KR100823995B1

KR100823995B1 - 3D picture generating system

Info

Publication number: KR100823995B1
Application number: KR1020060059497A
Authority: KR
Inventors: 오윤식
Original assignee: 오윤식; 류영재
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-04-23
Also published as: KR20080001258A

Abstract

본 발명은 실물과 동일한 입체영상을 허공에 생성함에 있어서 처리해야 할 데이터량이 상대적으로 적고 그 구조도 간단하여 현재의 기술수준으로도 충분히 구현할 수 있고, 관측자의 눈에 주는 피로감을 감소시킬 수 있도록 한 입체영상 생성 시스템에 관한 것이다.The present invention has a relatively small amount of data to be processed in the creation of a three-dimensional image in the air in the air and its structure is simple enough to be implemented even in the current state of the art, to reduce the fatigue to the observer's eyes A stereoscopic image generation system.

본 발명의 입체영상 생성 시스템은 크게 매트릭스 형태로 이루어진 다수의 반도체레이저 소자를 포함하여 이루어져서 입체영상을 구성하는 광점 형성용 레이저광을 출사하는 반도체레이저 매트릭스 유닛; 상기 반도체레이저 매트릭스 유닛에서 출사된 다수의 레이저광을 전반사에 의해 수집하여 가두어 두었다가 임의의 개소에서 출사하는 도파관 유닛; 각각의 곡률반경이 독립적으로 제어되는 다수의 가변초점거울을 포함하여 이루어져서 상기 도파관 유닛에서 출사된 레이저광을 반사하여 허공에 입체영상을 형성하는 가변초점거울 매트릭스 유닛 및 상기 각 유닛을 제어함과 아울러 그 동기를 유지시키는 제어 유닛을 포함하여 이루어진다. The stereoscopic image generating system of the present invention includes a semiconductor laser matrix unit including a plurality of semiconductor laser elements having a large matrix shape and emitting laser light for forming spots constituting the stereoscopic image; A waveguide unit for collecting and confining a plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser matrix unit by total reflection, and emitting them at an arbitrary location; Each curvature radius includes a plurality of variable focusing mirrors that are independently controlled to control the variable focusing mirror matrix unit and each unit to reflect a laser beam emitted from the waveguide unit to form a stereoscopic image in the air. It includes a control unit for maintaining the synchronization.

입체영상, 3D, 생성, 초점, 미러, 렌즈, 레이저 3D, 3D, Generation, Focus, Mirror, Lens, Laser

Description

3D picture generating system

도 1은 본 발명의 입체영상 생성 시스템의 설치상태를 개략적으로 보인 사시도,1 is a perspective view schematically showing an installation state of a stereoscopic image generating system of the present invention;

도 2a 내지 도 2c는 각각 도 1에 도시한 입체영상 생성 시스템의 설치상태를 개략적으로 보인 정면도, 평면도 및 측면도,2A to 2C are front views, plan views, and side views schematically showing an installation state of the stereoscopic image generating system shown in FIG. 1, respectively.

도 3은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 사용되는 단위 가변초점거울의 일 실시예를 개략적으로 보인 사시도,3 is a perspective view schematically showing an embodiment of a unit variable focus mirror used in a stereoscopic image generating system of the present invention;

도 4는 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 사용되는 단위 가변초점거울의 다른 실시예를 개략적으로 보인 사시도,4 is a perspective view schematically showing another embodiment of a unit variable focus mirror used in a stereoscopic image generating system of the present invention;

도 5는 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 반도체레이저 매트릭스 유닛의 배치 구조도,5 is a layout structure diagram of a semiconductor laser matrix unit in a stereoscopic image generating system according to the present invention;

도 6은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 도파관을 전면에서 본 사시도,6 is a perspective view of the waveguide from the front in the stereoscopic image generating system of the present invention;

도 7은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 도파관 유닛이 입사 레이저광을 가두어 두는 원리를 설명하기 위한 도,7 is a view for explaining the principle that the waveguide unit traps the incident laser light in the stereoscopic image generation system of the present invention;

도 8은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 도파관 유닛에서 레이저광이 출사되는 패턴을 설명하기 위한 도,8 is a view for explaining a pattern that the laser light is emitted from the waveguide unit in the stereoscopic image generation system of the present invention,

도 9는 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 도파관 유닛에서 레이저광을 출 사하는 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도,9 is a view for schematically explaining the principle of emitting a laser beam from the waveguide unit in the stereoscopic image generating system of the present invention;

도 10은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 도파관 유닛의 구조를 설명하기 위한 분리 사시도,10 is an exploded perspective view for explaining the structure of the waveguide unit in the stereoscopic image generating system of the present invention;

도 11은 도 10에서 단위 광스위치 스트립의 구조를 보인 사시도,FIG. 11 is a perspective view illustrating a structure of a unit optical switch strip in FIG. 10; FIG.

도 12는 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 레이저광의 출사 메카니즘을 구체적으로 설명하기 위한 도,12 is a view for explaining in detail the emission mechanism of the laser light in the stereoscopic image generation system of the present invention;

도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 광스위치 어레이를 구동하기 위해 전면전극 어레이와 배면전극 어레이에 인가되는 전압 패턴을 보인 도표,13A and 13B are diagrams showing voltage patterns applied to the front electrode array and the rear electrode array to drive the optical switch array in the stereoscopic image generating system of the present invention, respectively;

도 14는 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 가변초점거울 매트릭스 유닛의 다른 실시예를 보인 개략 구성도,14 is a schematic structural diagram showing another embodiment of a variable focus mirror matrix unit in a stereoscopic image generating system of the present invention;

도 15 및 도 16은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에 있어서 도파관에서 출사된 레이저광을 정렬하는 원리를 설명하기 위한 도,15 and 16 are views for explaining the principle of aligning the laser light emitted from the waveguide in the stereoscopic image generating system of the present invention;

도 17은 본 발명의 입체영상 생성 시스템을 단일의 함체에 집중 배치한 구조의 일 실시예를 보인 사시도이다.17 is a perspective view showing an embodiment of a structure in which the stereoscopic image generating system of the present invention is concentrated in a single enclosure.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

100: 실내 공간, 110: 전방 벽체,100: interior space, 110: front wall,

120: 천장, 130: 후방 벽체,120: ceiling, 130: rear wall,

140: 관측자 시점,140: observer viewpoint,

200: 반도체레이저 매트릭스 유닛,200: semiconductor laser matrix unit,

210: 단위 반도체레이저 소자,210: unit semiconductor laser device,

211: 하우징, 211a: 출사공,211: housing, 211a: exit hole,

211R, 211G, 211B: 입사공,211R, 211G, 211B: entrance hole,

212R, 212G, 212B: 반도체레이저 소자,212R, 212G, 212B: semiconductor laser device,

214R, 214G, 214B: 다이크로익 미러,214R, 214G, 214B: dichroic mirror,

300: 도파관 유닛, 310: 도파관,300: waveguide unit, 310: waveguide,

312: 프리즘, 316: 전면전극 어레이,312: prism, 316: front electrode array,

316a: 전면전극 스트립, 320: 광스위치 어레이,316a: front electrode strip, 320: optical switch array,

322: 단위 광스위치 스트립, 322a: 기재,322: unit optical switch strip, 322a: substrate,

322b: 금속거울, 322c: 액츄에이팅 개소,322b: metal mirror, 322c: actuating point,

330: 지지기판, 336: 배면전극 어레이,330: support substrate, 336: rear electrode array,

336a: 배면전극 스트립, 400: 가변초점거울 매트릭스 유닛,336a: back electrode strip, 400: variable focus mirror matrix unit,

410: 가변초점거울 매트릭스410 variable focus mirror matrix

412: 단위 가변초점거울, 412a: 멤브레인,412: unit variable focus mirror, 412a: membrane,

412b, 412d: 거울코팅면, 412c: 압전박판,412b, 412d: mirror coated surface, 412c: piezoelectric thin plate,

420: 초점변경 구동부,420: focus change driver,

610: 입사 레이저광 다발, 620: 출사 레이저광 다발,610: bundle of incident laser lights, 620: bundle of exit laser lights,

630: 광점형성 레이저광 다발,630: bundle of light spot laser light,

700: 입체영상 생성 시스템, 710: 함체,700: stereoscopic image generation system, 710: enclosure,

720: 반도체레이저 매트릭스 유닛,720: semiconductor laser matrix unit,

730: 도광판 유닛, 732: 프리즘,730: light guide plate unit, 732: prism,

740: 가변초점거울 매트릭스 유닛,740: variable focus mirror matrix unit,

750: 반투명 미러750: translucent mirror

본 발명은 입체영상 생성 시스템에 관한 것으로, 특히 허공에 실물과 동일한 입체영상을 생성하는 입체영상 생성 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a stereoscopic image generation system, and more particularly to a stereoscopic image generation system for generating a stereoscopic image identical to the real in the air.

입체영상을 표시하고자 하는 노력은 여러가지 방법으로 계속되어 왔다. 예를 들어, 편광판 안경이나 광학적 셔터를 쓰고 보는 스테레오스코피(Stereoscopy)나 안경을 착용하지 않고 입체영상을 볼 수 있는 오토 스테레오스코피(Autostereoscopy)는 입체영상을 표시할 수 있으나 실제의 입체영상과 다른, 즉 Accommodation(각 눈의 렌즈를 조정하여 초점을 맞추는 것)과 Vergence(두 눈의 방향이 한 곳을 향하는 것)가 일치하지 않는 입체영상을 표시하기 때문에 이를 오래 볼 경우 눈에 피로감을 유발하게 된다. 이와 같이 스테레오스코피에 의한 입체영상은 눈의 피로감을 유발하기 때문에 표시할 수 있는 깊이감에 제한이 따르고, 그래서 아직까지 널리 상용화가 되지 못하고 있다.Efforts to display stereoscopic images have continued in various ways. For example, stereoscopy with polarizer glasses or optical shutters or autostereoscopy with stereoscopic images without eyeglasses can display stereoscopic images but differ from actual stereoscopic images. In other words, it displays three-dimensional images that do not coincide with accommodation (adjusting the lens of each eye) and Vergence (the two eyes are pointing in one place). . As described above, since stereoscopic stereoscopic images cause eye fatigue, limitations on depth that can be displayed are limited, and thus, they are not widely commercialized yet.

한편, 실제의 입체영상을 표시하는 방법에는 볼류메트릭 디스플레이(Volumetric Display)와 홀로그래피(Holography) 방법이 있다. 이 방법들 중에서 볼류메트릭 디스플레이는 스크린을 회전시켜야하는 기계적인 문제나 레이저를 스캔하는 스피드 등의 문제가 있을 뿐 아니라 표시되는 영역이 제한되고, 보이지 않아야 될 부분이 그대로 보이는 등의 난제도 안고 있다. 다음으로 홀로그래피는 처리해야할 데이터량이 매우 많다는 점과 디스플레이 장치의 해상도가 현재까지 알려진 수준보다 매우 좋아져야 한다는 점에서 현재까지는 이를 통해 동영상을 생성할 수가 없다.Meanwhile, a method of displaying an actual stereoscopic image includes a volumetric display and a holography method. Among these methods, volumetric displays not only have mechanical problems such as rotating the screen and speed of scanning a laser, but also have difficulties such as limited display area and invisible parts. Next, holography cannot generate a video through the present because of the large amount of data to be processed and the resolution of the display device to be much higher than the known level.

다른 한편, 실물과 같은 입체영상을 동영상으로 표시하는 입체영상표시장치로는 미국특허 5,172,251호(특허문헌1)와 6,201,565호(특허문헌2) 및 한국특허공개 10-2005-0083548호에 기재된 것들이 알려져 있다. 먼저, 특허문헌1에 개시된 입체영상표시장치는 레이저를 TeO₂ 결정으로 이루어진 진행파형 음향 광학식 변조기로 변조해 간섭무늬를 재생하고 갈바노미터 등으로 스캔한 다음 광학계로 이미지를 확대해서 입체영상을 구현하고 있는데, 전술한 홀로그래피가 갖는 문제점을 그대로 지니고 있어 입체적인 동영상을 구현하기가 현실적으로 거의 불가능하다고 보여진다.On the other hand, as a three-dimensional image display device for displaying a three-dimensional image, such as the real thing, those described in US Patent Nos. 5,172,251 (Patent Document 1) and 6,201,565 (Patent Document 2) and Korean Patent Publication No. 10-2005-0083548 have. First, the stereoscopic image display device disclosed in Patent Literature 1 modulates a laser with an advanced wave acoustic-optic modulator made of TeO ₂ crystals, reproduces an interference pattern, scans with a galvanometer, etc., and then magnifies the image with an optical system to realize a stereoscopic image. As it has the problems of the aforementioned holography, it is almost impossible to realize a three-dimensional video.

다음으로, 특허문헌2에 개시된 입체영상표시장치는 홀로그램을 사용하지 않고 스크린 한 픽셀에서 나오는 빛을 각 다른 방향으로 다 다르게 나오게 해서 입체영상을 구현하려는 것인데 이 역시 데이터량이 다루기 어려울 정도로 많으며 음향 광학식 변조기를 다수개 필요로 하기 때문에 현실적으로 동영상을 구현하기가 상당히 어려울 것으로 보여진다. 특허문헌3에 개시된 입체영상표시장치는 2개의 GLV(Glating Light Valve) 배열에 의해 레이저 빛의 회절을 일으켜 빛을 펼쳤다가 다시 원하는 방향으로 꺾어 모이게 한 다음 다시 광학계를 이용해 확대시켜 입체영상을 구현하고자 하고 있으나 실물과 같은 입체영상을 구현하기는 어려운 점이 많을 것으로 보여진다.Next, the three-dimensional image display device disclosed in Patent Document 2 is to implement a three-dimensional image by emitting light from one pixel of the screen differently in different directions without using a hologram. Since it requires a large number of images, it is difficult to realize the video in reality. The three-dimensional image display device disclosed in Patent Literature 3 causes diffraction of laser light by two GLV (Glating Light Valve) arrays to spread out the light and then folds it in a desired direction, and then expands it again using an optical system to realize a stereoscopic image. However, it is difficult to realize a three-dimensional image like the real thing.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실물과 동일한 입체영상을 허공에 생성함에 있어서 처리해야 할 데이터량이 상대적으로 적고 그 구조도 간단하여 현재의 기술수준으로도 충분히 구현할 수 있고, 관측자의 눈에 주는 피로감을 감소시킬 수 있도록 한 입체영상 생성 시스템을 제공함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the amount of data to be processed in generating the same stereoscopic image in the air in the air is relatively small and its structure is simple, so that it can be sufficiently implemented even at the current technology level. It is an object of the present invention to provide a stereoscopic image generation system to reduce fatigue.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체영상 생성 시스템은 크게 매트릭스 형태로 이루어진 다수의 반도체레이저 소자를 포함하여 이루어져서 입체영상을 구성하는 광점 형성용 레이저광을 출사하는 반도체레이저 매트릭스 유닛; 상기 반도체레이저 매트릭스 유닛에서 출사된 다수의 레이저광을 전반사에 의해 수집하여 가두어 두었다가 임의의 개소에서 출사하는 도파관 유닛; 각각의 곡률반경이 독립적으로 제어되는 다수의 가변초점거울을 포함하여 이루어져서 상기 도파관 유닛에서 출사된 레이저광을 반사하여 허공에 입체영상을 형성하는 가변초점거울 매트릭스 유닛 및 상기 각 유닛을 제어함과 아울러 그 동기를 유지시키는 제어 유닛을 포함하여 이루어진다.The three-dimensional image generating system of the present invention for achieving the above object comprises a semiconductor laser matrix unit which comprises a plurality of semiconductor laser elements largely in the form of a matrix to emit a laser spot for forming a light spot constituting a three-dimensional image; A waveguide unit for collecting and confining a plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser matrix unit by total reflection, and emitting them at an arbitrary location; Each curvature radius includes a plurality of variable focusing mirrors that are independently controlled to control the variable focusing mirror matrix unit and each unit to reflect a laser beam emitted from the waveguide unit to form a stereoscopic image in the air. It includes a control unit for maintaining the synchronization.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체영상 생성 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a stereoscopic image generation system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 입체영상 생성 시스템의 설치상태를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 입체영상 생성 시스템의 설치상태를 개략적으로 보인 정면도, 평면도 및 측면도인바, 각각의 유닛을 실내 공간(100)에 분산 배치한 시스템을 예시하고 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 입체영상 생성 시스템은 크게 생성하고자 하는 다수의 반도체레이저소자를 포함하여 이루어져서 입체영상을 구성하는 광점(또는 화점) 형성용 레이저광을 출사하는 반도체레이저 매트릭스 유닛(200), 반도체레이저 매트릭스 유닛(200)에서 출사된 다수의 레이저광을 수집하여 가두어 두었다가 임의의 개소에서 출사하는 도파관 유닛(300), 각각의 곡률반경(초점 거리)이 독립적으로 제어되는 다수의 가변초점거울을 포함하여 이루어져서 도파관 유닛(300)에서 출사된 레이저광을 반사하여 후방의 허공에 실상을 형성하는 가변초점거울 매트릭스 유닛(400) 및 이들 각각의 유닛을 제어함과 아울러 그 동기를 유지시키는 제어 유닛(미도시)을 포함하여 이루어질 수 있다.1 is a perspective view schematically showing the installation state of the stereoscopic image generating system of the present invention, Figures 2a to 2c are respectively a front view, a plan view and a side view of the installation state of the stereoscopic image generating system of the present invention, respectively, The system in which the unit of the present invention is distributed to the indoor space 100 is illustrated. 1 and 2, the three-dimensional image generating system of the present invention comprises a plurality of semiconductor laser elements to be largely generated to emit a laser light for forming a light spot (or flash point) constituting a three-dimensional image A plurality of laser beams emitted from the laser matrix unit 200 and the semiconductor laser matrix unit 200 are collected and locked, and then controlled by the waveguide unit 300 and the radius of curvature (focal length) independently of each other. It includes a plurality of variable focusing mirrors to reflect the laser light emitted from the waveguide unit 300 to control the variable focusing mirror matrix unit 400 and each of these units to form a real image in the air behind the And a control unit (not shown) to maintain synchronization.

전술한 구성에서, 가변초점거울(Varifocal Mirror; 이하 간단히 'VFM'이라고도 한다) 매트릭스 유닛(400)은, 예를 들어 실내 공간(100)의 전방(이하에서 별 다른 기준을 제시하지 않는 한 실내 공간의 적소에 자리하는 관측자의 시점(140)을 기준으로 방향을 정의한다)의 벽체(110)에 설치될 수 있는데, 각각이 독립적으로 구동되는 다수의 VFM(412)을 포함하여 이루어진다. 각각의 VFM(412)은, 예를 들어 각 변이 3~4㎝ 정도의 길이를 갖는 정방형으로 이루어진 채로 정방형이나 장방형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있는데, 예를 들어 한 변에 30~50개씩 배열되어 VFM 매트릭스(410)를 이루게 된다. 나아가, 각각의 VFM(412)은 그 후방 공간의 적소, 예를 들어 VFM 매트릭스 유닛(400)과 관측자의 시점(140)을 향해 수렴되도록 중심부위에서 각 모서리로 갈수록 더 틀어져 있는 형태, 즉 관측자의 시점을 기준으로 약 간 오목한 형태를 이루도록 배치되는 것이 바람직하다. 참조번호 420은 각각의 VFM(412)의 곡률반경(초점거리)을 임의로 변경시키기 위한 초점변경 구동부를 나타낸다.In the above-described configuration, the Varifocal Mirror (hereinafter simply referred to as 'VFM') matrix unit 400 may be, for example, an interior space in front of the interior space 100 (unless otherwise presented herein). It may be installed on the wall 110 of the wall 110 of the direction of the observer (140) of the position in place of each, each of which comprises a plurality of independently driven VFM (412). Each of the VFMs 412 may be arranged in a square or rectangular matrix, for example, with each side having a square having a length of about 3 to 4 cm. A VFM matrix 410 is formed. Further, each VFM 412 is more distorted from the center to each corner such that it converges in the back space, for example, toward the VFM matrix unit 400 and the viewer's viewpoint 140. It is preferable to be arranged to form a slightly concave shape on the basis of. Reference numeral 420 denotes a focus change driver for arbitrarily changing the radius of curvature (focal length) of each VFM 412.

도 3은 본 발명에서 사용되는 단위 가변초점거울의 일 실시예를 개략적으로 보인 사시도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 VFM(412)은 거울 코팅된 전면(412b)을 갖는 탄성 재질의 멤브레인(412a)으로 이루어질 수 있는데, 이러한 멤브레인(412a)의 전면의 거울 코팅(412b)과 후면에 형성된 전극에 수 볼트 내지 수백 볼트 정도의 전압을 가변적으로 인가함으로써 거울 코팅면(412b)의 곡률반경을 점선으로 도시한 바와 같이 임의로 변경시킬 수가 있다.3 is a perspective view schematically showing an embodiment of a unit variable focus mirror used in the present invention. As shown in FIG. 3, the unit VFM 412 according to an embodiment of the present invention may be formed of an elastic membrane 412a having a mirror-coated front surface 412b, which is the front surface of the membrane 412a. The curvature radius of the mirror coating surface 412b can be arbitrarily changed by applying a voltage of several volts to several hundred volts to the electrodes formed on the mirror coating 412b and the rear surface thereof.

도 4는 본 발명에서 사용되는 단위 가변초점거울의 다른 실시예를 개략적으로 보인 사시도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 VFM(412)은 2매 또는 그 이상의 압전박판(412c)을 그 분극(pole) 방향을 달리 한 채로 적층하여 붙인 상태에서 전면에 거울 코팅(412d)을 하여 구성할 수가 있는데, 이러한 압전박판(412c)에 수 볼트 내지 수백 볼트 정도, 바람직하게는 100~300 볼트의 전압을 가변적으로 인가함으로써 거울 코팅면의 곡률반경을 점선으로 도시한 바와 같이 임의로 변경시킬 수가 있다. 여기에서 '압전현상'이라 함은 결정체가 압력을 받아 결정체 내에 전하가 발생하거나 반대로 결정체에 전계를 가할 때 기계적 변형을 일으키는 것을 말한다. 전왜 현상이라 함은 전왜 물질에 전계를 인가했을 때 기계적인 변형, 즉 왜곡이 발생하는 현상을 말하는바, 이하에서는 압전/전왜 박판을 통칭하여 '압전박판'이라 하는데, 그 재질로는 주로 세라믹이 많이 사용된다.4 is a perspective view schematically showing another embodiment of a unit variable focus mirror used in the present invention. As shown in FIG. 4, the unit VFM 412 according to another exemplary embodiment of the present invention has two or more piezoelectric thin plates 412c stacked on and attached to the front surface with different polarization directions. Mirror coating (412d) can be configured, by applying a voltage of several volts to several hundred volts, preferably 100 ~ 300 volts to the piezoelectric thin plate 412c by showing the radius of curvature of the mirror coating surface in dotted lines It can be changed arbitrarily as mentioned. Here, the term 'piezoelectric phenomenon' refers to mechanical deformation when a crystal is pressurized to generate charge in the crystal or, conversely, to apply an electric field to the crystal. Electrodistortion refers to a phenomenon in which mechanical deformation, or distortion, occurs when an electric field is applied to an electrostrictive material. Hereinafter, piezoelectric / electrical distortion thin plates are collectively referred to as 'piezoelectric thin plates'. It is used a lot.

다시 도 1 및 도 2로 돌아가서, 반도체레이저 매트릭스 유닛(200)은 예를 들어 실내 공간(100)을 한정하는 천장 등에 매달린 채로 도파관 유닛(300)을 마주하도록 설치될 수 있다. 도 5는 반도체레이저 매트릭스 유닛 배치 구조도이다. 먼저 도 5에 도시한 바와 같이, 반도체레이저(Semiconductor Laser; 이하 이를 그 두문자를 따서 'SL'이라고도 한다) 매트릭스 유닛(200)은 R(Red), G(Green) 및 B(Blue) 레이저소자, 바람직하게는 R, G 및 B의 레이저 다이오드(212R; 212G; 212B)로 이루어진 SL소자 쌍(210)의 다수가 정방향 또는 장방형의 매트릭스 형태로 배치되어 이루어져서 원하는 색상, 명도 및 채도를 갖는 레이저광을 출사하는데, 색상, 명도 및 채도는 각각의 SL소자(212R; 212G; 212B)의 전류량을 조절하는 것에 의해 결정될 수 있다. 여기에서, SL소자 쌍(212)의 매트릭스 구조는 VFM 매트릭스(410) 구조와 동일, 즉 SL소자 쌍(210)과 VFM(412)이 정확하게 일대일 대응될 수 있도록 그 전체 개수, 행 및 열의 개수가 일치해야 한다.1 and 2, the semiconductor laser matrix unit 200 may be installed to face the waveguide unit 300, for example, while being suspended from a ceiling or the like defining the indoor space 100. 5 is a layout diagram of a semiconductor laser matrix unit arrangement. First, as shown in FIG. 5, the semiconductor laser (hereinafter, also referred to as 'SL' after the acronym) matrix unit 200 includes R (Red), G (Green) and B (Blue) laser elements. Preferably, a plurality of SL element pairs 210 formed of R, G, and B laser diodes 212R; 212G; 212B are arranged in a forward or rectangular matrix to produce a laser light having a desired color, brightness, and saturation. In exiting, the hue, lightness, and saturation can be determined by adjusting the amount of current in each SL element 212R; 212G; 212B. Here, the matrix structure of the SL element pair 212 is the same as that of the VFM matrix 410, that is, the total number, the number of rows, and the columns of the SL element pair 210 and the VFM 412 can be exactly one-to-one corresponded. Must match.

한편, 각각의 SL소자 쌍(210)은 전면에 레이저광 출사공(211a)이 형성되고 저면에는 R, G 및 B 레이저광 입사공(211R; 211G; 211B)이 나란히 형성되어 있는 광 밀폐 재질의 장방형 함체(211)의 광 입사공(211R; 211G; 211B)에 정렬하여 R, G 및 B의 SL소자(212R; 212G; 212B)가 배치되어 이루어진다. 장방형 함체(211) 내부에는 R, G 및 B의 SL소자(212R; 212G; 212B)에서 함체(211) 내부로 수직으로 입사된 레이저광의 방향을 전방으로 변경시키기 위해, 예를 들어 각각 45도의 각도를 갖는 3개의 다이크로익 미러(214R; 214G; 214B)가 나란히 배치되는데, 적색(R) SL소자용 다이크로익 미러(214R; 214R)는 적색(R) 레이저를 반사하여 전방으로 출사하고, 녹색(G) LS소자용 다이크로익 미러(214G)는 적색(R) 레이저는 통과시키는 반면에 녹색(G) 레이저는 반사하여 전방으로 출사하며, 마지막으로 청색(B) SL소자용 다이크로익 미러(214B)는 적색(R) 레이저와 녹색(G) 레이저는 통과시키는 반면에 청색(B) 레이저는 반사하여 출사공(211a)으로 출력하게 되는데, 이에 따라 출사공(211a)에서는 혼합 레이저광이 출력되게 된다.On the other hand, each SL element pair 210 is formed of a light-sealing material in which a laser light exit hole 211a is formed on a front surface and R, G, and B laser light incident holes 211R; 211G; 211B are formed side by side on a bottom surface thereof. Aligned with the light incident holes 211R; 211G; 211B of the rectangular housing 211, SL elements 212R; 212G; 212B of R, G, and B are arranged. In the rectangular housing 211, in order to change the direction of the laser light incident vertically into the housing 211 from the SL elements 212R; 212G; 212B of R, G, and B, for example, at an angle of 45 degrees, respectively. Three dichroic mirrors (214R; 214G; 214B) having a side by side, the dichroic mirrors (214R; 214R) for the red (R) SL elements are emitted forward by reflecting the red (R) laser, The dichroic mirror 214G for the green (G) LS element passes through the red (R) laser, while the green (G) laser reflects and exits forward, and finally the dichroic for the blue (B) SL element. The mirror 214B passes the red (R) laser and the green (G) laser, while the blue (B) laser reflects and outputs the output to the exit hole 211a. Accordingly, the exit hole 211a receives the mixed laser light. Will be output.

한편, SL 매트릭스 유닛의 각각의 SL소자 쌍(210)은 이로부터 출사된 각각의 혼합 레이저광이 도파관 유닛(300)의 프리즘면(312)에 한 점으로 수렴되어 입사될 수 있도록 약간 오목한 형태를 이루도록 배치된다.On the other hand, each SL element pair 210 of the SL matrix unit has a slightly concave shape so that each mixed laser light emitted from the SL matrix unit can be converged and incident on the prism face 312 of the waveguide unit 300 at one point. Arranged to achieve.

다시 도 1 및 도 2로 돌아가서, 도파관 유닛(300)은 VFM 매트릭스 유닛(400)과 마주하도록 실내 공간(100)의 후방 벽체(130)에 설치될 수 있는데, 이로부터 출사된 레이저광이 관측자에 의해 간섭받지 않도록 후방 벽체(130)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다.1 and 2, the waveguide unit 300 may be installed on the rear wall 130 of the interior space 100 to face the VFM matrix unit 400, from which the laser light emitted from the observer is directed to the observer. It is preferable to be installed above the rear wall 130 so as not to be interfered with.

도 6은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 도파관 유닛의 전면에서 본 사시도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 도파관 유닛(300)의 도파관(310)은 소정 범위, 예를 들어 1.5~2.0 범위 내의 굴절률을 갖는 투명 재질, 예를 들어 장방형의 판상체로 이루어진 유리 또는 합성수지 기판으로 이루어질 수 있는데, 그 크기는 결상 영역의 크기에 따라 적절하게 결정될 수 있을 것이다. 한편, 도파관 유닛(300)의 전면의 적소, 예를 들어 모서리 부분에는 SL 매트릭스 유닛(200)에서 출 사된 레이저광 다발(이하에서는 이를 도파관을 기준으로 하여 '입사 레이저광 다발'이라고도 한다)(610)을 전부 수집하기 위한 프리즘(312)이 SL 매트릭스 유닛(200)과 적절한 각도를 유지한 채로 마주하도록 형성되어 있다. 이러한 프리즘(312)은 그 꼭지점의 각도가 45도인 3각 프리즘으로 이루어질 수 있고 도파관(310)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.6 is a perspective view of the front of the waveguide unit in the stereoscopic image generating system of the present invention. As shown in FIG. 6, the waveguide 310 of the waveguide unit 300 is a glass or synthetic resin substrate made of a transparent material having a refractive index within a predetermined range, for example, 1.5 to 2.0, for example, a rectangular plate-shaped body. The size may be appropriately determined according to the size of the imaging area. On the other hand, the location of the front of the waveguide unit 300, for example, the edge portion of the laser beam bundle emitted from the SL matrix unit 200 (hereinafter referred to as 'incident laser beam bundle' based on the waveguide) 610 The prism 312 for collecting all the Ns) is formed to face the SL matrix unit 200 while maintaining an appropriate angle. The prism 312 may be formed of a triangular prism whose angle of vertex is 45 degrees, and is preferably formed integrally with the waveguide 310.

도 7 및 도 8은 각각 도파관 유닛이 입사 레이저광을 가두어 두고 임의의 개소에서 뽑아내는 원리를 설명하기 위한 도이다. 먼저 도 7에 도시한 바와 같이 프리즘(312)을 통해 도파관 유닛(300)의 도파관(310) 내부로 입사된 레이저 광다발은 그 손실을 줄일 수 있도록 전반사에 의해 도파관(310) 내에 가두어져 있다가 임의의 개소에서 출사될 수 있어야 하는데, 입사 레이저광 다발(610)이 도파관(310) 내부를 도는 동안 전반사를 유지할 수 있는 각도의 범위를 넓히기 위해서는 그 굴절률을 크게 해야 한다. 예를 들어 굴절률이 1.8인 유리의 경우에 임계각(α₀)은 스넬의 법칙(Snell's Law)에 의해 33.7도가 되는데, 도파관(310)에 45도 각도로 입사, 예를 들어 프리즘(312)에 수직으로 입사되는 레이저광(610a)을 중심으로 양쪽으로 소정 각도(α₁), 예를 들어 11.3도의 여유가 있게 된다. 즉, 45도의 각도를 중심으로 그 양측에서 각각 11.3도 이내의 각도로 입사되는 레이저광(610b; 610c)은 전반사에 의해 모두 도파관(310) 내에 가두어지게 된다.7 and 8 are diagrams for explaining the principle that the waveguide unit traps the incident laser light and extracts it from an arbitrary location, respectively. First, as shown in FIG. 7, a bundle of laser light incident into the waveguide 310 of the waveguide unit 300 through the prism 312 is confined in the waveguide 310 by total reflection to reduce the loss. It must be able to exit from any location, and the refractive index must be increased to widen the range of angles at which the incident laser light bundle 610 can maintain total reflection while traveling inside the waveguide 310. For example, for glass with a refractive index of 1.8, the critical angle α ₀ is 33.7 degrees by Snell's Law, which is incident on the waveguide 310 at a 45 degree angle, for example perpendicular to the prism 312. There is a margin of a predetermined angle α ₁ , for example, 11.3 degrees, on both sides of the laser beam 610a incident thereto. That is, the laser beams 610b and 610c that are incident at angles of 11.3 degrees on both sides with respect to the angle of 45 degrees are all confined in the waveguide 310 by total reflection.

한편, 이와 같이 도파관(310) 내에 가두어져 있는 레이저광 중에서 45도의 각도로 진행하는 레이저광(610a)은 도 8에 도시한 바와 같이 후술하는 광스위치 어 레이의 금속거울에 의해 전반사가 방해되어 도파관(310) 면에 대해 수직으로 출사(620b)되고, 임계각(α₀)인 33.7도로 입사되는 레이저광(610c)과 임계각(α₀)보다 큰 각도인 56.3도로 입사되는 레이저광(620b)은 각각 도파관(310) 면에 대해 소정 각도(α₂), 예를 들어 20.6도의 각도로 출사(620a; 620c)되게 되는데, 이 최대 각도는 굴절률이 클수록 커진다.On the other hand, the laser beam 610a, which proceeds at an angle of 45 degrees among the laser beams confined in the waveguide 310 as described above, is totally disturbed by the metal mirror of the optical switch array described later, as shown in FIG. The laser light 610c which is emitted 620b perpendicular to the (310) plane, is incident at 33.7 degrees, the critical angle α ₀ , and the laser light 620b is incident at 56.3 degrees, which is greater than the critical angle α ₀ , respectively. The outputs 620a and 620c are formed at a predetermined angle α ₂ , for example, 20.6 degrees with respect to the surface of the waveguide 310, and the maximum angle becomes larger as the refractive index becomes larger.

도 9는 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 도파관 유닛에서 레이저광을 출사하는 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 프리즘(312)을 통해 도파관 유닛(300)의 도파관(310) 내부로부터 입사된 레이저광은 전반사에 의해 도파관(310) 내부에 가두어져 있다가 광스위치 스트립(322)이 액츄에이팅된 임의의 개소(322c)에서 모두 출사되어 도 1에 도시한 바와 같이 VFM 매트릭스(410)의 대응되는 VFM(412)을 향해 펼쳐져서 출사되게 된다.9 is a view for schematically explaining the principle of emitting the laser light from the waveguide unit in the stereoscopic image generation system of the present invention. As shown in FIG. 9, laser light incident from the inside of the waveguide 310 of the waveguide unit 300 through the prism 312 is confined inside the waveguide 310 by total reflection, and then the optical switch strip 322. All are emitted from any of the actuated points 322c, and are unfolded toward the corresponding VFM 412 of the VFM matrix 410 as shown in FIG.

도 10은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 도파관 유닛의 구조를 설명하기 위한 분리 사시도이고, 도 11은 도 10에서 단위 광스위치 스트립의 구조를 보인 사시도이다. 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 도파관 유닛(300)은 전술한 도파관(310)과 이러한 도파관(310)의 후방에 개재되어 레이저광을 도파관(310) 밖으로 출사시키는 광스위치 어레이(320) 및 광스위치 어레이(320)를 지지한 채로 이를 동작시키기 위해 광스위치 어레이(320)의 후방에 배치되는 지지기판(330)을 포함하여 이루어질 수 있다. 전술한 구성에서, 광스위치 어레이(320)는 독립적으로 제어가 가능한 다수의 광 스위치 스트립(322)으로 이루어지는데, 각각의 광스위치 스트 립(322)은 도파관(310)에 대해 소정 각도, 예를 들어 45도 각도로 기울어진 채로 나란히 배치되게 된다. 각각의 광스위치 스트립(322)은 투명 재질의 폴리마이드 기재(322a)로 이루어져 있고, 이러한 기재(322a) 내부에는 전극으로 기능할 뿐만 아니라 레이저광을 반사시키는 거울로도 기능하는 금속거울(322b)이 코팅 형성되어 있는데, 이러한 금속거울(322b)은 예를 들어 그 단면이 3각파 형상으로 이루어져 있다. 각각의 광스위치 스트립(322)은, 예를 들어 Micro-Electrical-Mechanical Systems(MEMS) 기술에 의해 구현될 수 있다.FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating the structure of the waveguide unit in the stereoscopic image generating system of the present invention, and FIG. 11 is a perspective view illustrating the structure of the unit optical switch strip in FIG. 10. As shown in FIGS. 10 and 11, the waveguide unit 300 is interposed behind the waveguide 310 and the waveguide 310 to emit the laser light out of the waveguide 310. And a support substrate 330 disposed behind the optical switch array 320 to operate the optical switch array 320 while operating the optical switch array 320. In the above configuration, the optical switch array 320 is composed of a plurality of independently controlled optical switch strips 322, each optical switch strip 322 having a predetermined angle, for example, relative to the waveguide 310. For example, they are placed side by side at an angle of 45 degrees. Each optical switch strip 322 is made of a transparent polyamide substrate 322a, and inside the substrate 322a, a metal mirror 322b which functions not only as an electrode but also as a mirror for reflecting laser light. This coating is formed, and the metal mirror 322b has a triangular wave shape, for example. Each optical switch strip 322 may be implemented by, for example, Micro-Electrical-Mechanical Systems (MEMS) technology.

한편, 도파관(310)의 배면에는 광스위치 스트립(322)과 동일한 개수와 폭 및 동일한 배치 각도를 가지면서 광스위치 스트립(322)에 정확하게 대향하는 투명전극층, 예를 들어 ITO로 이루어진 전면전극 스트립(316a)이 다수 배열되어 전면전극 어레이(316)를 형성하고 있다. 나아가, 지지기판(330)의 전면에도 다수의 전극층 스트립(336a)이 다수 배열되어 배면전극 어레이(336)를 형성하고 있다. 이러한 배면전극 어레이(336)를 형성하는 각각의 전극 스트립(336a) 역시 ITO 스트립으로 이루어질 수 있는바, 광스위치 스트립(322)과 전면전극 스트립(316a)에 대해 교차, 바람직하게는 직각으로 교차하도록 형성되어 있다. 따라서, 임의의 전면전극 스트립(316a)과 배면전극 스트립(336a)이 교차하는 개소에는 1개의 사각형이 형성되게 되고, 전면전극 스트립(316a)과 배면전극 스트립(336a)에 적절한 구동 전압, 예를 들어 10 볼트 정도의 직류 전압을 인가하게 되면 그 교차 개소에 개재되어 있는 광스위치 스트립(322)의 상기 교차 개소만이 도파관(310) 쪽으로 상향 이동(이하 이를 '액츄에이팅'이라 한다)되게 된다. 이러한 광스위치 스트립(322)의 구동속도는, 예를 들어 마이크로 세컨드(㎲) 정도가 될 수 있다.On the other hand, the back surface of the waveguide 310 has the same number and width as the optical switch strip 322 and the same placement angle, and a transparent electrode layer, for example, a front electrode strip made of ITO, which opposes the optical switch strip 322 precisely. A plurality of 316a are arranged to form the front electrode array 316. In addition, a plurality of electrode layer strips 336a are arranged on the front surface of the support substrate 330 to form the back electrode array 336. Each of the electrode strips 336a forming the back electrode array 336 may also be made of an ITO strip, so that they cross, preferably at right angles, the optical switch strip 322 and the front electrode strip 316a. Formed. Therefore, one quadrangle is formed at an intersection of the arbitrary front electrode strip 316a and the back electrode strip 336a, and a driving voltage suitable for the front electrode strip 316a and the back electrode strip 336a, for example, For example, when a DC voltage of about 10 volts is applied, only the cross point of the optical switch strip 322 interposed at the cross point is moved upward toward the waveguide 310 (hereinafter referred to as 'actuating'). . The driving speed of the optical switch strip 322 may be, for example, about microseconds.

한편, 광스위치 스트립을 상향 이동시키는 방법으로는 전술한 바와 같은 정전기적 방식 이외에 압전물질을 사용하는 방법도 있다.On the other hand, as a method of moving the optical switch strip upward, there is a method using a piezoelectric material in addition to the electrostatic method as described above.

도 12는 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 레이저광의 출사 메카니즘을 구체적으로 설명하기 위한 도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 광스위치 스트립(322)이 도파관(310) 쪽으로 상향 이동되지 않은 영역, 즉 액츄에이팅되지 않은 영역의 상측의 도파관(310)에 닿은 레이저광은 모두 전반사되는 반면에 광스위치 스트립(322)이 도파관(310) 쪽으로 상향 이동된 개소, 즉 액츄에이팅된 개소의 상측의 도파관(310)에 닿은 레이저광은 금속거울(322b)에 의해 반사되어 도파관(310) 밖으로 출사되게 된다. 여기에서, 도파관(310)의 평탄도는 수십 나노미터 이내가 되어야 하는데, 도파관(310)과 광스위치 스트립(322)의 상향 이동 개소가 1 마이크로미터 정도만 떨어져도 99%이상의 레이저광이 전반사하는 반면에 레이저광 파장의 10분의1 정도의 거리로 도파관(310)에 붙으면 90%이상의 빛이 전반사하지 않고 금속거울(322b)이 있는 광스위치 스트립(322)으로 들어온 후에 금속거울(322b)에 의해 꺽여서 도파관(310)의 전면과 만날 때 입사각이 임계각보다 작아져서 외부로 출사되게 된다.12 is a view for explaining in detail the emission mechanism of the laser light in the three-dimensional image generating system of the present invention. As shown in FIG. 12, all of the laser light that reaches the waveguide 310 above the region where the optical switch strip 322 is not moved upward toward the waveguide 310, that is, the non-actuated region is totally reflected. Where the optical switch strip 322 is moved upward toward the waveguide 310, that is, the laser light that hits the waveguide 310 above the actuated location is reflected by the metal mirror 322b and exits the waveguide 310. Will be. Here, the flatness of the waveguide 310 should be within several tens of nanometers, while the upward movement of the waveguide 310 and the optical switch strip 322 is about 1 micrometer apart, but more than 99% of the laser light is totally reflected. When attached to the waveguide 310 at a distance of about one tenth of the wavelength of the laser beam, more than 90% of the light enters the optical switch strip 322 having the metal mirror 322b without being totally reflected, and is then bent by the metal mirror 322b. Therefore, when it meets the front surface of the waveguide 310, the incident angle is smaller than the critical angle is emitted to the outside.

도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 광스위치 어레이를 구동하기 위해 전면전극 어레이와 배면전극 어레이에 인가되는 전압 패턴을 보인 도표이다. 도 13a에서 열은 전면전극 스트립을 나타내고, 행은 배면전극 스트립을 나타내는바, 도표와 같이 전압을 인가하는 경우에 이들 사이의 전압은 아래와 같이 형성된다.13A and 13B are diagrams showing voltage patterns applied to the front electrode array and the rear electrode array, respectively, to drive the optical switch array in the stereoscopic image generating system of the present invention. In FIG. 13A, a column represents a front electrode strip and a row represents a back electrode strip. When a voltage is applied as shown in the diagram, a voltage between them is formed as follows.

구체적인 예를 들어 도 13a에서 V1이 20볼트이고 V2가 10볼트이면 전압 패턴이 도 13b의 도표와 같이 되고, 결과적으로 가운데 한 점만이 상대적인 고전압으로 되어 광스위치 스트립(322)의 해당 교차 개소만이 도파관(310) 쪽으로 상향 이동하는 반면에 나머지 부위는 그대로 지지기판(330)에 붙어있게 된다. 결과적으로, 각 행과 열에 인가되는 전압을 바꿔줌으로써 도파관(310)의 임의의 개소를 선택하여 레이저광을 출사시킬 수가 있게 된다.For example, in FIG. 13A, if V1 is 20 volts and V2 is 10 volts, the voltage pattern is as shown in the diagram of FIG. 13B. As a result, only one point in the center becomes a relatively high voltage, so that only the corresponding intersection point of the optical switch strip 322 is shown. While moving upward toward the waveguide 310, the remaining portion is attached to the support substrate 330 as it is. As a result, arbitrary portions of the waveguide 310 can be selected to emit laser light by changing the voltages applied to the respective rows and columns.

이하에서는 본 발명의 입체영상 생성 시스템의 동작에 대해 설명한다. 다시 도 1로 돌아가서, SL 매트릭스 유닛(200)의 SL소자 쌍(210)의 수가 VFM(412)의 수와 동일하기 때문에 도파관(310)의 상기 액츄에이팅된 개소에서 꺾인 후에 도파관(410) 외부로 나오는 출사 레이저광 다발(620)은 각각의 VFM(412)에 일대일 대응되도록 퍼지게 된다. 그리고 이 순간에 VFM(412)의 곡률 반경, 즉 초점 거리를 표시하고자 하는 영상에 따라 변화시켜 주게 되면, 실내 공간(100)의 관측자 시점(140)의 전방에서 수렴된 다음에 다시 발산되어 관측자의 눈에 들어오게 되고, 관측자의 눈은 이미지가 수렴된 점에 존재하는 것으로 인지하게 되는데, 이 순간에 실내 공간(100)에 표시되는 광점(화점)들은 VFM(412)의 수와 같게 된다. 그리고 이러한 이미지는 스테레오스코피나 오토스테레오스코피처럼 Accommodation과 Vergence가 일치하지 않는 부자연스러운 입체영상이 아니라 자연스러운 입체영상이 된다.Hereinafter, the operation of the stereoscopic image generating system of the present invention will be described. Returning to FIG. 1 again, since the number of pairs of SL elements 210 of the SL matrix unit 200 is equal to the number of VFMs 412, the waveguide 410 is externally folded after bending at the actuated location of the waveguide 310. The outgoing laser light bundle 620 is spread to correspond to each VFM 412 one-to-one. At this moment, if the radius of curvature of the VFM 412, that is, the focal length, is changed according to the image to be displayed, it converges in front of the observer viewpoint 140 in the indoor space 100 and then diverges again, Upon entering the eye, the observer's eye perceives the image as being at the point where the image converged, at which point the light spots displayed in the interior space 100 are equal to the number of VFMs 412. And these images become natural three-dimensional images, not unnatural three-dimensional images where Accommodation and Vergence do not match, such as stereoscopic or autostereoscopic.

이와 같은 방법에 의해 다음 순간에는 SL 매트릭스 유닛(200)에서 발생되는 레이저광이 다르게 변조됨과 동시에 도파관(310)의 다른 개소가 액츄에이팅되고, 각각의 VFM(412)의 곡률반경, 즉 초점 거리가 표시하고자 하는 영상에 따라 변화되면 또 다른 광점(화점)들이 앞서 형성된 광점(화점) 주위에 VFM(412)의 수만큼 표시되게 된다. 이와 같은 방식으로 프레임당 소정 회수, 예를 들어 1,000회 정도만큼 도파관(310)의 각 개소를 순차적으로 액츄에이팅(스캔)하는 작업을 초당 60 프레임 정도 반복하게 되면 관측자 시점(140) 전방의 입체 공간 상에 실물과 동일한 입체영상이 표시되게 된다. 예를 들어 일인용인 경우 도파관(310)에서 필요한 액츄에이팅 개소의 수는 그 크기를 1 밀리미터 정도로 할 때 100*40(=4000) 정도로 할 수 있고, 1초에 60프레임을 반복하는 경우에 도파관(310)의 엑츄에이팅 속도는 대략 4마이크로세컨드(=1/(4000*60))가 되어 현재의 기술로도 충분히 구현이 가능하다.By this method, the laser light generated in the SL matrix unit 200 is modulated differently at the next moment, and at other points of the waveguide 310 are actuated, the radius of curvature of each VFM 412, that is, the focal length. When is changed according to the image to be displayed, another light spot (light point) is displayed by the number of VFMs 412 around the light spot (light point) previously formed. In this way, if the operation of sequentially actuating (scanning) each position of the waveguide 310 for a predetermined number of times per frame, for example, about 1,000 times, is repeated about 60 frames per second, the stereoscopic front of the observer viewpoint 140. The same stereoscopic image is displayed in space. For example, in the case of a single person, the number of actuating points required in the waveguide 310 may be about 100 * 40 (= 4000) when the size is about 1 millimeter, and the waveguide may be repeated when 60 frames are repeated in one second. The actuation speed of the 310 is approximately 4 microseconds (= 1 / (4000 * 60)), which is sufficient to implement the current technology.

도 14는 본 발명의 입체영상 생성 시스템에서 VFM 메트릭스 유닛의 다른 실시예를 보인 개략 구성도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 VFM 매트릭스를 구성하는 각각의 VFM(412')을 관측자 시점(140)을 향해 틀어진 각도로 배치하는 대신에 이를 수평으로 유지시킨 상태에서 그 바로 앞에 곡률반경이 매우 작은 프레넬 렌즈(Fresnel Lenz)(440)를 개재시키고 있다. 이 경우에, VFM(412')을 향해 퍼지면서 입사되는 레이저광이 이러한 프레넬 렌즈(440)에 의해 거의 평행하게 VFM(412')에 도달한 후에 반사되고, 이렇게 반사된 레이저광(630)은 다시 전체적으로 한 곳으로 수렴되게 된다. 물론 각각의 VFM(412')은 그 초점거리에 따라 레이저광이 수렴되는 거리가 조정이 되면서 전체적으로는 아래와 같이 한 곳으로 모 이게 된다.14 is a schematic structural diagram showing another embodiment of the VFM matrix unit in the stereoscopic image generating system of the present invention. As shown in Fig. 14, in the present embodiment, each VFM 412 'constituting the VFM matrix is curvature immediately before the VFM 412' at a horizontal angle instead of being disposed at a distorted angle toward the observer viewpoint 140. A Fresnel Lenz 440 having a very small radius is interposed. In this case, the laser light incident while spreading toward the VFM 412 'is reflected after reaching the VFM 412' almost parallel by this Fresnel lens 440, and thus the reflected laser light 630 Again converges to one place as a whole. Of course, each of the VFM (412 ') is adjusted to the distance the laser light converges according to the focal length is gathered in one place as a whole.

도 15 및 도 16은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에 있어서 도파관에서 출사된 레이저광을 정렬하는 원리를 설명하기 위한 도이다. 먼저 도 15에 도시한 바와 같이, 도파관(310)에서 출사되는 레이저광의 방향이 각각의 VFM(412)에 일대일로 정확하게 정렬되도록 해 주어야 하는데, 이를 위해서는 도파관(310)의 바로 앞에 렌즈 어레이가 요구되게 된다. 여기에서, 렌즈 어레이(340)의 개별 렌즈의 크기는 VFM(412)의 크기와 같고, 그 역할은 렌즈 어레이(340)의 각 렌즈 밑의 도파관(310)에서 같은 방향으로 출사되는 레이저광들이 한 점에 모일 수 있게 해주는 것이다. 이를 위해 도 16에서 제일 중앙에 배치된 렌즈는 수직으로 출사되는 레이저광을 중앙의 VFM(310)으로 보내고, 바로 옆의 렌즈는 수직에서 그 다음으로 기울어진 레이저광이 상기 중앙의 VFM(412)으로 보내고 그 다음의 렌즈는 그 다음으로 기울어진 빛이 중앙의 VFM(412)으로 보내는 역할을 하게 된다. 도 16에서 미설명 부호 350은 VFM(412)의 크기 때문에 각 레이저광을 약간 확산할 필요가 있기 때문에 개재되는 확산판을 나타낸다.15 and 16 are diagrams for explaining the principle of aligning the laser light emitted from the waveguide in the stereoscopic image generating system of the present invention. First, as shown in FIG. 15, the direction of the laser light emitted from the waveguide 310 must be accurately aligned one-to-one with each VFM 412. For this purpose, a lens array is required in front of the waveguide 310. do. Here, the size of the individual lens of the lens array 340 is equal to the size of the VFM 412, the role of the laser light emitted in the same direction from the waveguide 310 under each lens of the lens array 340 It allows you to gather at points. For this purpose, the lens disposed at the center of FIG. 16 sends a laser light emitted vertically to the center VFM 310, and the lens next to the laser beam is tilted from the vertical to the next VFM 412. The next lens will then send the next tilted light to the central VFM 412. In FIG. 16, reference numeral 350 denotes a diffuser plate interposed because it is necessary to diffuse each laser light slightly due to the size of the VFM 412.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 입체영상 생성 시스템의 동작 원리를 요약하면, 먼저 SL 매트릭스 유닛(200)에서 색상, 명도 및 채도가 변조된 레이저광이 도파관 유닛(300)의 프리즘(312)에서 한 점으로 수렴된 채로 도파관(310) 내부로 입사되게 되는데, 도파관(310)에서 출사되는 개소, 즉 액츄에이팅 개소가 달라질 때마다 이와 동기를 맞추어 SL 매트릭스 유닛(200)에서 변조가 수행되어야 한다. 다음으로, 도파관(310)에 입사된 후에 전반사에 의해 갇혀 있는 레이저광들은 관계되는 광스위치 스트립(322)의 해당 개소를 액츄에이팅시킴으로써 도광판(310)으로부터 출사되게 되는데, 이 때 각 레이저광들의 상대적 방향은 입사시의 상대적 방향을 그대로 유지하게 된다.Summarizing the operating principle of the stereoscopic image generating system of the present invention as described above, first, the laser light modulated with the hue, brightness and saturation in the SL matrix unit 200 is applied to the prism 312 of the waveguide unit 300. It is incident to the inside of the waveguide 310 while converging to the point, and the modulation is performed in the SL matrix unit 200 in synchronization with this whenever the location emitted from the waveguide 310, that is, the actuating location changes. Next, the laser beams trapped by the total reflection after being incident on the waveguide 310 are emitted from the light guide plate 310 by actuating the corresponding position of the related optical switch strip 322, whereby The relative direction maintains the relative direction at the time of incidence.

한편, 이렇게 도광판(310)으로부터 출사된 레이저광은 렌즈 어레이(340)를 통해 각각의 VFM(412)에 일대일로 정렬되고, VFM(412)은 그 곡률반경(초점거리)의 조절에 의해 이렇게 정렬된 레이저광의 수렴 지점을 조절한다. 이 과정에서, 도파관(310)의 출사 개소가 바뀌면 SL 매트릭스 유닛(200)에서 출사되는 레이저광도 동시에 변조되고 또 VFM(412)도 전체가 동시에 그 곡률반경(초점거리)이 변경되어야 한다. 마지막으로, 이러한 작업을 일초에 소정 회수, 예를 들어 60번씩 이미지를 바꾸어 줌으로써 실물과 동일한 동영상 구현이 가능해진다.On the other hand, the laser light emitted from the light guide plate 310 is aligned one-to-one with each VFM 412 through the lens array 340, and the VFM 412 is thus aligned by adjusting its radius of curvature (focal length). Adjust the convergence point of the laser light. In this process, when the exit point of the waveguide 310 is changed, the laser light emitted from the SL matrix unit 200 must be modulated at the same time, and the radius of curvature (focal length) of the VFM 412 must be changed at the same time. Finally, by changing the image a predetermined number of times per second, for example, 60 times, such a moving image can be realized.

도 17은 본 발명의 입체영상 생성 시스템을 단일의 함체에 집중 배치한 구조의 일 실시예를 보인 사시도이다. 도 17에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체영상 생성 시스템(700)은 각 유닛이 단일의 함체, 예를 들어 육면체의 함체(710) 내부에 모두 배치되게 되는데, 예를 들어 좌측면에는 SL 매트릭스 유닛(720)이 배치되고, 저면에는 도광판 유닛(730)이 배치되며, 배면에는 VFM 매트릭스 유닛(740)이 배치될 수 있는데, 공간상의 제약을 고려하여 VFM 매트릭스 유닛(740)의 전방에 45도 각도의 반투명 미러(Half Mirror)가 채택되고 있다.17 is a perspective view showing an embodiment of a structure in which the stereoscopic image generating system of the present invention is concentrated in a single enclosure. As shown in FIG. 17, in the stereoscopic image generating system 700 according to another exemplary embodiment of the present invention, each unit is arranged in a single enclosure, for example, a cube 710 of a hexahedron. The SL matrix unit 720 may be disposed on the left side, the light guide plate unit 730 may be disposed on the bottom side, and the VFM matrix unit 740 may be disposed on the bottom side thereof. Half mirror of 45 degree angle is adopted in front of.

전술한 구성에서, SL 매트릭스 유닛(740)으로부터 시시각각으로 변조되어 출사되는 레이저광은 도광판 유닛(730)에 형성된 프리즘면(732)의 한 점에서 수렴된 후에 도광판 유닛(730) 내부로 입사되고, 전반사에 의해 도광판 내부를 돌다가 전 술한 바와 같은 액츄에이팅 개소(미도시)를 통해 상방으로 출사되는데, 이렇게 출사된 레이저광은 반투명 미러(750)에 의해 반사된 후에 VFM 매트릭스 유닛(740)의 각각의 VFM에 일대일로 정렬되어 입사되고, 다시 함체(710) 내부의 공간을 향해 수렴되어 출사된다. 따라서, 함체(610)의 정면을 유리나 플라스틱과 같은 투명 재질로 구현하면, 관측자가 함체(710) 외부에서 함체(710) 내부에 생성된 입체영상을 관측할 수 있게 된다. In the above-described configuration, the laser light modulated and emitted from the SL matrix unit 740 at an instant is converged at one point of the prism surface 732 formed in the light guide plate unit 730 and then incident into the light guide plate unit 730. The light is emitted upward through an actuating point (not shown) as described above, while rotating inside the light guide plate by total reflection, and the laser light emitted in this way is reflected by the translucent mirror 750 and then, Each of the VFMs is aligned one-to-one and incident, and then converges and exits toward the space inside the enclosure 710. Therefore, when the front surface of the enclosure 610 is implemented with a transparent material such as glass or plastic, the observer can observe a stereoscopic image generated inside the enclosure 710 from the outside of the enclosure 710.

본 발명의 입체영상 생성 시스템은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 17에서 VFM 매트릭스 유닛의 전방에 실상의 입체영상이 맺히는 것으로 설명을 진행하였으나, 그 후방에 맺히는 허상을 이용할 수도 있을 것이다. 각각의 VFM의 크기와 개수도 적절하게 변경할 수 있을 것이다. 나아가, 각각의 VFM 매트릭스 및 SL소자 쌍은 동일 평면 상에서 각도만 틀어진 채로 배치될 수도 있을 것이고, 광스위치 어레이의 경우에 그 스위치 스트립이 배면전극 어레이와 나란한 반면에 전면전극 어레이와는 교차되는 형태로 배치될 수도 있을 것이다.The stereoscopic image generating system of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified and implemented in various ways within the scope of the technical idea of the present invention. For example, in FIG. 1 and FIG. 17, the stereoscopic image is formed in front of the VFM matrix unit, but the virtual image formed behind the VFM matrix unit may be used. The size and number of each VFM will also change accordingly. Furthermore, each VFM matrix and SL element pair may be arranged in the same plane with only an angle shifted, and in the case of the optical switch array, the switch strip is parallel to the rear electrode array while crossing the front electrode array. It may be deployed.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 입체영상 생성 시스템에 따르면, 실물과 동일한 입체영상을 허공에 생성함에 있어서 처리해야 할 데이터량이 상대적으로 적고 그 구조도 간단하여 현재의 기술수준으로도 충분히 구현할 수 있고, 나아가 관측자의 눈에 주는 피로감을 감소시킬 수가 있다.According to the three-dimensional image generation system of the present invention as described above, the amount of data to be processed in the generation of the same stereoscopic image in the air in the air is relatively small, the structure is simple and can be sufficiently implemented even at the current technology level, In addition, fatigue can be reduced to the observer's eyes.

Claims

A semiconductor laser matrix unit including a plurality of semiconductor laser elements in a matrix form and emitting a laser beam for forming spots constituting a stereoscopic image;

A waveguide unit for collecting and confining a plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser matrix unit by total reflection, and emitting them at an arbitrary location;

A variable focus mirror matrix unit comprising a plurality of variable focus mirrors each of which has a radius of curvature independently controlled to reflect laser light emitted from the waveguide unit to form a stereoscopic image in the air;

It comprises a control unit for controlling each unit as well as maintaining its synchronization,

The semiconductor laser matrix unit includes the same number of semiconductor laser elements as the number of the variable focus mirrors included in the variable focus mirror matrix unit, and has the same matrix structure as that of the variable focus mirror matrix unit. Stereoscopic image generation system with laser element.

The stereoscopic imaging system according to claim 1, wherein each of the variable focus mirrors is formed of a square plate, and the variable focus mirror matrix is formed of a square or a rectangle.

The stereoscopic image generating system of claim 1, wherein each of the variable focus mirrors has an installation angle more distorted from the center to converge toward the front.

According to claim 1, wherein each of the variable focus mirror is installed horizontally to form the same plane,

The variable focus mirror matrix unit further comprises a Fresnel lens in front of the variable focus mirror.

The stereoscopic image generating system according to any one of claims 1 to 3, wherein the variable focus mirror is made of an elastic membrane having a mirror-coated front surface and an electrode formed on a rear surface thereof.

The stereoscopic image generating system according to any one of claims 1 to 3, wherein the variable focus mirror comprises at least two piezoelectric thin plates having mirror-coated surfaces and different polarization directions.

delete

The semiconductor laser device of claim 1, wherein each of the semiconductor laser devices constituting the semiconductor laser matrix unit comprises three semiconductor laser diodes of R, G, and B and three laser lasers output from each of the semiconductor laser diodes. Stereoscopic image generation system comprising a dichroic mirror.

The stereoscopic image generating system according to claim 8, wherein each of the semiconductor laser elements constituting the semiconductor laser matrix unit has an installation angle more distorted from the center so as to converge toward the front side.

The waveguide unit of claim 1, wherein the waveguide unit comprises a waveguide made of a transparent substrate having a refractive index in a range of 1.5 to 2.0, and a predetermined angle of the laser light emitted from the semiconductor laser device is disposed at an appropriate position of the front surface of the waveguide. And a prism for incident on the waveguide.

The waveguide unit of claim 10, wherein the waveguide unit comprises: the waveguide; Comprising an optical switch array consisting of a plurality of optical switch strips arranged side by side interposed so as to be movable in the space between the waveguide and the support substrate and the support substrate facing the waveguide at a predetermined distance,

The front side of the waveguide is provided with a front electrode array consisting of a plurality of transparent electrode strips arranged to intersect or oppose the optical switch strip of the optical switch array,

The front surface of the support substrate is provided with a rear electrode array consisting of a plurality of back electrode strips arranged to cross the transparent electrode strip of the front electrode array,

Each of the optical switch strips includes a transparent substrate on a flat plate and a plurality of metal mirrors formed in succession within the substrate and having a triangular cross-section thereof, so that the transparent electrode strips and the rear electrode strips And only a portion of the optical switch strip located at an intersection to move upward toward the waveguide.

12. The lens array of claim 11, further comprising: a lens array composed of a plurality of unit lenses equal to the size of the variable focus mirror and converging laser beams emitted in the same direction from the waveguide under the unit lens to one point; Stereoscopic image generation system characterized in that.

13. The stereoscopic image generating system according to claim 12, wherein a diffusion plate for diffusing laser light emitted from the waveguide is disposed in front of the lens array.

Is formed inside the enclosure of a predetermined shape,

A variable focus mirror matrix unit including a plurality of variable focus mirrors each of which has a radius of curvature independently controlled to reflect laser light emitted from the waveguide unit to form a stereoscopic image in the air;

A semi-transparent mirror which reflects the laser light emitted from the waveguide unit and exits the variable focus mirror matrix unit and transmits the laser light emitted from the variable focus mirror matrix unit;

And a control unit for controlling each of the units and maintaining their synchronization.