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JP2007004179A - 2次元兼用の立体映像表示装置 - Google Patents

2次元兼用の立体映像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 簡単な偏光素子の組み合わせ及び時分割方式を使用して低コストで立体映像の水平解像度の低下なしに3次元映像を具現できる2次元兼用の立体映像表示装置を提供する。
【解決手段】 入力された映像信号によって空間変調して映像を形成するディスプレイパネル、映像信号に同期して印加される電圧によって、入射ビームの偏光方向を変換させる偏光変換素子、及び第1偏光方向の第1偏光部と第2偏光方向の第2偏光部とが交互に配列されたものであって、偏光変換素子を通過したビームを偏光方向によって第1偏光部及び第2偏光部のうち少なくとも一つを通じて通過させるスイッチングバリアユニットを備えることを特徴とする2次元兼用の立体映像表示装置である。
【選択図】 図4

Description

本発明は、立体映像表示装置に係り、特に解像度の低下なしに立体映像を表示し、さらに低コストで生産可能な2次元兼用の立体映像表示装置に関する。
一般的に、3次元映像は、人間の両眼を通じたステレオ視覚の原理によりなるが、両眼が約65mm離れて存在するために表れる両眼視差が立体感の最も重要な要因であるといえる。3次元映像ディスプレイには、眼鏡を利用したディスプレイ及び無眼鏡方式のディスプレイがあり、無眼鏡方式のディスプレイは、眼鏡を使用せずに左右映像を分離して3次元映像を得ることである。無眼鏡方式には、例えばパララックスバリア方式及びレンチキュラー方式がある。
パララックスバリア方式やレンチキュラー方式のディスプレイパネルの前または後に特殊な光学板、例えばバリアやレンチキュラーレンズなどを位置させて、異なる時点の映像を空間的に適切に分離させるという点で、その基本的な原理は類似している。このとき、異なる時点の映像が分離されつつ特定の視域を形成するが、観察者の両眼が該視域内に位置するときにのみ立体映像を正しく観察できる。
パララックスバリア方式は、左右の両眼がそれぞれ見ねばならない画像を交互に垂直のパターン状に印刷または写真で印画して、それを非常に細い垂直の格子列、すなわちバリアを利用して見ることである。これにより、左眼に入る垂直のパターンの画像と右眼に入る垂直のパターンの画像とがバリアにより配分されて、左眼と右眼でそれぞれ異なる時点の画像が見られることによって、立体映像と見られる。
特許文献1に開示されたパララックスバリア方式によれば、図1に示したように、観察者の左眼LE及び右眼REに対応する左眼画像情報Ln及び右眼画像情報Rnを有する液晶パネル3の前に、垂直の格子状の開口5及びマスク7を有するパララックスバリア10を配置し、パララックスバリア10の開口5を通じて映像を分離する。液晶パネル3には、左眼に入力される画像情報Lnと右眼に入力される画像情報Rnとが水平方向に沿って交互に配列されている。
例えば、左眼画像情報Lnを有する画素と右眼画像情報Rnを有する画素とが一組となり、開口5を中心に左右の画素がそれぞれ異なる時点の画素となって立体映像を具現できる。例えば、第1左眼画像が左眼に、第1右眼画像が右眼にそれぞれ入り、第2左眼画像が左眼に、第2右眼画像が右眼にそれぞれ入り、同じ方式で左右の画素がそれぞれ対応する左眼と右眼とに入る。
かかる方式によれば、開口5を通じて画像が形成される一方、マスク7を通じては画像が遮断されるため、図2に示したように、左眼画像Lは、例えば奇数列画像のみで構成される一方、右眼画像Rは、例えば偶数列画像のみで構成される。
したがって、ディスプレイの全体的に解像度が低下し、3次元映像の輝度が低下するという問題点がある。
視域分離手段として利用されるバリアは、通常、透明フィルムやガラス板上に周期的に反復されるストライプパターンを印刷して製作するが、電気的な方法でバリアを具現する方法もある。この場合、図3のように、映像をディスプレイするためのディスプレイパネル46の前面にバリアとして動作するためのLCD(液晶表示)パネル28がさらに備えられる。かかる液晶バリア方式は、バリアの形態を能動的に調節できるが、ディスプレイパネル以外にLCDパネルをさらに備えねばならないので、工程が複雑であり、製造コストが上昇するという短所がある。
米国特許第5,315,377号明細書 特開平11−84131号公報 韓国特許公開10−2004−0071638号公報 韓国特許公開10−2004−0077596号公報 米国特許第6,710,920 B1
本発明の目的は、2次元映像及び3次元映像を選択的に表示でき、解像度の低下なしに立体映像を表示し、製作が容易な2次元兼用の立体映像表示装置を提供するところにある。
前記目的を達成するために、本発明による2次元兼用の立体映像表示装置は、入力された映像信号によって空間変調して映像を形成するディスプレイパネル、前記映像信号に同期して印加される電圧によって、入射ビームの偏光方向を変換させる偏光変換素子、及び第1偏光方向の第1偏光部と第2偏光方向の第2偏光部とが交互に配列されたものであって、前記偏光変換素子を通過したビームを偏光方向によって前記第1偏光部及び第2偏光部のうち少なくとも一つを通じて通過させるスイッチングバリアユニットを備えることを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明による2次元兼用の立体映像表示装置は、入力された映像信号によって空間変調して映像を形成するディスプレイパネル、前記映像信号に同期して印加される電圧によって、入射ビームの偏光方向を変換させる偏光変換素子、及び前記偏光変換素子から出力されたビームの位相を遅延させる位相遅延部と偏光変換素子から出力されたビームを通過させる透過部とが交互に配列された部分位相遅延板と、前記部分位相遅延板の次に配置された偏光板とを備えたスイッチングバリアユニットを備えることを特徴とする。
前記偏光変換素子に電圧を印加する電圧駆動源を備えることを特徴とする。
前記第1偏光部及び第2偏光部は、互いに直交する直線偏光方向を有することが望ましい。
前記第1偏光方向または第2偏光方向は、前記ディスプレイパネルから出力された映像ビームの偏光方向と同じであることが望ましい。
前記ディスプレイパネルは、LCDまたはFLCD(フェロエレクトリック液晶表示)であることを特徴とする。
前記偏光変換素子は、入射ビームの偏光方向を45°にして2次元映像を表示することを特徴とする。
前記隣り合う第1偏光部の間または隣り合う第2偏光部の間の間隔ピッチpは、下記の条件式を満足させることを特徴とする:
Figure 2007004179

ここで、m=e/iであり、eは、左眼と右眼との平均距離であり、iは、ディスプレイパネルのピクセルピッチを表す。
本発明による立体映像表示装置は、簡単な偏光素子の組み合わせ及び時分割方式を使用して低コストで立体映像の水平解像度の低下なしに3次元映像を具現できる。また、偏光変換素子の電圧を調節して、3次元映像だけでなく2次元映像を共にディスプレイできる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図4に示すように、本発明による立体映像表示装置は、映像を形成するディスプレイパネル100、ディスプレイパネル100から出力された映像ビームの偏光方向を印加された電圧によって変換する偏光変換素子110及び偏光変換素子110を通過したビームを偏光方向によって通過または遮断するためのパターンに形成されたスイッチングバリアユニット120を備える。
ディスプレイパネル100は、偏光依存型のLCDまたはFLCDであることが望ましく、透過型または反射型でありえる。ディスプレイパネル100は、具体的に、第1偏光板101、第1ガラス板102、TFT(薄膜トランジスタ)駆動部103により駆動されるTFT 104、第2ガラス板105及び第2偏光板106を備えて構成される。
偏光変換素子110は、多様な方法で具現可能であるが、例えば液晶に印加する電圧によってその偏光方向が変換される液晶偏光変換器で構成されうる。例えば、偏光変換素子110に電圧駆動源114から第1電圧V1が入力されるとき、入射ビームの偏光方向がそのまま維持されて通過され、第2電圧V2が入力されるとき、入射ビームの偏光方向が90°変換し、第3電圧V3が入力されるとき、入射ビームの偏光方向が45°変換する。偏光変換素子110には、同期部112によりディスプレイパネル100での映像出力と同期されて電圧が印加される。
スイッチングバリアユニット120は、第1偏光方向を有する第1偏光部120aと第2偏光方向を有する第2偏光部120bとが交互に配列されたパターンに構成されうる。前記第1偏光方向及び第2偏光方向は、互いに直交する直線偏光であることが望ましく、例えば第1偏光方向は、ディスプレイパネル100から出射されるビームの偏光方向と同じであり、第2偏光方向は、ディスプレイパネル100から出射されるビームの偏光方向に直交する方向を有する。ディスプレイパネル100で形成された映像ビームがスイッチングバリアユニット120を通過するとき、第1偏光部120aを通じて通過され、第2偏光部120bにより遮断されるか、または第1偏光部120aにより遮断され、第2偏光部120bを通じて通過することによって、解像度の低下なしに3次元映像を具現できる。
隣り合う第1偏光部120aの間または隣り合う第2偏光部120bの間の間隔ピッチpは、次の式により決定される。
Figure 2007004179

ここで、m=e/iであり、eは、左眼と右眼との平均距離であって、例えば65mmであり、iは、ディスプレイパネルのピクセルピッチを表す。式(1)によるピッチpは、既存の固定式バリア方式の立体映像表示装置でのバリア間のピッチと同一に適用される。そして、式は、一般的な2時点のバリア構造に適用される。
第1実施形態による3次元映像ディスプレイ装置で3次元映像が表示される作用について説明すると、次の通りである。
図5Aに示すように、ディスプレイパネル100に入力される一つのフレームの映像信号は、第1フィールド映像信号と第2フィールド映像信号とで構成され、第1フィールド映像信号と第2フィールド映像信号とが時間順次にディスプレイパネル100に入力される。ディスプレイパネル100から出力される第1フィールド映像ビームが第1偏光方向を有するとき、例えばS偏光ビームであるとき、偏光方向変換素子110に、前記第1フィールド映像に同期されてV1の電圧が印加されれば、前記第1フィールド映像ビームは、偏光方向が変わらず、偏光方向変換素子110を通過してスイッチングバリアユニット120に入射される。第1偏光ビームは、スイッチングバリアユニット120の第1偏光部120aを通じて通過する一方、第2偏光部120bにより遮断されて、結果的にスイッチングバリアユニットが120’で表示された等価化されたバリアのように作用する。
次いで、図5Bに示すように、ディスプレイパネル100から第2フィールド映像ビームが出力されるとき、偏光方向変換素子110に、前記第2フィールド映像に同期されてV2の電圧が印加されれば、前記第2フィールド映像ビームは、偏光方向が第2偏光方向、例えばP偏光ビームに変換されて、スイッチングバリアユニット120に入射される。第2偏光ビームは、スイッチングバリアユニット120の第1偏光部120aにより遮断され、第2偏光部120bを通じて通過して、結果的に120”で表示された等価化されたバリアのように作用する。このように、スイッチングバリアユニット120は、入射ビームの偏光方向によってビームを通過させる開口部とビームを遮断させる非開口部とが時間順次に反転されつつスイッチングされることによって、3次元映像を解像度の低下なしに具現可能にする。
図6は、第1フィールド映像がスイッチングバリアユニット120の第1偏光部120aを通過して左眼映像と右眼映像とに分離され、第2フィールド映像がスイッチングバリアユニット120の第2偏光部120bを通過して左眼映像と右眼映像とに分離されることを図表化した図であって、3次元映像が解像度の低下なしに具現されることを示す。
図7Aは、偏光変換素子110で偏光方向の変化なしに通過された第1偏光方向を有する第1フィールド映像が、等価化されたスイッチングバリアユニット120’を通じて左眼映像と右眼映像とに分離される場合を示す図であって、第1フィールド映像に対しては、左眼に偶数列の左眼映像Lf1、右眼に奇数列の右眼映像Rf1が結ばれる。ここで、実線は、スイッチングバリアユニットの開口部を通じて通過するビームを、点線は、スイッチングバリアユニットの非開口部を通じて遮断されるビームを表したものであり、左眼映像と右眼映像とを区別して示した。
図7Bは、偏光変換素子110で偏光方向が第2偏光方向に変換されて等価化されたスイッチングバリアユニット120"を通じて点線で表示された第2フィールド左眼映像Lf2と第2フィールド右眼映像Rf2とに分離されて、それぞれ左眼と右眼とに結ばれる場合を示す図である。第2フィールド映像に対しては、左眼に奇数列の左眼映像Lf2、右眼に偶数列の右眼映像Rf2が結ばれる。
これと異なり、第1フィールド映像に対しては、左眼に奇数列の左眼映像、右眼に偶数列の右眼映像を結び、第2フィールド映像に対しては、左眼に偶数列の左眼映像、右眼に奇数列の右眼映像を結ぶことも可能である。
第1フィールド映像及び第2フィールド映像は、人の目が感知できない速い速度で順次に出力されて、2次元映像に比べて解像度の低下なしに3次元映像を見ることができる。一般的に、第1フィールド映像と第2フィールド映像との周期が1/120秒以下であるとき、人の目が明滅を感知できないと知られており、この程度の動作速度は、FLCやOCB(Optical Compensated Bend)などの特殊な液晶を利用して具現可能である。
一方、本発明による立体映像ディスプレイ装置では、3次元映像と共に2次元映像が表示される。その作用効果について説明すれば、ディスプレイパネル100から出力された第1偏光ビームが偏光変換素子110に入射され、偏光変換素子110にV3電圧が印加されれば、ビームの偏光方向が45°に変換されてスイッチングバリアユニット120に入射される。図8は、45°の偏光方向を有するビームがスイッチングバリアユニット120に入射される場合を示す図であって、45°の偏光方向を有するビームは、第1偏光部120a及び第2偏光部120bの両側を通過する。このとき、入射ビームの一部は通過されずに損失されるが、第1及び第2偏光部120a,120bの両側を通じて通過されるので、等価化されたスイッチングバリアユニット120’’’の全体を通じて出力される。したがって、ディスプレイパネルにより形成された映像が左眼映像と右眼映像とに分離されずに、2次元映像を形成する。
前述したように、ディスプレイパネル100から出力される第1フィールド映像及び第2フィールド映像に同期されて時間順次に印加される第1電圧V1及び第2電圧V2によって駆動される偏光変換素子110を通じて、入射ビームの偏光方向が変換されてスイッチングバリアユニット120に入射されることによって、3次元映像が2次元映像に比べて解像度の低下なしに具現されうる。スイッチングバリアユニット120は、入射ビームの偏光方向によってバリア部がスイッチングされる作用を行う。
図9に示すように、本発明の第2実施形態による立体映像ディスプレイ装置は、映像を形成するディスプレイパネル200、前記映像ビームの偏光方向を変換する偏光変換素子210、及び偏光変換素子210を通過したビームの偏光方向によってビームを通過または遮断するパターンを有するスイッチングバリアユニット220を備える。
ディスプレイパネル200は、駆動部208により空間変調されて映像を形成するものであって、例えばLCDまたはFLCDで構成されうる。偏光変換素子210は、同期部212を通じて駆動部208に同期されて電圧駆動源214から印加される電圧によって、入射ビームの偏光方向を変換する。ディスプレイパネル200及び偏光変換素子210についての具体的な構造及び作用効果は、第1実施形態でのディスプレイパネル100及び偏光変換素子110と実質的に同一であるので、ここではその詳細な説明を省略する。
スイッチングバリアユニット220は、位相遅延部222aと透過部222bとが交互に反復されて配列された部分位相遅延板222及び偏光板224を備える。隣り合う位相遅延部222aの間の間隔ピッチ及び隣り合う透過部の間の間隔ピッチpは、式(1)によって設計される。位相遅延部222aは、1/2波長板であって、偏光変換素子210を通過したビームの偏光方向を90°遅延させることによって、S偏光ビームをP偏光ビームに、またはP偏光ビームをS偏光ビームに変換する。これと共に透過部222bを通過するビームは、偏光方向の変化なしに透過される。結果的に、部分位相遅延板222を通過したビームは、第1偏光ビームと第2偏光ビームとが混合されて存在し、偏光板224の偏光方向によって、第1偏光ビーム及び第2偏光ビームのうちいずれか一つのビームが偏光板224を通過する。
図10A及び図10Bは、スイッチングバリアユニット220のスイッチング作用を説明するための図である。偏光変換素子210を通じて第1偏光ビームが部分位相遅延板222に入射されれば、位相遅延部222aを通じて第1偏光ビームが第2偏光ビームに変換され、透過部222bを通じては第1偏光ビームがそのまま通過される。次いで、偏光変換素子210を通じて第2偏光ビームが部分位相遅延板222に入射されれば、位相遅延部222aを通じて第2偏光ビームが第1偏光ビームに変換され、透過部222bを通じては第2偏光ビームがそのまま通過される。第1偏光ビームが入射されたとき及び第2偏光ビームが入射されたときを比較すれば、第1偏光ビームと第2偏光ビームとの位置が互いに逆転され、結果的に偏光板224の偏光方向によって通過する偏光ビームの位置が相異なる。例えば、偏光板224が第1偏光方向を有するとき、第1偏光ビームのみが通過され、第2偏光ビームは遮断され、通過される第1偏光ビームの位置が時間順次にスイッチングされることによって、スイッチングバリアの機能を行う。かかる作用は、等価化されたスイッチングバリアユニット220’,220”を通じて容易に分かる。
図11は、第2実施形態による立体映像表示装置で2次元映像が具現されるとき、スイッチングバリアユニット220の作用を説明するための図である。
ディスプレイパネル200で2次元映像が形成されるとき、偏光変換素子210で第3電圧V3が印加され、偏光変換素子210により映像ビームの偏光方向が45°に変換されてスイッチングバリアユニット220に入射される。45°の偏光方向を有するビームが位相遅延部222a及び透過部222bの両側を通じて通過された後、偏光板224を通じて通過される。結果的に、等価化されたスイッチングバリアユニット220’’’のようにスイッチングバリアユニット220の全体を通じて映像が通過されるので、左眼映像と右眼映像とに分離されず、2次元映像が具現される。
本発明では、必要に応じて、2次元モード及び3次元モードを選択的に具現でき、3次元映像を2次元映像に比べて解像度の低下なしに具現できる。
前記した実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想により決まらねばならない。
本発明は、立体映像表示装置関連の技術分野に適用可能である。
従来の米国特許第5,315,377号明細書に開示されたパララックスバリア方式による3次元映像ディスプレイ装置を概略的に示す図である。 図1に示した3次元映像ディスプレイ装置により右眼映像と左眼映像とがディスプレイされた状態を示す図である。 従来にバリア素子としてLCDパネルを採用した3次元映像ディスプレイ装置を示す図である。 本発明の第1実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置の概略的な構成図である。 第1偏光ビームが第1実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置に備えられたスイッチングバリアユニットに入射されたときの等価化されたバリアユニットを示す図である。 第2偏光ビームが第1実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置に備えられたスイッチングバリアユニットに入射されたときの等価化されたバリアユニットを示す図である。 本発明による2次元兼用の立体映像表示装置において、第1フィールド映像信号と第2フィールド映像信号とが順次に入力されるときに3次元映像が具現される過程を示すダイヤグラムである。 本発明の第1実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置において、第1偏光方向を有する第1フィールド映像が左眼と右眼とに分離されて3次元映像が表示される原理を説明するための図である。 本発明の第1実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置において、第2偏光方向を有する第2フィールド映像が左眼と右眼とに分離されて3次元映像が表示される原理を説明するための図である。 本発明の第1実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置において、2次元映像が表示される原理を説明するための図である。 本発明の第2実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置の概略的な構成図である。 本発明の第2実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置に備えられたスイッチングバリアユニットに第1偏光ビームが入射されたときの等価化されたバリアユニットを示す図である。 本発明の第2実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置に備えられたスイッチングバリアユニットに第2偏光ビームが入射されたときの等価化されたバリアユニットを示す図である。 本発明の第2実施形態による2次元兼用の立体映像表示装置において、2次元映像が表示される原理を説明するための図である。
符号の説明
100 ディスプレイパネル
101 第1偏光板
102 第1ガラス板
103 TFT駆動部
104 TFT
105 第2ガラス板
106 第2偏光板
110 偏光変換素子
112 同期部
114 電圧駆動源
120 スイッチングバリアユニット
120a 第1偏光部
120b 第2偏光部

Claims (14)

  1. 入力された映像信号によって空間変調して映像を形成するディスプレイパネルと、
    前記映像信号に同期して印加される電圧によって、入射ビームの偏光方向を変換させる偏光変換素子と、
    第1偏光方向の第1偏光部と第2偏光方向の第2偏光部とが交互に配列されたものであって、前記偏光変換素子を通過したビームを偏光方向によって前記第1偏光部及び第2偏光部のうち少なくとも一つを通じて通過させるスイッチングバリアユニットとを備えることを特徴とする2次元兼用の立体映像表示装置。
  2. 入力された映像信号によって空間変調して映像を形成するディスプレイパネルと、
    前記映像信号に同期して印加される電圧によって、入射ビームの偏光方向を変換させる偏光変換素子と、
    前記偏光変換素子から出力されたビームの位相を遅延させる位相遅延部と偏光変換素子から出力されたビームを通過させる透過部とが交互に配列された部分位相遅延板、及び前記部分位相遅延板の次に配置された偏光板を備えたスイッチングバリアユニットとを備えることを特徴とする2次元兼用の立体映像表示装置。
  3. 前記偏光変換素子に電圧を印加する電圧駆動源を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  4. 前記第1偏光部と第2偏光部とは、互いに直交する直線偏光方向を有することを特徴とする請求項1に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  5. 前記第1偏光方向または第2偏光方向は、前記ディスプレイパネルから出力された映像ビームの偏光方向と同じであることを特徴とする請求項1に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  6. 前記ディスプレイパネルに一つのフレームの映像を構成する第1フィールド映像信号及び第2フィールド映像信号は、時間順次に入力されることを特徴とする請求項1または2に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  7. 前記第1フィールド映像信号は、右眼映像の奇数列と左眼映像の偶数列とを交互に表示し、第2フィールド映像信号は、左眼映像の奇数列と右眼映像の偶数列とを交互に表示することを特徴とする請求項6に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  8. 前記第1フィールド映像信号は、右眼映像の偶数列と左眼映像の奇数列とを交互に表示し、第2フィールド映像信号は、左眼映像の偶数列と右眼映像の奇数列とを交互に表示することを特徴とする請求項6に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  9. 前記ディスプレイパネルは、LCDまたはFLCDであることを特徴とする請求項1または2に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  10. 前記位相遅延部は、入射ビームの偏光位相を1/2波長遅延させることを特徴とする請求項2に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  11. 前記偏光板は、前記ディスプレイパネルから出力された映像ビームの偏光方向と同じ偏光方向を有することを特徴とする請求項2に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  12. 前記偏光変換素子は、入射ビームの偏光方向を45°にして2次元映像を表示することを特徴とする請求項1または2に記載の2次元兼用の立体映像表示装置。
  13. 前記隣り合う第1偏光部の間または隣り合う第2偏光部の間の間隔ピッチpは、下記の条件式を満足させることを特徴とする請求項1に記載の2次元兼用の立体映像表示装置:
    Figure 2007004179

    ここで、m=e/iであり、eは、左眼と右眼との平均距離であり、iは、ディスプレイパネルのピクセルピッチを表す。
  14. 前記隣り合う位相遅延部の間または隣り合う透過部の間の間隔ピッチpは、下記の条件式を満足させることを特徴とする請求項2に記載の2次元兼用の立体映像表示装置:
    Figure 2007004179

    ここで、m=e/iであり、eは、左眼と右眼との平均距離であり、iは、ディスプレイパネルのピクセルピッチを表す。
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