KR101598653B1 - 단일 이미징 경로를 사용하여 3차원 이미지 정보를 발생시키는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

관련된 시계를 갖는 단일 이미징 경로를 사용하여 3차원 이미지 정보를 생성하는 방법 및 장치가 개시된다. 상기 방법은, 단일 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분 각각을 통해 제 1 및 제 2 이미지를 선택적으로 수신하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 부분은 시계 내에 제 1 원경 지점을 갖고, 상기 제 2 부분은 상기 시계 내에 제 2 원경 지점을 갖는다. 제 1 및 제 2 이미지는 함께 시계 내에 물체의 3차원 공간 속성을 표현하도록 구성된다. 또한, 상기 방법은, 상기 제 1 및 제 2 이미지를 수신하는 동안 상기 제 1 및 제 2 원경 지점이 변경되도록, 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 단계를 포함하며, 원경 지점 위치의 변경은 대응하는 3차원 공간 속성의 표현의 변경을 제공한다. 상기 방법은, 제 1 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 동안, 제 1 및 제 2 이미지 각각에 관련된 이미지 강조가 일반적으로 균일한 이미지 강도 레벨로 유지되도록, 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분을 통한 전달의 변경을 보상하는 단계를 더 포함한다.

Description

단일 이미징 경로를 사용하여 3차원 이미지 정보를 발생시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING THREE DIMENSIONAL IMAGE INFORMATION USING A SINGLE IMAGING PATH}

본 발명은 일반적으로 3차원 이미지 정보의 발생에 관한 것으로, 특히 단일 이미징 경로를 사용한 3차원 이미지 정보의 발생에 관한 것이다.

이미징은 일반적으로, 신(scene)의 물체에 의해 방출되거나 반사된 복사를 적합한 이미지 센서에서 수신함으로써 신의 표현을 생성하는 것을 포함한다. 이미지화될 수 있는 복사의 일부 예는 가시광선, 적외선 또는 열, 무선 주파수, 음파, 및 초음파를 포함한다.

3차원(3D) 신은, 많은 이미징 시스템들에서 2차원(2D) 이미지 평면(image plane) 상에 맵핑되고(mapped), 보존되지 않는 심도 정보(depth information)를 포함한다. 종래의 카메라는 심도 정보가 보존되지 않아 신을 표현하는 2D 이미지를 생성하는 광학 이미징 시스템의 예이다. 스테리어스카픽 광학 시스템(stereoscopic optical systems)은 서로 다른 원경 지점(perspective viewpoints)으로부터 별도의 이미지들을 생성함으로써, 심도 정보를 나타내는 이미지를 생성할 수 있다. 심도 정보는 예를 들면, 신의 포인트들 간의 3D 계측을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 별도의 이미지들은 사용자의 좌우 눈 각각에서 나타날 수 있어서, 사용자가 이미지에서 나타난 적어도 일부의 심도를 가진 이미지를 인지하도록 할 수 있다. 이로써, 스테리어스카픽 시스템은 실제 신을 바라보는 인간 눈의 동작을 모사하고 공간적으로 분리된 원경 지점을 가진 이미지들을 생성한다. 이미지들은 사용자 각각의 좌우 눈을 향해 공간적으로 분리된 이미지를 투사하기 위해 디스플레이를 동작시킴으로써, 또는 임의의 형상으로 구성된 작동 안경류를 사용하여 보일 수 있다.

스테리어스카픽카 이미징은 3D 내시경이 3D 뷰를 의사에게 제공하기 위해 사용될 수 있는 수술 적용에서 사용된다. 스테리어스카픽카 이미징은 또한 해저 탐사 등에서 원격 작동으로 사용될 수 있고, 예를 들면, 로봇 액추에이터(robotic actuator)의 제어는 액추에이터로부터 멀리 위치한 오퍼레이터에게 3D 이미지 정보를 제공함으로써 가능해진다. 스테리어스카픽카 이미징의 다른 적용은 물리적인 계측 시스템에서, 그리고, 오락 산업계에서 발견될 수 있다.

본 발명은 단일 이미징 경로를 사용하여 3차원 이미지 정보를 발생시키는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 양태에 따라서, 관련된 시계(field of view)를 갖는 단일 이미징 경로를 사용하여 3차원 이미지 정보를 생성하는 방법이 제공된다. 방법은 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분 각각을 통하여 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 선택적으로 수신하는 단계를 포함하고, 제 1 부분은 시계 내에서 제 1 원경 지점을 가지고, 제 2 부분은 시계 내에서 제 2 원경 지점을 가진다. 제 1 이미지 및 제 2 이미지는 함께 시계 내에 물체의 3차원 공간 속성을 표현하도록 구성된다. 방법은 또한 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 수신하는 동안 제 1 원경 지점 및 제 2 원경 지점이 위치가 변경되도록, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 단계를 포함하고, 원경 지점 위치의 변경에 대응하여 3차원 공간 속성의 표현이 변경된다. 방법은 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 동안, 제 1 이미지 및 제 2 이미지 각각에 관련된 이미지 강도가 일반적으로 균일한 이미지 강도 레벨로 유지되도록, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분을 통한 전달의 변경을 보상하는 단계를 더 포함한다.

제 1 이미지 및 제 2 이미지를 선택적으로 수신하는 단계는, 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 이미지 센서에서 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 전달의 변경을 보상하는 단계는, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 줄이는 것에 응답하여, 이미지 센서와 관련된 노출을 증가시키는 단계, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 증가시키는 것에 응답하여, 이미지 센서에 관련된 이득을 감소시키는 단계, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 줄이는 것에 응답하여 이미징 경로를 통과하는 전체 투과도를 증가시키는 단계, 및 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 증가시키는 것에 응답하여, 이미징 경로를 통과하여 전체 투과도를 감소시키는 단계 중 하나를 포함할 수 있다.

제 1 이미지 및 제 2 이미지는 선택적으로 수신하는 단계는 제 2 이미지를 수신하는 동안, 이미징 경로의 제 1 부분을 차단하는 단계, 및 제 1 이미지를 수신하는 동안, 이미징 경로의 제 2 부분을 차단하는 단계를 번갈아 포함할 수 있다.

이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분을 번갈아 차단하는 단계는, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하기 위해, 이미징 경로의 개구 평면(aperture plane)에 인접하여 위치한 차단 소자를 이미징 경로의 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

차단 소자를 이동시키는 단계는 제 1 위치와 제 2 위치 중 하나를 향해 차단 소자를 번갈아 이동시키는 힘을 생성하는 단계, 차단 소자의 위치를 나타내는 위치 신호를 수신하는 단계, 및 차단 소자가 제 1 위치와 제 2 위치 중 하나에서 멈추도록, 위치 신호에 응답하여 힘의 크기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분을 번갈아 차단하는 단계는, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분을 선택적으로 차단하도록, 이미징 경로의 개구 평면에 인접하여 위치한 광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계를 포함할 수 있다.

광학 소자는 복수의 소자들을 포함할 수 있고, 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계는 복수의 소자들 중 제 1 복수의 소자, 및 복수의 소자들 중 제 2 복수의 소자 중 하나를 선택적으로 가동시키는 단계를 포함할 수 있다.

복수의 소자들 각각은 가동 신호를 수신함에 응답하여 가동되고, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 단계는 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하기 위해, 제 1 복수의 소자 및 제 2 복수의 소자 중 다수의 소자들을 선택적으로 변경시키는 가동 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계는, 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분 각각을 통과하는 광을 투과시키기 위해 배치된 투과성 광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계를 포함할 수 있다.

투과성 광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계는, 액정 소자 및 광 밸브(light valve) 중 하나의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계를 포함할 수 있다.

광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계는, 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분 각각을 통과하는 광을 반사하기 위해 배치된 반사성 광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계를 포함할 수 있다.

반사성 광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계는, 복수의 이동 가능한 거울 소자(mirror elements)를 갖는 광 밸브의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계를 포함할 수 있다.

제 1 이미지 및 제 2 이미지를 선택적으로 수신하는 단계는 제 1 이미지 속성을 갖는 제 1 이미지 및 제 2 이미지 속성을 갖는 제 2 이미지를 동시에 수신하는 단계, 및 제 1 이미지 표현 및 제 2 이미지 표현 각각을 생성하기 위해, 제 1 이미지 속성 및 제 2 이미지 속성에 따라서 제 1 이미지와 제 2 이미지를 분리시키는 단계를 포함할 수 있다.

제 1 이미지를 수신하는 단계는 제 1 편광 상태(state of polarization)를 갖는 제 1 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 제 2 이미지를 수신하는 단계는 제 2 편광 상태를 갖는 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 그리고 제 1 이미지와 제 2 이미지를 분리시키는 단계는, 제 1 편광 상태의 복사에 응답하는 제 1 복수의 소자 및 제 2 편광 상태의 복사에 응답하는 제 2 복수의 소자를 가진 센서 어레이(sensor array)에서 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

방법은 제 1 편광 상태를 갖는 제 1 이미지를 생성하는 단계 및 제 2 편광 상태를 갖는 제 2 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

크기를 변경하는 단계는 제어 신호에 응답하여 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

방법은 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

제 1 원경 지점의 위치는 제 1 중심 위치(centroid location)에 의해 정의될 수 있고, 제 2 원경 지점의 위치는 제 2 중심 위치에 의해 정의될 수 있고, 제어 신호를 생성시키는 단계는, 3차원 공간 속성의 표현의 매끄러운 변경(smooth change)을 제공하기 위해, 제 1 중심 및 제 2 중심을 서로에 대하여 일반적으로 일정한 비율(constant rate)로 이동시키는 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

제 1 원경 지점의 위치는 제 1 중심 위치에 의해 정의될 수 있고, 제 2 원경 지점의 위치는 제 2 중심 위치에 의해 정의될 수 있고, 크기를 변경하는 단계는, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를, 제 1 중심 위치 및 제 2 중심 위치가 근접하에 위치하여, 제 1 이미지 및 제 2 이미지가 시계 내에 대부분 2차원 공간 속성을 포함하도록 하는 제 1 크기와, 제 1 중심 위치 및 제 2 중심 위치가 이격되어 위치하여, 제 1 이미지 및 제 2 이미지에 포함된 3차원 공간 속성 정보를 증가시키는 제 2 크기 사이에서 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 단계는 2차원에서 3차원으로의 전이 효과(transition effect)를 생성하기 위해, 제 1 크기에서 제 2 크기로의 매끄러운 전이, 및 3차원에서 2차원으로의 전이 효과를 생성하기 위해, 제 2 크기에서 제 1 크기로의 매끄러운 전이 중 하나를 제공하도록 크기를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

제 1 이미지 및 제 2 이미지를 수신하는 단계는 시계 내의 내용(subject matter)의 시간 변화를 표현하는 복수의 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 순차적으로 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 관련된 시계를 갖는 단일 이미징 경로를 사용하여 3차원 이미지 정보를 생성시키는 장치가 제공된다. 장치는 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분 각각을 통하여 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 선택적으로 수신하는 수단(provisions)을 포함하고, 제 1 부분은 시계 내에 제 1 원경 지점을 가지고, 제 2 부분은 시계 내에 제 2 원경 지점을 가지고, 제 1 이미지 및 제 2 이미지는 시계 내의 물체의 3차원 공간 속성을 표현하도록 구성된다. 장치는 또한 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 수신하는 동안 제 1 원경 지점 및 제 2 원경 지점의 위치가 변경되도록, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 수단을 포함하고, 원경 지점 위치의 변경에 대응하여 3차원 공간 속성의 표현이 변경된다. 장치는 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 동안, 제 1 이미지 및 제 2 이미지 각각에 관련된 이미지 강도가 일반적으로 균일한 이미지 강도 레벨로 유지되도록, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분을 통한 전달의 변경을 보상하는 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 3차원 이미지 정보를 생성시키는 장치를 제공한다. 장치는 관련된 시계를 갖는 단일 이미징 경로를 포함한다. 장치는 또한 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분 각각을 통해 제 1 이미지 및 제 2 이미지가 선택적으로 수신하도록 동작하는 이미지 모듈레이터(image modulator)를 포함하고, 제 1 부분은 시계 내에 제 1 원경 지점을 가지고, 제 2 부분은 시계 내에 제 2 원경 지점을 가진다. 제 1 이미지 및 제 2 이미지는 함께 시계 내의 물체의 3차원 공간 속성을 표현하도록 구성된다. 장치는 또한 이미지 모듈레이터와 통신을 하는 제어기를 포함하고, 제어기는 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 수신하는 동안 제 1 원경 지점 및 제 2 원경 지점의 위치가 변경되도록, 이미지 모듈레이터는 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하도록 하는 신호를 생성하고, 원경 지점 위치의 변경에 대응하여 3차원 공간 속성의 표현을 변경한다. 장치는 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 동안, 제 1 이미지 및 제 2 이미지 각각에 관련된 이미지 강도가 일반적으로 균일한 이미지 강도 레벨로 유지되도록, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분을 통한 전달의 변경을 보상하는 보상기를 더 포함한다.

단일 이미징 경로는 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 이미지 센서에서 생성하고, 보상기는 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 감소시키는 것에 응답하여, 이미지 센서와 관련된 노출을 증가시키는 것, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 증가시키는 것에 응답하여, 이미지 센서와 관련된 노출을 감소시키는 것, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 감소시키는 것에 응답하여, 이미징 경로를 통한 전체 투과도를 증가시키는 것, 및 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 증가시키는 것에 응답하여, 이미징 경로를 통한 전체 투과도를 감소시키는 것 중 하나에 의해 전달의 변경을 보상하도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

이미지 모듈레이터는 번갈아 제 2 이미지를 수신하는 동안, 이미징 경로의 제 1 부분을 차단하고, 제 1 이미지를 수신하는 동안, 이미징 경로의 제 2 부분을 차단하도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

이미지 모듈레이터는 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하기 위해, 이미징 경로의 개구 평면에 인접하여 위치한 차단 소자를 이미징 경로 내의 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동하도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

이미지 모듈레이터는 차단 소자를 제 1 위치와 제 2 위치 중 하나를 향해 번갈아 이동시키는 힘을 생성하는 액추에이터, 차단 소자의 위치를 나타내는 위치 신호를 생성하는 위치 센서를 포함하고, 제어기는 차단 소자가 제 1 위치와 제 2 위치 중 하나에서 멈추도록 위치 신호에 응답하여 힘의 크기를 제어한다.

이미지 모듈레이터는 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖는 광학 소자를 포함할 수 있고, 제 1 영역 및 제 2 영역은 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분을 선택적으로 차단하도록 선택적으로 가동된다.

광학 소자는 복수의 소자들을 포함할 수 있고, 제 1 영역은 제 1 복수의 소자를 포함할 수 있고, 제 2 영역은 제 2 복수의 소자를 포함할 수 있고, 제 1 복수의 소자 및 제 2 복수의 소자는 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하도록 선택된다.

복수의 소자들 각각은 가동 신호를 수신하는 것에 응답하여 가동되고, 3차원 이미지 정보 생성 장치는 모듈레이터 드라이버를 더 포함할 수 있고, 상기 모듈레이터 드라이버는 이미지 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하기 위해, 제 1 복수의 소자 및 제 2 복수의 소자 중 다수의 소자가 선택적으로 변경되도록 가동 신호를 생성한다.

이미지 모듈레이터는, 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분 각각을 통해 광을 투과시키도록 배치된 투과성 광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

이미지 모듈레이터는 액정 소자 및 광 밸브 중 하나를 포함할 수 있다.

이미지 모듈레이터는 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분 각각을 통해 수신된 광을 반사하도록 배치된 반사성 광학 소자의 제 1 영역 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

이미지 모듈레이터는 복수의 이동 가능한 거울 소자를 갖는 광 밸브를 포함할 수 있다.

이미지 모듈레이터는 제 1 이미지 속성을 갖는 제 1 이미지 및 제 2 이미지 속성을 갖는 제 2 이미지를 동시에 수신하고, 제 1 이미지 및 제 2 이미지 표현 각각을 생성하도록, 제 1 이미지 속성 및 제 2 이미지 속성에 따라 제 1 이미지와 제 2 이미지를 분리시키도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

이미지 모듈레이터는 제 1 편광 상태를 갖는 제 1 이미지 및 제 2 편광 상태를 갖는 제 2 이미지를 생성하는 제 1 편광 영역 및 제 2 편광 영역을 가진 편광자(polarizer)를 포함할 수 있고, 제 1 편광 상태의 복사에 응답하는 제 1 복수의 소자 및 제 2 편광 상태의 복사에 응답하는 제 2 복수의 소자를 갖는 센서 어레이를 더 포함할 수 있고, 센서 어레이는 제 1 이미지와 제 2 이미지를 분리시키도록 동작 가능하다.

이미지 모듈레이터는 제어 신호에 응답하여 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

제어기는 제어 신호를 생성하도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

제 1 원경 지점의 위치는 제 1 중심 위치에 의해 정의될 수 있고, 제 2 원경 지점의 위치는 제 2 중심 위치에 의해 정의될 수 있고, 제어기는 3차원 공간 속성의 표현의 매끄러운 변경을 제공하도록, 제 1 중심 및 제 2 중심을 서로에 대하여 일반적으로 일정한 비율로 이동시키는 제어 신호를 생성하도록 실시할 수 있게 구성된다.

제 1 원경 지점의 위치는 제 1 중심 위치에 의해 정의될 수 있고, 제 2 원경 지점의 위치는 제 2 중심 위치에 의해 정의될 수 있고, 이미지 모듈레이터는 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를, 제 1 중심 위치 및 제 2 중심 위치가 근접하게 위치하여 제 1 이미지 및 제 2 이미지가 시계 내에 대부분 2차원 공간 속성을 포함하도록 하는 제 1 크기와, 제 1 중심 위치 및 제 2 중심 위치가 이격되어 위치하여 제 1 이미지 및 제 2 이미지에 포함된 3차원 공간 속성 정보를 증가시키는 제 2 크기 사이에서 변경하도록 실시할 수 있게 구성된다.

이미지 모듈레이터는 2차원에서 3차원으로의 전이 효과를 생성하기 위해 제 1 크기에서 제 2 크기로의 매끄러운 전이, 및 3차원에서 2차원으로의 전이 효과를 생성하기 위해 제 2 크기에서 제 1 크기로의 매끄러운 전환 중 하나를 제공하도록, 크기를 변경함으로써, 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 크기를 변경하도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

이미징 경로는, 시계 내의 내용의 시간 변화를 나타내는 복수의 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 순차적으로 수신함으로써, 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 수신하도록 실시할 수 있게 구성될 수 있다.

첨부된 도면과 함께 이하의 본 발명의 특정 실시예 설명을 참조하면, 본 발명의 다른 양태 및 특징은 통상의 기술자에게 명백하게 드러날 것이다.

본 발명의 실시예들을 제시하는 도면에서,
도 1은 본 발명의 제 1 실시에에 따라서 3차원 이미지 정보를 발생시키는 장치의 상부 개략도;
도 2는 도 1에서 도시된 장치의 이미징 경로의 앞면 개략도;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 3차원 이미지 정보를 발생시키는 광학 이미징 장치의 사시도;
도 4는 도 3의 라인 4 - 4를 따라 절개하여 도시한 광학 이미징 장치의 단면도;
도 5는 도 3에 도시된 광학 이미징 장치에 의해 생성된 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 표현;
도 6은 도 3에 도시된 광학 이미징 장치의 동작을 제어하는 제어기의 블럭도;
도 7은 도 6에 도시된 제어기에 의해 실행된 제어 처리를 나타낸 처리 흐름도;
도 8a-8d는 도 3에 도시된 광학 이미징 장치에 의해 생성된 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 일련의 표현;
도 9는 도 3에 도시된 광학 이미징 장치에서 사용된 액정 모듈레이터의 사시도;
도 10은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 공간 모듈레이터의 개략도;
도 11은 도 10에 도시된 공간 모듈레이터를 제어하는 제어 신호의 그래픽을 나타낸 도면;
도 12는 도 10에 도시된 공간 모듈레이터에 사용되는 액추에이터의 대안적인 실시예의 사시도; 및
도 13은 3차원 이미지 정보를 발생시키는 광학 이미징 장치의 대안적인 실시예의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 3차원 이미지 정보를 생성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치는 일반적으로 도면부호 100으로 개략적인 평면도에 도시된다. 장치(100)는 관련된 시계(104)를 갖는 단일 이미징 경로(102)를 포함하고, 상기 이미징 경로는 이러한 실시예에서 물체(106)를 포함한다. 또한, 장치(100)는, 제 1 이미지 및 제 2 이미지(도 1에서 개략적으로 "A" 및 "B"로 도시됨)가 단일 이미징 경로(102)의 제 1 부분 및 제 2 부분(112 및 114) 각각을 통해 선택적으로 수신되게 하도록 구성되어 작동하는 이미지 모듈레이터(108)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 이러한 실시예에서, 이미징 경로는 원형이며, 제 1 부분 및 제 2 부분(112 및 114)은 각각 일반적으로 원형 분절을 포함한다. 제 1 부분(112)은 제 1 중심점(116)에 의해 표현되는 시계(104) 내의 제 1 원경 지점을 정의한다. 제 2 부분(114)은 제 2 중심점(118)에 의해 표현되는 시계(104) 내의 제 2 원경 지점을 정의한다. 다른 실시예에서, 이미징 경로는 원형이 아닐 수 있다.

또한, 장치(100)는 모듈레이터(108)와 통신하는 제어기(120)를 포함한다. 제어기(120)는 출력부(122)를 포함하되, 상기 출력부는, 모듈레이터(108)가 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분(112 및 114)의 범위를 달라지게 하여, 제 1 원경 지점(116 및 제 2 원경 지점(118)이 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 수신하는 동안 위치를 변경하게 하도록 구성되는 제어 신호를 발생시킨다. 원경 지점(116 및 118)의 위치 변경은 대응하는 변경을 시계(104) 내의 물체(106)의 3차원 공간 속성의 표현에 제공한다.

또한, 장치(100)는 보상기(124)를 포함한다. 보상기(124)는, 제 1 부분 및 제 2 부분의 범위가 달라지는 동안, 이미징 경로(102)의 제 1 부분 및 제 2 부분(112 및 114)을 통한 전달의 변경을 보상하도록 구성되어 작동하여, 제 1 이미지 및 제 2 이미지(A 및 B) 각각에 관련된 이미지 강도는 일반적으로 균일한 이미지 강도 레벨로 유지된다.

제 1 이미지 및 제 2 이미지(A 및 B)는 이미지 평면(126)으로 형성되고, 제 1 이미지 및 제 2 이미지는 함께 물체(106) 및 시계(104) 내의 다른 물체의 3차원 공간 속성을 표현하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 제어기(120)는 또한 입력부(128)를 포함하되, 상기 입력부는 전체적인 시야에서 요구되는 변경에 대한 사용자 입력을 수신하며, 제어기는 사용자 입력부에 대응하여 출력부(122)에서 제어 신호를 발생시키도록 구성되어 작동한다.

일 실시예에서, 이미징 경로(102)는 이미지를 생성하기 위해 광 방사를 수신하도록 구성되는 광 이미징 경로일 수 있다. 광 방사는 적외선, 가시광선 또는 자외선 파장 범위 내의 파장 범위를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 이미징 경로(102)는 음향 주파수, 초음파 주파수 또는 무선 주파수 신호의 수신에 응답하여 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다. 이미지 평면(126)의 이미지는 임의의 다양한 기록 방법 및/또는 미디어를 사용하는 임의의 적합한 이미지 캡처 장치에 의해 캡처될 수 있다. 예컨대, 이미지 캡처 장치는 이미지를 기록하기 위한 감광 필름 또는 CCD(charge coupled device) 어레이를 갖는 스틸 카메라 또는 무비 카메라일 수 있다. 대안적으로, 예컨대, 압전 결정 어레이는 음향 이미징 또는 초음파 이미징을 위해 사용될 수 있고, 안테나 또는 안테나 어레이는 무선 주파수 이미징을 위해 사용될 수 있다.

대안적으로, 단일 이미징 경로(102)는, 이미지 경로를 집합시키기 위해 일반적으로 요구될 수 있는 것 이외에 임의의 특별한 정렬을 필요로 하지 않고 인식되거나 그리고/또는 얻어질 수 있는 3D 정보로부터 A 및 B 이미지를 생성한다. 반대로, 분리된 이미지 경로들 또는 광학적으로 두 개의 서로 이격된 이미지 경로로 나뉘어진 이미지 경로를 사용하는 경우, 중요한 정렬을 위한 과제가 존재하며, 임의의 거울 오정렬은 사용자에게 눈의 피로 또는 다른 불편한 효과를 유발할 수 있다.

광 이미징 실시예

도 3을 참조하면, 3차원 이미지 정보를 생성하기 위한 광 이미징 장치의 실시예는 일반적으로 도면부호 150으로 도시된다. 광 이미징 장치(150)는 단일 이미징 경로(152)를 포함하고, 제 1 렌즈(154) 및 제 2 렌즈(156)를 가지며, 제 1 렌즈(154) 및 제 2 렌즈(156)는 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 시계 내의 물체(158)로부터 광선을 수신하도록 배치된다.

또한, 광 이미징 장치(150)는 복수의 소자(162)를 갖는 LCD 모듈레이터(160)를 포함한다. 각각의 소자(162)는 모듈레이터(160)의 전면 영역(164)의 원주형 부분을 정의하며, 상기 전면 영역(164)은 제 1 이미지를 수신하는 동안 이미징 경로(152)의 제 1 부분(165) 및 제 2 이미지를 수신하는 동안 이미징 경로의 제 1 부분(167)을 번갈아 차단하도록 선택적으로 제어될 수 있다. 또한, 모듈레이터(160)는 복수의 제어 입력부(166)를 포함하며, 각각의 소자(162)는 선택적으로 소자를 동작시키는 동작 신호를 수신하기 위해 관련된 제어 입력부를 갖는다.

광 이미징 장치(150)는 카메라(170)를 더 포함하되, 상기 카메라(170)는 제 3 렌즈(172) 및 카메라(170)의 이미지 평면에 위치하는 CCD 이미지 센서(174)를 갖는다. 카메라는 스틸 카메라 또는 비디오 카메라일 수 있으며, 가시광 또는 비-가시광에 민감할 수 있다. 제 3 렌즈(172)는 모듈레이터(160)에 의해 전달되는 광을 집중시키고, 이미지 센서(174) 상에 이미지를 형성한다. 이미지 센서(174)는 감광 영역(176) 및 하나 이상의 제어 입력부(178)를 포함하되, 상기 제어 입력부(178)는 이미지 캡처와 관련된 센서의 작동을 제어하도록 구성되는 다양한 제어 신호를 수신한다. 일반적으로, 이미지 센서(174)는 감광 소자의 공간적인 어레이를 가지며, 상기 감광 소자의 공간적인 어레이는 소자에 입사하는 광에 비례하여 전하를 축적한다. 전하를 관련된 소자에 입사하는 광을 나타내는 전압 신호로 변환하는 전하 증폭기에, 인접하는 결합된 소자를 통해 전하를 순차적으로 이동시킴으로써, 축적된 전하는 이미지 센서(174)에 의해 판독될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이미지 센서(174)는 CMOS 능동 픽셀 센서 또는 다른 전자 이미지 센서일 수 있다. 대안적으로, 예컨대, 이미지 센서(174)는 35 mm 필름과 같은 감광 필름 유제(emulson)일 수 있다.

이미지 센서(174), 제3 렌즈(172), 액정 모듈레이터(160), 제 1 렌즈(154), 제 2 렌즈(156) 및 카메라(170)는 모두 광 축(180)을 따라 정렬된다.

장치(150)는 도 4에서 단면도로 도시되며, 물체(158) 상의 축으로부터 벗어난 지점으로부터 발산하는 한 번들의 광선 또는 원뿔형 광선(190)에 의해 조명되는 광 경로(152)를 갖는다. 일반적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 광학 시스템을 위해, 광학 소자들 중 하나의 직경은, 광선의 번들(190)이 광학 시스템을 통해 통과하고 이러한 직경이 시스템의 개구를 정의하도록 제한될 것이다. 개구와 물체(158) 사이에 위치하는 광학 표면에 의한 시스템 개구의 이미지는 시스템을 위한 입사 동공(entrance pupil)의 위치 및 범위를 정의한다. 다음으로, 입사 동공은 이미징 경로를 통해 통과할 수 있는 광선의 번들을 정의한다. 이 경우, 제 1 렌즈(154)는 시스템 개구이고, 그에 따라, 또한 입사 동공 및 제 1 렌즈 상에 충돌하는 광선은 이미징 경로(152)를 통해 전달될 것임이 가정될 것이다. 다른 실시예에서, 입사 동공은 렌즈의 구성에 따라, 제 1 렌즈(154)의 전방 또는 후방에 배치될 수 있다.

따라서, 제 1 렌즈(154)로 입사하는 광선의 번들(190)은 제 2 렌즈(156)를 통해 포커싱되고, 모듈레이터(160)의 전면 영역(164) 상에 충돌한다. 모듈레이터(160)의 활성화된 제 1 부분(165)과 같은 부분적인 폐색부(occlusion)가 이미징 경로(152) 내의 시스템 개구 이후에 위치하는 경우, 이미지의 비네팅(vignetting)이 발생한다. 이 경우, 광선의 번들(190) 중 광선(192)은 모듈레이터(160)의 전면 영역(164)의 제 1 부분(165)에 의해 차단되며, 센서(174)의 감광 영역(176)에 도달하지 않는다. 광선의 번들(190) 중 광선(194)은 모듈레이터(160)를 통해 통과하고, 렌즈(172)에 의해 감광 영역(176) 상에 포커싱된다. 비네팅은 센서(174)의 감광 영역(176)에 형성되는 이미지의 전체 조도(illumination)를 감소시킨다. 하지만, 광선(194)이 센서(174)의 감광 영역(176)과 만나기 때문에, 실제 이미지는 센서에서 형성된다. 또한, 모듈레이터에 의해 유발되는 비네팅은 입사 동공에서 화각(angle of view)을 변경하지 않는다.

물체(158)의 다른 지점은 센서(174)의 감광 영역(176) 상에 물체(158)의 제 1 이미지를 생성하도록 유사하게 이미지화될 것이다. 도 4에 도시된 비네팅 조건 하에서 광 이미징 장치(150)에 의해 생성되는 제 1 이미지는 도 5에서 일반적으로 도면부호 200으로 도시된다. 이미지(200)는 중심점(도 1에 도시됨)에 의해 표현되는 우측 원경 지점에 대응한다. 마찬가지로, 제 1 부분(165)이 광을 전달하게 하도록 모듈레이터(160)에 제어 신호를 제공하는 반면에, 광을 차단하도록 모듈레이터(160)의 반대 측 상에서 복수의 소자(162)를 제어함으로써, 제 2 이미지(202)(도 5에 도시됨)는 장치(150)에 의해 생성된다. 제 2 이미지(202)는 중심점(184)(도 1에 도시됨)에 의해 표현되는 좌측 원경 지점에 대응한다.

제 1 이미지 및 제 2 이미지(200 및 202)는 함께 시계 내에 물체의 3차원 공간 속성을 나타내는 정보를 포함한다. 예컨대, 우측 눈을 사용하여 이미지(200)를 관측하고 좌측 눈을 사용하여 이미지(202)를 관측하는 사용자는 사용자가 직접적으로 물체를 관측하는 경우 지각할 수 있는 것과 유사한 깊이 효과를 인식할 수 있을 것이다.

제어기

광 이미징 장치(150)의 작동을 제어하는 제어기는 도 6에서 도면부호 220으로 도시된다. 제어기(220)는 펄스 트레인(pulse train)을 일반적으로 포함하는 동기화 신호(SYNC)를 생성하는 출력부(222)를 포함한다. 출력부(222)는 이미지 센서(174)에서 캡처된 이미지를 동기화하기 위해 이미지 센서 입력부(178)와 통신한다. 또한, 제어기(220)는 이미지 강도 보상을 제어하기 위해, 보상 신호(COMP)를 생성하는 출력부(224)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 출력부(224)는 이미지 센서 입력부(178)와 통신하고, 이미지 센서는 도 1에 도시된 보상기(124)로서 작동한다. 다른 실시예에서, 출력부(224)에서 생성된 COMP 신호는 이미징 경로에 의해 허용되는 광선의 번들을 감소시키거나 증가시키도록 광학 시스템 내의 조절 가능한 개구와 같은 개구 정지 보정기를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 전기적으로 제어되는 자동-개구 다이어프램은 정확한 이미지 노출을 보장하도록 개구 사이즈 및 노출을 작동적으로 선택하는 카메라 내에서 일반적으로 사용된다.

제어기(220)는 모듈레이터(160)의 제어 입력부(166)를 구동하기 위해, 출력부(228)를 갖는 모듈레이터 드라이버(226)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 출력부(228)는 모듈레이터(160) 상의 소자(162)의 수에 대응하는 "n" 개의 출력 채널을 갖는다. 또한, 제어기(220)는 원경 변경(change perspective, CP) 사용자 입력을 수신하는 입력부(230)를 포함한다. 예컨대, CP 입력부(230)는 입력부에 변경되는 포텐셜을 제공하도록 구성되는 바이어스식 SPDT(single-pole-double-throw) 스위치로부터 입력이 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 제어기(220)는, 예컨대 마이크로 컨트롤러와 같은 프로세서 회로를 사용하여 구현될 수 있다.

제어기 작동

광 이미징 장치(150)의 작동을 제어하는 제어기(220)의 작동은 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하여 더 설명된다. 도 7을 참조하면, 제어기(200)에 의해 구현되는 제어 프로세스의 일 실시예는 일반적으로 도면부호 250으로 도시된다.

252에 도시된 바와 같이, 프로세스는 입력부(230)에 CP 신호와 관련된 신호 상태를 검출하는 제어기(220)를 사용하여 시작된다. 도 254에 도시된 바와 같이, CP 신호가 상태가 변경되는 경우, 사용자가 이미지 원경을 변경하는 것을 바란다는 것이 인식되고, 그에 따라 프로세스는 256으로 진행된다.

256에 도시된 바와 같이, 그 후 보상기는 CP 신호에 응답하여 예측되는 광 손실 또는 이득을 생성한다. 제어기(220)가 마이크로 컨트롤러를 사용하여 구현되는 실시예에서, 예측되는 광 손실 또는 이득은 입력부(230)에서 검출되는 CP 신호 상태 변경에 대해 산출될 수 있다. 대안적으로, 예측되는 광 손실 또는 이득은 프로세스 회로의 메모리의 룩업 테이블(look up table)로서 기결정되고 저장될 수 있다. 그 후, 예측되는 광 손실 또는 이득은 특정 이미지 센서(174)를 구동하기에 적합한 형태로 제어기의 출력부(224)에서 보상 신호(COMP)를 생성하기 위해 사용된다. 예컨대, 이미지 센서(174)가 풀 프레임 CCD 구성을 포함하는 실시예에서, CCD 어레이에 의해 캡처되는 광의 양은 초점 평면에 인접하는 기계적인 셔터(미도시)에 의해 제어될 수 있고, 그에 따라 COMP 신호는 기계적인 셔터가 요구되는 이미지 강도를 생성기에 적합한 셔터 스피드로 작동하게 하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 프레임 전송 또는 인터라인(interline) 전송 CCD 디바이스를 위해, COMP 신호는 이미지 캡처의 광 축적 위상을 게이팅하는 게이팅 신호일 수 있어서, CCD 소자는 단지 성공적인 이미지 캡처들 간의 일부 시간에 대해 광을 수신하도록 구성된다. 또한, 일부 CCD 센서는 아날로그 전하 증폭 및/또는 전하 신호의 아날로그-디지털 변환과 관련된 이득의 조절을 허용하고, 이러한 이득은 또한 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 강도에 대해 보상하도록 COMP 신호에 의해 제어될 수 있다. 그 후 프로세스는 258로 진행된다.

254에서, CP 신호의 상태가 변경되지 않은 경우, 보상해야할 광 손실/이득은 존재하지 않고, 프로세스는 직접 258로 진행된다.

258에 도시된 바와 같이, 모듈레이터(160)는 CP신호 상태에 따라 제 1 이미지를 캡처하도록 구성되며, 모듈레이터(160)의 제 1 복수의 소자(162)가 광을 차단하게 제어되도록 제 1 복수의 n-채널(228)을 수동하도록 모듈레이터를 구성하는 단계를 포함한다. 260에서, 제 1 이미지의 캡처는 제어기가 출력부(222)에서 SYNC 펄스를 생성하는 경우 개시된다. 캡처된 제 1 이미지는 자기테이프, 메모리, 하드 드라이브 또는 감광 유제와 같은 이미지 저장 매체(미도시) 상에 아날로그 또는 디지털 형식으로 기록될 수 있다.

262에 도시된 바와 같이, 그 후 모듈레이터(160)는, 모듈레이터(160)의 제 2 복수의 소자(162)가 광을 차단하게 제어되도록 출력부(228)의 제 1 복수의 n-채널을 구동하도록 모듈레이터를 구성함으로써, 제 2 이미지를 캡처하도록 구성된다. 264에서, 제 1 이미지의 캡처는 제어기가 출력부(222)에서 제 2 SYNC 펄스를 생성하는 경우 개시된다.

정지 이미지 캡처에 있어서, 제 1 원경 지점 및 제 2 원경 지점(182 및 184)의 각각으로부터 단지 하나의 이미지가 요구되고, 이 경우 SYNC 신호는 제 1 시간 분리된 동기화 펄스 및 제 2 시간 분리된 동기화 펄스를 생성할 수 있다. 펄스들 간의 시간 간격은 이미지를 생성하기에 충분한 광자를 축적하기 위해 이미지 센서(174)에 대해 충분한 시간을 제공하도록 선택된다. 순차적인 비디오 이미지 형태의 장면으로 변형 이미지를 캡처하기 위해, 프레임 비율은 선택된 비디오 포맷(에컨대, NTSC 비디오에 대하여 초당 29.97 프레임)에 의해 부과될 수 있고, 그 경우, SYNCH 신호는 비-인터레이스형(non-interlaced) 이미지 캡처에 대해 약 33.3. 밀리초(millisencond)의 시간 간격으로 복수의 펄스를 포함할 수 있다. 특정 카메라의 이미지 포착 비율이 충분히 빠른 경우, 제 1 이미지 및 제 2 이미지는 16.7 밀리초의 시간 간격으로 캡처될 수 있고, 사용자의 각각의 눈은 풀 NTSC 프레임 비율로 각각의 이미지를 수신한다. 비디오 프레임을 성공적으로 캡처하는 경우, 블록 264 이후에, 프로세스는 블록 252로 진행되고, 프로세스(250)는 반복된다.

원경의 변경을 검출하여 이미징 경로(152)로 표현된 시리즈는 도 8에 도시된다. 도 8a를 참조하면, 이미징 경로(152)는 단면도로 도시되며, 중심점(182 및 184)은 이미징 경로의 중심 축 상에 위치한다. 이러한 조건 하에서, 모듈레이터(160)의 제 1 부분뿐 아니라 제 2 부분도 광이 차단되도록 제어되지 않으며, 제 1 이미지(A) 및 제 2 이미지(B)는 동일하다. 각각 좌측 눈 및 우측 눈을 사용하여 각각의 A 및 B 이미지를 보는 사용자는 단지 일반적인 2차원(2D) 이미지를 인지할 수 있으며, 3차원(3D) 깊이 이 대한 인식은 불가능하다.

도 8b를 참조하면, 중심점(182 및 184)은 이제 바깥쪽으로 이동하며, 이러한 조건 하에서, 모듈레이터(160)의 제 1 부분 및 제 2 부분(165 및 167)은 번갈아 광을 차단하도록 제어되어, 이미징 경로(152)의 부분들(300 및 302)을 통해 번갈아 전달이 발생된다. 결과적인 A 및 B 이미지는 약간 다른 원경 지점을 가지며, 각각의 A 및 B 이미지를 보는 사용자는 각각의 눈에 나타나는 이미지의 서로 다른 원경으로 인해 적어도 일부의 3D 깊이를 인식할 수 있을 것이다.

도 8c를 참조하면, 중심점(182 및 184)은 다시 더 바깥쪽으로 이동하여, 이미징 경로(152)의 부분들(300 및 302)을 통해 번갈아 전달이 발생된다. 결과적인 A 및 B 이미지는 도 8b 보다 원경 지점이 더 크게 달라지고, 각각의 A 및 B 이미지를 보는 사용자는 3D 깊이를 더 많이 인식할 수 있을 것이다.

도 8d를 참조하면, 중심점(182 및 184)은, 이미징 경로(152)의 영역(304)이 모듈레이터(160)의 제 1 부분(165) 또는 모듈레이터의 제 2 부분(167)에 의해 차단될 정도로 서로 이격된다. 이미징 경로(152)의 부분들(300 및 302)을 통해 번갈아 전달이 발생된다. 결과적인 A 및 B 이미지는 도 8c에서 제공하는 것보다 원경 지점이 훨씬 더 크게 달라지고, 3D 깊이 인식의 정도도 훨씬 더 크다.

명백하게, 도 8a와 도 8d 사이에서 모듈레이터(160)를 통해 전달되는 광의 양은 순차적으로 감소된다. 하지만, 광 감소는 COMP 신호에 응답하여 대응하는 노출의 증가에 의해 달성되고, 그에 따라 일반적으로 균일한 이미지 강도 레벨의 인식을 생성한다. 바람직하게는, 장치(150)는 결과적인 이미지에 있어 2D로부터 3D 이미지 표현으로 원경에 따른 매끄러운 변경을 용이하게 한다. 캡처된 A 및 B 이미지는, 사용자의 좌측 눈 및 우측 눈에 상이한 A 및 B 이미지를 제공하도록 특별한 안경류 또는 헤드 기어를 사용하는 특별하게 조정된 3D 디스플레이 시스템을 사용하여 관측될 수 있다.

일반적으로, 모듈레이터(160)가 직사각형 단면을 갖는 경우, 중심점(182 및 184)의 위치 변경 비율은 제 1 부분 및 제 2 부분(165 및 167)의 영역의 변경 비율과 선형적으로 변화하지 않는다. 따라서, 도 8a 내지 도 8d에 도시되는 이미지들 간에 매끄러운 전이를 제공하기 위해, 제어기는, 3차원 공간 속성의 표현에서 매끄러운 변경을 제공하도록, 제 1 중심점 및 제 2 중심점(182 및 184)이 일반적으로 일정한 비율로 서로에 대하여 이동하게 하도록 구성될 수 있다. 중심점(182 및 184)의 위치와 제 1 부분 및 제 2 부분(165 및 167)의 영역 간의 비선형적 관계는, 예컨대 룩업 테이블로서 제어기에 저장될 수 있다.

LCD 모듈레이터

LCD 모듈레이터(160)는 도 9에서 보다 상세히 도시된다. 도 9를 참조하면, 모듈레이터(160)는 제 1 유리판(352)과 제 2 유리판(354) 사이에 배치되는 액정 물질층(350)을 포함한다. 제 1 유리판(352)은 열로 배치되는 복수의 투명 전극(356)을 포함한다. 전극(356)은 도 3에 도시된 복수의 소자(162) 각각의 크기를 정의한다. 각각의 전극(356)은 관련된 커넥터(358)를 가지며, 상기 커넥터(358)는 예컨대 와이어 본딩 회로 또는 연성 회로 연결부일 수 있다. 커넥터(358)는 헤더(360)에 연결되며, 상기 헤더(360)는 순차적으로 도 6에 도시된 제어기(220)의 출력부(228)에 대한 연결을 용이하게 한다. 제 2 유리판(354)은 모든 소자(162)에 대한 공통 전극으로 작동하는 투명 영역 전극(미도시)을 포함한다. 또한, 모듈레이터(160)는 제 1 선형 편광 특성(이 경우 수직 편광)을 갖는 제 1 편광기(362)를 포함한다. 제 1 편광기(362)는 제 1 전극(356)에 중첩된다. 모듈레이터(160)는 제 2 편광기(364)를 더 포함하며, 상기 제 2 편광기(364)는 제 2 전극에 중첩되고, 제 2 선형 편광 특성(이 경우 수평 편광)을 갖는다. 도 9에서, 층들은 척도에 맞게 도시되지 않았다.

모듈레이터 드라이버(226)는 접지 연결부로서 동작하는 공통 전극과 함께 헤더(360) 및 커넥터(358)를 통해 각각의 전극(356)에 구동 전압을 제공한다. 일 실시예에서, 구동 전압은 전압 V⁺와 V^- 사이에서 변화하는 50 % 듀티 사이클 구형파(square wave)일 수 있고, 전압은 LCD 모듈레이터(160) 상에 영향을 주는 광의 전달과 차단 간에 충분한 대비를 제공하도록 안전 작동 전압의 범위 내에서 선택된다.

제 1 편광기(362)는 수직 편광을 갖는 광을 전달한다. 이러한 실시예에서, 액정 물질(350)은, 이완된 위상(작동되지 않음)에서 결정을 통해 통과하는 광의 편광이 영향을 받지 않고, 그에 따라 제 2 편광기(364)가 광을 차단하도록 선택된다. 임의의 전극(356)에 인가되는 구동 전압에 의해 작동되는 경우, 전극 아래의 액정 물질의 일부는 광이 90°의 편광 변경을 겪고, 그에 따라 모듈레이터(160)를 통해 통과되게 하도록 유발한다. 제 1 및 제 2 복수의 전극(356)에 대한 구동 신호를 교재로 생성함으로써, 대안적으로, 모듈레이터(160)는 각각 제 1 부분 및 제 2 부분(165 및 167)에서 광을 차단한다. 그 후 , 가동 신호를 수신하는 전극(356)의 수를 변경함으로써, 이미징 경로(152)의 제 1 부분 및 제 2 부분은 도 3에서 중심점(182 및 184)에 의해 표현되는 제 1 원경 지점 및 제 2 원경 지점의 위치가 변경되게 하도록 달라질 수 있다. 바람직하게는, 충분한 수의 전극(356)을 제공하는 것은 원경의 매끄러운 변경을 용이하게 하고, 그에 따라 2D 로부터 3D 이미징으로의 시각적으로 불안한 전이는 방지된다.

대안적인 실시예에서, 편광기(362 및 364)는 둘 모두 수직으로 편광될 수 있어서, LCD 모듈레이터는 작동 전압이 인가되지 않는 경우 전달 가능하다. 구동 전압에 의해 작동되는 경우, 액정 물질은 광이 90°의 편광 변경을 겪고, 그에 따라 소자(356)가 광의 전달을 차단하게 하도록 유발한다.

공간 모듈레이터 실시예

도 10을 참조하면, 대안적인 실시예에서, 도 3에 도시된 모듈레이터(160)는 일반적으로 도면부호 380으로 도시된 공간 모듈레이터를 사용하여 구현될 수 있다. 공간 모듈레이터(380)는 암(384) 상에 장착된 불투명 셔터 블레이드(382)를 포함한다. 암(384)은 양측 방향 모션을 제공하도록 피봇(386) 상에 장착된다. 또한, 암(384)은 암에 일부에 장착되는 자석(390)을 포함한다. 자석(390)은 제 1 전자석 및 제 2 전자석(392 및 394) 사이에 배치된다. 셔터 블레이드(382), 암(384), 피봇(386) 및 전자석(392 및 394)은 함께, 도면부호 382로 도시된 제 1 위치와 도면부호 383의 점선 윤곽으로 도시된 제 2 위치 사이에서 화살표(388) 방향으로 양측 방향으로 이동하기 위한 힘을 생성하도록 구성되는 기계적인 액추에이터를 형성한다. 제 1 위치 및 제 2 위치(382 및 383)는 도 3에 도시된 단일 이미징 경로(152)의 제 1 부분 및 제 2 부분의 변경되는 정도를 정의한다.

공간 모듈레이터는 암(384) 뒤에 위치하는 위치 센서(396)를 더 포함한다. 위치 센서(396)는 위치 센서에 대한 암(384)의 위치를 표현하는 위치 신호를 생성하는 출력부(398)를 포함한다. 일 실시예에서, 위치 센서(396)는 선형 포토다이오드 어레이를 사용하여 구현될 수 있으며, 발명 다이오드(미도시)와 같은 광원으로부터의 배경 미광(stray light) 또는 조도는 어레이 상에 그림자로 나타난다. 그림자진 어레이 소자의 위치는, 출력부(398)의 포토다이오드 어레이 및 암(384)의 중심 위치를 결정하기 위해 사용되는 다양한 보간법으로부터 판독될 수 있다.

공간 모듈레이터(380)를 구동하기 위해, 도 6에 도시된 모듈레이터 드라이버(226)는 도 10에 도시된 모듈레이터 드라이버(400)로 대체될 수 있다. 모듈레이터 드라이버(400)는 제 1 전자석(392)의 코일(404)을 구동하는 제 1 쌍의 출력부(402) 및 제 2 전자석(394)의 코일(408)을 구동하는 제 2 쌍의 출력부(406)를 포함한다. 또한, 모듈레이터 드라이버(400)는 위치 센서(396)로부터 위치 신호를 수신하는 입력부(410)를 포함한다. 모듈레이터 드라이버(400)는 암(384)의 요구되는 번갈은 위치들을 표현하는 레퍼런스 신호를 수신하는 입력부(412)를 더 포함한다. 레퍼런스 신호는 암(384) 및 셔터 블레이드(382)에 대해 번갈아 목표 위치를 정의하고, CP 신호에 응답하여 제어기(220)에 의해 생성될 수 있다.

고간 모듈레이터(380) 및 모듈레이터 드라이버(400)는 함께 이미징 경로(도면부호 152, 점선으로 도시됨)를 차단하는 범위를 변경하도록 암(384) 및 셔터 블레이드(382)의 교대하는 모션을 발생시키는 피드백 제어 루프를 구현한다. 동작시, 모듈레이터 드라이버(400)의 입력부(412)에 수신되는 레퍼런스 신호는 암(384)의 목표 위치를 제공하는 반면에, 입력부(410)에 수신되는 위치 신호는 암의 작동 위치를 나타내고, 모듈레이터 드라이버(400)를 구동하는 에러 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 그에 따, 피드백 제어 루프는, 전자석(392 및 394)이 요구되는 위치를 향해 이동하기 위한 암(384) 상에 구동력을 가하게 하기 위해, 출력부(402 및 406)에서 구동 신호를 생성한다. 바람직하게는, 드라이버는, 전자석(392 및 394) 중 하나가 자석(390) 상에 인력을 제공하고, 다른 하나의 전자석이 척력을 제공하는, 푸시풀 드라이버로서 구현될 수 있다.

암(382)이 제 1 전자석(392)을 향해 이동하게 하도록 코일(404 및 408)에 제공되는 전류 구동의 예시적인 파형은 도 11에 그래프로 도시된다. 코일(404)을 통한 전류 파형은 도면부호 440으로 도시되고, 코일(408)을 통한 전류 파형은 도면부호 442로 도시된다. 입력부(412)에서 레퍼런스 신호(REF)에 의해 제공되는 교대하는 목표 위치는 각각 s₁ 및 s₂이다.

제 1 시간(444) 동안, 목표 위치 및 현재 위치 간의 차이로부터 유도되는 에러 신호는 암(384) 상에 인력을 생성하도록 위치 전류(440)가 급격하게 증가하게 한다. 척력은 암(384)의 관성을 극복하고, 제 2 전자석(394)으로부터 암이 멀어지도록 가속시킨다. 위치 센서 출력부(398)에 의해 생성되는 암(394)의 순간 위치(s)는 도 11의 그래프 446으로 도시되고, 전자석들(392 및 394) 간의 중간 위치는 그래프 상에서 s = 0으로 도시되고, 목표 위치는 s₂이다. 상기 시간(444) 동안, 전류(442)는 초기에 0이고, 암(384)이 가속되기 시작하는 경우, 전류(442)는 요구되는 암의 위치(s₂)로 접근함에 따라 감속력을 제공하도록 급격하게 증가한다. 암(384)이 위치 s₂에 정지하고, 코일(404 및 408)의 각각에서 전류를 유지시킴으로써 이러한 위치에 유지되며, 제 2 시간(448) 동안 위치 s₂에 암(384)을 유지시키도록 피드백 제어 루프에 의해 계속적으로 조정된다. 제 2 시간(448)은 제 1 이미지의 캡처를 완성하기에 충분한 시간을 제공한다.

그 후, 입력부(412)에서 레퍼런스 신호는 새로운 목표 위치로서 목표 위치 s₁를 정의하도록 변경된다. 제 3 시간(450) 동안, 전류(442)는, 극성이 변경되고, 암(384)이 관성을 극복하고 제 1 전자석(392)으로부터 멀어지도록 가속시키는 인력을 생성하도록 급격하게 증가한다. 제 3 시간(450) 동안, 전류(440)는 0으로부터 멀어지기 시작하고, 암(384)이 가속되기 시작하는 경우, 전류(440)는 암이 타겟 위치(s₁)로 접근함에 따라 감속력을 제공하도록 급격하게 증가한다. 암(384)은 위치 s₁에 정지하고, 코일(404 및 408)의 각각에서 전류를 유지시킴으로써 이러한 위치에 유지되며, 제 4 시간(452) 동안 위치 s₁에 암을 유지시키도록 피드백 제어 루프에 의해 계속적으로 조정된다. 제 4 시간(452)은 제 2 이미지의 캡처를 완성하기에 충분한 시간을 제공한다.

도 12를 참조하면, 공간 모듈레이터(390)(도 11에 도시됨)의 액추에이터 부분의 대안적인 실시예는 일반적으로 도면부호 500으로 도시된다. 액추에이터(500)는 모터부(502) 및 회전형 위치 센서부(504)를 포함한다. 공통 회전자 샤프트(506)는 모터와 위치 센서부(502 및 504)를 통해 연장된다. 암(384)은 양측 방향 모션을 위해 샤프트 상에 장착된다. 일반적으로, 모터부(502)는 암(384)을 이동시키는 구동력을 제공하고, 위치 센서부(504)는 위치 신호를 제공한다.

일 실시예에서, 모터부(502)는 한 쌍의 자석(508 및 510)을 사용하여 구현되고, 센서부(504)는 한 쌍의 자석(512 및 514)을 사용하여 구현된다. 샤프트(506)는 자석들(508 및 510) 사이의 액추에이터 코일(516)을 지지한다. 액추에이터 코일(516)은 구동 전류를 수신하는 모듈레이터 출력부(402)에 결합되고, 토크(torque)가 코일 상에 생성되고 그에 따라 샤프트(506)에 인가되게 한다. 또한, 센서부(504)는 자석들(512 및 514) 사이에 위치하는 픽업 코일(pickup coil)(미도시)을 포함한다. 픽업 코일은 회전식 변위에 비례하는 전류 신호를 생성하고, 상기 전류 신호는 입력부(410)에서 위치 신호로 사용될 수 있다. 일반적으로, 액추에이터(500)는 아날로그 미터 움직임과 유사한 방식으로 작동한다.

다른 실시예에서, 모터부(502)는, 샤프트(506)가 자화되고, 코일이 극성 조각(즉, 508 및 510) 주위에 감기도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 센서부(504)의 픽업 코일이 극성 조각(즉, 512 및 514) 주위에 감길 수 있다.

광 밸브 실시예

도 13을 참조하면, 광 이미징 장치(도 3에 도시됨)의 대안적인 실시예는 일반적으로 도면부호 550으로 도시된다. 장치(550)는 단일 이미징 경로(552)를 포함하고, 제 1 렌즈(554) 및 제 2 렌즈(556)를 가지며, 상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈는 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 시계 내의 물체(558)로부터 광선을 수신하도록 배치된다. 장치(550)는 광 밸브 모듈레이터(560)를 포함하며, 상기 광 밸브 모듈레이터(560)는 작동되는 경우 렌즈(568)를 통해 광의 빔을 향하게 하도록 배치되는 복수의 개별적으로 작동되는 거울 소자(562)를 갖는다. 작동되지 않는 상태에서, 거울 소자(562)는 렌즈(568)로부터 멀리 광의 빔을 향하게 한다. 거울 소자(162)의 제 1 그룹 및 제 2 그룹을 작동시키도록 모듈레이터(560)의 구동 신호를 제공함으로써, 모듈레이터는 도 3에 도시된 모듈레이터(160)에 관련하여 전술된 대안적인 방식으로 작동될 수 있다.

다른 실시예

대안적인 실시예에서, 도 9에 도시된 LCD 모듈레이터(160)에서, 제 2 편광기(364)는 전달된 광의 편광을 선택적으로 변경하도록 모듈레이터를 구성하기 위해 생략될 수 있다. 도 9를 참조하면, 제 1 편광기(362)는 단지 수직 편광을 갖는 광을 전달한다. 그리하여 작동되지 않는 전극(356) 아래의 액정 물질(350)의 부분은 수직으로 편광된 광으로 전달되는 광의 편광에 영향을 받지 않는다. 작동되는 전극(356) 아래의 액정 물질(350) 부분은 광이 90°의 편광 변경을 겪게 하여, 전달된 광이 수직 편광을 갖는다.

도 3에 도시된 광 이미징 장치(150)에서 번갈아 구성되는 모듈레이터를 사용하는 것은 제 1 이미지가 수직 편광을 갖고, 제 2 이미지가 수평 편광을 갖게 한다. 대안적으로, LCD 모듈레이터(160)의 액정 물질(350)은 우측 원형 편광된 광을 갖는 제 1 이미지 및 좌측 원형 편광된 광을 갖는 제 2 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다.

센서(174)는 개별적인 센서 어레이 소자 앞에 편광 소자를 부가함으로써 각각의 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 동시에 수신하도록 구성될 수 있다. 에컨대, 인저하는 센서 픽셀들은 단지 하나의 편광 배향에 민감한 편광 선택 픽셀을 제공하도록 번갈아 수평으로 편광되거나 수직으로 편광될 수 있다. 따라서, 센서는 제 1 이미지 및 제 2 이미지 둘 모두가 동시에 수신될 수 있다. 제1 이미지 및 제 2 이미지는 어레이의 판독 중 또는 분리된 프로세싱 단계에서 분리될 수 있다.

본 발명은 특정 실시예로 설명되고 도시되었지만, 그러한 실시예는 단지 본 발명의 예시적인 것으로 고려되고, 본 발명을 제한하지 않으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 따른다.

Claims (42)

1. 관련된 시계(associated field of view)를 갖는 단일 이미징 경로를 사용하여 3차원 이미지 정보를 생성하는 방법에 있어서,
   상기 단일 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분 각각을 통해 제 1 및 제 2 이미지를 이미지 센서에서 선택적으로 수신하는 단계로서, 상기 제 1 부분은 상기 시계 내에 제 1 원경 지점(perspective viewpoint)을 가지며, 상기 제 2 부분은 상기 시계 내에 제 2 원경 지점을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 이미지는 함께 상기 시계 내에 물체의 3차원 공간 속성을 표현하도록 구성되는 단계;
   상기 제 1 및 제 2 이미지를 수신하는 동안 상기 제 1 및 제 2 원경 지점의 위치가 변경되도록, 상기 단일 이미징 경로의 제 1 부분의 중심과 상기 단일 이미징 경로의 제 2 부분의 중심 사이의 공간을 변경하는 단계; 및
   상기 공간을 변경하는 동안, 상기 제 1 및 제 2 이미지 각각에 관련된 이미지 강도가 일반적으로 균일한 이미지 강도 레벨로 유지되도록, 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분을 통한 전달의 변경을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며,
   상기 제 1 및 제 2 이미지를 선택적으로 수신하는 단계는:
   상기 제 2 이미지를 수신하는 동안, 상기 이미징 경로의 상기 제 1 부분을 차단하는 단계; 및
   상기 제 1 이미지를 수신하는 동안, 상기 이미징 경로의 상기 제 2 부분을 차단하는 단계;를 번갈아 포함하고,
   상기 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분을 번갈아 차단하는 단계는, 상기 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분을 선택적으로 차단하도록, 상기 이미징 경로의 개구 평면에 인접하여 위치한 광학 소자의 제 1 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계를 포함하고,
   상기 광학 소자의 제 1 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계는, 단일 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분 각각을 통해 수신된 광을 반사하기 위해 배치된반사 광학 소자의 제 1 및 제 2 영역을 선택적으로 가동하는 단계를 포함하고,
   상기 반사 광학 소자의 제 1 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계는, 복수의 이동 가능한 거울 소자를 가지는 광 밸브의 제 1 및 제 2 영역을 선택적으로 가동시키는 단계를 포함하는 3차원 이미지 정보 생성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전달의 변경을 보상하는 단계는:
   상기 전달의 변경에 응답하여, 상기 이미지 센서와 관련된 노출을 변경하는 단계;
   상기 전달의 변경에 응답하여, 상기 이미지 센서가 광을 받는 시간을 변경하는 단계;
   상기 전달의 변경에 응답하여, 상기 이미지 센서와 관련된 이득을 변경하는 단계; 및
   상기 전달의 변경에 응답하여, 상기 이미징 경로를 통한 전체 투과도를 변경하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 공간을 변경하는 단계는, 제어 신호에 응답하여 상기 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 3차원 이미지 정보 생성 방법은:
   상기 3차원 공간 속성의 표현의 매끄러운 변경을 제공하기 위해, 상기 공간을 일정한 비율(constant rate)로 변경시키는 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 공간을 변경하는 단계는, 상기 시계 내의 물체의 3차원 표현과 2차원 표현 사이를 전이시키도록 상기 공간을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 방법.
10. 3차원 이미지 정보를 생성하는 장치에 있어서,
    관련된 시계를 갖는 단일 이미징 경로;
    상기 단일 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분 각각을 통해 제 1 및 제 2 이미지가 선택적으로 수신되도록 동작하는 이미지 모듈레이터로서, 상기 제 1 부분은 상기 시계 내에 제 1 원경 지점을 가지며, 상기 제 2 부분은 상기 시계 내에 제 2 원경 지점을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 이미지는 함께 상기 시계 내의 물체의 3차원 공간 속성을 표현하도록 구성되는 이미지 모듈레이터;
    상기 이미지 모듈레이터와 통신하며, 상기 제 1 및 제 2 이미지를 수신하는 동안 상기 제 1 및 제 2 원경 지점의 위치가 변경되도록, 상기 이미지 모듈레이터가 상기 단일 이미징 경로의 제 1 부분의 중심과 상기 단일 이미징 경로의 제 2 부분의 중심 사이의 공간을 변경하도록 하는 신호를 생성하는 제어기; 및
    상기 공간을 변경하는 동안, 상기 제 1 및 제 2 이미지 각각에 관련된 이미지 강도가 일반적으로 균일한 이미지 강도 레벨로 유지되도록, 상기 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분을 통한 전달의 변경을 보상하는 보상기를 포함하고,
    상기 이미지 모듈레이터는 번갈아, 상기 제 2 이미지를 수신하는 동안 상기 이미징 경로의 제 1 부분을 차단하고 상기 제 1 이미지를 수신하는 동안 상기 이미징 경로의 제 2 부분을 차단하고,
    상기 이미지 모듈레이터는 제 1 및 제 2 영역을 갖는 광학 소자를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 영역은 상기 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분을 선택적으로 차단하도록 선택적으로 가동되며,
    상기 이미지 모듈레이터는 복수의 이동 가능한 거울 소자를 갖는 광 밸브를 포함하고,
    상기 광 밸브는, 상기 단일 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분 각각을 통해 수신된 광을 반사하기 위해, 상기 복수의 이동 가능한 거울 소자를 선택적으로 가동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단일 이미징 경로는 상기 제 1 및 제 2 이미지를 이미지 센서에 생성하고,
    상기 보상기는:
    상기 전달의 변경에 응답하여, 상기 이미지 센서와 관련된 노출을 변경하거나,
    상기 전달의 변경에 응답하여, 상기 이미지 센서와 관련된 이득을 변경하거나,
    상기 전달의 변경에 응답하여, 상기 이미지 센서가 광을 받는 시간을 변경하거나,
    상기 전달의 변경에 응답하여, 상기 이미징 경로를 통한 전체 투과도를 변경하는 것 중 적어도 하나에 의해, 상기 전달의 변경을 보상하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 장치.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 제 10 항에 있어서,
    상기 이미지 모듈레이터는, 제어 신호에 응답하여 상기 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분의 크기를 변경하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 장치.
18. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 3차원 공간 속성의 표현의 매끄러운 변경을 제공하기 위해, 상기 공간을 일반적으로 일정한 비율로 변경시키는 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 장치.
19. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 시계 내의 물체의 3차원 표현과 2차원 표현 사이를 전이시키도록 상기 공간을 변경하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 정보 생성 장치.
20. 삭제
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