상을 시청할 수 있도록 해 주는 렌즈 어레이를 이용한 무안경식 입체 영상 디스플레이장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 렌즈 어레이를 이용한 무안경식 입체 영상 디스플레이장치는 영상을 출력하기 위한 디스플레이와, 다수 시청자를 촬영하기 위한 카메라 및, 상기 디스플레이를 통해 다수 시청자에게 입체 영상이 동시에 출력되도록 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 구성되고, 상기 디스플레이는 디스플레이 영상을 출력하는 영상 패널과, 상기 영상 패널의 후면측으로 광을 제공하는 백라이트 패널 및, 다수의 집광렌즈로 이루어지면서 상기 영상 패널과 백라이트 패널 사이에 배치되어 상기 백라이트 패널로부터 제공되는 광을 영상 패널로 제공하는 렌즈 어레이를 구비하여 구성되며, 상기 제어수단은 시청자의 좌안과 우안 위치에 대응되는 좌안 영상과 우안 영상을 상기 영상패널을 통해 시간분할 방식으로 순차 출력함과 더불어, 상기 카메라를 통해 촬영된 영상으로부터 다수 시청자에 대한 좌안과 우안의 위치를 확인하여 다수 시청자의 각 좌안 위치와 우안 위치에 대응되는 백라이트 패널 위치의 광을 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 한다라고 기재되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 장치에 의한 3차원 영상 디스플레이 방법은 렌즈어레이 시트의 각각의 렌즈를 통하여 보여지는 픽셀의 개수가 한 개로 고정되어 있어서 관측되는 3차원 영상의 해상도가 낮다는 단점을 가지고 있었다.

따라서 본 발명 렌즈어레이시트를 부착하는 3차원 디스플레이에서 시점 영상 출력 방법을 통하여, 렌즈어레이시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 시점 영상을 표현하되, 각각의 렌즈의 직경 내에서 관측되는 픽셀수를 서로 다르게 하여 전체 시점 영상의 해상도를 비균일 분포로 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도 증가를 향상시키는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용한 3차원 영상 출력 방법에 관한 것으로, 렌즈어레이 시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 영상을 표현하되, 상기 디스플레이 패널과 각각의 렌즈(110)간의 거리를 달리하여 각각의 렌즈(110)를 통해서 보여지는 3차원 영상의 해상도를 공간적으로 서로 다르게 하여 비균일 픽셀 분포를 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명 렌즈어레이시트를 부착하는 3차원 디스플레이에서 시점 영상 출력 방법은 렌즈어레이시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 시점 영상을 표현하되, 각각의 렌즈의 직경내에서 관측되는 픽셀수를 서로 다르게 하여 전체 시점 영상의 해상도를 비균일 분포로 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도를 증가시키는 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래의 렌즈어레이 시트를 부착하는 3차원 디스플레이의 구성도
도 2는 종래의 렌즈어레이 시트가 부착된 3차원 디스플레이에서 렌티큘러 렌즈를 통한 픽셀 관측도
도 3은 렌즈어레이 시트가 비초점면에 위치한 경우의 렌티큘러렌즈를 통해서 관측되는 영상의 개념도
도 4는 싱글 렌즈어레이 시트로 보여지는 픽셀 수 계산을 위한 개략도
도 5는 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용하는 경우의 예시도
도 6은 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하며 회전된 렌즈어레이 시트를 사용하는 경우의 구조도

본 발명은 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용한 3차원 영상 출력 방법에 관한 것으로, 렌즈어레이시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 영상을 표현하되, 상기 디스플레이 패널과 각각의 렌즈(110)간의 거리를 달리하여 각각의 렌즈(110)를 통해서 보여지는 3차원 영상의 해상도를 공간적으로 서로 다르게 하여 비균일 픽셀 분포를 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 디스플레이 패널 전방에 렌즈어레이(100)가 위치하고, 상기 렌즈어레이(100) 전방에는 관측자가 위치하는 것으로, 상기 렌즈어레이(100)는 상하방향으로 형성되는 다수 개의 렌즈(110)로 이루어지되, 상기 다수 개의 렌즈(110)는 지면에서 수직인 디스플레이 패널로부터 렌즈어레이(100)까지의 길이를 각각 다르게 형성함으로써 비균일 픽셀 분포를 가지는 3차원 영상이 구현되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관측자가 관측하는 영상은 서로 다른 크기의 비균일한 픽셀 분포를 가지는 영상을 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체 에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.

또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명 렌즈어레이 시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 시점 영상을 표현하는 3차원 디스플레이 시스템은 각각의 렌즈(110)의 직경내에서 관측되는 픽셀수를 서로 다르게 하여 전체 시점 영상의 해상도를 비균일 분포로 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도 증가시키는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

본 발명은 디스플레이 패널 전방에 렌즈어레이 시트가 위치하고, 상기 렌즈어레이 시트 전방에는 일정거리 이격되어 관측자가 위치하되, 상기 렌즈어레이 시트는 다수 개의 렌즈(110)로 이루어진다.

도 1은 종래의 렌즈어레이 시트를 부착하는 3차원 디스플레이의 구성도이다. 종래의 렌즈어레이 시트를 부착한 3차원 디스플레이 시스템에서 렌즈어레이 시트와 디스플레이 패널 사이의 간격은 일정하게 유지를 시킨다. 이때의 간격은 관측자의 방향으로부터 렌즈어레이 시트의 초점거리에 위치시키는 것이 일반적이다. 즉 렌즈어레이 시트를 구성하는 렌즈의 초점거리가 f라고 하면 렌즈어레이 시트와 디스플레이 패널 사이의 간격을 f에 위치하도록 제작한다.

도 2는 종래의 렌즈어레이 시트가 부착된 3차원 디스플레이에서 렌즈를 통한 픽셀 관측도이다. 도 2에서 종래의 렌즈어레이 시트를 부착한 3차원 디스플레이 시스템에서 렌즈어레이 시트와 디스플레이 패널 사이의 간격은 일정하게 유지를 시킨다.

이때의 간격은 렌즈어레이 시트의 초점거리(f)에 위치시키는 것이 일반적이다. 즉 렌즈어레이 시트를 구성하는 렌즈의 초점거리가 f라고 하면 렌즈어레이 시트와 디스플레이 패널 사이의 간격을 f에 위치시키도록 제작한다. 이때 관측자가 렌즈어레이 시트의 전방으로 z의 위치에 있으며 z>f인 조건이라면 관측자가 각각의 렌즈 직경 안에서 관측되는 픽셀의 크기는 렌즈의 직경(P)과 동일하다. 즉 렌즈 직경 방향으로 하나의 픽셀이 보여진다. 따라서 전체 시점영상의 좌우 해상도는 직경의 개수와 동일하게 된다.

도 3은 렌즈어레이 시트가 비초점면에 위치한 경우의 렌즈(110)를 통해서 관측되는 영상의 개념도이다. 렌즈어레이 시트와 디스플레이 패널 사이의 거리가 렌즈(110)의 초점거리보다 큰 거리에 위치하는 경우에는 렌즈(110) 직경 안에서 보여지는 관측 픽셀의 개수는 한 개가 아니고 여러 개가 보여지게 된다. 그러나 이 경우에는 3차원 영상의 표현 깊이가 줄어들게 된다. 즉, 디스플레이패널(200)과 렌즈어레이 시트가 비초점면에 놓이게되면 3차원 깊이에 대한 중앙깊이면과 깊이범위가 제한되게 된다. 3차원 영상의 공간 범위가 설정되면 이 깊이값과 관측 픽셀의 시스템에 맞게 설정할 수 있다.

도 4는 싱글 렌즈를 통해서 보여지는 픽셀수 계산을 위한 개략도이다. 도 4에서 f는 렌즈의 초점거리, g는 렌즈어레이 시트와 디스플레이패널 사이의 거리, P는 싱글 렌즈의 직경, c는 디스플레이 패널의 픽셀사이즈이면 추출되는 픽셀의 수(N)은 다음 식으로 계산된다.

식 (1)

이때 N은 픽셀의 값이므로 1보다 크다.

그리고 중앙깊이면은 다음 식(2)와 같이 정의된다.

식 (2)

또한, 중앙깊이면을 중심으로 얻어지는 깊이범위는 다음 식(3)과 같다.

식 (3)

도 5에서는 한 실시예로 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용한 시스템의 경우에 있어서 관측자가 관측하는 3차원 영상의 픽셀들을 보여주는 예시도이다. 도 5에서 위쪽의 렌즈는 디스플레이패널(200)에 초점거리에 위치하게 되며 아래쪽의 렌즈는 초점거리보다 멀어지게 된다. 이와 같이 렌즈(110)마다 서로 다른 거리를 가지게 되고, 식 (1)에 의해서 관측자가 관측되는 영상은 도 5의 왼쪽과 같이 서로 다른 크기의 비균일한 픽셀 분포를 가지는 영상을 얻을 수 있다. 이때 깊이 범위(D)는 식 (2)와 식 (3)의 공식에 의해서 변화하게 된다. 이러한 비균일 분포의 영상은 깊이 범위를 줄이면서 3차원 영상의 해상도를 증가시키는 것이 가능하다.

도 6은 본 발명에서 사용하는 디스플레이패널(200)과 개별 렌즈(110)간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이 시트가 회전되어서 디스플레이패널(200)에 부착되는 경우의 구조도를 보여준다. 도 6에서 회전된 렌즈어레이 시트의 개별 렌즈가 디스플레이패널(200)와의 거리를 각각 달리하기 때문에 회전된 렌즈어레이 시트를 통해서 보여지는 픽셀의 수를 증가시키는 것이 가능하다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 렌즈어레이
110 : 렌즈
200 : 디스플레이패널

Claims (4)

1. 렌즈어레이시트를 부착한 디스플레이 패널을 통해서 3차원 영상을 표현하되, 상기 디스플레이 패널과 각각의 렌즈(110)간의 거리를 달리하여 각각의 렌즈(110)를 통해서 보여지는 3차원 영상의 해상도를 공간적으로 서로 다르게 하여 비균일 픽셀 분포를 가지도록 함으로써 3차원 영상의 해상도를 향상시키는 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용한 3차원 영상 출력 방법에 있어서,
   상기 디스플레이 패널 전방에 렌즈어레이(100) 시트가 위치하고, 상기 렌즈어레이(100) 시트 전방에는 관측자가 위치하는 것으로, 상기 렌즈어레이(100) 시트는 상하방향으로 형성되는 다수 개의 렌즈(110)로 이루어지되, 상기 다수 개의 렌즈(110)는 지면에서 수직인 디스플레이 패널로부터 렌즈어레이(100)까지의 길이를 각각 다르게 형성함으로써 비균일 픽셀 분포를 가지는 3차원 영상이 구현되는 것이며,
   상기 관측자가 관측하는 영상은 서로 다른 크기의 비균일한 픽셀 분포를 가지는 영상을 얻을 수 있는 것이며,
   상기 렌즈어레이(100) 시트가 디스플레이패널(200)에 대해서 일정한 각도 회전되어 있는 것으로,
   상기 렌즈어레이(100) 시트와 디스플레이패널(200) 사이가 평행하지 않은 경우에 있어서 관측자가 관측하는 3차원 영상의 픽셀들을 보여주는 것으로, 위쪽의 렌즈는 디스플레이패널(200)에 초점거리에 위치하게 되며 아래쪽의 렌즈는 초점거리보다 멀어지게 되므로, 상기 렌즈(110)마다 서로 다른 거리 g를 가지게 되고, 다음 식 (1)에 의해서 관측자가 관측되는 영상은 서로 다른 크기의 비균일한 픽셀 분포를 가지는 영상을 얻을 수 있는 것으로,
   식 (1)

   

   
   {N은 추출되는 픽셀의 수, f는 렌즈의 초점거리, g는 렌즈어레이(100) 시트와 디스플레이패널 사이의 거리, P는 싱글 렌즈의 직경, c는 디스플레이패널의 픽셀사이즈}
   이때 깊이 범위(D)는 다음 식 (2)와 식 (3)의 공식에 의해서 변화하게 되며 상기와 같은 비균일 분포의 영상은 깊이 범위를 줄이면서 3차원 영상의 해상도를 증가시키는 것이 가능하며,
   식 (2)

   

   
   {h는 중앙깊이면}
   식 (3)

   

   
   {D는 중앙깊이면을 중심으로 얻어지는 깊이범위}
   상기 회전된 렌즈어레이(100) 시트의 각각의 렌즈(110)의 초점거리가 다르기 때문에 회전된 렌즈(110)를 통해서 보여지는 픽셀의 수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이패널과 개별 렌즈간의 거리를 각각 달리하는 렌즈어레이를 이용한 3차원 영상 출력 방법
   
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