KR100389249B1

KR100389249B1 - 다시점 영상 표시 시스템

Info

Publication number: KR100389249B1
Application number: KR10-2000-0023181A
Authority: KR
Inventors: 손정영; 최용진; 반지은; 사베리에브블라디미르; 펜유진에프.
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2000-04-29
Filing date: 2000-04-29
Publication date: 2003-06-25
Also published as: JP2002034057A; US20020008674A1; KR20010098308A; US6606078B2

Abstract

대응하는 화소 셀들에 의해 그룹화된 영상들이 화소 셀들의 순서와 동일한 순서로 배열되는 마스크형의 영상 배열판을 사용하여, 복수의 다시점 3차원 영상을 제공하는 다시점 영상 표시 시스템이 개시된다. 각각의 화소 셀은 시역들의 배열 구조에 따라 배열된 복수의 서브셀로 분할되어 있는 영상 표시역을 가지며, 각각의 서브셀은 자신의 전체 영역을 사용하여 점광원들로부터의 광을 투과 또는 반사시킴으로써, 이러한 투과 또는 반사된 광이 각각의 시역에서 수집되어 각각의 시점 영상을 형성하게 한다.

Description

다시점 영상 표시 시스템{MULTI-VIEW IMAGE DISPLAY SYSTEM}

본 발명은 서로 다른 시점(view point)들을 가진 복수의 영상들(view images)을 시청자(viewer)에게 제공하는 다시점 영상 표시 시스템에 관한 것으로서, 특히 마스크형 영상 표시판을 이용하여 복수의 다시점 3차원 영상을 구현할 수 있는 개선된 다시점(multi-view) 영상 표시 시스템에 관한 것이다.

3차원 영상의 표시방식은 아주 다양하다. 예를 들어, 1) 주로 야외에서 공영되는 레이저빔을 주사하여 산란 매질에 3차원 영상을 그려주는 방식, 2) 수평으로 배열된 여러 대의 촬상 장치 (카메라 등)를 이용하여 촬영한 영상을 공간 및/또는 시간적으로 일정 순서로 배열 표시하는 방식, 3) 대상체의 체적 영상을 깊이별 샘플링에 의해 체적적으로 표시하는 방식, 4) 시청자에게 양안 시차를 이용한 특수 안경을 착용하게 하는 방식, 5) 대형 영상에 의한 인간의 심리적 효과를 이용하는 방식 등이 있다.이들 방식 중, 두 번째 방식은 현재의 평면 영상 시스템과 호환될 수 있으므로, 현재 가장 많이 연구되고 있다. 이 방식은 시역의 형성을 위해 광학판(optical plate)을 필요로 하므로 광학판 방식이라고도 불리운다. 이 방식에 따르면, 여러 시점에서 본 평면 영상은, 표시 소자에 공간적 및/또는 시간적으로 순차적으로 표시되고, 광학판 상에 투사되거나 광학판을 통해 보여진다. 이에 의해, 다시점 영상들이 공간 또는 시간 분할(time multiplexing) 방식으로 표시 소자에 표시되고, 이러한 공간 또는 시간 분할된 다시점 영상들이 광학판에 의해 독립적인 시역(viewing zone)을 형성함으로써, 시청자는 이 시역을 통해서 입체, 즉 3차원 영상을 인식하게 된다. 시청자가 시선을 움직이게 되면, 다른 시점에서 본 영상에 의한 다른 시역에 눈을 맞추게 되어 다른 시점 영상을 보게 되므로 3차원 영상 인식을 할 수 있다. 그러나, 이러한 방식은 양안 시차에 의한 입체감에 운동 시차를 가미시킨 것으로, 수평 시차만이 주어지고 수직 시차가 없다. 또한, 실제 현실에서 두 눈이 3차원 영상을 인식하기 위해 사용하는 초점 조절(accommodation)이나 폭주(convergence) 작용에 대응할 수 없다. 이러한 이유로 인해, 시청자의 눈이 쉽게 피로해지므로, 3차원 영상을 오랫동안 시청하기 어렵다는 문제점이 있다.이러한 문제점을 해결하기 위하여, 수직 및 수평 시차를 동시에 줄 수 있는 방법들이 개발되었다. 이들 방법은 시청자로 하여금 현재의 2차원 영상 모니터와 같이 어떠한 자세로도 시청할 수 있게 해주므로, 눈의 피로를 줄일 수 있다. 이들 방법 가장 알려진 것은 홀로그래피이다. 그러나, 홀로그래피는 거대한 양의 데이터를 포함하기 때문에 전자적으로 구현하기 어렵다는 문제점으로 인해 아직 실험 단계를 벗어나지 못하고 있다. 또 다른 잘 알려진 방법으로서 IP(Integral Photography)가 있다. IP에서는, 먼저 마이크로 렌즈 배열판을 통해 대상물의 영상을 촬영한다. 이어서, 이 촬영된 영상이 LCD(liquid crystal display)와 같은 평판 표시 소자에 표시판를 통해 표시된다. 그 후, 시청자는 촬영 시의 마이크로 렌즈 배열판과 유사한 특성을 가진 다른 마이크로 렌즈 배열판을 통해 표시 영상을 시청할 수 있다. 보다 구체적으로, IP에서는, 마이크로 렌즈 배열판을 구성하는 각각의 렌즈가 배열판 내에서의 주어진 위치에서 본 대상 물체(Object)의 전체 상을 촬영하므로, 마이크로 렌즈 배열판은 많은 카메라가 2차원적으로 배열된 것과 같은 역할을 한다 (F. Okano et.al., Applied Optics, V36, pp1598-1603, 1997). 그러므로, IP는 수직 시차 및 수평 시차를 동시에 나타내며, 이에 의해 체적형의 영상을 표시한다. 그러나, 마이크로 렌즈 하나에 대상체의 전체상(whole image)을 기록해야 하므로, 마이크로 렌즈의 직경에 해당하는 면적에 대상체의 전체상을 규정 해상도를 가지고 표시할 수 있는 표시 소자의 개발이 필요하다. 그 결과, 상대적으로 고해상도의 마이크로 렌즈 배열판을 만들기가 어렵고, 또한 인접하는 마이크로 렌즈들간의 공간에 의해 주어지는 영상의 불연속도 문제를 야기 시킨다.또 다른 방법으로서, 미국 특허 제4,829,365호 (Eichenlaub, May 9, 1989)에 개시된 화소 분할 방식(pixel division method)이 있다. 도 1a 및 도 1b는 화소 분할 방식을 이용하는 3차원 영상 표시 시스템의 다이어그램을 도시한다. 이 3차원 영상 표시 시스템은 영상 표시 마스크(18) 및 점 광원 배열판(19)을 포함한다. 영상 표시 마스크(18)는 8×8 화소 셀들을 가지며, 각각의 8×8 화소 셀(21)은 도 1b에 예시한 바와 같이 복수의 서브셀(23)을 가진다.설명의 편의상, 도 1b에 도시한 바와 같이, 16 개의 영상들(1∼16)이 있으며, 각각의 영상들은 4×4 매트릭스 형태로 배치된 카메라 1∼카메라 16 각각에 의해 촬상된 8×8 화소들을 포함한다고 가정한다. 이 경우, 각각의 8×8 화소(21)은 영상들(1∼16)에서 동일 위치에 있는 복수의 화소들로 각각 이루어진다. 예를 들어, 영상 표시 마스크(18)의 1행 5열에 배치되어 있는 화소 셀(21)은, 각각의 영상(1∼16) 내의 화소들 중, 영상 표시 마스크(18) 내에서 화소 셀(21)이 위치하는 행 및 열과 동일한 위치, 즉 각각의 영상(1∼16) 내의 1행 5열에 있는 16 개의 화소들(1-1-5, 2-1-5, …, 16-1-5)로 이루어진다. 각각의 화소(1-1-5, 2-1-5, …, 16-1-5)는 대응하는 카메라의 위치에 기초하여 4×4 매트릭스 형태로 배열된다. 이들 4×4 화소(1-1-5, 2-1-5, …, 16-1-5)는 각각 상술한 서브셀에 해당한다.마스크(18)는 이 마스크(18)의 이면(back plane)에 배치되는 점 광원(point light source) 배열판(19)에 의해 조사되며, 점 광원 배열판(19)은 8×8 화소 셀과 동일하게 배열되는 8×8 소형 점 광원들을 구비한다. 점 광원 배열판(19) 내의 각각의 점 광원(20)은 각각의 8×8 화소 셀의 중앙에 위치하도록 배치된다. 화소 셀(21) 내의 각각의 서브셀(23)에는 개구부(aperture: 22)가 형성되어 빛을 통과시킨다. 하나의 서브셀 내의 개구부의 위치는, 이 개구부를 통과한 광이 다른 화소 셀 내의 대응하는 서브셀의 개구부로부터의 광과 동일 위치에 모여질 수 있도록 정해진다. 이에 의해, 임의의 하나의 시점에 해당하는 화소들이 수집되어 그 시점에 대한 영상을 형성하게 된다. 그러나, 각각의 시점 영상에 대한 화소 수에 대응하는 해상도를 제공하도록, 각각의 개구부(22)의 크기는 각각의 서브셀의 크기 보다 충분히 작아야 하기 때문에, 광 효율이 낮아진다. 또한, 각각의 점 광원(20)은 각각의 8×8 화소 셀의 중앙에 고정되므로, 각 서브셀의 개구 위치 선정만으로는 다시점 영상을 시역별로 분리할 수 없다.

도 1a 및 도 1b는 화소 분할 방식을 이용하는 3차원 영상 표시 시스템의 다이어그램을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다시점 영상 표시 시스템의 다이어그램을 예시한 도면.

도 3a는 영상 표시 마스크의 화소 셀 내의 실효 영상 표시역과 점 광원의 위치를 도시한 도면.도 3b는 실효 영상 표시역의 가능한 형태들을 도시한 도면.

도 4는 도 2에 도시한 다시점 영상 표시 시스템을 x-y 평면에 대해 확대한 도면.

도 5는 도 3에 의해 주어지는 영상 표시 마스크에 의해 형성 가능한 시역의 형태를 나타낸 도면.

도 6은 점 광원 배열판과 영상 표시 마스크에 의해 얻을 수 있는 다시점 영상의 깊이감을 예시한 도면.

도 7a 및 도 7b는 점 광원 배열판과 영상 표시 마스크에 의한 다시점 영상 표시 시스템에서 형성될 수 있는 시역의 형태를 도시한 도면.

도 8은 도 2와 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같은 점 광원 배열판 및 영상 표시 마스크를 사용한 다시점 3차원 영상 표시 방법의 다른 실시예를 예시한 도면.

도 9는 도 8에 도시한 마이크로 렌즈 배열판과 영상 표시 마스크의 실효 영상 표시역의 상대적인 크기 및 위치를 예시한 도면.

도 10a 및 도 10b는 실효 영상 표시역 내의 화소 배열에 따른 시차 방향을 조절하는 방법을 예시한 도면.도 11a 및 도 11b는 도 8에 도시한 2차원 핀홀 배열판의 형상을 예시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1-16 : 영상

18 : 영상 표시 마스크

19 : 점 광원 배열판

20 : 점 광원

21 : 화소 셀

22 : 셀 내의 개구

23 : 각 영상의 5번째 화소

24 : 점 광원 배열판

25 : 점 광원

26 : 일정 주기

27 : 영상 표시 마스크

28 : 기준 시역

29 : 교차점

31 : 기준 시역(28)의 좌측 끝

32 : 기준 시역(28)의 우측 끝

33 : 화소 셀

34-37 : 기준 시역(28)의 각 꼭지점

38 : 기준 시역(28)의 좌측 끝(31) 또는 우측 끝(32) 사이의 간격

39 : 영상 표시 마스크(27)의 수평 폭

40 : 영상 표시 마스크(27)의 중앙 화소 셀

41 : 실효 영상 표시역

42 : 점 광원 열

43 : 영상 열

46 : 서브 시역 V₁과 V₂사이의 간격

47, 48 : 시역

49 : 두 이웃하는 점 광원들을 V₁과 V_K로 연결했을 때 생기는 교차점들을 이은 선

50, 51 : 이웃하는 두 개의 점 광원들에 의해 형성되는 입체시선

52, 53 : 이웃의 이웃하는 두 개의 점 광원들에 의한 입체시선

54, 55 : 이웃의 이웃에 이웃하는 두 개의 점 광원들에 의한 입체시선

56 : 영상 표시 스크린에서 영상이 가장 멀리 떨어져 보이는 지점

57 : 가장 많이 돌출된 다시점 영상이 나타나는 지점

58, 59 : 시점

60 : S₀를 지나는 장치의 중심축

61 : 점 광원 열(42)의 중심에 있는 점 광원

62 : 점 광원 열(42)의 제일 좌측에 있는 점 광원

63 : 점 광원 열(42)의 제일 우측에 있는 점 광원

64 : 시점(58)과 (59)를 연결하는 직선

65 : 최소 시청 가능 거리

66 :x _near , V₁과 V_k를 연결하는 삼각형

67 : 점 광원(63)과 V₁을 연결하는 직선(70)의 연장선(75)과 점 광원(62)과 V_K를 연결하는 직선(71)의 연장선(74)에 의해 형성되는 지역

68 : 시점(58),(59)와x _near (57)을 연결한 삼각형

69 : 시점(58)과 (59)를 연결하는 직선(64)에 의한 대칭 삼각형

70 : 점 광원(63)과 V₁을 연결하는 직선

71 : 점 광원(62)와 V_k를 연결하는 직선

72 : 점 광원(63)과 V_k를 연결하는 직선

73 : 점 광원(62)와 V₁을 연결하는 직선

74 : 직선(71)의 연장선

75 : 직선(70)의 연장선

76 : 연장선(74),(75)의 교차점

77 : 두 직선들(74, 75)간의 거리가 눈간 거리 E_D와 동일해지는 지점

78 : 교차점(76)과 직선들(74, 75)을 연결하는 직선에 의한 삼각형

79 : 삼각형(78)의 밑변에 대칭인 삼각형

80 : 화소

81 : 점 광원 열(42)의 폭

82 :x _-1위치

83 :x ₁위치

84 : 핀홀

85 : 핀홀 배열판

86 : IP판

87 : 사각 렌즈 배열판

88 : 실효 영상 표시역

89 : 영상 표시 마스크

90 : 영상 표시 마스크(89)의 화소 셀의 중심

91 : 마이크로 렌즈

92 : 화소 셀

93 : 영상 표시 마스크의 중앙 화소 셀

94 : 마이크로 렌즈 사이의 갭

95 : 교차 렌티큘러 배열판

96 : 아래쪽 렌티큘러 배열판

97 : 위쪽 렌티큘러 배열판

98 : 렌티큘러의 두께

99 : 렌티큘러 배열판의 기판 표면

100 : 영상 표시 마스크

101 : 영상 표시 마스크의 중앙 화소 셀

102 : 수평 시차만 가지는 화소 배열판

103 : 수직 시차만 가지는 화소 배열판

105 : p_i와 E_pi의 차이

따라서, 본 발명의 목적은, 수평 시차와 수직 시차를 동시에 제공할 뿐만아니라 광 효율이 높고 다시점 영상을 신뢰성있게 분리할 수 있는 다시점 영상 표시 시스템을 제공하는 것이다.본 발명의 일 특징에 따르면, 시청자에게 서로 다른 시점을 가진 복수의 시점 영상들을 제공하는 다시점 영상 표시 시스템에 있어서 - 상기 복수의 시점 영상들은 각각 독립적인 시역들(viewing zones)을 형성하고, 상기 시역들은 2차원적으로 배열되어 기준 시역을 형성함 -, M ×N 개의 점 광원들을 구비한 점 광원 배열판, 및 상기 기준 시역과 상기 점 광원 배열판 간에 배치된 영상 표시 마스크 - 상기 영상 표시 마스크는 M ×N 개의 화소 셀들을 가지며, 상기 각각의 화소 셀은 상기 각각의 점 광원에 의해 조명됨 -를 포함하되, 상기 각각의 화소 셀은 상기 시역들의 배열 구조에 따라 배열된 복수의 서브셀로 분할되어 있는 영상 표시역을 가지며, 상기 각각의 서브셀은 상기 각각의 서브셀의 전체 영역을 사용하여 상기 점광원들로부터의 광을 투과 또는 반사시킴으로써, 상기 투과 또는 반사된 광이 상기 각각의 시역에서 수집되어 상기 각각의 시점 영상을 형성하게 하는 다시점 영상 표시 시스템이 제공된다.

본 발명의 여러 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조로 한 다음의 바람직한 설명에 의해 더욱 명확해질 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다시점 영상 표시 시스템의 다이어그램을 예시한다.도 2에 도시한 바와 같이, 이 다시점 영상 표시 시스템은 영상 표시 마스크(27)와 점 광원 배열판(24)을 포함한다. 점 광원 배열판(24)은 3차원 수직 좌표계(Cartesian Coordinate)의 y-z 평면에 놓이며 복수의 점 광원들을 구비하고 있다. 이들 점광원은 3차원 수직 좌표계의 원점에 놓인 점 광원(25)을 중심으로 하여 일정 주기(p: 26)로 5×5 매트릭스 형태로 배열된다.영상 표시 마스크(27)는 점 광원 배열판(24)의 앞에 거리 d만큼 떨어져 있으며 점 광원 배열판(24)과 평행하게 놓여 있다. 점 광원들로부터의 빛은 영상 표시 마스크(27)를 통과하여, 점 광원 배열판(24)으로부터 거리 V_D만큼 떨어진 위치에 있는 기준 시역(reference viewing zone: 28)에 3차원 입체 영상을 형성한다. 이 기준 시역(28)은 복수의 서브 시역으로(sub-viewing zone: 이하, "시점별 시역"이라고도 함)으로 이루어지며, 이들 서브 시역에 서로 다른 시점으로부터의 영상이 각각 도시된다. 이로써, 시청자의 두 눈이 기준 시역(28) 내에 있으면, 시청자는 영상 표시 마스크(27)를 통해 서로 다른 시점의 영상을 분리하여 볼 수 있으므로 입체감을 느낄 수 있다. 시청자의 두 눈은 점 광원 배열판에 있는 점 광원 전부를 동시에 볼 수 있다. 기준 시역(28)은 실효 영상 표시역(41) (후술함)을 정의하게 되며, 다시점 영상을 제공하는 카메라 배열의 외곽 형태와 동일한 형태를 가진다. 설명의 편의상, 기준 시역(28)은 직사각형이라고 가정한다. 기준 시역(28)은 점 광원 배열판(24)에서 x축 방향으로 거리 V_D만큼 떨어져 있으며 x축과의 교차점(29)를 중심으로 y-z 평면에 평행하게 배치된다. 또한, 기준 시역(28)의 폭은 영상 표시 마스크(27)의 수평 폭(39)보다 크다고 가정한다. 영상 표시 마스크(27)는 동일한 크기의 5×5 화소 셀(33)로 구성되어 있다. 기준 시역(28)의 각 꼭지점(34-37)에서 각 점 광원을 연결한 선이 영상 표시 마스크(27)와 만나는 점들은 이 화소 셀(33)에 국한된다. 영상 표시 마스크(27)의 각 화소 셀(33)의 폭은, 기준 시역(28)의 좌측 끝(31) 또는 우측 끝(32)과 서로 이웃하는 두 점 광원으로 이루어지는 삼각형이 영상 표시 마스크(27)와 만나는 두 지점의 폭과 같다. 점 광원 배열판과 영상 표시 마스크(27)는, 중앙의 점 광원이 영상 표시 마스크(27)의 중앙의 화소 셀(40)의 중심에 위치하도록 배열되어 있다. 이 경우, 각각의 점 광원으로부터의 빛이 영상 표시 마스크(27)의 각각의 화소 셀(33)과 만나는 점들에 의해 형성되는 실효 영상 표시역(41)은 기준 시역(28)과 동일한 형태, 즉 직사각형이며 동일한 크기를 갖는다. 만일, 시역이 정사각형이면, 모든 화소 셀 내의 실효 영상 표시역(41)은 동일한 크기의 정사각형 형태를 가지게 된다. 실효 영상 표시역(41)의 형태는 시역의 형태에 의해 정해진다. 따라서, 시역의 형태가 정사각형 또는 직사각형 뿐만 아니라 마름모(Rhombus), 다이아몬드, 사다리꼴(Trazoid), 원형(Circle) 등으로 변화되면, 실효 영상 표시역(41)도 그에 대응하는 형태를 취하게 된다. 따라서, 화소 셀의 레이아웃은 불규칙(random)할 수 있다.각 화소 셀(33) 내에 형성되는 실효 영상 표시역(41)은 기준 시역(28)의 좌우 및 상하 끝에 의해 정의되며, 각 화소 셀(33)의 중앙에 위치한다. 각 화소 셀(33)은 대응하는 광원에 비해 중심 방향으로 천이되어 있고, 그 천이의 정도는 기준 시역(28)과 점 광원 배열판(24) 사이의 거리가 작을수록 증가하므로, 각 점 광원은 중앙 화소 셀(40)을 제외하고는, 각 화소 셀(33)의 중앙에 위치할 수 없다. 이러한 점은, 기준 시역(28)의 좌측 끝(31)과 우측 끝(32) 사이의 간격(38)이 영상 표시 마스크(27)의 수평폭(39) 보다 작거나 같은 경우에도 마찬가지이다.영상 표시 마스크(27)로서 액정 표시판(LCD)을 사용할 수도 있는데, 이 경우, 컴퓨터에 의해 동영상의 표시가 가능하다. 그리고, 이러한 영상 표시 마스크는 발광 표시 스크린 상에 표시될 수 있다. 영상 표시 마스크는, 복수의 시점 영상들에 기초하여 화소 셀 및 서브셀에 대한 레이아웃을 지원하는 컴퓨터에 의해 제조될 수 있으며, 영상 표시 마스크의 화소 셀의 폭은 영상 표시 마스크를 표시하거나 인쇄하는 장치의 화소의 폭의 정수배가 아니어도 된다.

도 3a는 영상 표시 마스크(27)의 화소 셀(33) 내의 실효 영상 표시역(41)과 점 광원(20)의 위치를 도시하고 있다. 화소 셀(33)은 검정색 정사각형으로서 도시되고, 실효 영상 표시역(41)은 흰색의 그리드(grid)로 표시되며, 점 광원(20)은 소형 원으로 도시되어 있다. 인접하는 화소 셀들(33)간에는 갭(gap)이 존재하지 않는다. 점 광원(20)이 영상 표시 마스크(27)의 중앙 가까이에 위치할수록, 점 광원(20)은 실효 영상 표시역(41)의 중심 부근에 위치하는 것을 알 수 있다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 각 화소 셀(33) 내의 시점들에 대응하는 화소들은 도 1에서와 같이 화소 셀(33)의 전체 영역에 걸쳐져 있지 않고 실효 영상 표시역(41)내에 모여 있다. 또한, 도 1에서는, 서브셀의 일부가 개구되어 점 광원에 의한 각 화소 셀 내의 특정 시점에 대응하는 서브셀로부터의 빛이 모아져 시점별 영상을 재생할 수 있도록 되어 있었다. 그러나, 도 3a에서는, 실효 영상 표시역이 다시점 영상의 배열 구조와 동일한 구조로 화소 수만큼 서브셀로 구분됨으로써 각각의 화소를 형성하고 있다. 이로써, 각각의 화소는 각기 고유한 색상과 명도(gray level)를 가지고 대응하는 점 광원의 빛을 투과 또는 반사시킨다. 실효 영상 표시역(41)이 정사각형 형태인 경우, 동일한 크기를 갖는 화소들(80)은, 도 1의 화소 셀(21)에서와 마찬가지로, 서브셀(1-2-4, 2-2-4, …, 25-2-4)에 대응하도록 배치된다. 그러나, 각각의 서브셀(1-2-4, 2-2-4, …, 25-2-4)에는 개구부가 형성되지 않으며, 각 서브셀의 전체 면적이 개구부로서 작용한다. 각각의 서브셀은 기준 시역에서 각 시점별 시역을 형성하며 시점별 시역의 밝기는 시역의 면적에 상관없으므로, 실효 영상 표시역(41) 내의 화소에 해당하는 각 서브셀의 크기는 동일할 필요가 없다. 그러나, 다른 실효 영상 표시역들에서 동일 시점 내에 있는 화소들은 같은 형태와 크기를 가져야 한다.도 3b는 실효 영상 표시역(41)의 가능한 형태들을 도시한다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 실효 영상 표시역(41)이 정사각형 또는 직사각형을 45도 또는 135도 회전시킨 형태, 마름모, 다이아몬드, 사다리꼴, 여러가지 다면체(polyhedron), 원형 등의 형태일 경우, 각 화소는 실효 영상 표시역(41)과 동일한 형태를 가진다.영상 표시 마스크에서 실효 영상 표시역(41) 이외의 영역은 한쪽 눈에만 인식된다. 따라서, 이 영역을 빈 공간 또는 검은 색으로 두고 영상 표시 마스크를 통해 실제 영상을 표시하게 되면, 인식되는 영상에 체크 무늬와 같은 희거나 검은 패턴이 생겨 화상의 질이 아주 나빠진다. 이것을 보상하기 위하여, 이 영역을 희거나 검게 두지 말고 다른 시점의 영상을 연속적으로 표시하는 것이 바람직하다.

도 4는 도 2에 도시한 다시점 영상 표시 시스템을 x-y 평면에 대해 확대한 도면이다. 예시적으로, 서로 다른 시점을 가진 K개의 영상을 수평 방향으로 표시하는 경우를 가정한다. 이 경우, x-y 평면에 놓인 점 광원 배열판(24)의 점 광원들의 열(row: 42)에 5개의 점 광원들 S₀-S₄가 있다. 점 광원 S₀는 좌표계의 원점에 대응한다. 그리고, 점광원 S₁, S₂는 점 광원 S₀의 왼쪽에 위치하는 반면, 점광원 S₃, S₄는 점 광원 S₀의 오른쪽에 위치한다. 점 광원들 S₀-S₄는 서로 동일 간격 p를 두고 떨어져 있다.서브 시역들 V₁-V_K는 점 광원 S₀로부터에서 거리 V_D만큼 떨어져 있다. 각 서브 시역들 V₁-V_K는 K 개의 서로 다른 시점 영상을 수평 방향으로 구분하여 볼 수 있도록 형성된다. 서브 시역들 V₁-V_K가운데, V₁은 가장 왼쪽에 있는 서브 시역이고, V_K는 가장 오른쪽에 있는 서브 시역이다. 이 경우, 여기서 V₁과 V_K는 전체 기하학적 구조를 결정하는 좌우 방향의 기준 시점별 시역 역할을 한다.영상 표시 마스크(27)의 x-y 평면 상의 영상 열(43)은 점 광원 열(42)로부터 거리 d 만큼 떨어져 있다. 화소 셀(33)의 수평 간격 p_i(i= 0, 1, 2, 3, .....)는 V₁과 두 개의 인접하는 점 광원들을 연결하여 만들어지는 삼각형 △V₁S₁S₂, △V₁S₀S₂, △V₁S₀S₃및 △V₁S₃S₄에 관한 정보로부터 계산될 수 있다. 보다 구체적으로, i번째 폭 p_i는, 삼각형들과 영상 열(43)이 교차하는 교점들간의 거리에 대응한다. 모든 폭들은 서로 동일하며 수학식 1과 같이 주어진다.

여기서, p_i는 서브 시역들 V₁-V_K중의 어느 하나에서 볼 수 있는 영상 열(43)의 폭을 나타낸다.수학식 1에서, P_i< P임을 알 수 있다. 삼각형 △V_KS₁S₂, △V_KS₀S₂, △V_KS₀S₃및 △V_KS₃S₄가 영상 열(43)과 만나는 교점들간의 거리도 수학식 1과 같이 표현된다.한편, 시청자가 입체 영상을 인식하기 위해서는, 두 개의 서브 시역에서 동시에 동일한 점 광원을 볼 수 있어야 한다. V₁과 V_K간의 전 서브 시역에서 동일한 점 광원을 볼 수 있는 영역은 도 3a에서의 실효 영상 표시역(41)에 해당한다. 실효 영상 표시역(41)의 i번째 수평폭 E_pi는 V₁, V_K와 어느 하나의 점 광원을 연결하는 삼각형 △V₁V_KS₁, △V₁V_KS₂, △V₁V_KS₀, △V₁V_KS₃및 △V₁V_KS₄에 기초하여 결정된다. i번째 수평폭 E_pi는 다음과 같이 주어진다.

여기서 V_W는 V₁과 V_K간의 거리에 의해 정해되는 시역의 폭을 나타낸다.서브 시역의 형태나 위치가 변화되면 그 변화에 따라 E_pi가 달라질 수 있으므로, 실효 영상 표시역(41)의 형태나 위치도 변화될 수 있다. E_pi는 d의 값에 따라 0 내지 pV_W/ (V_W+ p)의 값을 가질 수 있다. E_pi가 p_i보다 크게 되면, 하나의 서브 시역 내의 영상이 다른 서브 시역 내에 중첩되어 나타나게 된다. 따라서, 이러한 중첩을 방지하기 위해, E_pi≤ p_i의 관계가 성립해야 한다. p_i와 E_pi의 차이(105)를 최소화시키기 위해서는, d를 최대화시켜야 한다. d의 최대값은, 두 이웃하는 점 광원들을 V₁과 V_K로 연결했을 때 생기는 교차점들을 이은 선(49)과 점 광원 열(42) 사이의 거리로 주어진다. 영상 열(43)이 선(49)에 위치하게 되면, 실효 영상 표시역(41)의 수평폭 E_pi이 화소 셀의 수평폭과 크기가 동일해지며, 기준 시역이 직사각형 또는 정사각형 형태이면, 실효 영상 표시역(41)과 화소 셀(33)이 완전히 같아진다. 따라서, 화질이 아주 높은 영상의 표시가 가능하다.수학식 2에서, E_pi는 p_i보다 클 수 없으므로, E_pi는 점 광원의 간격 p보다 적다. p가 일정할 경우, 기준 시역의 폭 V_W를 크게 하면, E_pi를 최대화시키는 거리 d가 줄어든다. 따라서, 영상 표시 마스크(27)를 점 광원 배열판과 가깝게 함으로써 기준 시역의 폭 V_W을 증가시켜, 시각(viewing angle)을 크게 하는 것이 가능하다. 기준 시역의 폭 V_W가 증가하면, 서브 시역의 폭도 증가한다. d가 줄어들면, 점 광원의 조명각(illumination angle)이 대응하는 E_pi를 전부 조명하기에 충분할만큼 넓어야 한다. 기준 시역과 점 광원 배열판 사이의 거리 V_D를 V_W와 동시에 증가시키는 경우, V_W는 크게 할 수 있으나 시각은 변동되지 않는다. 기준 시역 내의 각 서브 시역은 화소 셀들(33) 내의 동일 시점에 대응하는 화소들로부터 빛이 모여 형성된 미소 영역이므로, 원칙적으로 시역은 서브 시역들로 구분되어 있으며 연속적이지 않다. 만약 서브 시역 V₁과 V₂사이의 간격(46)을 △V라 하면, 실효 영상 표시역(41)내에서 △V에 대응하는 영상 폭 △E_pi는 다음과 같이 주어진다.

수학식 3으로부터 알 수 있듯이, △V가 커지면 △E_pi도 커진다. 따라서, 표시할 수 있는 시점 영상의 수 K가 제한되나, 기준 시역 내의 각 서브 시역의 크기는 △E_pi의 크기에 비례하여 증가한다. △V가 커지면, 각 시점의 화소에 해당하는 실효 영상 표시역(41) 내의 면적도 커진다. 반대로, △V가 줄어들면, 실효 영상 표시역(41) 내의 면적이 줄어들어 핀홀(pinhole) 형태가 된다. △V는 서브 시역의 크기를 나타내므로, △E_pi가 증가되면 서브 시역의 크기도 증가되나, 표시할 수 있는 다시점 영상의 수는 줄어든다.

도 5는 도 3a에 의해 주어지는 영상 표시 마스크에 의해 형성 가능한 시역의 형태를 나타낸다. 도 4에서 정의된 V₁내지 V_K의 서브 시역은 각 점 광원과 이에 대응하는 실효 영상 표시역에 의해 형성된 것이다. 교호적으로, 이웃하는 실효 영상 표시역에 의해서도 시역의 형성이 가능하다. 점 광원 열(42)과 영상 열(43) 사이의 거리 d가 클수록, 이웃하는 실효 영상 표시역에 의한 시역의 형성 가능성이 더 많다. 예를 들어, 점 광원 S₁의 경우, 우측에는 이웃하는 실효 영상 표시역이 있으나 좌측에는 실효 영상 표시역이 존재하지 않는다. 반대로, 점 광원 S₄의 경우, 좌측에는 이웃하는 실효 영상 표시 역이 있고 우측에는 실효 영상 표시역이 존재하지 않는다. 그러므로, 각 점 광원과 그에 이웃하는 실효 영상 표시역, 즉 S₁과 E_p2, S₂와 E_p0, S₀와 E_p3및 S₃과 E_p4는 시역(47)을 형성한다. 그리고, S₄과 E_p3, S₃과 E_p0, S₀과 E_p2및 S₂와 E_p1은 시역(48)을 형성한다. 각 점 광원과 그에 이웃하는 실효 영상 표시역에 다시 이웃하는 실효 영상 표시역, 즉 S₁과 E_p0, S₂과 E_p3및 S₀과 E_p4는 시역(47)의 오른쪽에 또 다른 시역을 형성할 수 있다. 그리고, S₄과 E_p0, S₃과 E_p2및 S₀과 E_p1은 시역(48)의 왼쪽에 또 다른 시역을 형성하게 된다. 또, S₁과 E_p3및 S₂과 E_p4도 시역을 형성할 수 있으며, S₄과 E_p2및 S₃와 E_p1도 시역을 형성할 수 있다. 또한, S₁과 E_p4와 S₄와 E_p1도 각각 시역을 형성할 수 있다. 상기의 관계에서 알 수 있듯이, 점 광원이 5개인 경우, 이들 점 광원 5개가 모두 보이는 시역이 1개, 점 광원 4개가 보이는 시역이 2개, 점 광원 3개가 보이는 시역이 2개, 점 광원 2개가 보이는 시역이 2개, 그리고 점 광원 1개가 보이는 시역이 2개가 있다. 즉, 1 + 2(5-1) = 9의 관계를 만족한다. 따라서, 만약, 수평 방향으로 n개의 점 광원과 이에 대응하는 n개의 화소 셀이 있다면, 1 + 2(n - 1) = 2n-1개의 시역이 영상 열(43)의 전면에 평행하게 형성된다. 그러나, 각 시역이 중앙에서 멀어질수록, 보이는 점 광원의 수가 하나씩 줄어들게 되므로, 최외측의 시역에는 한 개의 점 광원만이 보이게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 점 광원의 수보다 화소 셀의 수를 더 많게 하면 된다. 시역의 주기(period)는 삼각형 △S₁V_KV'_K에서 p_iV_D/d로 주어진다. E_pi= p_i인 경우, 시역의 폭은 최대가 되며, 시역은 영상 표시 스크린의 전면에 걸쳐 나타난다. 그러나, 시역과 시역의 경계 지역에 역입체시(Pseudoscopic) 영역이 생길 수 있다. 역입체시 영역이란, 오른쪽 눈의 대응 영상이 왼쪽 눈에 나타나고, 왼쪽 눈의 대응 영상이 오른쪽 눈에 나타나서, 시청자가 느끼는 깊이감이 반전되는 영역을 의미한다.

도 6은 점 광원 배열판(24)과 영상 표시 마스크(27)에 의해 얻을 수 있는 다시점 영상의 깊이감을 예시하고 있다. 시청자는 입체시선(stereoscopic image line)들이 교차되는 지점에서 영상의 깊이감을 느낄 수 있다. 입체시선은 기준 시역(28)의 좌우 양단(31, 32)인 서브 시역 V₁및 V_K와 각 광원을 연결함으로써 형성될 수 있다. 도 6에는, 이웃하는 두 개의 점 광원들에 의해 형성되는 입체시선(50, 51), 이웃의 이웃하는 두 개의 점 광원들에 의한 입체시선(52, 53), 이웃의 이웃에 이웃하는 두 개의 점 광원들에 의한 입체시선(54, 55)들이 존재한다. 따라서, 점 광원들의 수가 많을수록 깊이감은 늘어난다.만약 n개의 점 광원으로 이루어진 점 광원 열(42)이 있고 그 위치를 x₀라고 하면, 각 입체시선들의 상대적인 위치 x_±j(j= 1, 2, 3, .... , n-1)는 다음과 같이 표시된다.

수학식 4에서, 가장 많이 돌출된 다시점 영상이 나타나는 지점(57), 즉 시청자에게 가장 가까이 있는 교차점 x_near는 x_-(n-1)로 주어지며 다음과 같이 표시된다.

수학식 4에서, 영상 표시 스크린에서 영상이 가장 멀리 떨어져 보이는 지점(56), 즉 x_far는 이론적으로는 눈간 거리(eye distance)에 대응하는 점 광원 열, 즉 V_W= jp일 경우의 무한대이나, 이 경우를 제외하면 x_far= x_n-1의 값으로 주어진다.

도 7a 및 도 7b는 점 광원 배열판과 영상 표시 마스크에 의한 다시점 영상 표시 시스템에서 형성될 수 있는 시역의 형태를 도시한다. 도 7a는 V_W가 영상 표시 마스크의 폭보다 작지 않은 경우를 도시하며, 도 7b는 그 반대의 경우를 도시한다. 최소 시청 가능 거리(65: x_V)는, 시역의 폭이 두 눈 사이의 거리 E_D에 대응하는 직선(64)과 점 광원 배열판간의 거리로 주어질 수 있다. 보다 구체적으로, x_V는 다음과 같이 정해진다. 수학식 5에 정의되어 있는 바와 같이, x_near는 점 광원 열(42)의 중심에 있는 점 광원(61: s₀)을 지나는 시스템의 중심축(60)과, 점 광원 열(42)의 제일 좌측에 있는 점 광원(62)과 V₁을 연결한 직선(73)과, 점 광원 열(42)의 제일 우측에 있는 점 광원(63)과 V_K를 연결한 직선(72)의 교차점에 위치한다. 만약, 점 광원 열(42)의 폭(81)을 W라고 하고, x_near(57), 점 광원(62) 및 점 광원(63)이 이루는 삼각형에서 x_near(57)와 중심축(60)이 이루는 각을 α라고 하면, x_near는 수학식 6과 같이 주어진다. 여기서, 폭(81)은 점 광원 배열판의 제일 위쪽과 제일 아래쪽에 있는 점 광원들간의 간격, 또는 점 광원 배열판의 제일 좌측과 제일 우측에 있는 점 광원들간의 간격을 나타낸다.

서로 다른 시점의 영상들이 분리되어 보이며 점 광원 열에 있는 점 광원 전부가 동시에 보이는 지역은, x_near(57), V₁및 V_K를 연결하는 삼각형(66), 및 점 광원(63)과 V₁을 연결하는 직선(70)의 연장선(75)과 점 광원(62)과 V_K를 연결하는 직선(71)의 연장선(74)에 의해 형성되는 지역(67)을 포함한다. 그러나, 최소 시청가능 거리 x_V(65)는 수학식 7과 같이 주어지므로, 시청자의 두 눈이 동시에 서로 다른 시점의 영상을 볼 수 있는 지역은 x_V지점 부터 시작된다.

따라서, 이 지역(67)은 시점(58, 59) 및 x_near(57)를 연결한 삼각형(68)과 시점들(58, 59)을 연결하는 직선(64)에 대해 삼각형(68)에 대칭인 삼각형(69)을 삼각형 △x_nearV₁V_K에서 제외함으로써 형성될 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 이 시역과 동일한 형태의 시역이 이 시역의 좌우에 평행으로 연속적으로 형성되게 된다. 이 경우, 시역의 깊이감은 거의 무한대에 가깝다.도 7b에서와 같이 V_W가 영상 표시 마스크의 폭 보다 작은 경우, x_near(57)와 x_V는 도 7a의 경우와 동일하다. 그러나, 점 광원(63)과 V₁을 연결하는 직선(70)과 점 광원(62)와 V_K를 연결하는 직선(71)이 서로 수렴하므로, 그 연장선들(75, 74)은 교차점(76)에서 만나게 되어, 시역의 크기가 유한해진다. 두 눈 사이의 거리를 고려하면, 두 직선들(74, 75)간의 거리가 눈간 거리 E_D와 동일해지는 지점(77)에서 시역의 깊이는 최대가 된다. 시역은, 시점들(58, 59)과 x_near(57)를 연결한 삼각형(68)과 시점들(58, 59)을 연결하는 직선(64)에 대해 삼각형(68)이 대칭하는 삼각형(69)을 삼각형△x_nearV₁V_K에서 제외한 부분과, 교차점(76)과 직선들(74, 75)을 연결하는 직선에 의한 삼각형(78)과 이 직선들(74, 75)을 연결하는 직선에 대해 삼각형(78)이 대칭하는 삼각형(79)을 교차점(76), V₁및 V_K를 연결하는 삼각형에서 제외한 부분으로 구성된다. 이 시역과 유사한 형태의 다른 시역들이 V₁과 V_K를 공유하면서 이 시역의 서로 인접하여 평행으로 좌우에 형성될 수 있다. 상기한 시역과 다른 시역들이 전체 시역을 구성한다.점 광원 열(42)로부터의 교차점(76)과 지점(77)까지의 거리를 각각 x_V-far와 x_V-end라고 하면, 이들은 다음과 같이 표현된다.

수학식 8 및 9로부터, 시역의 깊이는 x_V-end- x_V로 주어지며, 다음과 같이 표현될 수 있다.

수학식 10으로부터, 시역의 깊이는 V_D와 V_W의 크기를 증가에 따라 증가됨을 알 수 있다.

도 8은 도 2와 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같은 점 광원 배열판 및 영상 표시 마스크를 사용한 다시점 3차원 영상 표시 방법의 다른 실시예를 예시한다. 점 광원 배열판과 영상 표시 마스크를 사용한 다시점 영상 표시 방법에서, 점 광원 배열판으로서 LED 배열판, LD(laser diode) 배열판 또는 IP판과 같은 마이크로 렌즈 배열판을 사용한 초점 광원 배열을 사용할 수 있다. 그러나, 선명도(sharp)가 높은 영상을 얻기 위해서는 이상적인 점 광원이 필요하므로, 삼원색의 LED나 LD 배열판에 의해서는 천연색 영상을 표시하기 어렵다. 또한, 초점 광원 배열판은 화소 셀 간에 간섭이 발생할 수 있으므로, 선명한 영상을 구현하기 힘들다. 그리고, 구현되는 영상은 점 광원에 의한 광점의 집합으로 구성되어 있어 질이 아주 나쁘다. 이러한 문제점을 극복하는 방법의 하나는 점 광원 배열판과 영상 표시 마스크의 위치를 맞바꾸고, 점 광원 배열판 대신에 핀홀 배열판, IP판, 4각 렌즈 배열판 또는 동일한 폭과 초점 거리를 가지는 두 개의 렌티큘러 배열판의 두 개의 렌티큘러 표면을 맞대어 서로 수직으로 교차시킨 교차 렌티큘러 배열판을 사용하는 것이다. 도 6과 도 7a 및 도 7b에서 영상 표시 마스크(27)가 위치 x_-1(82)에 있다고 가정하면, 실효 영상 표시역은 화소 셀 그 자체가 된다. 도 5의 위치 x_-1(82)에 있는 영상 표시 마스크(27)를 위치 x₁(83)로 이동시키면, 각 실효 영상 표시역(41)내의 화소들의 위치는 뒤바뀌어야 하며 (즉, 실효 영상 표시역의 중심 교차선에 대해 대칭되는 화소들의 위치를 맞바꿈) 또한 확대도 필요하다. 이 경우, 점 광원 배열판 대신에, 점 광원의 위치에 핀홀(84)이 있는 핀홀 배열판(85)을 사용할 수도 있다. 또한, 핀홀 배열판(85) 대신에, IP판(86) 또는 사각 렌즈 배열판(87)을 사용할 수도 있는데, 이 경우에는 마이크로 렌즈 또는 사각 렌즈가 배열되는데, 각 렌즈의 중심은 점 광원의 중심과 일치하며, 각 렌즈의 폭은 점 광원의 폭과 동일하며, 초점 거리는 pV_D/(V_W-p)이거나 이 것보다 약간 짧다. 이 위치들을 응용하면 점광원의 위치 영상 표시 마스크를 x_-1(82)과 x₁(83)의 위치에 각각 수직 배열 렌티큘러판과 수직 렌티큘러판을 동시에 위치시켜 좌우, 상하 방향에 시차를 가진 3 차원 영상 구현이 가능하다. 렌티큘러판 대신에 시차장벽(Parallax Barrier)판으로 대체 가능하며, x_-1(82)과 x₁(83)의 어느 한 위치에 렌티큘러판 그리고 다른 위치에 시차장벽판을 동시에 두어도 완전시차 3 차원 영상의 구현이 가능하다. 위치 x₁(83)에 있는 영상 표시 마스크(89) 내의 화소 셀(92)의 폭 p_i는 다음과 같이 주어진다.

수학식 11에서, P_i는 위치 x_-1(82)에 있는 실효 영상 표시역(41) 보다 다음과 같이 m배 정도 확대되어 있다.

수학식 11에서 주어진 바와 같이, 영상 표시 마스크(89)의 화소 셀(92)의 폭이 점 광원의 주기 p, 즉 핀홀과 마이크로 렌즈 또는 사각 렌즈의 폭 보다 크므로, 이 것들이 화소 셀을 전부 커버할 수 없다. 그리고, 핀홀, 마이크로 렌즈 또는 사각 렌즈의 중심이 화소 셀 내의 실효 영상 표시역의 중심과도 일치하지 않는다.도 6, 도 7a 및 도 7b에서, 영상 표시 마스크(27)의 위치는 0 내지 pV_D/(V_W+p)의 범위, 즉 점 광원 배열판에서 위치 x_-1(82)까지 변할 수 있다. 이에 반해, 도 8에서, 영상 표시 마스크(89)의 위치는 0 내지 pV_D/(V_W-p)의 범위, 즉 핀홀, 마이크로 렌즈 또는 사각 렌즈 배열판에서 위치 x₁(83)까지 변할 수 있다. 그러므로, 마이크로 렌즈 배열판(86) 또는 사각 렌즈 배열판(87) 등의 초점 거리는 영상 표시 마스크(89)의 위치에 따라 0 내지 pV_D/(V_W-p)의 범위 내에서 선택될 수 있다. 영상 표시 마스크(89)가 위치될 수 있는 범위 내에서는, 화소 셀의 크기가 핀홀, 마이크로 렌즈 또는 사각 렌즈의 폭 보다 크므로, 각 화소 셀의 중심에 있는 실효 영상 표시역은 대응하는 핀홀, 마이크로 렌즈 또는 사각 렌즈의 중심에 비해 바깥에 위치하게 된다. 화소 셀이 영상 표시 마스크의 중심에서 멀어질 수록, 이러한 중심의 편향도가 증가된다.

도 9는 도 8에 도시한 마이크로 렌즈 배열판과 영상 표시 마스크의 실효 영상 표시역의 상대적인 크기 및 위치를 예시한다. 영상 표시 마스크(89)는 5 × 5 다시점 영상 배열판에 대응하는 5 × 5 화소 셀(92)로 구성되어 있고, 각 화소 셀(92)의 실효 영상 표시역(88)은 다시점 영상 배열판에 대응하는 5 × 5 화소로 이루어져 있으며, 실효 영상 표시역(88)의 크기는 화소 셀(92)의 크기와 동일하다. 5 × 5 마이크로 렌즈 배열판(86)은 영상 표시 마스크(89)의 상에 초점 거리 f를 pV_D/(V_W-p)와 같거나 조금 달리하여 위치해 있다. 5 × 5 마이크로 렌즈 배열판(86)에는, 동일한 폭과 동일한 초점 거리를 가진 다수의 마이크로 렌즈가 서로 인접하여 이차원으로 배열되어 있으며, 폭이 p인 마이크로 렌즈(91)가 영상 표시 마스크(89)의 중앙 화소 셀(93)의 중심(90)에 위치하고 있다. 각 마이크로 렌즈의 크기는 대응하는 화소 셀(92)의 폭 보다 작으므로, 영상 표시 마스크(89)의 중심에서 멀어질수록 마이크로 렌즈와 이에 대응하는 화소 셀 사이의 편향도가 커진다.마이크로 렌즈 배열판(86) 내의 마이크로 렌즈들간에 갭(94)이 생기므로, 실효 영상 표시역 내의 화소가 직접 보일 수 있어서, 다소 불리한 점이 발생할 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈들간에 갭이 생기지 않는 사각 렌즈 배열판을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 사각 렌즈 배열판(87)을 제조하기가 어려우므로, 동일한 폭과 동일한 초점 거리를 가지는 두 개의 렌티큘러 배열판의 표면을 맞대어 서로 수직으로 교차시킨 교차 렌티큘러 배열판(95)을 사용하거나, 수직 배열 렌티큘러판과 수평 배열시차장벽판 또는 배열 렌티큘러판과 수직 배열 시차장벽판을 맞대어 사용할 수 있다. 렌티큘러판(108)과 시차장벽판(109)을 조합하는 경우는 슬리트(110) 그어진 면(111)을 렌티큘러판(108)의 렌즈면(112)에 맞붙여 사용하면 된다. 두 개의 렌티큘러 배열판의 표면을 서로 맞대게 되면, 만약 아래쪽 렌티큘러 배열판(96)의 두께(98)가 자신의 초점 거리와 동일한 경우, 위쪽 렌티큘러 배열판(97)의 초점 거리는 아래쪽 렌티큘러 배열판(96)의 기판 표면(99)에 위치하는 영상 표시 마스크(89)에 대해 아래쪽 렌티큘러 배열판(96)의 초점 거리와 동일해진다.이와 같이, 렌티큘라 배열판, 마이크로 렌즈 배열판 또는 핀홀 배열판을 사용하는 경우, 영상 표시 마스크의 뒤쪽에 부착된 외부의 확산판을 통과한 광원, 또는 확산 스크린을 구비한 백라이트 램프에 의해 제공되는 확산된 광원을 이용하면 상의 밝기를 높일 수 있다. 또한, 영상 표시 마스크의 해상도에 의한 영상의 균일도를 증가시키기 위해 수직 확산판을 렌티큘라 배열판, IP판 또는 핀홀 배열판의 전단에 부착하여 사용할 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 실효 영상 표시역 내의 화소 배열에 따른 시차 방향을 조절하는 방법을 예시하고 있다. 예를 들어, 사각형의 영상 표시 마스크(100)를 수평 시차 및 수직 시차 중의 어느 하나만을 갖도록 제조하려면, 실효 영상 표시역 내의 수직 방향 또는 수평 방향으로 동일한 화소들을 연속적으로 배열하면 된다.도 10a에서, 화소 배열판(102)는 5 × 5 화소 셀로 구성된 영상 표시 마스크(100)의 실효 영상 표시역 내에 수평 시차만을 가지며, 동일한 화소들이 화소 배열판(102)의 수직 방향으로 연속적으로 배열되어 있다. 이에 반해, 화소 배열판(103)은 실효 영상 표시역 내에 수직 시차만을 가지며, 동일한 화소들이 수평 방향으로 연속적으로 배열되어 있다. 예를 들어, 영상 표시 마스크(100)의 중앙 화소 셀(101)의 경우, 수평 시차만을 제공하고자 하면, 실효 영상 표시역의 각 컬럼(column)별로 다시점 영상 1에서 5까지의 13번째 화소만 표시된다. 반대로, 수직 시차만 제공하고자 하는 경우, 실효 영상 표시 역의 각 로우(row)별로 다시점 영상 1에서 5까지의 13번째 화소만 표시된다.도 10b에 도시한 바와 같이, 영상 표시 마스크가 직사각형 또는 정사각형에 가까운 마름모 형태이며, 각 화소 셀도 마름모 형태로 되며, 각 화소 셀 내의 실효 영상 표시역도 마름모 형태로 되어, 화소 배열판이 경사지게 된다. 이로써, 경사진 렌티큘러 배열판을 사용하게 되면 임의 방향의 시차를 제공할 수도 있다.도 11a 및 도 11b는 도 8에 도시한 2차원 핀홀 배열판의 형상을 예시한 도면이다. 이들 도면에서, 이 핀홀 배열판은 도 4에 도시한 점 광원 배열판에서 점 광원을 정사각형(106), 원형(107) 또는 직사각형의 미세한 개구부로 대체함으로써 형성된다.

본 발명에 따르면, 점 광원, IP판, 렌티큘러 배열판, 교차 렌티큘러 배열판 및 사각 렌즈판 중의 어느 하나를 다시점 영상 표시 마스크와 동시에 사용함으로써, 수평 시차, 수직 시차 또는 수직-수평 시차를 제공할 수 있다.또한, 영상 표시 마스크의 수직 또는 수평 방향으로 특수한 패턴을 기록함으로써 숨겨진(embedded) 또는 변형된(changed)영상을 제작할 수 있다. 또한, 길거나 짧은 가는 직선을 영상 표시 마스크에 삽입하여, 영상 표시 마스크이 렌티큘러 배열판, IP판 또는 핀홀 배열판과 정렬되도록 할 수 있다. 이 직선들은 IP판, 사각 렌즈 배열판 또는 교차 렌티큘러 배열판의 축에 평행하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 마스크 측부 근처에 포함된 긴 직선들을 사용하는 경우, 가는 선들로부터 물결무늬 패턴이 가시적인 직선 영상(visible line image)으로부터 사라질 때까지 직선들의 가시성을 테스트함으로써, IP판, 사각 렌즈 배열판 또는 교차 렌티큘러 배열판에 대한 각도에 따라 영상 표시 마스크를 정렬할 수 있다. 물결무늬 패턴은 마스크와, IP판, 사각 렌즈 배열판, 교차 렌티큘러 배열판의 축이 서로 일치하지 않을 때 나타난다. 아울러, 짧은 직선들이 몇몇 (하나 또는 두 개의) 소스 영상들에 포함되는 경우, 직선들의 영상이 시역의 소정 영역에 나타날 때까지 직선들의 가시성을 테스트함으로써, IP판, 사각 렌즈 배열판 또는 교차 렌티큘러 배열판에 대한 편향도를 고려하여 영상 표시 마스크가 정렬되게 할 수도 있다.이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상에 기초한 다양한 수정례 및 변형례도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다.

Claims

시청자에게 서로 다른 시점을 가진 복수의 시점 영상들을 제공하는 다시점 영상 표시 시스템에 있어서 - 상기 복수의 시점 영상들은 각각 독립적인 시역들(viewing zones)을 형성하고, 상기 시역들은 2차원적으로 배열되어 기준 시역을 형성함 -,

M ×N 개의 점 광원들을 구비한 점 광원 배열판, 및

상기 기준 시역과 상기 점 광원 배열판 간에 배치된 영상 표시 마스크 - 상기 영상 표시 마스크는 M ×N 개의 화소 셀들을 가지며, 상기 각각의 화소 셀은 상기 각각의 점 광원에 의해 조명됨 -

를 포함하되,

상기 각각의 화소 셀은 상기 시역들의 배열 구조에 따라 배열된 복수의 서브셀로 분할되어 있는 영상 표시역을 가지며,

상기 각각의 서브셀은 상기 각각의 서브셀의 전체 영역을 사용하여 상기 점광원들로부터의 광을 투과 또는 반사시킴으로써, 상기 투과 또는 반사된 광이 상기 각각의 시역에서 수집되어 상기 각각의 시점 영상을 형성하게 하는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시 마스크의 위치는, 상기 영상 표시역의 크기가 그에 대응하는 화소 셀의 크기와 같거나 작도록 조절되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시역은 상기 대응하는 화소 셀의 중앙에 위치하는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 화소 셀의 수평폭은,

상기 영상 표시 마스크가 배치되는 위치, 및

가장 외측에 있는 시역들 중 하나의 시역과 이웃하는 두 개의 점 광원들로 이루어진 제1 삼각형

에 기초하여 정해지는 다시점 영상 표시 시스템.
제4항에 있어서, 상기 화소 셀의 수평폭은 상기 영상 표시 마스크의 위치와 상기 제1 삼각형이 교차하는 두 개의 교차점간의 거리와 동일한 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시역의 수평폭은,

상기 영상 표시 마스크가 배치되는 위치, 및

가장 외측에 있는 두 개의 시역들과 상기 영상 표시역에 대응하는 점광원으로 이루어진 제2 삼각형의 형상

에 기초하여 정해지는 다시점 영상 표시 시스템.
제6항에 있어서, 상기 영상 표시역의 수평폭은 상기 영상 표시 마스크의 위치와 상기 제2 삼각형이 교차하는 두 개의 교차점간의 거리와 동일한 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시역의 형태는 상기 기준 시역의 형태와 유사한 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시점 영상들에서 동일한 위치들에 있는 화소들은 상기 시점 영상들의 상대 위치를 고려하여 상기 영상 표시역 내에 배열되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 각각의 서브셀의 형태는 대응하는 영상 표시역의 형태와 동일한 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시역들은 동일한 형태와 크기를 갖는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시 마스크는, 두 개의 이웃하는 점 광원들을 가장 왼쪽 및 가장 오른쪽의 시역들과 연결한 두 개의 직선들이 교차하는 교차점, 및 상기 점 광원 배열판의 사이에 배치되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 화소 셀에서 상기 영상 표시역을 제외한 영역에, 연속적인 시점 영상들의 화소들이 표시되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 각 시역의 크기는 상기 영상 표시역 내의 대응하는 화소의 크기에 비례하는 다시점 영상 표시 시스템.
제9항에 있어서, 상기 영상 표시역 내의 화소들은 1차원 배열 및 2차원 배열 중 하나의 배열로 배치되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 서브셀의 적어도 일부는 정사각형 및 직사각형 중 어느 하나의 형태인 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시역들 내의 동일한 시점에 대응하는 화소들의 크기 및 형태는 서로 동일한 다시점 영상 표시 장치.
제6항에 있어서, 상기 점 광원 배열판은, 핀홀, 원형 마이크로 렌즈 및 사각 마이크로 렌즈의 초점이 상기 대응하는 점 광원들의 위치에 배치되어 있는 핀홀 배열판, IP판(integral photography plate) 및 사각 렌즈 배열판, 및 동일한 주기와 동일한 초점 거리를 갖는 두 개의 렌티큘러 배열판의 표면이 맞대어져 서로 수직으로 교차시킨 교차 렌티큘러 배열판 중의 어느 하나로 대체되어 있는 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 영상 표시역 내의 상기 화소들의 위치가 상기 영상 표시역의 중심에 대해 뒤바뀌어 있는 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 IP판, 상기 사각 렌즈 배열판 및 상기 교차 렌티큘러 배열판의 초점 거리는 상기 점 광원 배열판과 상기 영상 표시 마스크 사이의 거리와 같거나 작은 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 화소 셀들의 폭은 상기 핀홀 배열판의 핀홀들의 폭, 상기 IP판 및 상기 교차 렌티큘러 배열판의 렌즈들의 폭 보다 큰 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 화소 셀이 상기 영상 표시 마스크의 중심부에서 멀어질 수록, 상기 핀홀 또는 상기 렌즈의 중심과 상기 영상 표시역의 중심 사이의 편향도가 증가되는 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 기준 시역, 상기 영상 표시 마스크, 상기 영상 표시역 및 상기 화소 배열의 형태가 마름모형이며,

상기 마름모형에 대응하여 경사진 렌티큘러 배열판이 사용되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 동일한 시점의 동일한 화소들이 상기 영상 표시역의 수직 방향 또는 수평 방향으로 반복적으로 표시되어, 수평 시차 및 수직 시차 중의 하나만을 제공하는 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 렌티큘러 배열판의 렌티큘러의 수평폭과 수직폭, 및 상기 원형 마이크로 렌즈의 직경은 상기 점 광원 배열판 내의 상기 점 광원들의 주기와 동일한 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 핀홀의 형태는 원형, 정사각형 및 직사각형 중의 어느 하나인 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 핀홀 배열판, 상기 IP판, 상기 사각 렌즈 배열판 또는 상기 교차 렌티큘러 배열판의 초점과 상기 영상 표시 마스크간의 거리는 pV_D/(V_W-p)로 주어지고,

상기 화소 셀의 크기 p_i는 pV_W/(V_W-p)로 주어지며,

여기서, p는 상기 핀홀, 상기 원형 마이크로 렌즈 또는 상기 사각 마이크로 렌즈의 주기이고, V_W는 상기 시역의 수평 및 수직폭이며, V_D는 상기 영상 표시 마스크와 상기 시역간의 거리인 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 점 광원들은 외부의 확산광에 의해 제공되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 점 광원들은 확산 스크린을 구비한 백라이트 램프에 의해 제공되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시 마스크는 발광 표시 스크린 상에 표시되는 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 IP판, 상기 사각 렌즈 배열판 또는 상기 교차 렌티큘러 배열판의 정면에 선형 확산기(linear diffuser)가 부착되어 있는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 화소 셀의 레이아웃(layout)이 불규칙(random)하게 되어 있는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시역 내에서 동일한 대상물의 다시점 영상이 관찰되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시역의 기설정된 영역에 따라 서로 다른 대상물의 다시점 영상이 관찰되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시 마스크는, 상기 복수의 시점 영상들에 기초하여 화소 셀 및 서브셀에 대한 레이아웃을 지원하는 컴퓨터에 의해 제조되는 다시점 영상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 영상 표시 마스크의 상기 화소 셀의 폭은 상기 영상 표시 마스크를 표시하거나 인쇄하는 장치의 화소의 폭의 정수배가 아닌 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 영상 표시 마스크의 측부에 상기 IP판, 상기 사각 렌즈 배열판 또는 상기 교차 렌티큘러 배열판의 축에 평행하도록 적어도 2개의 길고 가느다란 선들이 부가되며,

상기 선들로부터 물결무늬 패턴이 사라질 때까지 상기 선들의 가시성을 테스트함으로써, 상기 IP판, 상기 사각 렌즈 배열판 또는 상기 교차 렌티큘러 배열판에 대한 각도를 고려하여 상기 영상 표시 마스크가 정렬되는 다시점 영상 표시 시스템.
제18항에 있어서, 상기 영상 표시 마스크에 상기 IP판, 상기 사각 렌즈 배열판 또는 상기 교차 렌티큘러 배열판의 축에 평행하도록 적어도 2개의 짧고 가느다란 선들이 부가되며,

상기 선들의 영상이 상기 시역의 소정 영역에 나타날 때까지 상기 선들의 가시성을 테스트함으로써, 상기 IP판, 상기 사각 렌즈 배열판 또는 상기 교차 렌티큘러 배열판에 대한 편향도를 고려하여 상기 영상 표시 마스크가 정렬되는 다시점 영상 표시 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 핀홀 배열판 및 상기 사각 렌즈 배열판 중 어느 하나 대신에 수직 배열 렌티큘러판과 수평 배열 시차 장벽판, 수평 배열 렌티큘러판과 수직 배열 시차장벽판을 서로 맞대어 구성한 판을 사용하는 다시점 영상 표시 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 점광원 배열판의 위치에 영상 표시 마스크를 배열하고, 상기 점광원들에 의해 형성되는 두 개 입체 시선의 위치에 상기 수직 배열 렌티큘러판(수평 배열 시차장벽판) 및 상기 수평 배열 렌티큘러판(수직 배열 시차장벽판)을 배열한 다시점 영상 표시 시스템.
제 40 항에 있어서,

상기 두 개 입체 시선 중 제 1 위치에 상기 수직 배열 렌티큘러판(수직 배열 시차장벽판)을 배열하고, 상기 제 1 위치와는 상이한 상기 두 개 입체 시선 중 제 2 위치에 상기 수평 배열 렌티큘러판(수평 배열 시차장벽판)을 배열한 다시점 영상 표시 시스템.
제 40 또는 41 항에 있어서,

상기 제 1 위치에 상기 수평(수직) 배열 시차장벽판을 배열하고, 상기 제 2 위치에 상기 수직(수평) 배열 렌티큘러판을 배열한 다시점 영상 시스템.
제 42 항에 있어서,

상기 제 1 위치에 상기 수평(수직) 배열 렌티큘러판을 배열하고, 상기 제 2 위치에 상기 수직(수평) 배열 시차장벽판을 배열한 다시점 영상 시스템.