KR100560529B1 - 자동입체 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

움직이는 화상들을 디스플레이하는 3차원 비디오 디스플레이는 연속한 프레임들의 홀로그래픽 화상이 디스플레이되는 스크린(4), 단일 방향에서 오거나 연속한 프레임들의 주사와 동기하여 일련의 이산 방향들을 통해 반복하여 스크린에 주사될 수 있는 컬리메이팅된 광원(6)을 포함하며, 3차원의 움직이는 화상을 스크린 상에서 관찰될 수도 있게 배열된다. 화상 스크린(4)은 광학적으로 주소지정되는 공간 광 변조기(OASLM)일 수 있으며 강유전 또는 네마틱 또는 긴 피치의 콜레스테릭 액정물질(13)층을 포함하는 전면판 및 이면판들(8, 9)과 감광층(15)을 포함할 수 있다. 이들 두 개의 층들 사이엔 반사층(14)이 있다. 전면 및 이면판들(8, 9)은 개별 주소지정가능 화소들의 x, y 매트릭스에 배열된 전극들(10, 11)을 갖고 있다. 투사수단(1)은 화상들을 감광층(15)에 투사하여 액정층(13)의 광 반사 특징들을 변화시킨다. 따라서, 액정층(13)이 순차로 레이저원들(6)에 의해 주사될 때, 층을 가로질러 가변 반사율은 연속한 홀로그래픽 화상들을 관찰자에게 제공한다.

Description

자동입체 디스플레이 장치{Autostereoscopic dispaly}

본 발명은 비디오 디스플레이 상의 3차원(3D) 비디오 화상들의 디스플레이에 관한 것이다. 비디오라는 용어는 움직이는 화상을 집합적으로 제공할 수 있는 스틸(still) 화상들의 연속적인 프레임들의 디스플레이로 여겨진다.

대부분의 움직이는 디스플레이들은 2차원으로, 예를 들면 텔레비전(비디오) 및 영화 필름들이다. 많은 응용들에 있어서 관찰자가 움직임으로부터 입체(stereoscopic) 정보를 얻을 수 있기 때문에 2차원 화상들의 움직임이면 충분하다.

움직이지 않는(스틸) 디스플레이들에서는 2차원 디스플레이들이 가장 일반적이며, 예를 들면 사진복사, 인쇄, 사진촬영에 의해 제작하기에 매우 저렴하다. 2차원 화상들은 그의 진폭(어두움 및 컬러의 양)이 화상 내 위치에 따라 변하는 디스플레이들에 의해 제공된다. 진정한 3차원 스틸 디스플레이들은 예를 들면 사진판들에 홀로그래픽 기술들에 의해 제공될 수 있다. 다른 3D 효과들은 자동입체 (autostereo)로 알려진 기술에 의해 제공될 수 있다.

3차원 화상은 홀로그램 내의 진폭 또는 위상의 변화에 의해 홀로그래픽 필름들에 제공될 수 있다. 관찰자는 각각의 눈에 의해서, 그리고 디스플레이로부터 다른 위치들(거리 및 각)에서 약간씩 다른 화상을 본다. 디스플레이의 2가지 유형들 사이의 큰 차이점은 필요한 정보량으로, 3-D의 경우에 적어도 더 많은 데이터의 크기가 필요하다.

홀로그래픽 화상들은 액정장치들을 사용하여 디스플레이되었으나, 매우 좁은 시야들을 갖는데, 즉, 입체 효과가 단지 좁은 각도들의 범위에서만 관찰된다.

움직이는 비디오 디스플레이들은 관찰자가 개별적인 프레임들을 검출할 수 없는 대신 끊김없는 움직임을 보는데 충분한 고속으로 스틸 화상들의 프레임들을 디스플레이함으로써 형성된다. 움직임을 갖는 3-D 화상들을 디스플레이하는 것은, 특히 대형 디스플레이들에 있어서, 쉽고 저렴하게 사용가능한 것보다 훨씬 높은 데이터 속도들을 필요로 한다.

본 발명의 한 특징에 따라서, 시야각의 문제는 홀로그램들과 동기하여 일련의 이산 방향들을 통해 반복적으로 주사하는 컬리메이팅된(collimated) 광에 의해 패턴들의 반복된 시퀀스가 조명되는 공간 광 변조기(SLM)를 포함하는 3차원 디스플레이에 의해 해결된다.

"패턴"이라는 용어는 이 명세서에서 홀로그램, 자동입체 분포 또는 투사될 화상을 포함할 수 있는 위상 또는 진폭의 2차원적 변화를 의미하는 것으로 사용된다.

본 발명에 따라서, 3차원 비디오 디스플레이는: 패턴들의 연속적인 프레임들이 디스플레이될 수 있는 스크린 및 연속적인 프레임들의 디스플레이와 동기하여 일련의 이산 방향들을 통해 전체 스크린을 각각 조명할 수 있는 컬리메이팅된 광 빔들의 어레이를 투사하기 위한 수단을 포함하며;
상기 스크린은 전면판과 이면판 사이에 위치된 액정물질층; 인접한 상기 액정물질층 상의 전압을 변경하도록 동작할 수 있는 감광물질층; 액정물질과 감광물질 사이의 반사층, 및 액정 물질을 가로질러 전압을 인가하기 위한 판들의 내부 표면들 상의 전극 구조들로서, 상기 전극들은 액정층의 개별적으로 주소지정가능한 부분들의 어레이를 집합적으로 형성하는, 상기 전극 구조들을 포함하며, 각각의 컬리메이팅된 광 빔은 전면판 전체를 조명하도록 배열된다.

스크린은 복수의 개별 영역들을 포함할 수 있으며, 각각은 패턴의 완전한 프레임을 집합적으로 형성하기 위해 필드 시간에 독립적으로 주소지정가능하고: 예를 들어, 스크린은 각각이 필드 시간에 서브-패턴을 수신하도록 배열된 복수의 개별적으로 주소지정가능한 부분들을 갖는 광학적으로 주소지정된 공간 광 변조기에 의해 형성될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 화상 상에 패턴들을 투사하기 위한 수단이 포함된다.

투사하기 위한 수단은 화상의 완전한 프레임을 형성하기 위해 화상 스크린 또는 감광층의 공간의 개별 영역들(A 내지 P)상에서 차례로 복수의 필드 패턴들을 투사하기 위한 수단을 포함할 수 있고, 스크린 상으로 투사하기 위한 패턴 또는 패턴의 일부를 집합적으로 제공하는 개별적으로 주소지정가능한 화소들의 매트릭스를 갖는 디지털 마이크로 미러 장치(DMD)를 더 포함할 수 있다.

투사하기 위한 수단은 스크린 상으로 화상 또는 화상의 일부를 투사하기 위한 음극선관 비디오 디스플레이를 포함할 수 있다.

본 발명은 광학 장치를 포함할 수 있고, 컬리메이팅된 광 빔들의 어레이를 투사하기 위한 수단은 실질적으로 광학 장치의 초점 면에 배열된다.

청구항 1의 디스플레이에서, 각각의 컬리메이팅된 광 빔들은 레이저 광일 수 있고, 상이한 파장들을 가질 수 있다.

투사 수단과 스크린 사이에 격자가 포함될 수 있다.

이상적으로 비디오 디스플레이 상의 화상들은 시차의 변화들이 관찰자가 디스플레이로부터 가깝게 또는 멀리 이동함에 따라 보여질 수 있도록 하고, 관찰자가 상이한 관점들로부터 화상을 조사하고 양안 비전(binocular vision)을 사용함으로써 깊이를 측정할 수 있도록 홀로그램들에 의해 기록된 것들과 같이, 3차원이어야 한다. 홀로그램들은 단지 고해상도 디스플레이들이며 액정 디스플레이 상에 비디오 홀로그램을 디스플레이하는 것이 가능하다. 그러나, 액정층들은 적어도 1.5마이크론 두께로 되는 경향이 있고, 따라서 액정 상의 화소들이 2 또는 3마이크론보다 더 작아지지 않는 경향이 있어, 액정 디스플레이 상의 홀로그램의 시야는 몇도 가량이 되게 된다. 더구나 액정 디스플레이들의 비용은 비디오 홀로그램들의 디스플레이를 비경제적으로 만드는 것과 같이 해상도에 따라 상승한다.

3차원 화상들은 또한 자동입체 화소화(pixellation)를 사용하여 디스플레이될 수 있으며, 여기서 스크린은 각각이 람레브시안(Lambertian)(2차원 화상들의 디스플레이에 관한)이기보다는 광선방향의 함수로서 광의 세기를 제어하는 화소들의 2차원 어레이를 포함한다. 자동입체 디스플레이를 만드는 간단한 방법은 렌즈의 초점면에 연속적으로 주사하는 광의 스폿원(spot source)으로 액정 디스플레이를 조명하는 것이다. 렌즈 및 광원은 임의의 한 순간에 모두 한 일반적인 방향으로 진행하는 광선들을 생성하며, 광선들의 방향이 액정 디스플레이 상의 고형 대상물의 적합한 뷰들의 디스플레이와 동기된다면, 눈은 시간을 통해 3차원 화상을 구성할 것이다. 여기서 문제는 관찰자가 플리커(flicker)를 보는 것을 회피하기 위해서, 액정 디스플레이가 빠르게 스위칭해야 하고 양질의 3차원 화상들을 위해서는 이것 역시 비경제적이라는 것이다.

모든 관찰자들의 위치들이 알려져 있지 않다면 3차원 화상들은 거의 확실하게 2차원 화상들보다 큰 정도의 크기인 데이터 속도들을 필요로 한다. 3차원 디스플레이의 임의의 설계는 이러한 데이터를 처리하는 방법을 제공해야 하지만, 데이터 속도들이 높을수록, 데이터를 스크린 상으로 나르는 전송 라인들의 허용 용량이 덜 하게 되어 스크린이 작아진다.

높은 프레임 속도들을 갖는 소형 디스플레이들은 예를 들면 강유전(ferroelectric) 액정층을 실리콘 기판 상에 배열함으로써, 또는 디지털 마이크로 미러 장치 또는 음극선관으로 매우 저가로 만들어 질 수 있다. 그러나 사용자들은 큰 3차원 화상들을 원하며, 3차원 화상이 디스플레이될 수 있는 장치들로도, 사용하기에 알맞은 크기로의 화상의 확대 효과는 시야를 너무 좁게 만든다는 것이다.

전송 라인 효과들은 데이터가 병렬로 전송된다면 덜 관련이 있게 되는데, 이것은 감광층 및 액정과 같은 광변조층의 샌드위치를 포함하는 광밸브들(또는 광학적으로 주소지정된 액정 디스플레이들)에서 발생하는 것이다. 감광층 및 광 변조층 모두를 가로질러 전압이 인가될 때, 감광층 상에 투사된 화상은 광 변조층으로 가로질러 옮겨지고, 비정질 실리콘/강유전 액정 광밸브들은 수 kHz의 프레임 속도들을 갖는다. 더구나 광밸브 내의 층들은 대체로 패턴되지 않았으므로, 고해상도 리소그래피의 비용없이 고해상도, 고 프레임 속도 액정 디스플레이로서 작용하는 장치를 얻을 수 있다. 소형 디스플레이로부터의 화상들이 광밸브 뒤로 투사되면, 상대적으로 저렴한 구성성분들로부터 고해상도 2차원 화상들을 투사할 수 있는 장치를 조립할 수 있고 다양한 구성들이 제안되었다. 광밸브는 액정 디스플레이보다 클 수 있으므로 보다 높은 해상도를 가질 수 있으나, 그럼에도 불구하고 각각의 광밸브 프레임 내에 하나씩 광밸브의 인접 영역들에 주소지정하도록 광밸브를 가로질러 액정 디스플레이의 화상이 다중화된다면 액정 디스플레이는 광밸브의 모든 부분들을 주소지정할 수 있다. 투사와 연관된 확대는 이들 구성들을 3차원 화상들의 디스플레이에 적합하지 않게 하지만, 이들이 패턴되지 않았기 때문에, 원리상 광밸브들이 텔레비전 스크린들만큼, 그리고 여전히 상대적으로 저렴하게 만들어질 수 있다.

단지 첨부한 도면들을 참조로 예의 방법으로 본 발명이 설명될 것이다.

도 1은 액정 디스플레이 상에 대상물의 뷰들을 나타내고 적합한 방향으로 각각을 조명함으로써 어떻게 3차원 화상을 디스플레이할 수 있는가를 도시한 것이다.

도 2는 다른 체적의 3D 디스플레이들을 도시한 것이다.

도 3은 광 에미터들의 3D 어레이가 불투명 화상들을 디스플레이할 수 없음을 도시한 것이다.

도 4는 3가지의 다른 홀로그래픽 3D 디스플레이들을 도시한 것이다.

도 5는 다른 자동입체 3D 디스플레이들을 도시한 것이다.

도 6은 하나는 빠르게 공전하고, 다른 것은 느리게 공전하는 한 쌍의 슬릿들을 통해 보여진 3D 대상물을 도시한 것이다.

도 7은 스크린 가까이에서 구성이 광선 추적에 의해 결정될 수 있는 원근 화상이 보여진 것을 도시한 것이다.

도 8은 아무리 멀어도 관찰자가 디스플레이 상에서 무엇을 보는지 식별하기 위해 화소위치(x)에 대한 화소방향(θ)의 플롯이 사용될 수 있음을 도시한 것이다.

도 9는 각각의 뷰가 수평바를 포함하는 자동입체 디스플레이의 원격 사진을 도시한 것이다.

도 10은 각각의 뷰가 수평바를 포함하는 자동입체 디스플레이의 근접 사진을 도시한 것이다.

도 11은 스크린 밖의 스폿이 스크린을 통해 집중하기 위해 광선들을 셋업함으로써 화상으로 형성될 수 있음을 도시한 것이다.

도 12는 평행 투사에 의해 형성된 입방(cubic) 어레이의 2개의 뷰들을 도시한 것이다. 뷰 내용물에 뚜렷한 차가 있게 하는데 필요한 뷰들간 최소각도(Δθ)는 한 열의 후방 화소들을 완전히 볼 수 있게 하는데 필요한 것이다.

도 13은 2개의 카메라들을 도시한 것으로, 좌측의 비디오 카메라에서는 왜곡된 입방 어레이의 전방 화소들만 볼 수 있고, 우측의 카메라에서는 한 열의 후방 화소들이 보여지게 된다. 왜곡된 입방 어레이의 깊이가 무한대로 되려함에 따라, 광선1 및 광선2는 평행하게 되고, 따라서 인접 뷰들간 각도는 인접 화소들간 각도로 되는 경향이 있다.

도 14는 본 발명의 홀로그래픽 디스플레이를 도시한 것이다. 어떻게 넓은 시야를 갖는 자동입체/홀로그래픽 디스플레이가 고해상도 액정 디스플레이를 시간 연속적으로 조명함으로써 형성될 수 있는가를 도시하고 있다.

도 15는 도 14의 상세도이다.

도 16은 간단한 3D 화상형성기(imager)를 도시한 것이다.

도 17은 큰 면적의 2차원 디스플레이가 보이도록 배열된 도 14의 변형예를 도시한 것이다.

도 16에 도시한 바와 같은 간단한 3D 디스플레이의 설명이다. 사전에 기록된 데이터 패턴이 화상 스크린(20)에 디스플레이되게 한다. 주사(scanning) 광원, 예를 들면 레이저 에미터들의 어레이(21)는 스크린(20) 뒤의 렌즈(22)에 조명한다. 디스플레이를 통한 광 주사의 동작이 관찰자에게 3D 화상을 제공한다. 이것은 투사, 및 후술되는 반사에 의해 3D가 제공될 수 있음을 보여준다.

도 14 및 도 15를 참조로 본 발명을 설명한다.

도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 디스플레이는 순서대로 투사기(1), 화상형성 렌즈(2), 격자(3), 광 밸브(4), 주사 렌즈(5), 레이저 어레이(6) 및 관찰자(7)를 포함한다.

저성능 및 저가인 경우 투사기(1)는 광밸브(4) 상에 화상들을 투사하는 하나 또는 그 이상의 비디오 투사기(들)일 수 있다. 고성능인 경우, 투사기(1)는 광밸브로 투사되는 고속 화상을 제공하기 위해 트랜지스터들의 매트릭스에 의해 다중화 주소지정될 수 있는 강유전 액정 디스플레이일 수 있다. 이것의 예는 텍사스 인스트루먼트사로부터 얻을 수 있는 디지털 마이크로 미러 장치(DMD)이다.

격자(3)는 직교로 배열된 2개의 선형 격자들에 의해 형성될 수 있다. 각각의 격자는 광밸브(4) 상에 투사될 개별 화상들의 수에 의존하는 주기성으로 교번적인 투명 및 불투명 라인들을 갖는다. 도시된 바와 같이 광밸브(4)는 후술될, 4 x 4 매트릭스의 필드들을 수신한다. 이 때문에 격자 피치로 나눈 광의 파장은 광 밸브 상의 4개의 화상들의 각각 사이의 각도와 대략적으로 동일하다. 광과 격자의 불투명 영역들의 표준(mark) 공간 비는 약 1:3 또는 4이다.

광밸브(4)는 종종 광학적으로 주소지정된 광밸브라고도 불리는 광학적으로 주소지정된 공간 광 변조기(OASLM)와 같은 비교적 표준 품목으로서; 휴즈사, 일본의 하마마츠, 및 러시아의 피터렙 리미티드 St 피터스버그로부터 샘플들을 얻을 수 있다.

도시된 바와 같이 광밸브는 모두 유리로 형성된 전면판(8)과 이면판(9)으로 형성된다. 판들의 크기는 관측된 디스플레이의 크기를 결정한다. 예를 들면, 디스플레이는 300 x 300mm 또는 그 이상일 수 있다. 전면판(8)은 4개의 열(column) 전극들(10_1-4)로서 형성된 4개의 스트립 전극들(10)을 운반한다. 이면판은 4개의 행 전극들(11_1-4)로서 형성된 4개의 스트립 전극들(11)을 운반한다. 통상적으로 인접 스트립 전극들 사이의 갭은 약 10㎛이며, 관측자(7)에 의해 검출될 수 있을 정도로 충분하지는 않다. 도시된 바와 같이 전극들은 세그먼트들 또는 화소(화소라는 용어는 일반적으로 디스플레이들의 매우 작은 영역들을 위해 남겨진다)의 4x4 매트릭스를 형성하나, 임의의 다른 적합한 개수일 수도 있다. 예를 들면, 필요에 따라 1x2, 2x2, 또는 25x25 또는 그 이상의 어레이일 수 있다.

판들의 표면을 가로질러 분포될 수 있는, 예를 들면 필라(pillar)들 또는 스페이서 비드(bead)들인 스페이서들(12)에 의해 분리된, 판들(8, 9) 사이에는 강유전 스메틱 액정물질(13)로 된 통상적으로 1.5 내지 3㎛ 두께의 층(13)이 있다. 그 옆에는 많은 도트들로 형성된 알루미늄의 광 반사층(14)이 있다. 그 옆에는 그 위에 화상형성된 광에 감응하는 비정질 실리콘층(15)이 있다. 층(15)에 투사된 광의 파장은 레이저들(6)의 파장과 같거나 다를 수 있다.

제어 유닛(16)에 의해 행전극과 열전극으로 전압들이 인가되어, 액정층(13) 내의 분자들의 물리적인 배열을 변화시키도록 작용한다. 유닛(16)은 또한 패턴들의 로딩, 투사기(1)의 동작 및 레이저들(6)의 스위칭을 조절한다.

독립적으로 방사하는 레이저들(6)의 레이저 어레이가 주사렌즈(5)의 초점면에 배열된다. 각 레이저(6)는 전면판(8) 전체를 조명하도록 배열된다.

관찰자(7)는 홀로그래픽 패턴이 레이저들(6) 중 하나에 의해 조명될 때 광밸브(4)의 전면 상의 홀로그래픽 화상을 볼 것이다. 레이저들(6)의 시퀀스에 의한 조명은 시야각을 개선하며, 홀로그래픽 화상들의 시퀀스는 움직이는 홀로그래픽 3차원 디스플레이로서 관찰된다.

움직이는 3-D 디스플레이를 디스플레이하는 동작이 이제 기술될 것이다. 사전에 기록된 일련의 홀로그래픽 패턴들이 예를 들면 종래의 방식으로 컴퓨터 기억장치(17) 또는 레이저 저장 디스크로부터 제공될 수 있다.

패턴은 강유전 투사기 디스플레이(1) 상에 형성되어 렌즈(2) 및 격자(3)를 통해 도 14에 "A"로서 나타낸 영역 상에 화상이 형성된다. 동시에, A로서 도시된 화소를 가로질러 전압이 나타나도록 행 1과 열 1에 전압이 인가된다.

투사된 패턴은 종래의 홀로그래픽 화상의 부분으로서 위상 정보를 포함하는 정교하게 상세한 패턴이다. "A"로 나타난 이러한 화상으로부터의 광은 감광층(15) 상에 닿아서 그의 도전률을 변경시키고 차례로 화소 A 내에서 발생하는 전압을 변경시킨다. 이것은 전압의 미소한 변화와, 화소를 가로지르는 위상 정보의 미소한 변화를 일으키는 액정 분자들의 물리적 배열에 미소한 변화를 제공한다. 이것이 제 1 필드이다.

위의 공정은 필드들 2 내지 16에 대해 "B" 내지 "P"로서 도시된 화소들의 각가에 대해 반복된다. 총 16개의 필드가 액정층(13) 내에 한 프레임 또는 하나의 완전한 홀로그래픽 화상을 제공한다.

한 프레임의 끝에서 레이저들(6) 중 하나에 의해 조명될 때 모든 액정 물질(13)이 홀로그래픽 화상을 나타내도록 배열되었다.

제 2 프레임은 제 1 프레임에서와 같이 광밸브(4) 상에 화상으로 형성된다. 이러한 제 2 프레임은 제 1 프레임과는 약간 다르고 제 2 레이저(6)에 의해 조명된다. 이러한 것이 제 3 프레임에 대해서 반복되고, 제 3 레이저(6)에 의해 조명되며, 또는 3개 이상의 레이저들이 사용된다면 다음 프레임들에 대해서 계속된다. 예를 들어, 컬러 디스플레이에 대해서 적색 녹색 및 청색 광의 3 x 3 어레이가 사용될 것이며, 9개의 개별적인 프레임들을 필요로 할 것이다. 프레임과 연관된 하나 이상의 레이저의 사용은 관찰자 또는 관찰자들(7)로의 입체 시야각이 개선시킨다.

3개, 또는 그 이상의 프레임들의 화상이 형성되고 관찰된 후에, 새로운 일련의 또는 3개의 프레임들의 화상이 형성된다. 3개의 프레임들의 연속적인 다른 세트들이 관찰자(7)에 의해 보여지게 될 움직이는 3차원 화상을 제공한다.

도 14 및 도 15의 디스플레이는 도 17에 도시된 바와 같은 큰 면적의 2차원 디스플레이를 제공하도록 단순화될 수 있다. 이것은 단일 광원(6)이 스크린(4)을 조명하고 큰 면적의 디스플레이 상의 광을 반사시키는 것을 제외하고는 도 14, 도 15의 것과 유사하다. 대안적으로, 스크린(4) 자체가 디스플레이에 필요한 크기를 제공할 만큼 충분히 크게 만들어질 수도 있다. 이 실시예는 관찰자들에게 저속으로 스위칭될 수 있는(그러나 여전히 눈에 띠는 플리커 속도 이상으로) 정보의 대형 크기의 프레임을 주기 위해서 복수의 세그먼트 패턴들 또는 화상들을 형성하는 소형 고속 스위칭 투사기(1)(예를 들면 DMD)의 기술을 사용한다. 이 기술을 틸링(tiling)이라고 한다. 2D 화상이 스크린(4) 상에 형성될 때, 2D 화상이 관찰자에 의해 보여진다. 홀로그래픽 패턴이 스크린(4) 상에 화상으로 형성될 때, 감소된 시야각에도 불구하고 3D 화상이 관찰될 수 있다. 연속적인 주사 패턴들은 도 14 및 도 15에서처럼 움직이는 3D 디스플레이를 제공한다.

우선권 서류에 기재된 바를 다음에 재기재하며 본원은 이 출원의 청구범위들에 의해 계속된다.

3차원 비디오 화상들의 디스플레이

1. 소개

통상적으로, 텔레비전 화상들은 2차원이지만 예를 들어 외과의사들이 이들에 의해 수술할 수 있게 깊이를 충분히 인식할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 수술과 같은 손끝으로 다루는 활동들에서와 같이, 깊이 인식이 중요할 때, 화상들이 3차원 내용물(content)¹을 갖는다면 깊이 인식이 보다 빠르고 보다 신뢰성이 있게 된다. 텔레비전 및 비디오 게임들은 3차원 화상들로 보다 실제적으로 될 것이며, 복잡한 데이터의 분석이 더욱 간단해질 것이다. 그러므로 3차원 텔레비전에 대한 관심이 다시 시작되었으며 이를 위해 필요한 시스템들에 대해 상세히 연구되어², 그의 주요한 진전의 구성요소에 대한 집중된 분석이 바람직하며 시스템의 나머지 부분은 디스플레이에 의존하게 될 것이다.

놀랍게도 원래의 3차원 화상들에 대한 디스플레이를 생성시키는데 필요한 것은 거의 없다는 것을 알 수 있다. 예를 들면 단지 통상의 랩톱 컴퓨터로부터 액정 디스플레이를 취하고, 렌즈용 후방 조명기 대신에 도 1과 같이 렌즈 뒤에 얼마간의 거리를 두고 스폿 광원을 위치시키는 것만이 필요하다. 스폿 광원은 반투명 스크린 상에 입사되는 레이저 빔을 포함할 수 있고, 렌즈의 작용으로 소스의 화상을 형성하기 위해 집중되는 광선들로 디스플레이를 조명할 것이다. 소스의 화상 한계 내로부터 관찰될 경우에만 디스플레이 상의 화상을 볼 수 있을 것이기 때문에, 화상은 제약된 시야를 갖게 될 것이고, 3차원 대상물의 뷰가 되게 설정된다. 각 뷰마다 다른 위치로 레이저 빔을 편향시킴으로써 다른 영역들로 3차원 화상의 다른 뷰들이 보여지도록 형성될 수 있다. 이러한 동작이 플리커를 피할만큼 충분한 속도로 반복되고 수렴면 전체가 조명된다면 이후 결과는 후술될 바와 같이 수렴면에서 먼 곳에서 디스플레이를 본다고 해도 일정한 3차원 화상이 될 것이다.
비정질 실리콘 트랜지스터들 및 액정 디스플레이 내에서 통상적으로 발견되는 네마틱 액정은 많은 뷰들을 형성하는데 너무 느리게 스위칭되기 때문에 이러한 디스플레이에 의해 형성된 3차원 화상들은 조잡하게(crude) 될 것이다. 더구나, 액정 디스플레이들의 복잡성이 대형 장치들의 제작을 고가로 만들기 때문에 디스플레이는 소형이 될 것이다.

이러한 예는 통상적으로 3차원 디스플레이의 문제들을 예시한다. 가외의 차원 때문에, 실체적인 3차원 화상들은 2차원 화상들보다 많은 양의 데이터를 필요로 하며, 설계자가 직면한 첫 번째 문제는 충분한 속도로 디스플레이의 스크린을 가로지르는 이러한 데이터를 물리적으로 분포되게 하는 것이다. 두 번째 문제는 충분한 공간 대역폭의 제품을 갖는, 즉, 충분한 픽셀들이 각각 데이터를 변조된 광으로 전사시키기 위해 충분히 빠르게 스위칭하는 스크린 자체를 제공하는 것이다. 마지막은 너무 과중한 정밀도 또는 명료도를 필요로 하지 않고 이러한 특성들을 갖는 디스플레이를 제조할 수 있게 하는 것이다.

이러한 문제들의 각각은 고해상도 2차원 화상들을 위한 디스플레이들의 설계자에게 잘 알려진 것이며, 화소화 및 광학은 차치하고, 3차원 비디오 화상들이 이들의 2차원 전임자들의 기술적 연장일 뿐이라는 것은 논의의 여지가 있다. 그럼에도 불구하고 최근에 나온 다양한 방법들은 혼란스러운데, 그래서 본 문서는 많은 성공적인 기술들의 일부를 검토하여 이들이 3가지 판이한 화소화 방법들을 포함한다는 것을 보이도록 하겠다. 이들 중 하나인 자동입체는 유망하나 저해상도에서 금이 형성되기(flawed) 때문에 여기서는 이를 측정하기 위해 진행할 것이다. 제 4 절에서는 무결 자동입체 3차원 화상에 어떤 해상도가 필요하게 되는지 고찰하고 디스플레이의 전형적인 크기에 대해서 홀로그램으로는 좋지 않을 지라도 마찬가지로 잘 행할 수 있음을 설명한다. 제 5 절에서는 혼성 자동입체 및 홀로그래픽 화소화의 이점들을 제공하는 이들에 대해 제안하고, 제 6 절은 포토닉 장치들이 어떻게 이러한 화상들의 디스플레이를 가능하게 만드는지를 설명한다. 본 논문은 최신의 포토닉 장치들의 대역폭을 평가하며, 컴퓨터와 디스플레이의 통합으로 향하는 3차원 디스플레이의 경향과, 이들이 기가헤르쯔 스위치들의 발전들에 더욱 의존하게 될 것임을 언급하는 것으로 끝맺는다.

II. 3차원 비디오 디스플레이들의 개관

3차원 화상을 영사하는 일반적인 방법은 체적의 임의의 점에서의 광을 생략할 수 있는 장치를 만드는 것에 의해 종래의 텔레비전 원리를 제 3 차원으로 확장하는 것이다(도 2). 이와 같이 하는 가장 쉬운 방법은 음극선관으로부터의 광을 드럼과 같이 진동하는 원형 미러로 반사시키는 것일 것이다^3,4. 음극선관의 화상은 미러로부터 다양한 거리들에 형성되어 3차원 체적을 완전히 거치게 되나, 지지 구조가 무겁고 시야가 제한된다. 음극선관 대신에 발광 다이오드 스크린들^5,6 또는 레이저 주사식 디스플레이들^7,8이 사용되었지만 깊이 주사 기구는 여전히 다루기 어려운 것으로 남는다.

3차원 체적을 통해 광 에미터들의 2차원 어레이를 공전시킴으로서 거의 제약없는 모든 시야가 제공될 수 있다. 다른 방법 중에서도 이 방법은 발광 다이오드들의 어레이⁹, 레이저들에 의해 주사되는 반투명 스크린^10,11,12, 그리고 전자빔들로 주사되는(체적 내에) 인 스크린¹³을 사용하여 행해졌다. 마지막 방법은 저렴한 스크린 및 주사 기구의 이점을 갖지만, 임의의 회전하는 스크린 시스템은 회전축에서 특이점(singularity)을 갖는다.

레이저 빔들이 교차하는 곳에서 광을 방사하는 반투명 물질을 가로질러 한 쌍의 레이저 빔들을 주사함으로써, 어떠한 특이점도 갖지 않는 비제약 시야가 제공될 수 있다^14,15. 대략 1입방 센티미터의 화상이 시현되었으나, 진동 미러 및 공전 디스크 디스플레이들와 같은 더 큰 화상은 광방사만을 제공하며 광흡수는 제공하지 않을 것이다. 그러므로 이들 디스플레이들의 각각은 불투명도(opacity)를 제공할 수 없어 디스플레이된 화상들이 3차원이어도 이들은 반드시 반투명하다(도 3).

불투명 화상들을 디스플레이하는 방법들로서 예를 들면 액정 디스플레이들을 체적에 적층하는 것이 제안되었으나¹⁶, 이들을 광 에미터들에 삽입시켜도 결과는 여전히 반사들 또는 반사성을 디스플레이할 수 없을 것이다.

체적 디스플레이의 이점은 3차원 만의 데이터-세트에서 필요로 하는 것과 같은 과도한 데이터 속도들 없이 비제약 시야를 제공할 수 있다는 것이다(대안들에서는 실제로 4개가 필요함을 설명하겠다). 이것은 체적 디스플레이들이 예를 들면 항공교통 제어 또는 교전 통제(battle management)에 잠재적인 응용이 있음을 의미한다. 그러나, 이상적인 것은 모든 광학적 제약들이 없는 장치인데, 어떠한 3차원 이미지라도 확실하게 디스플레이할 수 있는 것이 홀로그램이다.

홀로그램은 3차원 대상물로부터 산란된 광학적인 파면들의 복합 진폭을 기록함으로써 이들 파면을 효과적으로 취하며(freeze), 3차원 화상을 디스플레이는 방법으로서 흔히 동적 홀로그램들이 제안된다¹⁷(도 4). 그레이스케일 홀로그램은 단지 고해상도 2차원 화상이며, 종래의 액정 디스플레이들은 좁은(현재 4°) 시야에도 불구하고, 이러한 홀로그램을 디스플레이하는데 사용될 수 있다^18,19. 넓은 시야들은 액티브 매트릭스 디스플레이들에 대해 매우 미세한 화소화를 필요로 하나, 실제적인 수율들로 고해상도의 강유전 액정 디스플레이들이 제작될 수 있다²⁰. 그럼에도 불구하고 이들은 여전히 많은 수의 접속기들을 필요로 하며, 한 방법은 광학적으로 주소지정된 액정 디스플레이의 이면을 음극선관으로 주사함으로써 이러한 것을 회피한다^21,22. 이와 같은 개선에도 어떤 액정 디스플레이의 해상도는 셀 갭(cell gap)의 2 혹는 3배 미만으로 될 수 없고 그 결과는 홀로그램의 시야를 몇 도 정도로 제약한다.

음향-광학(acousto-optic) 변조기들은 위상 변조를 제공하며 컬러 동적 홀로그램들을 디스플레이하는데 사용되었다^23,24. 주사 미러들과 부피가 큰 광학들의 어려움들은 어느 정도 회피될 수 있으나²⁵, 여기서도 넓은 시야를 얻는데 충분한 해상도로 광을 변조하는데 어려움이 있고, 이것은 높은 음속을 갖는 음향-광학 결정들의 경우 기가헬쯔 음향파들을 필요로 할 것이며, 이들의 발생은 결정들을 용해하는 경향이 있다. 이러한 물리적인 한계 후에도, 어떠한 화상의 화소화든지 데이터 속도들은 반드시 높아야 한다. 이들은 3차원 화상을 홀로그래픽적으로 디스플레이하는 것과 같이 실제 홀로그램을 디스플레이하지는 못해도, 예를 들면 독립적으로 변조된 공간 주파수들의 범위로부터 홀로그램을 합함으로써 더욱 제한될 수 있다.

광학 위상을 재생할 필요성 때문에 실제 홀로그래픽 디스플레이의 데이터 속도들이 극단적이다. 그러나 사람의 눈은 컬러 화상의 광학 스펙트럼에 대한 것보다 3차원 화상의 위상에 더 민감하지 않으며, 단지 컬러 화상들이 적색, 녹색, 청색의 원색들만을 포함할 뿐인 것과 마찬가지로, 3차원 화상은 자동입체 화소화에 의해 명시된 위치 및 방향에 대한 광선 세기의 정확한 분포만을 포함할 필요가 있다.

자동입체 디스플레이들은 사용자가 안경을 착용해야 할 필요가 있는 기존의 입체 디스플레이를 따라 명명된 것이다. 최신의 입체 디스플레이들에 있어서 안경은 교번적으로 좌 우 눈에 화상들을 디스플레이하는 스크린에 동기되는 한 쌍의 액정 셔터들를 포함하며, 충분히 높은 프레임, 속도에 의해 관찰자는 플리커가 없는 화상을 본다. 화상은 스테레옵시스(stereopsis), 즉 깊이의 양안(binocular) 인지를 제공하지만, 장면 주위를 잠재의식적으로 둘러보아 모으는 축적한 깊이에 대한 일안(monocular) 인지인 키네옵시스(kineopsis)는 제공하지 않는다. 이들 중에서, 스테레옵시스는 깊이를 즉시 추정할 필요가 있는 포식동물들 및 영장류와 같은 동물들로 주로 한정되며, 이들 종들이라도 정적 상황들에서 깊이에 대한 보다 의존적인 결정자는 키네옵시스라는 것은 논쟁의 여지가 있다. 관찰자들은 입체 디스플레이들을 장기간 본 후에 메스꺼움을 겪을 수 있으며²⁶ 이것은 키네옵시스가 없다는 잠재의식적 자각에 기인할 수 있는 것이지만, 입체 디스플레이들에 있어 실제 문제는 안경을 잃어버렸다는 것이다.

각각의 뷰가 한 눈에 투사된다면 안경은 불필요하게 되고, 이것은 소개 부분에서 기술된 디스플레이를 사용하여 행해질 수 있다. 이러한 것 및 이와 같은 디스플레이들은 자동입체(도 5)라 불리우며, 텔레비전과 같은 단어는 디스플레이 업계에 고유한 것처럼 보이는 그리스어와 라틴어를 부적절하게 합한 것이다. 단지 디스플레이 편의를 위해서 시청자가 그의 또는 그녀의 머리를 계속 고정하고 있다는 것을 기대할 수는 없으므로, 큰 관심을 끌고 있는 한 방식은 시청자들의 머리의 위치를 계속 감시하여 이에 따라 투사 광학 및 뷰 내용물을 조정하는 것이다.

하나 보다 많은 쌍의 눈들이 원리상 추적될 수 있고, 각각의 뷰의 내용물이 눈 위치와 일치한다면 디스플레이는 스테레옵시스 및 키네옵시스 모두를 제공할 수 있다. 더욱이, 그들의 눈들 사이의 거리 측정을 통해 스크린부터 각 시청자의 거리를 추측함으로써 근사적으로 올바른 원근감으로 뷰들을 디스플레하는 것이 가능할 수 있으므로, 거의 유일한 잘못된 기핑 신호는 수용(accommodation)일 것이다(스크린 밖 회소들의 초점을 맞추는 능력). 그러므로 결과적인 화상은 실제 3차원이 부족한 어떤 것이 될지라도 관찰자들은 알아차리지는 못할 것이다.

이러한 시스템들을 위한 디스플레이의 설계는 종래의 비디오의 데이터 속도가 단지 2개의 요소(또는 두명의 관찰자에 대해서 4, 등)에 의해 증가될 필요가 있기 때문에 비교적 수월하고^27,28, 따라서 주된 해결할 문제는 시청자들을 식별하여 추적하는 것이 된다. 시청자가 적외 반사 스폿²⁹ 또는 자기 센서^30,31,32를 착용할 것을 요구하는 시제품들이 만들어졌으나, 많은 입안자(author)들은 맨 머리(bare head)들을 추적하는 이들의 계획들에 주저하고 있다³³.

보다 나은 방법은 한 눈에 조명되고 다른 눈은 가려져 있도록 적외광으로 머리에 측면에서 조명하는 것이나^34,35, 한 시청자 이상의 그림자들이 서로를 가릴 수 있다. 또 다른 인상적인 방법은 시청자들의 머리카락/얼굴 경계를 추적하는 것으로³⁶, 얼굴의 눈, 코, 입술들을 추적하는 시스템은 설계자의 얼굴에 대해 80% 신뢰성으로 성취되었다³⁷. 그러나, 후자는 느리며, 단지 한 사람의 얼굴만을 추적하며, 다양한 얼굴들에 덜 효과적이다. 말(speech), 육필 및 대상 인식과 같은 기술들이 진보되고 있어 현실로 다가올 것임에는 틀림이 없고, 그 때에 시스템들은 그들의 주변환경들을 인식하게 될 것이나, 이러한 지능형 기계의 발전은 새로운 세대의 컴퓨팅을 예고할 것이며, 이들 분야의 진보는 지금까지는 느렸다. 한편 간헐적으로 생소한 상황에 기인하는 성가신 글리치(glitch)들의 가능성이 결코 완전히 제거되지 않아, 주지하다시피 사용자들은 이러한 결점을 참지 못한다.

시청자가 있을 수도 있을 모든 위치에 디스플레이가 뷰들을 투사하기 때문에 복수 뷰 자동입체는 시청자들의 머리들의 위치와 무관해진다. 회의적인 자에게 이러한 화상이 실제 3차원이 될 수 있다는 것이 수긍이 가게 하는 것에 대해서는 다음 절로 미루지만, 대역폭이 몇 배로 증가되어야 하기 때문에 디스플레이 설계는 오히려 위압적으로 된다.

렌즈렛(lenslet) 어레이는 아마도 자동입체 기술을 확립하고 3차원 사진촬영을 위해 맨 처음 개발된 것으로, 현재 디스플레이들에 적용되는 가장 오래된 것이다^38,39,40,41. 모든 렌즈렛은 각각의 뷰로부터 화소를 덮고, 각각의 뷰를 포함하는 화소들을 한 방향으로만 볼 수 있게 하기 위해서 렌즈렛들을 결합한다. 비록 렌즈렛들이 인접한 서브-화소들 사이에 데드존(dead-zone)을 증대시킬지라도, 이것은 완전히 제거될 수 있지만⁴², 단순 렌즈렛들의 개구 수는 렌즈렛 디스플레이들의 시야를 대략 15°로 제한하며, 이 각도 밖에서 3차원 화상은 스스로 반복되어 성가시게 될 수 있다.

렌즈렛들의 어레이 대신에 회절격자들의 어레이를 사용한다면, 데드존들이나 반복되는 뷰들이 없는 넓은 시야들을 얻는 것이 가능하지만^43,44,45, 이들 격자 및 렌즈렛 어레이 디스플레이들은 해상도가 뷰 해상도와 뷰들의 개수와의 곱인 기반 디스플레이를 필요로 하여 실제적인 제조에 문제가 된다. 그럼에도 불구하고 고해상도 디스플레이들은 가망이 있으며 실험실들에서 조립된 최신의 렌즈렛 어레이 디스플레이들은 VGA 해상도를 갖는 8개의 컬러 뷰들을 갖는다.

렌즈 뒤에 몇 개의 비디오 투사기들을 일렬로 배열하여 디스플레이를 만든다면 높은 제조수율들은 불필요하다^46,47. 이러한 시스템에서, 투사기들은 한 뷰를 각각의 렌즈에 화상으로 형성하고, 렌즈는 각 뷰를 다른 방향으로 볼 수 있게 한다. 투사기들은 정밀하게 정렬되어야 하며, 균일한 밝기를 가져야 하고, 투사 렌즈들은 인지할 수 있는 갭들이 없이 서로간에 인접하도록 주의깊게 설계되어야 한다.

이들 렌즈렛 어레이들 및 다중 투사기 시스템들은 공간적으로 구별되는 서브-화소들로부터 3차원 화상의 뷰들을 다중화하지만, 사람의 잔상 비전을 이용하여 시간에 따라 비디오 화상들을 다중화할 수도 있다. 렌즈렛 어레이 디스플레이로부터 서브-화소들을 갖는 단일 렌즈렛에 대해 얼마간의 양을 취하여 이를 공전 미러들을 사용하여 스크린을 가로질러 라스터 주사하는 것이 가능하지만⁴⁸, 부품들을 이동시키지 않고 이러한 식으로 스크린을 가로질러 다중화하는 방법을 알기란 어렵다. 대안은 시간에 따라 뷰들을 다중화하는 것이며, 렌즈 모양의 스크린에 있어서 이것은 렌즈 모양 스크린을 저 해상도의 슬릿들의 어레이로 대치함으로써 행해질 수 있다^49,50. 핀홀 광학에 기인하여 슬릿들은 임의의 순간에 렌즈렛들처럼 행동하며 저해상도 디스플레이로 하부에 저해상도 3차원 화상이 생성된다. 기반 디스플레이에 걸쳐 슬릿들을 주사함으로써, 렌즈 수차없이 그리고 고해상도 서브-화소들을 필요로 함이 없이 최대 해상도 렌즈렛 어레이의 등량을 시간 다중화하는 것이 가능하다. 그러나, 슬릿들은 광을 낭비하고, 동일한 광학적 효과를 얻는 덜 낭비되는 방법은 슬릿을 라인 조명으로 교체하는 것이다^51,52. 소개 부분에서 기술된 시간 다중화 개념이 유사하긴하나 덜 복잡할 것이다^53,54. 이들 후자의 방식들은 종래의 액정 디스플레이보다 광을 낭비하지 않는 큰 장점을 있으나, 이들은 높은 프레임 속도를 갖는 액정 디스플레이를 필요로 한다.

다결정 실리콘 트랜지스터들 및 강유전 액정들의 각각은 이들의 비정질 실리콘 및 이전의 네마틱 액정보다 빠른 정도로 스위칭되며, 1kHz의 프레임 속도를 갖는 소형 액정 디스플레이가 시현되었다⁵⁵. 카드뮴 셀레나이드 및 비정질 다이아몬드 트랜지스터들 역시 빠르게 스위칭하며, 왜곡된 나선 및 일렉트로클리닉(electroclinic) 효과들에 의해서, 단안정 또는 도메인 스위칭 강유전 액정들에 의해서, 그리고 반-강유전 액정들에 의해 고속 스위칭 그레이 스케일 변조가 가능하다. 그러나, 기존의 액정 디스플레이들을 발전시키는데 큰 자원들이 필요하였으며, 향상된 액정 디스플레이들을 개발하기에 앞서 바람직한 비디오 3차원 화상들의 커진 신뢰도가 필요하게 될 것이다.

다중 투사기 시스템과 같은 계통의 시간 다중화된 투사기는 다중 투사기들에 의해 채워진 있는 전 영역을 그의 투사 렌즈가 덮는 단일 대형 투사기로 몇몇 투사기들을 대치하고⁵⁶, 모든 그러나 한 영역으로부터의 빛을 차단하는 기계식^57,58,59 또는 액정⁶⁰ 셔터를 렌즈 위에 배열함으로 구성될 수 있다. 임의의 순간에 투사기는 공간적으로 다중화된 시스템 내에 투사기들 중 한 투사기와 동일한 것을 행하지만, 연속한 순간들에 셔터의 상이한 영역들을 투명하게 함으로써 3차원 화상의 각각의 뷰를 차례대로 투사할 수 있다. 주의깊은 정렬은 불필요하며 빔 인덱식(beam indexing) 대가를 치르지 않고도 음극선관을 사용할 수 있으며, 사실 개념은 잘못해도 관계없으므로 입안자는 저가의 비디오 디스플레이 장치와 한 쌍의 프레스넬 렌즈들로부터 조야한 시스템을 조립할 수 있었다.

공간 다중화와 시간 다중화간 경합에서 이것은 제조자들로부터 가장 관심을 끌 것으로 보이는 렌즈렛 어레이가 되는데, 아마도 고해상도 수율들의 상승은 주로 과거에 곧 잘 직면했던 종류의 제조 문제이기 때문이다. 확실히 반도체 업계의 역사는 해상도가 가혹하게 증가한 것이었으며, 스위칭 속도도 그러하다. 음극선관의 주요 성공은 시간 다중화를 달성하는 능력에 있고, 시간 다중화된 투사 시스템은 수 년 전에 8개의 VGA 뷰들을 포함하는 화상을 제공했다. 부피가 크고 광학적으로 비능률적임도 불구하고 이 시스템은 강건하고 적응성이 있어 렌즈모양 어레이들보다 앞서서 화질들을 제공하도록 음극선관들의 높은 데이터 속도를 계속해서 사용하고 있다. 베어드에 의해 50년전에 걸쳐 많은 유사성들을 갖는 미완의 개념이 형성되었다고 하는 것은 아마 더욱 더 주목할 만한 것이다^61,62.

최신의 자동입체 디스플레이들은 1°의 호(arc)를 가로질러 각각의 뷰를 볼 수 있는 화상들을 제공하며, 이러한 화상을 본 자들 간에는 초기 응용들에서는 이들로 족할 것이라는 의견의 일치가 있다. 그러나, 디스플레이가 실제 3차원 화상들을 제공하는 것이면 여러 깊이들에서 화소들의 화상을 투사할 수 있을 것이며, 시청자는 화상으로부터 이들의 거리와 함께 변하는 원근감을 볼 것이다. 체적 및 홀로그래픽 디스플레이들이 이러한 것을 행할 수 있다는 것이 명백해도, 지금까지 제공된 자동입체 화소화에 대한 설명으로는 자동입체 디스플레이들이 실제 3차원 화상들을 투사할 수 있다는 것이 덜 명백하다. 다음 절에서 이것을 명백하게 한다.

III. 조야한 자동입체 화소화

텔레비전에 대한 첫 번째 안은 공전하는 슬릿들의 시스템을 상정했었으며, 3차원 화상의 홀로그램 앞에 공전 슬릿이 배열되는 경우 무엇이 일어나는지 고려하는 것이 유익하다. 공전하는 슬릿을 통해서 3차원 대상물을 보는 것이 일반적인 실험이고 장면이 어두워지고 아마도 약간 흐리게 되는 것을 제외하고는 달라지지 않는 것으로 보여진다. 홀로그램은 단색성의 3차원 화상의 파면들을 정확하게 재생할 것이며, 따라서 공전하는 슬릿을 통해 보여진 홀로그램 또한 변화없이 나타날 것이다. 이러한 실험을 의미있게 만드는 것은 슬릿에 의해 교번적으로 노출된 홀로그램의 영역들로부터 슬릿이 광 사이의 중첩을 방지하는 것이다. 따라서 우리는 홀로그램을 독립된 슬릿 크기의 서브 홀로그램들의 집합으로서 간주할 수 있다. 이러한 실험의 결과들은 공전하는 슬릿 대신 라스터 주사 홀이 사용된다고 하더라도 전혀 차이가 없을 것이며, 따라서 홀로그램은 홀 크기의 서브홀로그램들의 2차원 어레이로서도 간주될 수 있다.

서브 홀로그램들은 광의 세기가 서브홀로그램이 관측되는 거리의 함수이며, 또한 서브홀로그램의 위치의 함수인 점에서 2차원 화상의 화소들과 다르다. 방향에 대해 2개의 좌표(방위 및 높이(elevation))들과 위치에 대해 2개의 좌표들이 있기 때문에, 3차원 화상의 진정한 재현에 4개의 좌표계가 필요하다.

이제 도 6에 도시한 바와 같이 제 2 공전슬릿이 제 1 공전슬릿에서 어느정도 떨어진 거리에 배열되어 있고 이들 간에 모아레 프린징(Moire fringing)이 전혀 없을 정도로 충분히 빠르게 공전한다고 가정한다. 3차원 장면은 여전히 어둡고 아마 더욱 흐린 것을 제외하곤 달라지지 않는 채로 있을 것으로 예상할 것이다. 제 1 슬릿에서 제 2 슬릿을 통해 진행하는 광만이 단 순간에 노출될 것이며, 이들 슬릿들이 충분히 작은 직경의 라스터 주사 홀들에 의해 대치된다면, 이들을 통과하는 광은 반드시 단일 가우시안 광선을 구성할 것이다. 제 2 홀은 다른 방향들로 진행하는 광선을 교번적으로 노출시키기 때문에 이들간에 중첩을 소실시킨다. 완전히 인코히어런트한(incoherent) 광을 사용한다고 해도, 위치와 방향의 함수로서 광선들을 변조하는 시스템이면 실제 3차원 화상을 디스플레이하는데 족할 것이다.

이러한 사고 실험은 자동입체 디스플레이들이 실제 3차원 화상들을 제공할 잠재력을 갖고 있음을 시사하는 것이지만, 화상들은 이들이 충분한 뷰들로 구성될 경우 진정으로 3차원이 될 뿐이며 기존의 자동입체 디스플레이들로부터 얻을 수 있는 8개의 또는 그 정도의 뷰들은 너무 적다. 화상이 진정으로 3차원이 아니면 얼마나 다르게 보일 것인가?

본 실험 모델로서 소개부분에서 기술된 디스플레이를 취하여, 조명이 컬리메이팅되어 있고 한 눈이 액정 디스플레이로부터 떨어져 있다고 가정한다. 눈을 향하여 렌즈를 통해 광을 비추는 단일 조명기가 스위치 온되면, 그 눈은 그 조명기에 연관된 뷰 전체를 볼 것이다. 대신에 눈이 스크린에 가까우면, 도 7은 스크린의 일측까지 눈이 범위를 정하는 각도는 스크린의 타측까지 범위를 정하는 각도와는 다를 것이고 따라서 눈은 뷰의 일부분만을 보게 될 것임을 보이고 있다.

시간에 따라 눈에 의해 취합된 화상은 동공부터 디스플레이를 거쳐 그들의 소스까지 후방으로 광선들을 따라감으로써 결정될 수 있다. 후방으로 광선들을 추적할 때, 동공의 허상은 조명기들의 뒤에 어떤 곳에서 렌즈에 의해 형성될 것이다. 각각의 조명기 사이의 경계를 거쳐 이러한 허상부터 전방으로 광선을 추적하면, 광선들은 액정 디스플레이 상에 존(zone)들의 윤곽을 그릴 것이다. 각각의 존은 조명기 뒤의 윤곽이 그려진 조명기가 스위치 온될 때만 조명될 것이며, 액정 디스플레이는 조명기마다 다른 뷰를 보이기 때문에, 인접한 존들은 상이한 뷰들의 단면들을 보일 것이다. 그 결과는 각각의 뷰로부터 모자이크 부분들을 포함하는 각각의 눈으로 보는 화상이며, 뷰 간격이 너무 조야하다면 뷰 부분들 사이에 금(flaw line)들이 있게 될 것이다.

전술한 과정은 실제 대상물에 대한 원근을 정확히 어떻게 얻는가하는 것이기 때문에, 금들을 야기하는 것은 자동입체 자체보다는 오리려 뷰 간격의 조야성이다. 대상물에서 먼 눈은 그 방향에 대상물의 평행한 투사를 포함하는 뷰를 볼 것이나, 눈 가까이에서는 대상물의 타측보다 그 대상물의 일측에 대해 상이한 각의 범위를 정할 것이다. 그래서 눈은 대상물의 타측으로부터의 광선들과는 다른 평행 투사의 일부분인, 그 대상물의 일측로부터의 광선들을 볼 것이다. 도 8은 이를 개략적으로 도시한 것으로, 수평 바를 포함하도록 각 뷰를 구성하는 것에 의해 자동입체 디스플레이 상에서 보다 편리하게 이는 도 8의 도면을 종합적으로 제공하는 것이 가능하다; 맨 좌측 뷰는 스크린의 상측에 바를 가지며, 맨 우측의 뷰는 스크린의 하측에 바를 가지며, 나머지는 이들간에 고르게 이격되어 있다. 결과는 3차원 디스플레이의 정확성을 계측하는 광학적 테스트이며, 8개의 연속한 뷰 투사 디스플레이의 사진들을 도 9와 도 10에 도시하였다.

각각의 뷰의 디스플레이간 단일 셔터 폭만큼 이동되는 대신에 음극선관에 각각의 뷰가 기입되었을 때 주사 셔터가 연속하여 주사되었다면 셔터식 음극선관 상의 3D 화상은 더 매끄럽게 될 것이라 생각하게 될 것이다⁶³. 이 착상은 인접한 뷰들간 각도들이 너무 조야할 때 일어나는 인접한 뷰들간의 불연속성들을 부드럽게 할 수도 있을 것이라는 것이다. 수평 차원만을 고찰하여, 음극선관이 x 좌표를 추적할 때, 셔터가 한 셔터 폭만큼 점차적으로 이동한다고 가정한다. 이것은 x에 따른 θ의 점차적인 변화를 제공하며 따라서 x/θ도표의 화소화는 경사진다. 디스플레이를 바라보는 혹자가 화소화 선들에 평행한 대각선으로 도표 상에 나타낼 수 있는 화상을 보게될 디스플레이로부터의 거리가 있을 것이며, 따라서 이 거리에서 시청자는 단일 뷰를 볼 것이다. 이것은 정확히, 종래의 자동입체 디스플레이의 스크린 앞에 위크(weak) 렌즈를 배치한다면 얻게 될 결과이며, 따라서 3D 화상은 매끄럽지 않고 왜곡되게 된다.

눈은 뷰들 사이의 금에 관대하나, 그럼에도 불구하고 이들은 분명히 남아있다. 자동입체 디스플레이가 실제 3차원 화상을 제공할 것에 대한 요구는 뷰들 간의 간격이 충분히 미세하다면 유효할 수 있는 것인데, 그러나 얼마나 충분히 미세해야 할 것인가?

IV: 3D 화소화

현 세대의 디스플레이들에 대해 만족스러운 것으로 II 절에서 보고되었던 뷰당 1°의 간격은 60°의 전형적인 시야에 대해 60개의 뷰를 필요로 한다. 사람의 눈이 해상(resolve)할 수 있는 만큼 뷰들이 미세하게 분리된다면 자동입체 디스플레이 상의 금이 제거될 것이라고 할 것이나⁶⁴, 이러한 엄격은 불필요하다고 알게 된 것이 2차원 비디오의 개발에서 약진들 중 하나였다. 본 절에서는 동등한 2차원 화상이 동일한 화소 크기들로 금없이 디스플레이될 수 있다면 3차원 화상을 수락할 수 있을 것으로 가정한다.

체적 어레이는 통상 컴퓨터 사용 설계(computer aided design) 화상들을 저장하는 포맷이며(사실 아마도 이것은 관찰자 기억에 3차원 화상들을 기억하는 방법이다), 이 경우 각각의 뷰간 각은 이러한 어레이의 2개의 뷰들을 구별시키는데 필요한 투사각에서 최소 차보다 더 미세할 필요가 없다.

홀로그램들은 물리적으로 완벽한 3차원 화상들이므로 뷰들 간에 금이 없으며, 잘 모르는 입안자들은 종종 그 밖의 모든 것은 단순히 절충이라고 주장한다. 그러나 앞절에서 시사한 바와 같이 홀로그램은 뷰 방향이 회절에 의해 제어되는 눈에 대한 자동입체 디스플레이일 뿐이며, 따라서 홀로그램들은 뷰들간의 각이 너무 미세하여 볼 수 없어도 유한할 뷰간 측정가능한 각의 범위를 정할 것이다. 그러므로 홀로그램의 경우라도 계산가능한 초점심도(depth of field)필드의 깊이가 있을 것이다.

상이하게 화소화된 화상들의 해상도들이 일치될 수 있는 것은 각각의 화소화 방식간에 뷰당 각도와 초점심도를 관계시킴으로써 되고, 매우 빈번하게 다른 포맷의 디스플레이에 한 포맷의 화상들을 디스플레이할 것을 필요로 하기 때문에, 이 절의 목적은 이들 관계를 명확히 하는 것이다.

먼저 입방체적 어레이를 다룸에 있어, 어레이의 화상이 실제적으로 변경되기 전에 비디오 카메라가 이동해야 하는 각도를 결정함에 있어 기하학적 광학이면 충분하다. 어레이로부터 멀리 있으나 어레이 앞에 각각의 화소가 비디오 카메라 내의 것에 매핑하는 충분한 크기를 갖는 카메라를 작동시키면, 어레이의 일측에 화소들의 열이 새로운 비디오 카메라 화소들의 열에 매핑하기 전에 카메라를 이동시켜야 하는 어떤 측로 거리들이 있을 것이다.

도 12는 어레이의 중앙 앞에 대해 이러한 거리에 의해 범위가 정해진 각도 (Δθ)는 한 어레이 화소의 폭(Δx)을 어레이의 깊이(z)로 나눈 것과 같음을 도시한 것이다.

Δθ= Δx /z (1)

각각의 화소의 폭이 이의 깊이와 같고 어레이가 n 화소들의 깊이이면

Δθ= 1/n_z (2)

으로 된다.

체적 디스플레이의 뷰들 간의 유효각도는 깊이 화소들의 개수의 역이고, 자동입체 디스플레이 상의 각각의 뷰에 의해 범위가 정해진 각도는 동등한 깊이의 금이 없는 화상을 보인다면 그와 같아야 한다. 이것은 예를 들면, 640 x 480 화소들을 포함하는 VGA 화상과 동등한 3D는 60°(약 1라디안과 같음)의 시야에 걸쳐 큰 만큼 깊은 어레이를 나타내는 것이면 방위에서 대략 480개의 뷰들이 필요할 것임을 의미한다.

체적 디스플레이들은 통상 단지 유한한 깊이들 만의 화상을 형성할 수 있으나, 이론적으로 자동입체 및 홀로그래픽 디스플레이들은 3차원 환경에의 윈도우들로서 작용할 수 있다. 예를 들면 배경 내에 산들을 갖는 대상물을 포함하여 환경이 무한히 깊다면 뷰들간 각도가 무한소이어야 하는가?

이러한 질문에 잘못된 가정은 이러한 환경의 뷰들이 평행 투사에 의해 형성될 것이라는 것, 즉 뷰들이 장면에서 먼 허(imaginary) 카메라들에 의해 형성된다고 가정한 것이다. 실제로는 카메라들이 형성하는 투사들은 평행하지 않고 원근투시이며 각각의 카메라는 가까운 것에 대해선 미세한 해상도로 해상하나 먼곳에 대해선 조야한 해상도로 해상할 수 있을 것이다. 카메라로부터 임의의 거리에 해상할 수 있는 가장 작은 대상물은 카메라 내의 라인당 화소들의 수로 나눈 거리에서 볼 수 있는 뷰의 폭과 같다. 균일한 입방 어레이라기 보다는 보다 적합한 테스트 화상은 복셀(voxel)(체적 화소들) 크기가 카메라로부터의 복셀의 거리에 비례하는 복셀들의 어레이, 즉 왜곡된 입방 어레이이다(도 13).

투사된 화상이 변하기 전에 어떤 각도를 통해서 투사방향이 회전될 수 있는가? 입방 어레이의 정면 중심에 관하여 회전한다면, 변화없이 회전 한계는 어레이의 후방 복셀들에 의해 다시한번 설정된다. 한 복셀 직경만큼 후방 복셀들의 화상을 변형할만큼 충분히 투사방향이 변경되었으면 투사된 화상에 명백한 변화가 있었을 것이다. 입방 어레이의 깊이가 무한대로 되려 할 때, 이 각도는 카메라에 대해 어레이의 후방에서 2개의 복셀들로 범위가 정해진 각도와 같음을 간단한 기하학으로 알 수 있다.

중앙의 카메라의 화상평면 내의 각각의 화소가 왜곡된 입방 어레이 후방의 복셀에 매핑된다면, 화상이 변경되기 전에 카메라가 회전될 수 있는 각도는 카메라의 구경과 그의 화상평면 내의 2개의 인접한 화소간 각도와 같다. 무한대로 깊은 장면에 대해 화소화된 3차원 화상을 보이도록(televise)하기 위해서 인접한 카메라들간 각도(Δθ)는 카메라들의 시야(α)를 이들의 해상도(n_x)로 나눈 것과 같게 된다.

Δθ= α/n_x (3)

이러한 화상이 자동입체 디스플레이 상에 정확하게 재현되어야 한다면 디스플레이의 스크린의 에지들로부터 광선들이 수렴하는 각도는 카메라들의 시야와 같아야 한다. 이것은 디스플레이가 원래의 장면으로 대치되어도 카메라들에 의해 기록된 화상이 변경되지 않도록 하기 위한 것이다. 따라서 식(3)은 디스플레이 상의 뷰들간 각도를 설정하며, 따라서 60°의 시야를 갖는 디스플레이가 VGA 해상도의 뷰들을 가지며 무한대로 깊은 3D 윈도우로서 작용한다면 방위에서 대략 640개의 뷰들을 필요로 한다.

체적과 자동입체 화소화간 이러한 변환들이 기하학적으로 정확해도, 자동입체 디스플레이의 뷰당 각도는 한정되고, 홀로그래픽 디스플레이의 각도는 회절법칙에 의해 결정된다.

자동입체 디스플레이 상의 뷰들간 각도(Δθ)는 회절법칙에 따라 파장(λ)과 화소 직경(Δx)에 의해 결정되는, 각각의 뷰를 구성하는 광선들의 각도 발산(δθ) 미만으로 될 수 없다⁶⁵.

δθ= λ/Δx (4)

따라서,

Δθ≥λ/Δx (5)

60°의 시야와 VGA 해상도 뷰들을 갖는 무한대 깊이의 3D 윈도우로서 작용하는 디스플레이의 예로 계속하여, 식(3)에 따른 뷰들간 각도는 1/640 라디안이었다. 따라서 적색광(λ=633nm)에 대해서 식(5)는 화소크기가 0.4mm 미만으로 될 수 없음을 조건으로 한다. 이것은 전형적인 VGA 모니터에 대한 화소의 근사한 크기이며, 따라서 무결 자동입체적으로 화소화된 화상들에 대해 회절에 의해 주어진 제약은 현저하게 엄격하다.

자동입체 디스플레이의 깊이범위(z)는 화소 직경이 Δx인 화상을 형성하도록 광이 수렴될 수 있는 스크린 위의 최대 거리이다(도 11에 도시한 바와 같음). 삼각법에 의해서 이 거리는 대략 화소직경을 광선 발산각도로 나눈 것과 같다.

z ≤ Δx/δθ (6)

식(6)은 식(1)의 기하학 규칙과 근본적으로 동일한 것이나 카메라 좌표가 아닌 디스플레이의 좌표들이 사용되었다. 식(4)로 주어진 회절법칙에 이를 결합하면

z ≤ (Δx)²/λ (7)

이 된다. III 절에서, 3차원 화상을 한 쌍의 라스터 주사 홀들을 통해 볼 수 있을지라도, 화상은 약간 흐려질 것임이 언급되었는데, 이러한 흐려짐을 야기하는 것은 회절 때문이며, 두 홀들의 직경이 Δx이면 식(7)은 주사 홀들 간에 최대거리(z)를 설정한다. 그럼에도 불구하고 거리를 이보다 크게 하면, 제2 홀을 통한 회절은 제1 주사 홀에 의해 라스터된 상세(detail)를 필터링할 것이므로 이의 유효크기는 식(7)이 허용하는 것까지 증가할 것이다.

III 절에서는 x에 대해 θ를 작도함으로써 자동입체 화소화의 단일 차원을 나타낼 수 있음을 언급하였다. 그러나, 평면과 각도 θ에서 이 평면을 교차하는 광파간 교점의 공간 주파수 k는 다음의 식(8)로 주어진다는 것이 알려져 있다.

k = (2π/λ)sinθ (8)

이 대신 자동입체 화소화를 x에 대한 k의 작도로 나타낸다면, 식들 (8)과 (5)의 결합으로 화소화의 크기들이 제한되며 다음의 고전적인 식을 얻는다.

Δk. Δx ≥2π (9)

자동입체 화소화를 직경 Δx인 독립적인 서브 홀로그램들의 어레이로서 묘사하면, 식(9)는 각각의 서브 홀로그램에 의해 해상될 수 있는 공간 주파수들 Δk의 최소 증분은 이의 폭 Δx으로 2π를 나눈 것과 같음을 재확인한다.

화소화가 90㎛만큼 작을 수 있는, 고해상도 모니터와 동등한 3차원에 관한 식(7)의 효과를 고찰한다⁶⁶. 이때 입방 어레이의 최대깊이는 단지 16mm일 것이며, 따라서 자동입체 시스템들은 홀로그래픽 화소화만이 충분할 고해상도 3D 화상들에 대해선 근본적으로 부적절하다.

홀로그램 상의 뷰들간 각도는 회절법칙에 의해 지배되나, 코히런스 때문에 임의의 광선의 최대폭은 홀로그램의 폭(x)과 같으므로 다음과 같이 된다.

δθ= λ/x (10)

홀로그램이 아니라면, 광선 발산은 먼 곳에서 단일 광선이 뷰를 포함하지 않기 때문에 뷰들 사이의 최소각도와 같지 않다. 대신에 먼 곳에서 렌즈가 n_x 화소폭의 뷰를 형성한다면, 정보의 보존에 의해 렌즈는 n_x 화소들의 폭의(또는 광선의 변조가 복합(complex)인 경우엔 nx/2) 광선 다발로 화상을 형성해야한다. 그러므로 홀로그램의 뷰의 최소 각도는 최소 광선 발산의 n_x배이다.

Δθ≥n_xλ/x (11)

렌즈는 새로운 독립된 뷰를 형성하기에 앞서 이 각도 전체를 통해 이동해야 할 것이며, 그 범위 내에 단지 부분적으로만 이동된다면 인접한 뷰들의 중첩을 형 성할 것이다.

이 경우 n_x의 선택은 다소 임의이나, 일단 선택되면 홀로그램 상에 해상될 수 있는 최소 면적(Δx)는 간단한 기하학에 의해 다음 식(12)로 된다.

Δx = n_x/x (12)

이 식을 식(11)과 결합함으로써, 다음 식(13)이 된다.

Δθ≥λ/Δx (13)

이것은 정확히 식(5)와 동일하며, 따라서 홀로그램의 화소크기가 회절 제한된 자동입체 화상의 크기와 동일하도록 정해진다면 이들 모두 동일한 뷰당 각도를 가지며, 그러므로 이들 모두 3차원 화상의 같은 품질의 동일 정보 내용을 갖는다. 기존의 VGA 모니터와 동등한 해상도 및 크기를 갖는 무결 자동입체 화상은 회절한계에 있음을 이미 보였기 때문에, 통상의 조건들 하에서 무결 자동입체 화상은 홀로그램과 같은 정보를 포함한다.

회절효과들은 대형 디스플레이들에서나, 카메라들이 큰 장면들의 화상을 취하고 있을 때나 문제가 되지 않을 것이다. 그러나, 고해상도 화상들이 예를 들면 3D 키홀(keyhole) 수술에서 필요로 하는 것과 같이 소규모 사상(phenomena)들로 형성되고 있다면, 3D 카메라에서 회절 효과들을 고려할 필요가 있을 것이며 앞에서 주어진 것들과 유사한 규칙에 따라야 할 것이다.

홀로그램의 깊이범위는 식(6)과 식(10)을 결합함으로써 알 수 있다.

z ≤x.Δx/λ (14)

λ= 500nm 파장의 광으로 조명되는 예를 들면 x=20cm 폭의 홀로그램은 이론적으로는 이의 표면으로부터 40m까지 Δx=100㎛ 직경의 스폿을 투사할 수 있을 것이다. 그 표면에 가까운 곳에 홀로그램이 투사할 수 있는 최소크기의 스폿은 홀로그램의 해상도와 같은데, 이것은 대체로 한 파장만큼 작을 수 있다. 표 1은 이들 관계들을 요약한다.

전형적인 무결 자동입체 화상과 동일한 정보 내용을 홀로그램이 갖는다고 해도, 훨씬 큰 깊이들로 훨씬 작은 화소들을 해상할 수 있음을 보였다. 그러나 넓은 시야들은 서브마이크론 공간 주기성을 필요로 한다고 하는 홀로그램들의 주요 문제가 남아있다. 홀로그래픽 화소화의 해상도 및 깊이의 일부와 자동입체 화소화가 허용할 수 있는 관대한 공간 주기성들을 함께하는 매개는 없는가?

자동입체 디스플레이들의 한 부류는 본시 이 절에서 기술된 제약들에서 제외되었고, 이들은 부피가 큰 광학을 사용한다. 이들은 광이 광학 파면에 걸쳐 코히런트하기 때문에 특별한 경우이고, 따라서 전 스크린이 한 화소를 제외하고 불투명할지라도 광은 인코히런트 자동입체에서처럼 회절할 것이며, 큰 광학 디스플레이 상에 몇몇 인접한 화소들이 투명하다면 광은 덜 회절할 것이다. 사실 스크린에서 벗어난 화소를 스크린 상의 어떤 곳에 초점을 맞추게 하기 위해서 이러한 디스플레이에 존 플레이트(zone plate)를 기입하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 종류의 디스플레이들은 자동입체와 홀로그래픽 화소화를 결합함으로써 이들간 매개를 가능하게 한다.

V. 혼성 화소화

상이한 방향들로 일련의 뷰들을 투사하는 대신에 상이한 방향들로 일련의 홀로그램들을 투사하는 것으로 자동입체와 홀로그래픽 화소화를 혼상방식으로 결합하는 것을 제안한다. 예를 들면, 액정 디스플레이를 홀로그램으로 재구성하고 일련의 이산 각도들을 통해 주사하도록(전과 같이 연속적으로 행하는 대신) 조명을 재구성함으로써 소개부분에서 기술된 개념을 새로운 방식에 적응시킬 수 있을 것이다.

체적 데이터-세트를 패턴들의 시퀀스로 되게 하여 액정 디스플레이 상에 나타나도록 기하학 상의 광학을 사용하는 것은 더 이상 적합하지 않으며, 대신에 푸리에 광학의 보다 엄밀한 영역으로 돌아갈 수밖에 없다.

대상물에서 먼 거리로 임의의 방향에서 방사된 광의 복소(complex) 진폭 E(k)는 그 방향에서 대상물의 모든 부분들로부터의 광선들의 복소 합에 비례한다. 이러한 원 범위(far-field) 분포는 광파장을 대상물의 직경으로 나눈 것과 대략 동일한, 필요한 각도 해상도에 의해 결정되어야 한다. 광의 근 범위(near-field) 분포는 원범위 분포의 공간 푸리에 변환임은 잘 알려져 있다⁶⁷.

여기서 K는 통상 무한대이나 이 경우엔 단지 파장으로 나눈 시야와 같을 필요가 있다. 혼성방식에 있어서는 이러한 근 범위 분포가 원 범위의 상이한 부분으로 각각 투사될 n개의 일련의 홀로그램들로 분리되어야 한다. 원 범위가 각각 각도 Xx의 범위를 정하는 n개의 부분들로 분할된다면,

이 되고, 여기서 h는 단위 스텝 함수를 나타낸다. 이에 이어 다음과 같다.

여기서 FT는 푸리에 변환을 취하는 연산을 나타내며, E_q(X)는 qκ만큼 시프트된 E(k+qκ) 주파수의 푸리에 변환을 나타낸다. 렌즈는 이의 초점면에, 렌즈가 없을 때 원 범위가 되는 복소 진폭의 분포를 생성하도록 평행 광선들의 초점을 맞춘다. 그러므로 렌즈는 한 푸리에 평면에서 다른 푸리에 평면으로 진행하는 광에 대해 광학 푸리에 변환을 실행한다고 하는 것이다. 스폿 광원은 함수 δ(x)를 구성하며, 이것이 렌즈의 초점면 내에 두어진다면, 평행 파면들은 분포 FT[δ(k-qz)]를 갖는 원 초점면에 나타날 것이다. 적합한 액정 디스플레이는 이들 파면들을 함수 E_q(x)로 변조할 것이며, 시간 연속한 어드레싱은, 대수학에 의해 명시된 복수 진폭의 합이라기 보다는 원 범위 세기의 합이긴 해도 급수를 합할 것이다. 그럼에도 불구하고 결과가 3차원 화상인 것은 여전히 눈이 위상에 민감하지 않기 때문이다.

홀로그램의 시야는 화소직경으로 나눈 광의 파장과 대략 동일한 회절법칙에 의하므로, 혼성 3차원 화상의 시야(θ)는 다음 식(22)와 같이, 파장(λ), 뷰들의 개수(n₀) 및 화소직경(Δx)에 관계된다.

플리커 속도가 50Hz이라 할 때, 액정 디스플레이의 프레임 속도는 50n₀ Hz와 같고 공간 주기성은 Δx의 역과 같으므로, 공간-시간 주기성은 파장으로 나눈 시야의 50배와 같아야 한다. 500nm 파장에 대해서 방위에서 시야가 1 라디안일 때, 공간-시간 주기성은 대형 고해상도 액정 디스플레이들의 용량인 5kbits^-1cm^-1를 상회하는 대략 1 Mbit s^-1cm^-1이어야 한다⁶⁶.

자동입체 및 홀로그래픽 화소화 방식들을 혼성화하기 위해서는 인접한 화소들간에 코히런스가 있어야 하고, 단일 광원 및 부피가 큰 광학으로 디스플레이의 기본적인 특성이 있어야 한다. 그러므로 이론적으로 셔터식 음극선관 시스템은 혼성 화소화 화상들을 디스플레이할 수 있고 시스템이 액정 디스플레이들에 기초한 것보다 높은 속도들로 데이터를 영사할 수 있다는 것이 이미 주지되었다.

코히런트 광학에 대한 설명에서 셔터식 음극선관 시스템 내의 두 개의 렌즈들은 모두 광학 푸리에 변환을 달성하는 것으로서 간주될 수 있다⁶⁰. 고전적인 레이아웃을 채택할 때, 음극선관은 후방 렌즈의 후방 초점면 내에 있어야 하고, 초점면 내의 액정 셔터는 후방 및 전방에 의해 공유되어야 한다.

2번 푸리에 변환 결과들을 취하면 부호가 바뀌긴 하나 원래 함수가 나온다는 것은 잘 알려져 있다. 광학 푸리에 변환들에서도 동일하므로 전방 렌즈의 전방 초점면에는 음극선관 스크린의 뒤바뀐 화상이 나타난다. 이러한 화상의 광학 푸리에 변환을 공간적으로 필터링함으로써, 양 렌즈가 공유하는 초점면 내의 슬릿이 상이한 방향에서 음극선관 화상의 각각의 뷰를 볼 수 있게 된다.

그러나, 이러한 셋업은 혼성 화소화 방식을 달성할 수 없는데, 이것은 음극선관의 개개의 화소들이 코히런트하지 않기 때문이 아니라(장치는 어쨋든 다른 어떤 것으로 교체될 수 있었을 것이다), 슬릿이 공간 임펄스로 좁아졌다면 소스로부터 모든 저주파 상세를 걸러내기 때문이다. 그 대신 공간평면 내에 임펄스들과 푸리에 평면 내에 액정 홀로그램을 가질 수도 있겠으나 이것은 단일 렌즈 방식에 대해 제공할 이점이 거의 없다.

현재의 해상도가 낮기만 할 때 3차원 비디오 화상들의 최대 해상도를 고찰하는 것이 시기상조인 것처럼 보일 수도 있다. 공간 다중화되고 시간 다중화된 자동입체 디스플레이들의 해상도가 공간 해상도 및 프레임 속도 각각에 의해 제한되나, 혼성 방식이 제공하는 것은 공간 및 시간적 주기성을 서로 교환하는 능력이다. 어떤 3차원 해상도가 장치를 가능하게 하는가를 결정하는 것은 공간 및 시간 주기성의 곱이며, 고해상도 3차원 화상들에 필요한 공간-시간 주기성을 갖는 장치들은 이미 존재한다.

VI. 진보된 3D 디스플레이들

액정 디스플레이들이 혼성 화소화에 필요한 공간-시간 주기성이 없다면, 복잡성과 높은 공간-시간 주기성이 없어 눈의 띄는 한 장치가 광 밸브(광학 주소지정가능 공간 광 변조기라고 알려진 것)이다. 음극선관을 사용하여 이러한 장치에 광학적으로 주소지정함으로써 비디오 홀로그램들이 영사되지만 시야는 좁다는 것을 II 절에 언급되어 있다. 시간 다중화된 조명으로 넓은 시야를 얻는 것이 가능하며 최신의 광밸브들의 프레임 속도는 이것이 가능하게 한다⁶⁸. 도 14는 광밸브 뒤에 화상 어레이를 다중화함으로써 광밸브가 어떻게 주소지정될 수 있는가하는 것과 높은 프레임 속도 어레이들은 대면적들에 걸쳐 광밸브들에 주소지정하는데 필요한 공간 대역폭적을 갖는다는 것을 도시한 것이다. 이러한 방식의 큰 이점은 2개의 가장 고가의 품목들, 즉 액티브 매트릭스 트랜지스터들과 접속기 어레이를 스크린으로부터 제거한다는 것이다. 그러면, 크지만 복잡하지 않은 스크린과 복잡하지만 크지 않은 소형 비디오 투사기를 갖게 된다. 그러므로 이들 양 장치는 잠재적으로 저가이며, 음극선관 제조를 경제적으로 할 수 있게 한, 거의 틀림없이 인 스크린과 전자총간 크기 및 복잡성의 정확히 동분할이라고 언급할 수 있게 한다.

혼성 화소화는 무결 3차원 화상들을 제공하나 사용자가 소소한 흠들을 싫어할지, 그리고 자동입체 화소화는 충분히 고속이라면 확실히 이러한 장치를 구현하는 가장 간단한 것이 될 것인지는 명확하지 않다. 그러나, 최근의 광밸브들의 프레임 속도는 비정질 실리콘의 RC 시정수에 의해 대략 2kHz로 제한되는 것 같다. 이를 컬러에 대해 3으로 나누고 플리커에 대해 60으로 나누면 30개의 뷰들을 얻을 수도 있겠으나 이들 뷰들이 라인 당 전형적인 640 화소들을 가지며 반 라디안(대략 30°)의 뷰로 카메라들에 의해 취해진다면 무결 화상에 대한 식(2)에 따라 뷰당 각도는 1/1280 라디안이 될 것이고 장치의 시야는 1/40 라디안(대략 1.5°) 미만으로 될 것이다. 물론, 제 1 세대의 비디오 3차원 화상들에 대해선 수락할 수 있을 것으로 보이는 뷰당 1°에서 30개의 뷰들은 만족스러운 시야로 될 것이다. 그러나, 광학적으로 주소지정된 시스템은 평판이 아니며, 자동입체 화소에 있어서는 평판 액티브 매트릭스 액정 디스플레이와 다름없는 3차원 화상을 제공할 것이다. 후자의 별도의 비용은 결국 얼마나 많이 만들어졌는가에 달려있을 것이지만 대량이라면 그 비용은 광학 어드레싱쪽으로 할만큼 충분히 낮을 수도 있을 것이다.

전형적인 광밸브는 10마이크론까지 하향으로 해상할 수 있는데, 이것은 2kHz의 프레임 속도로서는 2 x 10¹⁵m^-2s^-1의 공간-시간 주기성을 제공한다. 컬러에 대해 3으로 나누고 플리커에 대해 60으로 나눈 후에, 대략 (0.5 x 10^-6)²m²인 λ²를 곱함으로써 보는데 사용할 수 있는 입체각을 추정할 수 있다. 그 결과는 0.025의 뷰 입체각이고 이것은 고도 3°만큼, 즉 방위로 30°의 시청 존과 동등하다.

광밸브들은 이보다 더 양호할 수 있을 것으로 보인다. 5마이크론의 공간 해상도를 가질 때, 강한 조명( 및 쌍안정 액정)의 대가로 5kHz의 프레임 속도들이 보고되었다⁶⁹. 그러나 낙관적 결론들을 이끌어 내기에 앞서 16cm x 12cm 스크린에 대해 400GHz에 이르는 속도로 이들 장치들에 데이터를 기입하는 문제를 고려해야 한다.

광섬유는 데이터를 이러한 속도들로 전송할 수 있으며, 이의 출력을 주사하는 간단한 방법이라면 디스플레이들과 전기통신 양자에 대단한 상이 될 것이다. 그러나 현존하는 음양-광학 장치들은 겨우 1MHz로 주사할 수 있으며, 광학 증폭기 어레이들은 오히려 초보적인 상태에 있다. 고속 스위칭 광밸브들로 이끌었던 것이 포토닉스 연구였고, 이들 문제를 처리하는 보다 전도유망한 몇몇 방법들을 제공하고 있는 것이 포토닉스 연구이다. 방위에서만 3차원인 화상을 필요로 함으로써 처리할 문제가 단순화된다면, 240개의 비월 라인들을 갖는 15cm 폭의 스크린에 있어서 데이터 속도는 (프레임 속도 x 1/측방향 해상도 x 폭 x 라인들의 수) = (2000 x 10⁵ x 0.16 x 240/2) = 4GHz로 줄어든다. 이것은 데이터 속도를 기존 장치들의 범위 내로 가져가며, 음향-광학 홀로그램들, 음극선관들, 레이저 다이오드 어레이들, 강유전체 어레이들 및 마이크로-미러 어레이들인 5개가 남는다.

음향-광학 홀로그램들은 성공적인 이력을 갖고 있으나 2km/s에서 반 마이크론의 광파장에서 데이터 속도들을 대략 4GHz로 제약하는 음향-광학 물질들 내 음속으로 제한된다. 실제로 이들 속도들에서도 II 절에서 언급한 용융문제들 때문에 곤란하다.

음극선관들은 메가헬쯔 라인 속도들로 정전기적으로 주사될 수 있으며 편향각이 좁고 빔 세기가 너무 높지 않다면 스폿 크기는 몇 마이크론의 직경으로 유지될 수 있다. 그러나, 디포커싱없이 이러한 작은 스폿을 밝게 하기가 어려우며, 전자총을 1GHz 이상으로 변조하는 방법이 있어야 하며, 따라서, 이들 문제는 극복하기 어렵지는 않으나 여전히 해결할 문제들로 남아있다.

레이저 다이오드 어레이들 및 다른 어레이들은 라스터 주사가 필요하지 않거나 액정 홀로그램에 의해 실행될 수 있는 것보다 더 빠를 필요가 없는 충분한 해상도로 입력을 역다중화함으로써 동작한다. 18 x 1 레이어 다이오드는 8 x 1 GHz에서 동작되었으며, 어떤 대안보다도 훨씬 초과하는 공간 대역폭절들의 가능성을 제공하는 256 x 256 어레이들이 제조되었다.

강유전체 어레이들은 액티브 매트릭스 트랜지스터들이 실리콘 집적회로 내에 에칭된 고속 스위칭 액정 디스플레이이다. 잠재적으로 20kHz의 프레임 속도를 갖는 320 x 240 어레이가 시현되었으며⁷⁰, 이는 3.2GHz의 공간 대역폭적을 제공한다. 이것은 16cm 폭의 스크린에만 족할 뿐이며, 1차원 강유전체 액정 디스플레이로 달성할 수 있는 20kHz 속도들로 광밸브에 걸쳐 어레이의 화상이 주사될만큼 충분하게 역다중화된다. 편향각은 작으므로(홀로그램부터 스크린까지 말하자면 20cm로 나눈 0.5mm로 1/40 라디안), 1차원 홀로그램의 해상도는 1/40 라디안으로 나눈 파장이 될 것이며 대략 20마이크론이다.

마이크로-미러 어레이⁷⁷는 이들이 보다 복잡한 리소그래픽을 필요로 할지라도 전적으로 실리콘으로 구성되는 이점이 있다. 그럼에도 불구하고, 204 x 1151 화소들의 어레이들은 잠재적으로 5.8GHz의 공간 대역폭적을 제공한다. 이 외에 회로의 상세는 8인치 폭에 걸친 스크린에 전위를 제공하며, 3개의 이러한 장치들은 병렬로 동작된다면(이것은 이들이 고품위 2D 투사에 대해 어떻게 구성되는가 하는 것이다), 훨씬 더 나은 품질을 바랄 수도 있었을 것이다. 그러나 다시한번 낙관적인 결론들은 적합하지 않으며 왜냐하면 이 경우 이들 장치들은 데이터를 전자적인 형태에서 광학적인 것으로 변환할 뿐이기 때문이며 이것은 여전히 소스 데이터를 필요로 하기 때문이다.

광섬유의 능력들이 어떻든 간에, 거의 틀림없이 3차원 화상들은 압축될 것이다. 현재의 통례는 디스플레이들이 케이블에 의해 비디오에 접속되고 비디오 원에 의해 임의의 압축해제가 달성된다는 것이다. 그러나, 원 3차원 비디오의 데이터 속도들은 너무 높기 때문에 디스플레이에서 먼 신호를 압축해제하는 것은 무의미한 것으로 보이고, 따라서 원 신호를 전송해야하는 문제가 주어지게 된다. 그보다는 압축해제는 가능한 한 어드레싱 장치에 가까운 곳에서 일어나야 할 것이고(아마도 어드레싱 장치 내에서) 인쇄 회로 기판에 직접 끼워넣는 캐리어들에 마이크로-미러 및 강유전체 어레이들을 장착하는 것이 편하다. 3차원 비디오용의 기존의 인터페이스들의 복잡성 및 출력 데이터 속도는 통상의 컴퓨터에 견줄만한 계산능력을 갖출 것을 시사하고 있고, 디스플레이가 계산시스템의 비용을 좌우하는 현재의 경향으로 컴퓨터와 디스플레이를 분리하려는 노력으로 가는 것에 어떤 이점이 계속 있을 것이지 의심하지 않을 수 없다.

본 절에서는 중간 크기의 컬러 3차원 비디오 화상이 움직이는 부분을 갖지 않고 적합한 시야와 함께 금이 전혀 없이 디스플레이하는 것이 기준의 기술로 실행할 수 있다는 것을 다소 상세하게 시사하고자 함으로써 본 논문의 결론으로 가져갔다. 3차원 비디오는 요원하거나 난해한 가망이 아니라, 가능한 것이고, 2차원 비디오에 대한 것과 같이 분석적 기술 및 이의 개발은 디스플레이 기술의 3개의 근간들, 즉 공간 역다중화, 스크린 공간 대역폭적, 및 단위 스크린 면적당 저비용에 진보에 달려 있을 것이다.

VII. 결론

비디오 3차원 화상들은 체적, 홀로그래픽 및 자동입체인 3가지 방법들로 화소화될 수 있다. 체적 화상들은 전 방향 뷰를 효율적으로 제공하는 대역폭을 사용하며 홀로그래픽 디스플레이들은 고 해상도를 가지는 반면, 자동입체 디스플레이들은 대부분의 응용들에 필요한 넓은 시야들로 불투명 대상물들의 화상을 형성한다.

관찰자의 머리들을 추적하는 자동입체 디스플레이들은 크게 감소된 데이터 속도들의 가망이 있으나, 다중 뷰 자동입체는 기계 지능을 필요로 하지 않으며 최신의 이러한 디스플레이들은 제1 세대 3차원 디스플레이에 적합한 것으로 보이는 1°뷰 간격을 얻기 위해서 뷰들을 시간 다중화한다.

잠시동안엔 만족스러울지라도, 뷰당 1°로 자동입체 상의 화상들은 금이 가고 성가시게 된다. 실제 3차원 화상들에 있어서 뷰당 각도는 640 화소들의 크기의 화상에 대해 대략 1/10°이며 이 간격에서 0.5mm만큼 큰 화소 직경으로 자동입체 디스플레이는 회절 제한될 것이며 이의 데이터 내용은 홀로그램과 같다. 홀로그램들은 자동입체 화상들보다 더 큰 깊이의 범위, 훨씬 큰 해상도를 가지며, 0.5mm보다 미세한 화소의 크기들에 대해서는 단지 선택사항이다.

홀로그래픽 및 시간 다중화된 자동입체 화소화 방법들을 조합하여 이들 모두의 장점들을 갖는 혼성을 제공할 수 있다. 연속적으로 조명된 홀로그래픽 디스플레이는 자동입체 디스플레이의 시야를 제외하곤 홀로그램과 동일한 데이터 내용, 해상도, 및 깊이를 갖는다. 원리적으로 필요한 모든 것은 1Mbit s^-1cm^-1 크기의 공간-시간 주기성을 갖는 액정 디스플레이이나, 저비용으로 대면적에 대해서는 비현실적이다.

높은 공간-대역폭적들에 대한 요구에 직면하여 광학 통신업계에서는 광밸브들 및 대면적에 걸쳐 필수 공간-시간 주기성을 얻는데 충분한 높은 프레임 속도 어레이들을 개발하였다. 광밸브들은 낮은 장치비용으로 스크린 크기의 면적에 걸쳐 동작할 만큼 간단하며, 어레이는 이들이 작다면 고가일 필요가 없는 광밸브에 걸쳐 데이터를 공간적으로 분포시키는 방법을 제공한다. 그러므로 작은 어레이를 큰 광밸브에 투사시키는 것은 저가인 디스플레이를 제공하며 음극선관과 동일한 이유들로 고해상도를 갖는다.

높은 프레임 속도의 어레이는 높은 데이터 속도 접속들을 최소화하기 위해서 3차원 화상을 압축해제하는 전자장치들에 가능한 한 가까워야 한다. 압축해제 전자장치들의 계산능력은 대부분의 컴퓨터들의 계산능력에 견줄 수 있을 것이며 그러므로 컴퓨터 및 디스플레이 시스템이 하나로 될 것 같지는 않다.

2차원 비디오의 진보는 이의 발명 이후로 해상도 및 크기를 증가시키고, 전기통신과 나란한 진보를 요구하는 쪽으로 꾸준히 발전된 것 중 하나였다. 비디오 3차원 화상들의 디스플레이는 혁명적인 것처럼 보일 수 있으나, 이 논문에서는 화소화 및 디스플레이 광학이 과도하게 복잡하지 않으며 나머지 해결할 문제는 스크린의 공간 대역폭적의 증가, 스크린을 가로질러 데이터가 물리적으로 분포될 수 있는 속도의 증가, 및 제조의 큰 복잡성 없이 단일 시스템으로 이들의 달성인 2차원 비디오의 경우와 동일하다는 것을 보이고자 하였다. 광학 전기통신에 대해 개발된 포토닉 구성성분들은 이미 3차원 비디오에 대한 요건들을 충족하고 있고, 2가지 기술들은 이들의 상호이익을 위해 계속 상호작용할 것이다.

본 발명은 비디오 디스플레이에 3차원(3D) 비디오 화상의 디스플레이 장치에 적용할 수 있다.

(도면에 대한 보다 상세한 설명)

도 1: 액정 디스플레이 상에 대상물의 뷰들을 나타내고 적합한 방향으로 각각을 조명함으로써 3차원 화상을 디스플레이할 수 있다.

도 2: 체적 3D 디스플레이들

도 3: 광 에미터들의 3차원 어레이는 불투명 화상들을 디스플레이할 수 없다.

도 4: 홀로그래픽 3D 디스플레이들

도 5: 자동입체 3D 디스플레이들

도 6: 3차원 대상물은 하나는 빠르게, 다른 것은 느리게 공전하는 한 쌍의 슬릿들을 통해 보여질 때 동일하게 보인다.

도 7: 광선 추적에 의해 결정될 수 있는 구성물을 갖는 원근 화상이 스크린 가까이에서 보여진다.

도 8: 아무리 멀어도 관찰자가 디스플레이 상에서 무엇을 보는지 식별하기 위해 화소위치(x)에 대한 화소방향(θ)의 작도가 사용될 수 있다.

도 9: 각각의 뷰가 수평바를 포함하는 자동입체 디스플레이의 원 거리 사진. Permission for Reprint, courtesy Society for Information Display.

도 10: 각각의 뷰가 수평바를 포함하는 자동입체 디스플레이의 근접 사진. Permission for Reprint, courtesy Society for Information Display.

도 11: 스크린 밖의 스폿은 스크린을 통해 수렴하도록 광선들을 설정함으로써 화상으로 형성될 수 있다.

도 12: 입방 어레이의 2개의 뷰들은 평행 투사에 의해 형성된다. 뷰 내용물에 뚜렷한 차가 있게 하는데 필요한 뷰들간 최소각도(Δθ)는 후방 화소들의 한 열을 완전히 볼 수 있게 만드는데 필요한 것이다.

도 13: 좌측의 비디오 카메라에서는 왜곡된 입방 어레이의 전방 화소들만 볼 수 있고, 우측의 카메라에서는 후방 화소들의 한 열이 볼 수 있게 된다. 왜곡된 입방 어레이의 깊이가 무한대로 되려함에 따라 광선1 및 광선2는 평행하게 되고, 따라서 인접 뷰들간 각도는 인접 화소들간 각도로 되어간다.

도 14: 넓은 시야를 갖는 자동입체/홀로그래픽 디스플레이는 고해상도 액정 디스플레이를 시간 연속적으로 조명함으로써 형성될 수 있다. 고해상도 액정 디스플레이는 광밸브 및 높은 프레임 속도의 어레이로부터 조립될 수 있다.

표1: 뷰당 각도(Δθ) 및 3차원 화소화의 깊이(z) 방식들은 화상의 폭(x), 화소들에서 화상의 깊이(n_z), 화소들에서 화상의 폭(n_x), 화상의 시야(α), 화소 크기(Δx), 및 파장(λ)에 의해 관계될 수 있다.

(참고문헌)

Claims (14)

1. 3차원 비디오 디스플레이 장치에 있어서,

   패턴들의 연속적인 프레임들이 디스플레이될 수 있는 스크린(4), 및 상기 연속적인 프레임들의 디스플레이와 동기되어 일련의 이산 방향들을 통해 상기 전체 스크린(4)을 조명할 수 있는 컬리메이팅된 광 빔들의 어레이를 투사하기 위한 수단(6)을 포함하고;

   상기 스크린(4)은 전면판(8)과 이면판(9) 사이에 위치된 액정물질층(13); 인접한 상기 액정물질층(13) 상의 전압을 변경하도록 동작할 수 있는 감광물질층(15); 상기 액정물질(13)과 상기 감광물질 사이의 반사층(14), 및 상기 액정 물질(13)을 가로질러 전압을 인가하기 위한, 상기 판들(8, 9)의 내부 표면들 상의 전극 구조들(10,11)로서, 상기 전극들(10,11)은 상기 액정층(13)의 개별적으로 주소지정가능한 부분들의 어레이를 집합적으로 형성하는, 상기 전극 구조들을 포함하며, 각각의 컬리메이팅된 광 빔(6)은 상기 전면판(8)의 전체를 조명하도록 배열되는, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스크린은 복수의 개별 영역들을 포함하며, 각각은 패턴의 완전한 프레임을 집합적으로 형성하기 위해 필드 시간에서 독립적으로 주소지정가능한, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 스크린은 필드 시간에서 서브-패턴을 수신하기 위해 각각이 배열된 복수의 개별적으로 주소지정가능한 부분들을 갖는 광학적으로 주소지정된 공간 광 변조기에 의해 형성되는, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 스크린(4, 8, 13) 상에 패턴들을 투사하기 위한 수단(1)을 더 포함하는, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 투사하기 위한 수단(1)은 화상의 완전한 프레임을 형성하기 위해 상기 화상 스크린 또는 감광층(15)의 공간적인 개별 영역들(A 내지 P) 상에 차례로 복수의 필드 패턴들을 투사하기 위한 수단을 포함하는, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 투사하기 위한 수단은 상기 스크린(4)에 투사하기 위한 패턴 또는 패턴의 일부를 집합적으로 제공하는 개별적으로 주소지정가능한 화소들의 매트릭스를 갖는 디지털 마이크로 미러 장치를 포함하는, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 투사하기 위한 수단은 상기 스크린(4)에 화상 또는 화상의 일부를 투사하기 위한 음극선관 비디오 디스플레이를 포함하는, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 광학 장치를 더 포함하며, 컬리메이팅된 광 빔들의 어레이를 투사하기 위한 상기 수단(6)은 실질적으로 상기 광학 장치의 초점면에 배열되는, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 각각의 컬리메이팅된 광 빔들은 레이저 광인, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 컬리메이팅된 광 빔들은 상이한 파장들을 갖는 것인, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
11. 제 4 항에 있어서, 상기 투사 수단(1)과 스크린(4) 사이에 격자(3)를 더 포함하는, 3차원 비디오 디스플레이 장치.
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