BRPI0806355A2

BRPI0806355A2 - mostrador auto-estereoscópico, lente lenticular e lente lenticular inclinada

Info

Publication number: BRPI0806355A2
Application number: BRPI0806355-9A
Authority: BR
Inventors: John Chapman
Original assignee: Vr21 Pty Ltd
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2011-09-06
Also published as: RU2009132200A; US20100091206A1; EP2116068A4; CN101606393A; WO2008095251A1; EP2116068A1; JP2010518429A

Abstract

MOSTRADOR AUTO-ESTEREOSCóPICO, LENTE LENTICULAR E LENTE LENTICULAR INCLINADA. Trata-se de um mostrador auto-estereoscópico que propicia uma sensação de 3D através do acoplamento de uma lente lenticular a um mostrador de LCD, em que o eixo da lente é inclinado a um ângulo em relação à vertical do mostrador, com a saída de cada fileira alternada de pixels repetida na fileira ou fileiras imediatamente acima de cada fileira, e o mostrador auto-estereoscópico propicia conjuntos de repetição de um múltiplo de nove visualizações.

Description

MOSTRADOR AUTO-ESTEREOSCÓPICO, LENTE LENTICULAR E LENTE LENTICULAR INCLINADA

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a mostradores auto- estereoscópicos por meio dos quais uma lente lenticular é colocada entre um mostrador de painel plano e um observador a fim de gerar uma impressão tridimensional percebida.

ANTECEDENTES

Para aumentar a experiência visual de um observador que observa imagens bidimensionais, foi reconhecido que a introdução de uma terceira dimensão percebida é um método bem sucedido. Este efeito tem sido utilizado para o anúncio de sinalização digital e campanhas promocionais visuais. Na indústria de entretenimento, uma visão tridimensional percebida foi obtida há muitos anos mediante a utilização vidros de filtro coloridos e posteriormente a utilização de vidros de obturador sincronizados com uma exibição que alternava entre as visualizações esquerda e direita do olho.

O advento de mostradores de painel plano tais como as variedades de cristal líquido (LCD) e de plasma anunciaram a possibilidade da interposição de um elemento óptico entre a exibição e o observador para apresentar uma imagem diferente a cada olho de um observador.

Para obter estas imagens diferentes, uma imagem é dividida em uma multiplicidade de vistas que correspondem a ângulos de visualização diferentes. Estas vistas são seccionadas como uma imagem e uma disposição de lentes cilíndricas focaliza cada vista em direções diferentes. A separação angular entre as vistas adjacentes é projetada de maneira tal que dentro de uma distância de visualização específica de uma exibição, cada olho de um observador recebe a luz de uma vista diferente. Várias literaturas descrevem os princípios e a tecnologia, por exemplo, com a patente norte- americana n°. 6.064.424. Os arranjos mais simples só produzem duas visualizações, ao passo que os sistemas de múltiplas visualizações têm tipicamente entre sete e nove visualizações, com os conjuntos de visualizações se repetindo enquanto um observador se move para os lados. Na transição entre os conjuntos de visualizações, a imagem visualizada pelos olhos de um observador não combina e o efeito 3D é perdido e a experiência é desconfortável.

Números maiores de visualizações propiciam uma experiência tridimensional aumentada, uma vez que é possível 'olhar em torno dos objetos até um grau maior, e, além disso, o número de transições em que um conjunto de repetições das visualizações é reduzido. A resistência ao aumento do número de visualizações é a perda da definição horizontal e a disparidade entre as definições horizontal e vertical.

Uma outra questão relevante com os mostradores que apresentam a lente lenticular é a produção de padrões Moiré. Estes são mais pronunciados quando o eixo das lenticulas passa através das interseções sem emissão de luz entre sub- pixels, e se manifestam pelas faixas escuras que passam através da tela enquanto um observador se move para os lados. Os padrões Moiré são muito conspícuos com sistemas de nove visualizações para os quais os eixos das lenticulas passam diagonalmente através de cada sub-pixel de um canto ao canto oposto interceptando o número máximo de interseções sem emissão de luz.

Os desenvolvimentos recentes com a tecnologia de LCD estão produzindo mostradores de alta definição que excedem 2.000 pixels em uma direção horizontal, e se aproximam de 4.000 pixels. Antes do advento desses mostradores de definição ultra-alta, a definição comercialmente disponível mais elevada era de 1.920 χ 1.080 pixels, o que limitava a quantidade de visualizações eficazes a um máximo de aproximadamente nove, que coincidia com a melhor configuração de uma lente lenticular inclinada por meio da qual a definição nas direções horizontal e vertical é a mesma. A utilização de um ângulo inclinado idêntico ou diferente e a tentativa de aumentar a quantidade de visualizações resultam em uma má combinação entre as definições nas duas direções.

A presente invenção refere-se a um método de geração de grandes quantidades de conjuntos de visualizações, particularmente 18, 27 ou mais, com definições horizontais e verticais iguais, produzindo um efeito de 'olhar em torno' maior e provendo uma exibição com poucas transições entre conjuntos de visualizações e também um mostrador com padrões Moiré reduzidos. Para apreciar o método é vantajoso compreender a tecnologia atual.

As telas de LCD e de plasma apresentam elementos emissores de luz que compreendem os elementos retangulares vermelhos, verdes e azuis, agrupados nos conjuntos triplos adjacentes uns aos outros para formar os pixels. Tipicamente, os elementos de cores individuais, conhecidos como sub- pixels, são retangulares com uma relação de aspecto de 3:1 com um eixo longo na direção vertical.

Em situações auto-estereoscópicas, os sub-pixels adjacentes podem representar uma 'vista', da qual pode haver somente duas, para uma exibição simples de um único observador ou tantas quantas nove ou mais vistas que permitem uma latitude maior na posição de um observador. Uma lente lenticular serve para exibir a imagem de vistas diferentes em cada olho de um observador e desse modo propiciam a ilusão de profundidade a uma imagem.

É útil compreender a tecnologia com a ajuda de diagramas. A Figura 1, com uma parte ampliada, mostra a geometria da vista de planta para um mostrador de LCD 1 que tem uma lente lenticular inclinada 2 que compreendendo colunas da lente cilíndrica 3 também conhecidas como lentículas. Dependendo do ângulo de visualização, os sub- pixels diferentes 4 serão observados, e a uma distância de visualização ideal os sub-pixels adjacentes serão observados pelos olhos diferentes 5. As trajetórias dos raios são mostradas como linhas descontínuas.

O diagrama esquemático de um mostrador tal como visto frontalmente é mostrado na Figura 2. Ela mostra os sub- pixels vermelhos, verdes e azuis 1, e o eixo 4 de uma lentícula é mostrado inclinado a fim de interceptar os sub- pixels vermelhos, verdes e azuis. Em um sistema de nove visualizações, o eixo da lente é inclinado da vertical por um ângulo de atan (1/3) que é de aproximadamente 18,5 graus, e cada lentícula transpassa 9 sub-pixels ou 3 pixels.

A resolução neste arranjo otimizado de 9 visualizações é um terço de um mostrador 'sem lentes1. Por exemplo, um mostrador de 1.920 χ 1.080 pixels se transforma de fato em um mostrador de 640 χ 360 pixels. Embora aparentemente baixa, tal resolução é, entretanto, adequada para a maioria das aplicações de visualização.

Deve der observado que, a fim de gerar, digamos, 18 visualizações, isto poderia ser obtido ao duplicar o passo das lentículas, no entanto isto não deve resultar em uma redução da definição vertical que também é determinada pelo ângulo da inclinação lenticular. A resolução horizontal de uma exibição que resulta em 18 visualizações deve ser reduzida por um fator de 6. Um mostrador que tem 3.840 pixels nativos na direção horizontal deve propiciar a mesma resolução horizontal que uma lente de nove visualizações aplicada a um mostrador de 1.92 0 pixels nativo.

Um dos inconvenientes dos mostradores de resolução ultra-alta consiste nos requisitos de tamanhos de arquivos e de taxas de transferência de dados quando se tratar de arquivos de filmes. O objetivo da presente invenção consiste na apresentação de uma exibição 3D auto-estereoscópica com mais de dez visualizações e com uma resolução igual nas direções horizontal e vertical.

PRESENTE INVENÇÃO

A invenção é considerada como consistindo em um mostrador 3D auto-estereoscópico utilizando uma lente lenticular inclinada acoplada a um mostrador baseado em pixels, tal como um LCD, por meio do que apresenta 9. η visualizações onde η é um número inteiro positivo de mais de 1, caracterizado pelo fato de que a saída de pixel é duplicada em conjuntos de fileiras adjacentes de fileiras de η pixels, e a lente lenticular tem um ângulo inclinado de atan(1/(3.n)) e um passo horizontal de quase 3.n.p onde ρ é a largura do pixel.

A invenção também pode consistir em um mostrador auto-estereoscópico que compreende uma folha de lente lenticular acoplada a uma tela de LCD, caracterizado pelo fato de que a lente tem pequenas lentes cilíndricas paralelas inclinadas quase 9,5 graus em relação à vertical e têm um passo horizontal que é quase seis vezes o passo horizontal dos pixels de LCD, por meio do que a saída a tela de LCD se repete em cada fileira alternada de pixels.

Com a repetição de cada segunda fileira, pode ser observado que os tamanhos de arquivos de imagens podem ser reduzidos em aproximadamente l/n em comparação às imagens para as quais a saída de cada fileira é independente de N outras.

A invenção também consiste em um mostrador baseado em pixels em que a relação de aspecto dos pixels triplicados é de 2:1 ou 3:1 com o eixo longo na direção vertical.

DESCRIÇÃO A invenção pode ser melhor apreciada com referência às figuras em anexo que mostram uma realização preferida. A Figura 3 mostra um diagrama do arranjo para 18 vistas e a Figura 4 ilustra o arranjo para 27 vistas, enquanto que a Figura 5 mostra uma geometria de pixel para obter um resultado similar.

Com referência à Figura 3, um mostrador de LCD apresenta sub-pixels vermelhos, verdes e azuis 1, um conjunto dos quais constitui um pixel tal como mostrado pelo contorno 2 que é geralmente quadrado. Os números dentro de cada pixel referem-se a um número de visualização relativo e as letras R, G e B denotam a cor do sub-pixel. 0 eixo de um elemento cilíndrico de uma lente lenticular é mostrado pela linha descontínua 3, e o eixo de um elemento adjacente é mostrado pela linha descontínua 4. A inclinação do eixo é tal que ele pode passar através de dois sub-pixels verticalmente adjacentes. Este ângulo corresponde a atan (1/6) que consiste em aproximadamente 9,4 6 graus em relação à vertical.

Pode ser observado que, por exemplo, um componente vermelho de uma imagem branca irá se repetir a cada sexto pixel na direção vertical, e também a cada sexto pixel na direção horizontal. Desse modo a resolução é preservada em ambas as direções.

A entrada para a exibição é programada de maneira tal que cada segunda fileira é repetida.

Com o uso de um circuito dedicado na forma de um chip, a imagem requer muito menos dados do que aquela de uma imagem de resolução total e deve permitir que os tamanhos de arquivos de imagens sejam quase a metade do tamanho de uma imagem de resolução total equivalente. A tecnologia para produzir os dados da imagem não faz parte da invenção, mas é considerada rudimentar para alguém no campo da computação.

A Figura 4 mostra uma configuração para um mostrador de 27 visualizações. Tal quantidade de visualizações deve ser apropriada apenas para as exibições que se aproximam de 10.000 pixels na direção horizontal, e as etiquetas têm o mesmo significado que para a Figura 2, em que a diferença é que a inclinação dos eixos 3 e 4 é tal que eles passam através de três sub-pixels verticalmente adjacentes. Este ângulo corresponde a atan (1/9) que consiste em aproximadamente 6,34 graus em relação à vertical.

Embora as duas descrições acima se refiram a um único painel de exibição de alta definição, o princípio pode ser aplicado a múltiplas exibições de uma resolução mais baixa configurada para produzir grandes exibições.

Embora as descrições acima se refiram a uma lente cilíndrica, elas se referem a qualquer elemento óptico que serve para focalizar a luz em uma direção e incluem meios holográficos e superfícies facetadas. Também inclui filtros de barreira ou de paralaxe.

Uma versão alternativa da realização acima consiste na provisão de uma geometria de pixels em que os sub-pixels têm uma relação de aspecto de 6:1 ao invés da convencional de 3:1, e a imagem de entrada poderia ter uma resolução vertical que é metade da exibição de definição total (relação de aspecto de sub-pixels de 3:1).

A Figura 5 mostra uma geometria de pixels que é projetada para fornecer 18 visualizações e não requer a duplicação das saídas para os pares de fileiras. Com referência ã figura, os sub-pixels 1 têm uma relação de aspecto que é de quase 6:1. Um limite de pixel é indicado por 2, enquanto que os eixos de uma lente lenticular são mostrados como 3 e 4.

EXEMPLOS

Um mostrador de 4 5 polegadas (114 cm através da diagonal) com 3.840 pixels horizontais e 2.160 pixels verticais é empregado para propiciar imagens auto- estereoscópicas utilizando uma lente lenticular para uma distância de visualização ideal de 3 metros. Para uma separação dos olhos de 6,5 cm, a largura angular de cada visualização deve ser atan (6,5/300) = 1,24. Para um mostrador de 18 visualizações, a largura angular das 18 visualizações deve ser de aproximadamente 22 graus. O ângulo de visualização desejado normal é de aproximadamente 30 graus de um ou outro lado da posição 'em linha reta1, e desse modo três conjuntos de 18 visualizações devem ser requeridos com duas zonas de transição entre eles. Este número baixo permite uma visualização muito mais confortável e o ângulo mais largo de visualização entre os conjuntos permite um efeito tridimensional maior, uma vez que um observador também pode ver as bordas redondas dos objetos.

O mostrador acima especificado deve ter um tamanho de pixel de 0,257 mm ou de uma largura de sub-pixel de 0,0857 mm. De modo que uma lente lenticular deve requerer um passo na direção horizontal de 0,257 mm χ 6 = 1,542 mm. Este valor deve de fato ser reduzido por um fator pequeno para levar em consideração a distância de visualização, de maneira tal que uma visualização particular observada centralmente também será vista perto das bordas da tela onde a visualização particular terá que ser dirigida para dentro na direção de um observador posicionado centralmente. A inclinação do eixo da lente é de aproximadamente 9,4 6 graus, de modo que o passo em uma direção normal ao eixo da lentícula pode ser calculado como sendo igual a 1,521 mm.

O raio das lentículas e a espessura da lente dependem da largura de qualquer espaço de ar que pode ser intencionalmente quase igual a zero ou um espaçamento definido tal como 5 mm. É disponível um software óptico prontamente disponível que pode especificar o raio e a espessura das lentículas com base no índice de refração do material da lente - normalmente acrílico.

A lente é fabricada ao utilizar tecnologias de formação de plástico convencionais tais como a moldagem a injeção, a extrusão, a formação a quente entre rolos ou a formação a quente forma entre placas em uma prensa.

O conteúdo passado ao mostrador é gerado apropriadamente, dividido em 18 visualizações e então emendado. Este aspecto da tecnologia não é o objeto da invenção.

Existem diversos fornecedores de conteúdo que desenvolveram software para tais mostradores auto- estereoscópicos.

Um segundo exemplo apresenta dezesseis mostradores de 45" com um conteúdo de pixels de 1.920 χ 1.080. Os mostradores são dispostos bastante próximos uns dos outros em uma forma de telhado. A apresentação de dezesseis mostradores à resolução total deve requerer grandes tamanhos de arquivos e taxas de transferência de dados. Coma adoção dos princípios da presente invenção, o tamanho de arquivo pode ser reduzido substancialmente ao sacrificar a resolução de cada mostrador por um fator de quatro na direção vertical e incluindo uma lente lenticular que provê 3 6 visualizações, de modo que a resolução eficaz da coleção de mostradores seja de 1.920 χ 1.080. Embora aparentemente grosseiro para um mostrador grande com um tamanho eficaz de 180", quando visualizado de uma distância tal como 8 metros deve ser bastante aceitável.

Deve ser apreciado que a invenção acima descrita fornece uma melhoria na experiência em 3D utilizando mostradores auto-estereoscópicos, permitindo um grande número de visualizações e resolução igual nos eixos horizontal e vertical.

Claims

1. MOSTRADOR AUTO-ESTEREOSCÓPICO, que compreende uma lente lenticular acoplada a uma tela de LCD que compreende uma disposição de pixels, caracterizado pelo fato de que a lente tem pequenas lentes cilíndricas paralelas quase a 9,5 graus em relação a um eixo vertical e tem um passo horizontal que é quase seis vezes o passo horizontal dos pixels do LCD, por meio do que a entrada de dados para cada fileira alternada de pixels é repetida em cada fileira adj acente.

2. LENTE LENTICULAR, para ser utilizada com telas de LCD, caracterizada pelo fato de que a lente tem pequenas lentes cilíndricas paralelas quase a 9,5 em relação a um eixo vertical.

3. LENTE LENTICULAR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o passo horizontal da lente é quase seis vezes a largura horizontal dos pixels de uma tela de LCD à qual a lente deve ser acoplada.

4. MOSTRADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a folha da lente é fabricada a partir de acrílico.

5. MOSTRADOR AUTO-ESTEREOSCÓPICO, caracterizado pelo fato de compreender a inclusão de um chip eletrônico que serve para duplicar o sinal para cada fileira de saída da matriz de LCD do mostrador, e o dito mostrador é acoplado a uma lente lenticular.

6. LENTE LENTICULAR INCLINADA, que compreende pequenas lentes cilíndricas acopladas a um mostrador baseado em pixels tal como um LCD por meio do que apresenta conjuntos de 9.n visualizações onde η é um número inteiro positivo de mais de 1, caracterizada pelo fato de que a saída de pixel é duplicada nos conjuntos de fileiras adjacentes de n fileiras de pixels e o eixo das pequenas lentes é inclinado em relação à vertical a um ângulo de atan(l/3n) e o passo horizontal das pequenas lentes é 3n maior do que a largura dos pixels do mostrador.