KR101227068B1

KR101227068B1 - 3차원 영상 생성 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101227068B1
Application number: KR1020067027274A
Authority: KR
Inventors: 티버 발로그
Original assignee: 티버 발로그
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2013-01-28
Also published as: HK1100859A1; WO2005117458A3; AU2005332290B2; AU2005332290A2; WO2005117458A2; AU2005332290A1; KR20070038974A; US7959294B2; US20080204663A1; EP1754382A2; EP1754382B1; DE602005023300D1; ATE480105T1; AU2005332290A8

Abstract

본 발명은 3D 영상 디스플레이 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는, a. 각도에 좌우되는 확산 특성을 가지며, 방향을 선택하여 광을 보내는 스크린; b. 상기 스크린의 포인트에 입사하는 복수의 광빔을 생성하며, 스크린의 각각의 포인트를 조사하여, 하나의 모듈에 의해 생성된 입사 광빔이 상기 스크린의 복수의 상이한 포인트를 향하는 모듈과는 상이한 복수의 방향으로 투사되도록 하고, 또한 하나의 모듈에 의해 생성된 상이한 입사 광빔이 상기 스크린으로부터 상이한 방출 방향을 향해 보내지도록 배열되는, 복수의 모듈과, 각각의 입사 광빔을, 상기 모듈에서의 단일 영상 포인트의 영상 정보로 부호화하는 수단을 포함하며, 관찰자에 의해 인지되는 3D 영상이 상기 복수의 모듈에 의해 생성되는, 스크린 조사 시스템; c. 상기 모듈을 제어하기 위한 제어 시스템; 및 d. 상기 스크린을 투과하거나 또는 상기 스크린에서 반사되는 방사 광빔에 방사 발산을 제공하며, 상기 방사 발산의 측정치는, 상기 관찰자에 의해 관찰되는 3D 영상에 있어서 실질적으로 연속적인 움직임 변위(motion parallax)를 제공하도록, 광학적으로 이웃하고 있는 상기 모듈에 관련된 서로 이웃하고 있는 방출 방향 간의 각도에 대응하는, 방사 발산 제공 수단을 포함한다. 본 장치는 상기 스크린의 포인트를 향하여 수렴시키는 수렴부로 입사 광빔을 생성하는 영상화 수단을 더 포함하며, 상기 입사 광빔의 수렴이 상기 스크린을 빠져나오는 광빔의 방사 발산과 실질적으로 동등하다. 상기 모듈은 주기적으로 시프트되어 바람직하게는 수평 방향으로 배열된 비디오 프로젝터, LED 프로젝터, 이들의 광학 엔진, 또는 레이저 프로젝터 등으로서 실시되며, 확산기 스크린은 홀로그래픽 스크린, 굴절 또는 회절 소자의 어레이, 역반사 표면, 또는 이들의 조합으로서 실시되며, 적어도 한 방향, 바람직하게는 수직 방향을 따라 방사 광빔에 더 큰 발산을 제공하는 한편, 다른 방향에서는, 스크린에 의해 제공되는 발산 각도가 광학적으로 이웃하는 모듈과 관련된 서로 이웃하는 방출 방향 간의 각도보다 더 작다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 장치에 의해 실시되는 방법을 제공한다.

프로젝터, 광학 시스템, 조사 시스템, 확산 스크린, 방사 개구

Description

3차원 영상 생성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING 3D IMAGES}

본 발명은 3D 영상을 표시하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 주요지는 국제공개 번호 WO 01/88598에 개시된 바와 같은 공지의 3D 영상 생성 장치의 개량에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 광을 선택적으로 포워딩하는 방향에 대해 각도 종속 확산 특성을 갖는 스크린과, 스크린 조사 시스템을 포함하는 장치에 관련된다. 본 발명의 장치에서, 스크린 조사 시스템은 스크린의 어떠한 포인트에 입사하는 복수의 광 빔을 생성하는 복수의 모듈을 포함한다. 이 모듈은, 스크린의 각각의 포인트가 복수의 모듈에 의해 조사되고 하나의 모듈에 의해 생성된 광빔이 모듈로부터 복수의 상이한 방향으로 투사되어 스크린의 복수의 상이한 포인트를 향하도록 배열된다. 하나의 모듈에 의해 생성되어 스크린 상에 입사하는 상이한 광빔이 스크린으로부터 상이한 방출 방향을 향해 포워딩된다. 본 발명의 장치는 또한 모듈 내의 단일 화상 포인트의 화상 정보로 각각의 입사 광빔을 부호화하는 수단을 포함하며, 여기서 관찰자에 의해 인지된 3D 영상이 복수의 모듈에 의해 생성된다. 본 발명의 장치는 또한 모듈을 제어하기 위한, 구체적으로 적합한 2차원 영상을 모듈 내의 2차원 디스플레이에 분포시키기 위한 제어 시스템을 포함한다.

상기한 인용 문헌 WO 01/88598에서 설명되어 있는 이유로, 상기 문헌에 개시된 장치는 스크린에 투과되거나 또는 스크린으로부터 반사되는 방사 광빔에 방사 발산을 제공하는 수단을 더 포함한다. 방사 발산의 측정치는 광학적으로 이웃하는 모듈과 관련된 이웃하는 발광 방향 간의 각도에 실질적으로 대응한다. 방사 발산의 용도는 관찰자에 의해 인지된 3D 영상에서의 실질적으로 연속적인 움직임 변위(motion parallax)를 제공하기 위한 것이다. 즉, 인지된 3D 영상의 실질적으로 연속적인 변경을 보장하기 위한 것이다.

본 발명의 장치를 이용하여 3D 영상을 생성하는 원리는 WO 01/88598에서 설명되어 있는 원리와 유사하며, 상기 특허출원의 교시는 잘 알려져 있어 본 발명의 이해에는 무리가 없는 것으로 생각되기는 하지만, 상기 특허출원의 교시 내용에 대하여 도 1 내지 도 7을 참조하여 간략하게 설명할 것이다.

3D 디스플레이 장치는 3차원 영상, 즉 관찰자에 대해 공간감을 갖도록 하는 영상을 제공한다. 공간감은 관찰자가 물체를 상이한 방향에서 바라볼 때에 물체의 상이한 화면을 인지하는 경우에 획득될 것이다. 따라서, 방출되는 각도에 따라 상이한 광빔을 방출할 수 있는 장치가 요망된다. 이러한 장치에 대한 요구는 도 1 및 도 2에 도시된 작동 원리를 갖는 장치에 의해 달성될 것이다. 이 장치는 도 3을 참조하여 아래에 설명된 바와 같이 실제로 상이한 광빔을 상이한 방출 방향으로 방출할 수 있다.

이러한 목적을 위해, 장치는 광을 선택적인 방향으로 투과 및/또는 반사하는 스크린(20)을 갖는다. 스크린(20)의 방향 선택성에 의해, 스크린(20)에 도달하는 투사 광빔 L_d의 입사각에 좌우되어 방사 광빔 L_e이 스크린(20)을 빠져나오게 된다. 즉, 우수하게 조절된 방출 각도는 소정의 입사각에 관련된다. 환언하면, 입사 광빔 L_d의 방향은, 광빔의 입사 후 다른 광빔이 상대적으로 넓은 공간으로 빠져나오고 입사 방사 빔의 방향이 소정의 방향으로 방사하고 있는 광으로부터 결정될 수 없는 확산 스크린과는 달리, 방사 광빔 L_e의 방향을 명확하게 결정한다.

스크린(20)에는, 반드시 물리적으로 구분되지는 않는, 즉 그들의 위치가 소정의 경우에서의 입사 및 방출 광빔에 의해 결정되는 스크린 포인트(screen point) P가 존재한다. 그러나, 스크린 포인트 P의 위치가 또한 예컨대 스크린(20)에 적절한 개구와 함께 물리적으로 고정되는 것도 실현 가능하다. 이러한 경우, 스크린 포인트 P는 또한 도 3에 도시된 바와 같이 스크린 포인트 P 사이의 경계선(21)에 의해 물리적으로 분리될 수도 있다. 대부분의 경우, 도 1 내지 도 6에 예시된 예에서와 같이, 스크린(20)이 스크린 포인트 P에 도달하는 광빔 L_d를 그들의 방향을 변경하지 않고서도 투과하도록 스크린(20)의 방향 선택성이 구현되지만, 다른 구현 또한 가능하다. 예컨대, 스크린(20)은 미러 또는 역반사체처럼 광빔 L_d를 반사할 수도 있다. 이러한 실시예 또한 WO 01/88598에 개시되어 있다.

스크린(20)의 스크린 포인트 P는 상이한 강도 및/또는 컬러의 광빔을 상이한 방향으로 방출할 수 있다. 스크린(20)의 이러한 특징은 3차원 디스플레이와 같은 장치의 동작을 용이하게 한다. 도 1 내지 도 3은, 광빔 L_d가 스크린(20)을 투과할 때에 자신의 방향을 변경하지 못하고 방출 각도 범위 α 내에서의 광빔 L_e 로서 빠져나오는 실시예를 예시하고 있다.

도 1 내지 도 7, 특히 도 7의 내용에 대한 설명을 위해 다음의 주석에 대한 정의가 이용된다. 이 장치에서는 q개의 모듈이 존재하는 것으로 가정하며, 임의의 모듈을 1 내지 q개의 모듈 중 하나인 중간 첨자 j로 표기한다. 모듈은 광빔을 상이한 방향으로 방출할 수 있으며, 임의의 중간 방향은 i, m 또는 g인 것으로 한다. 스크린(20)에는 p개의 스크린 포인트 P가 존재하고, 중간 첨자는 k인 것으로 한다. 광은 스크린 포인트 P로부터 n* 방출 방향으로 발생할 수 있고, 이로써 n* 방출 방향이 스크린 포인트 P에 관련될 수 있으며, 그에 따라 전체 스크린(20)에도 관련될 수 있다. 여기에서 사용되는 중간 첨자는 i*, m* 또는 g*이다. 광빔의 경우, 아래첨자(s,c,d,e)는 광학 시스템에서의 광빔의 기능을 지칭하며, 여기서 L_s는 광원에 의해 방출된 광빔을 나타내고, L_c는 시준된(collimated) 광빔을 나타내며, L_d는 편향 관빔을 나타내고, L_e는 관찰자를 향해 스크린(20)으로부터 최종적으로 방출된 광빔을 나타낸다. 위첨자들은 라인 내의 모듈, 그 모듈에 관련된 방출 방향, 및 스크린의 관련된 스크린 포인트 P를 지칭한다. 따라서, 광빔 L_c ^j,g,k+1은 광빔이 스크린(20)으로부터 빠져나와 모듈 j로부터 g 방향으로 방출되고 k+1번째의 스크린 포인트 P를 터치(이 경우, k+1번째의 스크린 포인트 P로부터 방사)한다는 것을 나타 낸다.

광빔은 본 장치 내의 조사 시스템에 의해 생성된다. 이 조사 시스템은 편향 광빔 L_d 및 간접적으로는 방출 광빔 L_e를 생성하는 모듈을 포함한다. 광빔 L_e는 스크린(20)의 복수의 상이한 포인트에 관련되며, 또한 스크린 포인트 P의 상이한 방출 방향 E에도 관련된다. 예컨대, 도 3의 실시예에서, 모듈(45)은 광원(70)을 포함하며, j번째 모듈(45_j)에 의해 방출된 광빔 L_d ^l-L_d ⁿ은 스크린(20)의 상이한 스크린 포인트 P_k-2,...,P_k+2를 통과한다. 또한, 모든 편향 광빔 L_d ^l-L_d ⁿ에 연속하여, 방출 광빔 L_e ^j,l,k-2, L_e ^j,i,k-1, L_e ^j,m,k, L_e ^j,g,k+1, L_e ^j,n,k+2가 스크린(20)으로부터 빠져나와 상이한 E_l-E_n* 방출 방향으로 전파하는 것을 볼 수 있다. 이와 동시에, 광은 다른 모듈로부터 동일한 스크린 포인트 P에 도달한다. 예컨대 도 3에서 j-l번째 모듈(45_j-l)로부터 방사하는 광빔 Ld^l 또한 스크린 포인트 P_k+1에 도달하고, j번째 모듈(45_j)로부터 유래되는 광빔 L_d ^g와는 상이한 방향으로 방사한다는 것을 알 수 있다. 광원(70)은 공통 말단부(76)를 갖는 광 도파로(75)을 통해 광을 광원에 대해 분산시키는 단일 발광체(80)로 구현될 수도 있다. 모듈(45)은 적합한 시준 광학장치(60) 및 집속 광학장치(40)를 포함할 수도 있다.

개개의 모듈은 하술된 원리에 따른 적합한 제어 시스템에 의해 제어된다. 모듈(45)의 기능은 광을 스크린(20)의 스크린 포인트 P을 향해 방출 각도 범위 α 내의 상이한 방출 방향으로 투사하기 위한 것이며, 상이한 방출 방향을 향하는 소정의 스크린 포인트 P로부터의 적합한 강도 및/또는 컬러를 갖는다면, 광원 S가 광을 각도 범위 β로 방출하는 것을 구현할 수 있다(도 1 및 도 2 참조). 이 각도 범위 β는 스크린(20)의 방출 각도 범위 α에 필연적으로 대응한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광원 S₁, S₂, S₃,...,S_n은 광빔 L_d를 스크린 포인트 P₃로 방출하며, 스크린 포인트 P₃로부터 방사되는 광빔 L_e의 방향은 개개의 광원 S₁∼S_n과 스크린 포인트 P₃의 상호 위치에 의해 결정될 것이다.

WO 01/88598호에 개시된 장치는, 스크린 포인트 P를 향해 정밀하게 지향될 수 있는 이상적으로는 제로 폭을 갖는 복수의 편향 광빔 L_d를 생성하기 위해, 이상적으로는 제로 폭을 갖는 복수의 광원 S를 시뮬레이션할 수 있는 광학적인 배열을 제공하기 위한 것이다.

WO 01/88598에 개시된 장치에서는, 개개의 스크린 포인트 P로부터의 상이한 E^l∼E^n* 방출 방향에 관련되고 개개의 장치의 스크린(20)의 몇몇의 상이한 스크린 포인트 P에 관련되는 화면을 생성하는 광빔 L_e가 다음의 방식으로 생성된다. 2차원 디스플레이, 즉 개개의 모듈(45)에서 50 마이크로디스플레이가 존재한다. 렌즈는 이미지의 화소 C_d가 스크린(20)에 동시에 상을 맺도록 한다. 이 이미지가 디스플레이(50)에 의해 디스플레이된다. 2차원 디스플레이(50)에서, 화소 C_d는 상이한 스크린 포인트 P에 관련되며, 이 화소는 또한 스크린(20)의 상이한 방출 방향 E^l∼E^n*에도 관련된다. 개개의 방출 방향 E는 실제로 모듈(45)로부터 방사되는 광빔 L_d의 편향 방향 D에 의해 결정된다.

광학 시스템은 디스플레이(50)를 광학 렌즈(40)의 포인트까지 광빔 L_c로 투사한다. 광빔 L_c는 합성 영상의 화소 C_d로 인코딩된 정보에 의해 변조되며, 이 합성 영상은 디스플레이(50)에 의해 생생된다. 그러므로, 디스플레이(50)에 의해 생성된 이미지의 개개의 화소로 부호화된 정보에 의해(즉, 화소에 의해 운반된 정보에 의해) 광빔 L_d가 변조된다. 모듈(45)은 서로에 대해 그리고 스크린(20)과 관련하여 광학적으로 동등하거나 대칭의 위치로 주기적으로 시프트되어 위치된다.

광학 렌즈(40)가 입사하는 실질적으로 시준된 광빔 L_c을 입사 좌표에 의거하여 소정의 각도로 편향시키는 것을 상정해볼 수 있다. 예컨대, 도 3에 예시된 바와 같이, 50j SLM의 좌측 가장자리에서 화소 C_d ^j,l을 통과하는 광빔 L_c ^l은, 50j SLM의 중간 부분에서 화소 C_d ^j,m을 통과하는 광빔 L_c ^m의 편향 방향 D_m과는 상이한 편향 방향 D_l으로 편향될 것이다. 광빔 L_d ^m은 E_m 방출 방향이 D_m 편향 방향에 의해 결정된다는 사실에 따라 E_m 방출 방향으로 스크린(20)을 통과한다. 또한, 상이한 편향 방향 때문에, 공통 40_j 광학 렌즈에 의해 상이한 편향 방향 D_l∼D_n으로 편향된 광빔 L_d가 상이한 스크린 포인트 P를 통과한다는 것은 도 3(또한 도 1 및 도 2)으로부터 명백하다.

방출 방향 E에 의해 결정되는 방출 각도 범위 α 내에서, 광은 실제로는 모든 방향으로 방출된다. 따라서, 이 영역으로부터 스크린(20)을 볼 때, 광빔은 모든 스크린 포인트 P로부터 관찰자의 눈에 도달한다(또한, 도 5를 참조). 그러므로, 방출 각도 범위 α는 완전한 관찰 각도 영역, 즉 스크린 포인트 P로부터의 광빔이 스크린(20)을 바라보는 관찰자의 눈에 도달하게 되는 각도 영역, 또는 보다 간략하게는 관찰자가 스크린(20) 상의 몇몇 종류의 영상을 인지할 수 있는 영역과 실질적으로는 동일하다.

이하에서는 3D 영상화의 원리를 보다 구체적으로 설명한다. 방출 각도 범위 α에서, 개개의 광빔 Lc은 정밀하게 결정된 방출 방향 E으로 전파한다. 이 방출 방향 E와 반대의 방향으로부터 스크린(20)을 바라보면, 개개의 스크린 포인트 P를 출발하는 광빔이 보이게 될 것이며, 그에 따라 스크린 포인트 P로 구성되는 완전한 영상이 스크린(20) 전체에서 인지된다. 관찰자에게 보여지는 영상에서, 스크린(20)의 외면과 스크린 포인트 P 자체가 반드시 인지되지는 않을 수도 있으며, 인지된 영상이 관찰자에게 2차원 투사 화면으로서 보여지지 않고, 관찰자가 실제 공간의 느낌을 경험하게 될 것이다.

도 4에는, 스크린(20)의 뒤에 다수의 모듈(45)이 존재할 수도 있음을 예시하고 있다. 스크린의 발산으로, 광빔이 각각의 스크린 포인트 P에서 모든 방향으로부터 관찰자의 눈에 도달할 수 있게 되며, 이로써 관찰자가 각도 영역 내의 연속적 인 영상을 인지할 수 있게 된다. 도 4의 우측편 상에 별도로 도시되어 있는 바와 같이, 시준된 비발산 빔으로서 스크린(20)에 도달하는 광빔 L_e ^g-1, L_e ^g, L_e ^g+1은 상이한 방향으로 스크린 포인트 P에 도달한다. 이들 빔은 이들 빔을 다소 발산하게 만드는 각도 δ_x로 스크린(20)에 의해 분산된다. 동일한 효과가 도 5에 상세하게 도시되어 있다. 이로써, 광빔 L_e ^g-1, L_e ^g 양자의 방향이 원래 관찰자의 눈에서 벗어나 있는 경우에도, 광은 관찰자의 눈(E_2L)에 도달하게 된다. 도 4에서는, 관찰자의 눈(E_2L)에 도달하는 광빔 L_e ^δg이, 2개의 모듈(45) 사이에서 출발하여 스크린 포인트 P를 통과하는 것으로 보이는 가상의 광빔 L_e ^δg'의 연속인 것으로 보일 수도 있다. 이로써, 광빔 L_e ^g-1, L_e ^g, L_e ^g+1 사이에 "갭"이 존재하지 않게 되며, 시각적으로 인지된 영상이 비조명 부분(unlit part)에 의해 갈라지지 않게 되고, 시청 영역이 연속적으로 커버된다. 즉, 연속적인 움직임 변위가 달성된다.

방출된 광빔 Le의 이러한 발산은 WO 01/88598호에 개시된 장치에서의 확산 스크린(diffuser screen)에 의해 달성된다. 본 발명은 이러한 확산 스크린의 사용여부에 상관없이 3D 영상의 화질을 향상시키는 방법 및 장치를 제안한다.

개개의 관찰 방향에 관련된 완전한 화면이 하나의 모듈에 의해 생성되지 않고 여러 개의 모듈에 의해 생성되는 것을, 특히 도 4의 좌측편을 참조하여 명확히 알 수 있다. 이러한 영상 장치는, 관찰자가 위치를 변경하고 그 관찰자의 관찰 지점이 예컨대 화살표 F의 방향으로 이동함으로써 변경된다면, 모듈(45)에 의해 방출된 광빔 L_d ^g-1, L_d ^g, L_d ^g+1및 인지된 광빔 L_e ^g-1, L_e ^g, L_e ^g+1 또한 연속적으로 변경되어, 관찰자이 눈(E_2L)에 의해 인지된 영상을 생성하고, 그 위치가 연속적으로 변화하게 된다(도 4의 우측편 참조). 이러한 방식으로, L_d ^g-1, L_d ^g, L_d ^g+1 광빔이 상이한 모듈(45)에 의해 생성된다는 사실에 따라, 연속적으로 변화하는 영상이 생성된다(도 4 참조). 또한, 상이한 모듈(45)로부터의 빔이 개개의 스크린 포인트 P_k-1, P_k, P_k+1, P_k+2 등으로부터 관찰자의 우측 눈(E_R) 및 좌측 눈(E_L)에 도달한다는 것이 명백하게 도시되어 있다. 이것은 기본적으로 동일한 스크린 포인트가 좌측 눈 및 우측 눈에 대해 상이한 정보를 전달한다는 것을 의미한다.

동일한 효과가 도 5에 보다 구체적인 형태로 나타내어져 있다. 도 5에서는, 본 발명에 따른 장치가 상이한 3차원 물체의 공간적인 포인트를 어떻게 디스플레이하는지를 보여주고 있다. 예로서, 도 5에서, 본 발명의 장치는 상이한 위치에 있는 2명의 관찰자에 대해 3차원 공간에 현수되어 있는 것으로서 인지되는 2개의 어두운 포인트 물체 O₁ 및 O₂와, 2개의 밝은 포인트 물체 O₃ 및 O₄를 디스플레이한다. 이해를 보다 용이하게 하기 위해, 관찰자의 눈에 실제로 도달한 모듈(45)의 광빔을 주로 나타내었지만, 모든 방출 방향으로 모든 모듈을 떠나는 광빔이 있음이 강조되어 있다. 따라서, 본 장치는 관찰자의 위치에 독립적이며, 관찰자에게 착용되는 특수 안경 또는 기타 하드웨어를 사용하지 않고서도 시야 내에서의 어떠한 방향으로부터 관찰될 때에도 3D 영상을 제공한다. 도 5에서는, 예컨대, 제1 관찰자가 양쪽의 눈 E_1R 및 E_1L으로 어두운 물체 O₁을 인지하지만, 이를 달성하기 위해서는 모듈(45_i-8)이 우측 눈 E_1R에 광빔을 전송하는 한편 모듈(45_i)이 좌측 눈 E_1L에 광빔을 전송한다는 것을 보여주고 있다. 이로써, 관찰자는 물체로부터의 광이 상이한 각도에서 그 관찰자의 양쪽의 눈에 도달한다는 것을 명확하게 인지할 것이며, 그 관찰자는 또한 물체 O₁로부터의 거리를 인지할 것이다. 제1 관찰자는 마찬가지로 물체 O₂를 인지할뿐만 아니라, 관찰자가 좌측 눈 E_1L의 방향에 있는 모듈(45_i-2)에 의해 전달된 광에 의해 자신의 좌측 눈 E_1L을 통해 물체 O₂에 대한 정보를 수신하기 때문에, 물체 O₂가 물체 O₁의 뒤에 있다는 것을 인지할 수도 있다. 이와 동시에, 제2 관찰자에 대해서는, 물체 O₁ 및 O₂는 모듈(45_i+17, 45_i+16) 및 모듈(45_i+8)로부터 그 관찰자의 양쪽 눈 E_2R 및 E_2L에 도달하는 광빔에 따라 2개의 서로 다른 물체로서 보이게 될 것이다. 제2 관찰자의 좌측 눈 E_2L은 물체 O₁의 방향으로부터 도달하는 광빔이 어떠한 모듈에 의해서도 생성될 수 없기 때문에 물체 O₁을 관찰할 수 없다. 한편, 동일한 원리에 기초하여, 양자의 관찰자는 물체 O₃ 및 O₄를 보게 될 것이다. 한편, 동일한 원리에 근거하여, 관찰자 양자는 포인트 물체(point object) O₃ 및 O₄를 관찰할 것이다. 예컨대, 포인트 물체 O₄는 모듈 45_i+3 및 45_i와 모듈 45_i-8 및 45_i-11을 빠져나오는 광에 기초하여 제1 관찰자의 양쪽 눈에 의해 인지될 것이다. 상이한 방향으로 상기한 강도를 가지고 방출될 수도 있는 광빔으로 인해, 예컨대 동일한 모듈(45_i)이 제1 관찰자의 우측 눈 E_1R 및 좌측 눈 E_1L에 대해 상이한 컬러 물체를 디스플레이할 수 있다. 제2 관찰자의 우측 눈 E_2R은 물체 O₄가 물체 O₂에 의해 가려지기 때문에 물체 O₄를 관찰하지 못한다. 제2 관찰자는 자신의 좌측 눈 E_2L으로만 물체 O₄를 인지할 수 있다. 본 장치는 이러한 종류의 임의의 수의 포인트 물체를 디스플레이할 수 있으며, 이로써 이들 물체가 포인트의 세트로서 디스플레이될 것이기 때문에, 한정된 치수의 물체를 디스플레이하는데 적합하다. 또한, 스크린(20)의 앞과 뒤의 물체가 본 장치의 지원에 의해 동등하게 디스플레이될 수 있다. 본 장치에 의해 생성된 광빔은, 이들 광빔이 디스플레이될 물체로부터 개시되고 있고 투사 장치가 관찰자의 위치를 고려하지 않는 것처럼, 정확히 동일한 것이 된다. 관찰자의 위치에 무관하게, 실물 그대로의 영상이 방출 각도 범위 내에서 모든 방향으로 디스플레이된다. 본 명세서에서는 본 장치가 관찰자가 전혀 없는 방향으로 광빔을 연속적으로 방출하고 있음을 강조하고 있다. 이러한 광빔은 도 5에 광빔 L_e로서 나타내어져 있다.

전술한 바와 같이, 양호한 시각적 화질을 갖는 3D 물체의 인지는 방출 광빔 L_e가 스크린(20)을 떠날 때에 특정의 발산을 갖도록 요구한다. 예컨대, 이것은 홀로그래픽 확산 스크린을 적용함으로써 달성될 수도 있다. 스크린(20)의 확산 특성은 실질적으로 시준된 출력 빔이 최대치가 수 도(few degree)인 발산 각도 δx로 스크린 포인트 P를 출발하도록 하여, 모듈(45)로부터 도달하는 광빔 L_d ⁱ과 L_d ⁱ ⁺¹ 간에 중첩이 존재하게 된다. 도 7a에 도시된 경우에, 편향 광빔 L_d ⁱ과 L_d ⁱ ⁺¹ 의 방향은 실질적으로 방출 광빔 L_e ⁱ과 L_e ⁱ ⁺¹ 의 방향과 동일하며, 이들은 또한 인접 방출 방향으로 나타내진다. 발산 각도 δx가 방출 광빔 간의 각도 γ와 동일할 때에, 중첩, 즉 인접 광빔 L_e ⁱ과 L_e ⁱ ⁺¹ 의 밀착 접촉은 적합하다는 것은 명백하다.

그러나, 방출 광빔 L_e의 필요한 발산 각도 δx가 도 6a에서의 단일의 편광 광빔 및 단일 모듈(45)에 대해 도시된 바와 같이 확산 스크린으로 달성되는 방식에는 문제점이 있다. 이 경우, 방출 광빔 L_e의 강도 분포는 도 6c에 도시된 각도 강도 분포와 유사하다. 즉, 그 강도 분포는 대체적으로 중심 영역에서는 강하고 가장자리쪽을 향해서는 낮아지는 가우시안 분포를 보이고 있다. 그 결과, 몇몇의 이웃 방출 광빔 L_e의 합성 강도 분포는 도 7c의 곡선을 따를 것이다. 발산 각도 δx에 따라서는, 영상에 역효과가 나타나게 된다. 발산 각도 δx가 작은 경우, 관찰자는 강도의 변동, 즉 영상의 불균일성을 인지할 것이다. 발산 각도 δx가 강도 불균일성을 보상하기에 충분한 경우에는, 관찰자는 이웃하고 있는 광빔이 중첩하는 영역(5)에서 누화에 의해 초래된 시각적 노이즈를 인지할 것이다. 관찰자에 대하여, 이것은 인지된 영상이 선명하지 못하게 보여질 것이고, 그 주변의 화면이 3차원 영상으로 동시에 제공될 것이므로, 선명한 윤곽을 갖는 영상을 보여줄 수 없다는 것을 의미한다.

스크린 확산 특성은 이러한 시스템에서 중요한 요소이며, 불행히도 이러한 가우시안 강도 분포는 홀로그래픽 확산 스크린의 모든 실질적인 확산기에서도 근본적으로 나타난다. 도 7c에 도시된 고르지 못한 전체 강도 또는 바람직하지 않은 누화는 이들이 서로 상충하는 요건이기 때문에 실제적으로는 회피할 수 없는 것이다. 이것은 이러한 시스템의 성능을 크게 제한하며, 고품질 3D 디스플레이의 제조를 불가능하게 한다. 이러한 단점은 무색수차(achromatic) 홀로그래픽 확산 스크린을 갖는 시스템에 대해서는 사실로 판명되었으며, 홀로그래픽 확산 스크린이 아닌 다른 분산 요소, 예컨대 렌티큘러 렌즈 시스템을 사용하는 경우, 이상적인 확산 특성을 구현하는 것이 곤란하고(도 6b 및 도 7b 참조), 심각한 오정렬 및 컬러 분포 문제가 발생하여, 역시 인지된 영상의 저하를 초래한다.

이러한 단점을 해소하고 적절한 심도(depth)를 갖는 실제적인 3차원 영상을 디스플레이할 수 있는 시스템을 구축할 수 있도록 하기 위해, 본 발명은 스크린을 본래의 용도만으로 사용하는 대신 적절한 발산으로 광빔을 직접 생성할 수 있는 장치를 제안한다. 본 시스템은 스크린의 포인트를 향해 수렴시키는 수렴부로 입사 광빔을 생성하는 영상화 수단을 포함한다. 입사 광빔의 수렴은 스크린을 빠져나오는 광빔의 방사 발산과 실질적으로 동등한 것으로 제안된다. 본 시스템의 추가의 장점은 방출 광빔의 이상적인 강도 분포 특성이 모듈에 의해 생성된 수렴 광빔의 강도 분포와 스크린 확산 특성의 조합으로 정밀하게 설정될 수 있다는 점이다.

본 발명에 따르면, 또한 전술한 바와 같은 장치를 교정하기 위한 방법이 개시되며, 본 방법은 각각의 모듈로 2차원 테스트 영상을 생성하는 단계와, 생성된 테스트 영상을 영상 검출 장치로 검출하는 단계를 포함한다. 본 방법에서, 검출된 영상이 평가되고, 검출된 영상의 평가에 기초하여 관련 모듈에 대해 교정 데이터(calibration data)가 저장된다. 모듈의 입력 데이터가 이 교정 데이터에 기초하여 수정되며, 수정된 영상 데이터가 모듈의 2D 디스플레이에 보내진다.

본 발명 및 관련된 다른 3D 영상 생성 기술에 있어서의 장치가 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 3D 영상 디스플레이의 장치 및 방법에 이용되지만 그 자체는 이미 공지되어 있는 몇몇 기본적인 원리를 예시하는 도면이다.

도 3은 종래 기술의 영상화 시스템의 기본적인 구성요소와 종래 기술의 광학 렌즈 시스템의 기본적인 원리를 예시하는 개략도이다.

도 4는 관찰자가 소정 위치에서 본 장치를 바라보는 경우의 도 3의 모듈을 갖는 장치에 의해 광빔이 생성되는 방식을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 장치에 이용되지만 그 자체가 공지되어 있는 일부 영 상 디스플레이 원리를 예시하는 또 다른 개략 설명도이다.

도 6a는 종래 기술에서 이용된 확산기 스크린의 원리를 예시하는 도면이다.

도 6b는 도 6a에 도시된 유형의 3D 디스플레이 시스템을 위한 방사 광빔의 요구된 이상적인 강도 분포를 예시하는 도면이다.

도 6c는 도 6a에 따른 종래 기술의 시스템에 의해 생성된 광빔의 실제적인 강도 분포를 예시하는 도면이다.

도 7a는 2개의 이웃하는 모듈을 갖는 종래 기술의 시스템에 사용된 확산기 스크린의 원리를 예시하는 도면이다.

도 7b는 도 7a에 따른 전체 이웃 광빔의 이상적인 강도 분포를 예시하는 도면이다.

도 7c는 관찰자에 의해 인지될 때의, 도 7a의 복수의 광빔의 실제적인 전체 강도 분포를 예시하는 도면이다.

도 8의 (A) 및 (B)는 종래 기술과 본 발명에 따른 솔루션의 상이한 원리를 예시하는 도면이다.

도 9는 복수의 방출 방향으로 상이한 스크린 포인트를 향해 복수의 광빔을 방출하는 본 발명에 따른 단일 모듈의 확대도이다.

도 10은 동일한 스크린 포인트를 향해 광빔을 방출하는 도 9의 모듈과 유사한 복수의 이웃하는 모듈을 예시하는 도면이다.

도 11은 모듈의 광학 시스템의 가능한 실시예를 예시하는 도면이다.

도 12a는 개구가 가장자리에 접촉하고 있는 이상적인 모듈 배열을 예시하는 도면이다.

도 12b는 도 12a의 광학 시스템에서의 방출 광빔의 강도 분포를 예시하는 도면이다.

도 12c는 도 12a의 이웃하는 방출 광빔의 전체 강도를 예시하는 도면이다.

도 13a는 도 17에 도시된 방사 개구가 구된 모듈 간의 소규모 중첩을 갖는 또 다른 모듈 배열을 예시하는 도면이다.

도 13b는 도 13a의 스크린을 통과한 후의 방출 광빔의 강도 분포를 예시하는 도면이다.

도 13c는 도 13a의 이웃하는 방출 광빔의 전체 강도를 예시하는 도면이다.

도 14a는 종래 기술의 모듈과 본 발명에 따른 모듈로부터 방출된 광빔에 대한 확산 스크린의 영향을 예시하는 도면이다.

도 14b는 도 14a의 스크린을 통과한 후의 얇은 시준된 수렴 광빔의 강도 분포를 예시하는 도면이다.

도 15a는 모듈 사이에 작은 갭을 갖는 또 다른 모듈 배열을 예시하는 도면이다.

도 15b는 도 15a의 스크린을 통과한 후의 얇은 시준된 광빔의 강도 분포를 예시하는 도면이다.

도 15c는 도 15a의 이웃하는 방출 광빔의 전체 강도를 예시하는 도면이다.

도 16는 본 발명에 따라 제안된 장치의 상이한 중첩 예를 갖는 복수의 모듈의 정면도이다.

도 17은 본 발명에 따라 제안된 장치의 바람직한 실시예에서 성형 개구(shaped aperture)를 갖는 복수의 모듈의 정면도이다.

도 18은 본 발명의 목적을 위한 3D 디스플레이 시스템에서의 기본적인 구성요소의 사시도이다.

도 19는 본 발명의 3D 디스플레이 시스템의 실시예에서 사용된 바와 같은 몇몇 모듈의 정면도이다.

도 20은 본 발명의 3D 장치의 또 다른 실시예의 사시도이다.

도 21은 도 21에 도시된 장치에서 단일 모듈을 별도로 나타내는 도면이다.

도 22는 모듈의 또 다른 실시예의 단면도이다.

도 23은 도 27의 모듈에 사용된 LED 어레이의 평면도이다.

도 24는 모듈의 부분 조사된 방사 개구의 확대 정면도이다.

도 25는 본 발명에 따라 제안된 장치에 사용된 스크린의 확산 특성을 예시하는 도면이다.

도 26은 방출 광빔을 더 협폭으로 형성함으로써 본 발명의 3D 디스플레이 장치의 각도 분해능을 증가시키는 원리를 예시하는 도면이다.

도 27은 가능한 모듈 레이아웃의 개략 사시도이다.

도 28은 도 27에 도시된 모듈 레이아웃의 개략 평면도이다.

도 29는 본 발명의 디스플레이 장치에 사용하기 위한 단일 유닛의 3D 광학 엔진의 사시도이다.

도 30은 도 29의 3D 광학 엔진의 단면도이다.

도 31은 폴더형 투사 시스템을 갖는 또 다른 평탄형 3D 디스플레이 장치의 개략 단면도이다.

도 32는 광 도파로 유형의 투사 시스템을 갖는 또 다른 평탄형 3D 디스플레이 장치의 개략 단면도이다.

도 33은 생성된 3D 영상을 스크린에서 떨어진 위치에서 교차시키기 위한 수단을 갖는 또 다른 3D 디스플레이 장치의 개략 측면도이다.

도 34는 도 33에 도시된 장치와 유사하고 3D 입력 수단을 갖는 3D 워크스테이션의 개략 측면도이다.

도 35는 투명 스크린 상에 3D 영상을 생성하기 위한 모듈의 또 다른 가능한 배열을 예시하는 도면이다.

도 36a는 도 35에 도시된 광학 배열의 측면도이다.

도 36b는 도 36a에 도시된 것과 유사하고 포그 스크린(fog screen) 타입의 확산기 스크린을 갖는 광학 배열을 예시하는 도면이다.

도 37은 복수 오더의 반사 빔을 생성하는 굴절 스크린을 이용하는 또 다른 광학 레이아웃의 평면도이다.

도 38은 도 37의 광학 배열에서와 같은 주기적인 굴절 또는 회정 특성을 갖는 스크린에 의해 생성된 광빔을 예시하는 개략도이다.

도 39는 본 발명의 실시예를 투사 테이블의 형태로 예시하는 도면이다.

도 40 내지 도 43은 다양한 스크린 구조 및 이들의 특징적 빔 경로를 평면도로 예시하는 도면이다.

도 44는 편향을 행하는 굴절 스크린 및 그 특징적인 빔 경로의 측면도이다.

도 45는 본 발명의 또 다른 실시예를 평탄형 3D 디스플레이의 형태로 예시하는 도면이다.

도 46은 본 발명의 추가의 실시예를 차량에 사용된 방풍 투사 장치(windshied projection apparatus)의 형태로 예시하는 도면이다.

도 47은 본 발명에서 제안된 3D 장치의 가능한 기하학적인 교정 기능을 예시하는 개략 사시도이다.

도 48은 모듈의 초기 광학 왜곡을 예시하는 도면이다.

도 49는 도 48에 도시된 왜곡의 보정을 예시하는 도면이다.

도 50a 및 도 50b는 본 발명이 3D 장치 내에서의 상이한 모듈의 상호 강도 교정을 예시하는 도면이다.

도 51은 본 발명의 장치의 실시예의 제어 시스템의 개략 블록도이다.

도 52는 복수의 PC를 기반으로 하는 제어 시스템의 예를 도시하는 도면이다.

전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 7은 WO 01/88598에 개시된 3D 생성의 원리를 예시하고 있다. 여기서, 입사 광빔 L_d는 실질적으로 1차원의(시준된 및 얇은) 광빔이며, 실제적으로는 빔보다는 광선에 더 근접한 것이다. 이들 시준된 광빔은 스크린(20)으로부터 적합한 발산을 받아들인다. 발산 각도 δx는 대체적으로 입사 광빔 L_d ⁱ과 Lⁱ⁺¹ 간의 각도 γ_i에 대응한다. 여기서, 첨자 x는 관찰자가 스크린(20)을 직각 방향으로 바라볼 때에 인지된 수평 방향에서의 발산을 의미한다. 이것은 도 8의 (A)에 예시되어 있다. 도 8의 (A) 및 (B)는 종래 기술과 본 발명을 비교하는 도면으로, 상이한 광빔 생성 방식 및 상이한 유형의 스크린(20, 120)에도 불구하고, 관찰자가 종래 기술 및 본 발명에 따른 디스플레이를 바로볼 때, 관찰자가 3D 영상을 형성하는 동일한 방사 광빔을 이론적으로 관찰할 것이라는 것을 예시하고 있다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 디스플레이 장치의 실시예의 기본적인 특징이 도시되어 있다. 본 발명에서 제안되는 방법은 본 발명의 장치의 기능에 대한 설명으로부터 명백하게 이해될 것이다.

도 18에 가장 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 3D 디스플레이 장치는 스크린 조사 시스템(150)에 의해 조사되는 스크린(120)을 포함한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 스크린 조사 시스템(150)은 복수의 모듈, 즉 도 18에 도시된 실시예에서는 모듈 145₁∼145_k 을 포함한다.

입사 광빔 Ld를 발생시키는 모듈(145)은, 이들의 주된 기능이 정지 영상 또는 동영상을 화면에 투사하기 위한 것이라는 점에서, 디지털 비디오 프로젝터(또한, 데이터 프로젝터로서도 지칭됨)를 구축하며, 우수하게 정의된 영상 포인트를 스크린의 우수하게 정의된 포인트에 투사하도록 요망된다. 그러나, 종래의 비디오 투사에 대해서는, 통상적으로 백색의 프로젝터 스크린의 확산 반사 특성에 의해 어떠한 방향으로부터도 관찰될 수 있는 우수하게 정의된 영상 포인트를 생성하는 것만을 목적으로 하고 있다. 이와 달리, 본 발명에 의하면, 비디오 프로젝터(모듈 "45")에서, 영상 포인트를 생성하는 광빔의 다른 파라미터는 전술한 이유로 프로젝터 배열 및 특정의 스크린 확산 특성과 상관되기 때문에 역시 중요하다.

모듈(145)은 예컨대 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 서로에 대해 배열된다. 모듈(145) 간의 시프트 d(오프셋)는 모듈(145)의 방사 구멍(exit pupil) 또는 물리적인 방사 개구(exit aperture)(140)가 통상적으로 모듈(145)의 물리적인 성장 폭보다 수배 더 적다는 사실을 고려한 것이다. 도면을 보다 용이하게 이해하도록 하기 위해, 이 시프트는 완전한 광학 개구(170), 즉 전체 물체 크기로 예시되어 있으며, 반드시 방사 개구(140)와 동등할 필요는 없다.

단일 모듈(145)은 복수의 광빔 L_d를 생성한다. 이에 대해서는 간략화된 광선 구조(도 15)를 갖는 단일 모듈(145_j)과 그 광학 시스템(도 11)의 가능한 실시예를 도시하고 있는 도 9 및 도 11에 가장 명확하게 도시되어 있다. 상이한 광빔 L_d이 스크린(120)의 상이한 포인트 P로 보내진다. 모듈(145)은 스크린(120)의 각각의 포인트 P가 복수의 모듈(145)에 의해 조사되도록 배열된다. 이에 대해서는 모듈 145_j-1, 145_j 및 145_j+1에 의해 조사되는 스크린 포인트 P_k를 예시하고 있는 도 10에 가장 명확하게 도시되어 있다. 이와 동시에, 하나의 모듈(145)에 의해 생성된 입사 광빔 L_d는 복수의 상이한 스크린 포인트 P를 향해 모듈(145)로부터 복수의 상이한 방향으로 투사된다. 이에 대해서는 예컨대 광빔 L_d ^i-1, L_d ⁱ, L_d ⁱ⁺¹이 각각 스크 린 포인트 P_k-1, P_k 및 P_k+1로 방출되는 것을 예시하고 있는 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. 반대로, 하나의 모듈, 여기서는 모듈 145j에 의해 생성된 상이한 입사 광빔 L_d ^i-1, L_d ⁱ, L_d ⁱ⁺¹은, 이 광빔 L_d ^i-1, L_d ⁱ, L_d ⁱ⁺¹이 스크린(120)으로부터 스크린에 의해 보내지는 광빔 L_e ^i-1, L_e ⁱ, L_e ⁱ⁺¹으로서 발생하기 때문에, 스크린(120)으로부터 상이한 방출 방향으로 보내진다.

본 명세서에서, 스크린으로부터의 광빔을 방출 방향을 향해 "보낸다(또는 포워딩)"라는 표현은 스크린에 의해 어떠한 방식으로든 광빔의 방향이 바뀌거나 바뀌어지지 않는 것과 같이 스크린으로부터 나오는 광빔의 모든 모드를 포함하는 것이다. 그러므로, "보낸다"라는 것은 스크린의 투과를 의미할 수도 있고, 또는 미러형 방식 혹은 역반사 방식의 스크린으로부터의 반사를 의미할 수도 있다. 다양한 스크린-광빔 작용이 도 40 내지 도 44에 도시되어 있다.

스크린(40)은 전술한 바와 같이, 즉 포워딩된 광빔 L_e ⁱ의 방향이 인입 광빔 L_d ⁱ의 방향에 크게 좌우된다는 점에서 방향을 선택하여 광을 보내는 각도 의존 확산 특성을 갖는다(도 8의 (B)). 이에 대해서는 도 40 내지 도 44를 참조하여 구체적으로 하술될 것이다.

WO 01/88598호에 예시된 장치와 유사하게, 본 발명의 장치는 스크린(120) 상에 입사하는 각각의 광빔 L_d을 단일의 영상 포인트의 영상 정보로 부호화하기 위한 수단을 포함하며, 이 단일의 영상 포인트는 통상적으로 도 22에 도시된 바와 같은 LCD 또는 기타 마이크로디스플레이 등의 2차원 디스플레이를 이용하여 모듈(145) 내에서 생성된다. 그러나, 본 발명에서의 디스플레이 패널(252)은 광각의(개구의 치수가 큰) 조사를 갖는 한편, 종래 기술에서는 디스플레이(50)가 도 3에 도시된 바와 같이 실질적으로 시준된 광빔으로 조사된다.

관찰자에 의해 인지된 3D 영상은 WO 01/88598호에서와 동일한 방식으로 관찰자의 눈에 형성된다. 이것은 관찰자에 의해 인지된 3D 영상이 실제로 복수의 모듈(145)에 의해 생성된다는 것을 의미한다. 이에 대해서는 전술한 바 있으며, 도 5 및 도 6에 대해 제공된 설명을 참조하기 바란다. 본 발명에서의 모듈(145)은 모듈 드라이버 유닛(160)에 의해 도 18에 기호로 나타내어져 있는 적합한 제어 시스템에 의해 제어된다.

강도 불균일성없이 연속적인 3D 영상의 인지를 달성하기 위해서는, 포워딩되는, 즉 관찰자를 향해 스크린(120)으로부터 나오는 방사 광빔 L_e에 방사 발산을 제공할 필요가 있다. 방사 발산의 측정치, 즉 δx가 도 8의 (B)에 도시된 방출 방향 Ei와 E_i+1 등의 서로 이웃하는 방출 방향 E 사이의 각도 γ에 실질적으로 대응한다면, 적합한 연속적인 3D 영상이 인지된다. 방사 발산 각도 δx가 이웃하는 방출 방향 E 사이의 각도 γ보다 더 작은 경우, 3D 영상에서는 주기적인 불균일성이 나타나게 될 것이다. 방사 발산이 이웃하는 방출 방향 E 사이의 각도 γ보다 더 큰 반대의 경우에는, 이웃하는 광빔이 중첩할 것이며, 인접한 화면이 3D 화면으로 동시에 보여질 것이고, 3D 디스플레이의 초점심도(FOD : the field of depth)를 강력하게 제한하는 블러(blur)를 초래할 것이다. 화면 간의 전환은 어떠한 3D 디스플레이에서도 모아레 현상 또는 블러를 야기하는 일반적인 문제이다. 이러한 부수적인 영향은 시청을 방해하는 요소이고 시각적으로 크게 느껴져, 고품질 디스플레이에서는 수용할 수 없는 것이다.

이웃하는 방출 각도 E 간의 각도 γ가 작으면 작을수록, 디스플레이될 수 있는 3D 화면은 심도가 더 깊어진다. 환언하면, 3D 디스플레이가 큰 초점심도(FOD)를 가질 것이다. 이들 이웃하는 방출 방향 E는, 이들이 상이한 스크린 포인트 P의 상대적인 위치와 모듈(145)의 위치에 의해 실질적으로 결정되기 때문에, 이웃하는 모듈(145)이 이웃하는 방출 방향 E를 생성할 것이라는 점에서, 광학적으로 이웃하는 모듈(145)과 관련된다. 실시예에서, 이것은 모듈(145)이 조밀하게 적층되어야 함을 의미한다. "광학적으로 이웃하는" 모듈이라는 표현은, 모듈이 물리적으로 이웃할 필요가 없고 이들이 스크린 포인트 P로부터 보여지는 경우에 서로 옆에 있는 것으로 광학적으로 나타나는 것으로 충분하다는 것을 나타낸다.

도 8의 (B)는, 본 발명의 기본적인 원리를 나타내는 것으로서, 모듈(145)이, 비교적 큰 방사 개구(140)를 갖는 유닛으로서 개략적으로 도시되어 있다. 방사 개구(140)의 유효 폭 w_a는 모듈의 물리적인 폭 w_m에 상당하는데, 어떤 실시예에서는, 모듈의 물리적인 폭이 유효 개구 폭 w_a보다 몇 배 더 크도록 할 수 있다. 실제 사용할 때에, 비디오 프로젝터의 경우와 마찬가지로, 물리적인 치수, 그 중에서도 모 듈(145)의 폭 w_m은 항상 방사 개구(140)의 유효 폭 w_a보다 항상 크다. 이 경우, 모듈(145)이 더 많은 행에 정렬될 수 있다. 모듈(145)은 2D(복합) 영상을 투사하는데, 이 영상은 자신들의 다른 수평 위치에 대응하고 최종적인 3D 영상에서 수평 변위를 제공하는 반면, 각각의 2D(복합) 영상에 대한 관찰은 그와 동일한 수직 위치에 대응한다. 즉, 2D 영상은 수직의 변위 정보를 포함하고 있지 않다. 경험상으로, 모듈의 폭 w_m이 방사 개구(140)의 유효 폭 w_a의 2배, 3배, 4배인 경우, 모듈(145)은 각각 2개, 3개, 4개의 행에 정렬되어야 한다. 이 구성이 도 19에 도시되어 있으며, 도 19에서, 비디오 프로젝터인 모듈(145₁)과 모듈(145₂)은 실제로는 서로에 대해 하나의 모듈이 다른 모듈의 아래에 있지만, 이들 모듈의 광학적 개구170₁ 및 170₂)는 서로에 대해 나란하게 되어 있는 것처럼 정렬되어 있으며, 광학 개구(170)들 사이의 높이 차는 추가적인 광학 수단으로, 예컨대, 도 27과 관련된 설명과 WO01/88598에서의 설명에서와 같이, 수직 방향의 큰 확산에 의해 보상된다. 모듈(145)이 이웃하는 것으로 보이게 하는, 즉 특정의 방향, 통상적으로는 수평 방향으로 서로 나란하게 있는 것으로 보이게 하기 위한 다른 공간적 및 광학적 배치도 가능하다는 것을, 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

포워딩된 광빔 L_e에 대해 필요한 방사 발산을 제공하기 위해, 제안된 장치는 수렴 부분을 갖는 입사 광빔 L_d를 생성하기 위한 영상화 수단을 포함한다. 도 8의 (B)에 도시된 실시예에서, 입사 광빔 L_d의 전체 길이는 수렴한다. 즉, 광빔 L_d는 광빔이 모듈(145)의 방사 개구(145)를 빠져나올 때 이미 수렴한다. 다시 말해서, 광빔 L_d의 수렴 부분은 방사 개구(140)와 스크린(120) 사이의 부분이다. 이 수렴 부분은 스크린 포인트 P를 향해 실질적으로 수렴한다. 이러한 입사 광빔 L_d의 수렴은 스크린(120)으로부터 방출되는 광빔 L_e의 방사 발산과 실질적으로 동일하다. 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 스크린(120)에 도달하는 광빔 L_d ⁱ, L_d ⁱ⁺¹은 수렴한다. 수렴 각도 δ_c는 광빔의 수렴 각도 δ_x와 실질적으로 동일하다. 앞서 설명한 바와 같이, 수렴 각도 δ_x는 입사 광빔 L_d ⁱ-L_d ⁱ⁺¹ 사이의 각도 γ_i에 거의 대응한다. 도 8의 (B)에 도시된 실시예에서, 입사 광빔 L_d의 방향에 의해, 방출된 광빔 L_e의 방출 방향 E가 결정되기 때문에, 입사 광빔의 수렴 부분의 수렴 각도 δ_c는 이웃하는 방출 방향 E_i-E_i+1 사이의 각도 γ에도 대응한다. 더 정확하게 말하면, 본 장치의 광학 시스템은, δ_c

γ가 되도록 설계된다. 앞서 설명한 바와 같이, 이웃하는 방출 방향 E_i-E_i+1는 이웃하는 모듈(145_j-145_j+l)과 관련되며, 어떤 단일의 스크린 포인트 P_k에 대해, 그 스크린 포인트 P_k로부터 나오는 상이한 광빔 L_e의 상이한 방출 방향 E는 모듈(145)에 의해 결정되는데, 이 모듈에 의해 입사 광빔 L_d의 방향이 그 스크린 포인트 P_k로 향하게 된다. 이러한 방식으로, 이웃하는 방출 방향 E_i-E_i+1는, 입 사 광빔 L_d ⁱ-L_d ⁱ⁺¹의 소스로서의 기능을 행하는 모듈(145_j, 145_j-1)과 영향을 받는 스크린 포인트 P_k의 상호 위치에 의해 결정된다.

WO01/88598에 개시된 홀로그래픽 방식의 스크린이 필요 없으며, 또는 스크린(120)의 적어도 파라미터 또는 발산 특성이 크게 중요하지 않다는 것이, 제안된 시스템의 주요 장점이다. 또한, 다른 장점으로는, 발산 방출 광빔 L_e 내의 광 강도 분포가 더 양호하게 제어될 수 있다는 것이며, 이에 대해서는 도 20-21, 12-13, 16-17을 참조하여 더 구체적으로 설명할 것이다. 특히, 실질적으로 균일한 강도 분포를 얻거나 적어도 균일한 강도 분포에 가깝게 될 수 있는데, 이에 대해서는 광 강도를, 방출 광빔 L_e 내의 각도 δ의 함수로서 도 12b에 도시하고 있으며, 여기서, 광빔 L_e의 중심의 각은 0°이다. 도 12c는, 실질적으로 정사각형인 강도 분포 함수를 갖는, 이웃하는 방출된 광빔 L_e의 추가된 강도 I_t가, 스크린(120)의 앞에서, 방향 x를 따라, 즉 광빔 L_e에 대해 실질적으로 직각으로 이동하는 관찰자에 의해 인지되는 훨씬 더 균일한 전체 강도를 제공한다.

수렴하는 입사 광빔 L_d는 적당한 광학 시스템에 의해 생성될 수 있는데, 이러한 광학 시스템은 도 11에 도시된 광학 시스템(100)과 같이, 광각(wide angle)이며 대형인 큰 입사 개구와 방사 개구를 구비한다. 이 광학 시스템(100)은, 개별의 입사 광빔 L_d를, 각각의 입사 광빔 L_d와 관련된 스크린 포인트 P에 집중시키기 위한 수단으로서의 기능을 행한다. 이에 의하면, 입사 광빔 L_d가 스크린 포인트 P를 통과할 때, 스크린 포인트 P가 각각의 입사 광빔 L_d와 관련되어 있다는 것이 명백하기 때문에, 관찰자는 자신 쪽으로 향하는 광빔 L_e가 마치 그 스크린 포인트 P에 의해 방출되는 것처럼 보일 것이다. 그러나, 방사 광빔 L_e의 특성은, 실제로, 앞서 설명한 바와 같이, 입사 광빔 L_d에 의해 결정된다. 도 11에 도시한 광학 시스템(100)은 4개의 렌즈(101∼104)를 포함한다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 제일 끝에 있는 렌즈(104)로부터 나오는 입사 광빔 L_d는, 가상의 개구(105)를 통과하는, 가상의 광빔(107)에 연속하는 것처럼 보인다. 기본적으로, 가상 개구(105)의 크기는 유효 개구 폭 w_a에 대응하며, 본 발명에 따른 광학 시스템에서, 유효 개구 폭 w_a와 모듈(145)의 크기 w_m에 대한 물리적인 하한에 해당하는, 가장 큰 렌즈의 물리적인 크기의 비율이 최대값에 도달하도록 최적화된다. 광학 시스템(100)의 광빔 L_d ^j-1, L_d ^j, L_d ^j+1은, LCD, DMD 등과, 광각이며 대형 수치 구경의 조도를 갖는 마이크로디스플레이 패널(252), 또는 자체 광 방출 능력을 갖는 LED(OLED, PLED 등) 마이크로디스플레이의 화소에 의해 개별적으로 변조된다.

그러나, 이미 설명한 바와 같이, 방사 개구(140)의 유효 폭은, 대부분의 경우, 모듈(145)의 유효 폭보다 작고, 모듈의 방사 개구를 서로 밀접하게 나란히 배치하는 것이 복잡하다. 이는, 정확하게 정렬된 입사 및 방사 광빔과, 실질적으로 정사각형(사각형)인 강도 프로파일을 갖는, 도 12c에 도시된, 원하는 이상적인 상황을 구현하기가 매우 어렵다는 것을 의미한다. 실제로, 소정의 오버랩을 추가하는 것이 항상 필요한데, 이 오버랩이 이웃하는 방출 방향들 사이에서 각도 γ로 독립적으로 설정될 수 있으며, 오버랩되는 영역이 γ보다 작은 정도의 크기가 되는는, 본 발명의 장점을 갖는다. 도 12는, 정사각형 함수 강도 프로파일을 갖는 이웃하는 수렴 광빔 L_d가 에지 영역에 닿는 이상적인 경우를 나타내고 있다. 도 13a, 13b, 13c는 이웃하는 수렴 광빔 L_d가d 오버랩하며, 이들의 강도 프로파일이, 그 오버랩 영역에서 라운드형으로 되는 경우를 나타낸다. 도 14 및 도 15는 이웃하는 수렴 광빔 L_d 사이의 갭이 있는 경우를 나타낸다.

모듈이 대형의 비디오 프로젝터이고 광학적으로 이웃하는 프로젝터의 물체의 방사 개구(140)들 사이에 갭을 갖는 이러한 비디오 프로젝터를 정렬시키기 어려운 경우, 확산기 스크린(220)을 갖는 장치를 구비하는 것이 제안된다. 이러한 확산기 스크린(220)(도 14a 및 15a 참조)은 추가의 수평 발산을, 이와 다르게 발산하는 방출 광빔 L_e에 부여할 수 있다. 확산기 스크린(220)의 효과는 도 14a를 참조하면 가장 잘 알 수 있다. 도 14a의 왼쪽에는, 시준되고, 가느다란 광선형 입사 광빔 L_d ^coll을 방출하는 모듈(45)이 도시되어 있고, 이 광빔은 확산기 스크린(200)에 의해 방출 광빔 L_e ^spread와 같이 각도 범위 δ_d로 확산된다. 확산된 광빔 L_e ^spread의 강도 분포는 도 14b에 도시되어 있다. 발산 입사 광빔 L_d ^conv에 대한 확산기 스크린(220)의 효과는 도 14a의 오른쪽에 도시되어 있으며, 여기서는 방출 광빔 L_e ^div가 약간 더 많이 발산하는 것으로 도시하고 있고, 기본적으로 결과적인 발산은 δ_conv+δ_d이고, 이와 동시에 실질적으로 정사각형인 강도 분포는 그 에지가 완만한 경사를 갖는 것을 나타낸다. 따라서 변조된 강도 분포는 도 14c에 도시하고 있다. 경사가 급하지 않고 완만하면, 결과적인 전체 강도는 이웃하는 광빔의 약간의 위치 오류에 대해 더 민감하게 될 것이며, 이와 관련하여, 전체 강도의 균일성은, 이웃하는 광빔이 서로 정확하게 나란히 위치하지 않은 경우라도, 덜 변경될 것이다. 또한, 정사각형의 강도 분포의 확산에 의해, 이웃하는 입사 광빔 L_d 사이에 갭이 허용되며, 이에 대해서는 도 15a 내지 도 15c에 도시하고 있다. 도 14b와 마찬가지로, 도 15b는 확산기 스크린(220)의 확산 효과를 나타내며, 이 확산 효과는 모듈(145_j-1, 145_j, 145_j+1)로부터 도달하는 방출 광빔을 "늘리기" 위한 것으로서, 이에 따라 결과적인 전체 강도는, 도 15c에 도시된 바와 같이, 다소 균일하게 된다. 중요한 것은, "늘어난" 강도 프로파일은 가우스 프로파일(Gaussian profile)보다 훨씬 더 바람직하다는 것인데, 가우스 프로파일이 어느 곳도 균일하지 않거나 기껏해야 매우 작은 중심 영역에서만 실질적으로 일정한 반면, "늘어난" 강도 프로파일은 넓고 실질적으로 평탄한(일정한) 중심 영역과 오버랩을 위한 좁은 영역을 갖기 때문이다. 도 15a로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 확산기 스크린(220)의 확산 각도 δ_d는 이웃하는 방출 방향 E와 입사 광빔의 수렴 각도 δ_conv 사이의 각도 γ의 차와 실질적으로 동일하다. 즉 δ_d

γ-δ_conv이다.

확산기의 확산 각도는 FWHM(full width half maximum)의 각도로 한정되는데, 이는 도 20b에 도시된 것과 같이, 확산된 강도 프로파일에서 측정된 반치폭의 각도를 의미한다.

도 15a에 도시된 구성에서, 입사 광빔 L_d는 오버랩하지 않기 때문에, 이웃하는 입사 광빔 L_d 사이에는 도시되지 않은 갭이 존재한다. 따라서, 방사 광빔 L_e는 어느 것이든 오버랩하지 않을 것이다. 이에 의하여, 관찰자의 눈이 하나의 방사 광빔으로부터 다른 광빔으로 지나갈 때 인지되는 영상에는 소형의 갭이나 빈 공간이 있게 된다. 이러한 갭을 없애기 위해, 스크린(220)은 소량의 발산 δ_d를 제공하며, 이 값은 도 15a에 도시된 것과 같은 차 각도 또는 갭 각도 δ_g와 어느 정도 동일할 수 있다. 이에 의하여, 도 15c에 도시된 바와 같이, 방사 광빔 L_e의 접촉 또는 제어된 오버랩이 생길 것이다.

도 20은 스크린 조사 시스템(250) 내에 최적의 모듈을 가진 3D 디스플레이를 나타내며, 이 시스템은 도 18에 나타낸 스크린 조사 시스템(150)과 많은 특징이 유사하다. 스크린(120)의 뒤에는 많은 열의 모듈(245)이 배치되며, 이 모듈은 동일한 기능을 갖는 사이드 미러(130)를 구비하고 있다. 이 모듈은 구체적으로는 도시하지 않은 제어 시스템의 모듈 드라이버 유닛(160)에 의해 제어된다. 주요 차이점은, 작업을 위해 최적화된 모듈(245) 내의 상이한 광학 시스템(200) 때문에, 모듈(245)을 로드(rod) 모양으로 실현한다는 것이다. 적절한 깊이를 갖는 3D 영상을 얻기 위해, 이웃하는 방출 방향 E 사이의 각도 γ는 작아야 한다. 다시 말해서, 각도 분해능은 높아야 하고, 기본적으로 시야에서 제시되는 독립적인 방사 광빔 L_e의 수가 되어야 한다. 이것은 높은 각도 분해능을 허용하는 빽빽하게 쌓인 모듈을 필요로 한다. 이 문제는 정상적인 비디오 프로젝터가 최적의 형태를 갖지 못한다는 것으로서, 컴팩트한 프로젝터가 수평으로 너무 넓게 된 경우도 있으며, 표준 형태의 프로젝터를 일렬로 배치하는 것도 어렵게 된다. 최적의 모듈 구조는, 스택 방향에서의 모듈의 폭이 가능한 최소가 되도록, 즉 광학 시스템(200)에서 가장 큰 렌즈의 크기와 실제로 동일하도록 형성된다. 반면에, 다른 요소는 덜 중요한 물리적 치수 길이로 배치된다. 모듈(245)의 광학 시스템(200)의 방사 구멍 또는 방사 개구(140)는 모듈(245)의 전체 폭 w_m보다 2-3배 작기 때문에, 모듈(245)을 2행 또는 3행으로 각각 배치할 필요가 있으며, 이에 대해 도 20에 나타내고 있다. 방사 구멍 및 모듈의 전체 폭 w_m의 상대적인 비율은 적절한 광학적 설계로 정확하게 설정될 수 있지만, 그 비율이 정수가 아닌 경우에는, 설명한 바와 같이, 스크린(220)을 이용하여 추가의 발산이 도입될 수 있다. 단일의 로드(rod) 형태의 모듈(245)이 도 21에 도시되어 있다. 광학 시스템(200)은 도 22에 더 구체적으로 도시되어 있다. 다른 차이점은 모듈(245)의 완전한 광학적 개구(270) 상에 개구(240)를 특별하게 형성한 것이다.

개구(240)를 특별하게 형성한 이유는, 발산 방사 광빔 L_e의 강도 분포가 보정되거나 모듈(245)에 적절하게 형성된 개구의 이용으로 적어도 부분적으로 보상될 수 있도록 하기 위한 것이다. 개구(240)는 입사 광빔 L_d의 수렴 부분의 불균일한 광 강도 분포를 보상하기 위한 미리 정해진 형태를 갖는다. 일단 보상이 되면, 방사 광빔 L_e는 균일 또는 일정(평평)한 강도 분포 프로파일도 갖게 될 것이다.

공지된 바와 같이, 개구(240)의 형태는, 도 15c 및 13c에 도시된 바와 같이, 강도 분포에서의 평평한 중심 영역의 형성에 기여할 수 있다. 즉, 원형의 개구로부터 x 방향에서의 강도 분포는 원형의 영역(x에 대해 원형의 적분 함수)의 투사에 대해 비례하며, 이 값은 연속으로 변하는 함수이다. 평평한 강도 분포 프로파일을 얻기 위하여, 개구(240)는 완전한 광학 개구(270)의 상부 주변과 하부 주변을 잘라내어, 사각형의 개구 형태를 형성함으로써 목표로 하는 강도 프로파일이 된다. 그 외에도, 개구(240)의 상대적으로 좁은 중심 영역은 중심 강도를 어느 정도 억제하고, 광학 시스템에서 항상 나타나는 균일하지 않은 조사를 보상하며(즉, 코너 쪽으로는 강도를 낮춘다), 도 13a에 도시된 것과 같은 원하는 평평한 강도 프로파일에 기여할 것이다. 이것은, 입사 광빔 L_d의 수렴 부분의 수렴 각도 δ_conv가 모듈(245)의 영상화 수단의 최종적인 방사 개구의 폭 w_a와, 영상화 수단의 초점 거리, 즉 각각의 모듈(245_j)로 나타낸 j번째 모듈(245_j)와 스크린 포인트 P_k 사이의 유효 거리 d_a에 의해 결정된다는 것을 의미한다. 이것은 도 13b와 13c에도 도시되어 있다. 도 7b와 12c에 도시된 상황과 유사하지만, 전체 강도에서 균일한 전이가 달성된다. 중요한 것은, 물리적인 방사 개구(240)가 반드시 영상화 또는 투사 광학 수단의 마지막 표면에 있어야 하는 것은 아니며, 도 11에 도시된 바와 같이, 인쇄된 내부 표면과 같이, 광학 장치의 내부, 2개의 렌즈 사이 또는 렌즈의 내부에도 가능하다.

또한, 입사 광빔의 최종적인 폭 w도 이러한 개구(240)에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 도 18에 도시된 편이 또는 오프셋 d가, 추가의 발산이나 확산 스크린이 적용되지 않는 경우의 완전한 광학 개구(270)의 유효 폭 대신에 고려되는 방사 개구(240)의 유효 폭 w_a에 의해 산출되어야 한다. 이러한 방식으로, 이웃하는 방출 방향 E에 속하는 방사 광빔 L_e 사이에서의 실질적으로 연속하는 강도 전이(intensity transition)를 제공하는 것도 가능하다.

방사 광빔 L_e는 실질적으로 사다리꼴인 강도 분포 프로파일을 가질 수 있으며, 이 프로파일은 기본적으로는 반 가우스(half Gauss) 프로파일(이론적으로 완전히 사각형인 프로파일 대신)에 의해 에지 부분에서 라운드형으로 된 사각형의 프로파일이다. 이에 대해서는 도 13bb와 13c를 참조하라. 이에 의하여, 인지된 영상에서 볼 수 있는 갭을 남기지 않고, 입사 광빔 L_d의 방향 사이에서 약간의 변동이 허용된다. 이러한 경우, 입사 광빔 L_d는 약간 오버랩될 수 있으며, 개구(240) 사이의 수평 오버랩[도 16의 오버랩 영역(242)을 참조]을 제공함으로써 달성된다. 결과적으로, 확산 스크린(220)과 실질적으로 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이에 대해서는 도 14c와 15c를 참조하라.

로드(rod)형의 모듈(245)과 그 내부 구조, 그 구성요소의 공간적 배치가 도 22에 도시되어 있다. 모듈(245)은 2차원 디스플레이, 예컨대 편극 플레이트(예컨대, MOXTEX) 또는 편극 큐브(256)를 통해 LED 어레이(254)에 의해 조사되는 소형 폼팩터 LCD 디스플레이(252)와, 도 11에 도시된 영상화 광학 장치와 유사한 투사 광학 장치(258)를 포함한다. 2차원 디스플레이는 투과 또는 반사 모드의 LC, LCOS, FLCOS 마이크로디스플레이, LED 또는 OLED 디스플레이, DMD 칩, 마이크로 기계 격자(GEMS, GLV) 또는 다른 광 밸브 매트릭스가 될 수 있다. 도 22의 실시예에서는, 반사 모드의 LCD 디스플레이가 도시되어 있다.

LED 어레이(254)는 2차원 디스플레이(252)를 조사하기 위한 조사 수단으로서의 기능을 행한다. 프로젝터 램프, 고휘도의 LED 또는 LED 칩 어레이 등의 다른 타입의 광 소스도 이용가능하다. 이들은 상이한 컬러에서 동작할 수 있거나 흰색 광을 방출할 수 있다. 모듈(145 또는 245)은 2차원 디스플레이에 광원의 광을 투사하기 위한 적절한 광학 수단(257)을 구비할 수 있다. 도시된 요소 외에, 조사 수단의 광학 시스템은, 광학 렌즈 어레이, 굴절 또는 확산 플레이트, 편극 플레이트, TIR 프리즘, 컬러 조합 큐브 및 컬러 분리 필터, 또는 컬러 휠 또는 전기적 전환이 가능한 광학 요소와 같은 다양한 광학 요소를 포함할 수 있다. 이러한 광학 요소는 당업자에게 공지되어 있는 것이므로 여기서는 구체적으로 언급하지 않는다.

LED 어레이(254)는 도 23에 구체적으로 도시되어 있다. 도 23으로부터 알 수 있는 바와 같이, LED 어레이(254)는 행과 열의 어레이로 정렬되는 LED 또는 LED 칩을 구비하며, 동일한 컬러를 갖는 LED 또는 LED 칩은 행으로 정렬되어 있다. 실제의 배치에 있어서, 조사를 받는 LED 어레이(254)는 12개의 라인을 포함하는데, 이들 라인은 각각 적색 LED, 녹색 LED, 및 청색 LED이다(3가지 주요 컬러 이상의 음영의 생성을 가리키는, 캐릭터 R1-R2, G1-G2, B1-B2로 표시). 하나의 라인에는, 동일한 컬러를 가지며 개별적으로 어드레싱 가능한 LED가 12개 있다. LED 어레이(254)는 투사 광학 장치(258)에 대해 배향되어 있어서, 동일한 열에 정렬된 LED 또는 LED 칩은 투사 광학 장치(258)의 방사 개구에서 실질적으로 동일한 수평 위치와 관련된다. 즉, 이들 LED 또는 LED 칩에 의해 방출되는 광빔은 실질적으로 그 수평 위치에서 방사 개구에서 나온다. 예를 들어, 도 22에 도시된 모듈(245)이 그 동작 위치에 있다면, 옆에서 봤을 때, 도 23의 LED 어레이(254)의 행은 도 22의 평면에 대해 수직이 될 것이며, LED 어레이(254)의 열은 도 11의 평면에 대해 평행하게 될 것이다. 이것은, 행에 정렬된 동일한 컬러를 갖는 상이한 LED 또는 LED 칩이 방사 개구 내의 상이한 수평 위치와 관련되어 있다는 것을 의미한다. 한편, 수직 방향으로, 그 열의 상이한 위치에 정렬되며 상이한 컬러를 갖는 LED 또는 LED 칩의 경우, 광학 수단(275)은 수직 확산기와 유사한 열 방향으로 강한 1차원 확산을 수행하며, 열에서의 상이한 위치를 보상하고, 컬러를 혼합한다.

LCD 디스플레이(252)에 의해 생성된 영상은 편극 플레이트(256)로부터 투사 광학 장치(258) 쪽으로 반사되며, 이 투사 광학 장치는 영상을, 특별하게 형성된 개구(240)을 통해 스크린(120; 도 22에는 도시하지 않음) 쪽으로 투사한다. 이 투사 광학 장치(258)는 스크린상의 2차원 디스플레이[여기서는 LCD 디스플레이(252)]의 개별 화소를 영상화하기 위한 광학 시스템으로서의 기능을 행한다. 투사 광학 장치(258)는 실질적이며 인식가능한 수렴을 갖는 프로젝션용 광빔 L_d를 생성할 수 있도록 하기 위하여, 광각이며 대형인 입사 개구 및 방사 개구를 갖는 것이 바람직하다.

LED 어레이(254)와 LCD 디스플레이(252)용의 구동 전자 장치(242)는 모듈(245)의 뒷부분에 위치하며, 입력 인터페이스(244)를 통해 제어용 입력을 수신한다. 입력 인터페이스(252)는 표준 플러그 및 소켓 타입의 접속부, 예컨대 DVI 커넥터가 될 수 있다. 스크린 조사 시스템(150 또는 250)의 모듈식 구조는 시스템의 기능을 용이하게 하는 기능을 갖는다.

도 23 내지 도 26을 참조하여, LED 어레이(254)가 스크린(120 또는 220)에 입사하는 광빔 L_d의 수렴 각도의 제어를 수행하는 것에 대하여 설명한다. 이것은 개구(240)의 조사를 제어함으로써, 더 구체적으로는, 개구(240) 내의 조사된 폭을 제어함으로써 달성된다. 이것은, LED 어레이(254) 내의 광 방출 위치를 적절하게 제어함으로써 달성될 수 있다.

예를 들어, 정상적인 동작시에, 컬러 영상은 3개의 후속하는 서브프레임을 생성함으로써 비디오 프레임 내에 표시된다. 이러한 서브프레임은 각각 상이한 컬러로 조사된다. 초당 30개의 컬러 프레임을 생성하기 위하여, LCD 디스플레이(252)는 단지 3×30 = 90Hz의 동작 주파수만을 필요로 한다. 각각의 서브프레임 동안, LED의 각각의 라인이 동작하며, 서브프레임에서 LED의 4개의 라인이 온 상태가 되며, LCD 디스플레이(252)에 대해 실질적으로 균일한 평편형 조사 소스를 제공함으로써, 대략 25×25mm의 영역 상에 균일하게 분배된, 총 4×12=48개의 LED를 갖는 본 실시예에서, LCD 디스플레이(252)의 모든 화소가 적절하게 조사된다는 것을 의미한다.

그러나, 3D 화면을 매우 큰 깊이로 표시하기 위해 시스템의 각도 분해능을 증가시키고자 한다면, 도 23에 도시된 서브 어레이(255)와 같은 LED 어레이(254) 내의 수직 스트립만을 동작시키는 것이 가능하다. 이 서브 어레이는 완전한 LED 어레이(254)의 4분의 1의 폭을 갖는다. 이 경우, LED 어레이(254)는 방사 개구(240)(도 24를 참조)상의 더 좁은 스트립만을 조사할 것이며, 그 결과 그 좁은 영역만 전폭 방출 광빔 L_e ^total(도 26 참조) 내에서 조사되고, 사실상 방출 광빔 L_e ^narrow의 발산 각도는 실질적으로 유사할 것이다. 이것이 전체 3D 디스플레이 장치의 각도 분해능이 증가하는 직접적인 결과가 되며, 관찰자는 약간의 옆 방향으로의 이동 이후 화면의 변화를 인식할 것이며, 또는 인식된 영상이 스크린으로부터 먼 디테일에서조차 날카로운 윤곽을 가질 것이다.

물론, 영상에 갭이 생기는 것을 피하기 위해, 프레임 내에서 방출 광빔 L_e ^total의 전체 폭을 조사하는 것이 필요하며, 이것은 서브 어레이(255, 255', 255", 255'")를 가진 순차적인 4개의 서브 프레임을 조사함으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 수렴하는 입사 광빔 L_c ^total 내의 부분을 독립적으로 제어하는 것이 가능하게 되며, 이러한 제어는, LCD 패널이 이전의 속도의 4배로 동작하여야 하더라도, 이러한 구체적인 4×90=360Hz의 경우에, 새로운 세대의 LCOS 또는 FLCOS 패널(강유전성의 실리콘 액정)에 대해 가능하다. 감소된 광 강도를 보상하기 위해, 조사의 다양한 조합을 위한 다양한 필 팩터(fill factors)를 이용하는 것이 가능하다.

다양한 콘텐츠 또는 발광 조건에 대해 최적화된 디스플레이 모드가 가능한, 조사 제어에 대해 몇 가지 조합이 있다는 것이 명백하다. "하이뎁스(hi-depth)" 모드와 유사하게, 3가지 주요 컬러 이상을 이용하는 디스플레이의 컬러 충실도를 보강하는 것이 가능하다. 동일한 컬러의 행을 전환(이 구체적인 예에서는 쌍으로)하고, 이어지는 시퀀스 R1, G1, B1, R2, G2, B3에서, 그리고 두 배의 속도, 즉 2×90=180Hz에서 더 정확한 컬러 모델의 서브 프레임을 나타내는 LCD 패널을 동작시키면, 전체 컬러 팔렛트로부터 선명한 컬러의 미세 톤을 갖는(하이 컬러 모드) 3D 화면을 표시하는 것이 가능하게 된다.

극도의 고휘도에 대한 필요가 있는 경우, 컬러 영상은 그레이스케일 영상을 위해 희생될 수 있으며, 어레이(254) 내의 모든 LED는 동시에 동작할 수 있다. 이 것은, LCD(252)를 조사하기 위해(고휘도 모드) 12×12 = 144개의 LED가 필요하다는 것을 의미한다. LCD 디스플레이(252)와 LED 어레이(254)에 대한 다른 치수, 파라미터 및 비율이 가능하다는 것과 본 발명의 원리는 나타내기 위한 예라는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다.

본 발명은, 스크린 조사 시스템에서 다수의 평행한 광학 채널을 가지며, 대략 수백 개의 모듈(145)을 포함하는 장점을 갖는다. LED를 기반으로 한 조사가 대부분 모든 특징으로부터 몇 가지 장점을 갖지만, 전문적인 프로젝션 장치에서 사용되지 않는 이유를 설명하는 휘도는 문제점이 된다. 단일 모듈(145)로부터 복합 영상이 매우 밝지 않은 경우라도, 그 결과로서의 3D 영상은 수백 배 더 밝게 될 것이다. 한편, 모듈(145)이 비디오 프로젝터인 경우, 매우 높은 휘도를 갖는 3D 프로젝터를 만드는 것이 가능하며, 직접적인 햇빛에 노출된 외부 장면에도 이용이 가능하다.

도 25를 보면, 비교적 대형인 수직 각 범위로부터 인지되는 3D 영상을 생성하기 위해, 방사 광빔 L_e는 수평 방향에 따른 발산 δ_x와는 상이할 수 있는 수직 방향을 따른 발산 δ_y를 갖는다는 것이 도시되어 있다. 이러한 3D 디스플레이 시스템의 특징은 공지되어 있으며, WO01/88598에 상세하게 설명되어 있다. 큰 수직 발산은 확산기 스크린(220) 등의 적당한 확산기 스크린으로 최적으로 달성된다. 이러한 스크린은 방사 광빔에 대한 발산을 수직 방향으로뿐만 아니라 수평 방향으로 부여할 수 있다. 통상적으로, 스크린(220)의 수직 확산은 수평 확산보다 실질적으로 더 크다. 큰 수직 발산은 모듈(145)과 모듈(245) 사이의 수직 오프셋 d_y를 보상하는데 기여한다(도 19, 20, 17을 참조). 상기 도면에 도시된 스크린(120)은, 수직 발산 δy만이 투과된 광빔에 부여되도록, 즉 스크린(120)만이 수직 확산기 스크린으로서 작용하도록 구현될 수 있다.

본 발명의 범위는, 상이한 수평 변위 정보를 가진 영상을 스크린에 투사하는, 수많은 프로젝션 모듈, 특히 비디오 프로젝터가 수평 방향으로 규칙적으로 정렬되는 모든 배치를 포함한다. 스크린은, 몇 개의 행에 정렬된, 프로젝터의 수직 위치들 사이의 수직 편차를 제거하는 수직 확산기와 거의 유사하게, 큰 수직 확산을 가지며, 수평 확산은 입사 광빔의 최초 방향을 수평으로 유지하도록 크게 작다. 종래기술에서, 스크린 확산 각은 스크린으로부터 알 수 있는 것과 같이 모듈 사이의 각과 동일하였으며, 모들과 스크린 사이의 거리와 모듈 기간으로부터의 결과에 의해, 필요한 각도 특징을 가지고 구현하는 것이 실제로는 불가능하다. 본 발명은 3D 영상을 표시하기 위한 방법과 모든 시스템을 개시하고 있으며, 여기서 스크린 수평 확산 각도는 광학적으로 이웃하는 프로젝션 모듈 사이의 각도보다 더 작고, 표준 비디오 프로젝터와 용이하게 대규모 생산이 가능한 홀로그래픽/회절 또는 굴절 확산기 스크린에 기초하여, 고품질의 3D 표시와 큰 규모의 프로젝션 3D 디스플레이를 실제로 구축하는 방법을 개시하고 있다. 본 발명의 실질적인 실시예를 다음의 도면에서 도시하고 있다.

본 장치의 스크린은 평면일 필요는 없다. 도 27 및 도 28은 표준 형태의 비디오 프로젝터(345)가 원형의 세그먼트 또는 유사한 곡선을 따라 정렬되어 있는 모듈 배치를 나타내고 있다. 스크린(320) 자체는 곡면으로 된다. 사이드 미러(130)는 화면 존의 에지에서 필요한 화면을 제공하는 프로젝터(345')를 대체하는데 이용될 수 있으며, WO 98/34411에 설명된 원리와 유사하다.

도 27 및 도 28은 모듈(345)이 단일 라인의 실질적으로 수평인 평면 내의 곡선을 따라 규칙적으로 배치된 것을 나타낸다. 그러나, 이들 모듈을, 도 18 및 도 20에 도시된 것과 같은 배치와 유사하게, 다수 개의, 수직으로 이동된, 실질적으로 수평인 곡선으로 정렬시키는 것도 가능하다. 여기서, 모듈(145, 245)은 다수의 수직으로 이동된 실질적으로 수평인 라인에 있다. 이러한 배치에서, 모듈(345)은 수직 변위 정보 없이 2D 영상을 투사하도록 정렬되며, 이것은 관찰자가 수직 방향으로 이동할 때 영상 내의 변화를 인지하지 못하는 것을 의미한다. 이러한 제한은, 관찰자의 시점이 수평으로만 변화하는 통상적인 관찰 조건에서와 같이, 매우 심각한 것은 아니다. 또한, 관찰자의 두 개의 눈은 수평 평면에 있기 때문에, 관찰자는 본질적으로 수평 화면에서의 변화에 더 민감하다. 수직 변위 정보를 도입하는 것은, 본 발명의 원리에 따라 가능하지만, 이에는 더 많은 그룹의 모듈 라인을 필요로 하며, 장치의 비용을 실질적으로 증가시키게 될 것이다.

도 29 및 도 30은 본 발명의 장치에 사용되는 광학 시스템의 더 구체적인 설명과 실시예를 나타낸다. 여기서, 모니터형 3D 디스플레이 장치의 모듈은 소위 3D 광학 엔진(450) 내에 집적되며, 이와 관련하여 3D 광학 엔진(450)은 단일의 기계적 유닛으로서 다수의 모듈(445)을 구비한다. 다른 점에서, 모듈(445)의 광학 시스템 은 도 21 및 도 22에 도시된 모듈(245)의 광학 시스템과 유사하지만, 이 광학 시스템의 구동기는 모듈 구동기 유닛(460)으로 바뀌었다. 3D 광학 엔진에 사용되는 스크린(420)은 스크린(120) 또는 스크린(220)과 유사할 수 있다. 즉, 추가의 수평 발산을 구비할 수도 구비하지 않을 수도 있다. 이러한 구조는 현재의 RPTV(Rear Projection TV) 제조 시리즈에 대응한다는 장점을 가지며, 여기서 스크린, 광학 엔진, 제어 회로 및 하우징은 때때로 상이한 공급자로부터 얻은 개별 유닛을 나타낸다. 이러한 구조에 의하면 3D TV 세트를 용이하게 대규모로 생산할 수 있다.

도 31 및 도 32는 평판 3D 디스플레이 장치의 다양한 실시예를 나타낸다. 이들 실시예에서의 광빔 L_d의 경로는 미러(530)(도 31)와 겹쳐지거나, 광 도파로 구조(535)(도 32)와 겹쳐진다. 광 도파로 구조는 주변 환경보다 높은 굴절율을 가진 재료로 만들어지며, 이러한 방식으로 방출 광빔 L_e를, 다수의 형상적으로 제어되는 내부 전반사를 통해 스크린(520)으로 향하게 할 수 있다. 광 도파로 프로젝터의 원리는 공지되어 있으므로, 여기서는 구체적으로 설명하지 않는다. 시스템 전체의 크기를 감소시키는 더 평탄한 구조를 얻기 위해, 광 경로를 겹치게 할 몇 가지 가능성이 있다는 것을 당업자라면 명백하게 알 수 있을 것이다. 또한, 대규모 프로젝터 장치에서, 광빔 L_d를, 본 장치의 깊이 크기를 실질적으로 절반으로 하는 하나의 미러와 겹치게 할 수 있으며, 또는 2개의 미러를 이용하여 2번 겹치게 할 수 있으며, 이에 따라 더욱 컴팩트한 장치가 된다. 도 31에는 특별한 구조가 도시되어 있는데, 광빔 L_d가 매우 경사가 급한 각도로 스크린에 도달하고, 스크린(220)의 뒤 쪽의 프리즘 격자 시트 또는 필름(525)은 메인 화면으로 방향을 전환시킨다. 방향 전환과 확산은 상이한 타입의 단일 층 홀로그래픽 또는 회절성 광학 스크린(520)에 의해 한 단계씩 매우 잘 수행될 수 있다.

도 33은 인지되는 3D 영상(610)이 프레넬 렌즈(630) 또는 파라볼릭 미러를 이용하여, 공지된 방식으로 광학 시스템(650)으로부터 더 멀리 이격되도록 전치될 수 있다.

도 33에 도시된 원리의 가능한 응용의 경우, 도 34는 실용적인 CAD 설계 장치(600)를 나타낸다. 생성된 3D 영상(610)는, 비교적 큰 광학 시스템(650)으로부터 떨어져서, 관찰자의 눈 앞에 투사되어, 전체적인 3D 모델, 또는 스크린의 뒤에 있을 수 있는 이러한 부분들에 대한 접근을 용이하게 하며, 유용한 피사계 심도(FOD: field of depth)를 두 배로 한다. 이를 위해서, 설계 장치(600)는 추가의 영상화 광학 장치를 구비하는데, 이 광학 장치는 3D 영상을 3D 광학 시스템(650)의 스크린으로부터 멀리 떨어진 위치로 전치시킨다. 예컨대, 추가의 영상화 광학 장치는 미러(635)와 조합하여 프레넬 렌즈(630)를 포함할 수 있다. 설계 장치(600)는 포스 피드백 햅틱스(force feed-back haptics)와 같은 3D 입력 디바이스(615)도 포함할 수 있으며, 이 디바이스는 설계자로 하여금 생성된 3D 영상(610) 상의 위치를 신속하게 지적할 수 있도록 하는데 도움을 주며, 가상의 3D 물체를 공지된 좌표로서 처리하고, 입력 디바이스(615)의 팁(616)을 이동시킴으로써, 팁(616)이 마치 투사된 영상(610)을 실제로 접촉하는 것처럼 인식하게 해준다. 포스 피드백 특징에 의해 인지 능력이 향상되면, 사용자가 팁(616)을, 3D 영상(610)에 의해 가상으 로 구현된 물체에 밀어넣지 않아도 되며, 또는 시도했던 이동과 같은 것에 따라 증가된 저항을 생성할 수 있다. 이러한 디바이스가 소위 "가상 현실" 응용이라고 알려져 있다.

도 35는 확산기 스크린(720)의 투명 버전을 가진 실시예를 나타낸다. 비디오 프로젝터는 하나의 라인에, 스크린에 대해 대칭적 위치로 수평으로 정렬되며, 프로젝터를 수직으로 오프셋하면, 프로젝터는 3D 디스플레이 필드로부터 없어질 것이다. 이러한 투명 확산 스크린(720)은, 예컨대 스크린(220)과 동일한 확산 각도 캐릭터를 갖는 홀로그래픽 필름, 예컨대 스크린(220)으로 구현될 수 있지만, 회절 효율(회절 및 투과된 차수의 비율)은 일반적인 얇은 홀로그램의 경우와 마찬가지로, 100퍼센트 이하이다. 회절 효율이 100퍼센트에 훨씬 미치지 못하면, 관찰자는 스크린을 통해 유리 면을 통하는 것처럼 보게 될 것이며, 스크린의 뒤에 위치한 실제 물체를 보게 될 것이다. 또한, 사용자는 프로젝터로부터 나오는 수직으로 확산된 광빔 L_e도 보게 될 것이다. 가상의 3D 물체를 실제 물체와 조합하여, 혼합된 실제 화면을 만드는 것이 가능하고, 또한, 밝고 가벼운 캐릭터를 이용하여, 상점의 윈도우와 다른 공중의 디스플레이에 사용될 매우 강력한 광고 도구가 될 것이다.

도 36a는 도 35에 도시된 장치의 측면을 나타낸다. 스크린(720)은 입사 광빔 L_d의 산란에, 회절을 통한 추가의 편향을 부가할 수 있지만, 관찰자(O)는 스크린 조사 시스템(750), 즉 프로젝터로부터 도달하는 직접 방사 빔 L_e(제로 차수)는 보지 못하고, 산란되고 회절된 빔 L_e ^scatter만을 보게 될 것이다.

상기와 관련하여 확산기 스크린은, 증기 또는 높은 속도의 공기 흐름과 같이, 물질의 층류의 확장된 표면에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 36b는 산란하는 확산 스크린(720)와 유사한 기능을 할 수 있는 소위 포그 스크린(fog screen)(820)(공지되어 있음)을 나타낸다. 이 구성은, 스크린 조사 시스템(850)이 천장의 바로 아래와 같이 눈에 잘 띄지 않는 위치에 배치될 수 있으며, 관찰자가 자신의 소스를 식별하며 영상을 통해 작업할 수 있을 때에, 3D 영상을 이용하여 더욱 놀라운 효과를 달성할 수 있다.

도 45에 도시된, 투명하고 얇은 3D TV 세트 또는 모니터형 3D 디스플레이가 실시예가 될 수 있다. 모듈(145)에 의해 급경사 각도 아래의 바닥으로부터 조사되는 투명 스크린(720)을 이용함으로써, 3D 디스플레이를 통한 보디레스(body-less)를 구현할 수 있다.

윈드쉴드에 부착된 투명 스크린은 자동차 조정실에서 드라이버를 위한 헤드업 디스플레이(HUD-s)로서 이용될 수 있다. 도 46의 실시예는, 스크린(720)과 모듈(145)의 가능한 구성을 나타내고 있으며, 드라이버는 종래 기술에서 알려져 있는 바와 같이, 공간에 투사된 2D 평면 영상보다 더 많은 정보를 제공할 수 있는, 실제 3D로 된 중요한 교통 및 안전 정보를 볼 수 있다.

도 38은, 격자의 회절 패턴과 유사한, 각도상으로 규칙적인 회절 또는 굴절 특성을 갖는 스크린(920')을 나타낸다. 이러한 방식으로, 스크린(920')은 각각의 입사 광빔 L_d를 다중의 방사 광빔 L_e로 분리하며, 도면에서는 -1, 0, +1의 차수로 나타내고 있다. 분리된 방사 광빔은 회절 구조에 따라 다중의 방사 방향으로 향하게 된다. 각도 β의 편향을 갖는 스크린(920')을 이용하는 것이 바람직하다. 실질적으로 이웃하는 회절 차수 사이의 각도는 모듈(145)의 수만큼 승산된 이웃하는 입사 광빔 L_d(그리고 이웃하는 방사 광빔 L_e) 사이의 각도 γ보다 더 크다. 한편, 이웃하는 회절 차수, 즉 번들의 방출 광빔 L_e는 서로 접한다.

투과형 스크린(920') 대신에 반사형 스크린(920)이 사용되는 경우에도 도 37에 도시된 동일한 효과가 적용되지만, 스크린(920)은 규칙적인 회절 또는 반사 특성을 가지므로, 광을 다중의 방향으로 향하게 하는 선택적인 방향이 가능하다. 모듈(145)은 앞서 언급한 버전에서 도시한 것과 유사하다.

이에 의하면, 도 37은 3D 디스플레이 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 구성은 스크린(920)을 구비한다. 기술한 바와 같이, 스크린(920)의 특성은 격자의 회절 패턴과 유사한 규칙적인 발산을 제공하는 것이다. 이러한 방식에서, 스크린(920)은 각각의 입사 광빔 L_d를 다중의 방사 광빔 Le로 분리시키며, 도 37의 5개의 존에는 5개의 방사 광빔 L_e ^-2, L_e ^-1, L_e ⁰, L_e ⁺¹, L_e ⁺²가 있다. 분리된 방사 광빔은 회절 구조에 따라 다중의 수평 방사 방향으로 향하게 되며, 의자(925)에 앉아 있는 각각의 관찰자는 비교적 작은 관찰 각도로부터 3D 영상을 인식할 수 있지만, 그외의 경우에는 모든 관찰자가 동일한 영상을 볼 수 있다. 극장에서, 의자에 앉은 사 람들은 다소 작은 영역을 차지하고 있으며, 이들의 이동도 제한되어 있으므로, 모든 광빔 L_e를 그 위치에 집중시키는 것이 가능하다. 이것은 기본적으로 독립적인 광빔 L_d의 소정 개수를 분배시키는 것이므로, 그 위치에 매우 높은 각도 분해능을 제공함으로써, 매우 높은 3D 화질을 허용하면서, 동일한 3D 화면을 더 많은 관찰자에게 제공할 수 있다. 이것들은 가정용 극장 장비 또는 룸 장비에서의 통상적인 필요 사항이다.

도 40 내지 44는 다양한 모듈 스크린 배치 또는 구성을 나타낸다. 예를 들어, 모듈은 리어 프로젝션(도 40, 41 참조) 또는 프론트 프로젝션(도 42 및 43 참조) 구성으로 정렬될 수 있다. 리어 프로젝션 구성은, 스크린(120)이 투과형이며, 모듈이 스크린의 뒤에 있으며, 광빔 L_d가 뒤쪽에서 스크린을 때림으로써, 영상에 음영이 생기게 하지 않으면서 관찰자가 앞으로 가까이 갈 수 있다는 장점을 가진다. 프론트 프로젝션 구성은, 모듈(145)이 관찰자가 위치한 쪽에서 스크린 쪽으로 투사하는 것으로서(따라서, 모듈은 통상 관찰자의 위에 있으며, 도 42 및 43에서 모듈은 관찰자보다 스크린 쪽에 더 가깝게 있다), 관찰자는 공간을 덜 필요로 한다. 이 구성에서, 스크린은 통상 반사형이다. 예를 들어, 도 42의 스크린(620)은 미러형의 반사 표면이며, 이러한 스크린(620)은 미러가 뒷면에 있는 투과형 스크린(120)을 가짐으로써 얻을 수 있다. 도 43의 스크린(620)은, 광빔의 수평 요소에 대해서는 재귀반사 특성을 갖지만, 수직 요소에 대해서는 정상적인 반사 특성을 갖는 반재귀반사형(semi-retroreflective) 미러이다.

스크린(120')은 광빔 L_d의 방향을 그 입사 각도에 따라 스크린의 대향 측면에 있는 대칭점까지 대칭적으로 재설정하는 재귀 투과형 스크린이다. 도 41을 참조하라. 이러한 스크린(120')은 요구되는 확산 특성을 보장하기 위해 정상적인 확산기를 이용하여 2개의 렌즈형 광학 표면으로 구현될 수 있다.

특별한 각도 특성을 갖는 이러한 굴절, 반사/투과 확산형 스크린은, 홀로그래픽 스크린, 마이크로렌즈 스크린, 렌즈형 스크린, 재귀반사형 스크린, 굴절 또는 회절 확산기 스크린, 프레넬 렌즈 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 3D 디스플레이 장치는 이러한 확산기 스크린을 구비할 수 있으며, 전방으로 향하는 광빔의 기본적인 방향을 변경하기 위한 굴절 특성을 나타낸다. 도 44는, 스크린(120)이 수평 방향뿐만 아니라 수직 방향에서의 굴절 특성을 나타낼 수 있는 것을 보여주고 있다. 도 44의 실시예에서, 스크린(120)은 프레넬 렌즈(122)로 구현된다.

바람직한 변형예로서, 스크린 및 모듈은 수평으로는 대칭적이며 수직으로는 비스듬한 구성으로 정렬되어 있다. 이러한 구성은 도 35 및 도 36a에 도시되어 있으며, 프레넬 렌즈 또는 프리즘 어레이와 같은 굴절 수단에 의해 광을 중심 영역으로 향하게 하면, 효율을 높일 수 있으며, 등질의 조사를 달성하는데 도움이 될 수 있다.

다른 실시예가 도 39에 비축(off-axis) 구성에 대해 도시하고 있으며, 그 수 평 배치가 도시되어 있다. 모듈(145)의 2개의 그룹이 테이블의 아래 쪽에 라인 상에 배치되어 있으며, 테이블의 최상단은 스크린(220)이다. 양쪽의 관찰자는 반대 쪽에서 모듈(145)로부터 관찰자 쪽으로 나오는 광빔 L_e을 볼 수 있다. 관찰자가 반대 쪽에서 보는 3D 화면은, 이들 각각은 상이한 모듈로부터 상이한 광빔을 보게 될 것이기 때문에, 동일한 스크린 표면상에서 동일하거나 전혀 상이할 수 있다. 수평 구성은 사각형과 원형으로 구현될 수 있다. 일련의 모듈을 스크린의 아래에 배치함으로써 몇 개의 단계에서 수직 변위(vertical parallax)를 도입하는 것이 가능하며, 물론 더 큰 스크린 확산 각도가 상관관계를 가져야 한다. 이러한 3D 벤치는 최적으로 사용될 수 있는데, 지질 탐사, 조경 시뮬레이션, 3D 게임과 같은 수평의 캐릭터 3D 데이터가 바람직하게 처리될 수 있다.

도 51 및 52는 3D 디스플레이 장치의 실시예에 관한 데이터 제어 시스템의 기본적인 블록도를 나타낸다. 이 블록도는, 일반 제어 유닛(740) 내의 중심 제어부(741), 입력 인터페이스(754)를 통해 3D 영상 데이터의 입력을 제어할 수 있으며, 프로젝터 인터페이스(746)를 통한 모듈(145)에의 공급을 감시하는 전용 소프트웨어를 이용하는 강력한 마이크로프로세서를 구비한다. 중심 제어부(741)는 도 47 내지 도 50과 관련하여 아래 설명되는, 온도 센서 또는 영상 캡쳐 디바이스와 같은, 다양한 센서(744)와 모듈(145)용의 쿨링 시스템(742)의 정확한 기능 수행을 감시할 수 있다. 제어 시스템(740)은 UPS(756)를 구비할 수 있다.

모듈 내의 2차원 디스플레이 유닛과 프로젝터에 제공되는 상이한 영상은 외부 소스로부터 모듈로 제공될 수 있다. 이것은 예컨대 3D 비디오 풋에이지(3D video footage)를 구비한 경우에 해당할 것이다. 그러나, 많은 장치에서, 통상적으로 CAD 장치에서, 영상은 미리 저장되지 않으며(이것은 매우 많은 양의 데이터를 저장 및 채널화하는 것이 요구된다), 도시된 3D 물체의 정의만이 제어 시스템(740)에 제공될 뿐이다. 정의 데이터, 통상적으로 표준 3D 모델 또는 OpenGL 스트림이 제어 시스템(740)으로부터[또는 입력 인터페이스(745)로부터 직접] 렌더 클러스터(748)에 입력된다. 이 렌더 클러스터는 모듈(145) 내의 각각의 디스플레이에 대한 적절한 영상 데이터를 실시간으로 산출한다. 이들 영상 데이터는 적절한 렌더 클러스터 인터페이스(752)를 통해 모듈(145)에 입력되며, 이 랜더 클러스터 인터페이스는 ATI 또는 nVidia와 같은, 표준 고성능 3D 그래픽 카드가 될 수 있다. 렌더 클러스터(748)는, 물체 정의로부터, 모듈(145) 내에서 2차원 디스플레이 상에 표시될 영상을 생성한다. 데이터 생성 동안, 렌더 클러스터(748)는, 교정 데이터에 따라, 영상 데이터의 필요한 변경을 고려할 수 있으며, 그 생성에 대하여 이하에 설명한다.

렌더 클러스터(748)는 매우 짧은 시간 내에 많은 계산을 수행하는 경우가 많기 때문에, 컴퓨터 시스템(740)을 컴퓨터 클러스터로 구현할 것이 예상된다. 이러한 클러스터가 도 52에 개략적으로 도시되어 있다. 클러스터 내의 개별의 랜더링 PC-s(842)(개인용 컴퓨터)는 개별의 클러스터 관리 PC(840)에 의해 제어된다. 사실상, PC에 기반을 둔 클러스터는, 도 51에 도시된 랜더 클러스터(748)의 기능을 수행할 것이다.

특히 바람직한 실시예에서, 3D 디스플레이 장치는, 모듈(145)의 광학 시스템의 교정을 수행하기 위한 수단을 구비하는 제어 시스템(740)을 포함한다. 이 교정 수단의 특징에 대하여 도 47 내지 도 50을 참조하여 설명한다.

3D 디스플레이 장치는, 상기 설명한 하드웨어적인 요소에 추가하여, 카메라(800) 등의 광학 영상 검출기 디바이스를 구비할 수 있다. 이 광학 영상 검출기 디바이스는 하나 이상의 모듈(145)로 된 광학 시스템에 의해 생성되는 영상을 검출할 수 있다. 카메라(800)는 제어 시스템(740)에 접속된다. 제어 시스템(740)은 카메라를 제어하며, 카메라(800)에 의해 캡처된 영상을 평가하기 위한 적절한 소프트웨어를 포함한다.

모듈(145)의 교정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 선택된 2차원 테스트 영상은 몇 개의 바람직한 각각의 모듈(145)에 의해 생성된다. 예를 들어, 테스트 영상(802)는, 심플 크로스 또는 이와 유사한 공지된 테스트 영상이 될 수 있으며, 패턴 인식 소프트웨어에 의해 용이하게 식별가능하다. 제어 시스템(740)은, 모듈로 하여금 테스트 영상(802)를, 예컨대 테스트 그리드(803)상에 잘 규정된 위치에 투사하도록 한다. 테스트 그리드(803)는, 스크린(120)에 물리적으로 부착되거나, 카메라 영상로부터 산출될 수 있다. 제어 시스템(740)은 생성된 테스트 영상(802)을 영상 검출 디바이스, 즉 도시된 실시예에서는 카메라(800)를 이용하여 검출할 수 있다. 제어 시스템은 검출된 영상을 평가하기 위한 적절한 소프트웨어를 포함한다. 이 소프트웨어는 투사된 테스트 영상(802)의 본래의 위치를 검출하며 본래의 위치와 공칭 위치 사이의 차이를 판정한다. 이러한 차이에 기초하여, 교정 소프트 웨어는 관련 모듈에 대한 교정 데이터를 생성한다. 공칭 위치는 테스트 영상의 투사 위치를 이론적으로 보정한다. 교정 데이터에 기초하여, 제어 시스템 또는 렌더 클러스터는 투사 위치에서의 필요한 변경을 수행할 것이며, 실시간으로 투사되는 영상 데이터에 대한 사전왜곡(predistortion)을 수행할 것이다. 투사 위치는, 투사 광학장치를 기계적으로 조정할 수 있다고 하더라도, 모듈 내의 2차원 디스플레이상의 2차원 영상을 변환함으로써 변경하는 것이 바람직하다. 소프트웨어 방법이 바람직하다.

위치 에러와 영상 왜곡은 유사한 방법으로 보정될 수 있다. 도 48은 테스트 모드에서 모듈(145)이 스크린(120)상의 그리드 등의 테스트 패턴(804)을 투사하도록 지시받은 것을 나타낸다. 테스트 패턴(804)은 카메라(800)에 의해 검출되며, 테스트 패턴의 형상이, 이론적으로 에러가 없는 테스트 영상(806)의 미리 정해진 지점에 대한 차 Δ(Δx, Δy)를 판정함으로써 분석된다. 이러한 차의 판정은 적절한 교정 소프트웨어에 의해 수행된다.

교정 데이터를 얻었으면, 랜더 클러스터(748) 또는 중심 제어기(741)가 프로젝터 인터페이스를 통해 모듈(145)에 입력되는 데이터를 변경시킨다. 이것은, 영상 데이터를 "역왜곡" 변환시킨다는 것을 의미하며, 이러한 역왜곡 변환은 광학적 왜곡을 상쇄시키는 것이다. 그 결과, 모듈(145)은, 도 49에 도시된 바와 같이, 왜곡이 거의 없는 영상(806)을 스크린에 투사시키게 될 것이다.

교정 데이터는 각각의 모듈(145)에 저장된다. 정상적인 동작 동안, 렌더 클러스터(148)는 교정 데이터에 기초하여, 모듈(145)의 입력 데이터를 변경하고, 이 변경된 영상 데이터를 프로젝터 또는 모듈(145)에 전달한다.

비디오 영상의 경우, 대응하는 교정 데이터에 의한 모듈의 입력 데이터의 변경과, 변경된 영상 데이터를 모듈 내에서 프로젝터 또는 2D 디스플레이에 전달하는 것은 실시간으로 수행된다. 이론적으로, 실제의 투사를 수행하기 전에, 비디오 데이터 열의 교정을 미리 수행하는 것도 가능하지만, 대량의 데이터를 저장할 필요가 있으므로 실용성이 떨어진다.

도 50a 및 50b는 상이한 모듈(145)로부터 방출되어 스크린에 입사하는 광빔이 미리 정해진 강도로 스크린(145)의 미리 정해진 지점을 때리는 것을 보장할 수 있는 매우 유사한 교정 과정을 나타낸다. 도 50a에서, 모듈(145)은 서로 이격된 조사된 열(808)을 투사한다. 열(808)은 카메라(800)에 의해 검출되며, 휘도에 대한 교정 소프트웨어에 의해 해석된다. 상대적인 휘도 또는 강도 데이터가 교정 데이터에 포함되며, 교정 데이터는 교정 데이터 메모리(758)에 저장될 수 있다(도 51 참조). 바람직하게, 교정 데이터는 각각의 모듈에 대해 개별적으로 생성 및 저장된다. 이러한 방식에서, 교정 소프트웨어는 광학적 결함, 왜곡, 형상적 불일치, 모듈(145)의 광학 시스템 사이의 휘도/콘트라스트 차를 보상할 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 일반적으로, 교정은 모듈 내의 왜곡과 모듈 간의 차에도 적용될 것이다. 교정을 적절하게 하면, 해상도, 3D 영상에서의 더 깊은 디테일을 위한 해상도를 크게 증가시키고, 최종적인 영상에 제시되는 모든 비균질 특성을 계수에 의해 균일하게 한다. 3D 영상을 평행하게 생성하는 경우, 모든 모듈이 완벽한 3D 화면을 구축에 동시에 작용하면, 이러한 모든 시스템을 가시화하기 위해 교정이 반드시 필요하다. 본 발명은 이러한 3D 시스템의 화질을 향상시키는 방법과 이러한 3D 시스템의 능력을 완전하게 발휘하도록 하는 방법을 나타낸다.

본 발명은 도시되고 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 다른 요소, 개선 사항 및 변형은 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들어, 모듈 내의 광학 투사 시스템은 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 모듈과 스크린의 배치구성은 다양한 변형이 가능하다.

Claims

a. 각도에 좌우되는 확산 특성을 가지며, 방향을 선택하여 광을 보내는 스크린;

b. 상기 스크린의 복수의 포인트에 입사하는 복수의 광빔을 생성하는 복수의 광빔 생성 모듈로서, 상기 복수의 광빔 생성 모듈은 상기 스크린의 각각의 포인트가 복수의 광빔 생성 모듈에 의해 조사되도록 배치되고, 상기 복수의 광빔 생성 모듈 중 하나의 광빔 생성 모듈에 의해 생성된 입사 광빔은 상기 하나의 광빔 생성 모듈로부터 상기 스크린을 향하는 복수의 상이한 방향으로 투사되고, 하나의 광빔 생성 모듈에 의해 생성되어 복수의 상이한 방향으로 투사되는 입사 광빔은 상기 스크린으로부터 상이한 방출 방향을 향해 보내지는, 상기 복수의 광빔 생성 모듈과,

각각의 입사 광빔을, 하나의 광빔 생성 모듈에서의 단일 영상 포인트의 영상 정보로 부호화하는 수단을 포함하며,

관찰자에 의해 인지되는 3D 영상이 상기 복수의 광빔 생성 모듈에 의해 생성되는, 스크린 조사 시스템;

c. 상기 복수의 광빔 생성 모듈을 제어하기 위한 제어 시스템; 및

d. 상기 스크린을 투과하거나 또는 상기 스크린에서 반사되는 방사 광빔에 방사 발산을 제공하며, 상기 방사 발산의 측정치는, 상기 관찰자에 의해 관찰되는 3D 영상에 있어서 실질적으로 연속적인 움직임 변위(motion parallax)를 제공하도록, 광학적으로 이웃하고 있는 상기 복수의 광빔 생성 모듈에 관련된 서로 이웃하고 있는 방출 방향 간의 각도에 대응하는, 방사 발산 제공 수단

을 포함하는 3D 영상 디스플레이 장치로서,

상기 복수의 광빔 생성 모듈은 상기 스크린의 포인트를 향하여 수렴시키는 수렴부로 입사 광빔을 생성하는 영상화 수단을 더 포함하며, 상기 입사 광빔의 수렴이 상기 스크린을 빠져나오는 광빔의 방사 발산과 실질적으로 동등한,

3D 영상 디스플레이 장치.
a. 각도에 좌우되는 확산 특성을 가지며, 방향을 선택하여 광을 보내는 스크린;

b. 상기 스크린의 복수의 포인트에 입사하는 복수의 광빔을 생성하는 복수의 광빔 생성 모듈로서, 상기 복수의 광빔 생성 모듈은 상기 스크린의 각각의 포인트가 복수의 광빔 생성 모듈에 의해 조사되도록 배치되고, 상기 복수의 광빔 생성 모듈 중 하나의 광빔 생성 모듈에 의해 생성된 입사 광빔은 상기 하나의 광빔 생성 모듈로부터 상기 스크린을 향하는 복수의 상이한 방향으로 투사되고, 하나의 광빔 생성 모듈에 의해 생성되어 복수의 상이한 방향으로 투사되는 입사 광빔은 상기 스크린으로부터 상이한 방출 방향을 향해 보내지는, 상기 복수의 광빔 생성 모듈과,

각각의 입사 광빔을, 하나의 광빔 생성 모듈에서의 단일 영상 포인트의 영상 정보로 부호화하는 수단을 포함하며,

관찰자에 의해 인지되는 3D 영상이 상기 복수의 모듈에 의해 생성되는, 스크린 조사 시스템;

c. 상기 복수의 광빔 생성 모듈을 제어하기 위한 제어 시스템; 및

d. 상기 스크린을 투과하거나 또는 상기 스크린에서 반사되는 방사 광빔에 방사 발산을 제공하며, 상기 방사 발산의 측정치는, 상기 관찰자에 의해 관찰되는 3D 영상에 있어서 실질적으로 연속적인 움직임 변위(motion parallax)를 제공하도록, 광학적으로 이웃하고 있는 상기 복수의 광빔 생성 모듈에 관련된 서로 이웃하고 있는 방출 방향 간의 각도에 대응하는, 방사 발산 제공 수단

을 포함하는 3D 영상 디스플레이 장치로서,

상기 복수의 광빔 생성 모듈은, 추가의 발산을 제공하는 상기 스크린의 포인트를 향해 수렴시키는 수렴부로 입사 광빔을 생성하는 영상화 수단을 더 포함하며,

상기 스크린에 의해 제공된 발산 각도가 광학적으로 이웃하고 있는 복수의 광빔 생성 모듈과 관련된 서로 이웃하는 방출 방향 간의 각도보다 더 작은,

3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

각각의 입사 광빔과 관련된 스크린 포인트 상에 별도의 입사 광빔을 집속시키는 수단을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 입사 광빔의 상기 수렴부의 수렴 각도는 서로 이웃하는 복수의 광빔 생성 모듈과 관련된 서로 이웃하는 방출 방향 간의 각도에 실질적으로 대응하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 입사 광빔의 상기 수렴부의 수렴 각도는, 광빔 생성 모듈의 상기 영상화 수단의 방사 개구 및 광빔 생성 모듈의 상기 영상화 수단의 초점 거리에 의해 결정되는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,

상기 방사 개구는 광빔의 상기 수렴부의 불균일한 광 강도 분포를 보상하기 위해 소정의 형상을 갖는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

이웃하는 입사 광빔은 적어도 부분적으로 중첩하며, 각각의 광빔의 중첩 영역은 중앙의 광빔의 각도 강도 분포의 통상적인 값 미만의 강도를 갖고, 이로써 2개의 이웃하는 광빔의 그 결과의 중첩 강도가 상기 통상적인 값에 실질적으로 대응하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 서로 이웃하는 입사 광빔이 가장자리 영역에서 서로 맞닿는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 서로 이웃하는 입사 광빔 사이에 비조사되는 갭(non-illuminated gap)이 있는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 방사 광빔은 수직 방향을 따르는 발산이 수평 방향을 따르는 발산과는 상이한, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

적어도 한 방향을 따라 상기 방사 광빔에 발산을 제공하는 확산기 스크린을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제9항에 있어서,

추가의 수평 발산을 제공하는 확산기 스크린을 더 포함하며, 상기 확산기 스크린의 확산 각도는 서로 이웃하는 방출 방향 간의 각도와 상기 입사 광빔의 수렴 각도의 차에 실질적으로 동등한, 3D 영상 디스플레이 장치.
제11항에 있어서,

상기 스크린의 수직 확산은 그 스크린의 수평 확산보다 더 큰, 3D 영상 디스플레이 장치.
제11항에 있어서,

동일한 물리적인 특성을 갖는 스크린 포인트가 균일한 스크린을 형성하며, 상기 확산기 스크린의 각각의 포인트는 각도에 따라 주기성을 나타내는 회절 또는 굴절 특성을 가지며, 여기서 확산 각도는 회절 또는 굴절에 의해 생성된 편향 각도보다 더 작은, 3D 영상 디스플레이 장치.
제11항에 있어서,

상기 확산기 스크린은 또한 입사 광빔의 입사 위치에 따라 포워딩된 광빔의 주방향을 수정하기 위해 굴절 특성을 나타내는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제11항에 있어서,

상기 확산 스크린은 홀로그래픽 스크린, 마이크로렌즈 스크린, 렌티큘러(lenticular) 스크린, 역반사 스크린, 굴절성 또는 회절성 확산기 시트, 프레넬 렌즈, 이들의 임의의 조합, 또는 물질의 라미너 흐름(laminar flow)에 의해 생성된 표면 중의 임의의 것을 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제11항에 있어서,

상기 확산 스크린은 그 표면이 평면 또는 곡선인, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 복수의 광빔 생성 모듈은 곡선을 따라 실질적으로 수평 평면으로 주기적으로 배열되거나, 또는 복수의 수직 시프트된 형태로 실질적으로 수평 곡선으로 주기적으로 배열되며, 상기 복수의 광빔 생성 모듈은 수직 변위 정보없이도 2D 영상을 투사하도록 배열되는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스크린 및 상기 복수의 광빔 생성 모듈은 정면 투사 구조 또는 배면 투사 구조로 배열되는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스크린 및 상기 복수의 광빔 생성 모듈은 수평적으로는 대칭을 이루고 수직적으로는 사선을 이루는 구조로 배열되는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제20항에 있어서,

상기 스크린은 입사 광빔의 일부를 확산시키지 않고 투과시키는 부분 확산 특성을 갖는 투명 스크린인, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

각각의 상기 복수의 광빔 생성 모듈은 비디오 프로젝터, 데이터 프로젝터, 비디오 프로젝터 광학 엔진, RPTV(배면 투사 TV) 광학 엔진, LED 프로젝터, 레이저 프로젝터 등으로서 실시되는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 복수의 광빔 생성 모듈은,

투과 또는 반사 모드 LC, LCOS, FLCOS 마이크로디스플레이, LED 또는 OLED 디스플레이, DMD 칩, 미소 기계 격자(GEMS, GLV), 또는 기타 라이트 밸브 매트릭스(light valve matrix) 등의 2차원 디스플레이; 및

상기 2차원 디스플레이의 개개의 화소를, 스크린 상에 상을 맺도록 하는 광학 시스템을 더 포함하는,

3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 복수의 광빔 생성 모듈은 2차원 디스플레이에 광각의 조사(wide angle illunimation)를 제공하는 조사 수단을 더 포함하며,

상기 조사 수단은,

광원과,

상기 광원의 광을 상기 2차원 디스플레이 상에 투사하는 광학 투사 수단을 포함하는,

3D 영상 디스플레이 장치.
제24항에 있어서,

상기 광원은 열과 행을 갖는 어레이로 배열된 LED 또는 LED 칩을 포함하며, 동일한 컬러를 갖는 LED 또는 LED 칩은 방사 구멍(exit pupil)에서 상이한 수평 위치에 각각 관련된 행으로 배열되는 한편, 상이한 컬러의 LED 또는 LED 칩은 방사 구멍에서 실질적으로 동일한 수평 위치에 관련된 열로 배열되는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제24항에 있어서,

상기 조사 수단은 3원색(three different primary colour)의 LED 혹은 LED 칩, 또는 3가지 이상의 상이한 컬러 필터 세그먼트를 갖는 컬러 휠(colour wheel)을 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

복수의 모듈을 단일의 기계적 유닛으로서 포함하는 3D 광학 엔진을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스크린으로부터 떨어진 포인트에 3D 영상을 교차시키는 추가의 영상화 광학장치를 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제28항에 있어서,

광빔을 복수의 기하학적으로 제어된 내부 전반사를 통해 상기 스크린으로 지향시키기 위해, 주변 대기보다 더 높은 굴절율을 갖는 물질로 구성된 광 도파로를 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

실질적으로 수평의 스크린 및 상기 스크린의 큰 각도 확산의 방향을 가로질러 배열된 적어도 한 그룹의 광 투사 모듈의 행을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제어 시스템은 컴퓨터 클러스터(computer cluster)를 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제어 시스템은 상기 복수의 광빔 생성 모듈의 광학 시스템의 교정을 수행하는 수단을 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제32항에 있어서,

상기 교정을 수행하는 수단은 저장된 교정 데이터에 따라 상기 복수의 광빔 모듈 내의 디스플레이에 대한 3D 영상 데이터 입력을 수정하도록 구성되며, 상기 교정 데이터는 최종의 3D 영상의 기하학적 왜곡, 오정렬 또는 휘도 불균일성을 보상하기 위해 사용될 수 있고, 투사된 물리적인 영상을 에러가 없는 이론적인 투사 영상을 따르도록 정정하기 위해 사용될 수 있는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 복수의 광빔 생성 모듈의 각각의 광학 시스템에 대한 교정 데이터를 생성하는 수단과, 상기 복수의 광빔 생성 모듈의 각각의 상기 광학 시스템에 관련된 상기 교정 데이터를 저장하는 메모리 수단을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제34항에 있어서,

검출된 영상을 평가하며, 검출된 영상과 에러가 없는 이론적인 영상 간의 차를 구하도록 구성되는 소프트웨어 수단을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제34항에 있어서,

하나 이상의 광빔 생성 모듈에 의해 생성된 영상을 검출하는 광학 영상 검출기 기기를 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
a. 복수의 모듈에 의해 복수의 광빔을 생성하고, 방향을 선택하여 광을 투과시키거나 광을 반사 또는 편향시키 위한 스크린 상에 입사시키는 단계;

b. 상기 복수의 모듈의 각각으로부터 생성된 광빔을 상기 스크린의 복수의 상이한 포인트를 향해 투사시키는 단계로서, 상기 스크린의 각각의 포인트는 상이한 모듈에서 각각 생성되어 복수의 방향으로부터 입사하는 복수의 광빔에 의해 조사되며, 상기 스크린의 각각의 포인트로부터 상이한 방출 방향을 향해 광빔을 보내는, 투사 단계;

c. 방출 방향은 상이한 스크린 포인트의 상대적인 위치와 상기 모듈의 위치에 의해 결정되며, 상기 스크린은 입사 광빔에 의해 어드레스될 물리적으로 구분된 포인트없이도 광학적으로 균일한 구조를 가지며,

d. 하나의 모듈에 의해 생성된 광빔이 상기 스크린의 복수의 상이한 포인트를 향해 모듈로부터 복수의 상이한 방향으로 투사되며, 또한 하나의 모듈에 의해 생성된 상이한 입사 광빔이 스크린으로부터 상이한 방출 방향을 향해 보내지며, 모듈이 하나 이상의 방향에 관련되며,

e. 관찰자의 눈에 의해 인지되는 3D 영상의 각각의 화면이 상기 복수의 모듈에 의해 생성되며,

f. 모듈에 의해 생성된 광빔을 모듈의 2D 영상 포인트의 영상 정보로 부호화하여, 방출된 광빔이, 디스플레이된 3D 물체의 포인트의 공간적인 위치를 어드레스하도록 하며, 그 영상는 3D 영상의 2D 화면과는 상이하게 되는, 단계

g. 상기 스크린을 투과하거나 또는 반사되는 입사 광빔에 방사 발산을 제공하는 단계로서, 상기 방사 발산의 측정치가 서로 이웃하는 방출 방향 간의 각도에 대응하는, 단계

를 포함하는 3D 영상 디스플레이 방법으로서,

상기 입사 광빔의 적어도 일부분을 스크린 포인트 상에 집속시키고, 스크린 상에 집속된 입사 광빔의 일부분에 수렴을 제공하는 단계를 더 포함하며, 이러한 수렴은 상기 방사 발산과 실질적으로 동등한,

3D 영상 디스플레이 방법.
제37항에 있어서,

상기 입사 광빔의 수렴 각도는 방사 광빔의 발산 각도보다 더 작으며,

상기 방법은, 상기 입사 광빔의 수렴에 의해 생성된 발산에 추가하여, 상기 방사 광빔에 추가의 발산을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 추가의 발산은 상기 스크린에 의해 생성되고, 상기 방사 광빔의 발산 각도가 상기 스크린 확산의 각도와 상기 입사 광빔의 수렴 각도의 합에 실질적으로 대응하는,

3D 영상 디스플레이 방법.
제37항 또는 제38항에 있어서,

광빔을 상기 스크린의 일부에만 투사하거나, 또는 복수의 광빔을 상기 모듈의 적어도 일부에 의해 상기 스크린 상의 동일한 포인트에 투사하는 단계를 더 포함하는 3D 영상 디스플레이 방법.
제39항에 있어서,

상기 입사 광빔의 각도 강도 분포는, 상기 방사 광빔의 일정 강도 분포 및 이웃하는 방출 방향에 속하는 방사 광빔 간의 균일한 강도 전환을 제공하기 위해, 상기 스크린의 각도 확산 특성의 역상관 함수가 되도록 선택되는, 3D 영상 디스플레이 방법.
제37항에 있어서,

각각의 입사 광빔을 복수의 방사 광빔으로 분할하는 단계, 분할된 방사 광빔을 복수의 방사 방향으로 보내는 단계, 및 각각의 광빔을 분할하여, 각각의 광빔을 이웃하는 방출 방향 간의 각도에 대응하는 발산으로 복수의 방향으로 방향을 선택하여 보내기 위해 상기 스크린의 각각의 포인트의 주기적인 회절 또는 굴절 특성을 갖는 스크린을 채용하는 단계를 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 방법.
제37항에 있어서,

방사 광빔이 수평 방향을 따르는 발산과는 상이한 수직 방향을 따르는 발산을 나타내는, 수평 변위만을 갖는 3D 영상을 생성하는 단계와, 수평 방향에서의 확산 각도보다 더 큰 수직 방향에서의 확산 각도를 갖는 스크린을 이용하는 단계를 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 방법.
제37항에 있어서,

제어 가능한 수렴 각도와 방출 위치를 갖는 입사 광빔을 이용하는 단계와, 수렴 입사 광빔 내의 일부분을 독립적으로 제어하는 단계를 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 방법.
제43항에 있어서,

입사 광빔을 생성하고, 개개의 LED 소스가 열과 행의 어레이로 배열되며, 동일한 컬러의 LED 소스가 행으로 배열되는, 제어 가능한 연장된 광원을 이용하는 단계;

각각의 개개의 LED 소스를 입사 광빔의 상이한 수평 방출 위치와 관련시키는 한편, 상이한 컬러의 LED 소스가 입사 광빔의 동일한 수평 방출 위치에 속하는 열로 배열되는 단계;

LED 어레이의 동일한 열 내의 개개의 LED 소스를 온으로 스위칭하고, 이에 의해 다양한 컬러 또는 필수적으로 단일의 중간 컬러를 발생시키는 단계;

상이한 열의 LED 어레이에 상이한 관찰 방향 정보를 할당함으로써, 인지된 3D 영상의 각도 해상도를 증가시키고 관찰자에 대한 심도의 인지를 증대시키는 단계

를 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 방법.
제32항에 있어서,

상기 교정을 수행하는 수단은 3D 영상 데이터를 구성하는 2차원 영상을 수정하도록 구성된, 3D 영상 디스플레이 장치.
제45항에 있어서,

상기 복수의 광빔 생성 모듈에 2차원 영상을 입력하는 수단; 및

최종의 3D 영상에서 나타나는 기하학적 왜곡, 오정렬 또는 휘도/강도 에러를 보상하기 위해 사용될 수 있고, 투사된 물리적인 영상을 에러가 없는 이론적인 투사 영상을 따르도록 정정하기 위해 사용될 수 있는, 저장된 교정 데이터에 따라, 상기 복수의 광빔 생성 모듈에 의해 투사된 2차원 영상을 수정함으로써 교정을 수행하는 수단

을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제45항에 있어서,

상기 복수의 광빔 생성 모듈의 각각의 광학 시스템에 대한 교정 데이터를 생성하는 수단; 및

상기 복수의 광빔 생성 모듈의 각각의 광학 시스템에 관련된 교정 데이터를 저장하기 위한 메모리 수단을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제47항에 있어서,

하나 이상의 광빔 생성 모듈의 광학 시스템에 의해 생성된 영상을 검출하는 광학 영상 검출기 기기와, 검출된 영상을 평가하는 소프트웨어 수단을 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제48항에 있어서,

상기 소프투웨어 수단은 검출된 영상과 에러가 없는 이론적인 영상 간의 차를 구하도록 구성되는, 3D 영상 디스플레이 장치.
제37항에 있어서,

각각의 상기 모듈로 2차원 테스트 영상을 생성하는 단계;

생성된 테스트 영상을 영상 검출 기기로 검출하는 단계;

검출된 영상을 평가하고, 검출된 영상의 평가에 기초하여 관련 모듈에 대한 교정 데이터를 생성하는 단계;

상기 교정 데이터를 각각의 상기 모듈에 대해 분류하는 단계; 및

상기 교정 데이터에 기초하여 상기 모듈의 입력 데이터를 수정하고, 수정된 2차원 영상 데이터를 상기 모듈에 전송하는 단계

를 더 포함하는 3D 영상 디스플레이 방법.
제50항에 있어서,

상기 모듈의 입력 데이터를 대응하는 교정 데이터를 이용하여 수정하는 것과 수정된 데이터를 모듈 내의 2D 디스플레이에 전송하는 동작이 실시간으로 수행되는, 3D 영상 디스플레이 방법.
제50항에 있어서,

상기 스크린에 입사하는 상이한 모듈로부터 방출된 광빔이 소정 강도로 상기 스크린의 소정 포인트를 때리도록 하여, 상기 모듈의 광학 시스템 간의 광학적 불완전성, 왜곡, 기하학적 오정렬, 및 휘도/색도대비차를 보상하도록 하는, 교정 공정을 적용하는 단계를 더 포함하는, 3D 영상 디스플레이 방법.
제1항에 있어서,

확산 스크린이 적어도 2개의 광학 층으로 구성되어, 이 광학 층의 조합에 의해 광학적인 특성을 획득하는, 3D 영상 디스플레이 장치.