KR20050016344A

KR20050016344A - 자동 입체 디스플레이

Info

Publication number: KR20050016344A
Application number: KR10-2004-7016564A
Authority: KR
Inventors: 필립 안소니 셔만
Original assignee: 필립 안소니 셔만
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2005-02-21

Abstract

본 발명은 사출 동공을 조향할 수 있는 시계를 가지며, 각각의 동공에서 시청자가 선택된 눈에 대한 영상을 볼 수 있는 다중 시청자용 자동 입체 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 광선의 선택적인 감쇠에 의해 영상을 생성하는 영상 형성 장치와, 상기 영상 형성 장치를 향해 광선을 투영하는 광학 요소 어레이와, 상기 광학 요소 어레이에 광선을 출력하는 광선 출력 위치 어레이를 포함한다. 복수 세트의 광선 출력 위치가 제공되고, 각각의 광선 출력 위치 세트는 상기 렌즈 요소들 중 하나와 연관된 대응 수평 폭에 걸쳐서 연장되고, 상기 광선 출력 위치들은 상기 복수 세트의 광선 출력 위치 각각으로부터 적어도 하나의 광선 출력 위치를 선택함으로써 시계의 선택된 부분에 사출 동공이 형성되도록 선택가능하다. 상기 각각의 광선 출력 위치 세트는 광선 출력 위치로부터 출력되는 광의 수평 출력 범위를 제한하기 위한 대응 개구를 가지며, 상기 각각의 개구는 그에 대응하는 광선 출력 위치 세트의 수평 폭보다 작은 수평 범위를 갖도록 구성된다.

Description

자동 입체 디스플레이{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY}

본 발명은 특수 안경을 착용하지 않은 시청자가 3차원("3D") 영상을 볼 수 있게 하는 자동 입체 디스플레이 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 전적으로 이것에만 한정되는 것은 아니지만, 이동 자유도가 비교적 높은 여러명의 시청자에게 입체 영상을 제공하는 것에 관한 것이다.

종래의 3D 디스플레이 장치는 매우 다양한 간행물에 개시되어 있으며, 그 예로는, SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems II" 제2409권 31~40 페이지에 Ezra, Woodgate, Omar, Holliman, Harrold 및 Shapiro가 1995년에 발표한 "New Autostereoscopic Display System"; SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems IV" 제3012권 145~153 페이지에 Harman이 발표한 "Retroreflective Screens and their Application to Autostereoscopic Displays"; SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Applications IV" 제1915권 2~5 페이지에 Hattori가 1993년에 발표한 "Stereoscopic Display Employing Head-position Tracking using Large Format Lenses"; SPIE 회의 논문집 "Practical Holography X" 제2652권 106~116 페이지에 Kajiki, Yoshikawa 및 Honda가 1996년에 발표한 "Three-Dimensional Display with Focused Light Array"; SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Applications" 제1256권 289~295 페이지에 Klein 및 Dultz가 1990년에 발표한 "Perfect 3-Dimensional Movies and Stereoscopic Movies on TV and Projection Screens"; SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems" 제2177권 150~155 페이지에 Nishida, Hattori, Sakuma, Katayama, Omori 및 Fukyo가 1994년에 발표한 "Stereoscopic Liquid Crystal Display II (Practical Application)"; SID 94 Digest 187~190 페이지에 Omura, Tetsutani 및 Kishino가 1994년에 발표한 "Lenticular Stereoscopic Display System with Eye-Position Tracking and without Special-Equipment Needs"; SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Applications III" 제1669권 88 페이지에 Paley가 1992년에 발표한 "Head-Tracking Stereo Display: Experiments and Applications"; IEEE International Display Research Conference의 회의 논문집 141~144 페이지에 Schwartz가 1985년에 발표한 "Head Tracking Stereoscopic Dis;lay"; IEE 세미나 "Stereoscopic Television" 다이제스트 번호:1992/173, 5/1~5/5 페이지에 Sexton이 1992년에 발표한 "Parallax Barrier Display Systems"; 미국 특허 제5,712,732호; Japan display '89 56~59 페이지에 Tetsutani, Ichinose 및 Ishibashi가 1989년에 발표한 "3D-TV Projection Display System with Head Tracking"; SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems" 제2177권 135~142 페이지에 Tetsutani, Omura 및 Kishino가 1994년에 발표한 "A Study on a Stereoscopic Display System Employing Eye-position Tracking for Multi-viewers"; SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Applications VII" 제2653권 65~74 페이지에 Trayner 및 Orr가 1996년에 발표한 "Autostereoscopic Display using Holographic Optical Elements"; SPIE 회의 논문집에 Trayner 및 Orr가 1997년에 발표한 "Developments in Autostereoscopic Displays using Holographic Optical Elements"; 및 SPIE 회의 논문집 "Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems IV" 제3012권 187~198 페이지에 Woodgate, Ezra, Harrold, Holliman, Jones 및 Moseley가 1997년에 발표한 "Observer Tracking Autostereoscopic 3D Display Systems" 등이 있다.

3D 디스플레이 장치는 수 년동안 다양한 방식으로 벽면에 설치(niche application)하여 사용되어 왔고, 디스플레이 시스템의 품질이 개선됨에 따라 그 응용 범위가 매우 많아졌다. 방송 텔레비젼은 아마도 가장 큰 잠재적 응용이 되겠지만, 텔레비젼 시스템의 요구 조건은 복잡하고 기존의 디스플레이 시스템은 이 요구 조건을 거의 맞출 수 없다.

방송 텔레비젼 시스템에 적합한 디스플레이를 위해서는 여러가지 바람직한 요구 조건이 있다. 디스플레이는 통상 '거실' 정도 크기의 영역을 점유하고 있는 여러명의 시청자에게 입체 영상을 제공할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 시스템은 예컨대 컴퓨터 모니터 또는 아케이드 게임 응용을 위해 제안된 단일 시청자용의 시스템보다 더 복잡하다.

디스플레이의 전체 크기는 예컨대 각 시청자를 위한 이동식 프로젝터 쌍이 있는 일부 시스템의 경우처럼 과대하지 않는 것이 바람직하다. 가정용 텔레비젼 디스플레이에 대한 기본 요구 조건은 문을 통과할 수 있는 크기여야한다는 것이다. 새로 제안될 디스플레이 장치의 크기는 대략 현재 사용되고있는 배면 투사 텔레비젼(back-projected television)의 크기 정도일 것이다.

일부의 종래 자동 입체 디스플레이 장치는 좌측 영상만이 화면의 전체 폭을 통하여 보여지는 화면 전방 영역 및 우측 영상만이 보여지는 인접 영역들을 제공함으로써 동작한다. 이 영역들은 사출 동공(exit pupil)이라고 부른다. 이 사출 동공의 위치는 시청자의 눈이 화면의 전방에 위치되는 곳을 결정하는 머리 위치 추적기(head position tracker)의 출력에 의해 제어됨으로써 시청자의 눈 위치를 따라간다. 머리 추적의 장점은 시청자가 실제로 보지 않는 것은 아무것도 표시하지 않음으로써 표시 대상의 정보량을 최소화한다는 것이다.

도 1을 참조하면, 기본적으로, 사출 동공은 LCD 표시 장치에 근접하게 위치된 대형 렌즈(9)와 그 뒤에 위치된 조명원(8)을 이용하여 형성시킬 수 있다. 도 1(a)에서 사출 동공(10)에 위치된 눈을 생각하자. 이 위치에서 눈은 렌즈의 전체 면적을 통하여 조명을 관측할 것이다. 동공으로부터 멀리 떨어질 때, 눈은 조명을 전혀 보지 못하거나 렌즈의 일부만을 통하여 조명을 볼 것이다.

그러나, 이것은 디스플레이 장치용으로는 실현 불가능할 정도로 큰 구성이다. 도 1(b)에서, 단일의 대형 렌즈는 각각 자신의 소형 광원(11)을 가진 렌즈 어레이(12)로 교체될 수 있는 것을 알 수 있다. 광원(11)은 모두 하나의 평면상에 높여 있다. 이 경우에, 사출 동공(13)은 렌즈(9)로부터 연속적으로 수렴하는 광선과는 반대로 렌즈 어레이(12)로부터의 대략 평행한 광선의 다발에 의해 형성된다.

수직 사출 동공을 생성하기 위해 원통형 렌즈 어레이를 사용하는 종래의 시스템은 3D 디스플레이에서 사용할 때 단점을 갖는다. 첫째로, 이축 수차(off-axis aberration)가 이축 성능을 제한하여 디스플레이가 다중 사용자에게 적용할 수 잇을 정도로 충분히 넓은 영역에 걸쳐서 사출 동공을 제공하지 못한다. 둘째로, 렌즈들간의 경계를 눈에 보이지 않게 하기가 곤란하다.

도 1은 사출 동공을 생성하기 위해 단일의 대형 렌즈, 또는 이 대신에 소형 렌즈 어레이를 사용하는 방식을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 3D 디스플레이 시스템을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 요소의 평면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 것과 유사한 광학 요소의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조향 어레이 구성의 평면도이다.

도 6은 도 5에 도시한 어레이의 정면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향 어레이 구성의 평면도이다.

도 8은 도 7에 도시한 것과 유사한 2개의 조향 어레이의 세트의 사시도이다.

도 9는 조향 어레이와 화면 어셈블리의 관계를 나타내는 도면이다.

도 10은 조향 어레이의 길이를 단축하고 하우징의 크기를 줄이기 위해 폴딩 미러를 사용하는 디스플레이 시스템의 사시도이다.

도 11은 예시적인 시계 및 그 크기를 나타내는 평면도이다.

도 12는 예시적인 시계와 그 내부의 시청자들을 나타내는 평면도이다.

도 13(a)는 원통형 렌즈 어레이와 동일평면 광원의 사시도이다.

도 13(b)는 2차원 매트릭스로서 광출력 위치를 나타내는 도면이다.

도 14는 대체 가능한 2가지의 정적 공간 다중화 방법의 동작을 나타내는 측면도이다.

도 15는 동적 시차 장벽 다중화 방법의 동작을 나타내는 측면도이다.

도 16은 개구 영상 폭 변화가 영상의 수직 연장에 의한 인지 강도에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.

도 17은 단계적으로 형성된 개구 가장자리를 가진 어레이에 의해 생성된 개구 영상의 정면도이다.

도 18은 영상의 수직 연장에 따른 개구 가장자리의 단계적 변화 효과를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따르면, 사출 동공을 조향할 수 있는 시계를 가지며, 각각의 동공에서 시청자가 선택된 눈에 대한 영상을 볼 수 있는 자동 입체 디스플레이 시스템으로서,

상기 시스템은 광선의 선택적인 감쇠에 의해 영상을 생성하는 영상 형성 장치와, 상기 영상 형성 장치를 향해 광선을 투영하는 광학 요소 어레이와, 상기 광학 요소 어레이에 광선을 출력하는 광선 출력 위치 어레이를 포함하고,

복수 세트의 광선 출력 위치가 제공되고, 각각의 광선 출력 위치 세트는 상기 렌즈 요소들 중 하나와 연관된 대응 수평 폭에 걸쳐서 연장되고, 상기 광선 출력 위치들은 상기 복수 세트의 광선 출력 위치 각각으로부터 적어도 하나의 광선 출력 위치를 선택함으로써 시계의 선택된 부분에 사출 동공이 형성되도록 선택가능하고,

상기 각각의 광선 출력 위치 세트는 광선 출력 위치로부터 출력되는 광의 수평 출력 범위를 제한하기 위한 대응 개구를 가지며, 상기 각각의 개구는 그에 대응하는 광선 출력 위치 세트의 수평 폭보다 작은 수평 범위를 갖도록 구성된 자동 입체 디스플레이 시스템이 제공된다.

본 발명을 이용하면, 시계 내에서 비교적 높은 이동 자유도를 가진 복수의 시청자에게, 영상 형성 장치, 예를 들면 디스플레이 스크린을 통하여 3D 영상을 제공할 수 있는 자동 입체 디스플레이를 만들 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징 및 장점들은 이하에서 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 설명한 본 발명의 바람직한 실시예로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 디스플레이 장치(1)는 영역(2, 3, 4)들을 생성하는데, 이 때 좌측 영상만이 시청자(5, 6, 7)에게 각각 화면의 전체 폭에 걸쳐서 보여진다. 이 영역들의 위치는 사출 동공이라고 부르며, 화면의 뒤에 위치한 조향 광학 기구에 의해 결정된다. 머리 위치 추적기 시스템(도시 생략)은 조향 광학 기구를 제어하여 상기 사출 동공들이 항상 시청자의 좌측 눈에 위치되게 한다. 머리 추적 장치의 구성은 예를 들면 눈 위치 인식 처리 장치와 결합된 카메라를 포함하는데, 이것은 종래 기술에 공지되어 있으므로 여기에서 구체적으로 설명하지 않는다. 각 시청자의 눈 위치는 개별적으로 추적된다. 사출 동공은 도면에 도시된 바와 같이 다이아몬드형 단면을 가진 수직 용적을 가지며 시계(V) 내에서 좌우 방향 및 전후 방향으로 조향될 수 있다. 조향 광학 기구는 각 시청자에 대하여 2개의 사출 동공을 생성한다. 형성된 각각의 좌측 사출 동공에 대응하여, 도면에서 나타나지 않은 우측 사출 동공이 각 좌측 동공의 우측에 생성된다. 이 시스템은 화면의 시야를 방해하지 않고 수용될 수 있는 만큼의 많은 시청자에게 영상을 제공하도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한 이 시스템 적어도 2명, 더 바람직하게는 3명 이상의 시청자의 우측 및 좌측 눈에 사출 동공을 투영할 수 있도록 하는 것이 좋다.

디스플레이 장치(1)는 조향 광학 기구 어셈블리가 뒤에 배치된 화면 어셈블리를 포함한다. 조향 광학 기구는 도 2에 도시된 바와 같이 화면 어셈블리의 전방에 다수의 사출 동공을 생성한다. 설명을 쉽게 하기 위하여, 도 2는 시청자의 좌측 눈으로 지향되는 좌측 사출 동공만을 도시하고 있다. 실제의 디스플레이에서는 우측 사출 동공도 이와 같을 것이다.

일 실시예에 있어서, 조향 광학 기구에 의해 사출 동공에 투영되는 좌측 및 우측 영상은 모두 화면 어셈블리에서 액정 표시 장치(LCD)의 교호하는(하나 걸러 하나씩의) 화소 행들에 디스플레이되는데, 이 구성은 공간 다중화(spatial multiplexing)라고 부르고, 각 영상의 수직 공간 해상도를 2등분한다. 공간 다중화는 현저한 플리커(flicker)없이 좌측 영상과 우측 영상을 디스플레이하기 위해 사용된다. 이 대신에, 고속 디스플레이 장치에 있어서, 조향 광학 기구 구성은 수직 공간 해상도를 증가시키기 위해 좌측 눈과 우측 눈의 시계 순차 모드(field sequential mode)에서의 동작을 위해 사용될 수도 있다. LCD의 제어는 디스플레이 시스템 내의 LCD 제어 유닛(도시 생략)에 의해 실행된다. LCD 제어 유닛은 방송 수신기, DVD 플레이어 등의 비디오 매체 플레이어와 같은 비디오 입력 장치(도시 생략) 등으로부터 입체 영상 신호를 수신할 수 있다.

이하에서 구체적으로 설명하는 광학 요소 어레이로 구성된 조향 광학 기구는, 시청자가 최적의 시청 거리에 근접해야 하는 대부분의 다른 시스템과는 달리, 화면 어셈블리로부터 상당한 범위의 거리에 걸쳐서 사출 동공을 생성하는 능력이 있다. 광학 기구는 또한 시계 내에서 한 범위의 수평각에 걸쳐서 사출 동공을 생성할 수 있다.

조향은 스위칭된 광원 및/또는 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)를 사용하여 실행할 수 있다. 광원 또는 공간 광 변조기는 조향 어레이의 각 광학 요소에 대한 광선 출력 위치 세트를 생성하고, 그로부터 광이 대응하는 광학 요소로 출력된다. 이 출력 위치들은 사출 동공이 각각의 광선 출력 위치 세트로부터 적어도 하나의 광선 출력 위치를 선택함으로써 시계의 선택된 부분에 형성되도록 선택가능하고, 상기 각각의 광선 출력 위치 세트는 정해진 수평 폭에 걸쳐서 연장한다. 광 출력 위치의 제어는 디스플레이 시스템의 머리 추적 장치에 접속된 디스플레이 시스템 내의 조향 제어 유닛(도시 생략)에 의해 실행된다.

일 실시예에 있어서, 디스플레이는 시계 내의 모든 시청자에게 동일한 영상 쌍을 제공한다. 2개의 영상을 사용하면 대역폭 요구 조건이 비교적 낮게 유지되고 LCD의 복잡성을 감소시킨다. 그러나, 이 구성은 대상물을 '둘러보는'(look around) 능력, 즉 운동 시차의 표현(presentation of motion parallax)을 허용하지 않는다. 영상 쌍은 뒤에서 설명하는 공간 다중화에 의해, 또는 상이한 영상을 좌측 및 우측 사출 동공에 각각 투영하는 동안 프레임율을 2배로 증가시킴으로써 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 운동 시차는 서로 다른 시청자에 대한 개별적인 영상 쌍의 프리젠테이션에 의해 제공된다. 만일 시계 내에 N명의 시청자가 있으면, 2N개의 장면이 제공될 것이다. 이 다른 장면들은 공간 다중화를 사용함으로써, 즉 LCD의 다른 선상에 별도의 영상들을 생성하고 다른 영상들을 다른 사출 동공에 투영함으로써 제공될 수 있다. 이것은 공간 다중화를 이용하여 모든 시청자에게 동일한 영상 쌍을 N배로 제공하는 구성에 비하여 디스플레이의 수직 해상도를 감소시킨다. 이와 달리, 프레임율은 N배로 증가시킬 수도 있는데, 이것은 수직 해상도의 손실없이 N명의 시청자에게 운동 시차를 제공하도록 상이한 프레임 동안 상이한 사출 동공에 다른 영상들을 프레임 기반 다중화하는 것을 이용하여 모든 시청자에게 동일한 영상 쌍을 제공하는 구성과 대조적이다. 본 발명의 조향 광학 기구는 이러한 조건들 중의 임의 조건 하에서 동작할 수 있다.

도 3은 광선을 LCD에 투영하기 위해 사용하는 조향 어레이의 광학 요소를 평면도로 도시한 것이다. 광학 요소는 부분적으로 불투명한 표면(A)에 의해 분리된 전방부(F)와 후방부(R)를 포함하고, 상기 불투명한 표면에는 후방부(R)로부터 전방부(F)로 광이 투영되는 영역을 한정하는 개구가 형성되어 있다. 광학 요소는 얇은 평면 요소이고, 그 후방부와 전방부는 몰딩된 유리와 같은 투명 물질에 의해 형성된다. 상기 전방부와 후방부는 도 3에 도시된 바와 같이 수평 윤곽을 가진 수직으로 얇은 물질로 형성된다. 후방부(R)는 실질적으로 개구(24)의 중심에 수직축이 위치한 원통형의 후방면(rear surface)을 구비하고 있다. 전방부(F)는 역시 실질적으로 개구(24)에 중심이 맞춰진 수직축을 가진 원통형의 전방면(front surface)을 구비한다. 전방면(25)의 곡률 반경은 후방면(22)의 곡률 반경보다 작다. 후방면(22)은 광학 요소에 광을 출력하기 위하여 후방면(22)에 접촉하는 곡면 구성에서 균일한 피치로 배열된 한 세트의 광 출력 위치들을 광원의 형태로 구비한다. 광 출력 위치들은 여기에서 광원 폭이라고 부르는 폭(W_S)에 걸쳐서 연장하며, 상기 광원 폭은 개구 폭(W_A) 및 개구 영상 폭(W_I)보다 더 크다.

조명 표면(22)과 굴절 표면(25)을 모두 도 3(a)에 도시한 바와 같이 공동 수직축을 가진 원통형으로 함으로써, 이축 수차(off-axis aberration)의 문제를 해결할 수 있다. 구면 수차가 여전히 존재하더라도, 그것은 개구(24)에 의해 제한된다. 개구 폭(W_A)은 바람직하게 광원 폭(W_S)의 1/4 이하이다. 도한 개구에는 쉬미트 텔리스코프 보정기(Schmidt telescope corrector)와 동일한 방식으로 동작하는 보정 표면을 사용할 수 있다. 이 개구의 중심은 공동 축과 일치한다. 부호 '23'으로 표시한 광 출력 위치는 대략 평행한 사출 빔(26)을 생성시킬 것이고, 상기 사출 빔의 폭은 개구(24)의 폭에 굴절율(일반적으로 약 1.4 내지 1.6)을 곱한 값과 근사하다. 또한, 개구의 가상 영상(27)의 폭(W_I)은 개구 폭(W_A)에 굴절율을 곱한 값과 대략 같다. 개구 영상 폭(WI)은 광원 폭(W_S)의 약 1/4일 수 있다.

도 3(b)에 있어서, 말단의 이축 조명원(28)은 더 좁은 사출 빔(30)을 생성한다. 그러나, 이 빔은 개구 폭에 굴절율을 곱한 값과 대략 같은 가상 영상(27)으로부터 발생한 것처럼 보인다. 또한, 이 빔은 심한 이축 수차로부터 수반하지 않는다.

이 효과의 중요성은 어레이 요소들간의 가시적 경계의 감소와 함께 뒤에서 설명한다.

도 3(a)에서 개구(24)의 가상 영상(27)은 어레이 요소의 전체 폭보다 매우 작다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 요소들은 도 1(b)의 렌즈(12)들처럼 함께 인접될 수 없고 각 요소는 디스플레이의 전체 높이에 걸쳐 동작하거나 또는 디스플레이의 뒤에 직접 위치될 수 없다. 일 실시예에 있어서, 어레이는 수평 방향으로 연속적인 조명을 제공하고, 또한 도 4에 도시한 바와 같이 굴절 물질의 용적을 최소화하도록 구성되게끔 요소들에 의해 구성된다. 도 4에서는 요소의 전체 광원 세트(S₁ ...S_N)로부터 선택된 단지 하나의 능동 조명원(Sn)과 하나의 사출 빔(32)을 나타내지만, 실제로는 각 요소에서 선택된, 각각의 시청자에 대한 적어도 하나의 능동 조명원과 하나의 사출 빔이 있을 것이다. 또한, 전방 광학 요소(F)와 후방 광학 요소(R)의 측면들은 사용되는 재료와 폭을 감소시키기 위해 도 5에서처럼 절두체형(truncate)으로 하는 것이 바람직하다.

조명원으로부터의 광은 특히 상부 및 하부 평면에 의해, 그 광이 전방 굴절 표면(25)으로부터 나올 때까지 내부 전반사에 의해 요소 내에 내포된다. 내부 전반사를 사용함으로써 요소의 수직 치수가 예를 들면 약 1~2 mm 두께로 비교적 얇게 되고, 이것에 의해 어레이를 비교적 작게 유지할 수 있다.

어레이의 전체 폭에 걸친 연속적인 조명은 도 5에서처럼 어레이 요소들을 서로 엇갈리게(staggering) 함으로써 달성된다. 도 5는 5층으로 된 15-요소 어레이를 도시한다. 상위층(34)은 음영없이 도시되어 있고, 음영이 점점 더 어둡게 되어서 최하위층(35)에서는 가장 짙은 음영으로 도시되어 있다. 특수한 디스플레이에서 층들의 실제 수는 시계 및 디스플레이의 크기에 따라 결정된다.

어레이의 모든 개구들 및 그 가상 영상들은 하나의 X-X 평면에 놓인다. 어레이의 전방부의 모습은 도 6에 도시되어 있다. 도 8에 도시된 15-요소 어레이의 경우에, 개구 영상들은 3개의 대각선 서브셋(38)을 형성하고, 각 서브셋은 수평 폭(39)의 다른 부분을 커버하여 폭(39)에 걸쳐 연속적인 조명이 있게 된다. 서브셋 내의 요소들은 서브셋 내의 모든 요소들간에 수직 방향의 중첩(overlap)이 발생하도록 서로의 상부에 적층되고, 서브셋에서 각 인접 개구의 가상 영상이 실질적으로 접촉(contiguous)하도록 측방향으로 엇갈리게 배치된다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 요소들은 어레이의 전체 폭에 걸쳐서 연속적인 조명을 제공하도록 영상 폭(W_I)과 동일한 피치만큼 엇갈리게 배치된다.

0.5~1.5 mm의 수평 피치로 배열된 백색 발광 다이오드(LED)의 곡면 어레이들은 후방 광학 요소(R)에 광을 출력하도록 배열된 각 어레이 요소에 대한 광원 세트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 평면 SLM이, 도 7에 도시된 바와 같이, 여기에서 반 공축 광학 기구(semi-coaxial optics)라고 부르는 소자들을 따라 광 출력 위치들을 배열하기 위해 사용될 수 있다. 이 구성에서, 출력 위치들은 평면 내에 배열되고, 개구(41)들은 전방부(F')의 전방 굴절 표면(42)의 축에 중심이 맞추어진다. 이 표면(42)들은 도 3 내지 도 5에서 설명한 실시예에서처럼 원통형으로 유지되거나, 포물선 또는 유사한 단면을 가진 비원통형의 곡면으로 구성된다. 이 구성에 의해 고 해상도 단색 LCD 의 형태일 수 있는 평면 SLM(40)을 사용할 수 있게 된다. 70~200 ㎛, 바람직하게는 100 ㎛ 이하의 균일한 수평 피치를 가진 SLM 화소들은 각 요소의 후방부(R') 뒤에 광원 폭(W_S)을 가로질러 선형 어레이로 배열된다. 도 7에 도시한 예는 6층 어레이의 예이다. 2차원 매트릭스인 단일 SLM은 실제로는 광 출력 위치들이 각각의 광학 요소에 각각 대응하는 30개의 별도의 선형 어레이로 구성된 세트이다. 예를 들면 1.5 mm 피치를 가지며 전형적으로 SLM 보다 더 낮은 해상도를 가진 LED(도시 생략)의 대응하는 어레이는 선택된 출력 위치에서 광을 발생하기 위하여 SLM에 대응하게 스위칭될 수 있다.

이 실시예에서, 각각의 광학 요소는 평평한 직사각형 후방부(R')와 평평한 곡면 전방 렌즈부(F')에 의해 형성될 수 있다. 후방부(R')는 통합 유닛을 형성하도록 통합될 수 있다. 이 구성의 단점은 개구들의 폭이 비교적 좁아서 이 개구들(43)로부터의 조명 거리를 변화시키는데 방해가 된다는 것이다. 개구 폭(W_A)은 광원 폭(W_S)의 1/8 이하인 것이 바람직하다. 사용되는 어레이 요소들의 수는 개구 폭(W_A)에 반비례하기 때문에 비교적 크다. 그러나, 이러한 단점은 더 간단한 구성 및 하나의 공동 SLM의 사용에 의해 개선된다. 또한, 굴절 표면(42)의 반경에 관련하여 작은 개구 폭은 상이한 조명 거리를 보상하도록 비 원통형, 예를 들면 포물선 표면을 사용할 수 있게 한다.

도 8은 도 7에 도시한 것과 유사한 한 쌍의 조향 어레이들을 사시도로 도시한 것이다. 이 실시예에서, 각각의 조향 어레이는 각 시청자의 다른 눈에서 사출 동공을 형성하기 위한 조명 제어가 제공된다. 따라서, 예를 들면, 도 8에 도시된 상부 어레이(43)는 각 시청자의 좌측 눈에 영상을 공급하기 위해 사용되고, 하부 어레이(44)는 각 시청자의 우측 눈에 영상을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 도 8에 도시된 실시예의 각 어레이는 대각선 방향으로 엇갈리게 배치된 광학 요소들로 이루어진 4개의 서브셋을 포함한다. 이들 서브셋 중의 하나는 조향 어레이의 주변부를 형성하고, 어레이의 양쪽 가장자리에 위치된 2개의 부분으로 나누어진다.

각 조향 어레이의 전체 높이가 약 수 cm이기 때문에, 각 조향 어레이는 화면 어셈블리의 전체 높이가 어레이로부터 광을 수신할 수 있도록 화면 어셈블리의 뒤에 임의의 방법으로 설치된다. 도 9에는 하나의 완전한 공축 어레이(45)가 도시되어 있지만, 유사한 구성이 반 공축 광학 기구에 대하여 사용될 수 있다. 이 좁은 수평 영역으로부터의 광이 화면 어셈블리의 전체 높이에 걸쳐서 보여질 수 있도록, 광은 LCD(46)를 통과하고, 그 다음에 수직 확산 요소(47)에 의하여 수직 방향(48)으로만 산란된다. 렌즈들이 수평 방향으로 연장되는 렌티큘러 시트(lenticular sheet)는 굴절적으로 유사한 효과를 생성하기 위해 사용될 수 있지만, 이것은 바람직하지 않은 누화(crosstalk)를 야기하는 수평 편차 레벨을 생성할 수 있고, 이 때 좌측 영상 및 우측 영상은 부적당한 눈에 희미하게 보여진다. 따라서, 이 기능은 홀로그래픽 수직 확산 요소를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.

디스플레이가 도 9에 도시된 바와 같이 조향 어레이(45)와 화면 어셈블리(46, 48)만으로 구성되면, 예컨대 20" 디스플레이에 대하여, 어레이는 화면 어셈블리의 폭의 약 3배이어야 하고, 그 뒤에 약 0.8 메터가 있어야 한다. 이것은 비현실적으로 대형인 하우징 내에 내포된 매우 넓은 어레이의 사용을 필요로 한다. 그러나, 치수들은 도 10에 도시한 바와 같이 광이 접히도록 미러들을 사용함으로써 감소될 수 있다. 이것은 2개의 단계로 실행되는 것으로 생각할 수 있다.

첫째로, 어레이의 폭은 화면 어셈블리 뒤에 및 어느 일측면에 배치된 2개의 수직 미러를 사용함으로써 화면 어셈블리 폭과 유사한 크기로 감소될 수 있다. 이 구성은 폭을 효과적으로 증가시키는 어레이의 가상 영상을 생성한다. 어레이가 비교적 큰 각도계에서 사출 동공을 배치하는 다기능성(versatility)을 갖기 때문에, 적당한 사출 동공 위치에서 가상 영상들을 생성하는 선택된 추가의 광선 출력 위치들을 작동시킴으로써 더 큰 어레이를 시뮬레이트할 수 있는 '미러 영상'을 생성할 수 있다.

디스플레이의 전체 깊이의 감소는 종래의 배면 투사형 텔레비젼 디스플레이에서의 폴딩과 유사한 방식으로 기능하는 도 10에 도시된 3개의 수직 폴딩 미러(53)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 좌측 및 우측 폴딩 미러(50, 51)는 이들과 함께 사용되어 배면 투사형 텔레비젼에 필적하는 하우징 크기를 제공할 수 있다. 도면을 명확히 하기 위해, 측면 미러(50, 51)는 그들의 실제 위치로부터 벗어나게 도시되어 있다. 도 10은 조향 어레이(49)가 화면 어셈블리(52)보다 단지 약간 더 넓은 것을 도시한다.

도 11은 디스플레이 시스템의 화면 어셈블리(52)와 관련하여 전형적인 시계(V)의 기하학적 구조(geometry)를 평면도로 도시한 것이다. 시계(V)는 수평 크기로 화면 어셈블리(52)에 가장 가까운 수평 범위(H1)로부터 화면 어셈블리(52)로부터 가장 먼 시계(V) 부분에서의 더 넓은 수평 범위(H2)까지의 범위를 갖는다. 시계(V)는 전형적으로 약 1 메터인, 화면 어셈블리(52)의 가장자리로부터 제1 거리(D1)에서 시작한다. 뷰잉 어셈블리는 전형적으로 약 2 m 정도 추가로 화면 어셈블리로부터 이격되는 추가의 거리(D2)까지 연장한다. 시계(V)는 화면 어셈블리(52)의 축과 관련하여 그 각 가장자리에서 측정하였을 때 시계의 중심 외측의 양방향으로 θ의 각도로 연장한다. 전형적으로 각도 θ는 적어도 30°이고, 더 바람직하게는 적어도 40°이다.

도 12는 도 11에 도시한 시계를 그 내부에 있는 별도의 3명의 시청자(A, B, C)와 함께 도시한 것이다. 각각의 시청자가 화면 어셈블리(52)를 완전하게 볼 수 있게 하기 위하여, 시청자 전방의 용적(A_F, B_F, C_F)에는 장애물이 없어야 한다. 또한, 각 시청자는 각 시청자의 뒤에 위치되는 장애 용적(A_B, B_B, C_B)을 생성하게 되는데, 이 용적 내에서는 사출 동공이 형성될 수 없고 다른 시청자들은 어느 경우에도 화면 어셈블리의 전체 화면을 보지 못할 것이다.

도 13(a)를 참조하면, 시계를 횡단하는, 및 시계의 전후 방향으로 사출 동공의 조향이 달성되는 방식이 도시되어 있다. 간단히 하기 위해, 조향은 화면 어셈블리로부터 선택된 수평각 및 선택된 거리에서 사출 동공을 형성하는 렌즈 등가 광학 기구, 즉 원통형 렌즈(15)의 어레이를 이용하여 설명한다. 그러나, 앞의 도면에 도시한 조향 어레이를 가로지르는 광선 출력 위치의 선택은 동일한 방식으로 실행된다는 것을 알아야 한다. 따라서, 원통형 렌즈(15)는 조향 어레이의 층에서 전방 광학 요소를 나타내도록 취해질 수 있다. 사출 동공의 각도 위치는 대응하는 전방 광학 요소와 관련한 광원의 측면 위치에 의해 결정되고, 사출 동공의 거리는 광원들의 간격에 의해 결정된다. 렌즈(15)들이 선형 범위를 갖기 때문에, 광원들은 선형이고, 도 13(a)에 도시된 것처럼 모두 하나의 평면(14) 내에 놓인다. Xn은 각각의 광학 요소(On)와 관련된 광원(Yn)들의 세트의 좌측 가장자리로부터의 거리이다. 광원들의 위치는 도 13(b)에서처럼 그래프로서 도시될 수 있다. 각 점들을 통과하는 선(16)은 도 13(b)에 도시된 것처럼 직선이다. 사출 동공의 각도 위치는 평균 거리(Xn)에 의해 결정되고, 사출 동공의 거리는 선의 경사도에 의해 결정된다. 사출 동공이 더 많으면 이 선의 기울기가 더 커진다. 따라서, 사출 동공의 조향은 조향 어레이를 가로지르는 광 출력 위치의 제어적 선택에 의해 달성된다.

좌측 영상과 우측 영상은 모두 화면상에 동시에 나타나기 때문에, 좌측 사출 동공이 좌측 영상 화소를 통하여 형성되고 우측 사출 동공이 우측 영상을 통하여 형성되는 것을 보장하기 위하여 측정이 행하여져야 한다. 좌측 영상과 우측 영상은 교호의 화소 행에 형성된다. LCD의 바로 뒤에 위치된 장벽은 이 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있는데, 이 기능을 여기에서 공간 영상 다중화라고 부른다. 장벽은 정적 모드 또는 동적 모드로 동작할 수 있다.

먼저, 정적 장벽을 생각하자. 도 14(a)에 도시된 가장 간단한 형태에서는 LCD(57)의 수직 화소 피치의 2배보다 약간 더 작은 피치를 가진 수평 슬릿들로 구성된 간단한 시차 장벽(56)이 사용된다. 이 피치는 시차 지오메트리(parallax geometry)를 가능하게 한다. 좌측 어레이(54)로부터의 광은 좌측 화소에만 도달하고 우측 어레이(55)로부터의 광은 우측 화소에만 도달한다는 것을 알 수 있다. 비록 이 장벽의 제조 비용이 저렴하지만, 이 장벽은 2개의 별도의 조향 어레이가 필요하고 광 처리량(light throughput)이 약 20% 내지 35%에 불과하다는 단점이 있다.

더 높은 처리량은 도 14(b)에서처럼 장벽을 렌티큘러 스크린(58)으로 교체함으로써 얻어질 수 있다. 이 스크린의 렌즈들은 수평 방향으로 동작하고, 시차 장벽과 동일한 피치를 갖는다. 실질적으로, 좌측 어레이(54)로부터의 모든 광은 렌즈들에 의해 수집되고 좌측 화소들의 중앙 영역으로 지향된다. 유사하게, 우측 어레이(55)로부터의 대부분의 광은 우측 화소들로 지향된다. 확산기로서 렌티큘러 스크린을 사용할 때 전술한 수평 편차의 문제들은, 이 구성에서 렌즈들이 수직 산란을 위해 필요로 하는 것보다 훨씬 더 큰 수인 F개로 구성될 수 있기 때문에, 중요하지 않을 수 있다. 수직 편차는 훨씬 더 작고, 광을 적당한 화소 행에만 집중시킬 만큼 충분히 작다.

2가지의 정적 장벽 방법이 2개의 별도의 조향 어레이의 사용을 수반하지만, 양쪽 어레이의 선택된 위치에서 광을 출력하기 위한 SLM(40)으로서 하나의 단색 LCD를 사용할 수 있다. 이 LCD는 영상 형성용 LCD에 추가적인 것이고 영상 형성용 LCD와 혼동하여서는 안된다는 점에 주목한다. SLM(40)은 시청자의 머리 이동의 추적에 응답하여 사출 동공을 조향하기 위해 선택된 광 출력 위치를 변경시킬 수 있도록 충분히 고속이어야 한다. 비교적 저가인 박막 트랜지스터(TFT)를 SLM(40)으로서 사용할 수 있다. 정적 장벽들은 또한 장벽 스위칭과 LCD 프레임율의 상호 작용에 의해 원치않은 샘플링 아티팩트가 생성되는 위신호 효과(aliasing effect)를 갖지 않을 것이다.

동적 장벽을 사용하는 경우에는 2개의 별도의 어레이를 사용할 필요성이 없어진다. 다시, 동적 장벽을 사용하는 가장 간단한 형태는 시차 장벽을 사용하는 경우이다. 그러나, 이 경우 동적 장벽은 도 15에 도시한 바와 같이 효과적으로 이동할 것이다. 도 15(a)에서, 장벽(60)에서 광을 투과하는 개구들은 단일 조향 어레이(59)로부터의 광이 LCD(61)의 우측 영상 화소 행에 도달하게 한다. 어레이의 조명 표면으로부터의 광은 우측 눈이 위치하고 있는 모든 위치에서 머리 추적기에 의해 사출 동공이 형성되도록 배열된다.

그 다음에, 장벽은 도 15(b)에 도시된 바와 같이 광이 좌측 영상 화소에 도달하도록 상태를 변경한다. 조명 영역은 좌측 사출 동공을 제공하도록 우측으로 이동된다. 장벽이 상태를 변경할 때의 천이 기간동안에, 모든 광원들은 오프된다. 만일 장벽이 LCD 프레임율에서 또는 그 부근에서 전환되면 위신호가 발생할 것이다. 동적 장벽으로는 강유전성(FE) 액정 또는 파이셀(pi-cell) 어레이를 사용할 수 있다.

동적 장벽 다중화를 실행하기 위하여, 조명은 고속 FE 선형 SLM에 의해서, 또는 백색 LED 어레이를 사용함으로써 제어될 수 있다.

다시, 광 처리량은 비교적 낮지만, 장벽의 기하학적 구조는 단일 어레이의 전체 높이가 어레이들 사이에 갭을 또한 필요로 하는 2개의 어레이보다 상당히 작기 때문에 광의 약 35% 내지 40%가 통과되게 할 수 있다.

동적 다중화를 취할 수 있는 다른 형태들이 있다. 시차 장벽 또는 렌티큘러 시트는 음성 코일에 의해 이동될 수 있지만, 이것은 아주 좋은 해법이 아니다. 다른 가능한 해법은 기재(substrate)들 사이의 갭에서 수평으로 연장하는 마이크로 프리즘 어레이와 접촉하는 액정 물질의 복굴절을 사용하는 것이다. 이 방법은 렌티큘러 시트와 함께 사용되어 광을 좌측 행 및 우측 행에 연속적으로 지향시키기 위해 사용될 수 있다.

조향 어레이가 디스플레이의 백라이트로서 효과적으로 동작하기 때문에, 관측되는 강도가 LCD의 전체 폭에서 일정하게 나타나는 것이 중요하다. 어레이에 있어서, 요소들이 일련의 수직 밴드를 생성하지 않도록 주의가 기울어져야 한다. 도 6을 참조하면, 각각의 밝은 개구 영상 영역으로부터의 광이 수직으로 산란되는 경우에, 평탄한 조명은 각 개구 영상의 측면이 그 이웃의 측면과 정확이 일치할 때, 즉 개구 영상이 정확하게 접촉할 때에 관측된다는 것을 알 수 있다. 실제로, 이것은 제조상의 허용 오차 및 개구 폭 변동을 유도하는 렌즈 수차 때문에 가능하지 않다.

개구 영상 폭 변동의 효과는 도 16에 도시되어 있다. 도 16(a)에서는 개구 영상 가장자리들이 정확하게 일치한다. 이 도면의 하부에는 개구로부터의 광이 수직으로 산란될 때 밝기에 변동이 없음을 보여주고 있다. 개구 영상 폭이 어레이 피치보다 더 크게 되어 도 16(b)에 도시된 것처럼 중첩이 있을 때, 밝기가 그 주변부의 약 2배인 수직 밴드가 화면상에 나타날 것이다. 영상들이 피치보다 더 좁아서 도 16(c)에 도시된 것처럼 갭이 있을 때, 어두운 밴드가 관측될 것이다.

개구들을 시뮬레이트한 실험에서 비정렬의 효과는 도 17에 도시한 바와 같이 개구의 측면을 페이딩(fading)함으로써 개별적으로 보이지 않게 될 수 있는 것으로 나타났다. 어레이의 가로 거리에 따른 이상적인 강도 변화는 도 18(a)에 도시되어 있고, 수직 혼합 후에 완전히 일정한 강도를 관측한 대응하는 결과를 도면의 아래 부분에 도시하였다. 개구의 각 가장자리에서 투과율의 변화는 투과율이 전체 개구 폭의 적어도 1/10의 거리에서, 더 바람직하게는 전체 개구 폭의 1/3의 영역에서 최대치로부터 최소치까지 대략 선형으로 점진적으로 변화하게 한다. 이와 같이 투과율의 프로파일이 단계적 구성으로 된 경우에, 개구의 폭은 최대 투과율의 1/2인 지점들 사이의 거리로서 취해진다.

개구 영상이 도 18(b)에 도시된 바와 같이 그들의 피치보다 더 좁을 때, 이 도면의 아래 부분에 도시한 바와 같이 관측된 강도에 변화가 있겠지만 그 강도가 0으로 떨어지지는 않는다. 여기에서 도시하는 결과적인 강도 변화는 과대적이고 시청자가 허용할 수 있을 것으로 기대되는 최대치를 초과하지만, 이것은 페이딩의 유리한 효과를 명확하게 나타내고 있다. 도 18(c)에서는 개구 영상이 그들의 피치보다 더 넓은 경우에 개구 영상에서 페이딩의 효과를 도시하고 있다. 이 경우 강도는 페이딩이 없는 경우의 2배로 되지 않는다.

조향 광학 기구와 관련하여 여기에서 사용하는 용어 "수평"은 광학적 감각으로 화면 어셈블리에 대하여 내부 요소들의 방위를 나타내는 것으로 의도되고, 따라서, 만일 예컨대 조향 어레이가 수직 방위로 디스플레이 내에 배열되고 폴딩 미러가 수평에 대하여 90°까지 어레이의 출력을 변경하기 위해 사용되면, 어레이의 수직 방위는 본 발명의 이해를 위하여 (광학적으로) 수평 방위로서 취해져야 한다.

상기의 실시예들은 본 발명의 예시적인 예로서 이해되어야 한다. 발명의 추가의 실시예도 생각할 수 있다. 일 실시예와 관련하여 설명한 임의의 특징은 다른 실시예에서도 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 위에서 설명하지 않은 등가물 및 변형물들도 첨부된 특허 청구 범위에서 정의되는 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다.

Claims

사출 동공을 조향할 수 있는 시계를 가지며, 각각의 동공에서 시청자가 선택된 눈에 대한 영상을 볼 수 있는 자동 입체 디스플레이 시스템으로서,

상기 시스템은 광선의 선택적인 감쇠에 의해 영상을 생성하는 영상 형성 장치와, 상기 영상 형성 장치를 향해 광선을 투영하는 광학 요소 어레이와, 상기 광학 요소 어레이에 광선을 출력하는 광선 출력 위치 어레이를 포함하고,

복수 세트의 광선 출력 위치가 제공되고, 각각의 광선 출력 위치 세트는 상기 렌즈 요소들 중 하나와 연관된 대응 수평 폭에 걸쳐서 연장되고, 상기 광선 출력 위치들은 상기 복수 세트의 광선 출력 위치 각각으로부터 적어도 하나의 광선 출력 위치를 선택함으로써 시계의 선택된 부분에 사출 동공이 형성되도록 선택가능하고,

상기 각각의 광선 출력 위치 세트는 광선 출력 위치로부터 출력되는 광의 수평 출력 범위를 제한하기 위한 대응 개구를 가지며, 상기 각각의 개구는 그에 대응하는 광선 출력 위치 세트의 수평 폭보다 작은 수평 범위를 갖도록 구성된 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 개구들은 그 가장자리에서 점차로 변화하는 수평 투과율 프로파일을 가짐으로써, 영상 형성 장치를 향해 투영된 광선 중 서로 다른 개구들을 통과하는 광선이 중첩되도록 하는 자동 입체 디스플레이 시스템.
제2항에 있어서, 상기 수평 범위는 최대 투과율의 1/2에서 개구의 폭에 의해 정의되는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소는 굴절 렌즈 요소를 포함하는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제4항에 있어서, 상기 렌즈 요소는 적어도 2개의 요소가 수직 방향으로 중첩되는 구성으로 배열되는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구들은 영상 형성 장치를 향해 투영된 광선이 수평 방향에서 실질적으로 균일한 강도를 갖도록 배열되는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상 형성 장치는 광선을 투과하도록 선택적으로 작동가능한 영역들을 가진 평면 요소를 포함하는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지 형성 장치는 개별적인 행에서 좌측 눈과 우측 눈을 위한 영상들을 형성하도록 배열된 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템이 영상 형성 장치와 시계 사이에 위치된 수직 확산 및/또는 수직 굴절 요소를 포함하는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템이 좌측 눈 영상을 위한 광선을 투과하도록 배열된 제1 세트의 개구와 우측 눈 영상을 위한 광선을 투과하도록 배열된 제2 세트의 개구를 구비하는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템이 시계 순차 동작으로 영상들을 투과하도록 배열되고, 좌측 눈 영상용의 영상 프레임과 우측 눈 영상용 영상 프레임이 좌측 눈 및 우측 눈 사출 동공을 위한 광선 출력 위치의 선택에 각각 동기하여 상기 영상 형성 장치에 교호적으로 각각 형성되는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템이 복수의 상이한 시청자 위치에 복수의 사출 동공을 형성하기 위하여 광선 출력 위치의 각 세트로부터 복수의 광선 출력 위치를 동시에 선택하도록 배열되는 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광선 출력 위치는 선택된 출력 위치의 변화에 의해 영상 형성 장치와 관련한 사출 동공의 수평각을 변경하도록 사출 동공이 시계 내에서 조향될 수 있게끔 선택가능한 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광선 출력 위치는 선택된 출력 위치의 변화에 의해 영상 형성 장치로부터 사출 동공의 거리를 변경하도록 사출 동공이 시계 내에서 조향될 수 있게끔 선택가능한 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광선 출력 위치는 평면 구성으로 배열된 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광선 출력 위치는 각각의 개구에 중심이 맞춰진 곡면 구성으로 배열된 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소들은 내부 전반사를 이용하여 상기 개구들을 통해 광선을 투영하도록 배열된 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구 범위는 그에 대응하는 광선 출력 위치 세트 범위의 1/4 미만인 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구 범위는 그에 대응하는 광선 출력 위치 세의 범위의 1/8 미만인 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소들은 서로 엇갈리는 구성으로 배열된 것인 자동 입체 디스플레이 시스템.
사출 동공을 조향할 수 있는 시계를 가지며, 각각의 동공에서 시청자가 선택된 눈에 대한 영상을 볼 수 있는 자동 입체 디스플레이 시스템으로서,

상기 시스템은 광선의 선택적인 감쇠에 의해 영상을 생성하는 영상 형성 장치와, 상기 영상 형성 장치를 향해 광선을 투영하는 광학 요소 어레이와, 상기 광학 요소 어레이에 광선을 출력하는 광선 출력 위치 어레이를 포함하고,

상기 각각의 광학 요소에 대응해서 한 세트의의 광선 출력 위치가 제공되고, 이들 광선 출력 위치 세트는 상기 각 세트의 광선 출력 위치 각각으로부터 적어도 하나의 광선 출력 위치를 선택함으로써 시계의 선택된 부분에 사출 동공이 형성되도록 선택가능하고, 상기 각각의 광선 출력 위치 세트는 소정의 수평 폭에 걸쳐서 연장되고,

상기 시스템은 시계의 선택된 위치에서 복수 시청자의 좌측 및 우측 눈 위치에 대응해서 복수 세트의 2개의 사출 동공을 생성하도록 제어가능한 자동 입체 디스플레이 시스템.