KR100759502B1 - 입체화상 표시장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 문자 및 2차원 화상을 표시한 경우의 해상도를 증가시키는 것을 가능하게 한다.

(해결수단) 표시면 내에 복수의 화소가 배열된 2차원 화상표시장치와, 상기 표시면의 전면 혹은 배면에 설치되고 복수의 개구부 혹은 복수의 렌즈가 나란히 늘어서서 배치되어 상기 화소로부터의 광선을 제어하는 광선 제어부를 구비하고, 상기 광선 제어부로부터 2차원 문자 또는 2차원 화상의 표시위치까지의 거리(z)는, 화상 제작시의 시거리를 L, 상기 개구부 또는 렌즈의 피치를 lp, 시역각을 2θ, 상기 화소의 피치를 p_p로 하면, 비출영역에 있어서,

0 < z < L×D / (1 + D) / 2

안길이영역에 있어서,

0 < z < L×D / (1 - D) / 2

를 만족하고, D는

D = L / 8 / (L / 2 / lp)² / tan(θ) / p_p

로 표시되는 것을 특징으로 한다.

Description

입체화상 표시장치 {STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAYING DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 입체화상 표시장치를 나타낸 도면,

도 2는 관측자가 주광선을 2개 보는 위치에 있는 경우의 관측자의 눈에 비치는 시차화상을 나타낸 모식도,

도 3은 제3실시형태에 따른 문자의 최적 표시위치의 구성을 나타낸 도면,

도 4는 제1실시형태에 있어서, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 표시한 경우에 2차원 화상표시장치 상의 시차번호의 어디에 투영되는가를 설명하는 도면,

도 5는 제1실시형태에 있어서, 2차원 문자를 안길이영역에 표시한 경우의 광선의 괘적을 나타낸 도면,

도 6은 렌즈의 초점거리와 갭이 같은 경우의 입체화상 표시장치의 평면도,

도 7은 렌즈의 초점거리보다 갭이 두꺼운 경우의 입체화상 표시장치의 평면도,

도 8은 렌즈의 초점거리보다 갭이 짧은 경우의 입체화상 표시장치의 평면도,

도 9는 본 발명의 1실시예에 따른 입체화상 표시장치의 상면도,

도 10은 본 발명의 1실시예에 따른 입체화상 표시장치를 측면으로부터 본 도면,

도 11은 입체화상 표시장치를 보는 각도와 갭의 변화비율을 나타낸 도면,

도 12는 최적의 표시위치와 1렌즈피치로부터의 광선밀도의 관계를 나타낸 도면,

도 13은 최소문자폭/렌즈피치에 의한 최소문자폭과 1렌즈피치로부터의 광선밀도의 관계를 나타낸 도면,

도 14는 3차원 화상표시영역과 위상(僞像: 거짓상)이 보이지 않는 시역(視域)영역의 관계를 나타낸 도면,

도 15는 3차원 화상표시영역과 2차원 문자의 위상이 보이지 않는 시역영역의 관계를 나타낸 도면,

도 16은 본 발명의 1실시예에 따른 입체화상 표시장치의 표시예를 나타낸 도면,

도 17은 본 발명의 1실시예에 따른 입체화상 표시장치의 표시예를 나타낸 도면,

도 18은 입체화상 표시장치에 표시한 물체의 비출(飛出)방향(튀어나온 방향: 이하 "비출방향"이라 기재함), 안길이방향의 위치와 해상도의 관계를 나타낸 도면,

도 19는 입체화상 표시장치에 있어서, 2차원 문자 혹은 2차원 화상을 표시면에 표시한 때의 광선의 괘적도,

도 20은 IP법의 나이키스트 주파수에 의한 해상도를 설명하는 평면도,

도 21은 IP법의 하나의 렌즈로부터 출사되는 광선밀도에 의한 해상도를 설명하는 평면도,

도 22는 본 발명의 제6실시형태에 따른 입체화상 표시장치를 설명하는 도면,

도 23은 렌즈의 두께와 2차원 화상표시장치의 표시면에서의 시차수와의 관계를 나타낸 그래프,

도 24는 문자의 최적위치와 갭의 관계를 확산필름이 없는 상태에서 시뮬레이션 및 실측한 관계를 나타낸 그래프,

도 25는 문자의 최적위치와 갭의 관계를 확산필름이 있는 상태에서 시뮬레이션 및 실측한 관계를 나타낸 그래프,

도 26은 본 발명의 1실시형태에 있어서, 관측자의 위치에서 좌우의 인접 시차광선이 보이는 범위를 나타낸 수평단면도이다.

[부호의 설명]

1 2차원 화상표시장치

2 렌티큘러 렌즈

3 인접 시차광선과 인접 주광선이 교차하는 점의 비출량의 1/2 이내인 영

역

4 관측자의 눈동자(관측자)

5 주광선이 주로 보이는 영역

6 인접 시차가 주로 보이는 영역

7 주광선의 중앙부의 괘적

8 주광선의 퍼짐에 의해 주광선이 보이는 영역

9 인접 시차광선의 중앙부의 괘적

10 인접 시차광선의 퍼짐에 의해 인접 시차광선이 보이는 영역

11 2차원 화상표시면에서의 시차번호(시차화상)

19 비출영역에 표시한 2차원 문자 혹은 2차원 화상

12 2차원 화상표시장치 상의 화상패턴

13 2D(2차원) 문자를 표시하는 위치와 그 시차번호 할당

14 2D 문자를 표시하는 위치에서의 이미지상

15 인접 시차화상과 주광선이 교차하는 위치

16 눈동자 위치에서 보이는 2D 문자의 시차번호 할당

17 눈동자 위치에서 보이는 2D 문자의 이미지

18 관찰자의 위치에서 보이는 주광선과 인접 시차광선이 표시하는 수평방향

의 상

29 렌즈의 중앙위치로부터의 화상

30 렌즈의 단(端: 끝)으로부터의 화상

34 입체화상 작성시의 시거리

35 2D 문자를 보는 관측자의 위치

36 관측자의 눈으로 들어오는 화상 끝으로부터의 시차광원

61 2차원 화상표시장치

62 개구부

63 차단부

64 관측자

65 정상의 화상이 보이는 시역

66 시역각의 반 θ

67 광선

68 개구부와 차단부를 가진 슬릿 혹은 렌즈어레이

69 좌안(左眼: 왼쪽 눈)

70 우안(右眼: 오른쪽 눈)

71 가까이 있는 물체

72 멀리 있는 물체

73 입체표시하고자 하는 물체상

본 발명은 입체화상 표시장치에 관한 것이다.

다수의 시차화상을 표시하는 인테그랄 포토그래피(Integral Photography)법(이하, IP법이라고도 한다) 혹은 광선재생법이라 불리는 입체상을 무엇인가의 방법으로 기록하고 이것을 입체상으로서 재생하는 방법이 알려져 있다. 좌우의 눈으로부터 물체를 보았을 때에, 가까운 거리에 있는 A점을 본 때의 좌우의 눈과 이루는 각도를 α, 먼 거리에 있는 B점을 본 때의 좌우의 눈과 이루는 각도를 β라 하면, α와 β는 그 물체와 관찰자의 위치관계에 따라 달라진다. 이 (α-β)를 양안시차(兩眼視差)라고 부르고, 사람은 이 양안시차에 민감하여 입체시(立體視)를 할 수 있다.

근래, 안경 없는 입체 디스플레이의 개발이 진행되고 있다. 이들 대부분은 통상의 2차원 디스플레이를 이용하지만, 그 디스플레이의 전면 혹은 배면에 어떤 광선 제어소자를 설치함으로써, 앞에 설명한 양안시차를 이용하여 관찰자로부터 보았을 때, 마치 디스플레이로부터 전후 수㎝의 거리의 물체로부터 광선이 나오는 것처럼 디스플레이로부터의 광선의 각도를 제어함으로써, 가능하게 된다. 배경에는, 디스플레이의 고정세화에 의해 디스플레이의 광선을 수종류의 각도(시차(視差)라 한다)로 나누어도, 어느 정도 고정세의 화상을 얻을 수 있게 되었기 때문이다.

안경 없는 입체 디스플레이 중, 수평방향에 관해 시차를 주는 경우의 디스플레이의 구성의 개략에 대해 설명한다. 이 디스플레이는 2차원 화상표시장치와 관측자 사이에 광선 제어소자가 설치되어 있다. 어떤 관찰방향으로부터 본 경우의 화상정보를 2차원 화상표시장치에 다수 표시해 놓고, 표시면의 전면에 설치한 슬릿, 핀홀, 마이크로렌즈 혹은 렌티큘러 등의 개구부와 차단부를 가진 어레이판(광선 제어소자) 넘어 화상을 관측자가 관측함으로써, 관측방향에 따른 입체화상이 표시되는 것이다. 이 입체 디스플레이는 다시차(多視差) 표시가 가능하기 때문에, 관찰자가 움직여도 그 위치에 따른 화상을 볼 수 있다. 즉, 운동시차의 표시가 가능하기 때문에, 자연적인 입체시(立體視)가 가능하다. 또, 입체상을 재생하는 광선이 실물체가 실제로 배치된 경우와 마찬가지의 경로를 따라가기 때문에, 시야 투쟁의 문제도 생기지 않는 점에서 우수하다.

그런데, 시차화상을 작성하고, 개구부 넘어 각 화소정보로서 시차화상을 표시하는 방법에는, 크게 나누어 입체상을 재생하는 광선을 화소 측으로부터 발생시 킴으로써 화상매핑을 행하는 방법과, 관측자의 시점위치로부터 화소로 향하여 광선을 반대로 따라감으로써 화상매핑을 행하는 방법의 2종류가 있다. 여기서는, 전자의 방법을 이용하여 화상매핑을 IP법으로 하고, 후자의 방법을 다시차의 스테레오스코프(stereoscope), 패럴랙스 배리어(parallax barrier: 시차 장벽)법이라 불러서 구별한다.

IP법의 광선묶음(光線束)은 관측자의 눈의 위치로 향하고 있는 것이 아니라, 관측자의 방향으로 향하여 시차수분, 모든 개구부로부터 거의 등간격으로 출사하고 있다. 그 때문에, 관측자가 움직였을 때의 운동시차가 우수한 부분만큼, 본래의 2차원 표시의 디스플레이와 비교하여 시점위치를 고정한 경우의 어떤 각도에서의 구성화소수가 적어 관측자의 눈의 위치로 향하여 광선을 출사하고 있는 입체 디스플레이에 비해 해상도가 떨어진다. 문자표시, 렌즈나 슬릿에 대해 비스듬한 성분을 가지는 구(球)표시 등 어떤 일정한 해상도가 필요한 경우, 렌티큘러(평면상의 슬릿) + 표시장치에서 형성되는 평행투영의 3차원 디스플레이에 있어서, 렌티큘러의 피치에 의해 결정되는 해상도가 한계로 되기 때문에, 미세한 문자표현, 원활한 곡선표시가 곤란하였다. 2차원 문자 혹은 2차원 화상을 3차원 디스플레이에 표시하는 궁리가 이루어지고 있는 예가, 이하에 보인다.

렌티큘러 렌즈를 이용한 화상표시방법에 있어서, 입체화상의 표시위치를 명확히 할 수 있는 동시에 입체화상의 안길이(depth: 깊이)를 임의로 설정할 수 있는 화상표시방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌1 참조). 이 방법에 있어서는, n면의 원화상의 각 화상을 렌티큘러 렌즈에 의한 확대방향으로 1/n로 축소하고, 축소한 화상을 렌티큘러 렌즈의 렌즈피치(P)의 폭의 거의 1/n의 폭으로 되는 스트라이프모양의 화상으로 분할하며, 당해 스트라이프화상을 렌티큘러 렌즈의 각 단위렌즈 아래에 순차 배분하도록 하여 합성화상을 형성함과 더불어, 이 합성화상을 렌티큘러 렌즈를 통해 소정의 결상면 상에 거의 n배로 확대되어 결상되도록 렌티큘러 렌즈의 배율에 기초하여 렌티큘러 렌즈로부터 소정의 거리에 배치함으로써, 입체화상의 표시위치를 명확히 할 수 있는 동시에, 이 때 n면의 원화상 사이에 소망하는 흔들림을 마련하면 입체화상의 안길이를 소망하는 값으로 설정할 수 있다. 상기 특허문헌1에 기재된 방법은, 임의의 표시위치에 문자를 작성하는 방법을 설명하고 있지만, 문자의 해상도 향상에 대해서는 설명하고 있지 않다.

다음으로, 좌안(左眼: 왼쪽 눈) 및 우안(右眼: 오른쪽 눈)용 영상신호를 압축처리하여 전송하는 디지털 입체방송에 있어서, 캐릭터 등을 텔롭(Television Opaque Projector) 표시하는 것과 같은 텔롭 표시장치에 관한 것으로, 입체영상의 입체감을 손상시키는 일없이 입체방송 프로그램 시청 중에 긴급방송 등의 텔롭을 화면에 표시할 수 있는 텔롭 표시장치가 제공되어 있다(예컨대, 특허문헌2 참조). 이 텔롭 표시장치는 안테나를 매개로 하여 튜너에 의해 디지털 방송을 수신하고, 분리회로로 영상 데이터와 텔롭 데이터와 음성 데이터를 분리한다. CPU가 텔롭 데이터가 있음을 판별하면, 텔롭 데이터 유무 표시회로를 점등시키고, 시청자가 그것을 보고 리모콘으로 지령을 준다. 그러면, 우안용 영상과 좌안용 영상에 기초한 입체영상을 표시하고 있는 영상표시부를 절환하여 시차가 부가된 텔롭정보가 영상표시부에 표시된다. 이 텔롭 표시장치는 회로방식에 대해 설명하고 있고, 문자표 시의 최적위치에 대해서는 설명하고 있지 않다.

최후로, 3차원 화상이 표시가능한 3차원 표시 디바이스에, 2차원 화상을 표시하는 것이 가능한 화상표시장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌3 참조). 이 화상표시장치는 3차원 표시 디바이스와, 이 3차원 표시 디바이스를 제어하는 제어부를 갖추고 있다. 제어부는 2차원 화상 데이터에 대응하는 묘화패턴을 취득하고, 묘화패턴을 3차원 표시 디바이스에 표시한다. 묘화패턴은, 묘화패턴을 3차원 표시 디바이스에 표시한 때의 색이 2차원 화상 데이터를 2차원 표시 디바이스에 표시한 때의 색과 의사적으로 동일하게 되도록 구성되어 있다. 상기 화상표시장치는 시차화상의 나눔을 수평방향의 R, G, B의 서브픽셀로 행한 경우, 문자가 색을 띠어 버린다고 하는 문제점을 해결하기 위해, 화상매핑을 궁리한 것으로, 해상도 향상에 대해서는 설명하고 있지 않다.

IP법에 있어서, 표시면으로부터 떨어진 위치에 입체를 재현하도록 하면, 개구부 혹은 렌즈를 매개로 하여 할당된 광선묶음이 퍼짐으로써, 해상도가 급격히 저하된다고 하는 문제점이 있다(비특허문헌1 참조).

[특허문헌1] 일본 특개평07-49466호 공보

[특허문헌2] 일본 특개평10-327430호 공보

[특허문헌3] 일본 특개평2001-333437호 공보

[비특허문헌1] H. Hoshino, F. Okano, H. Isono and I. Yuyama "Analysis of resolution limitation of integral photography" J. Opt. Soc. Am, A15 (1988) 2059-2065.

IP법에 있어서, 표시면으로부터 떨어진 위치에 입체를 재현하도록 하면, 개구부 혹은 렌즈를 매개로 하여 할당된 광선묶음이 퍼짐으로써, 해상도가 급격히 저하된다고 하는 문제점에 대해 이하에 설명한다.

입체 디스플레이의 해상도를 나타내는 척도로서 β(cycle per radian: cpr)를 사용한다. β는 1라디안(radian)당 광선의 명암을 몇 사이클 표시할 수 있는가 하는 지표이다. 도 20에 나타낸 바와 같이, IP법에 있어서, 디스플레이 근방의 입체상에서의 해상도(βnyq)는 나이키스트 주파수(Nyquist frequency)라 부르고, 관측자로부터 개구부까지의 거리와, 렌즈 넘어 보이는 화소피치로 결정된다. 개구부 피치를 p_e, 관측자와 개구부 혹은 렌즈까지의 거리를 L로 하면, 개구부 피치(p_e)로 제한되는 해상도(βnyq)는,

βnyq = L / (2p_e) (1)

로 된다.

다음으로, 도 21에 나타낸 바와 같이 표시면으로부터 떨어진 위치, 즉 관측자(64)로부터 zi 떨어진 위치에 물체(73)를 재현하도록 하면, 광선 제어소자(68)의 개구부(62) 혹은 렌즈를 통해 할당된 광선묶음(67)이 퍼짐으로써, 해상도가 급격히 저하된다. 물체(73)를 표시장치(61)로부터 비출(飛出)한 영역(튀어나온 영역; 이하 "비출영역"이라 기재함), 혹은 안길이(깊이)영역에 재현하는 경우, 그 상을 재현하기 위해 하나의 슬릿으로부터 나오는 광선군으로부터 계산되는 해상도의 최대 치를 α_imax로 두면, 관측점으로부터 본 물체의 공간주파수는

β_imax = α_imax×zi / ｜L - zi｜ (2)

로 된다. 여기서, L은 관측자(64)와 광선 제어소자(68)의 거리이다. 실제의 해상도는 상기 (1), (2)를 비교한 경우의 낮은 쪽으로 되기 때문에,

B_imax = min(β_imax, βnyq) (3)

로 표시된다. 여기서, (1)식으로부터 개구부 피치(p_e)가 작아질수록, 즉 표시면의 정세도가 높을수록 입체상의 해상도가 증가함을 알 수 있다. 그러나, 표시면 자체의 화소피치를 좁게 하는 것은, 프로세스 변경 등이 일어나 용이하게 실현은 할 수 없다고 하는 문제점이 있다. 한편, 도 21에 있어서, 광선 제어소자(68)는 슬릿이고, 개구부(62)와 차단부(63)로 이루어진다.

또, 입체상(73)이 표시면 근방의 경우는, βnyq가 β_imax보다 작아지기 때문에, 지배적이다. 또, 입체상(73)이 표시면으로부터 떨어질수록, (2)식의 zi가 작아지기 때문에, β_imax의 해상도가 지배적이다. 예컨대, 어떤 시차수(視差數), 시역각(視域角)에 관한 (1)식, (2)식으로부터 결정되는 해상도를 도 18에 나타낸다. 도 18에 있어서, 횡축(z)은 관측자(64)로부터 입체표시물(73)까지의 거리이고, z=1.5m가 디스플레이(61)의 장소이다. 종축은 해상도로, (1)식에 의해 결정되는 렌즈피치로 결정되는 해상도(βnyq)와, (2)식에 의해 결정되는 렌티큘러 렌즈 중의 하나의 렌즈로부터 방사되는 광선밀도로부터 결정되는 해상도(β_imax)를 나타낸다. 도 18로부터, 표시면 근방, 즉 비출량(飛出量: 튀어나온 양)(이하, "비출량"이라 기재함) z_n=0.12m, 안길이량 z_f = 0.13m로 표현한 물체는 렌즈피치로부터 결정되는 βnyq가 β_imax보다 작아지기 때문에, 지배적으로 되고, z_n보다 비출량이 큰 영역과 z_f보다 안길이량이 큰 영역에서는, 개구부로부터의 광선밀도로부터 결정되는 β_imax가 지배적으로 됨을 알 수 있다.

도 18로부터, 문자 등, 해상도가 필요하게 되는 2차원 화상에 있어서, 나이키스트 주파수 이상의 해상도에서는 표시할 수 없으므로, 렌즈피치를 1비트로 하는 상당히 사이즈가 큰 문자를 표시하지 않으면 안된다고 하는 문제점이 있다.

또, 문자의 구성비트수로서, 12×12 이상이면 문자가 보기 쉬워진다고 하는 조사결과가 있다(예컨대, 이도 겐지 외, 「고정세 LCD에서의 문자의 독출 용이성에 관한 인간공학적 연구」 도시바 리뷰(Toshiba review) vol. 57 No. 6(2002) 참조). 그래서, 예컨대 렌즈피치를 1.5mm로 하면, 12포인트의 문자를 표현하고자 하면, 하나의 문자사이즈는 1.5×12=60mm로 되어 상당히 커지기 때문에, 표시할 수 있는 문자수도 적어지고 있다.

도 19에 3차원(입체) 표시장치를 상측으로부터 본 광선괘적과 구성을 나타낸다. 이 3차원 표시장치는 도 19의 (a)에 있어서 2차원 화상표시장치(1)와 렌티큘러 렌즈 등의 광선 제어소자(2) 및 관측자의 하나의 눈동자(4)에 대해 나타내고 있다. 최대 해상도로 되는 2차원 문자의 표시위치로서, 2차원 화상표시장치(1) 상에 나타내는 것으로 한다. 2차원 화상표시장치(1) 상에 나타낸 2차원 문자를 도 19의 (b)에 나타낸다. 도 19의 (a)에 있어서는, 표시위치(1)에 대해 바로 정면에 있는 관측자로 향하는 본래, 눈동자(4)로 들어가야 할 광선인 주광선(7)의 모습을 나타낸다. 예컨대, 시차수가 11시차인 경우, 도 19의 (c)에 나타낸 바와 같이 중앙의 6시차의 광선(7)만이 눈동자(4)로 들어간다. 그래서, 눈동자(4)로 들어가는 주광선(7)만에 의한 이미지상은 렌즈폭에 따라 퍼지기 때문에, 도 19의 (d)에 나타낸 바와 같이 해상도가 충분하지 않게 되어 문자로서 떨어지는 것으로 된다. 또, 마찬가지로 렌티큘러 렌즈(2)를 슬릿으로 바꾼 경우라도 샘플링점이 적어 문자인식이 곤란하게 된다.

본 발명은, 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 3차원 화상을 표시할 수 있는 동시에, 2차원 화상을 표시한 경우의 해상도를 증가시키는 것이 가능한 입체화상 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 태양(態樣)에 따른 입체화상 표시장치는, 표시면 내에 복수의 화소가 배열된 2차원 화상표시장치와, 상기 표시면의 전면 혹은 배면에 설치되고 복수의 개구부 혹은 복수의 렌즈가 나란히 늘어서서 배치되어 상기 화소로부터의 광선을 제어하는 광선 제어부를 구비하고, 상기 광선 제어부로부터 2차원 문자 또는 2차원 화상의 표시위치까지의 거리(z)는, 화상 제작시의 시거리를 L, 상기 개구부 또는 렌즈의 피치를 lp, 시역각을 2θ, 상기 화소의 피치를 p_p로 하면,

비출영역에 있어서,

0 < z < L×D / (1 + D) / 2

안길이영역에 있어서,

0 < z < L×D / (1 - D) / 2

를 만족하고, D는

D = L / 8 / (L/ 2 / lp)² / tan(θ) / p_p

로 표시되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 개구부 혹은 렌즈가 나란히 늘어서서 배치된 평면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 갭이, 시거리에서의 관측자로 향하는 광선의 괘적을 2차원 화상표시장치의 화소에 결상하는 초점거리 이상인 경우에는, 2차원 문자 표시 혹은 2차원 화상을 비출영역에 표시하고, 상기 복수의 개구부 혹은 렌즈가 나란히 늘어서서 배치된 평면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 갭이, 시거리에서의 관측자로 향하는 광선의 괘적을 2차원 화상표시장치의 화소에 결상하기 위한 초점거리보다 짧은 경우에는, 2차원 문자 표시 혹은 2차원 화상을 안길이영역에 표시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 시거리에 있는 관측자의 위치에 있어서, 하나의 개구부 혹은 하나의 렌즈를 매개로 하여 하나의 주광선과 2개 이상의 인접하는 인접 시차화상이 보이는 경우에, 상기 하나의 개구부 혹은 하나의 렌즈에 대해 보이는 시차수를 x로 하면, 상기 갭이 상기 초점거리 이상인 경우에는, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 상기 비출영역 내의 위치 z_nopt에 표시하고, 상기 갭이 상기 초점거리보다 짧은 경우에는, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 상기 안길이영역 내의 위치 z_fopt에 표시하며, 상기 위치 z_nopt 및 위치 z_fopt는,

z_nopt = z_n / (2x)

z_fopt = z_f / (2x)

로 표시되고, 여기서 z_n 및 z_f는

z_n = L×D / (1 + D)

z_f = L×D / (1 - D)

인 것이 바람직하다.

또한, 상기 시거리에 있는 관측자의 위치에 있어서, 하나의 개구부 혹은 하나의 렌즈를 매개로 하여 2개의 주광선과 2개 이상의 인접하는 인접 시차화상이 보이는 경우에, 상기 하나의 개구부 혹은 하나의 렌즈에 대해 보이는 시차수를 x로 하면, 상기 갭이 상기 초점거리 이상인 경우에는, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 상기 비출영역 내의 위치 z_nopt에 표시하고, 상기 갭이 상기 초점거리보다 짧은 경우에는, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 상기 안길이영역 내의 위치 z_fopt에 표시하며, 상기 위치 z_nopt 및 위치 z_fopt는,

z_nopt = z_n / x

z_fopt = z_f / x

로 표시되고, 여기서 z_n 및 z_f는

z_n = L×D / (1 + D)

z_f = L×D / (1 - D)

인 것이 바람직하다.

또한, 상기 위치 z_nopt 및 상기 위치 z_fopt는,

z_n / 6 < z_nopt < 4z_n / 10

z_f / 6 < z_fopt < 4z_f / 10

의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광선 제어부는 렌즈로 이루어지고, 이 렌즈와 상기 2차원 화상표시장치 사이의 갭의 두께(g)가, 렌즈의 초점거리를 f로 하면,

f + 1.24×(fcosθ×p_p) / lp < g < f + 3×(fcosθ×p_p) / lp

혹은

f - 1.24×(fcosθ×p_p) / lp < g < f - 3×(fcosθ×p_p) / lp

의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또한, 입체표시영역의 화상 작성시의 시거리보다도 2차원 문자 또는 2차원 화상의 표시영역의 화상 작성시의 시거리가 짧아지도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

[발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태]

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세히 설명한다.

(제1실시형태)

본 발명의 제1실시형태에 따른 입체화상 표시장치의 구성도를 도 1의 (a), (b)에 나타낸다. 도 1의 (a)는 제1실시형태에 따른 입체화상 표시장치의 구성을 나타낸 평면도이다. 이 실시형태에 따른 입체화상 표시장치는 2차원 화상표시장치(1)와, 광선 제어소자(2)를 구비하고 있다. 2차원 화상표시장치(1)는, 예컨대 액정표시장치이고, 복수의 화소를 가지고 2차원 화상을 표시하는 표시면을 갖추고 있다. 광선 제어소자(2)는 2차원 화상표시장치(1)의 전면에 설치되어 복수의 렌즈를 가지고 상기 표시면의 복수의 화소로부터의 광선의 방향을 제어한다.

본 실시형태의 입체화상 표시장치에 있어서는, 문자표시 혹은 2차원 화상을 표시할 때에, 광선 제어소자(2)로부터 표시되는 2차원 화상의 표시위치까지의 거리(z_opt)는, 이하의 조건을 만족하고 있다.

0 < z_opt < L / (1 + D) / 2 (4)

여기서, L은 관측자로부터 광선 제어소자(2)까지의 거리, 즉 시거리를 나타내고, D는 깊이인자라 부르고, 다음의 (5)식으로부터 구해진다.

D = L / 8 / (L/ 2 / lp)² / tan(θ) / p_p (5)

여기서, lp는 광선 제어소자(2)의 렌즈피치, p_p는 화소피치, θ는 시역각의 반을 나타낸다. 이하, (4)식과 (5)식의 도출에 대해 설명한다.

앞에 설명한 바와 같이, IP(Integral Photography)방식은 어떤 개구부로부터 관측자의 위치에 관계없이 광선 제어소자에 의해 어떤 복수의 결정된 시차각도로 광선을 나눔으로써, 양안시차를 이용하여 입체시(立體視)시키는 방식이다. 렌티큘러 렌즈를 광선 제어소자로서 이용하는 경우, 도 1의 (a)에서의 시차화상의 할당방법으로서, 렌티큘러 렌즈(2)를 표시장치(1)의 전면에 설치하고, 렌즈의 초점을 표시장치(1)의 픽셀위치에 둠으로써, 렌즈(2)의 곡률에 의해 각도에 따른 평행광선을 하나의 렌즈(2)로부터 방사한다. 이 때, 시역각을 2θ, 시차수를 N으로 하면, 1시차당의 시역각도는,

1시차당의 시역각도 = 2θ/N (6)

로 된다.

그런데, 인접 시차로부터의 광선은, 통상 눈동자에 1개밖에 들어오지 않는다고 생각되고 있었다. 1개 이상 들어오는 것을 크로스토크라고 부르고, 화질을 열화시키는 원인으로 된다. 그러나, 액정디스플레이의 고정세화가 진행되고, 10시차 이상의 다시차도 실현할 수 있게 되어 1시차당의 시역각도가 작아지고 있다. 시차수의 증가에 더하여, 2차원 화상표시장치(1)로서의 액정표시장치의 화소폭, 무아레 방지용 확산필름, 렌즈의 디포커스의 영향도 가미하여 광선이 퍼져, 인간의 눈동자(4) 내에 인접 시차화상도 보인다.

도 1의 (a)에 있어서 부호 11은 2차원 화상표시장치(1)의 표시면에서의 시차화상을 나타내고, 부호 19는 비출영역에 표시한 2차원의 문자 또는 화상을 나타낸다. 화상(11)에는, RNA, MA, LNA, RNB, MB, LNB로 이루어진 시차화상이 있다. MA 는 어떤 렌즈(2)의 메인화상(main image)이고, RNA는 메인화상(MA)의 우측에 인접하는 화상이며, LNA는 메인화상(MA)의 좌측에 인접하는 화상이다. MB는 화상(MA)을 메인화상으로 하는 렌즈(2)의 이웃의 렌즈의 메인화상이고, RNB는 메인화상(MB)의 우측에 인접하는 화상이며, LNB는 메인화상(MB)의 좌측에 인접하는 화상이다.

도 1의 (b)는 주광선(7)에 의한 상과 인접 시차에 의한 상이 눈동자(4)로 들어오는 비율을 나타낸다. 도 1의 (b)는 하나의 렌즈로부터의 광선으로서 본래 할당된 시차각도의 주광선을 중심으로 하여 서로 주광선에 접하는 2개의 인접 시차화상 광선이 보이고 있는 경우를 나타내고 있다. 인접하는 주광선 사이에 보이는 주광선도 포함한 시차수를 x(시차)로 하고, 주광선(7)이 점하는 비율을 Y0(=1시차), 한쪽의 인접 시차화상이 점하는 비율을 Y1(시차)으로 하면,

주광선에 의한 상 : 인접 시차광선에 의한 상 = 1 : 2*Y1 = 1 : (x-1)

로 된다. 크로스토크량으로서, 인접 시차화상이 보이는 비율로 하면,

크로스토크량 = x - 1 / x (7)

로 된다. 도 1의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 인접 시차화상이 보이는 위치에 인접하는 주광선의 점을 보간하는 점의 정보를 표시하면, 해상도가 향상된 문자를 볼 수 있다.

먼저, 인접 시차화상이 주광선(7)을 보간하는 경우, 인접 시차광선은 적어도 도 1에 있어서 인접하는 주광선(7)의 중점보다 주광선에 가까운 측을 통과하지 않으면 안된다. 왜냐하면, 입체 표시위치에서의 인접 시차광선과 주광선의 어긋남(t)이 렌즈피치(lp)의 반보다 커지면, 인접하는 렌즈로부터의 인접 시차광선(9)이 관측자(4)의 눈의 위치에서 교차함으로써, 상으로서는 2중 상으로 보이기 때문이다. 그래서, 도 1의 (a)의 기하학적 조건으로부터, 2차원 문자 혹은 화상을 표시하는 최적위치(z_opt)는 어떤 렌즈로부터의 인접 시차광선(9)이 인접하는 렌즈로부터의 주광선(7)과 교차하는 비출(飛出)위치(튀어나온 위치; 이하 "비출위치"라 기재함)를 z_n으로 하면,

z_opt < z_n / 2 (8)

으로 되는 조건이 필요하다. 여기서, z_n의 구하는 방법을 설명한다. 그래서, z_n의 정의로서, 발명을 해결하는 수단(발명의 구성)의 부분에서 설명했지만, 시거리에서 3차원 디스플레이를 본 경우, 렌즈피치로부터 결정되는 해상도(나이키스트 주파수)와, 하나의 렌즈로부터 방사되는 광선밀도로부터 결정되는 해상도가 동일하게 되는 부분이다. 본 실시형태에 있어서, 주광선(7)과 인접 시차화상의 광선(9)의 시차각도는 항상 동일하므로, 정면으로부터 뿐만 아니라, 보는 각도를 바꾸어도 2차원 문자 혹은 화상을 얻을 수 있다.

비특허문헌1의 (6)식으로부터, 깊이인자(D)를

D = α_imax / βnyq (9)

로 정의한다. (3)식으로부터, z_n은 비출량의 경우, 다음 식을 만족한다.

α_imax×z_no / ｜L - z_no｜ = βnyq (10)

여기서, 도 1의 (a)에 시거리(L)를 나타냈는 바, 시거리라고 하는 것은 관찰자(4)와 광선 제어소자(2)의 거리이다. 시거리라고 하는 것은, 3차원 입체화상을 표시하기 위해, 2차원 화상표시장치에 표시하는 2차원 매핑 데이터를 작성할 때의 계산상의 시거리로 화상 데이터에 고유의 값이고, 임의의 관찰자의 위치를 나타내고 있는 것은 아니다. 여기서, 비출영역에 있어서,

βnyq = β_imax

로 되는 위치(z_n)는 L - z_n0 > 0의 조건으로부터, (10)식을 변형하여

D×z_no / (L - z_no) = 1

즉,

D×z_no = L - z_no

따라서,

z_no = L / (1 + D) (11)

로 된다. 기준을 관측자(4)로부터의 위치가 아니라, 표시면 위 혹은 표시면 아래의 광선 제어소자(2)로부터의 비출량(z_n)으로 다시 쓰면,

z_n = L·z_no = L×D / (1 + D)

를 만족하는 비출량이 도 1에 나타낸 z_n과 거의 동등하게 된다.

비특허문헌1의 (36)으로부터, 최대의 픽셀 피치에 있어서,

D = L / 8 / (L / 2 / lp)² / tan(θ) / p_p (12)

로 된다. 즉, (6)식으로 된다.

그래서, (8)식에 (11)식을 대입하여, 2차원 문자의 최적위치는 전술한 바와 같이

0 < z_opt < L / (1 + D) / 2

D = L / 8 / (L / 2 / lp)² / tan(θ) / p_p

로 된다.

지금까지, 비출영역에 있어서 인접 시차화상이 주광선끼리의 사이를 보간하는 위치로 되도록, 비출위치를 결정하는 것에 대해 설명해 왔다.

다음으로, 구체적인 문자를 이용하여, 비출영역에 표시한 입체문자와, 관측자의 눈에 들어오는 상이 좌우 동일방향의 것이므로, 원활하고 보기 쉬운 표시로 되는 것에 대해, 도 4를 이용하여 설명한다. 문자표시영역의 안길이한계에 대해서는, 후에 설명한다.

도 4의 (a)에, 비출영역에 2차원 문자 혹은 2차원 화상을 표시한 때에 그것들이 2차원 화상표시장치(1) 상의 시차번호의 어디에 투영되는가, 또 관측자의 눈동자(4)상에서 어떻게 보이는가를 나타냈다. 다만, 주광선(7)의 시차번호를 6시차, 인접하는 왼쪽의 인접 시차번호를 5시차, 인접하는 오른쪽의 인접 시차번호를 7시차로 한다. 중앙의 렌즈를 B, 왼쪽의 렌즈를 A, 오른쪽의 렌즈를 C로 한다.

2차원 화상표시장치(1)인 액정 디스플레이 상에서

5A 6A 7A … 5B 6B 7B … 5C 6C 7C

의 순서로 매핑된 화상 데이터는 비출영역의 입체표시물체에 있어서

7A 6A 5A … 7B 6B 5B … 7C 6C 5C

의 위치에 상당한다. 관찰자의 눈의 위치에서도 그들의 위치관계가 보호되기 때문에, 눈동자(4)로 들어오는 광선은 인접 시차화상 데이터도 포함하여

7A 6A 5A … 7B 6B 5B … 7C 6C 5C

로 되고, 입체표시물체에서 올바른 보간화상이 보인다. 또한, 도 4의 (a)에 있어서, 부호 3은 인접 시차광선이 주광선끼리의 간격의 1/2 이내인 영역을 나타내고, 부호 5는 주광선(7)이 주로 보이는 영역을 나타내며, 부호 6은 인접 시차가 주로 보이는 영역을 나타내고, 부호 9는 인접 시차광선의 중앙부의 괘적을 나타내며, 부호 10은 인접 시차광선의 퍼짐에 의한 주광선(7)이 보이는 영역을 나타내고, 부호 11은 2차원 화상표시장치(1)의 표시면에 표시되는 시차화상을 나타내며, 부호 13은 2차원 문자를 표시하는 위치와 그 시차번호 할당을 나타내고, 부호 15는 인접 시차화상과 주광선(7)이 교차하는 위치를 나타낸다.

도 4의 (b), (c), (d)에, 예로서 E라고 하는 문자를 표시한 때에 그것들이 2차원 화상표시장치(1) 상에서 어떻게 표현되는가(도 4의 (b) 참조), 또 관측자의 눈에 어떻게 비취는가(도 4의 (d) 참조)도 나타낸다. 도 4의 (c)로부터, 주광선은 E라고 하는 문자의 가운데를 하나밖에 통과하고 있지 않지만, 인접 시차광선을 포함하면 3개의 시차광선이 E라고 하는 문자의 가운데를 통과하고 있다. 도 4의 부호 12로 그것들을 2차원 화상표시장치 상에 투영한 패턴상을 나타냈지만, 렌티큘러 렌즈 중의 하나의 렌즈에 있어서, 좌우의 시차화상이 반대로 된 상으로 된다. 이것들을 렌즈 넘어 관측자의 위치로부터 보면, 도 4의 (d)와 같이 비출영역에 나타낸 문자와 같도록 정상적인 문자로서 관측할 수 있다. 또, 인접 시차화상이 주광선을 보충하여 글자로서 인식할 수 있음을 알 수 있다.

이상의 설명에 있어서는, 표시되는 화상은 비출영역 즉 광선 제어소자(2)와 관측자 사이의 영역에 형성되어 있었지만, 2차원 화상표시장치(1)의 뒤쪽 영역, 즉 안길이영역에 형성되는 경우에 대해 설명한다.

도 5에, 안길이영역에 2차원 문자 혹은 2차원 화상을 표시한 때에, 2차원 화상표시장치(1) 상의 시차번호에 어떻게 투영되는가, 또 관측자의 눈동자(4)상에서 어떻게 보이는가를 나타냈다. 주광선(7)의 시차번호를 6시차, 인접하는 왼쪽의 인접 시차번호를 5시차, 인접하는 오른쪽의 인접 시차번호를 7시차로 한다. 중앙의 렌즈를 B, 왼쪽의 렌즈를 A, 오른쪽의 렌즈를 C로 한다.

2차원 화상표시장치(1) 상에서 시차번호는

5A 6A 7A … 5B 6B 7B … 5C 6C 7C

의 순서로 되어 있으면, 그것들은 안길이영역의 입체표시위치에서

5A 6A 7A … 5B 6B 7B … 5C 6C 7C

로 된다. 관찰자의 눈(4)의 위치에서는 그것들의 위치관계가 반대로 되기 때문에

7A 6A 5A … 7B 6B 5B … 7C 6C 5C

로 되어, 입체표시물체의 2차원 문자와, 눈(4)으로 들어오는 광선이 좌우의 인접 시차번호가 반대로 되기 때문에, 올바른 보간화상이 보이지 않는다.

지금까지는, 렌즈의 중심을 통과하는 광선을 생각해 왔기 때문에, 비출영역의 문자표시는, 인접 시차화상의 이미지는 올바르지만, 안길이영역의 문자표시는 좌우 역전된다고 설명했다. 이들 조건은, 렌즈의 초점거리와 렌즈(2)의 표면으로부터 2차원 화상표시장치(1)까지의 거리(이하, 갭이라 부른다)가 같은 경우에 대해 생각해 왔다. 그러나, 렌즈를 디포커스시킨 경우는, 상기의 중앙만의 광선괘적만을 생각하면 불충분하다.

(제2실시형태)

다음에는 본 발명의 제2실시형태에 따른 입체화상 표시장치를, 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 이 실시형태의 입체화상 표시장치는 렌즈의 두께를 고려한 것이다.

도 6에, 렌즈의 초점거리와 렌즈(2)의 표면으로부터 2차원 화상표시장치(1)까지의 거리(g; 이하, 갭(g)이라 부른다)가 같은 경우에 대한 렌티큘러를 상면으로부터 본 경우에 대해 설명한다. 도 6에 있어서, 부호 11은 2차원 화상 표시면에서의 시차번호를 나타내고, 부호 29는 렌즈의 중심위치로부터의 화상을 나타내며, 부호 30은 렌즈의 끝(端)으로부터의 화상을 나타낸다. 도 6으로부터, 인접 시차화상의 광선을 생각하지 않은 경우, 눈(4)으로 들어오는 주광선의 괘적에는 2차원 화상표시장치에 있어서, 6시차밖에 들어오고 있지 않다. 하나의 렌즈(2)로부터의 광선밀도가 높은 경우는, 앞의 의논에서 설명한 바와 같이, 인접 시차화상이 눈으로 들어온다.

다음으로, 갭(g)이 렌즈의 초점거리와 같지 않은 경우에 대해 설명한다. 먼저, 도 7에 나타낸 바와 같이, 갭(g)이 렌즈의 초점거리보다 긴 경우에 대해 생각한다. 도 7에 나타낸 바와 같이 인접 시차화상을 좌우 역전시킨 것이 관측자의 눈에 들어오기 때문에, 렌즈 1개당의 상으로서는 2차원 화상표시장치(1)로서의 액정표시장치의 배열과는 좌우 반대의 화상으로 된다. 이것은, 도 4에서 설명한 바와 같이 비출영역의 경우는 액정표시장치의 배열과 입체상이 좌우 역전되고 있기 때문에, 상기의 관계와 동일하므로, 비출영역에 표시하면, 인접 시차화상이 주광선을 보간하는 것으로 된다. 여기서, 근축영역(近軸領域)의 경우, 디포커스되는 영역은 기하학적인 관계로 표시된다.

도 7 중에서, 렌즈의 초점거리를 f, 렌즈피치를 lp, 갭(g)의 증가분을 Δx, 2차원 패턴 표시영역에서의 디포커스되는 화소픽셀수를 Δp_n, 시야각을 2θ, 2차원 화상표시장치(1)의 픽셀피치를 p_p로 두면, 구면렌즈로 한 경우, 삼각형의 상사식(相似式)으로부터

g = f + Δx

fcosθ : lp = Δx : Δp_n×p_p

로 된다. 따라서,

Δp_n = lp×Δx / (fcosθ×p_p) (13)

로 된다. 이상에 의해, 간단히 2차원 화상표시장치(1) 상의 디포커스영역을 견적(見積)할 수 있다.

다음에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 갭(g)이 렌즈(2)의 초점거리보다 짧은 경우에 대해 생각한다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 인접 시차화상의 좌우의 상관계가 그대로 관측자의 눈(4)으로 들어오기 때문에, 렌즈 1개당의 상으로서는 2차원 화상표시장치(1)의 배열과 같은 화상으로 된다. 이것은, 도 5에서 설명한 바와 같이 안길이영역의 경우는 액정표시장치(1)의 배열과 입체상이 좌우 동일방향이다. 그 때문에, 상기의 관계와 동일하므로, 안길이영역에 표시하면, 인접 시차화상이 주광선을 보간하게 된다. 도 8로부터, 갭(g)이 초점거리보다 짧은 경우는, 안길이영역에 표시해도 좌우 반전되지 않고, 인접 시차화상이 주광선끼리의 사이를 보충하는 것으로서, 표시할 수 있다.

도 7과 마찬가지로, 2차원 화상표시장치(1)의 디포커스영역을 근축영역에서 기하학적 조건으로부터 구하면

g = f - Δx

fcosθ : lp = Δx : Δp_n×p_p

로 된다. 따라서,

Δp_n = lp×Δx / (fcosθ×p_p) (14)

가 얻어진다.

도 7, 도 8로부터, 제2실시형태에서 나타낸 입체화상 표시장치에 있어서, 광선 제어소자(2)의 면으로부터 2차원 화상표시장치(1)까지의 갭이, 시거리(L)에서의 관측자로 향하는 광선의 괘적을 2차원 화상표시장치(1)의 화소에 결상하는 렌즈(2)의 초점거리 이상인 경우에는, 문자표시 혹은 2차원 화상을 2차원 화상표시장치(1)로부터 보아 관측자 측의 비출영역에 나타내고, 갭(g)이 시거리(L)에서 관측자로 향하는 광선의 괘적을 2차원 화상표시장치(1)의 화소에 결상하는 렌즈(2)의 초점거리보다 짧은 경우에는, 문자표시 혹은 2차원 화상을 안길이영역에 표시하면, 원활한 문자표시를 행할 수 있다.

안길이영역에 표시한 경우도, 도 1의 비출영역과 마찬가지로, 광선 제어소자(2)로부터 2차원 화상을 표시하기 위한 최적의 거리(z_fopt)는, 인접 시차화상의 광선과 인접 주광선이 교차하는 위치의 z좌표(z_f)의 반 이상의 안길이영역으로 되면, 2중 상으로 되기 쉽다고 하는 문제점이 있다. 그 때문에,

z_fopt < z_f / 2 (14)

를 만족함으로써, 올바른 위치에 올바른 보간화상을 보충할 수 있다. 여기서, z_f를 만족하는 식을 구한다.

먼저, 안길이영역에 있어서, βnyq = β_imax로 되는 조건을 만족하는 위치를 z_f로 한다. 여기서, 도 5에 시거리를 L로 나타냈지만, 시거리라고 하는 것은 관찰자의 위치인 바, 3차원 입체화상장치의 2차원 화상표시장치(1)에서의 2차원 매핑 데이터를 작성할 때에 필요하게 되는 것이다.

안길이영역에 있어서, βnyq = β_imax로 되는 위치(z_f)는 시거리(L)에서의 관측자로부터의 거리를 z_fo로 하면,

z_fo - L > 0으로부터

(10)식을 변형하여

D×z_fo / (z_fo - L) = 1

즉,

D×z_fo = z_fo - L

따라서,

z_fo = L / (1 - D)

로 되고, 기준을 관측자로부터의 위치가 아니라, 표시면 위 혹은 표시면 아래의 광선 제어소자로부터의 비출량으로 다시 쓰면,

z_f = z_fo - L = L×D / (1 - D)

로 된다.

이상을 종합하면, 제1실시형태와 마찬가지로,

비출영역에 있어서,

0 < z < L×D / (1 + D) / 2

안길이영역에 있어서,

0 < z < L×D / (1 - D) / 2

여기서, 깊이인자(D)가

D = L / 8 / (L / 2 / lp)² / tan(θ) / p_p

로 되는 위치에 문자표시를 행함으로써, 인접 시차화상을 이용한 원활한 문자표시를 행할 수 있다.

(제3실시형태)

다음에, 제3실시형태에 따른 입체화상 표시장치를 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에 있어서, X는 1렌즈피치당 보이는 시차수이고, Y0는 주광선이 보이고 있는 시차수로 1시차, Y1은 한쪽의 인접 시차화상이 보이고 있는 비율이다.

X > 3 Y1 = 1

1 < X < 3 Y1 = (X - 1) / 2

0 < x <1이면 Y1=0 (15)

로 된다.

다음으로, 도 3을 이용하여 인접 시차화상이 보이는 비율과, 최적의 표시위치와의 관계에 대해 설명한다. 렌즈피치를 lp, 인접 시차광선의 중심괘적과, 문자 혹은 2차원 화상의 표시위치에서의 교점의 어긋난 양을 t로 한다. 표시위치의 최적 비출량을 z_nopt로 하고, 어떤 렌즈로부터의 인접 시차광선이 이웃의 렌즈로부터의 주광선과 교차하는 비출위치를 z_n으로 하면, 삼각형의 상사식의 관계로부터,

z_nopt : z_n = t : lp (16)

로 된다. 여기서, 인접 시차화상의 상이 눈의 수평방향의 위치에서 올바른 위치에 보이기 위해서는, t의 위치가 주광선이 보이는 범위의 반과 인접 시차광선이 보이는 범위의 반을 더한 위치에 있으면 좋다. 그러나, 인접하는 주광선의 중심은 인접 시차화상끼리의 화상을 동시에 보는 것으로 되기 때문에, 흐릿해짐이 많아지는 영역이다. 그 때문에, 인접 시차화상의 할당으로서는, 좀전의 t의 위치가 주광선이 보이는 범위의 반의 위치, 즉 주광선과 인접 시차화상의 경계의 위치에 있는 문 자의 정보를 나타내면, 보기 쉬운 위치에 있는 좌표를 나타내는 것으로 되기 때문에 좋다. 도 3에 X = 2.4시차, 4시차의 예를 나타냈다. 즉,

t : lp = 0.5 : x (17)

로 되면, 올바른 위치에 올바른 보간화상을 나타낸다. 여기서, (16)식, (17)식을 합쳐서

z_nopt = t×z_n / lp (18)

= z_n / 2x (19)

의 표시위치에, 문자를 나타내면, 올바른 위치를 보간할 수 있다.

예컨대, 도 1에 나타낸 주광선(7)과 인접하는 시차광선이 3개 균등하게 보이는 경우에 대해 생각한다.

주광선에 의한 상 : 인접 시차광선에 의한 상 = Y0 : Y1 = 1 : 1

주광선과 인접 시차광선이 균등하게 보이는 것으로 하여, Y0 + 2*Y1 = x

즉, 3Y0 = x

(7) 식으로부터, 크로스토크량 = 66%

로 된다. 이와 같이, 크로스토크량 66%의 경우, (19)식에 X=3을 대입하면,

z_opt = z_n / 6 (20)

의 위치에 설치하면 좋다.

예컨대, 인접 시차를 포함하여 하나의 렌즈로부터 2.4시차 보이는 경우에 대해 생각한다. (18)식에 x=2.4를 대입하면,

z_nopt = z_n / 4.8

로 된다.

여기서, 크로스토크량의 측정방법에 대해 설명한다. x는 1렌즈피치당 보이고 있는 시차수이다. 예컨대, 크로스토크량의 측정으로서, R(적), G(녹), B(청)의 서브화소를 렌티큘러 렌즈의 수직방향으로는 같은 색으로, 수평방향으로는 다른 색으로 인접 시차에 써넣는다. 그리고, 인접하는 렌티큘러 렌즈의 동일한 시차번호에 마찬가지로 색을 써넣는다. 관측자의 위치에서, 포토다이오드를 수평방향으로 움직여서 R, G, B의 각각의 파장이 강하게 나오는 영역을 조사함으로써, 크로스토크량을 구할 수 있다. 또, 관측자가 그들 색의 띠를 주관적으로 평가하는 것에 의해서도, 크로스토크량을 대강 구할 수 있다.

(제4실시형태)

다음에는 본 발명의 제4실시형태에 따른 입체화상 표시장치를 설명한다. 관측자가 주광선을 2개 보는 위치에 있는 경우, 즉 렌즈의 중심위치에 시차화상 사이의 블랙 매트릭스를 보고 있는 일이 있다. 도 2에 관측자의 눈에 비치는 시차화상을 나타냈지만, 그 경우의 표시위치의 최적의 위치에 대해 설명한다. 도 2에 있어서, 주광선이 2시차 있으므로, 인접 시차화상이 보이는 조건으로서, X > 2시차이다.

도 2b로부터, 인접 시차화상의 위치는 다음의 관계식을 만족할 때, 문자표시의 해상도가 증가한다.

t : lp = u : x = 1 : x (21)

또, x는 하나의 렌즈로부터 보이는 시차화상수이다. (21)식을 (18)식에 대입하면,

z_nopt = z_n / x (22)

로 된다.

렌즈의 중심이 블랙 매트릭스 상에 있는 조건에 있어서, 하나의 렌즈로부터 3시차분이 보이는 경우에 대한 문자표시의 최적위치를 (22)식을 이용하여 계산한다.

z_nopt = z_n / 3 (23)

로 된다.

이와 같이, (20)식과 (23)식은 같은 3시차분이 보이고 있음에도 불구하고, 문자표시위치의 최적영역은 다르다. 이와 같이, 렌즈의 중앙부가 화소의 중앙인가 화소와 화소 사이에 있는가는, IP방식의 경우, 관측자로부터 입체표시 디스플레이를 보는 경우의 시차각도에 따라 화면 내에 양자가 존재한다. 엄밀하게는, 상기 2조건에 따라 표시위치를 바꾸는 것이 바람직하다. 그러나, 화면 중앙에 블랙 매트릭스가 보이는 경우는 휘도가 작기 때문에, 화면 중앙에 화소의 중심이 오는 (20)식을 주로 생각하면 좋다. 금후의 시뮬레이션결과는 (20)식을 이용한다.

여기서, 인접 시차화상이 보이면, 크로스토크라고 하며, 3차원 화상을 열화시키는 원인으로 된다. 본래는 보이지 않도록 하는 화상이다. 예컨대 요철(凹凸) 이 심한 3차원 화상의 인접 시차화상은 반드시 인접 시차화상이 주광선을 보충하는 것은 아니기 때문이다. 그러나, 2차원 문자 표시와 같이, 인접 시차화상과 주광선 사이에 상관이 있는 경우, 제1 내지 제3실시형태에서 설명한 바와 같이 해상도 향상에 이용할 수 있다.

다음에는 입체화상 표시장치의 특징인 광선밀도, 렌티큘러의 초점거리와의 관계에 있어서, 본 발명의 주된 효과를 보다 최적으로 이용하는 방법을 설명한다.

먼저, 하나의 렌티큘러 렌즈로부터 출사되는 광선밀도와 해상도 향상에 대해 설명한다.

도 26에 본 발명의 1실시형태의 1실시예를 설명한다. 도 26으로부터, 픽셀의 중심에 있어서의 인접 시차화상이 이루는 각도는 2θ / N로 되지만, 어떤 픽셀의 중심시차화상과 인접 시차화상의 경계와의 이루는 각도는 그 반으로 되기 때문에, θ / N이다. 충분히 작은 각도일 때는,

tanθ = θ

로 되기 때문에, N시차, 시역각도 2θ, 시거리 L, 렌즈피치 lp로 하면, 시거리 L에서의 인접 시차화상이 보이는 폭(Wr)은 도 3의 기하학적 조건으로부터

Wr = 2×L×tan(θ/N) - lp (24)

로 된다. 예컨대, 32시차, 시역각도 2θ=10도, 시거리 L=1m, 렌즈피치 lp=1.4mm로 하면, Wr = 1.32mm로 된다. 상기로부터, 인접 시차화상간의 각도가 작을수록, 즉 광선밀도(α_imax)가 크면 클수록 동일 눈동자에 인접 시차화상이 들어오는 비율이 높 아짐을 알 수 있다.

그 때문에, 하나의 렌티큘러 렌즈로부터 출사되는 광선밀도가 클수록, 3차원 표시의 해상도를 향상시킴과 더불어, 본 발명을 이용함으로써 2차원 표시의 해상도도 향상시킬 수 있다.

도 26에 있어서는, 렌티큘러 렌즈의 표면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 갭이 렌티큘러 렌즈의 초점거리와 같을 때에도, 광선밀도가 커지면 인접 시차화상이 눈동자에 들어오는 것을 나타내고 있다. 이러한 경우의 문자표시의 최적값에 대해 설명한다. 디포커스를 고려하지 않은 경우, 화소의 중앙부로부터의 광선만을 생각하면 좋다. 도 4로부터 렌티큘러 렌즈에 의한 디포커스를 고려하지 않더라도, 즉 주광선과 인접 시차화상의 중심위치만을 고려한 경우, 비출영역에 문자표시를 행한 때에는, 주광선과 인접 시차화상의 관계는 2차원 화상표시장치 상의 시차번호의 관계와 좌우 역전되고 있다. 또, 눈동자로 들어오는 시차번호는 2차원 화상표시장치의 시차번호와 좌우 역전되고 있다. 그 때문에, 눈동자로 들어오는 인접 시차화상과 주광선의 관계는 비출영역에 표시한 경우는 정합성이 취해진다. 이에 따라, 렌티큘러 렌즈의 표면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 거리인 갭이 렌티큘러 렌즈의 초점거리와 같은 경우, 비출영역에 문자표시를 행하면 좋음을 알 수 있다.

(제5실시형태)

다음에는 본 발명의 제5실시형태에 따른 입체화상 표시장치를 설명한다.

제1 내지 제4실시형태에 있어서는, 2차원 문자의 해상도 향상에 대해 설명해 왔지만, 실제의 입체표시장치에 있어서, 2차원 문자를 표시한 경우, 해상도가 향상 되는 위치에 대해 실험을 행한 결과를 나타낸다.

도 12의 횡축은 하나의 개구부당 최대광선밀도(α_imax)인 (시차수/시역각)으로 하고, 종축은 βnyq=β_imax에서의 비출량을 z_n(도 1 참조)과, 최적의 비출량 z_opt과의 비(z_opt/z_n)로 했다. 안길이영역의 경우는 z_n을 z_f로 치환한다. 도 12에 있어서, 2차원 화상표시장치를 2종류 이용함으로써, 서브픽셀폭을 2종류 바꾼 것도 조사했다. 이에 따라, 실제의 2차원 화상표시장치에서는, 비출영역에 있어서는

0.18 < z_opt / z_n < 1 / 4 (25)

일 때, 문자로서 인식하기 쉽다고 하는 것을 알았다.

또, 안길이영역의 경우는,

1 / 4 < z_opt / z_n < 0.42 (26)

일 때에, 문자로서 인식하기 쉽다.

여기서, 문자표시에 있어서는, 인접 시차화상이 보이면 보일수록 보간하는 좌표도 증가하기 때문에, 문자로서 원활성이 증가한다. 그러나, 입체표시장치의 크로스토크도 저감하고 싶기 때문에, 어떤 범위를 설정한다. 하나의 렌즈로부터 보이는 시차화상이 1.24시차로부터 3시차까지 보이도록 설계한다. 이것은 좌우대칭으로 하여 한쪽의 인접 시차화상은 0.12시차로부터 1시차분의 인접 시차화상이 보이는 경우이다.

X=1.24 혹은 x=3을 (19)식에 대입하면,

비출영역의 경우는

z_n / 6 < z_nopt < 4z_n / 10 (27)

안길이영역의 경우는

z_f / 6 < z_fopt < 4z_f / 10 (28)

로 된다. (27)식, (28)식은 실험값인 (25)식, (26)식을 포함하고 있다. 그래서, 입체표시와 문자표시를 양립하는 조건으로서, (27), (28)을 생각하면 좋다.

다음으로, 본 실시형태의 입체화상 표시장치의 실제의 갭의 값에 대해 이하에 설명한다. 앞에 설명한 인접 시차화상이 0.12시차 이상으로부터 1시차 이하까지 보인다고 하는 조건을 렌즈 표면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 갭의 변화분에 관련지어 나타낸다. 상기는, 하나의 렌즈로부터 2시차 이상, 5시차 이하인 조건에 상당한다.

앞에 설명한 바와 같이, 도 7에서는 갭이 초점거리보다 큰 경우에 대해 나타내고, (13)식에 근축영역의 갭(g)의 변화분(Δx)과 디포커스 시차수(Δp_n)에 대해 나타냈다.

g = f + Δx

fcosθ : lp = Δx : Δp_n×p_p

Δp_n = lp×Δx / (fcosθ×p_p) (13)

에 있어서,

1.24 < Δp_n < 3 (29)

로 되는 조건이다. 여기서, 렌즈의 초점거리를 f, 렌즈피치 lp, 갭 g의 증가분 Δx, 2차원 패턴 표시영역에서의 디포커스되는 화소픽셀수를 Δp_n, 시역각 2θ, 2차원 화상표시장치의 픽셀피치를 p_p로 한다.

Δx에 대해 풀면,

1.24×(fcosθ×p_p) / lp < Δx < 3×(fcosθ×p_p) / lp

의 범위에서 갭의 값을 변화시킨다. 이 때의 문자표시의 비출위치, 혹은 안길이위치는 (27)식, (28)식으로 된다. 따라서, 갭의 값(g)으로서는, 상기에 초점거리를 더하면 좋다. 즉,

f + 1.24×(fcosθ×p_p) / lp < g < f + 3×(fcosθ×p_p) / lp

혹은

f - 1.24×(fcosθ×p_p) / lp < g < f - 3×(fcosθ×p_p) / lp

가 좋다.

또, 문자의 크기에 대해서는, 보간하는 화소수에 따라 결정된다. 즉, 주광선의 이웃에 좌우 1개씩의 인접 시차화상이 보이는 경우는, 해상도가 3배로 올라간다고 생각하면 좋다. 렌즈피치에 의한 최소선폭을 시차화상을 갖지 않는 2차원 표시에서, 렌티큘러 렌즈의 폭을 최소비트로 한 때의 12포인트의 문자로 했다. 즉,

렌즈피치에 의한 최소문자폭 = lp×12

로 된다. 이것은, 시차화상을 갖지 않는 비출(튀어나옴)도 안길이도 없는 2차원 화상 표시면에 나타낸 것과 같은 해상도라고 하면 좋다. 문자의 인접 시차화상이 0.12시차 이상, 1시차 이하 보인다고 하면, 하나의 렌즈로부터 1.24시차 이상, 3시차 이하 보인다고 하는 것이다.

이상적으로는, 해상도가 1.24배 이상, 3배 이하로 된다고 생각되기 때문에, 최소문자폭으로서는

1/3 < (본 발명에 의한 최소문자폭)/(렌즈피치에 의한 최소문자폭) < 1/1.24

0.33 < (본 발명에 의한 최소문자폭)/(렌즈피치에 의한 최소문자폭) <0.81

로 된다. 실측값에 대해, 몇 개를 도 13에 나타낸다. 도 13으로부터,

0.33 < (본 발명에 의한 최소문자폭)/(렌즈피치에 의한 최소문자폭) <0.7

로 된다. 예측값과 실제의 최소문자폭이 거의 일치하고 있음을 알았다. 또, 2차원 표시면에 나타낸 문자의 해상도보다는 대폭적으로 해상도가 증가하고 있음을 알았다.

지금까지, 갭의 두께가 렌즈의 디포커스에 영향을 미치는 것에 대해 설명했다. 그래서, 관측자가 입체표시장치를 보는 시차각도에 따라 갭의 값이 변화되는 것을 나타낸다.

도 9는 본 발명의 1실시예에 따른 입체화상 표시장치의 평면도를 나타낸다. 관측자로부터 입체표시장치를 본 경우, 정면의 갭에 비해 양 단면의 갭의 값이 커지는 것을 나타내고 있다. 그래서, 광학시뮬레이션에 의해 렌즈면으로 입사하는 각도가 0도, 5도, 10도의 경우, 2차원 패턴 표시면의 초점영역이 어느 정도 디포커스되는가에 대해 조사한다. 도 23의 횡축에 렌즈의 두께, 종축에 2차원 패턴 표시면의 초점영역의 시차수에 대해 나타낸다. 예컨대, ○로 둘러싸인 영역에 관하여, 시차각도가 0도, 5도의 경우에 렌즈의 초점거리와 갭의 값이 동일하고, 디포커스가 0으로 작아도 시차각도가 10도인 경우는, 2차원 화상표시장치로 되는 액정표시장치의 2시차분의 디포커스로 되어 있다. 이에 따라, 중앙부에서 입체표시를 행하고, 끝부분에서 문자표시를 행하도록 하면 중앙부에서는 크로스토크가 적고, 끝부분에서는 인접 시차화상을 이용한 원활한 문자표시를 행할 수 있다고 말할 수 있다. 또, 이와 같이, 디스플레이의 좌우방향의 경사로부터 본 경우는, 시차화상을 작성하는 경우는 갭의 길이가 길어지고 있다는 것을 고려에 넣는다. 즉, 시차화상의 할당도 갭의 길이를 고려하여 작성하면 좋다.

도 10은 본 발명의 1실시예에 따른 입체화상 표시장치를 측면으로부터 본 경우의 예를 나타낸다. 관측자가 디스플레이를 위쪽 경사, 혹은 아래쪽 경사로부터 보는 경우에 대해 나타낸다.

관측자가 상하방향으로 앙각(仰角) θeye의 방향으로 디스플레이를 본 때, 렌즈 표면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 갭이 정면으로부터 본 경우에 비해 커지고 있음을 알 수 있다.

도 11은 앙각 θeye와 (경사로부터 본 갭/정면으로부터 본 갭)의 관계에 대해 나타낸다. 앙각 20도 정도로 비스듬히 본 갭은 5% 변화한다. 이와 같이, 앙각에 의해 소망하는 갭을 얻을 수 있다. 또, 수직방향으로는 렌즈의 곡면이 없으므로, 보는 위치에 따라 초점이 맺어지는 시차화상의 화소위치가 수직방향으로밖에 변화하지 않는다. 즉, 초점이 결상되는 위치도 수직방향으로 길어졌다고 해도, 보는 위치는 같은 시차번호로 되므로, 시차매핑의 재설계를 행하지 않아도 좋다.

(제6실시형태)

본 발명의 제6실시형태에 따른 입체화상 표시장치를 도 22를 참조하여 설명한다. 문자표시위치를 텔롭 표시와 같이 예컨대 화면 하측에 고정하고 있는 경우, 화면 하측만 갭을 제5실시형태와 같이 두껍게 하거나, 얇게 함으로써, 문자표시에 있어서는 인접 시차화상을 적극적으로 보게 하고, 입체표시영역에 있어서는 인접 시차화상을 보지 않도록 갭을 렌즈의 초점과 거의 동일하게 한다. 또, 이 때 문자표시영역의 갭은 관측자의 위치로부터 보아 화면 중앙과 화면 끝의 갭의 두께가 변화한다. 이것은, 중앙에 있는 관측자로부터 보아 화면 중앙과 화면 끝의 1렌즈당 보이는 시차화상수(X)가 변화한다. 그래서, 화면 상에서의 문자표시영역에 의존하여 X시차를 구하고, 문자표시위치를 미조정하면, 보다 보기 쉬운 문자표시가 가능하다.

또, 렌즈의 디포커스에 대해서는, 확산필름 삽입에 의해 촉진된다. 확산필름은 규칙적인 배열구조가 겹쳐진 때에 생기는 세로줄무늬의 무아레를 방지하기 위해 이용되는 일이 있다.

렌즈의 표면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 사이에 확산필름을 삽입하지 않은 경우의 갭과 문자의 최적위치에 대한 시뮬레이션 결과와 실측 결과를 도 24에 나타낸다. 또, 확산필름을 넣은 경우의 갭과 문자의 최적위치에 대한 시뮬레이션 결과와 실측값을 도 25에 나타낸다. 도 24, 도 25 모두 시차각도 10도에 대한 실측값으로 화면의 끝에 표시한 경우에 상당한다. 수순으로서는, 렌즈의 두께, 확산필름에 의한 렌즈의 디포커스를 시뮬레이션, 실험에 의해 견적한다. 제3실시형태에서 설명한 식을 이용하여 눈으로 들어오는 인접화상의 비율에 의해 문자의 표시위치의 산출을 행한다.

도 24로부터 알 수 있는 바와 같이, 갭이 초점거리와 같아지고, 크로스토크가 저감되는 영역에서는, 문자의 최적위치는 화면 상으로부터 떨어짐으로써, 상으로서도 흐릿하게 되므로, 인접 시차화상을 이용한 문자표시로서는 적당하지 않은 영역이다.

다음에, 도 25로부터 알 수 있는 바와 같이, 확산필름을 삽입함으로써, 1렌즈 내에 포함되는 시차화상이 증가하고, 문자의 최적위치가 화면 측에 가까운 것을 나타내고 있다. 도 25의 경우, 확산필름의 역할로서는 1렌즈 내에 보이는 시차화상수가 0.5시차 증가하는 조건으로 했다.

도 24, 도 25에 실측값도 10도meas로서 나타낸다. 실측값과 시뮬레이션값이 거의 일치하고 있음을 알 수 있다.

(제7실시형태)

다음에는 본 발명의 제7실시형태에 따른 입체화상 표시장치를 설명한다.

지금까지, 해상도 향상에 대해 설명했지만, 본 실시형태에 있어서는 정상적인 입체상을 볼 수 있는 시역(視域)에 대해 설명한다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 문자의 시거리의 변경에 의한 시역확대의 실시예에 대해 나타낸다.

예컨대, 입체화상 표시장치는 다인수(多人數)로 보이는 시거리로 하는 일이 많고, 화상 작성시의 시거리로서 1m 이상을 설정하는 경우가 많다. 한편, 문자가 작아지면 작아질수록 시거리가 떨어지면, 문자에 대한 화각(畵角)이 작아져서 문자인식이 어렵게 된다고 하는 문제점이 있다. 그래서, 문자의 크기, 관측자의 위치에 따른 시거리를 설정하면, 보다 문자인식을 하기 쉬워진다. 특허문헌2로부터, 문자에 대한 화각은 30분이상이 바람직하다.

예컨대, 시거리 1m에서, 문자폭을 7mm로 설정한 경우에 대해 화각을 계산하면 19분으로 되어 잘 보이지 않게 된다. 그래서, 입체표시는 1m인 채로, 문자표시만 관측자가 디스플레이로부터 70cm의 거리로 이동하면, 화각이 30분으로 되어 보기 쉽게 된다. 여기서, 관측자가 디스플레이에 가까운 거리로 이동한 것만으로는, 도 14에 나타낸 위치 35에서는 시역이 대단히 좁아져서 좌우의 눈의 한쪽에 위상이 들어올 위험성이 있다. 그래서, 도 15에 나타낸 바와 같이, 관측자(4)가 가까운 거리에서 문자를 보는 경우, 문자 작성시의 시거리도 짧게 하고, 시역각이 같고 시역방향을 중앙으로 치우치게 함으로써, 디스플레이에 가까운 거리에서의 디스플레이방향의 시역이 넓어져서 위상이 보이지 않는 양호한 문자표시가 가능하다. 상기는, 동일한 렌티큘러 렌즈를 사용해도, 2차원 화상표시장치 상으로의 화상매핑을 변경함으로써 가능하기 때문에, 설계가 대단히 자유롭다. 또, 화상의 입체표시의 경우는 많은 인수(人數: 인원수)로 보여지는 편이 좋으므로, 시거리는 1m 이상인 채로 좋다. 한편, 도 14, 도 15에 있어서, 부호 34는 입체화상 제작시의 시거리를 나타내고, 부호 35는 2차원 문자를 표시하는 위치를 나타내며, 부호 65는 정상적인 3차원 화상이 보이는 시역을 나타내고, 부호 67은 광선을 나타낸다.

도 16에 도 14와 도 15를 1화면 내에서 합성한 것을 나타낸다. 예컨대, 도 16에 나타낸 바와 같이, 문자표시를 하단에 표시하도록 하면, 상측의 입체표시는 도 14의 다인수로 보여지는 긴 시거리로 하고, 하측의 문자는 도 15의 관측자의 위치에 따른 시거리로 한 문자를 표시함으로써, 작은 문자라도 인식할 수 있게 된다. 여기서, 문자표시의 시거리를 L_chara로 하면, 문자표시위치는 하기와 같이 설정한다.

비출영역에 있어서는,

0 < z < L_chara×D / (1 + D) / 2

안길이영역에 있어서

0 < z < L_chara×D / (1 - D) / 2

여기서, D는 깊이인자이고, 렌즈(2)의 피치를 lp, 시역각을 2θ, 픽셀피치를 p_p로 하면,

D = L_chara / 8 / (L_chara / 2 / lp)² / tan(θ) / p_p

로 된다.

도 16은 도 22와 달리 렌즈의 갭두께는 변화시키지 않고 시역을 넓게 하는 것을 목적으로 한다. 또, 시차각도가 예각으로 될수록 갭은 두꺼워지므로, 갭두께에 따라 화면 내에서 갭에 따른 시차할당을 행하면 좋다.

도 17에 본 발명의 1실시형태에 따른 입체화상 표시장치에 의한 표시예를 나타낸다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 실시형태에 의하면, 렌티큘러 렌즈를 통해 문자 혹은 2차원 화상의 해상도를 향상시킬 수 있으므로, 입체표시와 동일 화면의 표시가 가능하다.

본 발명의 2차원 화상표시장치로서는, 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, FED(Field Emission Display) 등 평면 디스플레이에 관하여 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 광선 제어소자로서 렌티큘러 렌즈를 이용하고 있고, 렌티큘러 렌즈와 같이 보는 장소에 따라 차광부가 없이 연속한 화상이 얻어지는 입체표시장치에 있어서 보다 유효하다.

본 발명은 광선 제어소자로서 슬릿을 이용하고 있는 경우, 무아레 저감 등을 위해 개구부가 화소폭보다 크게 설정되어 있는 경우 등에 있어서, 인접 시차화상이 보이기 쉬워지고 있는 입체표시장치에 있어서 보다 유효하다.

본 발명은, 광선 제어소자인 렌티큘러 렌즈, 혹은 슬릿이 2차원 화상표시장치에 대해 무아레 방지를 위해 비스듬해도 본 발명은 적용가능하다.

본 발명은 단안(單眼)으로 들어오는 인접 시차화상이 주광선을 보충하도록 했다. 좌우의 눈에서 각각 충분하지 않은 광선을 보충하는 방법도 있다. 다만, 단안으로 보충하고 있는 경우에 비해, 좌우의 상의 언밸런스에 의해 피로가 생길 가능성이 있기 때문에, 단안으로 문자인식할 수 있도록 하는 편이 바람직하다.

최후로, 상기 실시형태에 있어서는, 문자의 최적위치에 대해 대표값을 설명한 것으로, 대표값 근방이 문자의 보기 쉬운 영역으로 되는 것은 말할 것까지도 없 다.

이상 설명한 바와 같이 각 실시형태에 의하면, 2차원 문자 혹은 2차원 화상을 렌티큘러 렌즈 넘어 본 경우의 해상도를 2∼3배 증가시킬 수 있기 때문에, 보다 많은 문자를 표시할 수 있다.

또, 3차원 표시와 동시에 2차원 문자를 표시할 수 있기 때문에, 화면 상에서의 장소를 선택하지 않는 표시가 가능하다. 또, 관측자와 입체 화상표시장치의 거리, 2차원 문자의 길이에 따라 시역각을 바꿈으로써, 가장 보기 쉬운 2차원 문자를 표시시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 3차원 화상을 표시할 수 있는 동시에, 2차원 화상을 표시한 경우의 해상도를 증가시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 표시면 내에 복수의 화소가 배열된 2차원 화상표시장치와,

   상기 표시면의 전면 혹은 배면에 설치되고 복수의 개구부 혹은 복수의 렌즈가 나란히 늘어서서 배치되어 상기 화소로부터의 광선을 제어하는 광선 제어부를 구비하고,

   상기 광선 제어부로부터 2차원 문자 또는 2차원 화상의 표시위치까지의 거리(z)는, 화상 제작시의 시거리를 L, 상기 개구부 또는 렌즈의 피치를 lp, 시역각을 2θ, 상기 화소의 피치를 p_p로 하면,

   비출영역에 있어서,

   0 < z < L×D / (1 + D) / 2

   안길이영역에 있어서,

   0 < z < L×D / (1 - D) / 2

   를 만족하고, D는

   D = L / 8 / (L/ 2 / lp)² / tan(θ) / p_p

   로 표시되는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 개구부 혹은 렌즈가 나란히 늘어서서 배치된 평면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 갭이, 시거리에서의 관측자로 향하는 광선의 괘적을 2차원 화상표시장치의 화소에 결상하는 초점거리 이상인 경우에는, 2차원 문자 표시 혹은 2차원 화상을 비출영역에 표시하고, 상기 복수의 개구부 혹은 렌즈가 나란히 늘어서서 배치된 평면으로부터 2차원 화상표시장치까지의 갭이, 시거리에서의 관측자로 향하는 광선의 괘적을 2차원 화상표시장치의 화소에 결상하기 위한 초점거리보다 짧은 경우에는, 2차원 문자 표시 혹은 2차원 화상을 안길이영역에 표시하는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 시거리에 있는 관측자의 위치에 있어서, 하나의 개구부 혹은 하나의 렌즈를 매개로 하여 하나의 주광선과 2개 이상의 인접하는 인접 시차화상이 보이는 경우에, 상기 하나의 개구부 혹은 하나의 렌즈에 대해 보이는 시차수를 x로 하면, 상기 갭이 상기 초점거리 이상인 경우에는, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 상기 비출영역 내의 위치 z_nopt에 표시하고, 상기 갭이 상기 초점거리보다 짧은 경우에는, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 상기 안길이영역 내의 위치 z_fopt에 표시하며, 상기 위치 z_nopt 및 위치 z_fopt는,

   z_nopt = z_n / (2x)

   z_fopt = z_f / (2x)

   로 표시되고, 여기서 z_n 및 z_f는

   z_n = L×D / (1 + D)

   z_f = L×D / (1 - D)

   인 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 시거리에 있는 관측자의 위치에 있어서, 하나의 개구부 혹은 하나의 렌즈를 매개로 하여 2개의 주광선과 2개 이상의 인접하는 인접 시차화상이 보이는 경우에, 상기 하나의 개구부 혹은 하나의 렌즈에 대해 보이는 시차수를 x로 하면, 상기 갭이 상기 초점거리 이상인 경우에는, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 상기 비출영역 내의 위치 z_nopt에 표시하고, 상기 갭이 상기 초점거리보다 짧은 경우에는, 2차원 문자 또는 2차원 화상을 상기 안길이영역 내의 위치 z_fopt에 표시하며, 상기 위치 z_nopt 및 위치 z_fopt는,

   z_nopt = z_n / x

   z_fopt = z_f / x

   로 표시되고, 여기서 z_n 및 z_f는

   z_n = L×D / (1 + D)

   z_f = L×D / (1 - D)

   인 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 위치 z_nopt 및 상기 위치 z_fopt는,

   z_n / 6 < z_nopt < 4z_n / 10

   z_f / 6 < z_fopt < 4z_f / 10

   의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 광선 제어부는 렌즈로 이루어지고, 이 렌즈와 상기 2차원 화상표시장치 사이의 갭의 두께(g)가, 렌즈의 초점거리를 f로 하면,

   f + 1.24×(fcosθ×p_p) / lp < g < f + 3×(fcosθ×p_p) / lp

   혹은

   f - 1.24×(fcosθ×p_p) / lp < g < f - 3×(fcosθ×p_p) / lp

   의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.
7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 입체표시영역의 화상 작성시의 시거리보다도 2차원 문자 또는 2차원 화상의 표시영역의 화상 작성시의 시거리가 짧아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 입체화상 표시장치.

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