KR20150134309A - 이미지를 디스플레잉하는 자동입체영상 디스플레이 디바이스 및 방법 - Google Patents

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Abstract

자동입체영상 디스플레이 디바이스는 픽셀화 이미지 소스, 렌트큘러 소자 및 광 분할 소자를 포함한다. 픽셀화 이미지 소스는 픽셀들 및 어둠 영역들의 매트릭스를 포함한다. 렌트큘러 소자는 복수의 원통형 렌즈들을 포함하고, 픽셀화 이미지 소스에 인접하게 배치되고, 그 결과 각각의 원통형 렌즈들은 어둠 영역들의 실질적인 동일 구역을 넘어 뻗어나간다. 광 분할 소자는, 제 1 눈동자가 관측자에 대해 원통형 렌즈들의 각각 뒤의 제 1 평행 라인들을 따라 위치된 제 1 서브-픽셀들을 보고, 제 2 눈동자가 원통형 렌즈들의 각각 뒤의 제 2 평행 라인들을 따라 위치된 제 2 서브-픽셀들을 보도록 구성된다. 제 1 평행 라인들 및 제 2 평행 라인들은 원통형 렌즈들과 평행을 이룬다. 제 1 평행 라인들은 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나간다. 제 2 평행 라인들은 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나간다.

Description

이미지를 디스플레잉하는 자동입체영상 디스플레이 디바이스 및 방법{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE AND METHOD OF DISPLAYING IMAGE}
본 출원은 2012년 10월 29일에 출원된 미국 특허 출원 제13/662635호의 우선권 주장 출원이며, 상기 출원의 전체 내용은 참조로서 본원에 병합된다.
본원은 자동입체영상 디스플레이 디바이스들 (autostereoscopic display devices)에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 자동입체영상 디스플레이 디바이스들에서 일어나는 시각적인 결함들을 줄이는 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동입체영상 디스플레이 디바이스들은 관측자가 특수 헤드기어 또는 안경을 사용함 없이 3 차원 (3-D)의 느낌을 생성한다. 자동입체영상 디스플레이 디바이스들을 가능케 하는 다양한 방법들이 존재하지만, 이러한 방법들은 보통 관측자가 경험하게 되는 일부 시각적인 결함들을 수반하여, 연장된 일정 시간 동안, 다양한 시청 각도 또는 위치들 등에서 관측자가 만족스러운 깨끗한 품질의 3-D 이미지들을 보는 것을 어렵게 한다.
이로써, 자동입체영상 디스플레이 디바이스들에 존재하는 기술에 나타난 결점들을 향상시킬 필요성이 있다.
일 예시 양태에서, 자동입체영상 디스플레이 디바이스는 픽셀화 (pixelated) 이미지 소스, 렌트큘러 소자 (lenticular element) 및 광 분할 소자 (optical splitting element)를 포함한다. 상기 픽셀화 이미지 소스는 픽셀 평면을 따라 위치하며, 그리고 픽셀들, 및 상기 픽셀화 이미지 소스의 나머지를 실질적으로 채우는 어둠 영역들의 매트릭스를 포함한다. 상기 매트릭스는 서브-픽셀들의 행들 및 열들로 구성되고, 각각의 픽셀들은 적색 서브-픽셀, 녹색 서브-픽셀 및 청색 서브-픽셀에 의해 정의된다. 상기 서브-픽셀들은 상기 열들 각각을 따라 동일 컬러를 가지며, 상기 행들 각각을 따라 적색, 녹색 및 청색의 순서로 배치된다. 상기 렌트큘러 소자는 픽셀 평면과 관측자 평면 사이에 위치한다. 상기 관측자 평면은 관측자의 제 1 눈동자 및 제 2 눈동자가 위치한 평면으로 정의된다. 상기 렌트큘러 소자는 복수의 원통형 렌즈들을 포함하고, 상기 픽셀화 이미지 소스에 인접하게 배치되고, 그 결과 상기 원통형 렌즈들 각각은 어둠 영역들의 실질적인 동일 구역을 넘어 뻗어나간다. 상기 광 분할 소자는 상기 픽셀 평면과 상기 관측자 평면 사이에 위치한다. 상기 광 분할 소자 및 상기 렌트큘러 소자는, 상기 제 1 눈동자가 상기 관측자에 대해 상기 원통형 렌즈들 각각 뒤에 있는 제 1 평행 라인들을 따라 위치한 제 1 서브-픽셀들을 보며 그리고 상기 제 2 눈동자가 상기 원통형 렌즈들 각각 뒤에 있는 제 2 평행 라인들을 따라 위치한 제 2 서브-픽셀들을 보도록 구성된다. 상기 제 1 평행 라인들 및 상기 제 2 평행 라인들은 상기 원통형 렌즈들과 평행을 이룬다. 상기 제 1 평행 라인들은, 상기 제 1 평행 라인들이 상기 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나도록 이격된다. 상기 제 2 평행 라인들은, 상기 제 2 평행 라인들이 상기 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나가도록 이격된다. 상기 제 1 서브-픽셀들은 제 1 이미지 컴포넌트들을 디스플레잉하도록 구성되고, 상기 제 2 서브-픽셀들은 제 2 이미지 컴포넌트들을 디스플레잉하도록 구성된다.
또 다른 예시 양태에서, 관측자에게 이미지를 디스플레잉하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 픽셀 평면을 따라 픽셀화 이미지 소스를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 픽셀화 이미지 소스는 픽셀들, 및 상기 픽셀화 이미지 소스의 나머지를 실질적으로 채우는 어둠 영역들의 매트릭스를 포함한다. 상기 매트릭스는 서브-픽셀들의 행들 및 열들로 구성된다. 각각의 픽셀들은 적색 서브-픽셀, 녹색 서브-픽셀 및 청색 서브-픽셀에 의해 정의된다. 상기 서브-픽셀들은 상기 열들 각각을 따라 동일 컬러를 가지며, 상기 행들 각각을 따라 적색, 녹색 및 청색의 순서로 배치된다. 상기 방법은 픽셀 평면과 관측자 평면 사이에 렌트큘러 소자를 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 관측자 평면은 관측자의 제 1 눈동자 및 제 2 눈동자가 위치한 평면으로 정의된다. 상기 렌트큘러 소자는 복수의 원통형 렌즈들을 포함한다. 상기 렌트큘러 소자는 상기 픽셀화 이미지 소스에 인접하게 배치되고, 그 결과 상기 원통형 렌즈들 각각은 어둠 영역들의 실질적인 동일 구역을 넘어 뻗어나간다. 상기 방법은 상기 픽셀 평면과 상기 관측자 평면 사이에 광 분할 소자를 제공함으로써, 상기 제 1 눈동자가 상기 관측자에 대해 상기 원통형 렌즈들 각각 뒤에 있는 제 1 평행 라인들을 따라 위치한 제 1 서브-픽셀들을 보며 그리고 상기 제 2 눈동자가 상기 관측자에 대해 상기 원통형 렌즈들 각각 뒤에 있는 제 2 평행 라인들을 따라 위치한 제 2 서브-픽셀들을 보는 단계를 더 포함한다. 상기 제 1 평행 라인들 및 상기 제 2 평행 라인들은 상기 원통형 렌즈들과 평행을 이룬다. 상기 제 1 평행 라인들은, 상기 제 1 평행 라인들이 상기 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나도록 이격된다. 상기 제 2 평행 라인들은, 상기 제 2 평행 라인들이 상기 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나도록 이격된다. 상기 제 1 서브-픽셀들은 제 1 이미지 컴포넌트들을 디스플레잉하도록 구성되며, 상기 제 2 서브-픽셀들은 제 2 이미지 컴포넌트들을 디스플레잉하도록 구성된다.
이런 양태 및 다른 양태는 다음의 상세한 설명이 첨부된 도면을 참조하여 읽혀질 시에 보다 더 잘 이해될 것이며, 도면에서:
도 1은 종래의 자동입체영상 디스플레이 디바이스 내의 컴포넌트들의 개략적인 상면도이고;
도 2는 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 서브-픽셀들에 의해 디스플레잉된 이미지들이 관측자의 위치에 기반하여 조정되는 픽셀화 이미지 소스의 예시 실시예의 개략도를 도시하고;
도 3은, 렌트큘러 소자가 픽셀화 이미지 소스의 열들에 대해 각지게 회전되고 제 1 시야의 라인들 및 제 2 시야의 라인들이 광 분할 소자에 의해 제 1 평행 라인들 및 제 2 평행 라인들로 각각 분할되는 자동입체영상 디스플레이 디바이스의 제 1 예시 실시예의 개략적인 전면도이고;
도 4는, 렌트큘러 소자가 픽셀화 이미지 소스의 열들에 대해 평행을 이루고 제 1 시야의 라인들 및 제 2 시야의 라인들이 광 분할 소자에 의해 제 1 평행 라인들 및 제 2 평행 라인들로 각각 분할되는 자동입체영상 디스플레이 디바이스의 제 2 예시 실시예의 개략적인 전면도이고;
도 5는 렌트큘러 소자, 제 1 예시 광 분할 소자, 및 픽셀화 이미지 소스를 포함한 자동입체영상 디스플레이 디바이스의 개략적인 단면도이며; 그리고
도 6은 렌트큘러 소자, 제 2 예시 광 분할 소자, 및 픽셀화 이미지 소스를 포함한 자동입체영상 디스플레이 디바이스의 개략적인 단면도이다.
이제, 예시의 실시예들이 도시된 도면들을 참조하여 이하에 보다 완전하게 기술될 것이다. 가능하면, 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조부호가 동일한 또는 유사한 부품에 사용된다. 그러나, 양태들은 많은 서로 다른 형태로 실시될 수 있으며, 본원에 설명된 실시예들로 제한되지 않는다.
이제, 도 1을 참조해 보면, 종래의 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (100) 내의 소정의 컴포넌트들의 상면도가 개략적으로 예시된다. 종래의 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (100)은 스크린 (미도시), 예를 들면 유리 커버, 픽셀 평면 (104)을 따라 위치한 픽셀화 이미지 소스 (102), 광 평면 (108)을 따른, 화살표로 나타난 일렬의 원통형 렌즈들 (122)을 포함한 렌트큘러 소자 (106), 및 픽셀화 이미지 소스 (102)의 콘텐츠를 조정하도록 구성된 프로세서 (109)를 포함할 수 있다. 관측자의 제 1 눈동자 (110) 및 제 2 눈동자 (112)는 관측자 평면 (114) 상에 위치하고, 이때 상기 관측자 평면은 종래의 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (100)로부터 주어진 거리만큼 떨어질 수 있다. 상기와 같이, 픽셀화 이미지 소스 (102)는 관측자의 시각에 대해 또는 그 시각으로부터 렌트큘러 소자 (106) 뒤에 위치한다. 렌트큘러 소자 (106)의 존재는 제 1 눈동자 (110) 및 제 2 눈동자 (112)가 도 1에 도시된 바와 같이 3-D의 느낌 (impression)을 생성하는 서로 다른 이미지들을 다소 볼 수 있도록 한다. 광 평면 (108)은 픽셀 평면 (104)과 관측자 평면 (114) 사이에 위치하지만, 그러나 광 평면과 픽셀 평면 사이의 거리는, 도 1에 개략적으로 도시된 것과는 달리, 광 평면과 관측자 평면 사이의 거리 (즉, 도 1의 화살표에 나타난 관측 거리 (D))보다 몇 자릿수 (orders of magnitude)가 작을 수 있다. 주목해야 하는 바와 같이, 패럴렉스-베리어 (parallax-barrier)가 렌트큘러 소자 (106) 대신에 사용될 수 있다.
픽셀화 이미지 소스 (102)는 픽셀들 (116)의 매트릭스로 형성될 수 있으며, 상기 매트릭스에서, 각각의 픽셀 (116)은 적색 서브-픽셀 (118a), 녹색 서브-픽셀 (118b) 및 청색 서브-픽셀 (118c)로 구성된다. 매트릭스는 픽셀 평면 (104)을 따라 뻗어나간 열들 및 행들 (행들)에 배치될 수 있고, 각각의 열은 동일 컬러의 서브-픽셀들 (118)을 포함하며, 그리고 서브-픽셀들 (118)은 각각의 행들을 따라 적색, 녹색 및 청색의 순서로 배치된다. 각각의 서브-픽셀 (118)은 어둠 영역들 (120)에 의해 둘러싸일 수 있고, 그 결과 어둠 영역들 (120)은 이웃하는 서브-픽셀들 (118)과 픽셀화 이미지 소스 (102)의 나머지 사이의 구역을 채운다.
상술된 구성을 가진 픽셀화 이미지 소스 (102)는, 서브-픽셀 (118)의 폭을 픽셀 (116)의 피치 (pitch)로 나눔으로써 계산된 주어진 값의 서브-픽셀 듀티 팩터 (sub-pixel duty factor)를 갖는 것으로 기술될 수 있으며, 이때 상기 피치는 매트릭스의 행들을 따라 측정된다. 일반적으로, 픽셀 (116)의 피치는 서브-픽셀들 (118) 간에 나타난 어둠 영역들 (120)에 생성된 공간을 포함한다. 일 예시에서, 서브-픽셀들 (118)은 어둠 영역들 (120)에 의해 이격될 수 있고, 그 결과 픽셀화 이미지 소스 (102)의 서브-픽셀 듀티 팩터는 0.25 또는 25%이다.
자동입체영상 디스플레이 디바이스들은, 제 1 눈동자 (110)가 제 1 이미지 컴포넌트를 보고 제 2 눈동자 (112)가 제 2 이미지 컴포넌트를 보되 원통형 렌즈들 (122) 각각을 통해 보도록 구성된다. 게다가, 눈동자들 (110, 112)은 원통형 렌즈들 (122)에 평행한 라인들을 따라 위치한 서브-픽셀들 (118)을 볼 수 있다. 구체적으로 말하면, 도 1의 종래의 디스플레이 디바이스 (100)에서, 도 2에 예시된 바와 같이, 제 1 눈동자 (110)는 제 1 라인 (124)을 따라 위치한 서브-픽셀들 (118) (즉, 제 1 이미지 컴포넌트의 부분)을 보고, 제 2 눈동자 (112)는 제 1 라인 (124)에 인접하게 위치한 제 2 라인 (126)을 따라 위치한 서브-픽셀들 (즉, 제 2 이미지 컴포넌트의 부분)을 보되, 단일 원통형 렌즈 (122)를 통해 본다. 상기와 같이, 라인들 (124, 126)은 시야의 라인들로 칭해질 수 있다.
시야의 라인들 (124, 126) 간의 공간은 식: dy = F * E/D으로 제 1 근사치로 계산될 수 있고, 여기서 dy는 픽셀 평면에서 시야의 라인들 (124, 126) 간의 간격 (separation)이고, F는 렌즈 (예를 들면, 원통형 렌즈 (122))의 초점 길이이고, E는 관측자의 눈동자들 간의 간격이며, 그리고 D는 관측 거리이다 (즉, 관측자 평면으로부터 광 평면 (또는 픽셀 평면)까지의 거리).
종래의 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (100)에서, 픽셀화 이미지 소스 (102) 내의 어둠 영역들 (120)은, 원통형 렌즈들 (122)이 픽셀화 이미지 소스 (102)의 앞에 위치할 시에 해결될 필요성이 있는 시각적인 결함 (visual flaw)을 야기시킬 수 있다. 관측자에 대해 원통형 렌즈들 (122) 각각 뒤의 어둠 영역들 (120)의 구역이 동일하지 않는 경우, 관측자는 모아레 효과 (Moire effect)라는 것을 겪게 될 것이며, 상기 모아레 효과는 픽셀화 이미지 소스에 의해 도시된 이미지를 가로지르는 주기적인 세기 변화로 기술될 수 있다. 모아레 효과를 줄이기 위해, 렌트큘러 소자 (106)는 픽셀화 이미지 소스 (102) 주위에 배치되어야 하고, 그 결과 원통형 렌즈들 (122) 각각 뒤의 어둠 영역들 (120)의 구역은 실질적으로 동일하거나 또는 동일하다. 이를 달성하는 한 방식은 렌트큘러 소자 (106)를 회전시켜, 원통형 렌즈들 (122)이 픽셀화 이미지 소스 (102)의 열들에 대해 각지게 하는 것이다. 예를 들면, 렌트큘러 소자 (106)는 픽셀화 이미지 소스 (102) 주위에서 회전될 수 있고, 그 결과 시야의 라인들 (124, 126)은 대각선으로 서로 마주하는 서브-픽셀 (118) 코너들을 통과한다.
종래의 자동입체영상 디스플레이 디바이스들 (100)에 대한 또 다른 문제는, 관측자가 관측자 평면 (114)을 따라 소정의 시야 위치들에 서있는 경우에만, 눈동자들 (110, 112)이 정확한 제 1 및 제 2 이미지 컴포넌트들을 볼 수 있다는 것이다. 눈동자들 (110, 112)의 위치들이 관측자 평면을 따라 측 방향으로 이동되는 경우, 눈동자들 (110, 112)이 하위 품질 등의 도치된 이미지들을 보는 것이 가능할 수 있다.
렌트큘러 소자 (106)가 픽셀화 이미지 소스 (102) 주위에서 각진 실시예에 대한 시야 위치들의 이러한 문제를 해결하기 위해, 행을 따라 인접한 미리결정된 수의 서브-픽셀들 (118)은 동일 이미지 컴포넌트의 부분이 되도록 구성되며 (도 2), 그리고 제 1 눈동자 (110)와 제 2 눈동자 (112)에 대한 시야의 라인들 (124, 126) 간의 공간은 미리결정된 수의 서브-픽셀들 (118)의 증가에 비례하여 증가될 필요성이 있다. 도 2에서 1 및 2로 지칭된 바와 같이, 매 2 개의 인접한 서브-픽셀들 (118)은 동일 이미지 컴포넌트를 디스플레잉하며, 그리고 시야의 라인들 (124, 126) 간의 공간은 서브-픽셀 (118)의 피치에 의해 증가되고, 그 결과 시야의 라인들 (124, 126) 간의 공간은 서브-픽셀 (118)의 2 개의 피치들과 동일하다. 물론, 미리결정된 수의 서브-픽셀들 (118)은 2 개를 초과할 수 있으며, 그리고 시야의 라인들 (124, 126) 간의 공간은 추가로 넓혀질 수 있다.
게다가, 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (100)의 프로세서 (109)는, 관측자의 위치를 결정하도록 구성된 머리/눈동자 추적 센서 (128), 및 관측자 평면 (114)을 따른 관측자의 측 방향 이동에 기반하여 이미지 컴포넌트들을 조정하도록 구성된 제어기 (130)를 포함할 수 있고, 그 결과 이전의 위치로부터 결정된 시야의 라인들 (124, 126)을 따라 놓인 서브-픽셀들 (118) (좌측 상의 매트릭스)보다 오히려, 관측자의 새로운 위치에 의해 결정된 바와 같이 (우측 상의 매트릭스) 시야의 라인들 (124, 126)을 따라 놓인 서브-픽셀들 (118)은 이미지 컴포넌트들을 형성한다. 구체적으로 말하면, 도 2에서, 1 및 2로 지칭된 이미지 컴포넌트들은, 관측자의 우측 방향 이동에 의해 우측으로 이동되는 시야의 라인들 (124, 126)로 조정되기 위해, 우측으로 이동한다. 다시 말해, 눈동자 추적 시스템을 사용함으로써, 우측 눈동자 및 좌측 눈동자 시야의 라인들 (124 및 126)의 위치는 결정될 수 있으며, 그리고 이미지는 계산될 수 있고, 그 결과 좌측 눈동자 시야의 라인 하에 있는 픽셀들 모두는 좌측 눈동자 이미지의 정보를 포함하며, 그리고 우측 눈동자 시야의 라인 하에 있는 픽셀들 모두는 우측 눈동자 이미지의 정보를 포함한다.
자동입체영상 디스플레이 디바이스들 (100)에 존재할 수 있는 또 다른 시각적인 결함은, 전체 이미지를 커버링하는, 컬러화된 기하학적인 라인들로 기술될 수 있는 이미지 입자성 (graininess)이다. 이미지 입자성은, 시야의 라인들 (124, 126)이 서로 다른 컬러들의 픽셀들을 가로질러 뻗어나기 때문에 일어난다. 구체적으로 말하면, 컬러 백색이 디스플레잉되는 것이 의도될 시에, 서로 다른 컬러화된 라인들의 조합이 보일 수 있는 반면, 대신에 특정 컬러가 디스플레잉되는 것이 의도될 시에는 밝고 어두운 스팟들 (spots)의 조합이 보일 수 있다. 즉, 백색 이미지가 디스플레잉될 시에, 모든 적색 (R), 녹색 (G) 및 청색 (B) 픽셀들은 스위칭 온된다. 그러나, 시야의 라인들이 적색, 녹색 또는 청색인 특정 서브-픽셀들을 단지 가로질러 가기 때문에, 이미지는 3 개의 컬러들의 체커판 (checkerboard)과 같이 보일 것이다.
본원은, 모아레 효과, 이미지 입자성을 포함한 상술된 시각적인 결함들, 및 시야 위치에서의 변화들로부터 일어나는 이러한 시각적인 결함들 모두를 줄일 수 있는 자동입체영상 디스플레이 디바이스들 (1)을 기술한다.
종래의 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (100)에 대해 논의된 소정의 상술된 특징들은 또한 이하에서 논의된 추가 특징들을 포함한 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)에 나타날 수 있다. 동일한 참조 번호들은 소수의 최종적인 시각적인 결함들을 가진 자동입체영상 디스플레이 디바이스에서 나타나기도 한 특징들을 위해 사용될 것이다. 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)는 종래의 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (100)과는 다를 수 있는데, 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)가 픽셀 평면 (104)과 관측자 평면 (114) 사이에 위치한 광 분할 소자 (132)를 포함한다는 점에서 다를 수 있다.
자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)의 제 1 실시예에서, 원통형 렌즈들 (122)은 모아레 효과를 줄이기 위해, 픽셀들 (116)의 매트릭스의 열들에 대해 각져 있으며 (도 3), 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)는, 제 1 라인 (124) 및 제 2 라인 (126)을 제 1 평행 라인들 (125) 및 제 2 평행 라인들 (127)로 분할시키도록 구성된 광 분할 소자 (132)를 더 포함한다. 제 1 평행 라인들 (125) 및 제 2 평행 라인들 (127)은 제 1 라인 (124) 및 제 2 라인 (126) 각각에 대해 평행하게 배향되며, 그리고 행 내에서 적어도 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들 (118) (즉, 적색 서브-픽셀, 녹색 서브-픽셀 및 청색 서브-픽셀이지만, 반드시 이 순서일 필요는 없음)을 넘어 뻗어나간다. 이는 디스플레이의 방향으로 일 관측자 눈동자로부터 나오는 평행 광 선을 고려함으로써 예시될 수 있다. 그 광선은 우선, 3 개의 서로 다른 방향들로 광을 분할시키는 분할 소자를 강타할 것이다. 예시로서, 분할 소자는 회절의 다수의 차수들로 광을 회절시키는 회절 격자 (diffraction grating)일 수 있다. 그 후, 원통형 렌즈는 픽셀들의 평면에 광의 초점을 맞출 것이다. 그러나, 광이 다수의 방향들로 분할되기 때문에, 광은 서로 다른 장소들에서 초점이 잡힐 것이다. 이는 각각의 눈동자에 대해 다수의 시야의 라인들을 형성한다. 이러한 서브 라인들 간의 거리가 서브-픽셀들의 피치와 대략적으로 같을 경우, 각각의 눈동자는 3 개의 컬러들을 동시에 볼 수 있을 것이며, 그리고 이미지 입자성은 사라진다. 도 3에 도시된 예시에서, 시야의 라인들 (124, 126)은 3 개의 제 1 평행 라인들 (125)로 분할될 수 있고, 제 1 평행 라인들 (125)은, 행들을 따라 측정될 시에, 서브-픽셀 (118)의 약 일 피치에 대응하는 거리만큼 서로 오프셋되거나 이격된다. 용어 "약"은 서브-픽셀들 (118) 간의 어둠 영역들 (120)에 의해 생성된 공간을 고려하기 위해 사용된다. 게다가, 도 3에 도시된 바와 같이, 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 맨 우측 제 1 평행 라인 (125)은 맨 좌측 제 2 평행 라인 (127)으로부터, 서브-픽셀 (118)의 약 2 피치에 대응하는 거리만틈 오프셋되거나 이격될 수 있다. 더욱이, 원통형 렌즈 (122)의 피치는 픽셀 (116)의 약 이와 삼분의 이 (2 2/3 또는 8/3) 피치를 넘어 뻗어나가도록 치수화될 수 있다. 이하에서 논의된 실시예들뿐만 아니라, 이러한 실시예는 관측자의 위치를 결정하고 관측자의 위치에 기반하여 이미지 컴포넌트들을 조정하기 위해, 머리/눈동자 추적 센서 (128) 및 제어기 (130)를 갖춘 프로세서 (109)를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 알고리즘은 시야의 라인들 (124 및 126)이 디스플레이에 위치된 곳을 결정하는 것을 포함할 수 있으며, 그리고 디스플레이 서브-픽셀들의 밝기는, 시야의 라인 (124) 상에 있는 모든 서브-픽셀들이 좌측 이미지 정보를 디스플레잉하는 반면, 시야의 라인 (126) 상에 있는 모든 서브-픽셀들은 우측 이미지 정보를 디스플레잉 하도록 (또는 그 반대로), 조정될 수 있다.
2와 3분의 2 픽셀들 (116)에 대응하는 길이를 가진 각각의 원통형 렌즈 (122)의 피치의 결과로, 수평 방향으로의 이미지 해상도는 낮아진다. 원통형 렌즈 (122)의 치수들로부터 일어난 해상도의 악영향은, 제 1 평행 라인들 (125)과 제 2 평행 라인들 (127) 간의 공간 (즉, 맨 우측 제 1 평행 라인 (125)과 맨 좌측 제 2 평행 라인 (127) 간의 공간)을 약 두 개의 서브-픽셀들 (118) 미만으로 줄임으로써, 그리고 제 1 평행 라인 (125)과 인접한 제 1 평행 라인 (125) 간의 개재 공간 (in-between spacing) (또는 제 2 평행 라인 (127)과 인접한 제 2 평행 라인 (127) 간의 개재 공간)을 약 한 개의 서브-픽셀 (118) (예를 들면, 픽셀 (116)의 5분 1의 피치) 미만으로 줄임으로써, 완화될 수 있다. 상기와 같은 구성으로, 이미지 입자성은 남아 있게 되지만, 그러나 해상도에 대한 악영향은 줄어든다.
자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)의 제 2 실시예에서, 원통형 렌즈들 (122)은 픽셀들 (116)의 매트릭스의 열들과 평행하지만, 원통형 렌즈들 (122)의 피치는 치수화됨으로써, 각각의 원통형 렌즈들 (122) 뒤에 있는 어둠 영역들 (120)의 구역은 실질적으로 동일하다. 상기와 같은 구성은 상술된 바와 같이, 모아레 효과를 현저하게 줄인다. 게다가, 이미지 입자성을 줄이기 위해, 시야의 라인들 (124, 126)은 매트릭스의 열들 및 원통형 렌즈들 (122)과 평행을 이루어 뻗어나가도록 광 분할 소자 (132)에 의해 분할된다. 도 4에 도시된 예시 실시예에서, 시야의 라인들 (124, 126)은 4 개의 라인들 (129, 131) 각각으로 분할될 수 있고, 그 결과 라인들 (129, 131) 중 3 개는 행 내에서 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들 (118) (즉, 적색 서브-픽셀, 녹색 서브-픽셀, 및 청색 서브-픽셀일 수 있지만, 반드시 이 순서일 필요는 없음)을 넘어 뻗어나가며, 그리고 라인들 (129, 131) 중 하나는 어둠 영역들 (120)을 넘어 뻗어나간다. 라인들 (129, 131) 중 하나와 라인들 (129, 131) 중 인접한 하나 사이의 공간은 픽셀 (116)의 약 4분의 1의 피치일 수 있다. 픽셀들의 피치로 나누어진 서브-픽셀의 폭으로 정의된, 서브-픽셀들의 듀티 팩터는 약 25%로 설정될 수 있다. 이러한 실시예는 또한 관측자의 위치를 결정하고 관측자의 위치에 기반하여 이미지 컴포넌트들을 조정하기 위해, 머리/눈동자 추적 센서 (128) 및 제어기 (130)를 갖춘 프로세서 (109)를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 알고리즘은 시야의 라인들 (124 및 126)이 디스플레이에 위치된 곳을 결정하는 것을 포함할 수 있으며, 그리고 디스플레이 서브-픽셀들의 밝기는, 시야의 라인 (129) 상에 있는 모든 서브-픽셀들이 좌측 이미지 정보를 디스플레잉하는 반면, 시야의 라인 (131) 상에 있는 모든 서브-픽셀들은 우측 이미지 정보를 디스플레잉 하도록 (또는 그 반대로), 조정될 수 있다.
도 5-6에 도시된 바와 같이, 광 분할 소자 (132)를 포함하는 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)는 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 그리고 렌트큘러 소자 (106) 및 광 분할 소자 (132) 이외의 다른 층들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 렌트큘러 소자 (106)와 픽셀화 이미지 소스 (102) 사이에 나타나는 추가적인 층들은 편광기 (polarizer), 컬러 필터링 기판, 또는 렌트큘러 소자 (106)와 픽셀화 이미지 소스 (102) 사이의 거리를 조정하도록 구성된 다른 층들을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광 분할 소자 (132)의 제 1 예시 실시예는, 렌트큘러 소자 (106)와 픽셀화 이미지 소스 (102) 사이의 정사각형의 격자 (square-shaped grating)로서 구현될 수 있는 회절 분할 소자들 (134)일 수 있다. 도 5에 도시된 실시예는 제 1 및 제 2 시야의 라인들 (124, 126) 각각을 3 개의 평행 라인들 (125, 127)로 나누고, 그 결과 평행 라인들 (125, 127)은 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들 (118)을 넘어 뻗어나간다. 시야의 라인 (124 또는 126)이 3 개의 평행 라인들 (125 또는 127)로 분할되는 경우, 평행 라인들 간의 개재 공간은 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 3 분의 1의 픽셀 피치와 같을 수 있다.
하나의 시야 라인 (124 또는 126)이 3 개의 평행 라인들 (125 또는 127)로 분할되는 일 예시 실시예에서, 회절 분할 소자들 (134)은 3 개의 동일하게 분포된 회절 차수들 (-1, 0, 1)을 만들어 내도록 구성된다. 광 분할 소자 (132)는 서로 다른 굴절률들 (즉, n1 및 n2 각각)을 가진 제 1 층 (136) 및 제 2 층 (138)을 포함할 수 있으며, 제 1 층 (136)과 제 2 층 (138) 간의 경계부는 격자 (135)를 형성한다. 차수들 (-1, 0 및 1)에서 에너지를 얻기 위해서, 격자 진폭 (예를 들면, 사인파의 진폭의 제곱 또는 2 배의 높이)은 정사각형 격자의 경우에 0.68*(n2-n1) (또는 사인 곡선형 격자의 경우에 0.96*(n2-n1))와 같아야 한다. 한편, 구형 함수의 주기는 0.53*(제 1 층 (136 또는 144)과 제 2층 (138 또는 146) 간의 경계부로부터 픽셀 평면 (104)까지의 두께)*(두께가 측정된 층들 모두에 대한 평균 굴절률)*(층들의 평균 굴절률)/(픽셀 피치)과 같아야 한다. 두께는 도 5-6의 화살표로 나타난다.
이해하여야 하는 바와 같이, 다수의 격자 형상들은, 에너지 대부분이 3 개의 회절 차수들 (-1, 0 및 1) 사이에서 동일하게 분배될 필요성이 있는 조건을 만족시키는 한, 고려될 수 있다. 또한, 도 5는 원통형 렌즈들의 뒷 측면 상에 위치한 격자들을 도시한다. 그러나, 격자는, 시야의 라인들이 이전의 실시예들에 기술된 바와 같이, 정확한 진폭(right amplitude)으로 분리되는 한, 광 경로 어디든지 위치할 수 있다.
원통형 렌즈들 (122)이 픽셀들 (118)의 매트릭스의 열들과 평행을 이루는 회절 분할 소자 (134)의 대안적인 실시예들 (도 4)은 시야의 라인 (124 또는 126)을 4 개의 평행 라인들 (129 또는 131)로 분할하도록 구성될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 4 개의 평행 라인들 중 하나는 어둠 영역들 (120)을 가로질러 뻗어나가며, 4 개의 평행 라인들 중 3 개는 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들 (118)을 가로질러 뻗어나간다. 시야의 라인 (124 또는 126)이 4 개의 평행 라인들 (129 또는 131)로 분할되는 경우, 2 개의 인접한 평행 라인들 (129 또는 131) 간의 개재 공간은 예를 들면, 픽셀 (118)의 4 분의 1의 피치와 같을 수 있다.
광 분할 소자 (132)의 제 2 실시예는 다면 프리즘들(multi-faceted prisms) (다각형)으로 구현될 수 있는 굴절 분할 소자들 (140)을 사용할 수 있다. 도 6에 도시된 굴절 분할 소자 (140)의 이러한 실시예는 제 1 층 (144) 및 제 2 층 (146)을 포함할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 층의 경계부는 삼면 프리즘들 (142)의 어레이를 형성한다. 이러한 실시예는 제 1 및 제 2 시야의 라인들 (124 또는 126) 각각을 3 개의 평행 라인들 (125 또는 127)로 나누고, 그 결과 평행 라인들 (125 또는 127)은 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들 (118)을 넘어 뻗어나간다. 프리즘들 (142)의 피치는 원통형 렌즈들 (122)의 피치보다 현저하게 작도록 구성될 수 있으며, 그리고 정수로 나누어진 하나의 원통형 렌즈 (122)의 피치와 같을 수 있다. 광 분할 소자 (132)의 제 1 실시예와 유사하게, 굴절 분할 소자들 (140)은, 원통형 렌즈들 (122)이 픽셀들 (116)의 매트릭스의 열들과 평행하거나 상기 열들에 대해 각진 자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)와 호환된다. 광이 3 개의 경로들을 초과하여 분할될 필요성이 있는 경우 (예를 들면, 4 개), 다각형은 3 면들을 초과하여 나타날 수 있다. 분할 소자는 광 경로 어디든지 삽입될 수 있다.
자동입체영상 디스플레이 디바이스 (1)의 대안적인 실시예에서, 소정의 국부화된 부분들에서 원통형 렌즈 (122)의 만곡된 형상을 변경하여, 이러한 부분들에서 프리즘의 효과를 생성함으로써, 광 분할 소자 (132)를 렌트큘러 소자 (106)에 통합시키는 것이 가능할 수 있다.
다양한 변경들 및 변화들이 청구항 본 발명의 기술 사상 및 권리 범위로부터 벗어남 없이 구현될 수 있는 것은 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

Claims (19)

  1. 픽셀 평면을 따라 위치된 픽셀화 이미지 소스 - 상기 픽셀화 이미지 소스는 픽셀들 및 어둠 영역들의 매트릭스를 포함하고, 상기 어둠 영역들은 상기 픽셀화 이미지 소스의 나머지를 실질적으로 채우고, 상기 매트릭스는 서브-픽셀들의 행들 및 열들로 구성되고, 각각의 픽셀들은 적색 서브-픽셀, 녹색 서브-픽셀 및 청색 서브-픽셀에 의해 정의되고, 상기 서브-픽셀들은 상기 열들 각각을 따라 동일 컬러를 가지며, 상기 서브-픽셀들은 상기 행들 각각을 따라 적색, 녹색 및 청색의 순서로 배치됨 -;
    픽셀 평면과 관측자 평면 사이에 위치한 렌트큘러 소자 - 상기 관측자 평면은 관측자의 제 1 눈동자 및 제 2 눈동자가 위치한 평면으로 정의되고, 상기 렌트큘러 소자는 복수의 원통형 렌즈들을 포함하고, 상기 렌트큘러 소자는 상기 픽셀화 이미지 소스에 인접하게 배치되고, 그 결과 상기 원통형 렌즈들 각각은 어둠 영역들의 실질적인 동일 구역을 넘어 뻗어감 -; 및
    상기 픽셀 평면과 상기 관측자 평면 사이에 위치한 광 분할 소자 - 상기 광 분할 소자 및 상기 렌트큘러 소자는, 상기 제 1 눈동자가 상기 관측자에 대해 상기 원통형 렌즈들 각각 뒤에 있는 제 1 평행 라인들을 따라 위치한 제 1 서브-픽셀들을 보며 그리고 상기 제 2 눈동자가 상기 원통형 렌즈들 각각 뒤에 있는 제 2 평행 라인들을 따라 위치한 제 2 서브-픽셀들을 보도록 구성되고, 상기 제 1 평행 라인들 및 상기 제 2 평행 라인들은 상기 원통형 렌즈들과 평행을 이루고, 상기 제 1 평행 라인들은, 상기 제 1 평행 라인들이 상기 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나도록 이격되고, 상기 제 2 평행 라인들은, 상기 제 2 평행 라인들이 상기 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나가도록 이격되며, 상기 제 1 서브-픽셀들은 제 1 이미지 컴포넌트들을 디스플레잉하도록 구성되고, 상기 제 2 서브-픽셀들은 제 2 이미지 컴포넌트들을 디스플레잉하도록 구성되는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자동입체영상 디스플레이 디바이스는,
    상기 관측자의 위치를 결정하도록 구성된 센서, 및
    상기 센서에 의해 결정된 관측자의 위치에 기반하여, 상기 제 1 이미지 컴포넌트들 및 상기 제 2 이미지 컴포넌트들을 조정하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌트큘러 소자는, 상기 원통형 렌즈들이 상기 열들에 대해 각지게 위치하도록, 상기 픽셀화 이미지 소스 주위에서 각지게 회전되는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌트큘러 소자는, 상기 원통형 렌즈들이 상기 매트릭스의 열들과 평행을 이루도록 배치되는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 원통형 렌즈들 각각의 피치는, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 적어도 2와 3분의 2의 픽셀들을 넘어 뻗어나가고, 상기 제 1 평행 라인들은, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 적어도 하나의 서브-픽셀만큼 서로 오프셋되며, 그리고 상기 제 2 평행 라인들은, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 적어도 하나의 서브-픽셀만큼 서로 오프셋되는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 원통형 렌즈들 각각의 피치는, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 2와 3분의 2의 픽셀들 미만으로 뻗어나가고, 상기 제 1 평행 라인들은, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 하나의 서브-픽셀 미만만큼 서로 오프셋되며, 그리고 상기 제 2 평행 라인들은, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 하나의 서브-픽셀 미만만큼 서로 오프셋되는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 분할 소자는 회절 분할 소자를 포함하는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 회절 분할 소자는 주기적인 회절 격자이며, 광은 다수의 회절 차수들로 균등하게 분배되는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 분할 소자는 굴절 분할 소자를 포함하는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 굴절 분할 소자는 다각형의 주기적인 구조체들을 포함하는, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 굴절 분할 소자는 다각형의 주기적인 구조체들을 포함하며, 그리고 상기 다각형의 주기적인 구조체들의 주기는 정수로 나눈 원통형 렌즈들의 주기와 동일한, 자동입체영상 디스플레이 디바이스.
  12. 관측자에게 이미지를 디스플레잉하는 방법으로서,
    상기 이미지는 픽셀화 소스 및 렌트큘러 소자를 포함한 디바이스에 의해 디스플레잉되고, 상기 픽셀화 이미지 소스는 픽셀 평면을 따라 위치하고, 상기 픽셀화 이미지 소스는 픽셀들 및 어둠 영역들의 매트릭스를 포함하고, 상기 어둠 영역들은 상기 픽셀화 이미지 소스의 나머지를 실질적으로 채우고, 상기 매트릭스는 서브-픽셀들의 행들 및 열들로 구성되고, 각각의 픽셀들은 적색 서브-픽셀, 녹색 서브-픽셀 및 청색 서브-픽셀에 의해 정의되고, 상기 서브-픽셀들은 상기 열들 각각을 따라 동일 컬러를 가지고, 상기 서브-픽셀들은 상기 행들 각각을 따라 적색, 녹색 및 청색의 순서로 배치되고,
    상기 렌트큘러 소자는 픽셀 평면과 관측자 평면 사이에 위치하고, 상기 관측자 평면은 관측자의 제 1 눈동자 및 제 2 눈동자가 위치한 평면으로 정의되고, 상기 렌트큘러 소자는 복수의 원통형 렌즈들을 포함하고, 상기 렌트큘러 소자는 상기 픽셀화 이미지 소스에 인접하게 배치되고, 그 결과 상기 원통형 렌즈들 각각은 어둠 영역들의 실질적인 동일 구역을 넘어 뻗어나가고,
    상기 렌트큘러 소자는, 상기 제 1 눈동자가 상기 관측자에 대해 상기 원통형 렌즈들 각각 뒤에 있는 제 1 시야의 라인을 따라 위치한 제 1 서브-픽셀들을 보며 그리고 상기 제 2 눈동자가 상기 관측자에 대해 상기 원통형 렌즈들 각각 뒤에 있는 제 2 시야의 라인을 따라 위치한 제 2 서브-픽셀들을 보도록 구성되고,
    상기 제 1 서브-픽셀들은 제 1 이미지 컴포넌트들을 디스플레잉하도록 구성되며, 상기 제 2 서브-픽셀들은 제 2 이미지 컴포넌트들을 디스플레잉하도록 구성되는, 이미지 디스플레잉 방법에 있어서,
    상기 제 1 시야의 라인 및 상기 제 2 시야의 라인을 제 1 평행 라인들 및 제 2 평행 라인들 각각으로 분할하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 평행 라인들은, 상기 제 1 평행 라인들이 상기 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나도록 이격되고,
    상기 제 2 평행 라인들은, 상기 제 2 평행 라인들이 상기 행들 각각 내의 3 개의 이웃하는 서브-픽셀들을 넘어 뻗어나가도록 이격되는, 이미지 디스플레잉 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 이미지 디스플레잉 방법은, 상기 관측자의 위치를 센서로 결정하고, 상기 센서에 의해 결정된 관측자의 위치에 기반하여, 상기 제 1 이미지 컴포넌트들 및 상기 제 2 이미지 컴포넌트들을 조정하는 단계를 더 포함하는, 이미지 디스플레잉 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 렌트큘러 소자는, 상기 원통형 렌즈들이 상기 열들에 대해 각지게 위치하도록, 상기 픽셀화 이미지 소스 주위에서 각지게 회전되는, 이미지 디스플레잉 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 렌트큘러 소자는, 상기 원통형 렌즈들이 상기 매트릭스의 열들과 평행을 이루도록 배치되는, 이미지 디스플레잉 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 원통형 렌즈들 각각의 피치는, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 적어도 2와 3분의 2의 픽셀들을 넘어 뻗어나가고, 상기 제 1 평행 라인들은, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 적어도 하나의 서브-픽셀만큼 서로 오프셋되며, 그리고 상기 제 2 평행 라인들은, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 적어도 하나의 서브-픽셀만큼 서로 오프셋되는, 이미지 디스플레잉 방법.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 원통형 렌즈들 각각의 피치는, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 2와 3분의 2의 픽셀들 미만으로 뻗어나가고, 상기 제 1 평행 라인들은, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 하나의 서브-픽셀 미만만큼 서로 오프셋되며, 그리고 상기 제 2 평행 라인들은, 상기 행들 중 하나를 따라 측정될 시에, 하나의 서브-픽셀 미만만큼 서로 오프셋되는, 이미지 디스플레잉 방법.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 분할하는 단계는 회절 분할 소자들을 사용하여 처리되는, 이미지 디스플레잉 방법.
  19. 청구항 12에 있어서,
    상기 분할하는 단계는 굴절 분할 소자들을 사용하여 처리되는, 이미지 디스플레잉 방법.
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