KR100710853B1 - 입체화상을 표시하는 표시장치 및 입체화상을 표시하는표시방법 - Google Patents

Abstract

입체화상 표시장치에서는, 표시유니트에 대향해서 시차화상에 대응하도록 배열되는 광학적 개구를 가진 광학소자가 배치되어 있다. 이 광학적 개구부는, 시차화상을 관찰자측을 향해 튀어나온 영역에 표시하고, 입체화상을 상기 표시유니트를 기준으로 해서 관찰자측과는 반대측에 위치된 들어간 영역에 표시하도록 되어 있다. 튀어나온 영역에 매끄러운 입체화상을 표시하도록 할 때에는, 광학소자와 상기 표시면 사이의 광학적 갭을 그 입체화상의 위치에 따라 기준거리보다 길게 설정한다. 또, 들어간 영역에 관찰자가 매끄러운 입체화상을 표시할 때에는, 그 입체화상의 위치에 따라 기준거리보다 짧게 설정한다.

Description

입체화상을 표시하는 표시장치 및 입체화상을 표시하는 표시방법 {DISPLAY APPARATUS DISPLAYING THREE-DIMENSIONAL IMAGE AND DISPLAY METHOD DISPLAYING THREE-DIMENSIONAL IMAGE}

도 1은, II 법에 기초한 입체화상 표시의 원리를 설명하기 위한 II 법에서의 광선의 궤적을 개략적으로 나타낸 수평면 내 모식도,

도 2는, II 방식에서의 나이키스트(nyquist) 주파수에 의한 해상도를 설명하는 수평면 내 모식도,

도 3은, II 방식에서 1개의 렌즈로부터 사출되는 광선밀도를 요인으로 하는 해상도의 향상을 설명하기 위한 입체화상 표시에 관한 수평면 내 모식도,

도 4는, 입체화상이 표시되는 튀어나온 영역 및 들어간 영역의 위치와 해상도의 관계를 나타낸 그래프,

도 5는, 본 발명의 제1실시예에 따른 입체표시장치를 개략적으로 나타낸 수평면 내 모식도,

도 6은, 본 발명의 1실시예에 따른 표시장치의 시스템의 개요를 나타낸 블럭도,

도 7a 및 7b는, 도 5에 도시된 표시장치에서, 입체적인 물체를 들어간 영역 에 표시한 경우의 광선의 궤적을 나타낸 수평면 내 모식도,

도 8a 내지 8c는, 도 5에 도시된 표시장치에서, 입체적인 물체를 튀어나온 영역에 표시한 경우의 광선의 궤적을 나타낸 수평면 내 모식도,

도 9는, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 들어간 영역에 입체적인 물체를 표시한 경우의 입체화상과 그 시차화상과의 배치관계를 개략적으로 나타낸 수평면 내 모식도,

도 10은, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 갭이 촛점거리로 정해진 경우에 관측자의 눈에 들어오는 주광선의 궤적을 개략적으로 나타낸 수평면 내 모식도,

도 11은, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 입체의 표면에서의 인접시차화상을 통과하는 주광선과 인접시차화상의 광선을 개략적으로 나타낸 수평면 내 모식도,

도 12a, 12b 및 12c는, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 크로스토크가 생긴 경우의 렌즈피치 당 시차화상의 보는 방법을 개략적으로 나타낸 모식도,

도 13은, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 입체물체가 표시면에서 멀어진 경우의 시차화상과 그 광선궤적과의 관계를 나타낸 모식도,

도 14는, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 입체물체가 표시면에서 멀어진 경우의 시차화상과 그 광선궤적과의 관계를 나타낸 모식도,

도 15a는, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 갭이 렌즈의 촛점거리와 같은 경우에 있어서의, 렌즈로부터 눈에 들어 오는 복수의 주광선을 나타낸 광선궤적도,

도 15b는, 도 15a에 도시된 입체표시장치에서, 그들 주광선이 눈동자에 보이 는 2차원 표시장치 상에서의 시차화상과 디스플레이 위치의 관계를 나타낸 개략도,

도 16a는, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 갭이 렌즈의 촛점거리보다 긴 경우에 있어서의, 렌즈로부터 눈에 들어 오는 복수의 주광선을 나타낸 광선궤적도,

도 16b는, 도 16a에 도시된 입체표시장치에서, 그들 주광선이 눈동자에 보이는 2차원 표시장치 상에서의 시차화상과 디스플레이 위치의 관계를 나타낸 개략도,

도 17a는, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 갭이 렌즈의 촛점거리보다 짧은 경우에 있어서의, 렌즈로부터 눈에 들어 오는 복수의 주광선을 나타낸 광선궤적도,

도 17b는, 도 17a에 도시된 입체표시장치에서, 그들 주광선이 눈동자에 보이는 2차원 표시장치 상에서의 시차화상과 디스플레이 위치의 관계를 나타낸 개략도,

도 18은, 도 5에 도시된 입체표시장치에서의 갭, 시거리 및 시역각의 관계에 대해 나타낸 광선궤적도,

도 19는, 도 5에 도시된 입체표시장치에서의 갭, 시거리, 픽셀 피치, 렌즈피치의 관계에 대해 나타낸 광선궤적도,

도 20은, 도 5에 도시된 입체표시장치에서의 화면단(screen end)에서의 갭, 시거리 및 시역각의 관계에 대해 나타낸 광선궤적도,

도 21a 및 21b는, 도 5에 도시된 입체표시장치의 구체적인 실시예를 개략적으로 나타낸 측면도 및 정면도,

도 22는, 도 5에 도시된 입체표시장치에서, 표현하고 싶은 입체물체에 대해 z방향 등고선의 일례를 개략적으로 나타낸 평면도,

도 23은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체표시장치를 개략적으로 나타낸 수평면 내 모식도,

도 24는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 25은 도 5에 도시된 입체표시장치를 구동하는 구동방법의 다른 실시예를 나타낸 파형도,

도 26은, 도 5에 도시된 입체표시장치를 구동하는 구동방법의 1실시예를 나타낸 파형도이다.

본 발명은, 입체화상(three-dimensimal image: 3차원 화상)을 표시하는 표시장치 및 입체화상을 표시하는 표시방법에 관한 것으로, 특히 광선의 조사방향을 제어하는 광선제어소자를 가진 입체화상 표시장치 및 입체화상 표시방법에 관한 것이다.

입체상(입체화상)을 기록하고 이를 입체상으로 재생하는 방식으로서, 다수의 시차화상을 표시하는 인테그럴 이미징법(integral imaging method; 이하, 간단히 II 방식이라 칭함)이 알려져 있다. 이 II 방식은, 인테그럴 포토그래피법(integral photography method; IP 법)으로도 불리는 것으로, 광선재생법에 속하는 입체화상을 표시하는 방법이다.

일반적으로, 물체를 좌우 양쪽 눈으로 볼 때에는, 가까운 거리에 있는 근점( 近点)과 좌우의 눈이 이루는 각도를 θ1, 먼 거리에 있는 원점과 좌우의 눈이 이루는 각도를 θ2로 하면, 각도 θ1과 각도 θ2는 당해 물체와 관찰자의 위치관계에 따라 달라지게 된다. 이 각도의 차이(θ1 - θ2)를 양안시차(兩眼視差)라 칭하고, 사람들은 이 양안시차에 민감하게 반응해서 물체를 입체시(立體視)할 수 있다(입체적으로 볼 수 있다).

근래 들어, 안경 없이 입체화상을 표시할 수 있는 표시장치(3차원 디스플레이)의 개발이 진행되고 있다. 이들 입체화상 표시장치의 대부분은, 통상적인 2차원(2D) 화상을 표시하는 2차원 표시유니트(소위 평면 디스플레이)가 사용되고, 그 표시유니트의 전면 또는 배면에 어떤 광선을 제어하는 광선제어소자가 배치되어 있다. 이와 같은 입체화상 표시장치에서는, 앞에서 설명한 양안시차를 이용함으로써, 관찰자가 표시장치를 보았을 때, 마치 표시유니트에서 전후 수 cm의 거리의 물체로부터 광선이 나오고 있는 것처럼 광선의 각도가 제어되어 입체상이 표시되도록 되어 있다. 이와 같이 입체화상을 표시할 수 있도록 하는 배경에는, 표시유니트의 고정세화에 따라 표시유니트의 광선을 여러 각도(시차라고 부른다)로 분할해도, 어느 정도 고정밀의 화상을 얻을 수 있기 때문이다.

무안경 입체화상 표시장치의 일례로서, 수평방향에 관해 시차(視差)를 부여하는 II 방식의 3차원 입체표시장치의 개략적 구성이 도 1에 도시되어 있다.

도 1에는, 2차원 화상이 표시되는 표시유니트면(61)과 관측자(64) 및 상기 표시유니트면(61)으로부터의 광선(67)을 제어하는 광선제어소자(68)가 수평면 내에 배치되어 있는 관계가 개략적으로 나타내어져 있다. 도 1에 도시된 표시장치에서 는, 화상정보가 2차원 화상을 표시하는 2차원 표시유니트면(61)에 다수 표시되고, 표시면의 전면에 설치한 광학적 개구부(62) 및 차단부(63)를 가진 광선제어소자에 상당하는 어레이판을 매개로 화상이 관측자(64)에 의해 관측되어 관측방향에 따라 입체화상이 표시된다. 여기서, 광학적 개구부(62)로는, 슬릿이나 핀홀(pin hole), 마이크로렌즈 또는 렌티큘러렌즈 등이 상당하는데, 본 발명의 명세서에서는 실제로 개구가 형성되어 있지는 않더라도 광학적으로는 개구로서 작용하기 때문에, 광학적 개구 또는 간단히 개구라 칭하기로 한다.

이와 같은 표시장치에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 어레이판(63)에서 거리L만큼 떨어진 위치 α에 있는 관찰자(64)는 시차번호 3의 화상을 볼 수 있고, 위치 β에 있는 관찰자(64)는 시차번호 2의 화상을 볼 수 있으며, 마찬가지로 위치 γ에 있는 관찰자(64)는 시차번호 1의 화상을 볼 수 있다. II 방식에서는 다시차표시(多視差表示)가 가능하기 때문에, 관찰자(64)가 움직여도 그 위치에 따른 화상을 볼 수 있다. 이와 같이 운동시차(運動視差)의 표시가 가능하기 때문에, II 방식은 자연스러운 입체시가 가능하고, 또 II 방식은 입체상을 재생하는 광선이 실물체(피사체)가 실제로 배치된 경우와 마찬가지의 경로를 거치기 때문에, 시야투쟁(視野鬪爭)의 문제도 생기지 않는다는 점에서 뛰어난 방법이라고 할 수 있다.

시차화상을 작성하고, 개구부를 통해 각 화소정보로서의 시차화상을 표시하는 방법에는, 크게 나누어 입체상을 재생하는 광선을 화소측에서 발생시킴으로써 화상을 매핑하는 방법 및 관측자의 시점위치로부터 화소를 향해 광선을 역으로 따름으로써 화상을 매핑하는 방법의 2가지 종류가 있다. 본 발명의 명세서에서는 전 자의 방법을 이용하는 화상매핑을 II 방식이라 칭하고, 후자의 방법을 다시차(多視差)의 스트레오스코프 또는 패럴랙스 배리어법이라고도 불리는 소위 다안식 표시방법으로 칭하여 양자를 구별한다.

II 방식에서의 광선속(光線束)은, 패럴랙스 배리어법 등과는 달리 관측자의 눈의 위치를 향하도록 제어되는 것이 아니라, 관측자의 방향을 향해 시차수에 상당하는 광선속이 모든 개구부를 통해 대략 등간격으로 사출될 수 있도록 제어되고 있다. 따라서, II 방식은, 관측자가 움직인 경우의 운동시차가 뛰어나다. 그러나, II 방식은, 본래의 2차원(2D) 표시의 표시유니트에 비해 시점위치를 고정시킨 경우에는, 어떤 각도에서의 입체화상의 생성에 기여하는 구성화소수가 적어, 관찰자의 눈의 위치를 향해 광선을 사출하고 있는 입체화상 표시장치(다안식 표시장치)에 비해 해상도가 떨어지는 경향이 있다.

일반적으로 문자표시나 렌즈 또는 슬릿에 대해 경사 성분을 가진 구형(球型) 표시 등에서는 어떤 일정한 해상도가 필요하게 된다. 그러나, 렌티큘러렌즈나 슬릿을 구비하는 평행투영의 3차원 표시장치(II 방식)에서는, 렌티큘러나 슬릿의 피치에 따라 정해지는 해상도에 한계가 있어, 세밀한 문자표현이나 매끄러운 곡선표시가 어렵게 된다. 안쪽으로 들어가는 것을 표시하는 경우, 안티에일리어싱(anti-aliasing)에 의해, 배경과 화상의 경계가 깔쭉깔쭉하게 되거나 튀어나온 영역(장치 전방의 관찰자측 공간)에서는 튀어나옴의 한계 가까이에서 2중 상으로 된다거나 하는 문제가 있다. 이는, 크로스토크(cross talk)에 의해 본래 보여져야 할 시차화상에 더해져 인접한 시차화상이 눈에 들어오기 때문에 올바른 시차화상만을 볼 수 없 는데에 기인하고 있다.

문헌 「H. Hoshino, F. Okano, H. Isono and I. Yuyama "Analysis of resoluti on limitation of integral photography" J. Opt. Soc.Am, A15(1998) 2059 ~ 2065 페이지」에는, 렌즈의 표면으로부터 2차원 패턴표시 유니트까지의 갭이 렌즈의 촛점거리와 같아지도록 설정하는 입체표시장치가 개시되어 있다. 이 입체표시장치에서는, 관찰자 쪽으로의 시차광선은 렌즈에 의해 2차원 패턴을 표시하는 표시유니트에 결상(結像)된다. 이러한 조건 하에서는 시차광선이 1화소에 결상되어 크로스토크가 저감된다.

일본국 특개평 07-287195호에는, 화질의 한층의 향상을 도모하는 것을 목적으로 하는 렌티큘러렌즈를 이용한 무안경 입체표시장치가 개시되어 있다. 이 화상표시장치는, 인접화상이 충분히 분리되는 구조를 갖고 있다. 즉, 이 입체표시장치에서는, 화상시트상에 형성된 압축화상을 복수의 렌티큘러렌즈로 이루어진 렌티큘러 스크린을 매개로 관찰할 수 있도록 되어 있다. 또, 이 입체표시장치에서는, 1개의 렌티큘러렌즈에 대응하여 화상시트상에 압축화상이 형성되고, 상호 인접하는 압축화상 사이에는 대상(帶狀: 띠모양)의 완충영역이 설치되어 있다. 이와 같은 장치에서는, 렌티큘러 스크린을 매개로 인접한 압축화상을 연속적으로 변화하는 시점위치로부터 관찰하면, 그들 압축화상에 의한 2개의 화상이 완충영역에 의해 상호 분리되어 관찰되게 된다. 따라서, 이와 같은 표시장치에서는 크로스토크가 줄어들게 된다. 입체표시장치에 있어서, 인접시차화상의 광선이 보여지면 입체시가 저해되기 때문에, 이와 같은 구성이 채용되고 있다.

일본국 특허 제2874985호에는, 화상표시면에 렌티큘러렌즈판을 대향 배치해서 여러 방향에서 입체영상을 관찰할 수 있도록 한 입체영상장치가 개시되어 있다. 이 입체영상장치에서는, 렌티큘러렌즈판의 촛점거리 내에 화상표시면을 배치해서 렌티큘러렌즈판의 투과광선을 확산시킴으로써 화상표시면의 화소 사이에 어두운 부분인 암부(暗部)가 있더라도, 관시영역(觀視領域: viewing area)에 암부가 생기지 않도록 화소와 렌티큘러를 정합(整合)시키고 있다. 이와 같은 표시장치에서는, 암부가 줄무늬 모양으로 보이는 무아레를 보이지 않도록 하기 위해, 갭 길이가 렌즈를 촛점거리 이내로 설정하고 있다.

일본국 특개2001-275134호에는, 관찰자의 눈에 대해 최적의 위치의 입체화상을 공급하는 인테그럴 포토그래피 방식의 입체화상 표시장치가 개시되어 있다. 이 입체화상 표시장치에서는, 개구를 가진 패시브어레이(passive array) 및 표시되는 화상을 표시하는 제2어레이를 포함하되 표시어레이가 상기 패시브어레이의 대응하는 개구에 관련된 1조의 서브어레이를 갖도록 되어 있다. 그리고, 이들 각 서브어레이의 각 점(点)은 패시브어레이의 대응하는 개구에 관련되어, 표시되는 입체화상의 위치에 관한 정보를 포함하도록 되어 있다. 또, 상기 서브어레이의 각 점으로부터 패시브어레이의 관련된 각 점으로의 광선은 입체화상의 대응하는 점에 집속되도록 되어 있다.

이 표시장치는, 광선의 방향을 제어함으로써 패시브어레이 및 제2어레이에 대해 입체화상의 위치를 제어하는 제어수단을 갖고 있다. 그리고, 이 제어수단에는 패시브어레이 및 제2어레이 사이의 거리를 제어하도록 설치되는 것이 좋다고 되어 있다. 이 일본국 특허 2874985호는, 갭을 가변시킴으로써 표시위치가 가변되도록 하여 관찰자로부터 본 최적의 입체표시위치를 만드는 것으로, 인접시차화상 광선에 대해서는 언급하고 있지 않다.

II 방식에서는 표시면으로부터 떨어진 위치에 입체화상을 재현하면, 개구부나 렌즈를 매개로 할당된 광선속이 퍼짐으로써 해상도가 급격히 저하된다고 하는 문제점이 있다. 이 해상도가 저하하는 문제에 대해, 도 2, 도 3 및 도 4를 참조해서 이하에서 설명한다.

입체화상 표시장치의 해상도를 나타내는 척도로서 단위 래디언 당의 주기 β(cycle per radian : cpr)를 이용하고 있다. 이 단위 래디언 당 주기(β)라 함은, 1래디언 당의 광선의 명암을 몇 싸이클 표시할 수 있는지를 나타내는 지표이다. 일본국 특개평 07-287195호에 개시되어 있는 바와 같이, II 방식에서 도 2에 도시된 바와 같이 표시장치의 근방(관측자(64)로부터의 거리(zi)도 충분히 작음)에 입체상(73)이 표시되는 경우에는, 그 해상도는 나이키스트주파수(βnyq)라 불리는 관측자(64)로부터 렌즈 또는 개구부(62)를 통해 볼 수 있는 화소피치로 결정된다. 개구부(62)의 피치를 pe, 관측자(64)와 개구부(62) 또는 렌즈까지의 거리를 L로 하면, 개구부 피치(pe)로 제한되는 해상도(βnyq)는,

βnyq = L/2pe (1 - 1)

로 된다.

다음에, 도 3에 도시된 바와 같이, 표시유니트(1)의 표시면에서 떨어진 위치(관측자(64)로부터의 거리(Zi)도 충분히 큼)에 물체상(73)이 재현되는 경우에는, 렌즈나 개구부(62)를 통해 할당되어 있는 광선속이 퍼짐으로써 해상도가 급격히 저하된다. 물체상(73)을 표시장치로부터 튀어나온 영역 또는 들어간 영역에다 재현하는 경우, 그 물체상(73)을 재현하기 위해 1개의 슬릿(68)으로부터 사출되는 광선군(67)에 의해 계산되는 해상도의 최대치를 αimax로 하면, 관측점(64)에서 본 물체의 공간주파수로 정해지는 해상도 βimax는,

βimax = αimax Zi/｜L - Zi｜ (1 - 2)

로 된다.

실제의 해상도 βimax는 상기 (1-1), (1-2)를 비교했을 경우의 낮은 쪽으로 되기 때문에,

βimax = min(βimax, βnyq) (3)

으로 나타내어진다.

한편, 도 2 및 도 3에서, 좌표 Z는 관측자(64)를 시점(始點)으로 해서 표시유니트(1)의 표시면에 수직인 법선에 따른 거리에 상당하고, 개구부 또는 렌즈로부터 물체상(73)까지의 거리는 (L - Zi)로 나타내어지며, 표시면(61)과 관측자(64)의 거리는 Z(= L + g)로 나타내어진다, 또, 해상도의 최대치 αimax는, 어떤 슬릿(68)과 물체상의 수평단부를 잇는 직선이 이루는 각(αcpr)에 의존하도록 되어 있다. 또, 튀어나온 영역이라 함은 관찰자(64)를 기준으로 해서 표시장치의 관찰자측에 상당하는 전방영역을 의미하고, 들어간 영역이라 함은 관찰자(64)를 기준을 해서 표시장치의 관찰자와는 반대측에 상당하는 후방영역을 의미한다. II 방식의 입체화상 표시장치에서는, 튀어나온 영역 또는 들어간 영역에 입체상을 형성할 수 있다.

(1-1) 식에 의거 개구부 피치가 작아질수록, 즉 표시면의 정세도가 높을수록 입체상의 해상도가 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, 표시유니트의 표시면 자체의 화소피치를 좁히는 것은, 표시유니트의 프로세스 변경 등이 생겨 쉽게 실현할 수 없다고 하는 문제점이 있다.

또, 일본국 특개평 07-287195호에서 알 수 있듯이, 입체상이 표시면 근방에 형성되는 경우에는, 개구부 피치로 제한되는 해상도(βnyq)가 물체의 공간주파수로 정해지는 해상도(βimax)보다 작아지기 때문에, 개구부 피치로 제한되는 해상도(βnyq)가 지배적으로 된다.

또, 입체상이 표시면에서 멀어질수록 (1-2)식의 관측자로부터의 거리(Zi)가 작아지기 때문에 βimax의 해상도가 지배적으로 된다. 예컨대, 어떤 시차수, 시역각에 관해 (1-1)식 및 (1-2)식에 의거 정해지는 해상도는 도 4에 도시된 관계로 된다. 도 4에서, 가로축(z)은 관측자로부터 입체표시물건까지의 거리로서, z = L(m)이 표시장치가 위치하는 장소이다. 세로축은 해상도로서, (1-1)식에서 정해진 렌즈피치에 의존한 해상도(βnyq)와 (1-2)식에서 정해진 렌티큘러렌즈 중 1개의 렌즈로부터 방사되는 광선밀도로부터 결정되는 해상도(βimax)를 나타내고 있다. 도 4로부터, 표시면 근방, 즉 튀어나온 양(zn = zno(m)), 들어간 양(zf =zfo(m))으로 표현된 물체는 렌즈피치로 결정되는 βnyq(1 - 1)이 βimax보다 작아지기 때문에 지배적으로 되고, 튀어나온 양(zn)보다 튀어나온 양이 큰 영역과 들어간 양(zf)보다 들어간 양이 큰 영역에서는, 개구부로부터의 광선밀도로부터 정해지는 βimax(1 - 2)가 지배적으로 됨을 알 수 있다.

크로스토크는 본래 눈에 들어와야 할 시차화상에서는 없는 시차화상으로부터의 광선이 눈에 들어오는 현상이다. 즉, 렌즈의 디포커스(defocusing), 확산판 등의 영향으로 눈에 들어오는 광선속이 2차원 패턴의 표시면에 포커스되지 않고 인접시차화상을 포함하는 광선이 눈으로 향해지는 현상이다. 이들 크로스토크에 의해 곡선이나 경사진 선이 깔쭉깔쭉해지게 되어, 표시하려고 하는 물체와 배경이 섞여진 것 같은 열화된 화상으로 되어 버린다. 예컨대, 들어간 방향으로 둥근 공을 표시하는 경우, 둥근 공의 윤곽이 깔쭉깔쭉해지게 되는 문제가 있다.

한편, 입체표시장치에서, 튀어나온 양, 들어간 양을 크게 하기 위해 광선밀도를 올리면, 어떤 광선방향으로 사출되어야 할 2차원 표시장치의 시차화상에서, 소망하는 시차화상 이외에 인접시차화상의 광선도 눈에 들어오는 크로스토크 현상이 보다 현저히 나타나는 문제도 있다. 이 크로스토크는 렌즈의 디포커스나 확산 필름의 삽입 등에 의해서도 일어나, 해상도를 저하시키는 주된 원인으로 되고 있다.

본 발명은, 이상과 같은 사정을 감안해서 발명된 것으로, 그 목적은 해상도를 향상시킬 수 있는 입체표시장치를 제공하는 데에 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의하면,

매트릭스 형상으로 화소가 배치되고, 이 화소에 시차화상이 배분되는 표시 면을 가진 표시유니트와,

이 표시유니트에 대향해서 배치되어, 상기 시차화상에 대응하도록 배열되는 광학적 개구를 갖추고서 시차화상을 튀어나온 영역에 투영해서 튀어나온 영역의 제1입체화상과, 상기 표시유니트를 기준으로 튀어나온 영역측과는 반대측에 위치된 들어간 영역의 제2입체화상 중의 하나를 표시하도록 된 광학소자 및,

상기 광학소자와 상기 표시면 사이의 제1의 광학적 갭을 튀어나온 영역의 제1입체화상을 표시하도록 설정하는 한편, 상기 광학소자와 상기 표시면 사이의 제2의 광학적 갭을 들어간 영역의 제2입체화상을 표시하도록 설정하되, 상기 제1의 광학적 갭이 상기 입체화상의 위치에 따라 결정되어 있는 기준거리보다 긴 제1의 갭 길이를 갖고, 상기 제2의 광학적 갭이 상기 기준거리보다 짧은 제2의 갭 길이를 갖도록 설정하는 갭 가변부를 구비하여 구성된 표시장치가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 표시장치에서, 상기 광학소자가 렌티큘러렌즈를 포함하고, 상기 광학적 개구는 렌티큘러렌즈의 각 렌즈에 상당하며, 상기 기준거리가 각 렌티큘러렌즈의 촛점거리에 상당하도록 되어 있다.

또한 본 발명에 의하면, 상기 표시장치에서, 상기 제1의 광학적 갭이 갭 길이(gn)로 설정되어 있는 경우는, 상기 튀어나온 영역의 제1좌표(znopt) 상에 상기 제1입체화상을 표시하고, 상기 제2의 광학적 갭이 갭 길이(gf)로 설정되어 있는 경우는, 상기 들어간 영역의 제2 좌표(zfopt) 상에 상기 제2입체화상을 표시하되, 이들 갭 길이(gn 및 gf)를 아래의 식 (1) 및 식 (2)에 의해 설정하도록 된 표시장치가 제공된다.

gn = f + zn × (f × cosθ × p_p)/znopt/lp (1)

gf = f - zf × (f × cosθ × p_p)/zfopt/lp (2)

여기서, f는 각 렌즈의 촛점거리, L은 제1 및 제2입체화상으로부터 추정되는 기준거리에 상당하는 시거리, lp는 상기 렌즈의 피치, 2θ는 올바른 제1 및 제2입체화상을 관찰할 수 있는 범위를 규정하는 상기 렌즈의 광축을 포함한 면 내에 정해지는 시역각, p_p는 상기 화소의 피치이다. 또, zn 및 zf는 아래의 (3) 및 (4)식으로 규정된다.

zn = L × D/(1 + D) (3)

zf = L × D/(1 - D) (4)

(여기서, D는

로 정해진다.)

또, 상기 제1 및 제2좌표(znopt, zfopt)는, 아래의 (5) 및 (6)식의 범위로 정해진다.

O ＜ Z nopt ＜ L × D/(1 + D)/2 (5)

O ＜ Z fopt ＜ L × D/(1 - D)/2 (6)

(실시예)

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보다 상세히 설 명한다.

도 5는, 본 발명의 제1실시예에 따른 입체표시장치를 개략적으로 나타낸 수평단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 2차원 표시유니트(1)의 표시면 전면(前面)에는 갭(g)을 열어 광선제어소자로서의 렌티큘러렌즈(2)가 배치되어 있다. 2차원 표시유니트(1)에는 화소피치(Pp)로 화소가 배치되고, 렌티큘러렌즈(2)는 렌즈피치(lp)를 갖도록 수평방향으로 배열되어 각각의 장축이 수직방향으로 배치되며, 또 그 각각이 촛점거리(f)를 가진 렌즈로 구성되어 있다. 또, 도 5에 도시된 표시장치에는, 뒤에 구체적인 구조예가 설명되는 갭 가변부(3)가 설치되어 표시되는 입체화상에 따라 갭(g)이 조정되도록 되어 있다. 도 5에 도시된 광학계(光學系)에는, 갭(g(= gn, gf)이 렌즈의 촛점거리(f)보다 미소거리(+△x)만큼 커지도록 된 예가 나타내어져 있다.

2차원 표시유니트(1)에는 매트릭스형상으로 화소가 배치되고, 이들 화소에는 시차화상이 배분되며, 이 시차화상으로부터의 광선이 렌티큘러렌즈(2)의 각 렌즈를 통해 관찰자의 눈동자(4)로 입사된다. 시차화상으로부터의 광선이 렌티큘러렌즈(2)에 의해 제어되어 관찰자의 눈동자(4)로 입사됨으로써, 2차원 표시유니트(1)와 관찰자의 눈동자(4) 사이(튀어나온 영역)에는 입체화상(19)이 표시된다. 또, 2차원 표시유니트(1)의 배면(들어간 영역)에도, 마찬가지로 입체화상(20)이 표시되어 이것이 관찰자에 의해 시인되게 된다.

튀어나온 영역에 높은 해상도의 입체화상(19)을 표시하는 경우에는, 이 갭 (gn)이,

gn = f + △x = f + zn × (f × cosθ × p_p)/znopt/lp (1)

로 정해지도록 조정되고, 또 들어간 영역에 높은 해상도의 입체화상(20)을 표시하는 경우에는,

gf = f - △x = f - zf × (f × cosθ × p_p)/zfopt/lp (2)

로 정해진다. 여기서, 갭(g(=gn, gf))의 조정은 단순히 미소거리(±△x)를 조정하는 경우에 한정되지 않고, 촛점거리(f)를 조정하는 경우를 포함한다. 또, 이들 미소거리(±△x) 및 촛점거리(f)는, 공기 중의 굴절률(n = 1)에서의 환산치에 상당하고, 미소거리(±△x)의 공극이 공기 이외의 매질인 경우에는 공기 중에 환산한 거리를 의미하고 있는 것으로 한다.

여기서, znopt는 2차원 표시유니트(1)로부터 튀어나온 방향으로 향하는 입체화상(19)의 좌표이고, zfopt는 2차원 표시유니트(1)로부터 들어간 방향으로 향하는 입체화상(20)의 좌표을 나타낸다. 이들 좌표(znopt. zfopt)는 Z축(2차원 표시유니트(1)에 수직인 축)을 따라 표시되는 입체화상의 평균값으로서의 평균좌표로 정해져도 좋고, 또는 입체화상 중의 대표적인 점의 좌표로 정해져도 좋다. 어느 쪽으로 해도, 좌표(znopt. zfopt)가 입체화상 중에 정해져 있으면 된다. 또, θ는 정규의 입체화상(19. 20)이 보이는 범위(위상(거짓 상)이 표시되는 범위를 제외함)를 규정하는 시역각 2θ의 1/2에 상당한다. 또, zn, zf는 아래의 식 (3) 및 (4)로 규정되고,

zn = L × D/(1 + D) (3)

zf = L × D/(1 - D) (4)

식 (3) 및 식 (4)에서의 D는 아래식으로 규정된다.

(여기서, D는

로 정해진다)

또, L은 광선제어소자(2)로부터 관찰자의 눈동자(4)까지의 거리를 나타낸다.

한편, 입체화상(19, 20)의 튀어나온 양(znopt, zfopt)이

O ＜ Z nopt ＜ L × D/(1 + D)/2 (5)

O ＜ Z fopt ＜ L × D/(1 - D)/2 (6)

의 범위 내에 있는 경우에는, 갭(g(=gn, gf))이 조정되어 튀어나온 영역 및 들어간 영역에서 높은 해상도로 입체화상(19, 20)이 표시되게 된다.

앞에서 설명한 표시장치에서, 표시해야 할 입체화상(19, 20)에 따라 사용자가 갭(g(= gn, gf))을 조정하는 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이 입력부(31)를 매개로 튀어나온 영역 및 들어간 영역의 한쪽을 지정하고, 준비된 갭(g(= gn, gf))의 조정값 중 하나를 선택해서 그 갭으로 되도록 갭 가변부(3)로 지시를 하여 표시유니트(1)에 시차화상을 표시시킬 수 있다. 준비된 갭(g(= gn, gf))의 조정값을 몇번 변경해서 가장 좋은 입체화상(19, 20)이 표시되는 갭의 값으로 설정해서 차례 차례 입체화상(19, 20)을 표시시키도록 해도 좋다.

또, 튀어나온 양(znopt, zfopt)이 부가된 시차화상 데이터(34)가 준비되고, 이 튀어나온 양(znopt, zfopt)에 대응해서 갭 조정신호가 갭 설정부(35)로부터 발생되어 이 갭 조정신호에 따라 갭 가변부(3)가 적절한 갭으로 설정하도록 해도 좋다. 한편, 튀어나온 영역 및 들어간 영역의 지정은 사용자가 지정해도 좋고, 또는 미리 정해져도 좋다.

다음에는 앞에서 설명한 바와 같이 갭을 조정함으로써 높은 해상도의 입체화상(19. 20)을 표시할 수 있는 배경에 대해 설명한다.

먼저, 도 7a, 7b 및 7c, 및 도 8a, 8b 및 8c를 참조해서, 튀어나온 영역에 있는 입체물체(19) 및 들어간 영역에 있는 입체물체(20)를 표시시키기 위한 시차화상에 관한 2차원 표시장치의 매핑위치와 눈에 들어오는 인접시차화상의 관계에 대해 설명한다.

도 7a, 7b 및 7c는, 들어간 영역에 표시되는 입체화상(20)에 대해, 2차원 표시장치상의 시차화상, 입체물체에 기여하는 시차화상 및 눈동자에 비치는 시차화상의 관계를 나타낸 것이다. 도 7a를 참조해서, 2차원 표시장치의 어떤 시차화상(6A)에서 사출되는 광선과 함께, 이 시차화상(6A)에 인접하는 시차화상(5A, 7A)으로부터의 광선이 어떤 렌즈(2A)를 지나 어떻게 눈으로 들어가는지를 설명한다. 렌즈(2A)에 대응하는 시차화상(6A) 뿐만 아니라 시차화상(6A)에 인접하는 시차화상(5A, 7A)으로부터의 광선속이 그 렌즈(2A)에 입사되어, 어느 입체화상(20)의 부분(6A') 뿐만 아니라 그 주변부분(5A', 7A')이 들어간 영역에 표시되게 된다. 즉, 들어간 영역의 입체화상(20)의 표시에 관해서는 부분(6A') 뿐만 아니라 그 주변부분(5A', 7A')이 입체화상(20)의 표시에 기여하도록 되어 있다. 주변부분(5A', 7A')은 시차화상(6A) 및 렌즈(2)를 통과하는 주광선(41)에 관해서 대칭이고, 주변부분(5A', 7A')은 표시면상의 시차화상(5A, 7A)의 배치와 마찬가지로 좌우 동방향으로 배치된다. 이들 표시부분(5A, 6A, 7A)으로부터의 광선속이 관찰자의 눈동자(4) 내에 표시상(表示像; 5A", 6A", 7A")을 형성하게 된다. 관측자의 눈동자(4) 내에 표시되는 표시상(5A", 7B")은 표시상(6A")에 대해 대칭이고, 2차원 표시장치상의 시차화상(5A, 7A)에 대해서는 좌우가 반대로 되어 있다.

도 8a, 8b 및 8c는 각각, 튀어나온 영역에 표시되는 입체물체에 대해 2차원 표시장치상의 시차화상, 입체물체에 기여하는 시차화상, 눈동자에 비치는 시차화상의 관계에 대해 나타낸 것이다. 마찬가지로, 2차원 표시장치의 어떤 렌즈(2A)에 주목하면, 렌즈(2A)에 대응하는 시차화상(6A) 뿐만 아니라 인접하는 시차화상(5A, 7A)으로부터의 광선속이 그 렌즈(2A)에 입사되어, 튀어나온 영역에 있는 입체화상(19)의 부분(6A') 및 그 주변부분(5A', 7A')이 표시되게 된다. 즉, 이들 화상부분(5A', 6A', 7A')이 입체화상(19)의 표시에 기여하도록 되어 있다. 주변부분(5A', 7A')은 시차화상(6A)으로부터 렌즈(2A)를 통과하는 주광선(41)에 관해서 대칭으로 표시되고, 표시면상의 시차화상(5A, 7A)과는 좌우가 반대로 배치되어 있다. 이들 표시부분(5A, 6A, 7A)으로부터의 광선속이 관찰자의 눈동자(4) 내에 표시되는 표시상(5A", 6A", 7A")을 형성하도록 되어 있다. 관측자의 눈동자(4) 내에 표시되는 표시상(5A", 7A")은 표시상(6A")에 대해 대칭이고, 2차원 표시장치상의 시차화상(5A, 7A)에 대해 좌우가 반대로 배치된다.

상기와 같이, 2차원 표시장치 상의 시차화상(5A, 6A, 7A)과 눈동자(4)에 들 어오는 시차화상(5A", 6A", 7A")의 배치는 항상 좌우가 반대가 되는 관계로 되어 있다. 그러나, 관측자에게 사출되는 시차화상(5A", 6A", 7A")에 관해서는, 튀어나온 영역의 입체물체(19)에 기여하는 시차화상은 좌우 같은 방향으로 배치되고, 또 들어간 영역의 입체물체(20)에 기여하는 시차화상(5A', 6A', 7A')은 좌우가 반대방향으로 배치되어 있다.

광선밀도가 향상되어, 소망하는 방향에서 대응하는 광선 이외의 인접시차화상이 눈에 들어오는 크로스토크가 일어난 경우, 도 8a에 도시된 바와 같이 튀어나온 영역의 입체화상(19)에 관해서는, 소망하는 방향에서, 렌즈(2A)에 인접하는 렌즈(2B, 2C)로부터의 주광선(42B, 42C)이 입체화상(19)의 표시를 보충해서, 인접시차화상(5A, 7A)이 원활한 입체화상의 표시에 기여할 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 곡선 또는 경사의 윤곽을 가진 입체물체(19)를 표시시킬 때, 인접시차화상이 적절한 위치에서 눈동자로 입사되면, 도 8c에 도시된 바와 같이 비교적 매끄러운 윤곽으로 입체물체(19)를 표시할 수 있다.

또, 도 7a에 도시된 바와 같이, 들어간 영역의 입체화상(20)에 관해서도, 렌즈(2A)에 인접하는 렌즈(2B, 2C)로부터의 주광선(41, 42B, 42C)도 입체화상(20)의 형성에 기여하게 된다. 그러나, 이 주광선(41, 42B, 42C)을 포함한 광선속에 의해 형성되는 인접시차화상은, 시차화상(5A", 6A", 7A")에 대해 좌우가 반대인 화상배치로 된다. 따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 곡선 또는 경사진 윤곽을 가진 입체물체의 표시에서는, 인접시차화상이 눈동자에 들어온 경우, 도 7c에 도시된 바와 같이 깔쭉깔쭉한 윤곽으로 입체물체가 나타내어지게 된다. 즉, 인접하는 렌즈(2B, 2C)를 통과하는 주광선(41, 42B, 42C)을 포함한 광속은, 도 8c에 도시된 바와 같이 해상도를 향상시키는데 기여하지 않고 해상도를 저하시키는 요인으로 된다.

다음에는 도 8a에 도시된 바와 같은 매끄러운 윤곽을 가진 입체화상을 나타내는 조건에 대해 설명한다. 크로스토크를 렌즈의 디포커스에 의해 제어한 경우에, 눈동자(4)에 비치는 시차화상과 실제의 입체물체과의 관계를 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 갭(g)이 촛점거리(f)와 같거나 또는 큰 경우를 상정한다. 눈동자(4)로부터 렌즈(2)로의 평행한 광선이 렌즈(2)로 입사되면 촛점거리(f)에 집광되는 바, 2차원 표시장치 상에서는 광선의 직진성 때문에 광선이 교차하여 렌즈(2)의 광축에 관해 좌우가 역전되게 된다. 그 때문에, 튀어나온 영역에 있는 입체화상(19)의 주광선(6A')에 대한 인접시차화상(5A', 7A')의 관계는, 앞에서 설명한 것과 같이 2차원 표시장치 상의 인접시차화상(5A, 7A)의 배치와는 좌우가 역전되어 있다. 따라서, 눈동자(4)에 입사되는 인접시차화상(5A", 7A")의 배치관계와 입체화상(19)의 인접시차화상(5A', 7A')의 배치관계가 같아지게 되어, 도 8b에 도시된 같은 구형을 표시하는 경우에도 크로스토크에 상당하는 인접한 렌즈(2B, 2C)로부터의 주광선이 보여도 입체화상(19)의 인접시차화상(5A', 7A')에 매끄럽게 연결되게 된다.

그러나, 도 7a에 도시된 바와 같이, 들어간 영역에 표시된 입체물체(20)의 주광선 6A"에 대한 인접시차화상(5A", 7A")의 관계는, 앞에서 설명한 바와 같이 2차원 표시장치 상의 인접시차화상(5A, 7A)의 배치와 좌우의 배치가 같아지게 된다. 따라서, 눈동자(4)로 들어가는 인접시차화상의 배치관계가 실제의 입체상과는 반대 로 된다. 그 결과, 도 7b에 도시된 같은 구형을 표시한 경우에는, 도 7c에 도시된 바와 같이 윤곽이 깔쭉깔쭉하게 표시된다.

다음에는, 도 9에 도시된 바와 같이 갭(g)이 렌즈(2)의 촛점거리(f)보다 짧은 경우에 대해 설명한다. 눈동자(4)로부터 렌즈로의 평행한 광선은 렌즈로 입사되면 촛점거리(f)에 집광되지만, 렌즈(2)와 2차원 표시장치 사이의 갭이 짧기 때문에 2차원 표시장치 상에 집광되지 않게 된다. 광선의 직진성 때문에 2차원 표시장치의 인접시차화상의 좌우 배치관계가 그대로 유지된 채로 눈동자(4)로 들어가게 된다. 그 때문에, 도 7a를 참조한 설명에서 알 수 있듯이, 화상작성시에는 들어간 영역의 2차원 표시장치의 시차화상과 들어간 영역에서의 입체물체에 기여하는 시차화상의 좌우의 순서가 같아지게 된다. 따라서, 눈동자(4)로 입사되는 인접시차화상의 배치관계와 들어간 영역에서의 입체화상의 인접시차화상의 배치관계가 같아져, 크로스토크에 상당하는 주광선이 보여도 인접하는 렌즈로부터의 주광선과 매끄럽게 연결되게 된다. 그러나, 도 8a를 참조한 설명에서 알 수 있듯이, 화상작성시에는 2차원 표시장치 상의 시차화상과 튀어나온 영역에서의 입체화상(20)에 기여하는 시차화상의 좌우의 순서가 역방향으로 된다. 따라서, 도 8a에서와 같이 눈동자(4)에 들어가는 인접시차화상의 배치관계와 튀어나온 영역에서의 입체화상의 인접시차화상의 배치관계가 좌우 반대로 되어, 크로스토크가 혼입하면 윤곽이 깔쭉깔쭉해지게 되고 만다.

앞에서는 렌즈(2)와 2차원 표시장치 사이의 갭(g)이 렌즈의 촛점거리(f)와 이루는 관계에 따라, 입체표시장치에서 입체물체가 보여지는 방법에 대해 설명하였 다. 즉, 갭(g)이 촛점거리(f)보다 긴 경우에는, 크로스토크가 보여도 튀어나온 영역의 입체물체에 기여하는 인접시차화상의 배치관계는 올바르고, 갭(g)이 촛점거리(f)보다 짧은 경우에는, 크로스토크가 보여도 들어간 영역의 입체화상에 기여하는 인접시차화상의 배치관계는 올바르다.

다음에는, 크로스토크가 입체화상의 형성에 기여한 경우, 그 순번 뿐만 아니라 위치가 거의 올바르게 되기 위한 조건에 대해 설명한다.

먼저, 갭(g)이 촛점거리(f)보다 긴 경우의 크로스토크량으로서, 관찰자의 눈동자(4)로 들어가는 시차화상의 수(△pn)를 구한다. 여기서, 이 수(△pn)는 정수(整數)값에 한정되는 것은 아니다. △pn × p_p(픽셀 피치)는, 도 5 및 도 9에 도시되어 있으나, 눈동자 위치로부터 1개의 렌즈로 들어가는 대략 평행한 광선이 2차원 표시장치 상에서 집광되는 영역의 길이를 나타낸다.

도 9에서, 렌즈의 촛점거리 f, 렌즈피치 lp, 갭(g)의 증가분 △x, 2차원 패턴 표시영역에서의 디포커스되는 화소(픽셀)의 수 △pn, 시역각 2θ, 2차원 표시유니트(1)의 픽셀 피치 p_p로 하고, 렌티큘러렌즈(2)의 각 렌즈(2A, 2B, 2C)를 구면렌즈라고 가정한다.

도 10을 참조해서 시역각(2θ)에 대해 설명한다. 여기서, θ는 2차원 표시장치 상의 어떤 1개의 렌즈로, 시역면에 투영하는 시차화상의 전체 시차수(NPmax)를 포함한 영역에서 그 단부의 시차화상과 렌즈(2)의 중심을 통과하는 광선이 중앙의 시차화상과 렌즈(2)의 중심을 통과하는 광선과 이루는 각도이다. 2θ는 1개의 렌즈(2)로부터 일련의 시차화상이 보여지는 최대각이기 때문에, 시역각이라고 정의된다. 한편, 2차원 표시장치와 렌즈표면과의 갭(g)이 렌즈의 촛점거리(f)와 같은 경우에, 2차원 표시장치 상의 중앙의 시차화상과 렌즈(2)의 중심을 잇는 광선(렌즈의 광축)이 렌즈(2)의 단부를 통과하는 광선이 이루는 각을 θ'로 한다. 렌즈(2) 개개의 요철(凹凸)의 높이의 차이는 실제로는 있지만, 그 차이가 작기 때문에, 도 1O에서 각 θ'는 대략 각 θ와 같아지게 된다.

각 θ'가 대략 각 θ와 같고, 도 5에 도시된 각 θ(= θ')는 렌즈의 축에 가까운 영역일수록 작다고 하면, 삼각형의 상사(similarity)의 관계로부터,

g = f + △x

f cos θ: lp = △x : △p_n × p_p

로 된다. 따라서,

△p_n = lp × △x/(f cos θ × p_p) (7)

가 성립하게 된다. 즉, 화소의 증가(△p_n)는, 갭(g)의 증가분(△x)에 비례하고 있다.

이 식 (7)로부터 간단히 2차원 표시유니트(1) 상의 디포커스영역을 예측할 수 있다.

다음에는, 도 11을 참조해서 입체의 표면에서의 인접시차화상을 통과하는 주광선과 인접시차화상의 광선의 관계에서, 입체상이 튀어나온 양(znopt)과 최적의 갭(g)과의 관계에 대해 설명한다.

도 11은 주광선과 인접시차화상의 광선궤적을 나타낸다. 이 도 11에서 참조부호 47은 렌즈(2A, 2B)에서의 중앙의 시차화상(6A, 6B)의 광선궤적을 나타내고, 부호 49는 렌즈(2A)에서의 1개의 인접시차화상(5A)의 광선궤적 및 렌즈(2B)에서의 1개의 인접시차화상(7B)의 광선궤적을 나타낸다. zn은 렌즈(A)로부터의 주광선과 렌즈(B)로부터의 인접시차광선이 교차하는 위치에서의 광선제어소자로부터의 거리이다. 입체물체 위치의 튀어나온 위치(znaopt)에서의 렌즈(2A)의 주광선(47)과 인접시차광선의 중심궤적(49)에서의 수평방향의 편차량을 t로 하고, 인접하는 렌즈(2A)와 렌즈(2B)의 중점에서의 입체화상(19)이 튀어나온 양을 znopt로 한다. 또, 렌즈(2A)에서의 인접시차화상의 튀어나온 양을 znaopt로 하고, 렌즈(2B)에서의 인접시차화상의 튀어나온 양을 znbopt로 하면, 양자는 실제로는 다른 경우가 많지만 렌즈피치는 미소하면서 연속한 입체상의 경우에는 다음과 같이 근사시켜도 좋다.

znaopt ≒ znopt ≒ znbopt (8)

인접시차로부터 발해져 렌즈(2A, 2B)를 통과하는 주광선이 인접한 렌즈(2A, 2B)로부터의 주광선과 교차하는 튀어나온 위치를 z_n으로 하면, 삼각형의 상사형의 관계로부터

znaopt : z_n = t : lp (9)

식 (8)로부터

znopt : z_n = t : lp (10)

로 된다.

다음에는 도 12a, 12b 및 12c를 참조해서 크로스토크가 일어난 경우의 수평방향에서의 시차화상을 보는 방법에 대해 설명한다. 눈동자(4)로부터 입체표시장치를 본 경우, 크로스토크가 없는 경우에는 도 12a와 같이 1개의 렌즈(2A, 2B)로부터의 광선에 의해 1개의 시차화상 성분밖에 볼 수가 없다. 그러나, 앞에서 설명한 렌즈(2A, 2B)의 디포커스의 영향으로 크로스토크가 일어난 경우에는, 렌즈(2A, 2B) 중의 1개로부터 1개의 시차광선 뿐만 아니라 인접시차광선이 보여지게 된다. 도 12b는 렌즈(2A, 2B) 중의 1개로 볼 수 있는 시차광선 △pn = 4인 경우를 나타내고, 도 12c는 렌즈(2A, 2B) 중 1개로 볼 수 있는 시차광선 △pn = 2.4인 경우를 나타내고 있다.

인접한 주광선 사이에, 크로스토크로서 보이는 인접시차화상이 올바른 위치에 보이도록 하기 위해서는, 화상작성시에 입체물체에 기여하는 인접시차화상의 위치와 크로스토크로서 보이는 인접시차화상의 위치가 같은 위치에 있으면 된다. 또, 시거리에서 본 주광선과 인접시차화상이 이루는 각은 입체표시장치의 하드웨어로 정해지고, 예컨대 N시차에서 시역각을 2θ라 하면 2θ/(N - 1)로 되고, 그들 사이의 관계식을 유도하면, 크로스토크로서 보이는 인접시차화상을 올바른 위치에 보이게 할 수 있다.

크로스토크량으로서, 렌즈 중 1개로부터 △pn의 시차가 보인다고 하면, 1개의 렌즈피치 당 인접시차화상이 보여지는 비율은 1/lp로 된다. 또, 인접시차화상이 znopt의 위치에서 주광선과의 거리가 t의 위치에 있다고 하면, 1개의 렌즈피치 당 입체물체에 기여하는 인접시차화상의 수평방향 위치는 t/lp로 된다. 그 때문에, 그 들이 같은 경우, 즉

t : lp = 1 : △pn (11)

으로 되면, 인접시차화상은 올바른 위치에 주광선을 보간하도록 나타나게 된다. 여기서, 식 (10)과 식 (11)을 합치면

znopt = t × zn/lp (12)

= zn/△pn (13)

으로 된다.

여기서, 식 (13)에 도시된 zn을 구하는 방법을 설명한다. zn의 정의로서, 시거리에서 3차원 표시장치를 본 경우, 렌즈피치로 정해지는 해상도(nyquist 주파수)와, 1개의 렌즈로부터 방사되는 광선밀도로 정해지는 해상도가 같아지는 지점이다.

이 실시예에서는, 주광선(47)과 인접시차화상의 광선(49)의 시차각도가 항상 같기 때문에, 정면에서 뿐만 아니라 보는 각도를 바꾸어도 마찬가지로 zn을 정의 할 수 있다.

문헌 「H. Hoshino, F. Okano, H. Isono and I. Yuyama "Analysis of resolution lmitation of integral photography" J. Opt. Soc. Am, A15(1998) 2059 ~ 2065페이지」로부터 깊이인자(depth factor; D)를

D = α_imax/β_nyq (14)

로 정의한다. 상기 식 (3)으로부터, zno가 시거리로부터 입체물체까지의 거리라고 하면, 튀어나온 양의 경우, 다음의 식을 만족시키게 된다.

α_imax × z_no/｜L - z_no｜ = β_nyq (15)

여기서, 도 11에 도시된 시거리(L)라 함은, 관찰자의 눈동자(4)와 광선제어소자로서의 렌티큘러렌즈(2) 사이의 거리에 상당한다. 여기서, 시거리(L)라 함은 3차원 화상을 표시하기 위해 2차원 표시유니트에 표시되는 2차원 매핑데이터를 작성할 때의 계산상의 기준으로 되는 참조거리에 상당하는 것으로, 화상데이터에 고유한 값으로서 임의의 관찰자의 위치를 나타내는 것이 아니라는 점에 주의해야 한다. 튀어나온 영역에서,

β_nyq = β_imax

로 되는 위치 z_n은, L - z_no ＞ O의 조건으로부터, (15)식을 변형해서,

D × z_no/(L - z_no) = 1

즉,

D × z_no = L - z_no

따라서,

z_no = L/(1 + D) (16)

으로 된다. 기준을 관측자의 눈동자(4)로부터의 위치가 아니라, 이를 표시면상 또는 표시면하의 광선제어소자(2)로부터 튀어나온 양(zn)으로 고쳐 쓰면

z_n = L - z_no = L × D/(1 + D) (17)

를 만족시키는 튀어나온 양이, 도 11에 도시된 z_n과 대략 같아지게 된다.

문헌 「H. Hoshino, F. Okano, H. Isono and I. Yuyama "Analysis of resolution limitation of integral photography" J. Opt. Soc. Am, A15 (1998) 2059-2065」에 개시되어 있는 바와 같이 최대의 픽셀 피치에서,

로 된다.

축에 가까운 영역에서, 렌즈표면과 2차원 패턴표시장치의 갭을 gn으로 하면, 식 (7)과 식 (13)으로부터,

△pn = z_n/z_nopt

△pn = lp × △x/(fcosθ × p_p)

△x = (z_n/z_nopt) × fcosθ × p_p/lp (19)
로 된다.

그 때문에, 입체표시영역이 z_nopt의 위치에 있는 경우, 아래에서 정해지는 값 gn을 갭으로 부여하면, 인접시차화상이 주광선을 보충하기 때문에 해상도가 높아진 입체표시를 볼 수 있다.

gn = f + △x = f + (z_n/z_nopt) × fcosθ × p_p/lp (1)

예컨대, 도 11에 도시된 튀어나온 위치에서의 표시의 경우, 도 11에 도시된 크로스토크량(△pn)이 4시차인 경우, 인접시차화상이 대응하는 방향의 인접 렌즈로부터의 화상을 바르게 보간할 수 있다. 그 때문에, 표시면에 가까운 입체물체의 경우, 인접시차화상이 바른 위치에 보이게 하기 위해서는 △pn = 4시차와 1개의 렌즈로부터 보이는 시차수가 많은 쪽이 좋다고 할 수 있다.

도 13은 입체물체가 표시면에서 멀어졌을 경우에 대해 나타낸 것이다. 그 경우의 렌즈(2A, 2B)의 1개로부터 보이는 크로스토크량인 시차수 △pn = 2.4 시차일 때 최적인 위치에서 인접시차화상을 볼 수 있게 된다. 도 11에 도시된 예와 비교하면, 크로스토크량을 작게 할 필요가 있기 때문에, 2차원 표시장치와 렌즈표면의 갭(g)은 렌즈의 촛점거리(f)가 가까운 쪽이 인접시차화상이 바른 위치로 보일 수 있게 된다.

다음으로, 도 14를 참조해서 해상도가 증가하는 영역에 대해 설명한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 인접시차화상과 근처의 주광선이 교차하는 위치를 zn이라 하면, zn/2보다 튀어나온 영역에 있는 경우, 입체화상을 통과하는 인접시차화상의 위치가 서로의 주광선의 인접시차화상에서 각각 먼 위치에 있는 상을 통과하기 때문에, 2중상으로 된다.

그래서, 인접시차화상이 주광선끼리의 사이를 바르게 보충하는 조건으로서,

O ＜ znopt ＜ zn/2 (20)

이 필요하게 된다.

여기서, 크로스토크량의 측정방법에 대해 설명한다. 예컨대, 크로스토크량의 측정으로서, R(적색), G(녹색), B(청색)의 서브화소를 렌티큘러렌즈(2)의 수직방향으로는 같은 색으로, 수평방향으로는 다른 색으로 인접시차에 기입한다. 그리고, 인접하는 렌티큘러렌즈(2)의 같은 시차번호에 마찬가지로 색을 기입한다. 관측자의 위치에서, 포토다이오드를 수평방향으로 옮겨 R, G, B 각각의 파장이 강하게 나오는 영역을 조사함으로써 크로스토크량을 구할 수 있다. 또, 관측자가 그들 색의 띠를 주관적으로 평가함으로써도 크로스토크량을 대강 구할 수 있다.

지금까지, 튀어나온 영역에 표시된 입체물체의 해상도를 향상시키는 방법에 대해 설명하였으나, 다음에는 들어간 영역에 표시된 입체물체의 해상도를 향상시키는 방법에 대해 설명한다.

도 9에서, 2차원 표시유니트(1)의 디포커스 영역을 축에 가까운 영역에서 기하학적 조건에 의해 구하면

g = f- △x

f cosθ: lp = △x : △p_n × p_p

로 된다. 따라서,

△p_n = lp × △x/(f cosθ × p_p) (21)

가 얻어지게 된다.

그 때문에, 들어간 영역에 표시된 경우에도, 크로스토크로서 보이는 인접시차화상을 입체물체의 주광선 사이의 바른 위치에 표시하는 조건으로서, 인접시차화상이 근처의 주광선과 교차하는 위치를 zf라 하면

△x = (z_f/z_nopt) × fcosθ × p_p /lp

f - △x = f - (z_f/z_nopt) × fcosθ × p_p /lp (22)

여기서, z_f의 위치에 대해 구한다.

먼저, 들어간 영역에서, β_nyq = β_imax로 되는 조건을 만족시키는 위치를 z_f로 한다. 들어간 영역에서 β_nyq = β_imax로 되는 위치 z_f는, 시거리(L)에서의 관측자로부터의 거리를 z_fo로 하면

z_fo - L ＞ O 에 의거

식 (15) 식을 변형시켜,

D × z_fo/(z_fo - L) = 1

즉,

D × z_fo = z_fo - L

따라서,

z_fo = L/(1 - D)

로 되어, 기준을 관측자로부터의 위치가 아닌, 표시면상 또는 표시면하의 광선제어소자로부터의 튀어나온 양(zf)으로 고쳐 쓰면

z_f = z_fo - L = L × D/(1 - D)

로 된다.

그 때문에, 튀어나온 영역과 마찬가지로 들어간 영역에서도, 다음 식을 만족시킬 때에 인접시차화상이 주광선을 보충하는 수평위치로 된다.

O ＜ Z ＜ z_f/2

O ＜ Z ＜ L × D/2(1 - D) (23)

여기서, 깊이인자(D)가

로 정해지게 된다.

이들에 의해 z_fopt의 들어간 영역에 표시된 입체물체에서, 해상도가 향상되기 위해서는, 2차원 표시장치와 렌즈표면 사이의 거리를 식 (22)로부터

gf = f - △x = f - z_f × fcosθ × p_p/lp/z_fopt (2)

로 하면 좋다. 또, 크로스토크에 의한 2중상을 방지하기 위해서는, 식 (19)를 적용하는 입체물체의 들어간 양의 범위로서, 식 (20)으로부터

O ＜ Z ＜ L × D/(1 - D)/2

이면 더욱 좋다.

다음에는, 갭을 바꾸었을 때에 문제로 되는 점에 대해 설명한다.

도 15a 및 15b는, 갭(g)이 렌즈의 촛점거리(f)와 같은 경우에, 렌즈(2) 하나 하나로부터 보이는 주광선과, 눈으로 들어 오는 주광선의 시차화상(36)에 대해 입체표시장치의 일부를 나타낸 것이다. 이 시차화상(36)은 N시차의 정수배의 시차광선밖에 내보내지 않기 때문에, 예컨대 도 15b에 도시된 바와 같이 3시차에서부터 4시차로 시차광선이 바뀔 때에는, 렌즈(2)를 매개로 3시차와 4시차 양쪽 모두의 시차번호(번호 3, 번호 3, 4, 번호 4, 번호 4, 5 및 번호 5)를 보게 되는 경우가 있고, 이와 같이 해서 보게 되는 것은 눈에 들어 오는 화상이 양자의 평균을 보고 있는 것에 상당한다.

다음으로, 도 16a 및 16b는 갭(g)이 렌즈(2)의 촛점거리(f)보다 긴 경우에 렌즈(2) 하나하나를 통해 볼 수 있는 주광선과, 눈에 들어 오는 주광선의 시차화상에 대해 도시해 놓은 것이다. 갭(g)이 렌즈의 촛점거리(f)보다 길어지면, 갭(g)이 렌즈의 촛점거리(f)와 같은 경우에 보고 있던 시차화상(36)보다도 더 단부쪽까지 시차화상(38)을 볼 수 있게 된다. 따라서, 입체화상으로서 수평방향으로 약간 축소된 화상을 보게 된다.

또, 도 17a 및 17b는 갭이 렌즈의 촛점거리(f)보다 짧은 경우의 렌즈(2)의 하나 하나로부터 볼 수 있는 주광선과, 눈에 들어 오는 주광선의 시차화상에 대해 도시해 놓은 것이다. 갭(g)이 렌즈의 촛점거리(f)보다 짧아진 경우, 갭(g)이 렌즈의 촛점거리와 같은 경우에 볼 수 있던 시차화상(36)보다 중앙측에서 시차화상(37)을 볼 수 있게 된다. 따라서, 입체화상으로서 수평방향으로 약간 확대된 화상을 볼 수 있게 된다.

다음에는, 이와 같이 갭(g)이 바뀜으로써 본래 보아야 할 시차화상과 약간 달라진 시차화상이 보이는 것을 방지하기 위한 조건에 대해 설명한다. 도 16a, 16b 및 도 17a, 17b에서 알 수 있듯이, 표시장치 정면의 관측자에게는, 화면의 단부에서 가장 시차화상이 어긋나게 된다. 그 때문에, 갭(g)을 바꾸었을 때 화면의 단부에서 눈으로 들어오는 시차화상이 어느 정도 어긋날 것인가를 구한다. 엄밀히 말해 화면의 단부에 있는 관측자의 조건도 고려해야 하지만, 관측자는 중앙에서 보는 일이 많기 때문에, 특별히 그 경우에 대해 설명한다.

도 18에는, 갭(g)과 시거리(L) 및 시역각(2θ)의 관계에 대해 나타내어져 있다. 도 18에서, 화상을 만들 때 설정한 시거리 L, 렌즈피치 lp, 시역각(2θ)의 반으로 설정한 열림각 θ, 픽셀 피치 p_p, 실효갭 g, 시차수 N, 시역폭 W로 한다. 렌즈의 중심위치에 있는 화소로부터 렌즈 단부에 있는 화소중심까지의 거리는 (N - 1) × p_p/2 로 나타내어지기 때문에, 삼각형의 상사관계(相似關係)에 따라

g : (N - 1) × p_p/2 = L : W/2

로 된다. 갭(g)은

g = L × (N - 1) × p_p/2/W × 2

여기서, 시역각이 2θ이므로

W = L × tanθ × 2

g = L × (N - 1) × p_p/2/L/tanθ

= (N-1) × p_p/tanθ/2 (24)

도 19는, 렌즈피치와 시차수×픽셀 피치가 동일한 경우에, 인접하는 주광선에 관해 2차원 패턴표시장치로의 투영 시차화상이 렌즈피치에 비해 어느 정도 어긋나 있는지를 나타낸 것이다. 이 도 19에서의 삼각형의 상사의 법칙으로부터 아래의 식 (25)가 구해진다.

L : L + g = lp : Y1

Y1 = (L + g) × lp/L (25)

도 20을 참조해서, 중앙에서 M번째의 어긋남 Ym(at g)에 대해 계산한다.

L : L+g = M × lp : Ym

Ym(at g) = (L + g) × M × lp/L (26)

식 (26)으로부터 갭(g)을 렌즈의 촛점거리(f)보다 긴 gn으로 한 경우에는

Ym(at gn) = (L + gn) × M × lp/L

로 되고, 갭(g)을 렌즈의 촛점거리보다 짧은 gf로 한 경우에는,

Ym(at gf) = (L + gf) × M × lp/L

로 된다. 그 때문에, 화면 단부에서 보아야 할 시차화상이, 본래 보여져야 할 시차화상에 비해 ±0.5 시차 이하, 구체적으로는 블랙매트릭스가 보이는 영역도 고려하여 O.7 시차로 했을 경우, 입체표시가 가로로 수축 또는 확대되어 보이지 않게 된다. 그 때문에, 튀어나온 영역의 경우, 입체화상이 변형되지 않는 범위로서,

Ym(at g) - Ym(at gn) ＜ 0.7 × p_p (27)

식 (27)을 변형시켜

(gn - g) × M × lp/L ＜ 0.7 × p_p

△gn = gn - g ＜ O.7 × p_p × L/M/lp (28)

로 된다. 다음으로, 들어간 영역의 경우, 입체화상이 변형되지 않는 범위로서,

Ym(at gf) - Ym(at g) ＜ 0.7 × p_p (29)

식 (29)를 변형시켜,

(g - gf) × M × lp/L ＜ O.7 × p_p

△gf = g - gf ＜ O.7 × p_p × L/M/lp (30)

로 되기 때문에, △gn과 △gf는 같아지게 된다.

M번째를 화면 단부의 렌즈(2)로 하고, 화면폭을 Wr로 하면, 아래의 식 (31)과 같은 부등식이 성립하게 된다.

M = Wr/2/lp

△gn = △gf ＜ O.7 × p_p × L/Wr × 2 × lp/lp

△g ＜ O.7 × p_p × L/Wr × 2 (31)

이상과 같이, 갭을 적절히 조정함으로써 입체화상을 표시할 때 그 입체화상의 화상부분의 표시에 기여하는 어느 한 렌즈(2A)로부터의 광선뿐만 아니라, 이 렌즈(2A)에 인접하는 렌즈(2B, 2C)로부터의 본래 크로스토크로 되는 광선을 그 입체화상의 화상부분 표시에 기여하도록 함으로써 입체화상을 매끄럽게 표시할 수 있고, 그 해상도를 향상시킬 수 있다. 특히, 입체화상을 튀어나온 영역에다 표시해서 관찰자에게 그 입체화상을 시인시킬 때에는, 렌즈(2A)의 촛점거리(f)보다도 표시면상의 시차화상까지의 갭(g)의 거리(렌즈(2A) 표면과 표시면 사이의 거리에 상당함)를 크게 설정함으로써, 인접 렌즈(2B, 2C)로부터의 광선을 입체화상의 양호한 표시에 이용할 수 있다. 단, 이 갭(g)의 거리는, 표시해야 할 입체화상의 튀어나온 거리(zn)(렌즈면에서 관찰자측으로 튀어나와 표시되는 입체화상)에 따라 정해질 필요가 있다. 또, 입체화상을 들어간 영역(표시면을 기준으로 해서 관찰자와는 반대의 영역)에 표시하고, 관찰자에게 이 입체화상을 시인하도록 할 때에는, 렌즈(2A)의 촛점거리(f)보다도 표시면상의 시차화상까지의 갭(g)의 거리(렌즈(2A) 표면과 표시면 사이의 거리에 상당함)를 작게 설정함으로써 인접 렌즈(2B, 2C)로부터의 광선을 입체화상의 양호한 표시에 이용할 수 있다. 단, 이 갭(g)의 거리는, 표시해야 할 입체화상의 들어간 거리(zn)(렌즈면에서 관찰자측으로 튀어나와 표시되는 입체화상)에 따라 정해질 필요가 있다.

다음에는, 도 6에 도시된 갭 가변부(3)의 구체적인 실시예에 관해 설명한다.

도 21a 및 21b는, 갭(g)을 화면 전체에서 대략 균일하게 기계적으로 가변되도록 하는 기구의 측면도 및 정면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 21a 및 21b에 도시된 기구에는, 표시유니트(1) 및 렌티큘러렌즈(2) 사이에 두께조정부(40)가 설치되어 있다. 이 두께조정부(40)로는, 공기압에 따라 팽창하거나 수축하도록 된 고무제 폐색막부(閉塞膜部) 및 공기압 조정기구 또는 외부 신호에 따라 변형되어 갭의 길이를 조정할 수 있는 스테핑모터와 액츄에이터 부재가 그에 해당한다.

또, 앞에서 도 6을 참조해서 설명한 바와 같이, 화상에 따라 갭 길이를 제어하기 위해서는, 표시해야 할 화상마다 대표적인 튀어나온 거리(z)를 기재한 메타파일(metafile)을 화상데이터에 첨부함으로써 이상적인 갭을 설정할 수 있다.

한편, 도 21a 및 21b에 도시된 갭 가변기구는, 화면 전체의 위치를 변경하기 위해, 튀어나온 영역을 중시하던지 들어간 영역을 중시하던지의 어느 쪽을 선택해야만 한다. 즉, 메타파일에는 주로 관찰자에게 시인시키고 싶은 영역(튀어나온 영역 또는 들어간 영역)을 지정해도 좋다.

도 22는, 튀어나온 영역과 들어간 영역이 혼재하는 입체화상의 예를 나타낸 것으로, 그들의 영역이 등고선으로 나타내어져 있다. 도 22에서, 부호 41은 튀어나온 영역에 표시되는 입체화상의 등고선을 나타내고, 부호 42는 들어간 영역에 표시되는 입체화상의 등고선을 나타낸다. 도 22에 도시된 바와 같은 입체화상에서는, 튀어나온 영역에 표시되는 입체화상의 해상도를 증가시키기 위해서는 갭(g)을 크게 하고, 들어간 영역에 표시되는 입체화상의 해상도를 증가시키기 위해서는 갭(g)을 작게 해야만 한다. 이와 같은 화상에 대해 튀어나온 영역 및 들어간 영역 양자를 동시에 고정밀로 시인하는 것이 요청되는 경우에는, 도 22에 도시된 기구로 바꾸어 화면 전체에서 갭의 분포를 가변되도록 하는 조정기구를 채택하는 것이 바람직하다. 즉, 도 22에 등고선(41)으로 나타내어진 입체화상에 관해서는 갭(g)이 커지고, 또 등고선(42)으로 나타내어진 입체화상에 관해서는 갭(g)이 작아지도록, 표시면(1)과 렌티큘러렌즈(2)의 표면의 간격이 조정된다.

도 23은, 표시유니트(1)의 화면 중에서 부분적으로 갭 길이가 조정되어, 갭 길이가 화면 전체에서 균일하지 않고 어떤 갭 분포를 가진 표시장치를 나타낸 것이다.

도 23에 도시된 장치에서는, 렌즈(2)와 표시유니트(1) 사이에 굴절률이 인가 전압에 의해 가변적인 투명층(47), 예컨대 투명한 액정 등의 층이 개재되어 있다. 구체적으로는, 투명층(47)에는 액티브 매트릭스 방식의 액정이 채용되어, 장소에 따라 인가전압을 제어함으로써 굴절률이 장소에 따라 가변된다. 여기서, 통상적인 TN모드의 액정은, 전계에 의해 뒤틀림량이 바뀌어, 유리기판에 대해 수직모드와 수평모드인 경우의 굴절률이 달라져, 공기로 환산했을 때의 갭 변화를 발생시킨다. 갭의 길이는, 층의 두께가 두꺼워질수록 큰 전계를 걸어 굴절률을 바꾸지 않으면 안된다. 그 때문에, 액정층의 두께가 두꺼운 경우, 액정층 중에도 전극을 설치해서 복수 층에서 전압을 제어하도록 하면 좋다. 도시된 예에서는, 영역 47-1에서는 굴절률이 nV로 유지되고, 영역 47-2에서는 굴절률이 nO으로 유지되며, 투명층(47)의 실제 두께가 t0이면, 영역 47-1에서의 공기 중에서 환산한 갭 길이는 t0/nV로 되고, 영역 47-2에서의 공기 중에서 환산한 갭의 길이는 t0/nO로 되어, 각각의 갭을 변화시킬 수 있다. 그 때문에, 도 23에 도시된 바와 같은 표시장치에서는, 1화면 중에서 튀어나온 영역 및 들어간 영역에 표시되는 2개 이상의 화상을 동시에 매끄럽게, 더구나 높은 해상도로 명료하게 표시할 수 있다.

표시해야 할 입체화상이 정지화상, 예컨대 사진화상인 경우에는, 정지화상의 영역 부분에 따라 고정된 갭 길이가 정해지고, 이 갭 길이가 화면 전체에 걸쳐 고정적으로 소정의 분포를 부여하도록 해도 좋다. 도 24에는, 화면 전체에 걸쳐 고정적으로 소정의 갭 분포로 되어 있는 표시장치가 나타내어져 있다. 도 24에 도시된 표시장치에서는, 표시유니트(1)상에 소정의 두께 분포를 가진 필름형상의 투명체(45)가 설치되고, 이 투명체(45)상에 렌티큘러렌즈(44)가 설치되어 있다. 사진 등과 같이 화상이 변하지 않는 정지화상에서는, 튀어나온 영역이나 들어간 영역의 위치(z)에 따라, 필름상의 투명체(45)가 영역마다 갭(g)이 주어지도록 되어 있다. 렌티큘러렌즈(44)는 어느 정도 굽혀지는 가요성을 부여할 수 있는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 도 24에 도시된 표시장치에 의하면, 표시해야 할 입체화상의 튀어나온 양에 따라 최적의 갭이 주어지고 있기 때문에, 해상도가 높은 매끄러운 입체화상을 튀어나온 영역 및 들어간 영역에 표시할 수 있다.

갭 조정기구를 가진 표시장치는, 도 25에 도시된 바와 같이 어떤 주기로 갭이 가변으로 되도록 표시 구동되어도 좋다. 도 25에 도시된 바와 같이 시간의 경과와 더불어 짧은 주기로 갭이 가변되는 경우에는, 동일 표시 컨텐츠에서 들어간 영역도 튀어나온 영역도 해상도를 증가시킬 수 있다. 즉, 시간적으로 갭(g)이 바뀌어, 튀어나온 영역 및 들어간 영역에서도 화면 각 부분에 최적의 갭 길이를 시간 경과와 더불어 부여할 수 있고, 그 결과 눈의 잔상현상을 이용해서 입체화상을 명료하게 높은 해상도로 표시할 수 있다.

도 26에 도시된 바와 같이, 미리 최적의 갭 길이에 관련된 해상도 향상위치에 관한 지정항목을 준비해 놓고, 관측자로 하여금 그 위치를 지정하도록 해도 좋다. 즉, 표시유니트(1)에 해상도 향상위치에 관한 항목이 표시되도록 하고, 관측자가 이 항목을 선택한 다음 입체화상을 표시하도록 해도 좋다. 즉, 관측자가 입체화상 표시장치에서, 들어간 영역 또는 튀어나온 영역에 입체상이 표시되도록 하고, 그 해상도를 향상시킬지를 실제로 표시된 입체화상을 눈으로 보면서 조정하고 싶은 경우에, 해상도 향상 위치에 관한 항목을 차례차례로 선정함으로써 최적의 갭(g)을 표시장치에 부여할 수 있다. 이 경우에는, 샘플로서 대표적인 들어간 위치에 문자 또는 경사의 윤곽을 가진 입체물체, 바람직하게는 구형의 것을 놓고 시인하면서 해상도 향상위치로 되도록 해서 갭의 길이를 설정하도록 해도 좋다. 입력부(31)에 의해 해상도 향상위치가 지정되면, 2차원 표시유니트와 렌즈 사이의 갭이 조정되어, 관측자가 상기 문자 또는 입체물체의 주광선 사이에 적절한 인접시차화상에 의한 보간이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 이와 같은 방법에 의하면, 관측자의 취향에 따른 입체물체를 표현할 수 있다.

본 발명을 적용할 수 있는 2차원 표시유니트로서는, 액정 표시유니트, 유기 EL 표시유니트, FED(FieId emission display)와 같은 평면표시유니트가 있으나, 이들 표시유니트에 한정되는 것이 아님은 본 발명의 주된 요지로부터 명백하다.

본 발명은, 광학적 개구를 가진 광학소자로서 렌티큘러렌즈를 가지고 설명했으나, 렌즈가 종횡으로 어레이형상으로 배열된 렌즈 어레이에 있어서도 적용할 수 있다. 한편, 렌티큘러렌즈와 같이 보는 장소에 따라 차광부가 없는 연속된 화상이 얻어지므로, 렌티큘러렌즈는 입체표시장치에 광학소자로서 조립되는 것이 적합하다는 취지를 부가해 놓는다.

또, 본 발명은 광선제어소자로서 슬릿을 쓰고 있는 경우의 적용 방법에 대해 설명했다. 예컨대, 무아레 저감 또는 휘도 향상 등을 위해, 개구부가 화소폭보다 크게 설정되어 있는 경우 등에서, 인접시차화상이 보이는 쪽은 갭의 크기에 따르지 않고 일정하여, 도 9와 같이 2차원 디스플레이에서의 인접시차화상의 나란한 쪽이 그대로 눈에 들어오기 때문에, 들어간 방향의 입체물체만 인접시차화상이 주광선의 사이를 바르게 나타낼 수 있다. 또, 개구부가 픽셀의 폭보다 작은 인접시차화상이 보기 어려운 구조에서도, 광선밀도가 대단히 커지게 되고, 1개의 개구로부터 인접시차화상이 보기 쉽도록 되어 있는 입체표시장치에서는, 도 5와 같이 눈에 들어 오는 인접시차화상이 2차원 표시장치의 나란한 쪽이 반대로 되어 있기 때문에, 튀어나온 방향의 입체물체만 본 발명의 갭 조정이 유효하게 된다.

본 발명은, 광선제어소자인 렌티큘러렌즈 또는 슬릿이 2차원 표시유니트에 대해 무아레 방지를 위해 경사져 있어도, 적용할 수 있다.

또, 본 발명은 한쪽 눈에 들어오는 인접시차화상이 주광선을 보충하도록 했으나, 좌우의 눈을 가지고 각각 충분치 않은 광선을 보충하는 방법도 있다. 단, 한쪽 눈으로 보충하는 경우에 비해, 좌우의 상의 언밸런스에 의해 피로가 생길 가능성이 있기 때문에, 한쪽 눈으로 해상도를 향상시키는 쪽이 바람직하다.

렌티큘러렌즈는 수직방향의 시차를 부여하기 때문에, 렌즈 어레이군으로 되어 있는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명에서는, 크로스토크를 이용해서 소망하는 튀어나온 양, 들어간 양에 대응해서 화상의 해상도를 향상시킨 입체화상 표시장치 및 표시방법을 제공할 수 있다

입체화상 표시장치에서, 해상도는 표시면 근방에서 렌즈피치로 결정되는 해상도로 정해져 있으나, 들어간 영역 및 튀어나온 영역의 표시 위치에 따라, 렌즈표면 및 2차원 패턴 표시유니트 사이의 갭을 가변으로 함으로써, 인접시차화상을 이용해서 해상도 향상을 실행할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광선제어소자와 2차원 패턴 표시유니트를 이용한 입체화상 표시장치에서 해상도를 증가시킬 수 있다.

기타, 본 발명에 관한 기술분야의 숙련된 기술자라면 본 발명의 명세서에 기 재된 실시예 이외에도 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지로 변형해서 실시할 수 있는바, 이러한 실시예도 본 발명의 범위에 포함됨은 물론이다.

Claims (9)

1. 매트릭스 형상으로 화소가 배치되고, 이 화소에 시차화상이 배분되는 표시면을 가진 표시유니트와,

   이 표시유니트에 대향해서 배치되어, 상기 시차화상에 대응하도록 배열되는 광학적 개구를 갖추고서 시차화상을 튀어나온 영역에 투영해서 튀어나온 영역의 제1입체화상과, 상기 표시유니트를 기준으로 튀어나온 영역측과는 반대측에 위치된 들어간 영역의 제2입체화상 중의 하나를 표시하도록 된 광학소자 및,

   상기 광학소자와 상기 표시면 사이의 제1의 광학적 갭을 튀어나온 영역의 제1입체화상을 표시하도록 설정하는 한편, 상기 광학소자와 상기 표시면 사이의 제2의 광학적 갭을 들어간 영역의 제2입체화상을 표시하도록 설정하되, 상기 제1의 광학적 갭이 상기 입체화상의 위치에 따라 결정되어 있는 기준거리보다 긴 제1의 갭 길이를 갖고, 상기 제2의 광학적 갭이 상기 기준거리보다 짧은 제2의 갭 길이를 갖도록 설정하는 갭 가변부를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광학소자가 렌티큘러렌즈를 포함하고, 상기 광학적 개구는 렌티큘러렌즈의 각 렌즈에 상당하며, 상기 기준거리가 각 렌티큘러렌즈의 촛점거리에 상당하도록 된 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1의 광학적 갭이 갭 길이(gn)로 설정되어 있는 경우는, 상기 튀어나온 영역의 제1좌표(znopt) 상에 상기 제1입체화상을 표시하고, 상기 제2의 광학적 갭이 갭 길이(gf)로 설정되어 있는 경우는, 상기 들어간 영역의 제2 좌표(zfopt) 상에 상기 제2입체화상을 표시하되, 이들 갭 길이(gn 및 gf)를 아래의 식 (1) 및 식 (2)에 의해 설정하도록 된 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.

   gn = f + zn × (f × cosθ × p_p)/znopt/lp (1)

   gf = f - zf × (f × cosθ × p_p)/zfopt/lp (2)

   여기서, f는 각 렌즈의 촛점거리, L은 제1 및 제2입체화상으로부터 추정되는 기준거리에 상당하는 시거리, lp 상기 렌즈의 피치, 2θ는 올바른 제1 및 제2입체화상을 관찰할 수 있는 범위를 규정하는 상기 렌즈의 광축을 포함한 면 내에 정해지는 시역각, p_p는 상기 화소의 피치이다. 또, zn 및 zf는 아래의 식 (3) 및 식 (4)으로 규정된다.

   zn = L × D/(1 + D) (3)

   zf = L × D/(1 - D) (4)

   (여기서, D는,

   

   로 정해진다.)

   또, 상기 제1 및 제2좌표(znopt, zfopt)는, 아래의 식 (5) 및 식 (6)의 범위로 정해진다.

   O ＜ znopt ＜ L × D/(1 + D)/2 (5)

   O ＜ zfopt ＜ L × D/(1 - D)/2 (6)
4. 제2항에 있어서, 상기 갭 길이를 g로 하고, 당해 갭의 변화량을 △g로 한 경우, 이들 갭 길이와 갭의 변화량이 아래의 범위 내에서 선정되는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.

   (여기서, p_p는 픽셀 피치, Wr은 모듈의 표시면의 폭이다)

   g - △g ＜ g ＜ g + △g

   △g ＜ O.7 × p_p × L/Wr/2
5. 제1항에 있어서, 상기 갭 가변부가, 상기 갭을 가변시키는 기구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 갭 가변부가, 갭의 굴절률을 변경해서 실질적으로 공기 중에서의 환산 갭 길이를 조정하는 굴절률 변경기구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 굴절률 변경기구가, 액정 및 이 액정에 전압을 인가하는 전극을 포함하고서, 표시면 상의 영역에 따라 부분적으로 굴절률을 변경하도록 된 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 굴절률 변경기구가, 액티브 매트릭스 방식으로, TFT구조를 포함하도록 된 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 갭 가변부가, 정지 입체화상의 표시를 위해, 두께에 분포가 주어져 갭 길이가 상기 표시면에 대해 달라지고 있는 필름형상의 막을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.

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