Vergence-accommodation conflict (VAC) is a mismatch between the distance cue of a virtual image (vergence) and the focusing distance of eyes to the image (accommodation). The visual discomfort caused by VAC has been one of the main issues for near-eye display (NED) devices. Among numerous methods, an integral imaging display has been presented as the most effective solution to this by reproducing natural three-dimensional (3D) depth cues for augmented reality and virtual reality (AR/VR) NEDs. However, due to the limited optical properties of the system using a lens array, it has significant problems such as resolution degradation and narrow viewing angle. In this dissertation, a new type of foveated integral imaging near-eye display using a multifocal liquid lens array is presented to solve these problems. The resolution enhancement is realized by using the foveated integral imaging system which concentrates the field-of-view (FOV) of integral imaging 3D to a small central foveal area of the human visual system. For the viewing angle enhancement, a multifocal liquid lens array that allows an increased number of elemental images to be reconstructed as a 3D image is fabricated. Based on the various optical analysis, the optimized design of the proposed system is demonstrated for high-resolution, wide viewing angle 3D NED without compromising other optical properties. The resulted resolution and viewing angle of the proposed system are 17.13 ppd and 46°, respectively. Compared to the conventional integral imaging system, these results show 4.5 times improvement in resolution and 3.1 times improvement in viewing angle.
수렴-초점 불일치 현상은 현재 상용화된 3차원 디스플레이 장치들이 갖고 있는 가장 큰 문제점인 어지럼증의 주된 원인으로 알려져 있다. 집적 영상 기술은 자연스러운 3차원 깊이감을 제공하여 이러한 문제를 해결할 수 있는 가장 효율적인 방법이지만, 광학계의 특성상 해상도 저하와 좁은 시야각 등의 문제점들을 지니고 있어 근안 디스플레이에 실용화되지 못하고 있다. 본 논문에서는 이 문제점들을 해결하기 위해 멀티포컬 액체 렌즈 어레이를 이용한 포비티드 집적 영상 근안 디스플레이를 개발하였다. 사람의 시각 시스템에 맞게 좁은 중심 시역에만 집적 영상 디스플레이 영역을 밀집시키는 포비티드 집적 영상 기술을 이용하여 고해상도의 3차원 영상을 구현하였으며, 집적 영상 시스템의 3차원 영상 구성에 참여하는 요소 이미지 수를 증가시켜주는 멀티포컬 액체 렌즈 어레이를 적용하여 3차원 영상의 시야각을 확장시켰다. 여러 측면의 광학적 분석을 토대로 설계한 결과, 기존 집적 영상 디스플레이 대비 4.5배 향상된 17.13 ppd의 해상도와 3.1배 확장된 46도의 시야각을 가진 3차원 영상을 제공하는 포비티드 집적 영상 근안 디스플레이를 구현하였다.
