DE102006010971A1

DE102006010971A1 - Verfahren zur autostereoskopischen Betrachtung von Bildern und autostereoskopische Anordnung

Info

Publication number: DE102006010971A1
Application number: DE102006010971A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Tzschoppe
Original assignee: NEWSIGHT GmbH
Current assignee: NEWSIGHT GmbH
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2006-09-21
Also published as: WO2006094780A8; WO2006094780A2; WO2006094780A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur autostereoskopischen Bildwiedergabe mit mehreren Arrays, durch welche definierte Ausbreitungsrichtungen für das Licht vorgegeben werden, das von einem dieser Arrays ausgeht oder, von einer Lichtquelle kommend, durch ein Array hindurchtritt und auf ein Array aus lichtdurchlässigen Elementen gerichtet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind ein Verfahren bzw. eine Anordnung vorgesehen, bei denen DOLLAR A - mit den Positionen der Elemente auf dem ersten Array, DOLLAR A - mit den Positionen der Elemente auf dem zweiten Array und DOLLAR A - mit dem Abstand der beiden Arrays voneinander DOLLAR A - Ausbreitungsrichtungen werden, DOLLAR A - die sich in einer vor oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebene oder in mehreren vor und/oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebenen schneiden, und dadurch DOLLAR A - in diesen Bildebenen Bilder erzeugt werden, DOLLAR A - welche ein Betrachter, der sich außerhalb dieser Bildebenen mit Blick auf die beiden hintereinander angeordneten Arrays befindet, autostereoskopisch wahrnimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem das von einem ersten, aus einzelnen Elementen gebildeten Array ausgehende, oder das von einer Lichtquelle kommende, durch die Elemente eines ersten Arrays hindurchtretende Licht auf ein zweites Array aus lichtdurchlässigen Elementen gerichtet ist, wobei mit der Festlegung der Positionen der Elemente auf dem ersten Array, mit der Festlegung der Positionen der Elemente auf dem zweiten Array und mit der Festlegung des Abstandes der beiden Arrays voneinander Ausbreitungsrichtungen für das von dem ersten Array kommende Licht vorgegeben werden. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anordnung zur Anwendung dieses Verfahrens.
Verfahren zur autostereoskopischen Betrachtung von Bildern sind im strengen Sinne und im Sinne der nachfolgend beschriebenen Erfindung nur solche, die hilfsmittelfrei funktionieren, sowohl hilfsmittelfrei beim Betrachter (beispielsweise ohne bildtrennende Brille), als auch hilfsmittelfrei beim 3D-System (beispielsweise ohne Augen-Tracking, ohne Positionierhilfen für den Betrachter). Hierbei sollen bildtrennende Mittel, die direkt am 3D-System (beispielsweise Linsenraster, Barrieren) angeordnet sind, nicht als Hilfsmittel im Sinne der Autostereoskopie gelten.

Insofern gehören zu dem hier relevanten Stand der Technik alle bekannten autostereoskopischen Anordnungen und 3D/2D-Bildwiedergabeeinrichtungen mit Filterarray nach dem Barriereverfahren, darunter insbesondere die in WO 01/56302 beschriebenen Verfahren und Anordnungen.

Es ist bekannt, autostereoskopische Zwei- oder Mehr-Ansichten-Systeme so zu dimensionieren, daß für ausgewählte Betrachterpositionen innerhalb einer vorgegebenen Betrachterebene orthoskopische 3D-Eindrücke theoretisch ohne Übersprechen mit maximaler Kanal-, Ansichten- und Bildtrennung wahrnehmbar sind. Nur in diesen Betrachterpositionen in dieser einen optimalen Betrachterebene sieht ein Betrachter mit seinem linken Auge nur die Pixel oder Subpixel einer linken Ansicht und mit seinem rechten Auge nur die Pixel oder Subpixel einer rechten Ansicht. Außerhalb dieser ausgewählten Positionen und vorgegebenen Ebene sieht der Betrachter monokular gleichzeitig Pixel bzw. Subpixel von mehr als nur einer Ansicht oder sogar von allen Ansichten. Dies ist die Ursache für die geringe 3D-Bildqualität bzw. geringe 3D-Tiefe bei diesen Systemen. So lassen sich bei den bekannten autostereoskopischen 3D-Bildwiedergabeeinrichtungen ohne Augen-Tracking oder ohne Positionierhilfe für den Betrachter vergleichsweise nur geringe 3D-Tiefen (so genanntes "out-screening") realisieren. Diese 3D-Tiefen sind sehr viel kleiner als die optimale Betrachtungsentfernung.

Diese Nachteile werden bei bekannten Mehr-Ansichten-Systemen von autostereoskopischen Anordnungen noch verschärft, weil diese so ausgelegt sind, daß der Betrachter mit einem Auge überwiegend die Pixel bzw. Subpixel einer Auswahl von Ansichten gleichzeitig und mit dem anderen Auge überwiegend die Pixel bzw. Subpixel einer anderen Auswahl von Ansichten sieht. Besonders nachteilig sind Anordnungen, bei denen den Pixeln bzw. Subpixeln von vorn herein die Informationen von mehr als zwei Ansichten oder sogar von allen Ansichten zugeordnet werden, wie dies bei den in der o.g. WO 01/56302 beschriebenen Verfahren und Anordnungen der Fall ist.

Nicht nur bei Zwei-, sondern auch bei Mehr-Ansichten-Systemen befinden sich zwischen den orthoskopischen Positionen jeweils pseudoskopische Betrachtungspositionen, in denen ein falscher Tiefeneindruck entsteht, weil die Tiefen "vorn" und "hinten" invers vertauscht sind.

Ein weiterer Nachteil der bekannten autostereoskopischen Anordnungen ist die Tatsache, daß jeder fusionierte Bildpunkt in der Fusionsebene nur von je einem Objektpunkt des Stereopaares gebildet wird. Der 3D-Eindruck ist deshalb in der Fusionsebene nicht physikalisch real und nur unter bestimmten Bedingungen als Lichterscheinung auf einem Schirm auffangbar. Das 3D-Bild entsteht erst durch Fusion im Gehirn des Betrachters, es ist eine Illusion im Ergebnis binokularer Stereopsis.

Ein weiterer Nachteil der bekannten autostereoskopischen Mehr-Ansichten-Systeme ist deren begrenzte Zahl der Ansichten. je größer die Zahl der Ansichten wird, die auf dem autostereoskopischen Kombinationsbild ineinander verschachtelt dargestellt werden müssen, desto kleiner sind die resultierende geometrische Auflösung und die Hellig keit der monokular wahrgenommenen Bilder und damit Auflösung und Helligkeit des wahrgenommenen 3D-Eindruckes. Die beispielsweise auf acht Ansichten ausgelegten autostereoskopischen Anordnungen (üblich ist daneben auch die Auslegung auf vier bis zehn Ansichten) haben nur 1/8 der Auflösung und Helligkeit der 2D-Bildschirme.

Die geringe Anzahl an Ansichten hat des weiteren eine sehr begrenzte horizontale und/oder vertikale orthoskopische Bewegungsfreiheit des Betrachters, selbst in der optimalen Ebene, zur Folge. Wegen der eingeschränkten "Rundumsicht" kann von einer natürlichen Bewegungsparallaxe keine Rede sein. Der von modernen Flachdisplays heute zur Verfügung gestellte horizontale und vertikale Sichtwinkelbereich von nahezu 180° kann bei weitem nicht ausgenutzt werden. Er wird statt dessen eingeschränkt auf einzelne orthoskopische Sehzonen.

Bei Zwei-Ansichten-Systemen wie auch bei Mehr-Ansichten-Systemen tritt ein unnatürlicher "Gummi-Effekt" auf. Der 3D-Eindruck folgt dem Betrachter bei dessen horizontaler bzw. vertikaler Bewegung nach, ohne daß der Betrachter neue oder andere Ansichten der räumlichen Szene wahrnimmt. Mehrere Betrachter, die sich seitlich in den orthoskopischen Sehzonen aufhalten, haben im Grunde genommen denselben 3D-Eindruck. Bei Zwei-Ansichten-Systemen tritt zu dem lateralen "Gummi-Effekt" noch ein axialer "Gummi-Effekt" in Blickrichtung hinzu. Selbst Zwei-Ansichten-Systeme mit z-Tracking, also Tracking in Blickrichtung, zeigen einen unnatürlichen "Gummi-Effekt" in z-Richtung, wenn sich der Betrachter der autostereoskopischen Anordnung nähert oder sich von dieser entfernt. Solche unnatürlichen "Gummi-Effekte" in x-, y- und z-Richtung sind auch aus der Betrachtung einfacher Stereo-Bilder mit bloßem Auge bekannt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten autostereoskopischen Zwei- und Mehr-Ansichten-Systeme ist die unnatürliche "Größeninversion". Der 3D-Eindruck von ein und demselben Objekt, das hinter der autostereoskopischen Anordnung wahrgenommen wird, erscheint größer als der 3D-Eindruck dieses Objekts, wenn dieses vor der autostereoskopischen Anordnung wahrgenommen wird. In der Realität dagegen erscheinen entfernte Objekte kleiner als nahe Objekte.

Ein noch weiterer Nachteil der bekannten autostereoskopischen Zwei- und Mehr-Ansichten-Systeme ist deren Begrenztheit bezüglich der Auswahl der zu verwendenden 2D-Basis-Displays oder 2D-Basis-Projektoren, insbesondere wenn diese hohe Auflösung im Sinne hoher Pixel- oder Subpixel-Dichten haben und/oder kleine optimale Betrachtungsentfernungen realisiert werden sollen. Der dafür notwendig geringe Abstand zwischen der Pixel- oder Subpixel-Ebene des 2D-Basis-Displays bzw. -Projektors und der Bildtrennvorrichtung (Barriere oder Filterarray) ist technisch bedingt nicht oder nur unvollkommen realisierbar. Die Folge davon ist, daß der Betrachter die 3D-Bildwiedergabeeinrichtung außerhalb der optimalen Betrachtungsebene nutzt, wodurch es zu den beschriebenen Verlusten in der Qualität der 3D-Bildwahrnehmung kommt. Bei den bekannten autostereoskopischen Zwei- und Mehr-Ansichten-Systemen kann der genannte Abstand prinzipiell nicht frei gewählt werden, da er von der vorgegebenen optimalen Betrachtungsentfernung abhängt. Das ist ein oft übersehener Nachteil.

Ein weiterer gravierender Nachteil der bekannten autostereoskopischen Anordnungen ist der notwendige Kompromiß zwischen ihrer 3D-Bildqualität und 3D-Tiefe und einer möglichst freien Beweglichkeit des Betrachters oder der Betrachter in den Koordinaten X, Y, und Z. Nur durch Verzicht auf minimales Übersprechen, hohe Kanal- und Bildtrennung sowie große 3D-Tiefe wird bei diesen 3D-Systemen eine gewisse X-, Y-, Z-Beweglichkeit möglich.

Ein noch weiterer Nachteil der bekannten autostereoskopischen Mehr-Ansichten-Systeme ist die softwarebedingte Begrenztheit der Abmessungen der Bilddarstellung. Mit wachsender Auflösung (Pixel- bzw. Subpixel-Anzahl) und Anzahl der zu kombinierenden Ansichten ist die flimmerfreie Bildfrequenz nur mit immer größeren Schwierigkeiten zu erreichen und erfordert Datenkompressionen, welche die 3D-Bildqualität zusätzlich verschlechtern. Viel Rechenleistung ist allein erforderlich für die subpixelgenaue Kombination von beispielsweise acht Ansichten zu einem einzigen Kombinationsbild.

Noch ein Nachteil der bekannten autostereoskopischen Zwei- und Mehr-Ansichten-Systeme ist die Abhängigkeit des 3D-Eindruckes bzw. der 3D-Tiefe von der azimutalen Orientierung der Augen der Betrachter. Von vier Betrachtern, die sich um eine liegende autostereoskopische Anordnung gruppieren, können nur zwei einen orthoskopischen 3D-Eindruck wahrnehmen. Die beiden seitlich auf die autostereoskopische Anordnung blickenden Betrachter nehmen keinen 3D-Eindruck und keine 3D-Tiefe war, sie sehen lediglich flache gefilterte Ansichten in der Display- bzw. Projektorebene.

Ein auffälliges Merkmal der bekannten autostereoskopischen Zwei- und Mehr-Ansichten-Systeme, insbesondere der Zwei-Ansichten-Systeme, sind die vertikalen Moire-Erscheinungen, die jeder Betrachter beim Herantreten an die 3D-Bildwiedergabeeinrichtungen zu sehen bekommt. Der interessierte Betrachter muß eine solche Position im Abstand z vor der autostereoskopischen Anordnung aufsuchen, in welcher diese Moire-Streifen scheinbar verschwinden, indem sie einen Moire-Pitch (der Begriff Pitch wird hier im Sinne von Teilung, Abstand verwendet) erreichen, der größer ist als die Breite des 3D-Displays bzw. -Projektors. Dabei wird der Betrachter häufig von aktiven oder passiven Positionierhilfen unterstützt. Ursache für die Moire-Streifen ist die von der Betrachtungsentfernung abhängige Fehlanpassung des Winkel-Pitchs der Strukturen des 2D-Basis-Displays bzw. -Projektors und des Winkel-Pitchs der Strukturen von Bildtrenneinrichtungen, wie Barriere oder Filterarray. Nur in der optimalen Betrachtungsentfernung haben beide Winkel-Pitchs denselben Wert, wodurch der Pitch des Verschiebungs-Moines unendlich groß wird. Nur in dieser Entfernung kann der Betrachter monokular die Pixel bzw. Subpixel jeweils einer einzigen Ansicht sehen. Das Übersprechen ist im Idealfall gleich Null, die Bildtrennung vollkommen und es sind sehr große 3D-Tiefen möglich.

Bei den bekannten autostereoskopischen Anordnungen bedeutet das Auftreten solcher Moire-Erscheinungen eine schwere Störung des wahrnehmbaren 3D-Eindruckes. Moire-Erscheinungen werden deshalb bei der Fertigung der autostereoskopischen Anordnungen als Justierhilfe zur X-, Y-, Z-Orientierung der Bildtrenneinrichtung relativ zum 2D-Basis-Display bzw. -Projektor genutzt. Justierkriterium ist dabei das weitestgehende Verschwinden der lateralen und azimutalen Moire-Erscheinungen bzw. des Verschiebungs- und Verdrehungs-Moire. Die Moire-Erscheinungen werden aus demselben Grund bei herkömmlichen autostereoskopischen Anordnungen auch als Positionierhilfe für den Betrachter genutzt.

Anmerkung:

Unter den Begriffen „Bildschirm", „Bildwiedergabeeinrichtung" und „Array aus einzelnen Elementen" im Sinne der Erfindung ist ein Bildwiedergabemedium mit aktiver oder passiver, mit emissiver oder transmissiver, mit analoger oder digitaler Bildwiedergabe zu verstehen, z.B. ein Display, Flachdisplay (LCD, PDP, LED-Display oder OLED-Display) oder ein Projektionsdisplay. Andere Ausgestaltungen sind möglich, wie beispielsweise ein Bildwiedergabefilm. Der Bildschirm bzw. die Bildwiedergabeeinrichtung verfügt über Vollfarbpixel oder RGB-Subpixel, wobei diese in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Bevorzugt sind die RGB-Subpixel vertikal in Spalten angeordnet oder horizontal in Zeilen angeordnet. Die autostereoskopische Anordnung im Sinne dieser Erfindung umfaßt demzufolge den Bildschirm bzw. die Bildwiedergabeeinrichtung und bildtrennende Mittel, meist als Array aus lichtdurchlässigen Elementen, Linsenraster oder Barriere bezeichnet.

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und dazugehörige Anordnungen zur autostereoskopischen Betrachtung von Bildern zu entwickeln, welche die beschriebenen Nachteile weitestge hend beseitigen und dadurch die Qualität der Bildwiedergabe bei autostereoskopischen Anordnungen verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zur autostereoskopischen Bildwiedergabe, bei dem

– das von einem ersten, aus einzelnen Elementen gebildeten Array ausgehende, oder
– das von einer Lichtquelle kommende, durch die Elemente eines ersten Arrays hindurchtretende Licht
– auf ein zweites Array aus lichtdurchlässigen Elementen gerichtet ist, wobei
– mit der Festlegung der Positionen der Elemente auf dem ersten Array,
– mit der Festlegung der Positionen der Elemente auf dem zweiten Array und
– mit der Festlegung des Abstandes der beiden Arrays voneinander
– Ausbreitungsrichtungen für das von dem ersten Array kommende Licht vorgegeben werden,
– die sich in einer vor oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebene oder in mehreren vor und/oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebenen schneiden, und dadurch
– in diesen Bildebenen Bilder erzeugt werden,
– welche ein Betrachter, der sich außerhalb dieser Bildebenen mit Blick auf die beiden hintereinander angeordneten Arrays befindet, vor und/oder hinter den beiden Arrays autostereoskopisch wahrnimmt.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst mit einer Anordnung zur autostereoskopischen Bildwiedergabe, mit

– einem ersten Array, auf dem sich in vorgegebenen Positionen Elemente befinden,
– von denen Licht ausgeht, oder
– durch die von einer Lichtquelle kommendes Licht hindurchtritt, wobei
– das vom ersten Array kommende Licht auf ein zweites Array gerichtet ist, auf dem sich in vorgegebenen Positionen lichtdurchlässige Elemente befinden, so daß
– aufgrund der Positionen der Elemente auf dem ersten Array, aufgrund der Positionen der Elemente auf dem zweiten Array, und aufgrund des Abstandes beider Arrays voneinander
– Ausbreitungsrichtungen für das vom ersten Arrays kommende Licht vorgegeben sind,
– die sich in einer vor oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebene oder in mehreren vor und/oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebenen schnei den, und dadurch
– in diesen Bildebenen Bilder erzeugt werden,
– welche ein Betrachter, der sich außerhalb dieser Bildebenen mit Blick auf die beiden hintereinander angeordneten Arrays befindet, vor und/oder hinter den beiden Arrays autostereoskopisch wahrnimmt.

Damit sind ein neuartiges Verfahren sowie das Prinzip einer neuartigen Anordnung zur autostereoskopischen 3D-Bildwiedergabe mit vielfältig verbesserter 3D-Bildqualität geschaffen. Die wesentlichen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind folgende:
die Darstellung der Bilder erfolgt in tiefengestaffelten Ebenen T vor (T > 0) und/oder hinter (T < 0) der autostereoskopischen Anordnung bei wesentlich größeren 3D-Tiefen,

– es werden reelle Bilder von Objekten und Figuren vor der autostereoskopischen Anordnung erzeugt (T > 0, so genanntes "out-screening"); die reellen Bilder können bei Bedarf (im Gegensatz zu virtuellen Bildern) auf einen Schirm in der Bildebene T projiziert werden,
– die Bildebenen, in denen die Bilder von Objekten und Figuren entstehen, können durch Linsen, darunter auch Fresnel-Linsen, abgebildet werden,
– das "out-screening" ist nur durch den individuellen AC/A-Quotient (Accommodative Convergence/Accommodation) des Betrachters und dessen fusionale oder motorische Konvergenzleistung begrenzt,
– das "out-screening" ist bis in die Nähe des Betrachters möglich, da fusionale Konvergenzleistungen trainierbar sind; ein hoher individueller AC/A-Quotient ist dabei von Vorteil,
– es besteht weitestgehend freie Wahlmöglichkeit für den Abstand zwischen Bildschirm und Bildtrenneinrichtung,
– unkomplizierte Einstellbarkeit oder Änderung der 3D-Tiefen, dadurch ist eine einfache Anpassung der Tiefen an die Wünsche des Nutzers einer solchen Anordnung möglich,
– eine kontinuierliche Tiefenvariation ist möglich,
– der orthoskopische Betrachtungsraum ist in allen Koordinaten XYZ im wesentlichen unbegrenzt,
– in den Koordinaten X und Y ist der Betrachtungsraum nur durch den Sichtwinkelbereich des Bildschirms begrenzt,
– es gibt keine pseudoskopischen Betrachtungspositionen,
– die Bildtrennung ist im gesamten Betrachtungsraum vollkommen,
– die 3D-Bildqualität und die 3D-Tiefen sind von der Betrachtungsentfernung unabhängig,
– auch bei einem hochaufgelösten Bildschirm sind kleine Betrachtungsentfernungen möglich,
– es besteht hinsichtlich geringer Betrachtungsentfernungen keine konstruktive Beschränkung bei der Wahl des Bildschirms, des 2D-Basis-Displays oder eines Projektors,
– der stereoptische „Gummi-Effekt" ist in allen Koordinatenrichtungen XYZ beseitigt,
– Realisierung richtiger bzw. natürlicher Bewegungsparallaxen in den Koordinatenrichtungen X und Y,
– auch bei großem "out-screening" erscheinen keine "Doppelbilder",
– die stereoptischen "Größeninversionen" (unrichtige Größenverhältnisse zwischen "vorn" und "hinten") sind beseitigt,
– der 3D-Eindruck entsteht unabhängig von der azimutalen Orientierung der Augen relativ zum Bildschirm,
– die Benutzung liegender Bildwiedergabeeinrichtungen ist möglich,
– 100%-ige Erkennungssicherheit der 3D-Informationen,
– im 3D-Bild werden größere Helligkeitswerte und bessere Kontrastwerte erreicht,
– die Farbbrillanz und der Farbkontrast sind besser, die Farbsättigung ist maximal,
– Vollfarb-Tauglichkeit kann erreicht werden,
– es ist weniger rechenintensive Bildgenerierungs-Software erforderlich,
– statische und/oder echtzeit-dynamische Informationsdarstellung ist möglich,
– es werden höhere Bildfolge-Frequenzen erreicht ohne Bildkomprimierungen und ohne Qualitätsverluste,
– Kompatibilität zu herkömmlichen 3D/2D-Verfahren und -Anordnungen ist gegeben,
– die Größe der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung ist weitestgehend unbegrenzt,
– keine Moire-Erscheinungen,
– die erfindungsgemäßen Anordnungen sind unkompliziert aufgebaut, es bestehen geringe Anforderungen an die Fertigung und Montage.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Ausübung des Verfahrens geeigneten Anordnungen lassen sich wie nachfolgend beschrieben vorteilhaft ausbilden und anwenden:

a) für autostereoskopische Anordnungen in beliebigen Abmessungen mit tiefengestaffelten, gleichzeitig und/oder nacheinander dargestellten, nebeneinander und/oder übereinander angeordneten Bildebenen, auf denen optische bzw. visu elle Informationen, beispielsweise mit Signalcharakter, als Text, als Ziffernanzeige und/oder als Bild, räumlich wahrnehmbar sind. So sind beispielsweise Anzeigeeinrichtungen ausführbar mit hohem Aufmerksamkeitseffekt und hoher Erkennungssicherheit für den Betrachter,
b) erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnungen können überall dort vorgesehen werden, wo mit extremem "out-screening", extrem großem Betrachtungsraum und/oder aus allen azimutalen Raumrichtungen bzw. bei allen azimutalen Display-Orientierungen auf visuelle Weise beim Betrachter optische Effekte erzielt werden sollen.
c) autostereoskopische Anordnungen gemäß a) oder b) können kombiniert mit den 3D/2D-Umschaltverfahren und -anordnungen der Firma 4D-Vision bzw. X3D (Germany) genutzt werden,
d) autostereoskopische Anordnungen gemäß a), b) oder c) können auf Teilbereichen von autostereoskopischen Anordnungen des Standes der Technik zwecks gleichzeitiger Nutzung der spezifischen Unterschiede beider Verfahren realisiert werden, beispielsweise für auffällige Firmenlogos von Unternehmen bei deren Produktwerbung als ständig sichtbare Bildlaufleiste mit extremem "out-screening",
e) autostereoskopische Anordnungen als Traininghilfe für das schrittweise Üben und Erlernen der Wahrnehmung stereoptischer Bildeindrücke mit extremer Tiefe T > 0 durch Steigerung der individuellen fusionalen oder motorischen Konvergenzleistung, insbesondere bei Nutzern mit geringem AC/A-Quotient oder bei weitsichtigen oder alterssichtigen Brillenträgern mit dem Ziel der Erlebnissteigerung bei der 3D-Wahrnehmung.

Diese Vorteile gegenüber dem Stand der Technik werden erfindungsgemäß aufgrund eines neuartigen, moire-basierten 3D-Verfahrens erzielt, das darüber hinaus von den vier Komponenten der visuellen Konvergenzleistung des Menschen neben der unwillkürlichen „akkommodativen" Konvergenz die „fusionale" bzw. „motorische" Konvergenz nutzt, welche durch Fusionsreize ausgelöst wird, sowie die durch das Bewußtsein naher "out-screening"-Erscheinungen ausgelöste „proximale" Konvergenz.

Wie weiter oben bereits ausgeführt, werden die im Stand der Technik bekannten autostereoskopischen Anordnungen so dimensioniert, daß die lateralen Moire-Erscheinungen (das so genannte Verschiebungs-Moire), die an dem 2D-Basis-Display und der Bildtrenneinrichtung entstehen, in der (und nur in der) optimalen Betrachtungsentfernung verschwinden. In Betrachtungsentfernungen, die kleiner oder größer als diese optimale Entfernung E' sind, treten diese Moire-Erscheinungen als Störung auf und sind Ursache und zugleich Indiz für schlechte 3D-Bildqualität. Die azimutalen Moi re-Erscheinungen (das so genannte Verdrehungs-Moire) lassen sich zwar durch Parallel-Justierung der maßgebenden Strukturen des 2D-Basis-Displays und der Bildtrenneinrichtung beseitigen, jedoch bleiben die lateralen Moire-Erscheinungen in Gestalt von vertikalen Moire-Streifen bestehen.

Im Unterschied zum Stand der Technik zielt die Erfindung nicht auf das „Verschwinden" der lateralen Moire-Erscheinungen ab, sondern sie zielt auf deren bewußte Nutzung. Davon ausgehend wird nachfolgend das der Erfindung zu Grunde liegende Prinzip erläutert.

Vom Standpunkt der lateralen Moire-Erscheinungen aus gesehen bestehen die bekannten autostereoskopischen Anordnungen aus zwei Gittern mit parallel zueinander ausgerichteten Strukturen mit unterschiedlichem Gitter- bzw. Struktur-Pitch und in einem Abstand zueinander, der größer als Null ist.

Nimmt man an, das hintere Gitter 1 (beispielsweise ein 2D-Basis-Display) habe den linearen Pitch m'B_1P = 1,2 mm, und das davor im Abstand D = 1 mm angeordnete Gitter 2 (beispielsweise eine Bildtrenneinrichtung wie etwa ein Filterarray) den linearen Pitch B_1E = 1,1914 mm, so kann mit Formel (1) der resultierende Moire-Linear-Pitch M in Abhängigkeit von der Betrachtungsentfernung E berechnet werden.

Darin bedeuten:

M:: linearer lateraler Moire-Pitch
m'B_1P/E:: Winkel-Pitch des Gitters 1
B_1E/(E – D):: Winkel-Pitch des Gitters 2
D:: Abstand der Gitter voneinander
E:: Betrachtungsentfernung, Abstand der Betrachtungsebene vom Gitter 1

1 zeigt die Abhängigkeit M(E). Der Moire-Pitch wird in der Betrachtungsentfernung E = 700 mm unendlich. Dies ist die optimale Betrachtungsentfernung der beispielhaft zur Erläuterung gewählten autostereoskopischen Anordnung nach dem Stand der Technik mit maximaler 3D-Bildqualität, 100% Bildtrennung und minimalem Übersprechen. Für sehr große Betrachtungsentfernungen E nähert sich der Moire-Linear-Pitch M einem konstanten Wert, welcher sich aus der Formel

für Gitter im Kontakt (D = 0) ergibt.

Es wird nun gemäß Formel (3) eine Größe T eingeführt

2 zeigt die Abhängigkeit des Moire-Linear-Pitchs M(E – T), wobei nach Formel (3) T = 700 mm eingesetzt wurde. Im Unterschied zum Moire-Linear-Pitch M(E) hat der Moire-Linear-Pitch M(E – T) = 166,8 mm einen konstanten Wert. Dieses Ergebnis bedeutet, daß der Betrachter der aus den zwei Gittern bestehenden autostereoskopischen Anordnung binokular ein lineares stabiles Moire mit konstantem Pitch, unabhängig von seiner jeweiligen Betrachtungsentfernung E, wahrnehmen kann. Dieses stabile Moire im Abstand (E – T) vom Betrachter erzeugt einen starken Fusionsreiz, wodurch der Betrachter binokular auf die Entfernung (E – T) < E konvergiert.

Das Moire nach 1 sei als Moire 2 und das Moire nach 2 als Moire 1 bezeichnet. Für den Moire-Pitch M₁ des Moire 1 ergibt sich aus Formel (1) mit E = (E – T) und Formel

Es ist leicht möglich, sich mit Hilfe von zwei großformatigen parallelen Gittern 1 und 2, welche die Gitterkonstanten bzw. Pitchs gemäß 1 und 2 aufweisen, von diesen zwei unterschiedlichen Moire-Erscheinungen (Moire 1 und Moire 2) zu überzeugen.

Verfügt man nicht über genügend großformatige Gitter, so kann das folgende praktische Beispiel mit zwei parallel ausgerichteten 15''-Gittern mit den Pitchs m'B_1P = 1,235 mm und B_1E = 1,182 mm im Abstand D = 6,25 mm zur Erläuterung dienen. Hierbei fixiert der Betrachter aus einer beliebigen Entfernung E > T mit T = 145,6 mm binokular auf eine Ebene, die sich im Abstand (E – T) vom Betrachter vor den Gittern bzw. vor der autostereoskopischen Anordnung frei im Raum befindet. Er sieht ein vertikales Streifen-Moire mit ungefähr sieben Hell-Dunkel-Streifen und einem Moire-Linear-Pitch M = M₁ = 27,5 mm. Die Konvergenz seiner Augen auf die Entfernung (E – T) fällt wegen der Fusionsreize, die bereits ein einfaches vertikales Streifenmuster ausübt, nach ein wenig Übung leicht. Es handelt sich um das Moire 1.

Ein zweites Moire 2, das dem in 1 analog ist, weil sein Moire-Pitch M₂ von der Betrachtungsentfernung E abhängt, kann der Betrachter wahrnehmen, wenn er seine Augen statt auf die Entfernung (E – T) auf eine größere Entfernung (E + T₂) hinter die autostereoskopische Anordnung richtet. Der Betrachter blickt dann eher nach unendlich als in die Nähe. Das Moire 2 wird durch "Parallelisierung" der Sehachsen (genauer: durch Verringerung der fusionalen Konvergenz) sichtbar.

3 zeigt das Zustandekommen von Moire 1 und Moire 2. Die beiden Moire-Erscheinungen unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich ihres Moire-Linear-Pitchs M₁ und M₂, wie beschrieben. Sie unterscheiden sich auch in der räumlichen Ebene, in der die Moire-Erscheinungen vom Betrachter wahrgenommen werden. Ursache und maßgeblich für die „Dreidimensionalität" von Moire 1 und Moire 2 ist, daß der Abstand D zwischen beiden Gittern, also zwischen der 2D-Basis-Display und der Bildtrenneinrichtung, verschieden von Null ist: D > 0 mm. Bei zwei Gittern im Kontakt D = 0 mm würde der Betrachter nur ein Moire mit konstantem Linear-Moire-Pitch M gemäß Formel 2 wahrnehmen. Wegen des Abstandes D > 0 mm sieht der Betrachter die lateralen Moire-Erscheinungen mit seinem linken und rechten Auge lateral an unterschiedlichen Stellen. Er sieht von ihnen jeweils eine linke und eine rechte Ansicht.

Das Moire 1 erscheint dabei unabhängig von der Betrachtungsentfernung E > T im konstanten Abstand T = 145,6 mm vor der autostereoskopischen Anordnung. Die oben mit Formel (3) eingeführte Größe T ist somit eine Tiefe, beispielsweise der Abstand T > 0 des "out-screening" von der autostereoskopischen Anordnung.

Das Moire 2 zeigt ein ganz anderes räumliches Verhalten. Für seine wahrnehmbare Tiefe T gilt Formel (5).

Darin ist

A:: die Pupillendistanz des/der Betrachter, Mittelwert A = 65 mm

Im Experiment mit den beiden 15''-Gittern erscheint des Moire 2 bei großen Betrachtungsentfernungen E hinter den Gittern bzw. hinter der autostereoskopischen Anordnung. Bei Verringerung der Betrachtungsentfernung E nähert sich das Moire 2 kontinuierlich den Gittern von hinten, um bei E = 343,7 mm genau in der Gitterebene zu erscheinen. Bei weiterer Annäherung des Betrachters verlagert sich das Moire 2 vor die Gitter und wird zu einer „out-screening"-Erscheinung, die sich schließlich der Tiefe T immer mehr annähert. Die Tiefe T₂ des Moire 2 hat eine umgekehrte Abhängigkeit von der Betrachtungsentfernung E. Mit Verringerung von E wächst T₂, das Moire 2 hinter den Gittern nähert sich dem Betrachter, indem es in der Gitter-Ebene und schließlich davor zu liegen scheint. Das Moire 2 zeigt demnach einen „inversen Gummi-Effekt" im Vergleich zum „Gummi-Effekt" im Stand der Technik, beispielsweise bei Zwei-Ansichten-Systemen mit Tracking oder bei der Fusion eines Stereobildpaares.

Ursache für diesen „inversen Gummi-Effekt" ist der nicht konstante Abstand (die stereoskopische Parallaxe) zwischen den fusionierten monokularen Seheindrücken der Gitter. Mit Reduzierung der Betrachtungsentfernung E verlagert sich der Seheindruck des linken Auges, der links vom rechten Seheindruck des rechten Auges liegt, nach rechts und der rechte Seheindruck des rechten Auges nach links (siehe 3). Liegt schließlich der linke Seheindruck genau auf dem rechten Seheindruck (stereoskopische Parallaxe = 0), erscheint das Moire 2 in der Gitterebene T₂₂ = 0). Bei weiterer Reduzierung der Betrachtungsentfernung E verlagert sich der linke Seheindruck weiter nach rechts, der rechte Seheindruck weiter nach links, so daß der linke Seheindruck rechts vom rechten Seheindruck liegt. Die Fusion ergibt nun sogar ein Moire 2 vor den Gittern, T₂₃ > 0.

Es gibt weitere wesentliche Unterschiede zwischen Moire 1 und Moire 2: Das Moire 1 kann auf einem weißen Schirm optisch aufgefangen werden, wenn dieser in der Entfernung T positioniert wird. Das Moire 1 ist im Fall T > 0 eine reelle optische Erscheinung. Beim Moire 2 ist das nicht der Fall. Das Moire 2 weist neben seiner Variabilität hinsichtlich Moire-Pitch M₂ und Tiefe T₂ eine weitere Variabilität auf: dreht der Betrachter den Kopf um eine Achse parallel zur Körperlängsachse, dreht sich auch das Moire 2, und zwar in gleicher Richtung. Die Ebene, in der das Moire 2 erscheint, kippt um eine Achse, die parallel zur Drehachse des Kopfes liegt. Dadurch erscheinen linke Teile des Moire 2 beispielsweise in um so größeren Tiefen T₂ > 0 vor den Gittern, je weiter links sie gesehen werden, und rechte Teile des Moire 2 in um so kleineren Tiefen T₂ < 0 hinter den Gittern, je weiter rechts sie gesehen werden. Das Moire 2 weist einen kontinuierlichen Verlauf seiner Tiefen T₂ auf; es liegt in einer Ebene, die nicht parallel zur autostereoskopischen Anordnung orientiert ist.

Es existiert noch ein weiterer Unterschied zwischen Moire 1 und Moire 2. Dieser bezieht sich auf die wahrnehmbare Bewegungsparallaxe. Beim Moire 2 ist die Bewegungsparallaxe für das Moire vor und hinter den Gittern gleichgerichtet, während sie beim Moire 1 mit entgegengesetzter Richtung erfolgt, und zwar bei T > 0 entgegen der Kopfbewegung des Betrachters und bei T < 0 mit dieser Bewegung. Die Bewegungsparallaxe entspricht damit nur beim Moire 1 der natürlichen Bewegungsparallaxe, bei spielsweise bei zwei hintereinander stehenden Objekten in der Natur. Das quasi gleichzeitige Auftreten von Moire 1 und Moire 2 kann unter anderem vermieden werden, wenn für den Moire-Pitch M₁ die Bedingung erfüllt wird: M1 > A (6)

Durch diese Bedingung wird die Fusion der binokularen Ansichten des Moire 2 unterdrückt. Das hinsichtlich Moire-Pitch M₁ und Tiefe T „stabile" Moire 1 ist dominant, Konflikte zwischen beiden Moire können erfindungsgemäß vermieden werden.

Die vorstehend zuletzt getroffene Aussage bedeutet aber keineswegs, daß die erfindungsgemäße Nutzung von auf dem Moire 2 basierenden autostereoskopischen Anordnungen ausgeschlossen werden soll. Das gilt auch, wenn im weiteren die Erfindung ausschließlich auf der Grundlage von Moire-Erscheinungen gemäß Moire 1 beschrieben wird.

Nachdem bis hierher die der Erfindung zu Grunde liegenden Moire-Erscheinungen erläutert wurden, wird die Erfindung nachfolgend im Detail beschrieben. Dabei werden die Realisierungsbedingungen für die erfinderische Idee ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit am Beispiel des „optikfreien" bzw. „planplattenfreien" Barriere-Verfahrens (mit Zwischenmedium mit optischer Brechzahl n = 1) und am Beispiel pixelbasierter digitaler Bildwiedergabeeinrichtungen erläutert.

Es werden folgende Fälle betrachtet:
Fall a: Barriere vor dem Bildschirm angeordnet,
Fall b: Barriere hinter dem Bildschirm angeordnet,
Fall A: Bildebenen vor dem Bildschirm,
Fall B: Bildebenen hinter dem Bildschirm,
Fall 1 : horizontaler/vertikaler Pixel-Pitch B_1P = horizontaler/vertikaler "Standard"-Pixel-Pitch B_1PS und horizontaler/vertikaler Element-Pitch B_1E ≠ horizontler/vertikaler "Standard"-Element-Pitch B_1ES,
Fall 2: horizontaler/vertikaler Pixel-Pitch B_1P ≠ horizontaler/vertikaler "Standard"-Pixel-Pitch B_1PS und horizontaler/vertikaler Element-Pitch B_1E = horizontler/vertikaler "Standard"-Element-Pitch B_1EP.

Das erfindungsgemäße Verfahren und zugehörige Anordnungen gelingen, indem die nachfolgenden Bedingungen realisiert werden. Sie gelten jeweils mindestens für die 4 Fälle Aa, Ab, Ba, Bb im Fall 1 und im Fall 2.

Darin sind (siehe 4a)

T:: der gerichtete Abstand der Bildebene von dem Bildschirm (gerichtete Tiefe),
D:: der gerichtete optische Abstand zwischen wirksamer Barriere-Ebene und wirksamer Ebene des Bildschirms,
B_1E:: horizontaler/vertikaler Element-Pitch der Barriere,
B_1P:: horizontaler/vertikaler Pixel-Pitch des Bildschirms,
m': reelle Zahl, absoluter Betrag m' ≥ 1
m'B_1P:: horizontaler/vertikaler Objekt-Pitch des Bildschirms,
C:: horizontaler Subpixel-Pitch bei RGB-basiertem Bildschirm (LCD, PDP oder ähnlich)

Allgemeiner gilt

mit m'' und m''' gemäß |(m'''m'B1P) – (m''B1E)| = MIN (7d)Darin sind

m'', m''':: natürliche Zahlen,
m'''m'B_1P:: ein verallgemeinerter Objekt-Pitch des Bildschirms, m' ≤ m''',
m''B_1E:: ein verallgemeinerter Element-Pitch der Barriere.

Für eine beispielhafte Gitter-Struktur mit dem Objekt-Pitch m'B_1P = 1,800 mm, einem Element-Pitch der Barriere B_1E = 1,180 mm und einem Abstand D = 3,0 mm sind m''' = 2 und m'' = 3. Das Gitter-Bild entsteht in der Bildebene mit der Tiefe T = 180 mm.

Im Unterschied zum Stand der Technik sind die Tiefen in Bildebenen mit der Tiefe T > 0 oder T < 0 gemäß Formel (7a) nur von konstruktiven Parametern der autostereoskopischen Anordnung abhängig. Die Tiefen T sind somit auf einfache Weise durch Wahl der Geräteparameter D, B_1E und/oder m'B_1P einstellbar und steuerbar. Kleine Tiefen T sind bei kleinen Abständen D möglich. Sind dem konstruktive Grenzen gesetzt, können kleine Tiefen T → D durch kleine B_1E erreicht werden. Für T = 0 ist jedoch eine 2D-Darstellung auf dem Bildschirm einfacher.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird der 3D-Eindruck auch dann erreicht, wenn die Objekt-Struktur auf dem Bildschirm und die Element-Struktur der Barriere miteinander vertauscht werden.

Im Stand der Technik ist nur eine komplette Vertauschung von beispielsweise der LCD mit dem Filterarray möglich: Das beispielsweise transparent-opake Filterarray kann vor der LCD oder hinter der LCD angeordnet sein, wobei im wesentlichen nur der Filterarray-Pitch geändert wird. Bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung kann dagegen die Anordnung der transparent-opaken Barriere vor der LCD oder hinter der LCD erhalten bleiben, d.h. die LCD mit ihren angesteuerten RGB-Subpixeln bleibt beispielsweise hinten und die Barriere mit ihren transparent-opaken Elementen bleibt vorn. Es wird lediglich die spezifische Objekt-Struktur der LCD auf die Barriere und die spezifische Element-Struktur der Barriere auf die LCD übertragen (siehe Ausführungsbeispiel 4).

Im Unterschied zum entfernungsabhängigen und unnatürlichen Tiefeneindruck im Stand der Technik („Gummi-Effekt" in Z-Richtung und darüber hinaus auch "Gummi-Effekt" bzw. „Sprünge" in X- und Y-Richtung) ist bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung die Tiefe T in den Bildebenen unabhängig von der Betrachtungsentfernung E. Wegen der geringen relativen Tiefe T/E im Stand der Technik wird der „Gummi-Effekt" in Z-Richtung im Stand der Technik wenig wahrgenommen. Dies wäre jedoch anders, wenn die relativen Tiefen T/E im Stand der Technik mit denen der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung konkurrieren würden.

Im Gegensatz zum Stand der Technik entspricht der Raumeindruck an der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung vollkommen dem natürlichen Seheindruck. Wie die Objekte oder Szenen beim natürlichen Sehen weichen auch die Raumbilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung bei Annäherung des Betrachters nicht vor diesem zurück oder folgen dem Betrachter nicht, wenn er sich entfernt. Der unnatürliche „Gummi-Effekt" ist eliminiert.

In einem weiteren Unterschied zum Stand der Technik sind gewünschte Tiefen T bei gefertigter Barriere (materialisiertem Element-Pitch B_1E) ohne Qualitätsverlust gemäß Formel (7a) für alle Bildebenen auf einfache Weise durch Änderung des Abstandes D steuerbar. Im Stand der Technik führt eine Änderung des Abstandes D zu einer entsprechenden Änderung der angepaßten optimalen Betrachtungsentfernung E', wodurch normale typische Betrachtungsentfernungen E von der angepaßten optimalen Betrachtungsentfernung E' einen größeren Abstand erhalten, und wodurch sich im Stand der Technik die 3D-Qualität prinzipiell weiter verschlechtert, sich die 3D-Tiefe im nachhinein weiter verringert oder der Element-Pitch des Filterarrays im nachhinein geändert werden muß. Im Stand der Technik hat jede autostereoskopische Anordnung nur eine einzige angepaßte optimale Betrachtungsentfernung E'.

Bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung dagegen sind alle Betrachtungsentfernungen E > T gleichermaßen angepaßte optimale Betrachtungsentfernungen E'.

Die Geräteparameter D, B_1E, m'B_1P in Formel (7a) können hardwareseitig vorgegeben werden. Das wird in den Ausführungsbeispielen weiter unten näher erläutert. Software-Lösungen hinsichtlich Element-Pitch B_1E oder/und Pixel-Pitch B_1P haben demgegenüber den Vorteil, daß Bildebenen mit variabler Tiefe, Anzahl und Anordnung in Echtzeit erzeugt werden können.

Es sei angemerkt, daß die Tiefe T = 0 bei erfindungsgemäßem D > 0 nur bei B_1E → ∞ theoretisch möglich ist. Erfindungsgemäß wird die Tiefe T = 0, d.h. Bilder, die in der Ebene des Bildschirms liegen und deren stereoskopische Parallaxe gleich Null ist, dadurch realisiert, daß an der betreffenden Fläche die Barriere strukturlos ausgebildet ist und bei der LCD auf der entsprechenden Fläche das gewünschte 2D-Bild dargestellt wird. Zur Gewährleistung einer gleichen mittleren Flächen-Leuchtdichte der autostereoskopischen Anordnung wirkt die Barriere an dieser Fläche homogen absorbierend und/oder das 2D-Bild wird in seiner Flächenleuchtdichte entsprechend reduziert.

Weiter ist

Darin sind (siehe 4b)

E:: Betrachtungsentfernung bzw. Abstand der Betrachtungsebene von der Ebene des Bildschirms (E > 0),
A:: mittlerer Pupillenabstand des Betrachters,
m:: reelle Zahl, absoluter Betrag m > 2,
mB_1P:: gerichtete horizontale/vertikale Strecke auf dem Bildschirm.

Die +/– Zeichen gelten für Bildebenen vor/hinter dem Bildschirm (Fall A/Fall B) und unabhängig davon, ob die Barriere vor oder hinter dem Bildschirm angeordnet ist (Fall a oder Fall b).

Im Fall a und Fall 1 gilt: Fall A: T > 0 Fall B: T < 0

Im Fall b und Fall 1 gilt: Fall A: T > 0 Fall B: T < 0

Darin sind

B_{1E,Stand der Technik}:: Element-Pitch des Filterarrays im Stand der Technik für die „angepaßte" Betrachtungsentfernung E',
E':: „angepaßte" Betrachtungsentfernung im Stand der Technik, Abstand der Betrachtungsebene von der Ebene des Bildschirms,
m'_{Stand der Technik}:: reelle Zahl, absoluter Betrag > 0, im Stand der Technik bei 8 Ansichten m'_{Stand der Technik}: = 8/3 = 2 6667
m'_{Stand der Technik}B_1P:: Ansichten-Pitch bzw. Summe der Subpixel-Pitchs zwischen Subpixeln mit der Ansicht i und den übernächsten Subpixeln der Ansicht (i + 1) im Stand der Technik bei 8 Ansichten m'_{Stand
der Technik}B_1P = 8 Subpixel-Pitchs = 8C.

Die Formeln (9) gelten für eine erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung mit m' = m'_{Stand
der Technik}, d.h. für einen Spezialfall zum Zwecke der Verdeutlichung der Merkmalsunterschiede der Erfindung bzgl. des Stand der Technik. Formel (7a) zeigt, daß das erfindungsgemäße 3D-Verfahren auch bei m' ≠ m'_{Stand
der Technik} funktioniert, indem der Element-Pitch der Barriere entsprechend der gewünschten Tiefe T der Bildebene gewählt wird.

Anmerkung: Im Fall 2 gelten zu (9a), (9b), (9c), (9d) analoge Bedingungen.

Die Bedingung (8) zeigt, wie die Tiefe T einer Bildebene im Vergleich zum Betrachterabstand E erfindungsgemäß in einem weiten Bereich verändert werden kann. Beispielsweise liegt im Fall A die Bildebene A1, für die mB_1P = A = 65 mm realisiert wird, im halben Betrachterabstand vor dem Bildschirm (T = +E/2). Andererseits verschwindet im Fall B die Bildebene B1 , für die mB_1P → A realisiert wird, im minus Unendlichen (T → –∞).

Weiter ist

Darin ist (siehe 4a, 4b)

W₁:: horizontaler/vertikaler Bild-Pitch in der Bildebene mit der Tiefe T

Die +/– Zeichen gelten hier für die Anordnungen Fall Aa und Fall Bb bzw. Fall Ab und Fall Ba.

Der Bild-Pitch W₁ ist ein Maß für die maximale Größe des Bildes in der Bildebene mit der Tiefe T. Vergleicht man die Formeln (4b) und (4c) mit den Formeln (11a) und (11b), so ergibt sich, daß der Bild-Pitch W₁ dem Moire-Pitch M₁ entspricht. W1 = M1 (12)

Der Bild-Pitch W₁ ist nach (11b) unabhängig vom Abstand D zwischen Bildschirm und Barriere. Aus (11a) und (7a) folgt weiter

Damit kann die Tiefe T unabhängig vom Bild-Pitch W₁ durch Änderung, beispielsweise Vergrößerung des Abstandes D, variiert, beispielsweise vergrößert werden. Dadurch ermöglicht die Erfindung große Tiefen T auch auf kleinen Displays mit entsprechend kleinen Bild-Pitchs W .

Für den Teil-Bild-Pitch w₁ gelten die Formeln (14)

Darin sind (siehe 5a, 5b, 5c, 5d)

w₁ :: Teil-Bild-Pitch
m':: Anzahl der möglichen Teilbilder pro Bild-Pitch W₁
B_1E: wurde gemäß Formel (7a) eingesetzt

was der erfindungsgemäßen Anpassung des Barriere-Pitchs B_1E an die Entfernung E_a = T entspricht. Im Stand der Technik wird B_1E an die „optimale" Betrachtungsentfernung E_aS = E' > T angepaßt, d.h. in Formel (7a) wäre T durch E' zu ersetzen. Im Stand der Tech nik existiert nur eine einzige „optimale" Betrachtungsentfernung E_aS = E'. Mit zunehmender Abweichung der Entfernung E des Betrachters von der „optimalen" Betrachtungsentfernung E' (E ≠ E') verschlechtern sich prinzipiell die 3D-Bildqualität und die darstellbare Tiefe T.

Der Begriff Bild bedeutet im folgenden den in der Bildebene mit der Tiefe T innerhalb des Bild-Pitchs W₁ wahrnehmbaren Bildeindruck. Der Bild-Pitch W₁ ist ein Maß für die Größe des wahrgenommenen Bildes. Ein solches Bild kann beispielsweise mindestens eines der Bilder aus der 19a, 19b, 20 sein. In 14a besteht das Bild beispielsweise aus zwei Bildern, beispielsweise den Ziffern 0 und 4 innerhalb des Bild-Pitchs W₁. (bei mehr als einem Bild innerhalb des Bild-Pitch W₁ könnte man auch von einer Bildgruppe sprechen: Dann wäre der wahrnehmbare Bildeindruck eine Bildgruppe. Oder man spricht generell von wahrnehmbarer Bildgruppe, die aus mindestens einem Bild besteht). Bilder werden erfindungsgemäß in der Regel aus Teilbildern zusammengesetzt, wie in 12b und 14a gezeigt. Der gesamte Bildschirm kann mehrere gleichartige oder vertikal oder diagonal angeordnete unterschiedliche Bilder bzw. Bildgruppen enthalten. In 14a sind beispielsweise untereinander die Bilder bzw. Bildgruppen „Ziffern 0 und 4'', „zwei Punkte", „Ziffern 3 und 7'' angeordnet. Ein Bild kann auch aus nur einem Teilbild bestehen, wie jeder "Punkt" der 14a zeigt.

Im Unterschied dazu existieren bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung beliebig viele und dicht liegende „angepaßte" Betrachtungsentfernungen E, wie gezeigt wird. Alle Betrachtungsentfernungen E > T sind „angepaßt", weswegen die 3D-Bildqualität in allen Betrachtungsentfernungen E unverändert bleibt.

Zur Größe der Bilder, das heißt zu deren Höhe und Breite in der Bildebene mit der Tiefe T und zu den Bedingungen für quadratische Teilbilder oder Bilder (im folgenden Teilbilder/Bilder) im Fall ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung ist folgendes anzumerken: Bei der den 3D-Displays aus dem Stand der Technik sowie der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung zugrunde liegenden Stereopsis gilt das aus der Wahrnehmungspsychologie bekannte Konstanzphänomen der „Größenkonstanz". Diese wird durch das Emmert'sche Gesetz beschrieben (Emmert, E. (1881), „Grössenverhältnisse der Nachbilder", Klinische Monatsblätter für Augenheilkunde, 19, 443–450; siehe auch ABC Optik (1972), Verlag Werner Dausien Hanau/Mainz und Lexikon der Optik (1999), Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin: „Konstanzphänomene"; siehe auch http://wikipedia.de.org/wiki/Emmertsches_Gesetz). Danach ist bei gegebenem Netz hautbild bzw. Sehwinkel eines Objektes die wahrgenommene Größe eine Funktion der wahrgenommenen Entfernung. Die wahrgenommene Größe ist das Produkt aus Sehwinkel und wahrgenommener Entfernung.

Damit bleibt die wahrgenommene oder empfundene Größe eines natürlichen Objekts, beispielsweise eines Hauses, ob weit entfernt oder nahe, konstant – in Übereinstimmung mit der Erfahrung auf allen Stufen der Menschheitsentwicklung.

Bei gleicher Objektgröße auf dem Bildschirm werden also die Bilder eines Objekts, die stereoptisch in Bildebenen mit der Tiefe T > 0 vor dem Bildschirm, d.h. in der Entfernung (E – T) näher am Betrachter, wahrgenommen werden, scheinbar kleiner gesehen und Bilder des gleichen Objekts, die stereoptisch in Bildebenen mit der Tiefe T < 0 hinter dem Bildschirm, d.h. in der Entfernung (E+/T/) weiter weg vom Betrachter wahrgenommen werden, scheinbar größer gesehen.

Durch einfache stereoptische Experimente mittels "Kreuzblick" und "Parallelblick" läßt sich das Emmert'sche Gesetz leicht demonstrieren. Als stereoptisches Bildbeispiel kann X1 verwendet werden. Dabei zeigt sich, daß die im Unterschied zum natürlichen Sehen notwendige, auch extreme Entkoppelung von Akkommodation und Konvergenz das Phänomen der fehlenden "Größenkonstanz" bei dem stereoptischen Raumsehen nicht stört. Je näher am Betrachter der 3D-Eindruck wahrgenommen wird, desto kleiner erscheint dieser, je weiter weg vom Betrachter der 3D-Eindruck wahrgenommen wird, um so größer erscheint dieser.

X1 ist auch sehr gut geeignet, neben der fehlenden „Größenkonstanz" den „Gummi-Effekt" bei den autostereoskopischen Anordnungen im Stand der Technik in allen drei Raumrichtungen X, Y, Z deutlich zu machen. Der „Gummi-Effekt" in Z-Richtung bedeutet beispielsweise, daß die Tiefe T des stereoptischen Raumeindrucks mit dem Betrachter „mitkommt". Insbesondere zeigen zweikanalige autostereoskopische Anordnungen im Stand der Technik trotz aufwendiger Tracking-Systeme einen vollständigen „Gummi-Effekt".

Zur Höhe der Teilbilder bzw. Bilder: Für die wahrgenommene stereoptische Höhe von Teilbildern/Bildern in Bildebenen mit der Tiefe T bei der erfindungsgemäßen 3D-Darstellung gelten nach dem Emmert'schen Gesetz die Formeln (15)

H = n·3C (15b)

Darin sind

H_E–T:: wahrgenommene oder scheinbare Höhe des Teilbildes/Bildes in der Bildebene mit der Tiefe T bei Betrachtung aus der Entfernung (E – T),
H:: Höhe des Teilobjekts bzw. Objekts auf dem Bildschirm,
n:: Anzahl der für die Darstellung des Teilobjekts oder Objekts verwendeten benachbarten Pixelzeilen,
3C:: vertikaler Pixel-Pitch des Bildschirms,
H/E:: 2 × Tangens des halben Sehwinkels, unter dem das Teilobjekt oder Objekt erscheint,
E – T:: wahrgenommene Entfernung des Betrachters von der Bildebene mit der Tiefe T.

Die stereoptisch wahrgenommene Höhe H_E–T ist damit im Unterschied zur Größenkonstanz beim natürlichen Sehen keine Konstante. Das Fehlen der Größenkonstanz gilt uneingeschränkt für die 3D-Displays aus dem Stand der Technik. Im vorliegenden Fall der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung mit ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe gilt das auch für die wahrgenommene Höhe der erfindungsgemäßen Teilbilder/Bilder. Teilbilder/Bilder in Bildebenen vor dem Bildschirm (T > 0) erscheinen in der Höhe kleiner, Teilbilder/Bilder in Bildebenen hinter dem Bildschirm (T < 0) erscheinen in der Höhe größer als das monokular betrachtete Teilobjekt oder Objekt auf dem Bildschirm in der Entfernung E.

Es sei zur Erläuterung angemerkt, daß beim natürlichen Sehen bei der Annäherung an natürliche Objekte deren Sehwinkel wächst, während der Sehwinkel beim stereoptischen Sehen H_E–TT/E – T gemäß Formel (15a) konstant bleibt.

Zur Breite der Teilbilder/Bilder:

Im folgenden wird gezeigt, daß im Unterschied zum Stand der Technik bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung die Größenkonstanz des natürlichen Sehens existiert. Das wird im beschriebenen Fall mit ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe für die wahrgenommene Breite der Teilbilder/Bilder nachgewiesen, gilt jedoch im Fall der horizontalen und vertikalen Bewegungsparallaxe der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung für die Breite und Höhe der Teilbilder/Bilder in Bildebenen mit der Tiefe T.

Die gesamte Breite von Teilbildern/Bildern in der Bildebene mit der Tiefe T wird hier in Gestalt der Gesamt-(Halbwerts)Breite HWB_ges angegeben, wobei mit dem Begriff „Halbwertsbreite" eine leuchtdichtebezogene Größe gemeint ist.

Die wahrgenommene, scheinbare Gesamt-(Halbwerts)Breite HWB_ges berechnet sich nach den Formeln (16).

Darin sind

B_E–T:: wahrgenommene, scheinbare Breite des Teilbildes/Bildes in der Bildebene mit der Tiefe T bei Betrachtung aus der Entfernung (E – T)
n_HWB;ges: Anzahl (horizontal) benachbarter sichtbarer leuchtender (bei hellem Objekt) Subpixel des Bildschirms, für die gilt: 50% ≤ sichtbare Subpixel-Größe/Breite ≤ 100%
ΔB_0E:: Größen-/Breitenänderung der transparenten Barriere-Elemente, 0 ≤ ΔB_0E
T/D:: Vergrößerungsfaktor

Nähert sich der Betrachter der Bildebene mit der Tiefe T (E → T) ist die HWB_ges nicht mehr definiert. Weil der Moire-Pitch M₁ über alle Grenzen wächst (M₁ → ∞), "tastet" die Barriere den Bildschirm nicht mehr ab.

Die Breite B_0E der transparenten Elemente der Barriere ist in den Formeln (16) immer als an die Breite B_0P = C der leuchtenden Subpixel oder Pixel „angepaßte" Zahl zu verstehen. Siehe dazu Formeln (17) bzw. Formeln (20).

In Formel (16d) stellt der Quotient T/D einen Vergrößerungsfaktor dar, der, auf die Breite der transparenten Elemente der Barriere (B_0E + ΔB_0E) angewandt, die wahrnehmbare Breite des Teilbildes/Bildes B_E–T ergibt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß gemäß Formel (16d) die Breite monochromer Teilbilder/Bilder bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit RGB-Subpixel-Struktur, etwa bei LCD, durch Änderung von ΔB_0E der transparenten Barriere-Elemente variiert werden kann, im wesentlichen bis zu einem Faktor 3. Geschieht diese Änderung kontinuierlich, erfolgt auch eine kontinuierliche Variation der Breite.

Wegen des weiter unten erläuterten Beispiels zur Bilderzeugung sei schon hier darauf hingewiesen, daß die Anzahl n_HWBges gemäß Formel (16c) sowohl vom Faktor ET/(E – T) und damit von der Betrachtungsentfernung E abhängt (vgl. dazu 13), als auch wesentlich vom konstanten Faktor aus den Geräteparametern B_0E, ΔB_0E, D, m'B_1P der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung.

Die Anzahl n_HWBges der sichtbaren benachbarten leuchtenden Subpixel des Bildschirms enthält im Nenner den Faktor (E – T), vergleiche Formel (16a) und (16c). Damit wächst die Anzahl n_HWBges bei Annäherung des Betrachters an die Bildebene mit der Tiefe T, T > 0. Das Produkt n_HWBges × m'B_1P ist die monokular sichtbare Breite der Teilobjekte/Objekte auf dem Bildschirm. Im Grenzfall E = T ist der erfindungsgemäße „Anpassungsfall" erreicht, bei dem monokular alle (horizontal) benachbarten leuchtenden Subpixel im Abstand des Objekt-Pitchs m'B_1P auf dem Bildschirm gleichzeitig sichtbar sind. Die monokular sichtbare Breite „explodiert".

Dieser Grenzfall E = T tritt bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung jedoch nicht auf, weil selbst bei maximalem Training des Betrachters zur Entkoppelung von Akkommodation und Konvergenz die binokulare Konvergenz nur auf eine endliche Entfernung (E – T) > 0 möglich ist.

Beim stereoptischen Sehen führt das entwicklungsgeschichtlich entstandene Konstanzphänomen der „Größenkonstanz" des visuellen Systems zu unnatürlichen Seheindrücken bzgl. der wahrgenommenen Größe der stereoptischen Seheindrücke, wie oben mit X1 und am Beispiel der Höhe H_E–T erläutert wurde.

Im Stand der Technik fällt die Unnatürlichkeit des stereoptischen Sehens kaum auf, weil beispielsweise die Tiefen T der stereoptischen Seheindrücke vor dem 3D-Display im Vergleich zum Betrachterabstand E vom 3D-Display klein sind, bzw. (E – T) sehr groß ist.

Für die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung zeigt Formel (16d), daß die wahrgenommene Entfernung (E – T) in der Emmert'schen „Größenkonstanz" bei der wahrgenommenen, scheinbaren Breite B_E–T unwirksam ist, indem sie sich im Gegensatz zur Höhe H_E–T und zum Stand der Technik herauskürzt. Die wahrgenommene, scheinbare Breite B_E–T ist unabhängig von der Betrachtungsentfernung E eine Konstante. Damit liegen beim erfindungsgemäßen stereoptischen Sehen dieselben Verhältnisse vor wie beim natürlichen Sehen: Der Sehwinkel wächst bei Annäherung und umgekehrt.

Das unterschiedliche Verhalten bzgl. der Höhe und Breite bei ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe ist zu beachten, wenn Bilder aus quadratischen Teilbildern erzeugt werden sollen. Siehe dazu Formeln (22).

Die Gesamt-(Halbwerts)Breite HWB_ges setzt sich im allgemeinen aus zwei Beträgen zusammen: HWBges = HWB + VWB (16h)

Darin sind

HWB:: Halbwertsbreite von Teilbildern mit Vollwertsbreite VWB ≥ 0
VWB:: Vollwertsbreite von Teilbildern

Für die Halbwertsbreite und Vollwertsbreite gilt im Fall 0 ≤ Δ_rel, 0 ≤ ΔB_0E weiter

Darin sind

n_HWB:: Anzahl sichtbarer benachbarter, bei hellem Objekt leuchtender Subpixel des Bildschirms, für die gilt: 50% ≤ sichtbare Subpixel-Breite < 100%
n_VWB:: Anzahl benachbarter sichtbarer leuchtender (bei hellem Objekt) Subpixel des Bildschirms, für die gilt: sichtbare Subpixel-Breite = 100%

Die Schärfe des Teilbildes/Bildes wächst mit dem Quotienten VWB/HWB, wird also von ☐_rel ≠ 0 bestimmt.

Die Breite B_0E der transparenten Barriere-Elemente ist zunächst bzgl. einer ausgewählten Betrachtungsentfernung E „angepaßt", d.h. es gilt eine „Anpassungsbedingung" bzgl. der Betrachtungsentfernung E im „Standard-Modus" der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung (Erläuterung zum „Standard-Modus" und „Portrait-Modus" siehe weiter unten).

Für maximale Flächenleuchtdichte im Bild soll die zugrunde gelegte Betrachtungsentfernung E der maximalen Betrachtungsentfernung E des Nutzers an der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung entsprechen. Die Abhängigkeit B_0E (E) ist jedoch für E > T gering (siehe dazu auch 6), so daß die maximale Flächenleuchtdichte in weitem Entfernungsbereich erhalten bleibt.

Die Vollwertsbreite VWB ist nur dann größer als Null, VWB > 0, wenn die Breite der transparenten Barriere-Elemente größer ist als die „angepaßte" Breite, ΔB_0E > 0. Aus (16j), (16l) und (16e) folgt

Ein Maß für die „Unschärfe" der Teilbilder/Bilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung an ihren jeweiligen Außenrändern (bei ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe an den vertikalen Außenrändern) ist die halbe Halbwertsbreite HWB/2. Formel (18) zeigt, daß die relative Randschärfe um so besser wird, je größer die Breite der transparenten Elemente der Barriere (B_0E + ΔB_0E) im Vergleich zur „angepaßten" Breite B_0E ist.

Bei Verzicht auf die maximale Flächenleuchtdichte im Bild, d.h. –1 < Δ_rel < 0, –B_0E < ΔB_0E < 0, gelten die weiteren Formeln (16)

Mit Δ_rel → –1 bleibt die Gesamt-(Halbwerts)Breite HWB_ges konstant, während die Halbwertsbreite HWB gegen Null geht und die Vollwertsbreite VWB entsprechend anwächst.

Zur Homogenität der Helligkeit im Teilbild/Bild (in Gestalt der photometrischen Flächenleuchtdichte): Erfindungsgemäß werden die Bilder in den Bildebenen mit den Tiefen T aus Teilbildern zusammengesetzt. Wird eine homogene Helligkeit innerhalb und zwischen den Teilbildern eines Bildes gewünscht, muß erfindungsgemäß nach den Formeln (19) und (20) eine bestimmte Breite der transparenten Barriere-Elemente eingehalten werden.

Die Homogenitätsbedingung lautet: HWBges = w1 (19)woraus mit den Formeln (16d), (14), (11), (7aa) folgt

Darin ist

B_0E,hom:: Gesamt-Breite der transparenten Barriere-Elemente für homogene Helligkeit von aus Teilbildern bestehenden Bildern in der Bildebene mit der Tiefe T

Die Homogenitätsbedingung nach den Formeln (20a), (20b), (20c) gilt bei einem RGB-Bildschirm, zum Beispiel einem TFT-LCD, für ein Teilbild mit ein und derselben Farbe oder Mischfarbe (siehe auch Ausführungsbeispiel 1 weiter unten). Die Formeln (20a), (20b), (20c) stellen eine „Anpassungsbedingung" für die Element-Breite B_0E,hom der Barriere dar, und zwar bzgl. der Entfernung E = T und dem Pixel-Pitch B_1P = 3C. Insofern und wegen B_0E,hom > B_0E ersetzen die Formeln (20a), (20b), (20c) die „Anpassungsbedingung" nach den Formeln (17a), (17b).

Es sei angemerkt, daß für dreifarbige Teilbilder, beispielsweise solchen aus einzelnen R-, G-, B-Farben, die „Homogenitätsbedingung" wegen ΔB_0E = 0 lautet:

Die Homogenitätsbedingung gemäß den Formeln (20a), (20b), (20c) bedeutet, daß für Homogenität innerhalb und zwischen Teilbildern die Gesamt-Breite B_0Eges der transparenten Barriere-Elemente bzgl. der Betrachtungsentfernung E an die Pixel-Breite bzw. den Pixel-Pitch B_1P = 3C bzgl. der Entfernung E = T „angepaßt" sein muß. Unter dieser Bedingung erscheinen beispielsweise im Fall a hinter den transparenten Barriere-Elementen und zwischen den Teilbildern benachbarte Subpixel mit Teil-Breiten, deren Summe sich jeweils zur Subpixel-Breite addiert, wodurch die Flächenleuchtdichte in den Teilbildern und zwischen diesen gleich ist.

Die Homogenitätsbedingung gemäß Formeln (20) hat einen weiteren, mit der Erfindung erzielten Vorteil. Störende RGB-Moire-Erscheinungen, welche die vertikalen RGB-Streifen bei RGB-Bildwiedergabeeinrichtungen, wie LCD oder PDP, erzeugen, werden beseitigt. Moire-Erscheinungen, die von der sogenannten Black-Matrix des Bildschirms herrühren und auch im Stand der Technik auftreten, werden unterdrückt. Das ist um so mehr der Fall, je kleiner der Quotient aus der Breite der Black-Matrix-Streifen und der Element-Breite B_0Ehom der Barriere ist. Die Streifenbreite der Black-Matrix ist im Stand der Technik < C; zur Helligkeitssteigerung bei PDP oder LCD auch << C.

Die Homogenitätsbedingung hat einen weiteren Vorteil. Die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung kann auch zur Darstellung von 2D-Bildinhalten auf dem Bildschirm genutzt werden, ohne daß die Barriere entfernt werden muß. Im Stand der Technik, zum Beispiel WO 01/56302, führt eine Verbreiterung der transparenten Filterbereiche dagegen zu einer deutlichen Verschlechterung der 3D-Bildqualität bzw. der 3D-Tiefe infolge des zunehmenden Übersprechens und damit verringerter Kanaltrennung.

Damit ist bei Leuchtdichte-Homogenität nach Formel (16e) Δ_rel = 2 und gemäß Formel (18) wird

Bei einem Bild in der Bildebene mit der Tiefe T, das beispielsweise aus drei monochromen Teilbildern horizontal nebeneinander besteht, hat die Randunschärfe auf jeder Seite des Bildes nur eine Breite, die 1/4 VWB eines Teilbildes ist. Damit beträgt die Randunschärfe nur 1/18 der Gesamt-(Halbwerts)Breite des Bildes HWB_ges = 9 × HWB.

6 zeigt für eine erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung, daß die Abhängigkeit der Gesamt-Breite B_0Eges = B_0Ehom der transparenten Barriere-Elemente von der Betrachtungsentfernung E in einem weiten Entfernungsbereich sehr gering und sehr viel kleiner ist als eine im Stand der Technik häufig anzutreffende Subpixel-Breite B_0P = C = 0,1 mm. Somit ist die Homogenitätsbedingung (20) leicht zu realisieren und in der Praxis einzuhalten.

Es sei jedoch angemerkt, daß sichtbare „Trennungen" durch inhomogene Helligkeit zwischen Teilbildern von Bildern in Bildebenen mit der Tiefe T durchaus nicht in allen Anwendungen als störend empfunden werden müssen und bei Anwendung der Erfindung zugelassen sind.

7 zeigt die lineare Abhängigkeit der Gesamt-(Halbwerts)Breite HWB_ges von der relativen Breite Δ_rel der Barriere-Elemente. Die Breite von Bildern in der Bildebene mit der Tiefe T, die nur aus einem Teilbild bestehen, kann erfindungsgemäß mit Hilfe des Parameters Δ_rel gesteuert werden. Vorzugsweise liegt Δ_rel für einzelne Teilbilder im Bereich 0 < Δ_rel < 2. Werte –1 < Δ_rel < 0 erlauben noch kleinere Teilbilder, jedoch zu Lasten der Flächenleuchtdichte im Teilbild. Werte Δ_rel > 2 sind erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen.

Zu quadratischen Teilbildern/Bildern (mit quadratischen Bildern sind gemeint Bilder, die nur aus einem quadratischen Teilbild bestehen oder Bilder, die aus horizontal und vertikal gleicher Anzahl quadratischer Teilbilder bestehen): Bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung mit horizontaler und vertikaler Bewegungsparallaxe gelten die Formeln (16) nicht nur für die wahrgenommene Breite B_E–T, sondern analog auch für die wahrgenommene Höhe H_E–T. Auf diese Weise können beispielsweise quadratische Teilbilder/Bilder mit natürlicher Bewegungsparallaxe in quasi beliebig weiten Bewegungsbereichen in X-, Y- und Z-Richtung bei wahrnehmbaren, durch Höhe und Breite bestimmten Größen der Teilbilder/Bilder wie beim natürlichen Sehen realisiert werden.

Eine besonders einfache Möglichkeit zur Erzeugung quadratischer Teilbilder/Bilder nutzt die Assoziativität der multiplikativen optischen Filterung der Barriere hinsichtlich der Größe der wirksamen Strukturen von Bildgeber und Barriere. Diese besteht erfindungsgemäß darin, daß linear-vertikale Objekt-Strukturen oder linear-horizontale Objekt-Strukturen auf dem Bildschirm kombiniert werden mit linear-horizontalen Element-Strukturen bzw. linear-vertikalen Element-Strukturen der transparent-opaken Barriere. Ist der Bildschirm beispielsweise ein TFT-LCD, sind linear-vertikale Objekt-Strukturen die vertikal-rechteckigen Subpixel im Standard-Modus, welche kombiniert werden mit linear-horizontalen Elementen der Barriere, oder es sind linear horizontale Objekt-Strukturen die horizontal-rechteckigen Subpixel im Portrait-Modus, welche kombiniert werden mit linear-vertikalen Elementen der Barriere, wobei das kleinere Abmaß C der rechteckigen Subpixel der LCD und das kleinere Abmaß B_0E der rechteckigen Elemente der Barriere im wesentlichen gleich sind. Es gilt

Die Teilbilder/Bilder sind quadratisch, wenn beispielsweise im Standard-Modus in horizontaler Richtung Subpixel mit der Breite C_h kombinieren mit Elementen der Breite B_0E,hom = 3B_0E – ''C_h × 3B_0E'' – und in vertikaler Richtung Subpixel mit der Höhe C_v = 3C_h = B_1P kombinieren mit Elementen der Höhe B_0E – ''3C_h × B_0E'.

Bei einer erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung mit ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe (vorteilhafte Anwendungen dafür siehe weiter unten) wird zur Realisierung im wesentlichen quadratischer Teilbilder die Bedingung für die Anzahl n benachbarter Pixelzeilen nach den Formeln (22) erfüllt:

Darin ist

n:: Anzahl benachbarter Pixel-Zeilen des Bildschirms für quadratische Teilbilder in der Bildebene mit der Tiefe T

Vorzugsweise ist E darin eine für den jeweiligen Anwendungsfall typische Betrachtungsentfernung. Es sei angemerkt, daß im vorliegenden Fall der ausschließlich horizontalen Bewegungsparallaxe je nach Wahl der Anzahl n rechteckige Teilbilder entstehen. Bei n = 1 haben Teilbilder beispielsweise die kleinste mögliche Höhe H_E–T,min.

Zur Zahl der Ansichten:

Nach 4b gilt beispielsweise im Fall A) (T > 0):

Darin ist

O_ij:: horizontales oder vertikales Maß der zu dem Bild/Bildgruppe mit dem Bild-Pitch W₁ in der Bildebene mit der Tiefe T gehörenden binokularen Fläche in der Objektebene, diese ist die Ebene des Bildschirms,
i:: reelle Zahl, i ≥ 1
j:: reelle Zahl, j ≥ 1

Als binokulare Fläche enthält O_ij neben der monokularen Fläche in der Objektebene auch die zu dem Bild mit dem Bild-Pitch W₁ in der Bildebene mit der Tiefe T gehörende stereoskopische Parallaxe in der Objektebene.

Darin ist

p:: stereoskopische Parallaxe, p > 0 für T > 0, p < 0 für T < 0

Mit i,j = 1 ergibt sich das minimale Maß O_min = O₁₁ der Fläche in der Objektebene. Aus O_min = O₁₁ und der Breite B_BW des Bildschirms der autostereoskopischen Anordnung kann die Zahl der Perspektivansichten der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung für ein und dasselbe Bild in der Bildebene mit der Tiefe T bestimmt werden.

Darin sind

N:: Zahl der (Perspektiv-)Ansichten für ein und dasselbe Bild in der Bildebene mit der Tiefe T und einem Bild-Pitch W₁,
B_BW:: Breite des Bildschirms,
O₁₁:: Breite der zu dem Bild mit dem Bild-Pitch W₁ in der Bildebene mit der Tiefe T gehörenden Fläche der Objektebene des Bildschirms,
m'B_1P:: Objekt-Pitch des Bildschirms, zum Beispiel des LC-Arrays einer LCD

Da im allgemeinen O_min < B_BW oder sogar O_min << B_BW gilt, ist N sehr viel größer als im Stand der Technik, nämlich N >>> 8, beispielsweise N > 100 Ansichten. Im Unterschied zu den 3D-Displays aus dem Stand der Technik bietet damit die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung quasi-kontinuierliche, sprungfreie und „ruckelfreie" Bewegungsparallaxen – und das bei Raumeindrücken mit extremem „out-screening", welches die 3D-Displays aus dem Stand der Technik prinzipiell nicht erzeugen können.

Berücksichtigt man den lateralen Bewegungsbereich der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung und beschränkt man sich nicht auf ein und dasselbe Bild in der Bildebene mit der Tiefe T, sondern berücksichtigt man alle Bilder, die bei lateraler Bewegung des Betrachters nacheinander und nebeneinander sichtbar werden, wird die maximale Anzahl der Perspektivansichten nach Formel (24b) Nmax >> N (24b)

Darin ist

N_mxx:: maximale Zahl der (Perspektiv-)Ansichten für alle Bilder in der Bildebene mit der Tiefe T und einem Bild-Pitch W

Zum lateralen Bewegungsbereich und Schrägsichtwinkelbereich: Am Beispiel einer Bildebene mit der Tiefe T > 0 soll gezeigt werden, daß die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung im Unterschied zu Stand der Technik bei natürlicher Bewegungsparallaxe einen unbegrenzten lateralen Bewegungsbereich des Betrachters erlaubt. Ohne Einschränkung sei eine autostereoskopische Anordnung mit ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe angenommen. Die Parameter seien beispielsweise B_1P = 3C = 3mm, m' = 4, m'B_1P = 12 mm, D = 20 mm T = +200 mm.

X2 zeigt den horizontalen Schnitt durch die autostereoskopische Anordnung. Der Betrachter befinde sich der einfachen Darstellung wegen in einer sehr großen Entfernung E (E → ∞), seine Sehstrahlen sind parallel (gestrichelt) eingezeichnet. Wie bereits weiter oben beschrieben, sind die Teilbilder in der Bildebene mit der Tiefe T reelle Bilder, die beispielsweise auf einem Schirm, etwa einer Leinwand, in dieser Ebene „aufgefangen" werden können.

Die autostereoskopische Anordnung ist in ihrer gesamten Breite B_BW dargestellt. In der Bildebene sind zwei benachbarte Bilder N und M mit den Bild-Pitchs W_1N und W_1M, bestehend aus jeweils drei hellen Teilbildern n1, n2, n3 und m1, m2, m3 sowie je einem dunklen Teilbild n0 und m0 dargestellt.

Befindet sich der Betrachter zunächst in seiner rechten Position, sieht er das rechte Bild N komplett mit allen vier Teilbildern n0, n1, n2, n3. Vom linken Bild M sieht er aus dieser Position nur das dunkle Teilbild m0 und etwas weniger als die Hälfte des Teilbildes ml. Das übrige Teilbild ml sowie die Teilbilder m2 und m3 kann er nicht sehen, weil sie außerhalb der LCD liegen und daher von dieser nicht "beleuchtet" werden.

Bewegt sich der Betrachter in die linke Position, verschwindet das rechte Bild N zunehmend am rechten Rand der LCD (es „geht unter") und das linke Bild M erscheint am linken Rand der LCD immer vollständiger (es „geht auf"). Beide Bilder verschieben sich also nach rechts, entgegen der Bewegung des Betrachters nach links. Die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung weist damit eine Bewegungsparallaxe wie beim natürlichen Sehen auf.

In der linken Position sieht der Betrachter das linke Bild M komplett mit allen vier Teilbildern m3, m2, m1, m0. Vom rechten Bild N sieht der Betrachter nur noch den äußersten linken Rand des Teilbildes n3. Das rechte Teilbild N ist am rechten Rand der LCD fast „unter gegangen".

Diese natürliche Bewegungsparallaxe ist nicht auf die beiden Bilder N und M beschränkt. Kommt der Betrachter aus Positionen weiter rechts von der rechten Position, sieht er nacheinander und völlig kontinuierlich die Bilder Z, Y, X ..., O, N am linken Rand der LCD auftauchen. Bewegt er sich weiter von der linken Position nach links, sieht er nacheinander und völlig kontinuierlich die Bilder M, L ... C, B, A am linken Rand der LCD auftauchen. Die jeweils rechts benachbarten Bilder verschwinden völlig kontinuierlich am rechten Rand der LCD.

Für die Lateralen Bewegungsbereiche in der Betrachtungsebene gilt

Darin sind

Δx, Δy:: Bewegungsbereich des Betrachters in der Betrachtungsebene im Abstand E bzgl. der Bildebene mit der Tiefe T, O₁₁ ≥ W₁

Der laterale Bewegungsbereich ist so groß, daß er am besten im Winkelmaß beschrieben wird. Für den Schrägsichtwinkelbereich der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung gilt Δαx, Δβy = ±90 Grad (23d)

Darin sind

Δα_x, Δβ_v:: Schrägsichtwinkelbereich in horizontaler, vertikaler Richtung bzgl. einer Normalen auf die autostereoskopische Anordnung

Diese Schrägsichtwinkelbereiche werden nur durch die maximalen Schrägsichtwinkel, insbesondere hinsichtlich Helligkeit, Helligkeits- und Farbkontrast, Helligkeits- und Farbverfälschungen, des verwendeten Bildschirms begrenzt. Das erfindungsgemäße 3D-Verfahren an sich ist frei von Sichtbeschränkungen.

Damit weist die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Dort existiert eine natürliche Bewegungsparallaxe selbst bei einer acht-kanaligen autostereoskopischen Anordnung nur innerhalb eng begrenzter Bewegungsbereiche. Diese weisen zudem den unnatürlichen „Gummi-Effekt" auf, d.h. der 3D-Eindruck folgt dem Betrachter in X-, Y- und Z-Richtung.

Weiter wird aus Formel (23a) für i = 1

Darin ist

j:: Anzahl der gleichzeitig von einer festen Betrachtungsposition aus sichtbaren Bilder/Bildgruppen/Bild-Pitchs W₁ in der Bildebene mit der Tiefe T

Mit O_ij = B_BW = Breite des Bildschirms ergibt sich aus (23d) die maximale Anzahl j_max der gleichzeitig sichtbaren Bilder/Bildgruppen/Bild-Pitchs W₁

Weiter ist

Darin ist

Δz:: Bewegungsbereich des Betrachters in Normalen-Richtung für ein Bild, eine Bildgruppe, bzw. einen Bild-Pitch der Größe W₁ in der Bildebene mit der Tiefe T

Die Formel (25) ist gegenüber der weiter unten stehenden Formel für Δz allgemeiner, sie gilt nicht nur für O_ij >> W₁.

Mit O_ij = B_BW = Breite des Bildschirms ergibt sich aus (25) der maximale Bewegungsbereich Δz_max in Normalen-Richtung für ein Bild, eine Bildgruppe bzw. einen Bild-Pitch mit der Größe W₁ in der Bildebene mit der Tiefe T. Für große autostereoskopische Anordnungen und damit großes B_BW geht Δz → (E – T), d.h. der Betrachter kann sich der autostereoskopischen Anordnung von einer beliebig großen Entfernung E bis fast an die Bildebene mit der Tiefe T nähern, ohne Verlust an 3D-Bildqualität zu erleiden. Sein Bewegungsbereich in Z-Richtung wird bei Annäherung an die autostereoskopische Anordnung nur durch seine individuelle erlernbare, trainierbare Fähigkeit zur fusionalen motorischen Konvergenz auf die Teilbilder/Bilder in der Bildebene mit der Tiefe T und durch seine Nah-Akkommodation auf den Bildschirm in der "Akkommodations"-Entfernung bzw. Betrachtungsentfernung E bestimmt.

Es sei angemerkt, daß erst bei (E – T) sehr nahe Null die 3D-Bildqualität durch die oben beschriebene „Explosion" der Breite B_E–T (bei ausschließlich horizontaler Bewegungspar allaxe) oder der Breite B_E–T und Höhe H_E–T (bei horizontaler und vertikaler Bewegungsparallaxe) beeinträchtigt wird.

Insgesamt folgt aus den Formeln (23c) und (25), daß dem Betrachter der gesamte Raum zwischen der Betrachterebene im Abstand E und der Bildebene im Abstand T von der autostereoskopischen Anordnung ohne Pseudoskopie, Bildsprünge und andere Qualitätsmängel, die der Stand der Technik hat, für das „out-screening" zur Verfügung steht. Die verfahrensbedingten Grenzen des Standes der Technik sind überwunden.

Zu einem Qualitätsmerkmal für die Raumwahrnehmung:

Der Quotient T/E ist wie beim natürlichen Sehen das physiologisch entscheidende Merkmal für die Raumwahrnehmung mit Hilfe von stereoptischen Anordnungen. Die Tiefe T allein ist ein ungeeignetes Qualitätsmerkmal. Aus der binokularen Raumwahrnehmung ist bekannt, daß der stereoptische Raumeindruck bei gleicher Tiefe T um so besser und um so genauer ist, je größer der Stereowinkel im Vergleich zum Stereogrenzwinkel ist.

Formel (26a) folgt gleichermaßen aus den geometrischen Verhältnissen beim natürlichen Sehen und bei der stereoptischen Anordnung.

Darin ist

δ:: der Stereowinkel

Die +/– Zeichen gelten für Bildebenen vor (T > 0) bzw. hinter (T < 0) dem Bildschirm.

Mit Formel (26a) wird gezeigt, daß die bei großen autostereoskopischen Anordnungen (z.B. > 50 Zoll-Bildschirm) im Vergleich zu kleinen autostereoskopischen Anordnungen (z.B. 17 Zoll-Bildschirm) im Stand der Technik gern betonte größere Tiefe T, T > 0, wegen der größeren „optimalen" Betrachtungsentfernung E keine Verbesserung des stereoptischen Raumeindruckes darstellt, weil das Qualitätsmerkmal T/E im Stand der Technik im wesentlichen konstant ist. Der im Stand der Technik verwendete Begriff „out-screening" sollte deshalb dem Qualitätsmerkmal T/E vorbehalten sein.

Zur maximalen relativen Tiefe T_max/E_min (maximales "out-screening"):

Bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung gilt für das maximale „out-screening" die Formel (26c)

Darin ist

T_mxx:: maximale Tiefe T > 0 der Bildebene bei einem Bildschirm mit der Bildschirmbreite B_BW
E_min:: minimale Betrachtungsentfernung bzgl. (individueller) Konvergenz-Leistung oder/und Nah-Akkommodations-Fähigkeit

Als Beispiel sei ein 45 Zoll TFT-LCD als 2D-Bildschirm im 4:3-Standard-Modus verwendet. Die Breite dieses Bildschirms ist B_BW = 914,4 mm, der Pixel-Pitch sei B_1P = 0,4464 mm. Mit A = 65 mm, m' = 2, einem Element-Pitch der Barriere B_1E = 0,8910 mm und einem Abstand D = 1 ,37058 mm zwischen den Subpixeln des Bildschirms und der wirksamen Schicht der Barriere (bei Zwischenmedium mit der optischen Brechzahl n = 1) ergibt Formel (26c) bei einer typischen Betrachtungsentfernung E = E_min = 679,8 mm ≈ 700 mm eine maximale Tiefe T_max = 437,5 mm. Damit beträgt das maximale "out-screening" T_max/E = 64,4%. Der Betrachter konvergiert seine Augen auf das Bild im Abstand (E_min – T_max) = 242,3 mm zwischen der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung und seinen Augen, d.h. auf eine typische Leseentfernung (die sog. "Normsehweite" = 250 mm).

Bei den autostereoskopischen Anordnungen im Stand der Technik sind so große relative Tiefen T_max/E = 64% prinzipiell nicht erreichbar, sie liegen statt dessen nur bei ca. 10% bis 15%. Wegen der im Stand der Technik (z.B. DE 100 03 326 C2 ) vollkommen beseitigten Kanaltrennung entstehen prinzipiell bei Tiefen T ≠ 0 gleichzeitig sichtbare Mehrfachbilder ein und desselben Gegenstandes der räumlichen Szene im Abstand der horizontalen Parallaxe p und in einer Anzahl, die der Anzahl k der verwendeten Ansichten (zum Beispiel k = 8) entspricht. Zur Minimierung der Auffälligkeit p von Mehrfachbildern bleibt im Stand der Technik nur die Möglichkeit, die Tiefe T so weit zu reduzieren, daß Mehrfachbilder zu einem unscharfen, im Farb- und Helligkeitskontrast reduzierten und damit verfälschten Bild des Gegenstandes zusammenrücken. Um die Sichtbarkeit auch dieser Qualitätsmängel zu erschweren, ist man im Stand der Technik gezwungen, die Bilder mit Tiefen T > 0 mit schneller horizontaler Bildbewegung darzubieten.

Ein noch extremeres „out-screening" ist möglich, wenn erfindungsgemäß noch größere oder breitere Bildschirme verwendet werden. Das kann erfindungsgemäß erreicht werden durch horizontales Kombinieren von Bildschirmen des Standes der Technik, beispielsweise der soeben beschriebenen 45 Zoll TFT-LCD. Diese werden mit möglichst wenig auffallenden bzw. wenig störenden, beispielsweise schmalen und/oder kontrastschwachen, vertikalen bildfreien Rahmenteilen nebeneinander angeordnet. Die gegenüber dem Stand der Technik wesentlich geringeren Anforderungen an die bilderzeugende Software der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung erlaubt die parallele Ansteuerung der Bildschirme in Echtzeit sogar bei hoher SUXGA – „Auflösung".

8a und 8b zeigen die Möglichkeiten einer solchen erfindungsgemäßen 3D-Kombinations-Bildwiedergabeeinrichtung. Darin wurde der Element-Pitch B_1E der Barriere jeweils so gewählt, daß die Bildebene mit der Tiefe T_max jeweils im Abstand (E – T_max) = 250 mm vor dem Betrachter liegt. Bei einer Breite B_BW = 6000 mm der 3D-Kombinations-Bildwiedergabeeinrichtung beträgt das extreme „out-screening" T_max/E = 84,4%, wobei sich der Betrachter im Abstand E = 1603,3 mm vor der 3D-Kombinations-Bildwiedergabeeinrichtung befindet.

Selbstverständlich können bei so großen Betrachtungsentfernungen E Bildschirme mit geringerer „Auflösung" kombiniert werden. Entscheidend dafür kann der Sehwinkel sein, unter dem die das Teilbild/Bild erzeugenden Strukturen erscheinen. Im vorliegenden Beispiel beträgt dieser Sehwinkel 1,9 Winkelminuten. Dieser kann durchaus vergrößert werden, denn die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung ist nicht auf unaufgelöste Strukturen des Teilbildes/Bildes beschränkt.

Es sei angemerkt, daß mit zunehmendem „out-screening" an den seitlichen Rändern der autostereoskopischen Anordnung Monokularitäten entstehen, die den 3D-Eindruck mindern, ähnlich dem natürlichen Sehen, beispielsweise beim Blick durch ein Fenster. Dessen Rahmen wirkt ebenso vignettierend und monokularisierend wie der Bildschirm-Rahmen. Der menschliche Sehapparat hat jedoch gelernt, derartiges zu tolerieren.

Zur Akkommodation und Konvergenz. "Entkoppelungszwang":

Einwände gegen große relative Tiefen T_max/E_min sind unbegründet. Die notwendige Entkoppelung von Akkommodation und Konvergenz ist weitgehend trainierbar. Asthenopische Beschwerden sind vermeidbar. Experimente bestätigen diese Aussagen, die im folgenden begründet wird.

Der häufig negativ argumentierte und vereinfachend beschriebene „Entkoppelungszwang" beim stereoptischen Raumsehen betrifft nur einen der vier Beiträge der Konvergenz, und zwar nur die „akkommodative" Konvergenz. Die „tonische", die „fusionale" und die „proximale" oder „psychische" Konvergenz hängen nicht von der Akkommodation ab. Nur wegen dieser keineswegs starren Verbindung von Akkommodation und Konvergenz ist bei jeder Fehlsichtigkeit und bei jeder Augenmuskel-Abweichung das binokulare Sehen überhaupt erst möglich.

Der menschliche Sehapparat ist sogar zu „entgegengesetzter" Konvergenz in der Lage, indem die Augen im Schlaf oder bei Lidschluß über die Parallelstellung hinaus divergieren, sich nach oben und außen richten und von der Akkommodation vollkommen „entkoppeln". Im Wachzustand und mit offenen Augen ist bereits eine ständige Muskelanspannung (Konvergenzmuskel-Tonus) notwendig, um die normale Parallelstellung der Augen aufrecht zu erhalten, während die Akkommodation auf Unendlich erfolgt. Das geschieht ganz zwanglos.

Auch bei Nah-Akkommodation und Normalsichtigkeit reicht die „akkommodative" Konvergenz nicht aus, um Doppelbilder zu vermeiden bzw. das Einfachsehen durch Konvergenz beider Augen auf die jeweilige Nah-Akkommodations-Entfernung zu erreichen. Für das binokulare Einfachsehen muß der Normalsichtige immer zusätzliche „fusionale" Konvergenz aufbringen. Das geschieht ebenfalls ganz zwanglos.

In der Augenoptik ist bekannt, daß bei festgehaltener Akkommodation das Einfachsehen auch bei vorgeschalteten Prismengläsern durch „fusionale" Konvergenz möglich ist. Der Quotient AC/A, gemessen in cm, aus „accommodative convergence" in cm/m und „accommodation" in Dioptrien dpt (1 dpt = 1/m) ist von Mensch zu Menschen verschieden, für den einzelnen aber eine altersunabhängige individuelle Konstante. Der durchschnittliche Wert beträgt AC/A = 4 cm, im allgemeinen 3 cm bis 5 cm, und ist damit stets kleiner als der Idealwert = A cm (A = Pupillenabstand).

Ein Beispiel soll den Sachverhalt deutlich machen. Fixiert ein normalsichtiger Betrachter einen Punkt in der Entfernung E = 1 m, so beträgt seine Akkommodation +1 dpt. Die dafür notwendige Konvergenz, also das Einwärtsschwenken beider Augen auf E = 1000 mm, beträgt das Doppelte der halben Pupillendistanz A/2 = 3,25 cm, also 6,5 cm auf 1000 mm. Damit beträgt der Quotient aus notwendiger Konvergenz und aufgebrachter Akkommodation 6,5 cm. Dem gegenüber steht der AC/A-Quotient von nur 4 cm. Die „akkommodative" Konvergenz reicht zur Fixation nicht aus, sie liefert nur 2 cm auf E = 1000 mm für jedes Auge. Schon der Normalsichtige muß also zusätzliche „fusionale" Konvergenz von 2,5 cm auf 1000 mm aufbringen.

Das bedeutet nichts anders, als daß bereits der Normalsichtige „gezwungen" ist, Ackommodation und („akkommodative") Konvergenz zu entkoppeln, indem zusätzliche „fusionale" Konvergenz aufzubringen ist. Wegen der Konstanz des AC/A-Quotienten für jeden Betrachter gilt dies für alle Fixationsentfernungen E und um so mehr, je größer die individuelle Pupillendistanz A ist. Menschen mit großem AC/A-Quotienten (AC/A = 5 cm) fällt diese Entkoppelung natürlich leichter, da sie weniger „fusionale" Konvergenz aufbringen müssen.

Dieser „Entkoppelungszwang" verstärkt sich noch bei den weit verbreiteten Fehlsichtigkeiten. Wird die Akkommodation beispielsweise durch Plusgläser (Weitsichtigkeit, Alterssichtigkeit) entlastet, fehlt der entsprechende Anteil der „akkommodativen" Konvergenz, der vor der Brillenanpassung noch zur Verfügung stand. Dieser fehlende Anteil muß beim Fehlsichtigen durch noch mehr zusätzliche „fusionale" Konvergenz kompensiert werden.

In der Praxis, wo die Brillengläser oft die gesamte Akkommodationsleistung übernehmen, fehlt dem Fehlsichtigen sogar die gesamte „akkommodative" Konvergenz. Der Betroffene muß die Fixation beispielsweise auf die Lesentfernung E = 500 mm allein durch „fusionale" Konvergenz von 6,5 cm auf 500 mm aufbringen.

Aus der Augenoptik ist bekannt, daß das neue Zusammenspiel zwischen Akkommodation, Konvergenz und Fusion nach der Brillenanpassung erlernbar ist. Es verlangt jedoch Zeit und Geduld.

Bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung mit Bildebenen in der Tiefe T = +500 mm muß der normalsichtige Betrachter aus der Entfernung E = 1000 mm („out-screening" T/E = 50%) die oben bereits genannte Akkommodation von 1 dpt aufwenden. Bei einem AC/A von 4 cm verfügt er über eine „akkommodative" Konvergenz von 4 cm auf 1000 mm = 2 cm auf 500 mm. Seine notwendige „fusionale" Konvergenz beträgt 4,5 cm auf 500 mm. „Akkommodative" Konvergenz und „fusionale" Konvergenz leisten zusammen die Konvergenz bzw. das Einwärtsschwenken seiner Augen um 6,5 cm auf Punkte in der Bildebene mit der Tiefe T +500 mm, während seine Augen auf den Bildschirm in der Entfernung E = 1000 mm fokussieren.

Erst bei T = +618 mm und einem „out-screening" T/E = 61,8% ist aus unveränderter Betrachtungsentfernung E = 1000 mm dieselbe „fusionale" Konvergenz von 6,5 cm auf 500 mm notwendig wie beim Brillenträger oben.

Dieses Beispiel macht deutlich, daß Menschen mit einem AC/A = 5 weniger, mit einem AC/A = 3 mehr motorische "fusionale" Konvergenz aufwenden müssen.

Damit ist gezeigt, daß die Argumentation mit dem "Entkoppelungszwang" mitunter nur ein willkommenes "Schutzargument" ist.

Es ist unzulässig, eventuelle asthenopische Beschwerden bei der Arbeit an stereoptischen 3D-Displays/Projektoren des Standes der Technik oder an der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung vorschnell der Entkoppelung von Akkommodation und (akkommodativer) Konvergenz anzulasten.

Asthenopie (Kopf-, Stirn- Augendruck oder -schmerz, Lichtscheu, Schwindel, Unschärfe des Sehens, Augenbrennen, Flimmern, Ermüdungserscheinungen usw.) kann bereits an 2D-Displays/Projektoren des Standes der Technik auftreten und hat multifaktorelle Ursachen: klinische, soziale, arbeitshygienische und optische Beschwerden allein aufgrund optischer Ursachen infolge muskulärer und fusionaler Asthenopie durch Heterophorie (ohne akkommodative Asthenopie: Übersichtigkeit, Alterssichtigkeit) treten allein in rund 10% aller Fälle auf.

Für die Durchführung seriöser und ausschließlich stereoptischer Asthenopie-Tests bedeutet das den Ausschluß aller klinischen, sozialen, arbeitshygienischen und vor allem optischen Ursachen für asthenopische Beschwerden der jeweiligen Testpersonen.

Zur Helligkeit in den Teilbildern/Bildern:

Die Helligkeit in Gestalt der photometrischen Flächenleuchtdichte in den Teilbildern/Bildern der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung kann größer sein als im Stand der Technik bei einem 3D-Display mit acht Ansichten. Für die Helligkeit des monochromen R-, G- oder B-Bildes eines 3D-Displays im Stand der Technik mit acht Ansichten und einer an die optimale Betrachtungsentfernung E' des Stand der Technik angepaßten Breite B_0E der Barriere-Elemente gilt bei Vernachlässigung opaker "black matrix" und anderer helligkeitsmindernder Bestandteile von TFT-LCD des Stand der Technik

Darin sind

L_{F,Stand der Technik,G}: Flächenleuchtdichte eines grünen (roten, blauen) Bildes auf dem Bildschirm im Stand der Technik,
L_SP,G:: Leuchtdichte der grünen (roten, blauen) Subpixel des Bildschirms,
L_F,G,2D:: Flächenleuchtdichte eines grünen (roten, blauen) Bildes auf dem Bildschirm im Stand der Technik

In diesem Abschnitt der Beschreibung wird die Helligkeit (in Gestalt der photometrischen Flächenleuchtdichte) im Teilbild/Bild der autostereoskopischen Anordnung ausführlicher als weiter unten behandelt.

Für die Helligkeit in der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung werden drei Fälle unterschieden.
Fall 1: B_1E = n₁m'B_1P (1 – D/T), mit n₁ ≥ 1, n₁ ganze Zahl
Fall 2: n₂B_1E = m'B_1P (1 – D/T), mit n₂ ≥ 2, n₂ gerade ganze Zahl
Fall 3: B_1E = (m'/n₃) B_1P (1 – D/T), mit n₃ ≥ 4, n₃ gerade ganze Zahl

Auf eine allgemeingültige Beziehung für die Helligkeit in den Teilbildern/Bildern der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung wird im folgenden verzichtet. Eine solche kann im Bedarfsfall aus der Theorie der Moire-Erscheinungen abgeleitet werden.

Im Fall 1 und Fall 2 haben nur grüne (rote, blaue) Subpixel im Abstand des Objekt-Pitchs m'B_1P eine Helligkeit > 0 (leuchtende, eingeschaltete Subpixel, "W₁-Subpixel"). Alle anderen grünen (roten, blauen) Subpixel haben die Helligkeit = 0 (nicht leuchtende, ausgeschaltete Subpixel).

Im Fall 3 leuchten sowohl grüne (rote, blaue) Subpixel im Abstand des Objekt-Pitchs m'B_1P ("W₁-Subpixel") als auch zusätzliche grüne (rote, blaue) Subpixel, deren Abstand kleiner ist als der Objekt-Pitch m'B_1P. Alle anderen grünen (roten, blauen) Subpixel haben die Helligkeit = 0 (nicht leuchtende, ausgeschaltete Subpixel).

Im Fall 1 gelten für die Helligkeit im Teilbild/Bild beim selben 2D-Basis-Display wie im Stand der Technik und bei (nur) horizontaler Bewegungsparallaxe der Teilbilder/Bilder in der Bildebene mit der Tiefe T die Formeln (28a) bis (28d).

Darin sind

L_F,G:: Flächenleuchtdichte eines grünen (roten, blauen) Teilbildes/Bildes der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung,
B_{1E,Stand der Technik}:: horizontaler Element-Pitch des Filterarrays im Stand der Technik
B_1E:: horizontaler Element-Pitch der Barriere,
m'_{Stand der Technik}:: reelle Zahl, absoluter Betrag > 0, im Stand der Technik bei acht Ansichten m'_{Stand der Technik}: = 8/3 = 2,6667
m'_{Stand der Technik}B_1P:: Ansichten-Pitch bzw. horizontaler Abstand zwischen Subpixeln mit derselben Ansicht, im Stand der Technik bei acht Ansichten m'_{Stand der Technik}B_1P = 8C
C:: Subpixel-Breite bzw. horizontaler Subpixel-Pitch des Bildschirms

Der letzte Faktor in (28b) ist von untergeordneter Bedeutung, da er im allgemeinen wegen E, T >> D nur wenig von Eins abweicht (im Fall Aa > 1). Wichtiger ist der zweite Faktor. Im Stand der Technik ist bei acht Ansichten B_{1E,Stand der Technik} ≈ m'_{Stand der Technik} = 8C.

Bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung kann B_1E beim gleichen 2D-Basis-Display und Pixel-Pitch B_1P = 3C, je nachdem welchen Wert m' hat, unterschiedliche Werte annehmen (Formel (7a)).

Beispielsweise kann der Objekt-Pitch m'B_1P = 4 × 3C = 12C betragen, mit m' = 4, und der Element-Pitch B_1E der Barriere für n₁ = 1 ergeben. In diesem Beispiel sind die monochromen Teilbilder/Bilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung doppelt so hell wie die monochromen Bilder im Stand der Technik, L_F,G = 2L_{F,Stand der Technik'G}. Die Helligkeit der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung mit N >>> 8 Ansichten entspricht in diesem Beispiel also der eines 3D-Displays im Stand der Technik mit nur vier Ansichten anstelle acht Ansichten.

Mit demselben Objekt-Pitch m'B_1P = 12C aber n₁ = 2 haben die monochromen Teilbilder/Bilder der autostereoskopischen Anordnung die gleiche Helligkeit wie die monochromen Bilder im Stand der Technik mit acht Ansichten, L_F,G – L_{F,Stand der Technik'G}. Dasselbe gilt, wenn der Objekt-Pitch m'B_1P = 24C gewählt wird, mit m' = 8 und der Element-Pitch B_1E der Barriere für n₁ = 1 ergibt.

Andererseits ist beispielsweise mit m' = 1, Objekt-Pitch m'B_1P = 3C und n₁ = 1 die Helligkeit der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung 8-fach größer als die des 3D-Displays im Stand der Technik mit acht Ansichten und damit genau so groß wie die Helligkeit des monochromen Bildschirmes des 2D-Basis-Displays/von monochromen 2D-Bildern auf dem Bildschirm/von einem „3D-Display" mit nur einer Ansicht.

Im Fall 1 entstehen durch die grünen (roten, blauen) Subpixel im Abstand m'B_1P ("W₁-Subpixel") Teilbilder/Bilder im Abstand des Bild-Pitchs W₁. Zusätzliche monochrome grüne (rote, blaue) Subpixel, deren Abstand kleiner als der Objekt-Pitch m'B_1P ist, erzeugen Teilbilder innerhalb des Bild-Pitchs W₁ mit derselben Helligkeit gemäß Formel (28d) und mit Positionen, die den Positionen der zusätzlichen Subpixel entsprechen (T < 0) oder horizontal invers dazu angeordnet sind (T > 0).

Im Fall 2 entstehen innerhalb des Bild-Pitchs W₁ mehrere Teilbilder mit der Helligkeit gemäß Formel (28e) und dem Teilbild-Pitch w₁, wobei die Anzahl der Teilbilder = n₂ ist.

Im Fall 3 entstehen innerhalb des Bild-Pitchs W₁ mehrere Teilbilder mit dem TeilbildPitch w₁ und unterschiedlicher Helligkeit, wobei für die maximale Helligkeit Formel (28f) gilt.

Darin sind

L_F,G' _max:: maximale Flächenleuchtdichte eines grünen (roten, blauen) Teilbildes/Bildes der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung
k – 1:: Anzahl benachbarter zusätzlicher leuchtender grüner (roter, blauer) Subpixel, deren Abstand kleiner ist als der Objekt-Pitch m'B_1P.

Bei einem Objekt-Pitch m'B_1P = 12C mit m' = 4 und einem Element-Pitch B_1E der Barriere, welcher n₃ = 4 ergibt sowie einem zusätzlichen grünen (roten, blauen) Subpixel im Abstand = 3C oder im Abstand = 6C zum nächstgelegenen "W₁-Subpixel" ist k = 2. In diesen beiden Beispielen sind alle n₃ = 4 monochromen Teilbilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung 4x so hell wie die monochromen Bilder im Stand der Technik, L_F,G = L_F,G,max = L_F, _G,max = 4 L_{F,Stand der Technik'G}.

Wird ein zweites zusätzliches grünes (rotes, blaues) Subpixel im Abstand = 3C zum ersten zusätzlichen Subpixel oder zwischen dem "W₁-Subpixel" und dem ersten zusätz lichen Subpixel eingeschaltet, k = 3, ist die Helligkeit der n₃ = 4 monochromen Teilbilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung 6x so groß wie die der monochromen Bilder im Stand der Technik, L_F,G = L_F,G,max = 6 L_{F,Stand
der Technik'G}.

Schließlich wurde experimentell bestätigt, daß die Helligkeit in den n₃= 4 Teilbildern 8x so groß ist wie im Stand der Technik, wenn ein drittes, letztes leuchtendes monochromes Subpixel im verbleibenden Abstand = 3C eingefügt wird, L_F,G = L_F,G,max = 8 L_{F,Stand der Technik'G}. Mit k = m' = 4 sind dann alle grünen (roten, blauen) Subpixel innerhalb des Objekt-Pitchs m'B_1P = 12C eingeschaltet. Damit ist die Helligkeit der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung genau so groß wie die Helligkeit des monochromen Bildschirmes des 2D-Basis-Displays.

Es sei angemerkt, daß in dem letzten Beispiel und bei Homogenisierung der Helligkeit zwischen den Teilbildern, wie oben bereits beschrieben, die zu den Teilbildern in der Bildebene mit der Tiefe T gehörende Fläche der Objektebene, also der Ebene des Bildschirms, für jedes Auge des Betrachters kleiner sein soll als die Gesamtfläche des Bildschirms in horizontaler Richtung unter Berücksichtigung der stereoskopischen Parallaxe der monokularen Fläche der Teilbilder. Auf diese Weise erscheinen auch große homogene monochrome Flächen als helles grünes (rotes, blaues) 3D-Bild beispielsweise in der Bildebene mit der extremen Tiefe T > 0 vor schwarzem Hintergrund.

Bei einem Objekt-Pitch m'B_1P = 12C mit m' = 4 und einem Element-Pitch B_1E der Barriere, welcher zu n₃ = 2 gehört, ergeben sich wegen des halb so großen Element-Pitchs B_1E der Barriere, je nachdem wie groß k ist, von Formel (28f) abweichende geringere und zum Teil unterschiedliche Helligkeiten sowie unterschiedliche Anzahl der Teilbilder innerhalb des Bild-Pitchs W₁. Bei k = 1 entstehen zwei Teilbilder mit doppelter Helligkeit als im Stand der Technik, bei k = 2 werden zwei Teilbilder mit doppelter Helligkeit dazwischen "eingefügt", so daß vier Teilbilder mit doppelter gleicher Helligkeit entstehen. Bei k = 3 verdoppelt sich die Helligkeit der beiden Teilbilder von k = 1 (es liegt bzgl. dieser beiden Teilbilder der Fall 1 mit n₁ = 1 und m' = 2 vor), so daß vier Teilbilder mit abwechselnd doppelter und vierfacher Helligkeit entstehen, bei k = 2 und zusätzlichem grünem (roten, blauen) Subpixel im Abstand = 6C (Fall 1 mit n₁ = 1 und m' = 2) anstelle im Abstand = 3C entstehen zwei Teilbilder im Abstand wie bei k = 1, aber mit vierfacher Helligkeit.

Die monochromen Teilbilder/Bilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung bestehen (im Fall mit horizontaler Bewegungsparallaxe) aus parallelen vertikalen grünen (roten, blauen) Linien. Derartige Bilder sind im Stand der Technik wohlbe kannt und nicht ungewöhnlich. Beispielsweise sind die Teilbilder/Bilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung analog zum (horizontal) gestreiften 2D-Firmenlogo von IBM. Laufschriften und Laufanzeigen werden häufig aus Leuchtpunkten gebildet (siehe 19b), wobei auch diese einen deutlichen visuellen Abstand voneinander haben.

Es sei angemerkt, daß die Streifigkeit dem Stand der Technik bei pixel- oder subpixelstrukturierten digitalen Bildschirmen (LCD, PDP, LED, OLED) geschuldet ist. Das erfindungsgemäße 3D-Verfahren kann jedoch durchaus Teilbilder/Bilder in Bildebenen mit der Tiefe T erzeugen, deren Linien- oder Punktdichte so groß ist, daß diese vom Betrachter visuell nicht mehr aufgelöst werden. Beispielsweise kann als Bildschirm ein analoger fotografischer Color-Film mit einer Auflösung 1/C = 120 Linienpaare/mm (C = 0,00833 mm) verwendet werden. Mit einem fotografischen Objekt-Pitch m'B_1P = 0,1000 mm, einem Abstand D = 1 ,2484 mm und einer Barriere mit dem Element-Pitch B_1E = 0,0998 mm entsteht eine Bildebene in der Tiefe T = +500 mm mit dem Bild-Pitch W₁ = 39,95 mm. Die Liniendichte im Teilbild/Bild ist ungefähr eine Größenordnung höher als bei den digitalen Bildwiedergabeeinrichtungen und beträgt 1/B_1E = ca. 10 Linien/mm.

Die oben mit den Formeln (28) für die drei Fälle sowie für n₃ = 2 beschriebenen, bis zu 8-fach größeren Helligkeiten (Flächenleuchtdichten) des erfindungsgemäßen 3D-Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik haben ihre Ursache in der größeren Liniendichte der parallelen vertikalen grünen (roten, blauen) Linien. Im Fall 1 (B_1E ≥ m'B_1P) ist die Liniendichte umgekehrt proportional zum Element-Pitch B_1E der Barriere. Im Fall 2 (B_1E < m'B_1P, k = 1) ist die Liniendicht umgekehrt proportional zum Objekt-Pitch m'B_1P auf dem Bildschirm. Im Fall 3 (B_1E < m'B_1P, k > 1) existiert auf dem Bildschirm innerhalb des Objekt-Pitchs m'B_1P mindestens noch ein (k = 2) kleinerer Pitch leuchtender grüner (roter, blauer) Subpixel.

Zusammenfassend wächst die Helligkeit der Teilbilder/Bilder bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung in der Bildebene mit der Tiefe T mit abnehmendem Element-Pitch B_1E der Barriere und abnehmendem m" (m" → MIN = 1) und immer dann, wenn den transparenten Elementen der Barriere leuchtende grüne (rote, blaue) Subpixel des Bildschirms mit dem verallgemeinerten Objekt-Pitch m'''m'B_1P nach den Formeln (7c) und (7d) zugeordnet werden.

Zum Portrait-Modus:

In der bisherigen Beschreibung des erfindungsgemäßen 3D-Verfahrens und der zugehörigen Anordnung wurde davon ausgegangen, daß der zugrunde liegende 2D-Bildschirm und damit auch die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung im üblichen, normalen "Standard-Modus" verwendet wird, d.h. im quer liegenden 4:3- oder 16:9-Format mit vertikalen RGB-Filterstreifen. In diesem Standard-Modus sind bei Displays ohne Vollfarb-Fähigkeit vorzugsweise monochrome grüne (rote, blaue) 3D-Bilder in Bildebenen mit der Tiefe T darstellbar (Erläuterung zu bichromatischen 3D-Bildern siehe weiter unten).

Das erfindungsgemäße 3D-Verfahren ist bei 2D-Bildschirmen mit monochromer Subpixel-Struktur (zum Beispiel LCD, PDP) vollfarbfähig, wenn es im sogenannten Portrait-Modus verwendet wird. In diesem wird der 2D-Bildschirm um 90 Grad gedreht im Hochformat (3:4, 9:16) genutzt, so daß die RGB-Filter (RGB-Filterstreifen bei LCD) horizontal orientiert sind.

Im Portrait-Modus bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung gelten dieselben Relationen zwischen den Helligkeiten für die weißen, vollfarbigen Teilbilder/Bilder wie oben in den Fällen 1, 2, 3 und n₃ = 2 beim Standard-Modus für monochrome Teilbilder/Bilder beschrieben. Unter der vereinfachenden Voraussetzung, daß die Leuchtdichte der RGB-Subpixel gleich ist und die Leuchtdichte eines weißen RGB-Pixels das 3-fache der monochromen Leuchtdichte eines Pixels beträgt, und die Breite B_0E der transparenten Elemente der Barriere an eine ausgewählte (typische) Entfernung nach Formel (17) angepaßt ist, wobei B_0P = C die Subpixel-Breite im Standard-Modus ist, sind die Flächenleuchtdichten in den Teilbildern/Bildern in beiden Modi gleich.

Im Vergleich zu einem weißen Bildschirm ohne Barriere beträgt die Helligkeit in weißen Teilbildern/Bildern wegen B_0P = B_1P/3 nur ein Drittel.

Im Portrait-Modus lautet die Homogenitätsbedingung

Vergleicht man die Homogenitätsbedingung im Standard-Modus gemäß den Formeln (20a), (20b), (20c) mit der Homogenitätsbedingung im Portrait-Modus gemäß den Formeln (30a), (30b), (30c), stellt man fest, daß die Produkte aus Subpixel-Breite B_0P = C und Element-Breite (B_0E + ΔB_0E) = 3B_0E sowie aus Pixel-Breite 3B_0P = 3C und Element-Breite B_0E gleich sind.

Wird die Breite B_0E der transparenten Elemente der Barriere an die (leuchtende) Pixel-Breite 3B_0P = B_1P = 3C angepaßt, ist wegen Δ_rel = 0 die Vollwertsbreite VWB = 0, siehe Formel (16l). Für die Gesamt-(Halbwerts)Breite eines Teilbildes wird HWBges,Portrait = HWBPortrait (31a)

Insgesamt ergeben sich für die Gesamt-(Halbwerts)Breiten HWB_ges im Portrait-Modus dieselben Werte wie im Standard-Modus mit Δ_rel = 2. HWBges,Portrait = HWBges, S tan dard, Δrel=2 (31b)

Wie im Standard-Modus ist auch im Portrait-Modus bei –1 ≤ Δ_rel < 0 die Gesamt-(Halbwerts)Breite HWB_ges,Portrait konstant und es wird wie dort auf maximale Flächenleuchtdichte im Teilbild/Bild verzichtet. Visuell erscheinen die Teilbilder im Portrait-Modus breiter, weil beispielsweise die bei der HWB_ges sichtbaren 50% der Subpixel-Breite noch 3-fach breiter sind als im Standard-Modus.

Die Halbwertsbreiten HWB sind in beiden Modi verschieden: HWBPortrait = 3·HWBS tan dard, Δrel=2 (31 c)

In der Mitte des Teilbildes ist die Helligkeit beim Portrait-Modus unter obiger vereinfachender Voraussetzung bis zu 9-fach größer als im monochromen Standard-Modus. Im Teilbild ist die Helligkeit nicht konstant, sie nimmt stetig zu den Rändern hin ab. Die dadurch erzeugte symmetrische „Schattenwirkung" ist ein zum stereoptischen 3D-Eindruck zusätzlicher monoskopischer „Abrundungs"-Effekt, der vorzugsweise im Portrait-Modus nützliche Anwendungen ermöglicht.

Dadurch, daß auch im Portrait-Modus eine Homogenitätsbedingung erfüllt werden kann, haben Bilder in Bildebenen mit der Tiefe T, die aus Teilbildern zusammengesetzt sind, eine homogene Helligkeit innerhalb und zwischen den Teilbildern.

In 9 ist für den „Standard-Modus" und den „Portrait-Modus" der örtliche Helligkeitsverlauf, also der Verlauf der Flächenleuchtdichte, im Teilbild/Bild schematisch dargestellt. Für jeweils drei unterschiedliche Breiten B_0Eges = B_0E + ΔB_0E der transparenten Elemente der Barriere sind die Gesamt-(Halbwerts)Breite HWB_ges, die Halbwertsbreite HWB und die Vollwertsbreite VWB eingetragen.

Es sei angemerkt, daß für Bildschirme mit räumlicher und/oder zeitlicher Vollfarb-Pixelstruktur die Unterscheidung in der oben beschriebenen Weise nach Standard- und Portrait-Modus nicht relevant ist. Das erfindungsgemäße 3D-Verfahren ist auf solche Bildschirme uneingeschränkt anwendbar.

Es sei weiter angemerkt, daß es sich bei der Helligkeit bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung um die Flächenleuchtdichte im Teilbild/Bild handelt und nicht um eine Flächenleuchtdichte der gesamten Bildebene in der Tiefe T. Diese besteht im allgemeinen aus hellen oder dunklen Teilbildern/Bildern in dunkler bzw. heller Umgebung, wobei "dunkel" und "hell" durch Subpixel des Bildschirms mit 0 Digit/0 < Digit ≤ 255 erzeugt sein kann.

Die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung hat gegenüber den 3D-Displays nach dem Stand der Technik einen prinzipiellen Vorteil. Eine Vergrößerung der transparenten Elemente der Barriere, beispielsweise deren Verbreiterung von B_0E auf 3B_0E, zwingt nicht wie die im Stand der Technik bei Verbreiterung resultierenden Doppel-, Mehrfach-, oder Geisterbilder oder das Übersprechen zu einer Reduzierung der 3D-Tiefe.

Dem bisher beschriebenen erfindungsgemäßen 3D-Verfahren liegt die geradlinige, strahlengeometrische Lichtausbreitung zugrunde. Beugungserscheinungen können minimiert werden durch Verwendung von 2D-Bildschirmen mit hinreichend großen Subpixeln oder Pixeln, deren lichtbeugende Strukturen hinreichend größer sind als die maximale Wellenlänge des bilderzeugenden Lichtes.

Aus Gründen einer möglichst einfachen und knappen Beschreibung des erfindungsgemäßen 3D-Verfahrens wurde auf eine verallgemeinernde theoretische Darstellung verzichtet. Insbesondere betrifft das die Theorie der monokular und binokular sichtbaren Moire-Erscheinungen hinsichtlich ihrer Geometrie, Helligkeitsverteilung und Farbverteilung in Abhängigkeit von den Parametern der zu multiplizierenden spektralen und räumlichen Transmissionsverteilungen von Bildschirm und Barriere bei endlichem Abstand zwischen beiden optischen Rastern oder Strukturen und in Abhängigkeit von der Betrachtungsposition im Raum vor der autostereoskopischen Anordnung.

Für die Beschreibung der in der Bildebene mit der Tiefe T wahrnehmbaren Erscheinungen kann das Verfahren gemäß DE 102 41 475 A1 genutzt werden.

Alternative Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung:

In einer alternativen Ausgestaltung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst mit einer autostereoskopischen Anordnung mit einem Bildschirm bzw. mit einer Bildwiedergabeeinrichtung, die zur Bildwiedergabe Subpixel und/oder Pixel und/oder Flächenelemente enthält. Eine solche Ausgestaltung weist die Merkmale auf wie nachfolgend beschrieben, wobei im nachfolgenden Teil der Erfindungsbeschreibung die Begriffe „3D-Display" und „3D-Display/Projektor" gleichbedeutend mit dem Begriff „autostereoskopischen Anordnung" und der Begriff „Bildwiedergabeeinrichtung" gleichbedeutend mit dem Begriff „Bildschirm" und der Begriff "optische Vorrichtung" gleichbedeutend mit dem Begriff "Barriere" und "Wellenlängenfilterarray" verwendet werden.

Bei dieser Ausgestaltung handelt es sich um eine autostereoskopische Anordnung

– mit einer sehr großen Zahl von dargestellten Ansichten einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes, bei dem die bildwirksamen Subpixel/Pixel/Flächenelemente der linken Ansicht und die bildwirksamen Subpixel/Pixel/Flächenelemente der rechten Ansicht auf der Bildwiedergabeeinrichtung nicht deckungsgleich sind,
– bei der horizontal und/oder vertikal benachbarte Subpixel/Pixel/Flächenelemente der Bildwiedergabeeinrichtung optisch in mindestens einer Bildebene mit der Tiefe T superpositioniert werden, wobei sich die Tiefe T gemäß den Gleichungen
und B_1P = 3C ergibt, worin gilt
– T ist der gerichtete Abstand der Bildebene von der Bildwiedergabeeinrichtung (gerichtete Tiefe),
– D ist der gerichtete Abstand zwischen Barriere und Bildwiedergabeeinrichtung,
– B_1E ist der horizontale/vertikale Element-Pitch der Barriere,
– B_1P ist der horizontale/vertikale Pixel-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung,
– m' ist eine reelle Zahl, absoluter Betrag m' ≥ 1,
– m'B_1P ist der horizontale/vertikale Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung,
– C ist der horizontale Subpixel-Pitch bei RGB-basierter Bildwiedergabeeinrichtung, sonst der Pixel-Pitch,
– wobei sich die Betrachtungsentfernungen gemäß der Gleichung
ergeben, worin gilt
– E ist die Betrachtungsentfernung von der Bildwiedergabeeinrichtung (E > 0),
– A ist der mittlere Pupillenabstand des Betrachters,
– m ist eine reelle Zahl mit absolutem Betrag m > 2,
– mB_1P ist die gerichtete horizontale/vertikale Strecke auf der Bildwiedergabeeinrichtung,
– wobei die +/– Zeichen für Bildebenen vor/hinter der Bildwiedergabeeinrichtung und unabhängig davon gelten, ob die Barriere vor oder hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet ist,
– bei der ferner ein Bildpunkt des dargestellten Bildes in der Bildebene mit der Tiefe T optisch einer großen Zahl von horizontal und/oder vertikal benachbarten Subpixeln/Pixeln/Flächenelementen der Bildwiedergabeeinrichtung zugeordnet ist,
– bei der das linke und das rechte Auge des Betrachters bildwirksame Subpixel/Pixel/Flächenelemente mit im wesentlichen gleicher Helligkeits- und Farbinformation auf der Bildwiedergabeeinrichtung sehen,
– bei der die Superposition von benachbarten Subpixeln/Pixeln/Flächenelementen der Bildwiedergabeeinrichtung mittels einer abbildenden optischen Vorrichtung, die vor und/oder hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet ist, bewerkstelligt wird,
– bei der der Pitch der optischen Vorrichtung bevorzugt variabel ist,
– bei der durch binokulare Betrachtung des 3D-Displays Bilder in mindestens einer Bildebene mit der Tiefe T sichtbar sind, wobei die Bildebenen nicht mit der Ebene der Bildwiedergabeeinrichtung zusammenfallen,
– bei der die Bildebenen in den Tiefen T > 0 (vor der Bildwiedergabeeinrichtung) und/oder in Tiefen T < = 0 (hinter der Bildwiedergabeeinrichtung) erscheinen,
– bei der die Bilder in Bildebenen mit der Tiefe T > 0 ähnlich reellen Bildern bei einer reellen optischen Abbildung auf einem Schirm, der in dieser Bildebene angeordnet ist, optisch aufgefangen werden können, und
– bei der schließlich mehrere Betrachter gleichzeitig einen weiten Betrachtungsraum Δx, Δy, Δz nutzen können, innerhalb dessen die Bilder eine natürliche Bewegungsparallaxe in allen Raumrichtungen besitzen, wobei ihre Tiefe T konstant und unabhängig von der Betrachtungsentfernung ist.

Dabei sollten ferner für den horizontalen und/oder vertikalen Pitch der optischen Vorrichtung die folgenden Gleichungen gelten

– für T > 0:
sowie
– für T < 0: B_1E > B_1E'S = m'B_1P und/oder
– für T > 0:
sowie
– für T < 0: B_1E < B_1E'S = m'B_1P, worin gilt
– B_1E'S ist der Element-Pitch der Barriere für die "angepaßte" Betrachtungsentfernung E' und
– E' ist die "angepaßte" Betrachtungsentfernung.

Der Betrachtungsraum für ein und dasselbe Bild ergibt sich gemäß den Gleichungen

worin gilt

– Δx, Δy ist der Bewegungsbereich des Betrachters in der Betrachtungsebene im Abstand E bezüglich der Bildebene mit der Tiefe T, O₁₁ ≥ W₁ und
– Δz ist der Bewegungsbereich des Betrachters in Normalen-Richtung für die Bildebene mit der Tiefe T im Fall O_ij >> W₁, siehe Formel (25) weiter oben.

Vorteilhaft gilt weiterhin, daß der Quotient aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung bei Anordnung der optischen Vorrichtung vor der Bildwiedergabeeinrichtung kleiner ist als bei Bildebenen vor der Bildwiedergabeeinrichtung (Tiefe T > 0) und größer als 1 ist bei Bildebenen hinter der Bildwiedergabeeinrichtung (T < 0), wobei ferner der Quotient aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung bei Anordnung der optischen Vorrichtung hinter der Bildwiedergabeeinrichtung größer ist als bei Bildebenen vor der Bildwiedergabeeinrichtung (T > 0) und kleiner als 1 ist bei Bildebenen hinter der Bildwiedergabeeinrichtung (T < 0).

Der Pitch der optischen Vorrichtung wird im Falle, daß diese von passiver Natur ist, hardwaremäßig eingestellt oder geändert.

Die Einstellung oder Änderung des Pitchs der optischen Vorrichtung erfolgt auf Teilflächen der optischen Vorrichtung.

Die Superposition benachbarter Subpixel/Pixel/Flächenelemente der Bildwiedergabeeinrichtung kann ebenso teilflächenweise erfolgen.

Die Teilflächen der Bildwiedergabeeinrichtung Bildebenen mit unterschiedlicher Tiefe T vor (T > 0) und/oder hinter (T < 0) sind der Bildwiedergabeeinrichtung zugeordnet, wobei die Tiefe T in jeder dieser Bildebenen einen örtlich und zeitlich konstanten Wert aufweist (statische frontoparallele Bildebenen), indem der Quotient aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung innerhalb der Teilflächen örtlich und zeitlich konstant ist.

Ferner kann gelten, daß den Teilflächen der Bildwiedergabeeinrichtung Bildebenen mit unterschiedlicher Tiefe T vor (T > 0) und/oder hinter (T < 0) der Bildwiedergabeeinrichtung zugeordnet sind, wobei die Tiefe T in jeder dieser Bildebenen einen örtlich konstanten Wert und in mindestens einer Bildebene einen zeitlich variablen Wert aufweist (mindestens eine dynamische frontoparallele Bildebene), indem der Quotient aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung mindestens einer Bildebene zeitlich variabel ist.

Weiterhin ist es möglich, daß die zeitliche Variation des Quotienten aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung in mindestens einer Bildebene so erfolgt, daß der Betrachter eine kontinuierliche Änderung der Tiefe dieser frontoparallelen Bildebene wahrnimmt. In diesem Zusammen nimmt mit zunehmender oder abnehmender Tiefe (absoluter Betrag) der frontoparallelen Bildebene die Größe der zugehörigen Teilfläche der Bildwiedergabeeinrichtung zu oder ab.

Der Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung ist größer als der Subpixel-Pitch/Pixel-Pitch/Flächenelement-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung, er beträgt mindestens jedoch das Doppelte des Subpixel-Pitchs/Pixel-Pitchs/Flächenelement-Pitchs der Bildwiedergabeeinrichtung.

Die optische Vorrichtung kann ein Synthetisches Optisches Element (SOE) sein, welches beispielsweise mittels Plottern auf fotografischem Material generiert wird. Zum Plotten wird bevorzugt ein Laser-Plotter mit Auflösung > 16.000 dpi verwendet.

Außerdem kann das Synthetische Optische Element (SOE) eine optische Barriere mit in Zeilen und Spalten angeordneten optisch wirksamen Elementen sein.

Demgegenüber ist es auch möglich, daß die optische Vorrichtung ein optisches Linsenraster ist.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Zeilen der optischen Vorrichtung und die Zeilen der optischen Barriere parallel und/oder senkrecht zu den Zeilen der Bildwiedergabeeinrichtung orientiert sind.

Die optisch wirksamen Elemente sind transparente und schwarzopake Elemente und das Linsenraster besteht aus parallel zueinander ausgerichteten Zylinderlinsen oder aus Einzellinsen in linearer oder wabenförmiger Anordnung mit großem Füllfaktor.

Das Synthetische Optische Element (SOE) ist parallel zur Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet oder in vertikaler und/oder horizontaler Richtung zur Bildwiedergabeeinrichtung geneigt oder bei paralleler Anordnung um eine Normale um einen bestimmten Winkel gedreht.

Außerdem kann die optische Vorrichtung aus zwei Synthetischen Optischen Elementen SOE 1 und SOE 2 bestehen, die parallel zur Bildwiedergabeeinrichtung und in minimalem Abstand zu einander angeordnet sind, wobei sie gegeneinander um einen wählbaren Winkel verdreht sind und ihre Hauptachsen nicht zu den Hauptachsen der Bildwiedergabeeinrichtung parallel sind.

Die Bildwiedergabeeinrichtung kann ein Bildwiedergabemedium mit aktiver oder passiver, mit analoger oder digitaler Bildwiedergabe sein, z.B. ein Display, Flachdisplay (LCD, PDP oder OLED-Display) oder ein Projektionsdisplay. Andere Ausgestaltungen sind möglich. Außerdem kann die Bildwiedergabeeinrichtung ein Bildwiedergabefilm sein.

Die Bildwiedergabeeinrichtung verfügt über Vollfarbpixel oder RGB-Subpixel, wobei diese in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Bevorzugt sind die RGB-Subpixel vertikal in Spalten angeordnet oder horizontal in Zeilen angeordnet.

Ferner wird die Bildwiedergabeeinrichtung im Standard-Modus oder im Portrait-Modus verwendet. Bevorzugt weist die Bildwiedergabeeinrichtung keinen "Fliegengitter-Effekt" auf.

Unterschiedliche Bildinhalte werden dadurch erzeugt, daß die horizontale und/oder vertikale Ausdehnung der bildwirksamen Fläche je horizontalem oder vertikalem Objekt-Pitch oder die Zahl der bildwirksamen Vollfarbpixel oder RGB-Subpixel je horizontalem und/oder vertikalem Objekt-Pitch unterschiedlich und kleiner ist als der horizontale und/oder vertikale Objekt-Pitch oder die Gesamtzahl der Vollfarbpixel oder RGB-Subpixel je horizontalem und/oder vertikalem Objekt-Pitch.

"Falschfusionen" – insbesondere in Bildebenen mit Tiefen T < 0 – sollen vermieden werden.

In Bildebenen mit der Tiefe T < 0 wird ein Teil der horizontalen und/oder vertikalen Objekt-Pitchs der Bildwiedergabeeinrichtung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bildwirksam gestaltet und der andere, nicht bildwirksam gestaltete Teil der horizontalen und/oder vertikalen Objekt-Pitchs stellt mindestens eine nicht bildwirksame Fläche dar.

Von Vorteil ist es ferner, wenn die Bildgestaltung in Bildebenen mit Tiefen T < 0 so erfolgt, daß der Betrachter bei Fixierung von Bildebenen mit der Tiefe T > 0 bei diesen Konvergenzstellungen seiner Augen keine fusionsfähigen Bildteile der Bilder in den Bildebenen mit den Tiefen T < 0 vorfindet.

In diesem Zusammenhang ist die Reihenfolge/Anordnung der bildwirksamen Fläche oder Flächen der Bildwiedergabeeinrichtung innerhalb jedes bildwirksamen Objekt-Pitchs in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bei Bildebenen mit der Tiefe T < 0 und bei Bildebenen mit der Tiefe T > 0 vertauscht/umgekehrt.

Teilflächen der Bildwiedergabeeinrichtung sind ein und derselben Bildebene mit der Tiefe T zugeordnet und erzeugen unterschiedliche Bilder in dieser Bildebene, wobei in horizontal nebeneinander angeordneten Teilflächen Farbe und Helligkeit der bildwirksamen Flächen vorzugsweise gleich sind und in vertikal übereinander angeordneten Teilflächen können Farbe und Helligkeit der bildwirksamen Flächen verschieden sein.

In Bildebenen mit der Tiefe T bei Bildern in nicht schwarzer Umgebung werden vorzugsweise zwei Bildebenen mit unterschiedlicher Tiefe T erzeugt, vorzugsweise eine Bildebene mit der Tiefe T < 0 und eine Bildebene mit der Tiefe T > 0.

Bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit vertikaler RGB-Subpixel-Anordnung werden im Standard-Modus vorzugsweise monochromatische Bilder in schwarzem Umfeld und komplementärfarbige Bilder in monochromatischem Umfeld erzeugt.

Bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit horizontaler RGB-Subpixel-Anordnung im Portrait-Modus werden vollfarbige Bilder in schwarzer und farbiger Umgebung erzeugt.

Die Freiheit/Vielfalt in der Bildgestaltung wächst mit der Anzahl der Subpi-xel/Pixel/Flächenelemente pro horizontalem und/oder vertikalem Objekt-Pitch.

Der Helligkeitsverlauf im Bild wird durch den Quotient x_P/x_E gesteuert, wobei ein kontinuierlicher, symmetrischer Helligkeitsabfall zum Rand des Bildes bei x_P/x_E → 1 erzielt wird.

Bildebenen mit variabler Tiefe T werden gegebenenfalls auch erzeugt, indem der Winkel zwischen den Synthetischen Optischen Elementen SOE 1 und SOE 2 variiert wird und gleichzeitig eine gleichgerichtete Drehung beider Synthetischer Optischer Elemente erfolgt.

Von Vorteil ist auch, wenn eine aktive optische Vorrichtung mit örtlich und/oder zeitlich variablem Objekt-Pitch verwendet wird.

Außerdem kann die Bildwiedergabeeinrichtung so strukturiert werden, daß keine makroskopischen Strukturen entstehen, die störende Fusionsreize beim Betrachter auslösen.

Die Anwendungsbereiche auch dieser Ausgestaltung der Erfindung liegen in:

– 3D-Displays/Projektoren in beliebigen Abmessungen mit tiefengestaffelten, gleichzeitig und nebeneinander angeordneten Bildebenen, auf denen optische/visuelle Informationen, beispielsweise mit Signalcharakter und/oder als Text und/oder als Ziffernanzeige und/oder als (einfaches) Bild, räumlich wahrnehmbar sind: Anzeigen/Armaturen mit hohen Anforderungen oder hohem Gewinn an Aufmerksamkeit und/oder Erkennungssicherheit des Bedienenden/Nutzers,
– 3D-Display überall dort, wo mit extremem "out-screening" und/oder extremem Betrachtungsraum und/oder aus allen azimutalen Raumrichtungen/bei allen azimutalen Display-Orientierungen auf visuelle Weise beim Betrachter bestimmte Effekte/Wirkungen/Überraschung erzeugt werden sollen,
– 3D/2D-(Kombinations)Displays/Projektoren gemäß a) und/oder b) kombiniert mit 3D/2D-Umschaltverfahren und -anordnungen,
– 3D-(Kombinations)Displays/Projektoren gemäß a), b) oder c) realisiert auf Teilbereichen von 3D-Displays/Projektoren des Standes der Technik zwecks gleichzeitiger Nutzung der spezifischen Unterschiede beider Verfahren/Anordnungen: beispielsweise auffälliges Firmenlogo von Unternehmen bei deren Produktwerbung/Produktpräsentation, insbesondere bei Laufkundschaft, beispielsweise als ständig sichtbare "Laufleiste" mit beispielsweise extremem "out-screening" am Rand der 3D-Kombinations-Displays/Projektoren,
– Traininghilfe für das schrittweise Üben und Erlernen der Wahrnehmung stereoptischer Bildeindrücke mit extremer Tiefe T > 0 durch Steigerung der individuellen fusionalen/motorischen Konvergenzleistung, insbesondere bei Nutzern mit geringem ACA-Quotient und/oder bei weitsichtigen oder alterssichtigen Brillenträgern mit dem Ziel der Erlebnissteigerung bei der 3D-Wahrnehmung.

Im Folgenden werden die Realisierungsbedingungen für die erfinderische Idee ohne Beschränkung der Allgemeinheit am Beispiel des „optikfreien/planplattenfreien" Barriereverfahrens (Zwischenmedium mit optischer Brechzahl n = 1) und am Beispiel pixelbasierter (digitaler) Bildwiedergabeeinrichtungen erläutert.

Im übrigen ist ein ausgehend von der erfindungsgemäßen Anordnung abzuleitendes Verfahren als im Schutzumfang des Patentes anzusehen.

Es werden wiederum folgende Fälle betrachtet:
Fall a): Barriere vor der Bildwiedergabeeinrichtung oder
Fall b): Barriere hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet
Fall A): Bildebenen vor der Bildwiedergabeeinrichtung und/oder
Fall B): Bildebenen hinter der Bildwiedergabeeinrichtung
Fall 1): horizontaler/vertikaler Pixel-Pitch B_1P = horizontaler/vertikaler „Standard"-Pixel-Pitch B_1PS und horizontaler/vertikaler Element-Pitch B_1E ≠ horizontaler/vertikaler „Standard"-Element-Pitch B_1ES oder
Fall 2): horizontaler/vertikaler Pixel-Pitch B_1P ≠ horizontaler/vertikaler „Standard"-Pixel-Pitch B_1PS und horizontaler/vertikaler Element-Pitch B_1E = horizontaler/vertikaler „Standard"-Element-Pitch B_1ES.

Die erfinderische Anordnung gelingt, indem die nachfolgenden Bedingungen realisiert werden. Sie gelten jeweils für die vier Fälle Aa), Ab), Ba), Bb) im Fall 1) und Fall 2). Zunächst soll gelten:

Darin sind

T:: gerichteter Abstand der Bildebene von der Bildwiedergabeeinrichtung (gerichtete Tiefe)
D:: gerichteter Abstand zwischen Barriere und Bildwiedergabeeinrichtung
B_1E:: horizontaler/vertikaler Element-Pitch der Barriere
B_1P:: horizontaler/vertikaler Pixel-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung
m':: reelle Zahl, absoluter Betrag m' ≥ 1
m'B_1P:: horizontaler/vertikaler Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung
C:: horizontaler Subpixel-Pitch bei RGB-basierter Bildwiedergabeeinrichtung

Weiter ist

Darin sind

E: Betrachtungsentfernung von der Bildwiedergabeeinrichtung, E > 0
A:: mittlerer Pupillenabstand des Betrachters
m:: reelle Zahl, absoluter Betrag m > 2
mB_1P:: gerichtete horizontale/vertikale Strecke auf der Bildwiedergabeeinrichtung

Die +/– Zeichen gelten für Bildebenen vor/hinter der Bildwiedergabeeinrichtung (Fall A)/Fall B)) und unabhängig davon, ob die Barriere vor oder hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet ist (Fall a) oder Fall b)).

Im Fall a) und Fall 1) gilt
für T > 0:

sowie
für T < 0: B_1E > B_1E'S = m'B_1P

Im Fall b) und Fall 1) gilt
für T > 0:

sowie
für T < 0: B_1E < B_1E'S = m'B_1P.

Darin sind

B_1E'S:: Element-Pitch der Barriere im Stand der Technik für die "angepaßte" Betrachtungsentfernung E'
E':: "angepaßte" Betrachtungsentfernung im Stand der Technik

Im Fall 2) gelten zu (3a), (3b), (3c), (3d) analoge Bedingungen.

Die Bedingung (2) zeigt, wie die Tiefe T einer Bildebene im Vergleich zum Betrachterabstand E erfindungsgemäß in einem weiten Bereich verändert werden kann. Beispiels weise liegt im Fall A) die Bildebene A1, für die mB_1P = A = 65 mm realisiert wird, in halbem Betrachterabstand vor der Bildwiedergabeeinrichtung (T = +E/2). Andererseits verschwindet im Fall B) die Bildebene B1, für die mB_1P → A realisiert wird, im minus Unendlichen (T → –∞).

Weiter ist B0P = xPm'B1P (4a) und/oder B0E = xEB1E, (4b)sowie 0 < xP, xE < 1 (4c)

Darin sind

B_0P:: horizontales/vertikales Maß der bilderzeugenden Sub-Pixel der Bildwiedergabeeinrichtung mit Digit > 0 (beispielsweise Digit = 255) bei hellen Bildern in dunkler oder andersfarbiger Umgebung oder mit Digit = 0 bei dunklen oder andersfarbigen Bildern in heller Umgebung
B_0E:: horizontales/vertikales Maß transparenter Elemente der transparentschwarzopaken Barriere
x_P, x_E:: reelle Zahl

In Formel (16f) und Formel (16g) weiter oben sind die Quotienten q_P und q_E eingeführt worden. Sie stehen mit den Größen x_P und x_E in folgendem Zusammenhang: x_P = 1 /m'q_P und x_E = 1/q_E .

Die Parameter x_P, x_E bestimmen die Helligkeitsverteilung in der Bildebene. Je stärker das Verhältnis x_P/x_E von Eins abweicht, desto größer ist die Homogenität im Bild und dessen Schärfe.

Weiter ist

Darin ist

W₁:: horizontaler/vertikaler Bild-Pitch in der Bildebene mit der Tiefe T

Die +/– Zeichen gelten hier für die Anordnungen Fall Aa) und Fall Bb)/Fall Ab) und Fall Ba). Der Bild-Pitch W₁ wächst im wesentlichen proportional mit der Tiefe T der Bildebene und mit dem Element-Pitch B_1E der Barriere, er ist im wesentlichen unabhängig vom Abstand D.

Im Fall A) (T > 0) gilt im Weiteren

Darin ist

O_ij:: horizontales/vertikales Maß der zu der Bildebene mit dem Bild-Pitch W₁ und der Tiefe T gehörenden Teilfläche der Objektebene/der Ebene der Bildwiedergabeeinrichtung
i:: reelle Zahl, i ≥ 1
j:: reelle Zahl, j ≥ 1

Mit i, j = 1 ergibt sich das minimale Maß O_min = O₁₁ der Teilfläche in der Objektebene. Der gewünschte Bewegungsbereich des Betrachters in der Betrachtungsebene mit dem Abstand E wird durch den Parameter i bestimmt.

Darin sind

Δx, Δy:: Bewegungsbereich des Betrachters in der Betrachtungsebene im Abstand E bezüglich der Bildebene mit der Tiefe T, O₁₁ ≥ W₁

Mit O_ij = B = Bildschirmbreite der Bildwiedergabeeinrichtung und j = 1 ergibt sich beispielsweise aus (7) der maximale horizontale Bewegungsbereich Δx_max für ein und dasselbe Bilddetail.

Weiter ist

Darin ist

j:: Anzahl der gleichzeitig von einer festen Betrachtungsposition aus sichtbaren Bilder der Bildebene mit der Tiefe T, Zahl der Bild-Pitchs W₁, j ≥ 1

Weiter ist

Darin ist

Δz:: Bewegungsbereich des Betrachters in Normalen-Richtung für die Bildebene mit der Tiefe T im Fall O_ij >> W₁, siehe Formel (25) weiter oben

Die Helligkeit (Flächenleuchtdichte) in den Bildern des neuartigen 3D-Displays ist größer als im Stand der Technik bei einem 3D-Display mit 8 Ansichten. Für die Helligkeit beispielsweise eines monochromen Bildes, also eines R-, G- oder B-Bildes gilt beispielsweise im Fall Aa1)

Darin sind

L_FB:: Flächenleuchtdichte in den (monochromen) Bildern des 3D-Displays
L_FB,_StdT:: Flächenleuchtdichte in (monochromen) Bildern eines X3D-Standard-Displays mit 8 Ansichten

Weiter oben wird mit den Formeln (27) ff. die Helligkeit (in Gestalt der photometrischen Flächenleuchtdichte) im Teilbild/Bild der autostereoskopischen Anordnung ausführlich behandelt.

Der letzte Faktor in (10) ist von untergeordneter Bedeutung, da er nur wenig von Eins (hier > 1) abweicht. Von entscheidender Bedeutung ist der zweite Faktor. Im Stand der Technik ist bei 8 Ansichten B_1E,Std ≈ 8C. Bei dem erfindungsgemäßen 3D-Display kann B_1E beim gleichen 2D-Basis-Display unterschiedliche Werte annehmen. Beispielsweise kann B_1E ≈ 12C betragen. In diesem Beispiel sind die monochromen Bilder des neuartigen 3D-Displays doppelt so hell wie die im Stand der Technik, L_FB = 2 L_FB,StadT. Die Helligkeit des neuartigen 3D-Displays entspricht in diesem Beispiel also der eines 3D-Displays im Stand der Technik mit vier Ansichten.

Das neuartige 3D-Display hat gegenüber den 3D-Displays nach dem Stand der Technik einen weiteren Helligkeitsvorteil. Eine Vergrößerung der transparenten Elemente der Barriere, beispielsweise deren Verbreiterung, zwingt nicht wie die im Stand der Technik resultierenden Doppelbilder zu einer Reduzierung der 3D-Tiefe. Bei dem erfindungsgemäßen 3D-Display kann durch Vergrößerung der Quotienten B_0E/B_1E und/oder B_0P/B_1P die Helligkeit auch bei Bildebenen mit großer Tiefe erhöht werden, ohne daß störende Doppelbilder entstehen.

Unerwünschte Beugungserscheinungen werden vermieden durch Verwendung von 2D-Basis-Displays mit hinreichend großen Subpixeln/Pixeln/Flächenelementen (hinreichend große Displays mit großen Betrachterabständen).

Aus Gründen einer möglichst einfachen und knappen Beschreibung des erfindungsgemäßen Gedankens wurde auf eine allgemeine theoretische Darstellung verzichtet. Insbesondere betrifft das Berechnungen der monokular sichtbaren Moire-Strukturen hinsichtlich ihrer Geometrie, Helligkeitsverteilung und Farbverteilung in Abhängigkeit von den Parametern der zu multiplizierenden spektralen und räumlichen Transmissionsverteilungen von Bildwiedergabeeinrichtung und Barriere bei endlichem Abstand zwischen beiden Rastern und in Abhängigkeit von der Betrachtungsposition im Raum vor dem 3D-Display.

Das 2D-Basis-Display kann ein 20 Zoll TFT-LCD mit einer Bildwiedergabefläche B × H = 406,4 mm × 304,8 mm und einer „Auflösung" von 1600 Pixel × 1200 Pixel (UXGA) sein. Der Subpixel-Pitch beträgt dabei C = 0,08466 mm, der horizontale/vertikale Pixel-Pitch 3C = 0,254 mm.

Die Barriere sei vor der LCD angeordnet (Fall a)) und es wird der Fall 1) realisiert, bei dem der Objekt-Pitch m'B_1P auf der gesamten Bildwiedergabeeinrichtung konstant und der Element-Pitch B_1E der Barriere auf Teilflächen verschieden ist. Ein Betrachter befindet sich im Abstand E = 700 mm vor der Bildwiedergabeeinrichtung. Mit B_1P = 0,254 mm und m' = 2 wird der Objekt-Pitch m'B_1P = 0,508 mm und mit D = 1,37058 mm, A = 65 mm erhalten die Element-Pitchs B_1E die 5 unterschiedlichen Werte B_1E1 = 0,51496 mm, B_1E2 = 0,50109 mm, B_1E3 = 0,50451 mm, B_1E4 = 0,50568 mm, B_1E5 = 0,50621 mm, so daß die Bildebenen bei den Tiefen T₁ = –100,0 mm (Fall B, virtuell)) und T₂ = +100,7 mm, T₃ = +199,5 mm, T₄ = +300,1 mm, T₅ = +389,6 mm (Fälle A, reell)) liegen. Die reelle Zahl m wird m₁ = 32, m₂ = 43, m₃ = 102, m₄ = 192, m₅ = 321 . Der Bild-Pitch W₁ ist W₁₁ = 37,6 mm, W₁₂ = 36,8 mm, W₁₃ = 73,4 mm, W₁₄ = 110,7 mm, W₁₅ = 143,9 mm. Die zu den Bildebenen mit den Bild-Pitchs W₁₁, W₁₂, W₁₃, W₁₄, W₁₅ und den Tiefen T₁, T₂, T₃, T₄, T₅ gehörenden Teilflächen der Objektebene/der Ebene der Bildwiedergabeeinrichtung haben die minimalen Maße O₁₁ mit O₁₁₁ = 24,8 mm, O₁₁₂ = 53,9 mm, O₁₁₃ = 128,6 mm, O₁₁₄ = 242,5 mm, O₁₁₅ = 405,8 mm.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß mit Laser-Printern des Standes der Technik, die in der Leiterplattenindustrie Auflösungen bis 40.000dpi (0,6 μm) und mehr erreichen, sowie mit darauf abgestimmten fotografischen Filmen die erfindungsgemäß notwendigen geometrischen Genauigkeiten der Struktur der fotografischen Barriere erreicht werden. Selbstverständlich müssen die Erfordernisse für die Dimensionsstabilität von Phototools dann besonders beachtet werden.

Für die Bildebene mit der Tiefe T₂ = +100,7 mm beträgt der maximale horizontale Bewegungsbereich für ein und denselben Bildpunkt Δx_max = 2094 mm. Der Betrachter sieht aus einer festen Position horizontal gleichzeitig j = 9,2 Bilder der Bildebene mit der Tiefe T₂. Dagegen existiert fast kein horizontaler Bewegungsbereich für die Bildebene mit der Tiefe T₅ = 389,6 mm, Δx_max ≈ 0 mm. Der Betrachter sieht von der einen Betrachtungsposition aus ein einziges Bild der Bildebene mit der Tiefe T₅, j = 1,0.

Da ein zunehmender Bewegungsbereich Δx, Δy eine größere Anzahl j gleichzeitig von einer festen Betrachtungsposition aus sichtbarer identischer Bilder zur Folge hat (Gleichung (8)), besteht eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung darin, auf der Teilfläche der Objektebene, die zur jeweiligen Bildebene mit der Tiefe T gehört, bei unveränderten Pitchs B_1P und B_1E nebeneinander verschiedene Objekte zu erzeugen. Das geschieht erfindungsgemäß durch Änderung vorzugsweise des Verhältnisses x_P der Bildwiedergabeeinrichtung. Dieses Vorgehen ist besonders vorteilhaft für Bildebenen mit nicht zu großer Tiefe T, da die Teilfläche O₁₁ viel kleiner als die Fläche der Bildwiedergabeeinrichtung B × H ist und bei einer Teilfläche O_ij in der Größenordnung der Fläche der Bildwiedergabeeinrichtung die Anzahl j der Bild-Pitchs W₁ und damit der identischen Bilder groß wäre. Statt dessen sieht der Betrachter bei dieser bevorzugten Ausgestaltung gleichzeitig verschiedene Bilder in der Bildebene mit der Tiefe T.

Bei Anwendungen mit im wesentlichen fester Betrachtungsposition ist auch bei Bildebenen mit gleichzeitig mehreren sichtbaren Bildern (j > 1) die Darstellung nur eines isolierten Bildes möglich, indem die Teilfläche in der Objektebene im Minimum nur so groß gemacht wird, daß gerade nur dieses Bild sichtbar ist, O_ij = O₁₁.

Es ist weiterhin auch möglich, beispielsweise zwei tiefengestaffelte Bildebenen so ineinander zu fügen, daß beispielsweise die Ebene A2 mit der Tiefe T₂ mehrfach innerhalb der Ebene A1 mit der Tiefe T₁ vorhanden ist.

Erfindungsgemäß können weiterhin auf einfache Weise und ohne Erhöhung der Kosten andere Tiefen T in den fünf Bildebenen realisiert werden, indem anstelle der Barriere mit dem konstanten Element-Pitch B_1E eine Barriere mit etwas verändertem konstanten Element-Pitch B_1E eingesetzt wird. So werden beispielsweise mit einer Barriere mit dem Element-Pitch B_1E = 0,504 mm anstelle B_1E = 0,508 mm fünf Bildebenen mit den Tiefen T₁ = –103,5 mm, T₂ = +28,8 mm, T₃ = +48,2 mm, T₄ = +75,7 mm, T₅ = +105,7 mm erzeugt. Auf diese Weise erhält man beispielsweise eine dichtere Tiefenstaffelung.

Anstelle einer optischen Barriere kann erfindungsgemäß auch ein optisches Linsenraster aus parallelen (plankonvexen oder asphärischen) Zylinderlinsen oder aus (plankonvexen oder asphärischen) Einzellinsen in linearer oder wabenförmiger Anordnung mit großem Füllfaktor vorgesehen sein, wobei die Bildwiedergabeeinrichtung im wesentlichen in der Nähe aber außerhalb der objektseitigen Brennebene des Linsenrasters angeordnet wird. Dem Element-Pitch der Barriere entspricht in diesen Ausgestaltungen der Linsen-Pitch des optischen Linsenrasters. Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine größere Helligkeit des neuartigen 3D-Displays im Vergleich zu dem mit Barriere. Ein weiterer Vorteil ist die größere Homogenität der Helligkeitsverteilung im Bild. Nachteil gegenüber der Ausgestaltung mit Barriere sind die begrenzte Größe solcher 3D-Displays und die höheren Fertigungskosten solcher Linsenraster. Hinzu kommen optische Störungen, die mit dem Schrägsichtwinkel auf das 3D-Display zunehmen.

Auch diese Ausgestaltung löst die eingangs genannte Aufgabe und erfüllt die genannten Zielstellungen und erweist sich dadurch vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Zugrundelegung der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

1 Moire-Pitch M einer autostereoskopischen Anordnung in Abhängigkeit von der Betrachtungsentfernung E,

2 Moire-Pitch M einer autostereoskopischen Anordnung in Abhängigkeit von der Betrachtungsentfernung (E – T),

3 schematische Darstellung zur Entstehung der Moire 1 und Moire 2,

4a ausschnittweise Darstellung funktionswesentlicher Größen der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung,

4b Darstellung weiterer funktionswesentlicher Größen der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung,

5a Darstellung zur Entstehung der Teilbild-Pitchs w₁ bei m' = 1,

5b Darstellung zur Entstehung der Teilbild-Pitchs w₁ bei m' = 2,

5c Darstellung zur Entstehung der Teilbild-Pitchs w₁ bei m' = 4,

5d Darstellung zur Entstehung der Teilbild-Pitchs w₁ bei m' = 8,

6 graphische Darstellung der Element-Breite B0_Eges in Abhängigkeit von der Betrachtungsentfernung E,

7 graphische Darstellung der Teilbildbreite HWB_ges in Abhängigkeit von der relativen Breite Δ_rel der transparenten Barriere-Elemente,

8a graphische Darstellung der maximalen Tiefe T_max in Abhängigkeit von der Breite B_BW des Bildschirms,

8b graphische Darstellung des 3D-Qualitätsmerkmals T_max/E für (E – T_max) = 250 mm in Abhängigkeit von der Breite B_BW des Bildschirms

9 Leuchtdichteverlauf im monokularen Teilbild bei kontinuierlicher Abtastung im Standard-Modus und Portrait-Modus unter Vernachlässigung von Beugungserscheinungen,

10a schematische Darstellung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung in Aufsicht/Frontsicht mit fünf vertikal angeordneten Bildebenen mit den Tiefen T₁ < T₂ < T₃ < T₄ < T₅,

10b schematische Darstellung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung in Seitenansicht mit den fünf tiefengestaffelten Bildebenen von 10a,

10c schematische Darstellung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung in Aufsicht/Frontsicht nach 10a mit in die fünf Bildebenen schematisch eingetragenen Relationen zwischen den fünf Element-Pitchs B_1E und den zwei Element-Pitchs B_1E'S des Stand der Technik,

10d schematische Darstellung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung in Vertikalsicht mit einer Bildebene mit großer Tiefe T und großem "out-screening" T/E,

10e schematische Darstellung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung in Aufsicht/Frontsicht mit der Bildebene A2 mit der Tiefe T₂, die mehrfach innerhalb der Bildebene A1 mit der Tiefe T₁ angeordnet ist

11a schematische Darstellung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung in Aufsicht/Frontsicht mit fünf Bildebenen mit den Tiefen T > 0 und T < 0 sowie einer 2D-Bildebene mit der Tiefe T = 0,

11b schematische Darstellung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung von 11a mit einer Barriere mit einer Teilfläche ohne Barriere-Struktur,

12a schematische Darstellung der monokularen Bildentstehung durch Strukturierung des Bildschirms,

12b schematische Darstellung des vom Betrachter monokular wahrnehmbaren Bildes gemäß 12a,

12c schematische Darstellung der monokularen Bildentstehung durch Strukturierung der Barriere,

13 graphische Darstellung der Funktion ET/(E – T) in Abhängigkeit von der Betrachtungsentfernung E für unterschiedliche Tiefen T,

14a Frontansicht einer/der 3D-Digitaluhr,

14b Dimensionierungs- und Leistungsparameter der 3D-Digitaluhr von 14a,

14c Objekt-Struktur auf dem Bildschirm der 3D-Digitaluhr nach 14a mit grünen Ziffern in schwarzem Umfeld,

14d Objekt-Struktur auf dem Bildschirm der 3D-Digitaluhr nach 14a mit gelben Ziffern in rotem Umfeld,

14e Objekt-Struktur auf dem Bildschirm der 3D-Digitaluhr nach 14a mit magenta gefärbten Ziffern in blauem Umfeld,

15a "diagonal-schräge" Objekt-Struktur auf dem Bildschirm der 3D-Digitaluhr für das oberste/erste Teilbild der Stunden-Ziffern nach 14a mit grünen Ziffern,

15b "diagonal-schräge" Element-Struktur der Barriere zu 15a,

16a Element-Struktur der Barriere gemäß der Objekt-Struktur von 14c ohne Erfüllung der Homogenitätsbedingung,

16b Element-Struktur der Barriere gemäß der Objekt-Struktur von 14c mit erfüllter Homogenitätsbedingung,

17a zwei stilisierte Pfeilspitzen für einen 3D-Spiel-Automaten für zwei Gruppen von Spielern,

17b Dimensionierungs- und Leistungsparameter des 3D-Spiel-Automaten von 17a,

17c vergrößerter Ausschnitt der Element-Struktur der Barriere gemäß 17a, 17d vergrößerter Ausschnitt der Objekt-Struktur für die Pfeilspitze der Gruppe 1 gemäß 17a,

17e vergrößerter Ausschnitt der Objekt-Struktur für die Pfeilspitze der Gruppe 2 gemäß 17a,

18 Darstellung eines erfindungsgemäß gekippten Bildes,

19a Alphabet der Großbuchstaben für m' = 4 und horizontale Bewegungsparallaxe, 19b Beispiel von Groß- und Kleinbuchstaben für m' = 8 und horizontale Bewegungsparallaxe,

20 Bildbeispiele,

X1 stereoptisches Bildbeispiel für die Gültigkeit des Emmert'schen Gesetzes der wahrnehmungspsychologischen Größenkonstanz,

X2 horizontaler Schnitt durch die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung zur Erklärung des lateralen Bewegungsbereichs.

Ausführungsbeispiel 1
Der 2D-Bildschirm sei ein 20 Zoll TFT-LCD mit einer Bildwiedergabefläche B_BW × H_BW = 406,4 mm × 304,8 mm und einer „Auflösung" von 1.600 Pixel × 1.200 Pixel (UXGA).
Der Subpixel-Pitch beträgt C = 0,08466 mm, der horizontale/vertikale Pixelpitch B_1P = 3C = 0,254 mm.
Die Barriere sei vor der LCD angeordnet (Fall a) und es wird der Fall 1 realisiert, bei dem der Objekt-Pitch m'B_1P auf dem gesamten Bildschirm konstant und der Element-Pitch B_1E der Barriere vom Element-Pitch im Stand der Technik abweicht und auf Teilflächen verschieden ist. Ein Betrachter befindet sich im Abstand E = 700 mm vor dem Bildschirm. Mit B_1P = 0,254 mm und m' = 2 wird der Objekt-Pitch m'B_1P = 0,508 mm und mit D = 1,37058 mm, A = 65 mm sollen die Element-Pitchs B_1E die 5 unterschiedlichen Werte B_1E1 = 0,51496 mm, B_1E2 = 0,50109 mm, B_1E3 = 0,50451 mm, B_1E4 = 0,50568 mm, B_1E5 = 0,50621 mm erhalten. Nach Formel (7a) liegen damit Bildebenen bei den Tiefen T₁ = –100,0 mm (Fall B, virtuell) und T₂ = +100,7 mm, T₃ = +199,5 mm, T₄ = +300,1 mm, T₅ = +389,6 mm (Fälle A, reell).
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß mit Laser-Printern des Standes der Technik, die beispielsweise in der Leiterplattenindustrie Auflösungen bis 40.000 dpi (0,6 μm) und mehr erreichen, sowie mit darauf abgestimmten fotografischen Filmen und Verarbeitungsverfahren, die erfindungsgemäß erforderlichen geometrischen Genauigkeiten der Struktur der fotografischen Barriere (in erster Linie des Element-Pitchs B_1E) erreicht werden. Selbstverständlich müssen die im Stand der Technik bekannten Erfordernisse zur Einhaltung der Dimensionsstabilität der fotografischen Filme beachtet werden, wenn die Barriere vom fotografischen Typ ist.
Mit einer Bildebene mit der Tiefe T₅ wird ein „out-screening" T/E von 55,6% der Betrachtungsentfernung E realisiert, also eine extreme 3D, – im Stand der Technik unerreichbar.
Die reelle Zahl m wird m₁ = 32, m₂ = 43, m₃ = 102, m₄ = 192, m₅ = 321. Der Bild-Pitch W₁ ist W₁₁ = 37,6 mm, W₁₂ = 36,8 mm, W₁₃ = 73,4 mm, W₁₄ = 110,7 mm, W₁₅ = 143,9 mm. Die zu den Bildebenen mit den Bild-Pitchs W₁₁, W₁₂, W₁₃, W₁₄, W₁₅ und den Tiefen T₁, T₂, T₃, T₄, T₅ gehörenden Teilflächen der Objektebene, d.h. der Ebene des Bildschirms, haben die minimalen Maße O₁₁ mit O₁₁₁ = 24,8 mm, O₁₁₂ = 53,9 mm, O₁₁₃ = 128,6 mm, O₁₁₄ = 242,5 mm, O₁₁₅ = 405,8 mm. Die Teilfläche O₁₁₅ beispielsweise enthält in der Objektebene nach Formel (23b) eine stereoskopische Parallaxe von p = 81,58 mm.
Für die Bildebene mit der Tiefe T₂ = +100,7 mm beträgt der maximale horizontale Bewegungsbereich für ein und denselben Bildpunkt Δx_max = 2094 mm. Der Betrachter kann aus einer festen Position horizontal gleichzeitig j = 9,2 Bilder in der Bildebene mit der Tiefe T₂ sehen. Dagegen existiert fast kein horizontaler Bewegungsbereich für die Bildebene mit der Tiefe T₅ = 389,6 mm, Δx_max ≈ 0 mm. Der Betrachter sieht von der einen Betrachtungsposition aus ein einziges Bild in der Bildebene mit der Tiefe T₅, j = 1,0.
10a zeigt in Aufsicht, wie die Bildebenen mit den fünf unterschiedlichen Tiefen T₁, T₂, T₃, T₄ und T₅ auf der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung angeordnet sein können. Bevorzugt werden die Bildebenen gleicher Tiefe T vertikal übereinander angeordnet, wobei deren Reihenfolge auch anders als in 10a sein kann, beispielsweise T₃, T₁, T₄, T₅, T₂ von oben oder unten. Die unterschiedliche Höhe der Bildebenen soll schematisch die weiter oben beschriebene erfindungsgemäße Vergrößerung der Höhe, der Breite und des Sehwinkels für die Teilbilder/Bilder bei zunehmender Tiefe T bzw. bei Verkleinerung von (E – T) verdeutlichen.
Es sei angemerkt, daß es insbesondere bei zwei und mehr Bildebenen mit unterschiedlichen Tiefen T in bestimmten Bildebenen zu „Falsch-Fusionen" und damit zu falschen Tiefen T solcher Bildebenen kommen kann. Es handelt sich dabei um Moire-Erscheinungen vom Typ Moire 2.
Diese entstehen besonders dann, wenn die fusionale Konvergenz bzgl. einer Bildebene mit der richtigen Tiefe T gleich oder nahe ist der fusionalen Konvergenz für Teilbilder/Bilder. Gibt es beispielsweise zwei Bildebenen, die erste mit der regulären Tiefe T₁ > 0 und die zweite mit der regulären Tiefe T₂ < 0 und ist der Bild-Pitch in der ersten Bildebene W₁₁ und der Bild-Pitch in der zweiten Bildebene beispielsweise 2W₁₂ ≈ W₁₁, dann führt die gleiche fusionale Konvergenz für die reguläre Tiefe T₁ > 0 ("Kreuzblick") zur "Falsch-Fusion" der zweiten Bildebene in die falsche Tiefe T₂ ≈ T₁ > 0 mit demselben "Kreuzblick".
Solche "Falsch-Fusionen" lassen sich nach einiger Übung weitestgehend vermeiden. Technisch können sie beispielsweise verhindert werden, indem Bildebenen mit Tiefen T₂ < 0 nicht mehr als zwei Bilder aufweisen (j₂ ≤ 2) und/oder ihr Bild-Pitch W₁₂ kein ganzzahliges Vielfaches des Bild-Pitchs W₁₁ ist und/oder Bildteile in den Bildebenen mit den Tiefen T₂ < 0 vermieden werden, die einen Bildteil-Pitch haben, der ein ganzzahliges Vielfaches des Bild-Pitchs W₁₁ ist.
Generell ist es von Vorteil, wenn Teilbilder/Bilder in Bildebenen mit den Tiefen T₂ < 0 so gestaltet werden, daß sie keine falschen Fusionsreize erzeugen bzw. die regulären Fusionsreize stärker sind als falsche Fusionsreize.
In 10b ist in einer Seitenansicht schematisch die Lage der fünf Bildebenen im Raum vor und hinter der autostereoskopischen Anordnung gezeigt.
In 10c sind schematisch in die fünf Bildebenen die Bedingungen für die jeweiligen fünf unterschiedlichen Element-Pitchs B_1E1, B_1E2, B_1E3, B_1E4, B_1E5 der Barriere eingetragen. Mit B_1E'S sind die Element-Pitchs des Filterarrays im Stand der Technik für die angepaßte optimale Betrachtungsentfernung E' gemeint, wobei die nachfolgenden Indizes dieselbe Bedeutung haben wie bei den Fallunterscheidungen weiter oben.
In 10d ist die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung in der Ansicht von oben (oder von der Seite) dargestellt. Es wird darin gezeigt, daß bei sehr großem "out-screening" T/E der laterale Bewegungsbereich Δx (Δy) von der Breite (Höhe) des 2D-Bildschirms bestimmt wird.
Dies gilt gleichermaßen für 3D-Displays/Projektoren des Standes der Technik, wenn diese über ebenso große "out-screenings" verfügen würden.
Es sei angemerkt, daß die Betrachtungsentfernung E von der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung vorzugsweise im Bereich E > T_max = T₅ liegen soll.
Bei erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnungen, die ausschließlich bzgl. der horizontalen Bewegungsparallaxe dimensioniert sind, existiert die Beschränkung nur bzgl. des horizontalen Bewegungsbereichs Δx. Solche erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnungen sind in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft. Beispielsweise bei Anwendungen mit "Laufkundschaft", wo unterschiedlich große Menschen in unterschiedlichen Betrachtungsentfernungen vor der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung stehen (bleiben) oder an diesem vorbeilaufen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung in Form einer "3D-Digitaluhr" wird unten noch beschrieben.
Bei Anwendungen mit im wesentlichen fester Betrachtungsposition ist auch bei Bildebenen mit gleichzeitig mehreren sichtbaren Bildern (j > 1) die Darstellung nur eines einzelnen Bildes möglich, indem die Teilfläche O_ij in der Objektebene im Minimum nur so groß vorgegeben wird, daß im wesentlichen nur diese sichtbar ist, O_ij = O₁₁.
Es ist weiterhin auch möglich, beispielsweise zwei tiefengestaffelte Bildebenen so ineinander zu fügen, daß die Ebene A2 mit der Tiefe T₂ mehrfach innerhalb der Ebene A1 mit der Tiefe T₁ vorhanden ist. Das ist in 10e schematisch dargestellt. In erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnungen mit ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe werden vorzugsweise in horizontalen Streifen oder Teilflächen in der Objektebene, welche die Bildebenen A1 sowie A1 und A2 ergeben, jeweils gleichartige Bildinhalte dargestellt.
Das erfindungsgemäße 3D-Verfahren erlaubt gemäß Formel (7a) nicht nur frontoparallele Bildebenen mit den Tiefen T, sondern auch eine oder mehrere Bildebenen, die beispielsweise um eine horizontale Achse geneigt sind. Eine solche Bildebene bietet dem Betrachter einen 3D-Eindruck mit quasi kontinuierlicher Variation der Tiefe T in vertikaler Richtung. Erfindungsgemäß kann das auf zweierlei Weise erreicht werden.
Die Änderung/Einstellung des Element-Pitchs B_1E muß im derzeitigen Stand der Technik hardwareseitig erfolgen. Dagegen wäre eine softwareseitige Änderung/Einstellung des Element-Pitchs B_1E der Barriere wünschenswert, wodurch die Vorteile des erfindungsgemäßen 3D-Verfahrens noch besser genutzt werden könnten. Das Problem der softwareseitige Änderung/Einstellung des Element-Pitchs B_1E der Barriere ist derzeit noch nicht gelöst.
Kontinuierliche Variation der Tiefe T bei frontoparalleler Barriere:
Wird in der Anordnung nach 10a die Anzahl der Bildebenen mit unterschiedlicher Tiefe T erhöht, indem man zwischen die Bildebenen mit den Tiefen T₁, T₂, T₃, T₄, T₅ weitere Bildebene mit den mittleren Tiefen T = (T_n + T_n+1)/2 einfügt und dieses Einfügen von Zwischenbildebenen so lange fortsetzt, bis die gewünschte Kontinuität in der Variation der Tiefe T erreicht ist, erhält man eine Bildebene, in der die Tiefe T quasi kontinuierlich vertikal zwischen der Tiefe T₁ und der Tiefe T₅ variiert. In dieser Variante besteht die Barriere nach 10c aus mehr als fünf horizontalen Streifen mit beispielsweise von oben nach unten quasi kontinuierlich wachsenden Element-Pitchs B_1E und entsprechend verringerten Höhen dieser Streifen. Die Barriere bleibt parallel zum Bildschirm ausgerichtet.
Diese erste Ausführung kann noch weiter verallgemeinert werden, indem man beispielsweise zwischen die oben genannten Bildebenen mit den Tiefen T₃, T₁, T₄, T₅, T₂ Zwischenebenen nach der Regel T = (T_n + T_n+1)/2 einfügt, so daß eine in vertikaler Richtung gekrümmte Bildebene mit quasi kontinuierlicher Variation der Tiefe T entsteht.
Selbstverständlich kann der Element-Pitch B_1E der Barriere auch innerhalb der horizontalen Streifen variabel gestaltet sein. Aus einer beispielsweise kontinuierlichen Variation der Element-Pitchs B_1E1, B_1E2, B_1E3, B_1E4, B_1E5 resultieren fünf Bildebenen mit kontinuierlicher Variation der Tiefen T in horizontaler Richtung.
Kontinuierliche Variation der Tiefe T bei geneigter Barriere:
In einer zweiten Anordnung habe die Barriere nur einen einzigen Element-Pitch B_1E, beispielsweise den Element-Pitch B_1ES aus 10c, so daß in 10a eine einzige Bildebene mit der Tiefe T₅ entsteht. Bei dieser Anordnung bleibt der Element-Pitch B_1E5 der Barriere unverändert konstant. Die Barriere wird lediglich um eine horizontale Achse, die in der Barriere liegt, geneigt. Je nach Lage dieser Achse und Neigungswinkel der Barriere entsteht eine Bildebene mit kontinuierlich variabler Tiefe T. Liegt die Achse beispielsweise am unteren Rand der Barriere und erfolgt eine Neigung der Barriere hin zum Bildschirm, entsteht eine Bildebene mit kontinuierlicher Variation der Tiefe T von der Tiefe T < T₅ bis zur Tiefe T = T₅. Die zweite Anordnung hat den Vorteil, daß für geneigte Bildebenen keine neue Barriere (mit variablem Element-Pitch B_1E) hergestellt werden muß. Außerdem besteht durch Wahl der Lage der Achse und des Neigungswinkels bei ein und derselben Barrie re eine weitgehende Freiheit in der Gestaltung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung.
Selbstverständlich können die eben beschriebenen beiden Anordnungen auch miteinander kombiniert werden.
Zu Fragen der 2D- und 3D-Darstellung:
11a zeigt beispielsweise eine erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung in Aufsicht, die außer Bildebenen A1 , A2, A3 und B4, B5 mit Tiefen T₁, T₂, T₃ > 0 und T₄, T₅ < 0 auch mindestens eine zentrale Bildebene "2D" mit der Tiefe T = 0 aufweist. Genau so kann innerhalb einer Bildebene "2D" mit der Tiefe T = 0 eine zentrale Bildebene A1 oder B2 mit den Tiefen T₁ > 0 oder T₂ < 0 angeordnet sein.
Die Bildebene "2D" wird erzeugt, indem die ihr zugeordnete Fläche der Barriere keine Barrierestruktur aufweist (vgl. 11b). Erfindungsgemäß kann diese Fläche eine homogene Transparenz aufweisen, die im wesentlichen der gemittelten Transparenz der übrigen Flächen der Barriere entspricht. Die zu der Bildebene "2D" gehörende Objektfläche auf dem Bildschirm wird des weiteren anders angesteuert als die Objektebenen für die Bildebenen A1 und B2, und zwar wie eine 2D-Darstellung auf einem 2D-Bildschirm im Stand der Technik. Erläuterung zur Ansteuerung des Bildschirms der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung siehe weiter unten.
Ausführungsbeispiel 2:
Erfindungsgemäß können in einer zweiten Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung auf einfache Weise und ohne Erhöhung der Herstellungskosten mit derselben Barriere wie im Ausführungsbeispiel 1 andere Tiefen T in den fünf Bildebenen realisiert werden, indem nach Formel (7a) ein anderer Abstand D zwischen Bildschirm und frontoparalleler Barriere gewählt wird. Bei einem Abstand D = 1,0 mm anstelle von D = 1,37058 mm aus dem Ausführungsbeispiel 1 entsteht eine engere Tiefenstaffelung der Bildebenen mit den Tiefen T₁ = –73,0 mm, T₂ = +73,5 mm, T₃ = +145,6 mm, T₄ = 218,9 mm, T₅ = 284,2 mm.
Im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem sich der angepaßte optimale Betrachterabstand E' bei jeder Änderung des Abstandes D ebenfalls ändert, wodurch sich die 3D-Bildqualität im Stand der Technik prinzipiell verschlechtert, sind bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung alle Betrachtungsentfernungen E > T gleichzeitig auch angepaßte optimale Betrachtungsentfernungen E' und bleiben dies auch bei Änderung des Abstandes D.
Durch Kombination von Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 kann ebenfalls im Unterschied zum Stand der Technik ein großer Abstand D realisiert und akzeptiert werden. Oft ist im Stand der Technik nicht jeder, nach seinen sonstigen Parametern günstiger 2D-Bildschirm für eine autostereoskopische Anordnung verwendbar. Oft kann der für eine geforderte angepaßte optimale Betrachtungsentfernung E' notwendige Abstand D aus konstruktiven Gründen nicht realisiert werden, er ist oft zu groß. Betrachter befinden sich dann zu weit außerhalb der angepaßten optimalen Betrachtungsentfernung E' und nehmen prinzipiell einen qualitätsgeminderten 3D-Eindruck wahr.
Bei der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung dagegen werden mit einer Barriere mit den neuen Element-Pitchs B_1E1 = 0,51 816 mm, B_1E2 = 0,49791 mm, B_1E3 = 0,50291 mm, B_1E4 = 0,50461 mm, B_1E5 = 0,50539 mm auch beim größeren Abstand D = 2,0 mm bei unveränderter 3D-Bildqualität dieselben Tiefen T erreicht wie in der Variante 1 und zwar T₁ = –100,0 mm, T₂ = +100,7 mm, T₃ = +199,5 mm, T₄ = +300,1 mm, T₅ = +389,6 mm.
Ausführungsbeispiel 3:
Formel (7a) erlaubt die Einstellung oder Änderung der Tiefe T prinzipiell auch durch hardwareseitige Einstellung bzw. Änderung des Objekt-Pitchs m'B_1P, genauer des Pixelpitchs B_1P = 3C des 2D-Bildschirms.
Beispielsweise entstehen bei einer TFT-LCD mit Pixel-Pitch B_1P = 3C = 0,255 mm anstelle von 3C = 0,254 mm wie in Ausführungsbeispiel 1 bei sonst unveränderten Bedingungen bzgl. des Abstandes D und gleicher Barriere/gleichen Element-Pitchs B_1E Bildebenen in den neuen Tiefen T₁ = –140,9 mm, T₂ = +78,4 mm, T₃ = +127,32 mm, T₄ = +161,8 mm, T₅ = +184,6 mm.
Durch Kombination von Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 3 können auch für diesen 2D-Bildschirm Bildebenen mit den selben Tiefen T₁ = –100,0 mm, T₂ = +100,7 mm, T₃ = +199,5 mm, T₄ = +300,1 mm, T₅ = +389,6 mm bei gleichem Abstand D wie in Ausführungsbeispiel 1 erzeugt werden, wenn eine Barriere mit den Element-Pitchs B_1E1 = 0,51699 mm, B_1E2 = 0,50306 mm, B_1E3 = 0,50650 mm, B_1E4 = 0,50767 mm, B_1E5 = 0,50821 mm verwendet wird.
Schließlich ist auch eine Kombination der Ausführungsbeispiele 1, 2 und 3 möglich.
Ausführungsbeispiel 4:
Anstelle einer optischen Barriere kann erfindungsgemäß auch ein optisches Linsenraster aus parallelen, insbesondere plankonvexen oder asphärischen Zylinderlinsen oder plankonvexen oder asphärischen Einzellinsen in linearer, wabenförmiger oder anderer Anordnung mit großem Füllfaktor vorgesehen sein, wobei die wirksamen Strukturen des Bildschirms im wesentlichen in der Nähe, aber außerhalb der objektseitigen Brennebene des Linsenrasters angeordnet werden, wobei im wesentlichen eine optische Abbildung der Objektebene des Bildschirms in die Ebene des Betrachters erfolgt, so daß die Lupenvergrößerung jeder Linse gegen Unendlich geht (die Lupenvergrößerung "explodiert").
Dem Element-Pitch der Barriere entspricht in diesen Ausgestaltungen der Linsen-Pitch des optischen Linsenrasters. Vorteil des Linsenrasters ist eine größere Helligkeit der autostereoskopischen Anordnung im Vergleich zu dem mit Barriere aufgrund der Leuchtdichte-Invarianz bei der optischen Abbildung.
Nachteil gegenüber der Ausgestaltung mit Barriere ist die begrenzte Größe solcher 3D-ildwiedergabeeinrichtungen wegen der höheren Fertigungskosten der Linsenraster, insbesondere wenn Bildebenen in unterschiedlichen Tiefen T durch unterschiedliche Linsen-Pitchs erzeugt werden sollen.
Die Erzeugung von Bildebenen mit stetiger Änderung der Tiefe T durch Neigung des Linsenrasters, analog zum Ausführungsbeispiel 1 mit Barriere, ist ganz unmöglich.
Hinzu kommen optische Störungen, wie Aberrationen, die beispielsweise am planparallelen Substrat des Linsenrasters und generell an derartigen einfachen optischen Elementen mit homogener optischer Brechzahl entstehen und mit dem Schrägsichtwinkel auf die autostereoskopische Anordnung bzw. mit deren Größe zunehmen. Die Minimierung dieser optischen Störungen verteuert das Linsenraster weiter.
Ein weiterer Nachteil sind die großen "Bildpunkte", deren Größe der Größe bzw. dem Durchmesser der Linsen entspricht.
Zur Bilderzeugung:
Bilderzeugung auf dem Bildschirm:
In 12a und 12b ist die monokulare Bilderzeugung auf dem Bildschirm schematisch dargestellt. Der Bildschirm sei der Einfachheit halber eine TFT-LCD ohne Farbfilter. Gezeigt ist ein Ausschnitt der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung mit 7 Subpixel-Zeilen.
In 12a sind in 7 Gruppen a), b), c), d), e), f), g) jeweils untereinander eine Subpixel-Zeile der LCD, die Element-Zeile der davor angeordneten Barriere und die Zeile der monokular sichtbaren Subpixel der Subpixelzeile gezeichnet. Weiß dargestellte Subpixel leuchten beispielsweise mit maximaler Leuchtdichte (255 Digit), schwarz dargestellte Subpixel sind ausgeschaltet (0 Digit). Der Objekt-Pitch entspricht der Breite von 8 Subpixeln, m'B_1P = 8C. Die Barriere ist an den weiß gezeichneten Rechtecken transparent, sonst opak. Der Element-Pitch der Barriere ist kleiner als der Objekt-Pitch und entspricht der Breite von 7 Subpixeln der LCD, B_1E = 7C.
Die Element-Pitchs B_1E der Barriere sind in allen 7 Gruppen identisch, ebenso der Objekt-Pitch m'B_1P. Die Subpixel-Zeilen der LCD unterscheiden sich aber in benachbarten Gruppen dadurch, daß sich die Anzahl benachbarter leuchtender Subpixel pro Objekt-Pitch im Vergleich zur Anzahl nichtleuchtender Subpixel um ein Subpixel ändert. So leuchten in der Gruppe a) pro Objekt-Pitch m'B_1P = 8C von acht Subpixeln sieben Subpixel, dagegen leuchtet in der Gruppe g) von acht Subpixeln nur ein Subpixel.
Ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit ist in 12a der Fall angenommen, bei dem sich der Betrachter in sehr großem Abstand (genauer gesagt in der Betrachtungsentfernung E = ∞) vor der autostereoskopischen Anordnung positioniert hat und zwar so, daß er monokular durch das jeweils äußerste linke transparente Element der Barriere das jeweils dahinter befindliche (hier ausgeschaltete, schwarze) Subpixel der LCD gerade vollständig sieht. Das entspricht der "Anpassung" von B_0E der Barriere gemäß Formel (17).
In der jeweils unteren Zeile der Gruppen a) bis g) sind weiß die jeweils monokular aus dieser Position der Betrachtungsebene mit der sehr großen Entfernung E sichtbaren, leuchtenden Subpixel der LCD dargestellt.
Mit m'B_1P = 8C = 8 mm, B_1E = 7C = 7 mm und einem angenommenen Abstand D = 10 mm entsteht nach Formel (7a) eine Bildebene in der Tiefe T = +80 mm vor der autostereoskopischen Anordnung.
Würde der Betrachter sich in diese erfindungsgemäß angepaßte Entfernung E = E_a = T begeben, könnte er beispielsweise für sein linkes Auge in dieser frontoparallelen Ebene eine Position finden, von der aus sein linkes Auge beispielsweise nur ausgeschaltete Subpixel in den sieben Gruppen a) bis g) sehen würde. Er sieht einen vollkommen dunklen, schwarzen Bildschirm. Bewegt er sich in dieser Ebene um w₁ = 7 mm nach links, sieht er die Subpixel-Zeile in der Gruppe a) über den gesamten Bildschirm weiß, während die übrigen Subpixel-Zeilen über den gesamten Bildschirm schwarz sind.
Bei weiteren fünf Bewegung jeweils um w₁ = 7 mm nach links sieht der Betrachter sukzessive die Subpixel-Zeilen b), c), d), e), f) über den gesamten Bildschirm weiß werden, während die jeweils übrigen über den gesamten Bildschirm schwarz sind. Schließlich sieht er bei der siebenten Bewegung um w₁ = 7 mm nach links alle sieben Subpixel-Zeilen über den gesamten Bildschirm weiß. Bei der achten Bewegung um W₁ = 8 w₁ = 56 mm nach links sieht er alle sieben Subpixel-Zeilen wieder über den gesamten Bildschirm schwarz.
Es sei angemerkt, daß ein Betrachter aus einer Entfernung E = T = +80 mm < Normsehweite = 250 mm die Subpixel-Zeilen in der Regel nicht mehr scharf sehen kann. Das sukzessive Weißwerden von oben nach unten jeweils über den gesamten Bildschirm kann er aber wahrnehmen.
Die vorstehende Erläuterung hatte den Zweck, die Wirkung der "Anpassung" der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung an eine Entfernung E = E_a = T < E_aS = E' gemäß Formel (7aa) noch einmal näher zu erläutern.
Was der Betrachter aus der sehr großen Entfernung E >> T tatsächlich sieht, zeigen, wie oben bereits erwähnt, die jeweils unteren Zeilen in den Gruppen a) bis g) der 12a. Im Entfernungsbereich E = 200 mm bis E = 1000 mm variiert der Faktor ET/(E – T) in Formel (16c) im Bereich 133 mm bis 87 mm (13). Der Faktor aus den Geräteparametern in Formel (16c) hat mit ΔB_0E = 0 mm nur den Wert 0,0125 mm^–1. Damit liegt die Anzahl n_HWBges im Bereich 1,6 bis 1,1 und geht bei sehr großen Betrachtungsentfernungen E (E → ∞) gegen 1,0, und es werden die Teilbilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung im vorliegenden Beispiel jeweils durch ein einziges sichtbares Subpixel gebildet. Gemäß Formel (16d) hat die gesamte Halbwertsbreite HWB_ges bei den sehr großen Betrachtungsentfernungen E den Wert HWB_ges ≤ 8,0 mm.
Es sei angemerkt, daß die Verhältnisse bei der oben beschriebenen autostereoskopischen Anordnungen mit 20 Zoll TFT-LCD als Bildschirm bzgl. der Anzahl n_HWBges anders liegen. Bei der oben verwendeten Betrachtungsentfernung E = 700 mm und der Bildebene beispielsweise mit der Tiefe T = +100,7 mm ist ET/(E – T) = 117,6 mm. Die Geräteparameter ergeben den Faktor 0,122 mm^–1, einen 10-fach größeren Wert als zuvor. Damit bestehen die Teilbilder von Bildern in der Tiefe T = +100,7 mm aus n_HWBges = 14,3 sichtbaren Subpixeln. Durch geeignete Dimensionierung des "Gerätefaktors" kann somit vorteilhaft erreicht werden, daß benachbarte Teilbilder an einander "anschließen". Die gesamte Halbwertsbreite HWB_ges nach Formel (16d) liegt dagegen in derselben Größenordnung, HWB_ges = 6,2 mm.
In 12b ist der vom Betrachter der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung aus sehr großer Entfernung E monokular wahrgenommene Bildschirm ausschnittweise stark vergrößert dargestellt.
Man erkennt aus 12a und 12b, wie die Bilderzeugung durch unterschiedliche Anzahl eingeschalteter, heller und ausgeschalteter, dunkler Subpixel pro Objekt-Pitch m'B_1P erfolgt. Der Einfachheit halber sind die opaken Dunkelbereiche, die horizontal zwischen den hellen, transparenten Elementen der Barriere existieren und die die Breite (B_1E – B_0E) ≈ 6 mm im vorliegenden Beispiel haben, nicht dargestellt.
Zum einen kann der Betrachter aus der sehr großen Betrachtungsentfernung E die beleuchteten hellen transparenten Elemente der Barriere visuell nicht auflösen. Er sieht in horizontaler Richtung homogene helle Flächen mittlerer Flächenleuchtdichte, die von dunklen Bereichen der Breiten 13 mm (Gruppe a), 20 mm (Gruppe b), 27 mm (Gruppe c), 34 mm (Gruppe d) getrennt sind.
Zum anderen haben LCD im Stand der Technik meist einen Subpixel-Pitch C < 0,1 mm statt C – 1,0 mm wie in 12a und 12b angenommen. Die Dunkelbereiche haben dann nur noch eine Breite von < ca. 0,6 mm. Ob die Struktur der Teilbilder aus üblichen Betrachtungsentfernungen E noch visuell aufgelöst erscheinen, hängt von vielen Einflußfaktoren ab. Bei den Ausführungsbeispielen 1, 2 und 3 beträgt der Abstand zwischen den sichtbaren Strukturen, den Subpixeln der LCD bzw. den hellen, transparenten Elementen der Barriere eines Teilbildes, B_1E ≈ 0,5 mm. Ein Gitter mit dieser Gitterkonstanten hat aus der Betrachtungsentfernung E = 700 mm eine Ortsfrequenz von ca. 23 Perioden/Grad. Die Modulationsübertragungsfunktion des Auges hat bei dieser Ortsfrequenz, bei maximaler Modulation 1,0 im Objekt, photooptischen Adaptationsleuchtdichten > 100 cd/m², Sinusgitter und weiteren Bedingungen einen Wert von ca. 0,12. In der Praxis kann dieser Wert deutlich kleiner sein, wodurch Teilbilder nahe oder auch unter der Kontrastschwelle für diese Ortsfrequenz bzw. nahe oder unter der Auflösungsgrenze liegen.
Es sei bemerkt, daß die Sichtbarkeit oder Unsichtbarkeit der Struktur der Teilbilder/Bilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung gemäß Formel (7a) bei gleicher Tiefe T der Bildebenen durch den Pixel-Pitch B_1P = 3C des 2D-Bildschirms gesteuert werden kann.
Weil der Bild-Pitch W₁ viel kleiner ist als die Breite des Bildschirms B_BW, erscheinen auf dem Bildschirm mehrere identische Bilder (in 12b ist j = 7).
Weiter oben wurde bereits festgestellt, daß die Bilder der neuartigen autostereoskopischen Anordnung in den Bildebenen mit den Tiefen T erfindungsgemäß aus Teilbildern zusammengesetzt sind. In 5a, 5b, 5c und 5d wurde am Beispiel einer erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung im "Standard-Modus" mit monochromen (grünen) Teilbildern/Bildern in der Bildebene mit der Tiefe T > 0 gezeigt, wie bei gleichem Pixel-Pitch B_1P = 3C des TFT-LCD 2D-Bildschirms unterschiedliche Anzahlen m'₁ = 1, m'₂ = 2, m'₃ = 4 und m'₄ = 8 von Teilbildern pro Bild-Pitch W₁ erzeugt werden können. Gemäß den Formeln (11) wächst der Bild-Pitch W₁ mit der Anzahl m'. Der Teilbild-Pitch w₁ bleibt gemäß den Formeln (14) konstant.
Bilderzeugung auf der Barriere:
In der bisherigen Beschreibung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung, zuvor beispielsweise in 12a, wurde stillschweigend davon ausgegangen, daß die Barriere eine linear-vertikale Streifen-Struktur hat, also transparente Element-Streifen oder -Spalten der Breite B_0E bzw. B_0E,hom, und dazwischen opake Streifen der Breite (B_1E – B_0E) bzw. (B_1E – B_0E,hom). Die Bilderzeugung erfolgt dabei softwaremäßig durch Strukturierung der Objektebene bzw. des Bildschirms, wie das schematisch in 12a und 12b gezeigt wurde.
Es ist jedoch auch eine Umkehrung dieser Herangehensweise möglich, indem die bilderzeugende Strukturierung in die Barriere verlegt wird und die Objektebene eine einfache linear-vertikale Streifen-Struktur erhält. Es handelt sich dabei um eine Hardware-Lösung, falls keine element-ansteuerbare transparente Barriere, beispielsweise eine TFT-LCD ohne Farbfilter, verwendet wird.
In 12c ist diese Lösung in Fortführung von 12a gezeigt. Der TFT-LCD-Bildschirm ist in jeder Subpixel-Spalte mit dem Objekt-Pitch m'B_1P = 8C hell, also eingeschaltet. In den sechs Gruppen g) bis l) ändert sich jeweils nur die Anzahl der beispielsweise benachbarten transparenten Elemente der Barriere innerhalb des Element-Pitchs B_1E = 7C. Die jeweils aus der sehr großen Betrachtungsentfernung E sichtbaren hellen, eingeschalteten Subpixel des Bildschirms sind wie in 12a als weiße Rechtecke mit schwarzem Rahmen gekennzeichnet. Man erkennt dieselben Teilbilder/Bilder in den Gruppen f) und h), e) und i), d) und j), c) und k), b) und l) von 12a und 12c.
Die Kombination beider Verfahren ist Bestandteil der Erfindung.
Ausführungsbeispiel 5:
Im Folgenden wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung im Detail beschrieben. Es handelt sich um eine "3D-Digitaluhr" mit beispielsweise grünen Ziffern auf dunklem, schwarzem Hintergrund, wobei die Ziffern in einer Bildebene vor dem Bildschirm in einer Tiefe T > 0 erscheinen sollen. Da diese Digitaluhr beispielsweise in einer Schalterhalle eines Bahnhofs oder einer Bank zwar von Menschen mit unterschiedlicher Größe und in unterschiedlichem Abstand wahrgenommen werden soll, immer aber mit im wesentlichen normaler, vertikaler Kopfhaltung, wird die autostereoskopische Anordnung nur mit horizontaler Bewegungsparallaxe ausgestattet.
14a zeigt die Digitaluhr schematisch. Erfindungsgemäß werden die Bilder in Form von Ziffern aus Teilbildern zusammengesetzt. Die Uhrzeit sei 04:37. Die Stunden und Minuten werden zweistellig dargestellt, die Stunden oben, die Minuten darunter. Dazwischen blinkt im Sekundentakt ein horizontal liegender Doppelpunkt aus zwei Teilbildern. Die Ziffern selbst werden analog zur Sieben-Segment-Zifferanzeige des Stand der Technik gebildet, wobei die Segmente selbst aus bis zu drei Teilbildern bestehen können.
Als 2D-Bildschirm soll das 20 Zoll TFT-LCD dienen, der bereits in oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet wurde. Die Parameter sind: Bildwiedergabefläche B_BW × H_BW = 406,4 mm × 304,8 mm, „Auflösung" 1600 Pixel × 1200 Pixel (UXGA), Subpixel-Pitch C = 0,08466 mm, horizontaler/vertikaler Pixel-Pitch B_1P = 3C = 0,254 mm.
Der Objekt-Pitch m'B_1P = 2,032 mm, wobei m' = 8 gewählt wurde. Die Anzahl der horizontalen Teilbilder pro Bild-Pitch W₁ beträgt damit m' = 8. Somit kann jede Ziffer aus horizontal bis zu 3 benachbarten hellen, grünen Teilbildern erzeugt und durch ein dunkles, schwarzes Teilbild voneinander getrennt werden (14a).
Die Ziffern sollen in einer Bildebene mit der Tiefe T = +500 mm vor der Digitaluhr erscheinen. Bei einem Abstand D = 10,712 mm beträgt der Element-Pitch B_1E der vor der LCD angeordneten Barriere nach Formel (7a) B_1E = 1,9885 mm. Der Bild-Pitch beträgt nach den Formeln (11) W₁ = 92,81 mm.
Erfindungsgemäß können Betrachter in beliebigen Betrachtungsentfernungen E > T = 500 mm eine 3D-Digitaluhr mit im Raum davor erscheinender, im Raum schwebender Uhrzeit wahrnehmen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sei der Entfernungsbereich E = 1000 mm bis E = 10000 mm. Damit beträgt das maximale "out-sccreening" T/E_min = 50%. Dieser Wert ist wegen der in einem Schalterraum möglichen kleinsten Betrachtungsentfernung E_min = 1 m solcherart festgelegt worden, damit die fusionale Konvergenzfähigkeit mancher Betrachter nicht überfordert wird. Bei Anwendungen mit größerer minimaler Betrachtungsentfernung E_min kann auch die Tiefe T, T > 0, vergrößert werden, je nach Konvergenzfähigkeit der Betrachter auch auf ein "out-screening" T_max/E_min > 50%.
Die Homogenitätsbedingung gemäß den Formeln (20) ergibt für die Element-Größe bzw. Breite der Barriere den Wert B_0E,hom = 0,2486 mm. Die Anzahl n_HWBges horizontal benachbarter sichtbarer leuchtender grüner Subpixel der LCD variiert im Entfernungsbereich zwischen n_HWBges = 11,4 und 6,0. Die wahrgenommene Teilbildbreite in der Bildebene mit der Tiefe T = 500 mm ist konstant und beträgt nach Formel (16d) B_E–T = HWB_ges = 11,60 mm.
Die "Quadratbedingung" für quadratische Teilbilder nach den Formeln (22) kann, wie bereits erläutert, bei ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe nicht automatisch für jede Betrachtungsentfernung E eingehalten werden. Es muß eine Betrachtungsentfernung E im vorgesehenen Entfernungsbereich ausgewählt werden. Vorzugsweise soll eine solche Betrachtungsentfernung E mit gültiger "Quadratbedingung" festgelegt werden, bei der die Beträge der maximalen Abweichungen der wahrgenommenen Hohe H_E–T von der wahrgenommenen Breite B_E–T für die minimale und maximale Betrachtungsentfernungen E_min = 1 m und E_max = 10 m gleich sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das bei der Betrachtungsentfernung E = 1818,2 mm der Fall. In der Betrachtungsentfernung E_min = 1 m ist die wahrgenommene Höhe der Teilbilder H_E–T = 8,00 mm um maximal 3,60 mm kleiner als die wahrgenommene Breite B_E–T. In der maximalen Betrachtungsentfernung E_max = 10 m ist die wahrgenommene Höhe der Teilbilder H_E–T = 15,20 mm und damit um maximal 3,60 mm größer als die wahrgenommene Breite B_E–T. Die Erkennungssicherheit der 3D-Uhrzeit wird dadurch nicht beeinträchtigt.
Es sei angemerkt, daß die maximale Differenz zwischen wahrgenommener Breite B_E–T und wahrgenommener Höhe H_E–T kleiner wird, wenn der Entfernungsbereich E_max – E_min im Anwendungsfall verkleinert werden kann.
Die Teilobjekthöhe H auf der LCD ist nach Formel (15b) konstant und hat für n = ganze Zahl = 63 Pixelzeilen den Wert H = 16,002 mm. Die gesamte Höhe H_ges der Ziffernanzeige auf der LCD, bestehend aus 15 Teilobjekten (14a), beträgt damit H_ges = 240,03 mm, was 945 Pixelzeilen entspricht. Die übrigen 255 Pixelzeilen bilden den oberen und unteren dunklen, schwarzen Rand auf der LCD.
Je nach Betrachtungsentfernung E_min ≤ E ≤ E_max nimmt der Betrachter in der Bildebene mit der Tiefe T = +500 mm 1,8 ≤ j_max ≤ 4,1 Bild-Pitchs W₁ wahr. Der Betrachter sieht die Uhrzeit 04:37 mehrfach nebeneinander, woraus eine 100%-ige Erkennungssicherheit aus allen Raumrichtungen/Schrägsichtwinkeln resultiert.
Die Anzahl der Perspektivansichten dieser 3D-Digitaluhr ist um mindestens eine Größenordnung größer als im Stand der Technik. Die Anzahl N für ein und dasselbe Bild bzw. ein und denselben Bild-Pitch W₁ variiert im Bereich der Betrachtungsentfernungen 1000 mm ≤ E ≤ 10000 mm zwischen 78 ≤ N ≤ 151. Im Stand der Technik beträgt N = 8.
In der Tabelle von 14b sind alle wichtigen Dimensionierungs- und Leistungsparameter der "3D-Digitaluhr" noch einmal übersichtlich zusammengestellt. In der untersten Zeile der Tabelle wird gezeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen 3D-Verfahren durch Wahl des Abstandes D bei gleicher Tiefe T quadratische Teilbilder/Bilder mit kleinen Abmaßen, beispielsweise B_E–T × H_E–T = 1 ,02 mm × 1,02 mm, möglich sind.
Es sei angemerkt, daß in 14b beispielsweise bei einer Betrachtungsentfernung E = 1818,2 mm und einer Anzahl n = 1 horizontal-rechteckige Teilbilder mit den HWB B_E–T × H_E–T = 11,602 mm × 0,184 mm entstehen würden.
Die Barriere für dieses Ausführungsbeispiel hat im einfachsten Fall eine linear-vertikale Struktur mit transparenten Streifen der Breite B_0E,hom und opaken Streifen der Breite (B_1E – B_0E,hom). Solche Strukturen sind besonders leicht herzustellen.
Die Objekt-Struktur für das Bild in der Tiefe T = +500 mm mit der grünen Uhrzeit "04:37" ist in 14c gezeigt. Der Einfachheit halber sind die bei TFT-LCD vertikalrechteckigen Subpixel (B × N = C × 3C) als Quadrate gezeichnet. Wegen T > 0 muß die Objekt-Struktur der Ziffernanzeige auf der LCD gegenüber der Darstellung in 14a horizontal gespiegelt werden.
Die ersten 24 Subpixel-Spalten der LCD enthalten bereits die gesamte notwendige Information für die Darstellung der Uhrzeit. Subpixel, die mit der Zahl "0" ausgefüllt sind, werden wegen einer kontrastreichen und daher gut lesbaren Uhr vorzugsweise mit 0 Digit angesteuert (schwarze, ausgeschaltete Subpixel). Subpixel, die mit der Zahl "1" ausgefüllt sind, werden mit 0 < Digit ≤ 255 angesteuert, vorzugsweise mit 255 Digit.
Von den 1200 Pixel-Zeilen enthalten 693 Zeilen die Informationen für die die Uhrzeit anzeigenden Zahlen „1" (5 + 1 + 5 = 11 Teilbilder zu je n = 63 Pixelzeilen). Die übrigen Pixel-Zeilen sind schwarz, das entspricht den Zahlen „0". Die 24 Subpixel-Spalten werden 200x horizontal wiederholt, so daß die gesamte LCD mit 3 × 1600 = 4800 Subpixel-Spalten und 1200 Pixel-Zeilen im wesentlichen mit "Uhrzeit-Informationen" belegt ist.
Die Software für die Strukturierung des LCD-Bildschirms ist erfindungsgemäß sehr viel einfacher und schneller als im Stand der Technik. In Anwendungen, bei denen die erfindungsgemäße "3D-Digitaluhr" im wesentlichen nur in einem eingeschränkten Entfernungsbereich mit einer typischen mittleren Betrachtungsentfernung E genutzt wird, kann die "Uhrzeit-Information" auf der LCD auf einen horizontalen Bereich beschränkt werden, der kleiner ist als die Breite B_BW der LCD. Ist diese Betrachtungsentfernung beispielsweise E = 1818 mm, so kann die Breite der "Uhrzeit-Information" gemäß 14b im wesentlichen auf 1 53 mm/C = 1807 Subpixel-Spalten in der Mitte der LCD reduziert werden. Die übrigen 2993 Subpixel-Spalten links und rechts daneben haben nur schwarze, ausgeschaltete Subpixel. Diese Art der Objektstrukturierung hat analog zu X2 den Vorteil, daß die Uhrzeit "04:37" im wesentlichen nur einmal (j = 1) gesehen wird. Ein weiterer Vorteil ist die noch weitere Reduzierung der Software-Anforderungen.
Anstelle einer grünen Uhrzeit kann durch die Ansteuerung ausschließlich roter oder blauer Subpixel links bzw. rechts neben denen mit der Zahl „1" eine Digitaluhr mit roter oder blauer Uhrzeit vor schwarzem Hintergrund realisiert werden. Ebenso ist es möglich, beispielsweise die Minuten grün und die Stunden rot darzustellen oder nur den Doppelpunkt in einer anderen Farbe als die Ziffern zu gestalten. Auch können die Minuten, Stunden und/oder der Doppelpunkt beispielsweise im Sekundentakt an- und ausgeschaltet werden, wobei dies auch mit einer Zeitverschiebung von beispielsweise einer halben Sekunde geschehen kann.
Es sind darüber hinaus nicht nur Digitaluhren mit Zifferanzeige auf schwarzem Hintergrund möglich, sondern auch das Inverse, also eine Digitaluhr mit schwarzen Ziffern in monochromatischer Umgebung.
Weiter sind nicht nur Ziffern in monochromen R-, G- und/oder B-Farben möglich, sondern auch Ziffern in Mischfarben. 14d zeigt beispielsweise die Objektstruktur für gelbe Uhrzeit in rotem Umfeld. Erfindungsgemäß erhalten alle R-Subpixel in den acht roten Subpixel-Spalten der 24 Subpixel-Spalten die Information „1 ". R-Subpixel, die mit der Zahl "1" ausgefüllt sind, werden mit 0 < Digit ≤ 255 angesteuert, vorzugsweise mit 255 Digit für im wesentlichen "reines "Gelb". Eine unterschiedliche Abhängigkeit L_RG = f(Digit_RG) sei außer acht gelassen. je nach dem Quotient L_G/L_R kann die Mischfarbe der Uhrzeit zwischen grün (L_R = 0) und orange bzw. nahe rot (L_G < L_R) variiert werden, wobei im Fall 0 < Digit_R ≤ 255 die Helligkeit im roten Umfeld abnimmt.
Es sei angemerkt, daß die gelbe Uhrzeit und das rote Umfeld gemeinsam in der Bildebene mit der Tiefe T = +500 mm erscheinen. Bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit geringem Farb- und/oder Helligkeitskontrast zwischen dem Umfeld der Zifferanzeige und dem Rahmen des Bildschirms ist es von Vorteil, wenn Pixel-Zeilen und Pixel-Spalten in der Nähe des Rahmens des Bildschirms mit schwarzen, ausgeschalteten Subpixeln belegt werden.
Analog zu 14d zeigt 14e die Objektstruktur für magenta-farbige Uhrzeit in blauem Umfeld. Erfindungsgemäß erhalten auch hier, wie in 14d, die Subpixel in den acht Subpixel-Spalten (blau) links neben den Subpixel-Spalten für die Uhrzeit (rot) die Information „1". B-Subpixel, die mit der Zahl "1" ausgefüllt sind, werden mit 0 < Digit ≤ 255 angesteuert, vorzugsweise mit 255 Digit für im wesentlichen "reines" magenta. Eine unterschiedliche Abhängigkeit L_BR = f(Digit_BR) sei außer acht gelassen. Je nach dem Quotient L_R/L_B kann die Mischfarbe der Uhrzeit zwischen rot (L_B = 0) und nahe blau (L_r < L₈) variiert werden, wobei im Fall 0 < Digit_B ≤ 255 die Helligkeit im blauen Umfeld abnimmt.
Die Anordnung der Subpixel-Spalten für das Umfeld links neben den Subpixel-Spalten für die Uhrzeit gilt erfindungsgemäß nicht nur für Bildebenen mit der Tiefe T > 0, sondern ebenso für eine "3D-Digitaluhr" mit Uhrzeit in einer Bildebene in der Tiefe T < 0.
Analog zu 14d und 14e kann auch eine "3D-Digitaluhr" mit cyan-farbiger Uhrzeit in grünem Umfeld verwirklicht werden.
Selbstverständlich kann neben der Farbgestaltung der "3D-Digitaluhr" noch die Größe und Tiefe der Ziffern für Stunden und Minuten unterschiedlich gewählt werden. Die Regeln dafür sind weiter oben bereits ausführlich beschrieben worden. Des weiteren ist auch eine erweiterte "3D-Digitaluhr" mit untereinander angeordneten Ziffern für Stunden, Minuten und Sekunden Bestandteil der Erfindung.
Es sei angemerkt, daß jede Art von subpixel- oder pixelweise ansteuerbaren Bildschirmen in der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung Verwendung finden können. Es kann sich dabei um transparente, passive Bildschirme mit homogener Backlight oder Sidelight-Beleuchtung handeln, beispielsweise TFT-LCD, oder auch um aktive, selbstleuchtende Bildwiedergabeeinrichtungen, beispielsweise PDP oder LED-basierte Systeme.
Keinesfalls sind Bildschirme ausgeschlossen, bei denen die gewünschte Objekt-Struktur hardwaremäßig, beispielsweise mit weißes Licht abstrahlenden LED, erzeugt wird. Eine besonders einfache erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung entsteht, wenn der Bildschirm nur an solchen Positionen ihrer Objektebene mit einzelnen "Leuchtelementen" ausgestattet ist, die der gewünschten Objekt-Struktur entsprechen. Weil der überwiegende Teil der Objektebene frei von "Leuchtelementen" sein kann, entsteht eine besonders einfache und somit preiswerte autostereoskopische Anordnung.
Ebenso kann die gewünschte Objekt-Struktur in ihrer Geometrie/Form durch ein einziges "Leuchtmittel" erzeugt werden.
Ausführungsbeispiel 6:
Der bisherigen Erfindungsbeschreibung lag stillschweigend die oben für die "3D-Digitaluhr" verwendete einfache linear-vertikale Streifen- oder Element-Struktur der Barriere in Kombination mit einer im wesentlichen vertikalen Objekt-Struktur des Bildschirms zugrunde. Dies ist aber nur eine von zahlreichen weiteren Kombinationen von Barriere und Bildschirm beim Aufbau einer erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung.
Die im Ausführungsbeispiel 5 beschriebene "3D-Digitaluhr" mit grünen Ziffern kann auch durch eine veränderte Objekt-Struktur der TFT-LCD und eine veränderte Element-Struktur der Barriere erzeugt werden.
In 15a ist eine "diagonale" Objekt-Struktur für die TFT-LCD gezeigt. Ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit und zur übersichtlichen Darstellung wird von der Objekt-Struktur für die Ziffernanzeige nur ein Teil dargestellt, hier die 24 Pixelzeilen, die zum obersten Teilbild der Stunden-Ziffern "04" gehören. Zwecks besserer Übersicht sind die Zahlen „0" für schwarze, ausgeschaltete Subpixel nicht eingetragen. Die grünen Subpixel, welche wie im Ausführungsbeispiel 5 mit der Zahl „1" gekennzeichnet sind, befinden sich in benachbarten Pixel-Zeilen nicht mehr in ein und derselben Subpixel-Spalte, sondern sind sukzessive von Pixel-Zeile zu Pixel-Zeile vorzugsweise um den Pixel-Pitch B_1P = 3C und beispielsweise nach links verschoben.
In Verbindung mit der in 15b dargestellten Barriere, die ebenfalls eine "diagonale" Struktur besitzt, wird in der Bildebene mit der Tiefe T dieselbe grüne Ziffernanzeige erzeugt wie im Ausführungsbeispiel 5. Dazu werden die transparenten Elemente, die in 15b schwarz gekennzeichnet sind, sukzessive von Element-Zeile zu Element-Zeile um den Wert B_1E/m' ebenfalls nach links verschoben. Zwecks Helligkeits-Homogenisierung beträgt die Element-Breite wie im Beispiel 1 B_0E,hom = 3 B_0E = B_1E/m'.
Die "3D-Digitaluhr" nach Ausführungsbeispiel 6 weist gegenüber der nach Ausführungsbeispiel 5 eine Besonderheit auf. Während im Ausführungsbeispiel 5 wegen der vorausgesetzten ausschließlichen horizontalen Bewegungsparallaxe die Ziffernanzeige dem Betrachter bei vertikaler Änderung seiner Kopfposition stetig nachfolgt (vertikaler "Gummi-Effekt"), bewegt sich die Ziffernanzeige im Ausführungsbeispiel 6 schrittweise nach links, wenn der Betrachter seinen Kopf vertikal nach unten verlagert oder sich der "3D-Digitaluhr" nähert, die im Schalterraum höher angebracht ist als seiner Körpergröße entspricht. Nach m' = 8 solcher Schritte erscheint die Ziffernanzeige wieder in der Ausgangslage.
Die autostereoskopische Anordnung nach Ausführungsbeispiel 6 findet vorzugsweise Anwendung bei im wesentlichen unveränderten Positionen der Betrachter bzgl. einer vertikalen Ebene, andernfalls bei größeren Betrachtungsentfernungen E oder/und kleineren Tiefen T. Andererseits kann die "Besonderheit" auch genutzt werden, um beim Betrachter beispielsweise die Aufmerksamkeit für das wahrnehmbare 3D-Bild zu erhöhen.
Ausführungsbeispiel 7:
Eine linear-vertikale Barriere mit eingehaltener Homogenitätsbedingung für die Element-Breite B_0E gemäß Formel (20d), also mit ΔB_0E = 0, und mit angepaßtem Element-Pitch B_1E gemäß Formel (7aa), erzeugt bei einer TFT-LCD, bei der innerhalb des Objekt-Pitchs m'B_1P mit m' = 4 die RGB-Subpixel beispielsweise in drei benachbarten Subpixel-Spalten eingeschaltet sind und bei der die Quadratbedingung gemäß den Formeln (22) erfüllt ist, ein quadratisches Teilbild pro Bild-Pitch W₁, das bei T > 0 aus den Farben blau, grün, rot und bei T < 0 aus den Farben rot, grün, blau jeweils von links nach rechts aufgebaut ist.
Diese dreifarbigen Teilbilder könnten wie die grünen Teilbilder im Ausführungsbeispiel 5 angeordnet werden, um eine dreifarbige "3D-Digitaluhr" zu erhalten. Die Objektebene des LCD-Bildschirms wird analog zu 14c strukturiert, wobei jedoch zusätzlich zur Zahl "1 " für grüne Subpixel auch die jeweils links und rechts benachbarten roten und blauen Subpixel die Zahl "1 " erhalten.
Wird die Element-Breite B_0E um ΔB_0E erhöht, wobei die Homogenitätsbedingung gemäß den Formeln (20a), (20b), (20c) im wesentlichen eingehalten werden soll, entsteht in der Bildebene mit der Tiefe T > 0 ein mehrfarbiges Teilbild aus den Farben blau, cyan, weiß, gelb, rot und in der Bildebene mit der Tiefe T < 0 ein Teilbild aus den Farben rot, gelb weiß, cyan, blau, jeweils von links nach rechts. Durch einen geeigneten Wert für ΔB_0E, ΔB_0E > 0, kann die Farbe "weiß" in Teilbildern/Bildern auch eliminiert werden.
Es sei angemerkt, daß das neue 3D-Verfahren Bilder in Bildebenen mit der Tiefe T erzeugen kann, die aus monochromatischen R-, G- oder B-Teilbildern bestehen, wobei diese monochromatischen Teilbilder aus wenigen R-, G-, oder B-Subpixeln bestehen, im Grenzfall aus nur einem einzigen dieser Subpixel.
Auch dieses Beispiel soll die mannigfachen Möglichkeiten des erfindungsgemäßen 3D-Verfahrens verdeutlichen. Nicht alle Abwandlungen können hier beschrieben werden, sind aber Bestandteil der Erfindung.
Ausführungsbeispiel 8:
Die oben für die "3D-Digitaluhr" verwendete einfache linear-vertikale Streifen-Struktur der Barriere lag der bisherigen Erfindungsbeschreibung stillschweigend zugrunde. Sie ist aber nur eine von zahlreichen weiteren Ausführungsformen der Barriere für die erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung.
Dieselbe grüne "3D-Digitaluhr" erhält man erfindungsgemäß, wenn die Objekt-Struktur auf dem LCD-Bildschirm und die Element-Struktur in der Barriere vertauscht werden (siehe auch 12a, 12c).
In dem LCD-Bildschirm wird gemäß m' = 8 jedes Subpixel in jeder achten grünen Subpixel-Spalte mit der Information "1 " belegt, d.h. jedes dieser grünen Subpixel wird mit 0 < Digit ≤ 255 angesteuert (grüne, linear-vertikale Subpixel-Spalten analog zur linearvertikaler Streifen- oder Element-Struktur der Barriere). Alle grünen Subpixel in den übrigen grünen Subpixel und alle roten und blauen Subpixel erhalten die Information "0", d. h. sie werden mit 0 Digit angesteuert, sind also schwarz, ausgeschaltet. Mit dieser Objekt-Struktur wird eine besonders einfache und schnelle Software-Ansteuerung des LCD-Bildschirms ermöglicht.
Im Unterschied zur linear-vertikalen Streifen- oder Element-Struktur der Barriere aus Ausführungsbeispiel 5 erhält die Barriere im Ausführungsbeispiel 8 eine Struktur, die der Objekt-Struktur auf dem LCD-Bildschirm aus Ausführungsbeispiel 5 analog ist.
Versteht man die Barriere analog dem LCD-Bildschirm aus einzelnen, in Spalten und Zeilen angeordneten, transparenten Elementen aufgebaut, die in der Form und im wesentlichen in der Größe den vertikal-rechteckförmigen Subpixeln des LCD-Bildschirms entsprechen, entsteht eine Barriere mit der Struktur gemäß 16a, wobei eine Element-Breite B_0E der Barriere zugrunde gelegt wurde, welche die Homogenitätsbedingung nicht erfüllt.
In 16b erfüllt die Element-Breite der Barriere die Homogenitätsbedingung, B_0e,hom = 3 B_0E. Es ist bei Anordnungen gemäß Ausführungsbeispiel 8 unmittelbar ersichtlich, daß die Helligkeit innerhalb und zwischen den Teilbildern einen homogenen Verlauf der Flächenleuchtdichte hat.
Erfindungsgemäße Barrieren mit Objekt-Struktur wie im Ausführungsbeispiel 8 können (wie die Objekt-Struktur im Ausführungsbeispiel 5) sowohl hardwaremäßig als auch softwaremäßig erzeugt werden. Hardwaremäßige Barrieren sind beispielsweise fotografisch auf Laser-Plottern herstellbar. Softwaremäßige Barrieren können beispielsweise transparente TFT-LCD ohne Farbfilter sein, besser jedoch andere subpixel- oder pixelansteuerbare Systeme mit geringeren optischen Transmissionsverlusten. Solche Software-Barrieren haben gegenüber Hardware-Barrieren den Vorteil uneingeschränkter freier Teilbild- und Bild-Gestaltung.
Bei Anordnungen gemäß Ausführungsbeispiel 8 kann es vorteilhaft sein, wenn die geometrische Form der Elemente der Barriere von der geometrischen vertikalrechteckigen oder quadratischen Form der Subpixel bzw. Pixel des Bildschirms abweicht. Das ist vorteilhaft bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit Vollfarb-Pixeln, bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit RGB-Subpixel-Struktur oder bei LCD und monochromen Teilbildern/Bildern.
Beispielsweise können die transparenten Elemente der Barriere eine gekrümmte geometrische Form aufweisen oder sowohl aus rechteckigen und/oder quadratischen, als auch aus gekrümmten Formen bestehen. Ebenso sind dreieckige, konvex-viereckige (rhomboide, rautenförmige, trapezoide, drachenförmige) und konkav-viereckige Formen der transparenten Barriere-Elemente möglich. Dabei variiert die Breite der Teilbilder/Bilder in der Bildebene mit der Tiefe T gemäß Formel (16d) und (16e) entsprechend der jeweiligen Breite ΔB_0E des transparenten Barriere-Elementes.
Eine weitere Strukturierung der transparenten Elemente der Barriere ermöglicht eine quasi-kontinuierliche Krümmung von aus Teilbildern zusammengesetzten Bildern in Bildebenen mit der Tiefe T. Dazu erhalten transparente Elemente in vorzugsweise benachbarten Element-Zeilen der Barriere einen Versatz in Zeilenrichtung um einen Wert ±Δx, wobei gilt 0 < absoluter Betrag [Δx] < B_1E/m', vorzugsweise < B_1E/3 m'.
Aus Ausführungsbeispiel 8 ergibt sich umgekehrt auch, daß das erfindungsgemäße 3D-Verfahren keineswegs auf Bildschirmen mit rechteckiger oder quadratischer Form ihrer Subpixel, Pixel oder Leuchtelemente beschränkt ist. Beispielsweise bezieht sich das erfindungsgemäße 3D-Verfahren auch auf "chevron"-förmige Leuchtelemente des Standes der Technik.
Wie weiter oben bereits erläutert, ist der Austausch von Objekt-Struktur und Element-Struktur bei autostereoskopischen Anordnungen im Stand der Technik nicht möglich.
Ausführungsbeispiel 9:
Die "3D-Digitaluhr" an der Wand einer Schalterhalle oder Bank hat einen Nachteil, der allerdings bei dieser Anwendung kaum ins Gewicht fällt: Bei zunehmender Neigung des Kopfes um eine Achse in Blickrichtung und bei wachsendem "out-screening" T_max/E_min wird die Fusion der stereoptischen Ansichten zum Einfachbild zunehmend erschwert. Ursache ist die ausschließlich horizontale Bewegungsparallaxe in den obigen Beispielen.
Es sind jedoch Anwendungsfälle denkbar, in denen beispielsweise eine Bildinformation von allen azimutalen Raumrichtungen aus, d.h. aus 360°, in ein und derselben Tiefe T wahrgenommen werden muß. Für solche Anwendungen wird die autostereoskopische Anordnung beispielsweise liegend angeordnet.
Beispielsweise sollen acht Spieler in zwei Mannschaften, die in einem Spiel-Casino um einen liegenden, achteckigen Spiel-Automaten gruppiert sind, eine 3D-Information wahrnehmen können. Die 3D-Information sei beispielsweise ein grüner Pfeil, der auf den Spieler der jeweiligen Gruppe zeigt, der jeweils gewonnen hat.
In 17a sind zwei vereinfachte, stilisierte Pfeilspitzen mit den Richtungen 0° und 45° dargestellt, die jeweils zu einer Mannschaft gehören. Dabei ist angenommen, daß die vier Spieler beider Mannschaften abwechselnd um die liegend angeordnete autostereoskopische Anordnung sitzen. Die Pfeilspitzen der Mannschaft 1 können die azimutalen Winkel 0°, 90°, 180° und 270° annehmen, die Pfeilspitzen der Mannschaft 2 die Winkel 45°, 135°, 225° und 315°. Die Pfeilspitzen bestehen jeweils aus drei quadratischen Teilbildern.
Als 2D-Bildschirm soll ein achteckig abgedecktes 15 Zoll TFT-LCD im Standard-Modus dienen mit einer "Auflösung" 1024 Pixel × 768 Pixel (XGA), einem horizontalen Subpixel-Pitch C_h = 0,1 mm und einem vertikalen Subpixel-/Pixel-Pitch C_v = 3C_h = 0,3 mm. Vorzugsweise soll die TFT-LCD über einen weiten Sichtwinkelbereich verfügen, wie es im Stand der Technik der Fall ist.
Der Objekt-Pitch horizontal und vertikal ist m'B_1P = 1,2 mm, wobei m' = 4 gewählt wird. Die Bildinformation in Form der Pfeilspitzen soll in einer Bildebene mit der Tiefe T = +1 50 mm oberhalb des Bildschirms erscheinen und so scheinbar schweben. Bei einem Abstand D = 3 mm beträgt der horizontale und vertikale Element-Pitch der oberhalb der LCD angeordneten Barriere B_1E = 1,1 76 mm. Die Element-Breite ist horizontal B_0Eh = 0,294 mm, die Element-Höhe ist vertikal B_0Ev = 0,098 mm. Die quadratischen Teilbilder in der Bildebene mit der Tiefe T oberhalb des Bildschirms haben die Abmaße B_E–T × H_E–T = 14,7 mm × 14,7 mm. Die acht Spieler können sich in ganz unterschiedlichen Betrachtungsebenen befinden, beispielsweise in Ebenen mit den Abständen E ≥ 500 mm.
Die Tabelle in 17b enthält die wichtigsten Daten des erfindungsgemäßen "3D-Spiele-Automaten".
17c zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Element-Struktur der Barriere. 17d und 17e enthalten die vergrößerten Ausschnitte der Objekt-Strukturen für die Pfeilspitze 0° der Mannschaft 1 und für die Pfeilspitze 45° der Mannschaft 2. Die Objekt-Strukturen für die jeweils anderen drei azimutalen Winkel der Pfeilspitzen sind daraus leicht abzuleiten, wobei wegen T > 0 horizontal und vertikal gespiegelt werden muß. Die vertikal-rechteckigen Subpixel sind wie bisher nur als Quadrate dargestellt. Leere, zahlenlose Subpixel werden wieder mit 0 Digit, Subpixel mit der Information "1" werden mit 0 < Digit ≤ 255 angesteuert, vorzugsweise mit 255 Digit.
Der "3D-Spiel-Automat" nach Ausführungsbeispiel 9 bietet jedem der acht Spieler aus beliebiger individueller Lage des Kopfes im Raum einen vollkommen natürlichen räumlichen Seheindruck mit im Raum scheinbar weit über dem Bildschirm schwebender Bildinformation, ein Seheindruck, der niemals verschwindet und in seiner räumlichen Tiefe stabil bleibt, mit natürlicher und kontinuierlicher Bewegungsparallaxe nach allen Richtungen, natürlichen Größenverhältnissen und höchster Erkennungssicherheit.
Es sei angemerkt, daß bei Anwendungen mit unbekannter oder veränderlicher relativer azimutaler Orientierung zwischen beispielsweise liegender autostereoskopischer Anordnung und den Betrachtern die Erkennungssicherheit für das 3D-Bild – im Vergleich zu erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnungen mit ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe oder zu autostereoskopischen Anordnungen des Stand der Technik – auf 100% erhöht wird.
Selbstverständlich kann der beschriebene 3D-Spiel-Automat auch nur für vier Mitspieler ausgelegt sein, beispielsweise die Spieler der Mannschaft 1. Andererseits kann die räumliche Bildinformation auch erweitert werden. Beispielsweise können die jeweils gewonnenen oder verlorenen "Punkte" jedem Spieler als im Raum schwebende Anzahl quadratischer oder rechteckiger "Chips" angezeigt werden. Die Barriere nach 17c kann dazu Flächen mit ungleicher Element-Struktur aufweisen.
Auch kann die Element-Struktur der Barriere nach 17c auf eine kleinere Fläche als die Fläche des Bildschirms begrenzt sein, wobei die Barriere in den übrigen Flächen schwarz-opak ist. Die kleinere Fläche kann beispielsweise quadratisch sein und sich in der Mitte des Bildschirms befinden. Ihre Abmaße können im wesentlichen 2 × O betragen.
Es sei noch angemerkt, daß beispielsweise durch Kombination linear-vertikaler Subpixel des Bildschirms mit B:H = 1:3 mit linear-horizontalen Elementen der Barriere mit B:H = 1:3 vertikal-rechteckige Teilbilder mit HWB B_E–T :N_E–T = 1:3 und effektiven Abmaßen 1 : > 3 (> 3 wegen breitem Randabfall vertikal) entstehen würden.
Zur zusätzlichen Nutzung von Verdrehungs-Moire:
In den Ausführungsbeispielen 5 bis 9 waren die makroskopische Element-Struktur und die mikroskopischen transparenten Elemente der Barriere wie im Stand der Technik parallel zur makroskopischen und mikroskopischen Subpixel- bzw. Pixel-Struktur des Bildschirms ausgerichtet.
Im Unterschied zum Stand der Technik kann die relative azimutale Orientierung zwischen der makroskopischen und mikroskopischen Element-Struktur der Barriere und der makroskopischen und mikroskopischen Subpixel- bzw. Pixel-Struktur des Bildschirms in einem bestimmten azimutalen Winkelbereich von der Parallelität abweichen, wodurch erfindungsgemäß zusätzlich Verdrehungs-Moire genutzt werden.
Bei autostereoskopischen Anordnungen mit ausschließlich horizontaler Bewegungsparallaxe werden dadurch in Bildebenen bei unveränderter Tiefe T "schräge" Bilder erzeugt. Im Ausführungsbeispiel 5 mit der "3D-Digitaluhr" würden sich ehemals vertikale Bildteile, beispielsweise die beiden vertikalen Schenkel der Ziffer "0", bei T > 0 in dieselbe Drehrichtung "schräg" stellen (bei T < 0 in die entgegengesetzte Drehrichtung), wobei die Bildhöhe unverändert bleibt. Die beiden kurzen horizontalen Schenkel der Ziffer "0" behalten ihre horizontale Ausrichtung bei. Die ehemals quadratischen Teilbilder verformen sich jeweils zu einem bei T > 0/T < 0 in Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung gekippten Rhomboid, dessen horizontale Breite unverändert bleibt (siehe 18).
Eine Bildkippung um mehr als 45° ist ohne weiteres möglich. Bei gleicher relativer Verdrehung ist die Bilddrehung in Bildebenen mit Tiefen T > 0 größer als die entgegengesetzte Bilddrehung in Bildebenen mit der Tiefe T < 0. Die Bildschärfe an den ehemals vertikalen Bildkanten ist in gekippten Bildern größer. Die Bilddrehung bleibt bei Verrin gerung der Betrachtungsentfernung E im wesentlichen unverändert. Die horizontale Bewegungsparallaxe bleibt bei gekippten Bildern erhalten.
Die gewünschte Schräglage oder Kippung von Bildern in im wesentlichen unveränderter Tiefe T kann auf einfache Weise durch mechanische Verdrehung der Barriere eingestellt und ebenso einfach verändert werden, ohne daß eine neue Barriere mit "schräger" Element-Struktur hergestellt werden muß.
Ausführungsbeispiel 10:
Bei autostereoskopischen Anordnungen mit horizontaler und vertikaler Bewegungsparallaxe können durch Drehung der Barriere oder/und des Bildschirms andere Änderungen im Teilbild/Bild erzeugt und genutzt werden.
Bei kontinuierlicher Drehung der Barriere relativ zum Bildschirm verdreht sich das gesamte Bild bei T > 0 in Drehrichtung und bei T < 0 entgegen der Drehrichtung, wobei die Tiefe T beispielsweise von Bildebenen mit der Tiefe T > 0 sich kontinuierlich verringert. Die Teilbilder/Bilder werden kontinuierlich allseitig kleiner, weswegen die quadratische Form von Teilbildern erhalten bleibt. Bei Verringerung der Betrachtungsentfernung E dreht sich das Teilbild/Bild bei T > 0 weiter in Drehrichtung der Barriere und bei T < 0 weiter entgegen der Drehrichtung der Barriere. Die Richtung der ehemals horizontalen und vertikalen Bewegungsparallaxe verdreht sich relativ zur horizontalen und vertikalen Kopfbewegung des Betrachters und zwar genauso wie das Teilbild/Bild selbst.
Ausführungsbeispiel 11:
19a enthält mögliche Darstellungen für das Alphabet aus Großbuchstaben mit dem Parameter m' = 4 und horizontaler Bewegungsparallaxe. 19b enthält ausgewählte Groß- und Kleinbuchstaben, die bei horizontal sowie bei horizontaler und vertikaler Bewegungsparallaxe mit dem Parameter m' = 8 erzeugt werden können. Der größere Parameter m' erlaubt eine größere Gestaltungsvielfalt, beispielsweise auch die zusätzliche Darstellung der Kleinbuchstaben. Bezüglich der Darstellung der Ziffern "0" bis "9" sei auf das Ausführungsbeispiel 5 "3D-Digitaluhr" mit m' = 4 verwiesen.
Vorzugsweise werden unterschiedliche Objekte (beispielsweise unterschiedliche Buchstaben/unterschiedliche Buchstabengruppen oder Text) auf dem Bildschirm vertikal und/oder diagonal angeordnet, wobei bei diagonaler Anordnung die Anzahl der unterschiedlichen Bilder in Bildebenen mit den Tiefen T nicht größer ist als der schiedlichen Bilder in Bildebenen mit den Tiefen T nicht größer ist als der Parameter j nach Formel (23a) oder Formel (23d).
Eine horizontale Anordnung unterschiedlicher Objekte auf dem Bildschirm ist in solchen Anwendungen möglich, bei denen es nicht auf einen großen Bewegungsbereich des Betrachters ankommt. Indem O_ij < B_BW oder O_ij << B_BW verwirklicht wird, können j unterschiedliche Objekte nebeneinander in Bildebenen mit der Tiefe T wahrgenommen werden, wobei der Bewegungsbereich durch die Größe i mitbestimmt wird.
In 20 ist eine Auswahl möglicher weiterer Bilder der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Anordnung zusammengestellt.
Anhand von mehr als elf Versuchsanordnungen und verschiedener, auf Leiterplatten-Plottern mit Auflösung von 16.000 dpi hergestellter, transparent-schwarzopaker Barrieren konnte das neuartige 3D-Verfahren verifiziert werden. Dabei wurden u. a. die folgenden 3D-Bildinhalte realisiert:

– monochrome (grüne) Buchstaben "E" in schwarzem Umfeld in zwei Bildebenen mit den Tiefen T < 0 und T > 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– monochrome (rote) Buchstaben "E" in schwarzem Umfeld in zwei Bildebenen mit den Tiefen T < 0 und T > 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– monochrome (blaue) Buchstaben "E" in schwarzem Umfeld in zwei Bildebenen mit den Tiefen T < 0 und T > 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– monochrome (blaue, rote, grüne) "Quadrat" in schwarzem Umfeld in zwei Bildebenen mit den Tiefen T < 0 und T > 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– komplementäre (gelbe) Buchstaben "E" in rotem Umfeld in der Bildebene mit der Tiefe T > 0 und komplementäre (magenta) Buchstaben E in blauem Umfeld in der Bildebene mit der Tiefe T < 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– monochrome (grüne) "Schachbrett-Kreuze" in schwarzem Umfeld in zwei Bildebenen mit den Tiefen T < 0 und T > 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– monochrome (grüne) Schachbrett-Kreuze (getrennt angeordnet) in schwarzem Umfeld in zwei Bildebenen mit den Tiefen T < 0 und T > 0, mit Lücke in der Bild ebene mit der Tiefe T < 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– monochrome (grüne) Buchstaben "E" in schwarzem Umfeld in der Bildebene mit der Tiefe T > 0 und monochrome (rote) Ziffer "8" in schwarzem Umfeld in der Bildebene mit der Tiefe T < 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– monochrome (grüne) Buchstabengruppe "AUGE" in schwarzem Umfeld in der Bildebene mit der Tiefe T > 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Standard-Modus (horizontal),
– vollfarbige (weiße) Buchstaben "E" in schwarzem Umfeld in der Bildebene mit der Tiefe T > 0, horizontale Bewegungsparallaxe, Display im Portrait-Modus (vertikal)
– monochrome (grüne) "Schachbrett-Kreuze" (vertikal zusammenhängend) in schwarzem Umfeld in der Bildebene mit der Tiefe T > 0, horizontale und vertikale Bewegungsparallaxe, Display im Portrait-Modus (vertikal).

Claims

Verfahren zur autostereoskopischen Bildwiedergabe, bei dem – das von einem ersten, aus einzelnen Elementen gebildeten Array ausgehende, oder – das von einer Lichtquelle kommende, durch die Elemente eines ersten Arrays hindurchtretende Licht – auf ein zweites Array aus lichtdurchlässigen Elementen gerichtet ist, wobei – mit der Festlegung der Positionen der Elemente auf dem ersten Array, – mit der Festlegung der Positionen der Elemente auf dem zweiten Array und – mit der Festlegung des Abstandes der beiden Arrays voneinander – Ausbreitungsrichtungen für das von dem ersten Array kommende Licht vorgegeben werden, – die sich in einer vor oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebene oder in mehreren vor und/oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebenen schneiden, und dadurch - in diesen Bildebenen Bilder erzeugt werden, – welche ein Betrachter, der sich außerhalb dieser Bildebenen mit Blick auf die beiden hintereinander angeordneten Arrays befindet, vor und/oder hinter den beiden Arrays autostereoskopisch wahrnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – von den Elementen des ersten Arrays Licht bestimmter Farbe und/oder Helligkeit ausgeht, oder – von der Lichtquelle kommendes Licht durch die Elemente des ersten Arrays hindurchtritt, wobei diese Elemente als Farb- und/oder Helligkeitsfilter wirken, und – das zweite Array als Barriere dient.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – von der Lichtquelle kommendes Licht durch die Elemente des ersten Arrays hindurchtritt, wobei das erste Array als Barriere dient, und – die Elemente des zweiten Arrays als Farb- und/oder Helligkeitsfilter wirken.
Anordnung zur autostereoskopischen Bildwiedergabe, mit – einem ersten Array, auf dem sich in vorgegebenen Positionen Elemente befinden, – von denen Licht ausgeht, oder – durch die von einer Lichtquelle kommendes Licht hindurchtritt, wobei – das vom ersten Array kommende Licht auf ein zweites Array gerichtet ist, auf dem sich in vorgegebenen Positionen lichtdurchlässige Elemente befinden, so daß – aufgrund der Positionen der Elemente auf dem ersten Array, aufgrund der Positionen der Elemente auf dem zweiten Array, und aufgrund des Abstandes beider Arrays voneinander – Ausbreitungsrichtungen für das vom ersten Arrays kommende Licht vorgegeben sind, – die sich in einer vor oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebene oder in mehreren vor und/oder hinter den beiden Arrays liegenden Bildebenen schneiden, und dadurch – in diesen Bildebenen Bilder erzeugt werden, – welche ein Betrachter, der sich außerhalb dieser Bildebenen mit Blick auf die beiden hintereinander angeordneten Arrays befindet, vor und/oder hinter den beiden Arrays autostereoskopisch wahrnimmt.
Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Elemente des ersten Arrays Bildpunkte eines Bildschirms oder einer Bildwiedergabeeinrichtung mit aktiver oder passiver, emissiver oder transmissiver, analoger oder digitaler Bildwiedergabe sind.
Anordnung nach Anspruch 5, bei welcher der Bildschirm bzw. die Bildwiedergabeeinrichtung als Display, Flachdisplay nach dem LCD-, PDP-, LED- oder OLED-Prinzip oder als Projektionsdisplay ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der das zweite Array als Linsenraster oder Wellenlängenfilterarray ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der mindestens eine Bildebene vor dem Bildschirm vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der mindestens eine Bildebene hinter dem Bildschirm vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der jeweils mindestens eine Bildebene vor und hinter dem Bildschirm vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei der – der horizontale und/oder vertikale Pixel-Pitch B_1P auf dem ersten Array gleich dem horizontalen bzw. vertikalen "Standard"-Pixel-Pitch B_1PS auf derartigen Arrays ist, und – bei der der horizontale und/oder vertikale Element-Pitch B_1E auf dem zweiten Array ungleich dem horizontalen bzw. vertikalen "Standard"-Element-Pitch B_1ES auf derartigen Arrays ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei der – der horizontale und/oder vertikale Pixel-Pitch B_1P auf dem ersten Array ungleich dem horizontalen bzw. vertikalen "Standard"-Pixel-Pitch B_1PS auf derartigen Arrays ist, und – bei der der horizontale und/oder vertikale Element-Pitch B_1E auf dem zweiten Array gleich dem horizontalen bzw. vertikalen "Standard"-Element-Pitch B_1ES auf derartigen Arrays ist.
Autostereoskopische Anordnung mit einer Bildwiedergabeeinrichtung, die zur Bildwiedergabe Subpixel und/oder Pixel und/oder Flächenelemente enthält, – mit einer sehr großen Zahl von dargestellten Ansichten einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes, bei dem die bildwirksamen Subpixel/Pixel/Flächenelemente der linken Ansicht und die bildwirksamen Subpixel/Pixel/Flächenelemente der rechten Ansicht auf der Bildwiedergabeeinrichtung nicht deckungsgleich sind, – bei der horizontal und/oder vertikal benachbarte Subpixel/Pixel/Flächenelemente der Bildwiedergabeeinrichtung optisch in mindestens einer Bildebene mit der Tiefe T superpositioniert werden, wobei sich die Tiefe T gemäß den Gleichungen
und B_1P = 3C ergibt, worin gilt – T ist der gerichtete Abstand der Bildebene von der Bildwiedergabeeinrichtung (gerichtete Tiefe), – D ist der gerichtete Abstand zwischen Barriere und Bildwiedergabeeinrichtung, – B_1Eist der horizontale/vertikale Element-Pitch der Barriere, – B_1P ist der horizontale/vertikale Pixel-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung, – m' ist eine reelle Zahl, absoluter Betrag m' ≥ 1, – m'B_1P ist der horizontale/vertikale Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung, – C ist der horizontale Subpixel-Pitch bei RGB-basierter Bildwiedergabeeinrichtung, sonst der Pixel-Pitch, – wobei sich die Betrachtungsentfernungen gemäß der Gleichung
ergeben, worin gilt – E ist die Betrachtungsentfernung von der Bildwiedergabeeinrichtung (E > 0), – A ist der mittlere Pupillenabstand des Betrachters, – m ist eine reelle Zahl mit absolutem Betrag m > 2, – mB_1P ist die gerichtete horizontale/vertikale Strecke auf der Bildwiedergabeeinrichtung, – wobei die +/– Zeichen für Bildebenen vor/hinter der Bildwiedergabeeinrichtung und unabhängig davon gelten, ob die Barriere vor oder hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet ist, – bei der ferner ein Bildpunkt des dargestellten Bildes in der Bildebene mit der Tiefe T optisch einer großen Zahl von horizontal und/oder vertikal benachbarten Subpixeln/Pixeln/Flächenelementen der Bildwiedergabeeinrichtung zugeordnet ist, – bei der das linke und das rechte Auge des Betrachters bildwirksame Subpixel/Pixel/Flächenelemente mit im wesentlichen gleicher Helligkeits- und Farbinformation auf der Bildwiedergabeeinrichtung sehen, – bei der die Superposition von benachbarten Subpixeln/Pixeln/Flächenelementen der Bildwiedergabeeinrichtung mittels einer abbildenden optischen Vorrichtung, die vor und/oder hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet ist, bewerkstelligt wird, – bei der der Pitch der optischen Vorrichtung bevorzugt variabel ist, – bei der durch binokulare Betrachtung des 3D-Displays Bilder in mindestens einer Bildebene mit der Tiefe T sichtbar sind, wobei die Bildebenen nicht mit der Ebene der Bildwiedergabeeinrichtung zusammenfallen, – bei der die Bildebenen in den Tiefen T > 0 (vor der Bildwiedergabeeinrichtung) und/oder in Tiefen T < = 0 (hinter der Bildwiedergabeeinrichtung) erscheinen, – bei der die Bilder in Bildebenen mit der Tiefe T > 0 ähnlich reellen Bildern bei einer reellen optischen Abbildung auf einem Schirm, der in dieser Bildebene angeordnet ist, optisch aufgefangen werden können, und – bei der schließlich mehrere Betrachter gleichzeitig einen weiten Betrachtungsraum Δx, Δy, Δz nutzen können, innerhalb dessen die Bilder eine natürliche Bewegungsparallaxe in allen Raumrichtungen besitzen, wobei ihre Tiefe T konstant und unabhängig von der Betrachtungsentfernung ist.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für den horizontalen und/oder vertikalen Pitch der optischen Vorrichtung die folgenden Gleichungen gelten – für T > 0:
sowie – für T < 0: B_1E > B_1E'S = m'B_1P und/oder – für T > 0:
sowie – für T < 0: B_1E < B_1E'S = m'B_1P, worin gilt B_1E'S ist der Element-Pitch der Barriere für die angepaßte Betrachtungsentfernung E' und E' ist die "angepaßte" Betrachtungsentfernung im Stand der Technik.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrachtungsraum sich für ein und dasselbe Bild gemäß den Gleichungen
ergibt, worin gilt – Δx, Δy ist der Bewegungsbereich des Betrachters in der Betrachtungsebene im Abstand E bezüglich der Bildebene mit der Tiefe T, O₁₁ ≥ W₁ und – Δz ist der Bewegungsbereich des Betrachters in Normalen-Richtung für die Bildebene mit der Tiefe T.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung bei Anordnung der optischen Vorrichtung vor der Bildwiedergabeeinrichtung kleiner ist als im Stand der Technik bei Bildebenen vor der Bildwiedergabeeinrichtung (Tiefe T > 0) und größer als 1 ist bei Bildebenen hinter der Bildwiedergabeeinrichtung (T < 0), wobei ferner der Quotient aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung bei Anordnung der optischen Vorrichtung hinter der Bildwiedergabeeinrichtung größer ist als im Stand der Technik bei Bildebenen vor der Bildwiedergabeeinrichtung (T > 0) und kleiner als 1 ist bei Bildebenen hinter der Bildwiedergabeeinrichtung (T < 0).
Anordnung nach einem der der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für den Pitch einer passiven optischen Vorrichtung eine hardwaremäßig Einstellung oder Änderung vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung oder Änderung des Pitchs der optischen Vorrichtung auf Teilflächen der optischen Vorrichtung vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Superpositionierung benachbarter Subpixel/Pixel/Flächenelemente der Bildwiedergabeeinrichtung teilflächenweise vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Teilflächen der Bildwiedergabeeinrichtung Bildebenen mit unterschiedlicher Tiefe T vor (T > 0) und/oder hinter (T < 0) der Bildwiedergabeeinrichtung zugeordnet sind, wobei die Tiefe T in jeder dieser Bildebenen einen örtlich und zeitlich konstanten Wert aufweist (statische frontoparallele Bildebenen), indem der Quotient aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung innerhalb der Teilflächen örtlich und zeitlich konstant ist.
Anordnung nach einem der der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß den Teilflächen der Bildwiedergabeeinrichtung Bildebenen mit unterschiedlicher Tiefe T vor (T > 0) und/oder hinter (T < 0) der Bildwiedergabeeinrichtung zugeordnet sind, wobei die Tiefe T in jeder dieser Bildebenen einen örtlich konstanten Wert und in mindestens einer Bildebene einen zeitlich variablen Wert aufweist (mindestens eine dynamische frontoparallele Bildebene), indem der Quotient aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung mindestens einer Bildebene zeitlich variabel ist.
Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Variation des Quotienten aus dem Pitch der optischen Vorrichtung und dem Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung in mindestens einer Bildebene so erfolgt, daß der Betrachter eine kontinuierliche Änderung der Tiefe dieser frontoparallelen Bildebene wahrnimmt.
Anordnung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmender oder abnehmender Tiefe (absoluter Betrag) der frontoparallelen Bildebene die Größe der zugehörigen Teilfläche der Bildwiedergabeeinrichtung zunimmt oder abnimmt.
Anordnung nach einem der der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Objekt-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung größer ist als der Subpixel-Pitch/Pixel-Pitch Flächenelement-Pitch der Bildwiedergabeeinrichtung, mindestens jedoch das Doppelte des Subpixel-Pitchs/Pixel-Pitchs/Flächenelement-Pitchs der Bildwiedergabeeinrichtung beträgt.
Anordnung nach einem der der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung ein Synthetisches Optisches Element (SOE) ist.
Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Synthetische Optische Element (SOE) mittels Plottern auf fotografischem Material generiert ist.
Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zum Plotten die Verwendung eines Laser-Plotters mit Auflösung > 16.000 dpi vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Synthetische Optische Element (SOE) eine optische Barriere mit in Zeilen und Spalten angeordneten optisch wirksamen Elementen ist.
Anordnung nach einem der der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung ein optisches Linsenraster ist.
Anordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilen der optischen Vorrichtung und die Zeilen der optischen Barriere parallel und/oder senkrecht zu den Zeilen der Bildwiedergabeeinrichtung orientiert sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch wirksamen Elemente transparente und schwarzopake Elemente sind und das Linsenraster aus parallel zueinander ausgerichteten Zylinderlinsen oder aus Einzellinsen in linearer oder wabenförmiger Anordnung mit großem Füllfaktor besteht.
Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Synthetische Optische Element (SOE) parallel zur Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet oder in vertikaler und/oder horizontaler Richtung zur Bildwiedergabeeinrichtung geneigt oder bei paralleler Anordnung um eine Normale um einen bestimmten Winkel gedreht ist.
Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung aus zwei Synthetischen Optischen Elementen SOE 1 und SOE 2 besteh, die parallel zur Bildwiedergabeeinrichtung und in minimalem Abstand zu einander angeordnet sind, wobei sie gegeneinander um einen wählbaren Winkel verdreht sind und ihre Hauptachsen nicht zu den Hauptachsen der Bildwiedergabeeinrichtung parallel sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung ein Bildwiedergabemedium mit aktiver oder passiver, mit analoger oder digitaler Bildwiedergabe ist.
Anordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung ein Display, Flachdisplay oder ein Projektionsdisplay ist.
Anordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung ein Bildwiedergabefilm ist.
Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung ein LCD, PDP, OLED ist.
Anordnung nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung über Vollfarbpixel oder RGB-Subpixel verfügt, wobei diese in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die RGB-Subpixel vertikal in Spalten oder horizontal in Zeilen angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung einer Bildwiedergabeeinrichtung im Standard-Modus oder im Portrait-Modus vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung bevorzugt keinen "Fliegengitter-Effekt" aufweist.
Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Bildinhalte dadurch erzeugt werden, daß die horizontale und/oder vertikale Ausdehnung der bildwirksamen Fläche je horizontalem oder vertikalem Objekt-Pitch oder die Zahl der bildwirksamen Vollfarbpixel oder RGB-Subpixel je horizontalem und/oder vertikalem Objekt-Pitch unterschiedlich und kleiner ist als der horizontale und/oder vertikale Objekt-Pitch oder die Gesamtzahl der Vollfarbpixel oder RGB-Subpixel je horizontalem und/oder vertikalem Objekt-Pitch.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß "Falschfusionen" insbesondere in Bildebenen mit Tiefen T < 0 vermieden sind.
Anordnung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß in Bildebenen mit der Tiefe T < 0 ein Teil der horizontalen und/oder vertikalen Objekt-Pitchs der Bildwiedergabeeinrichtung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bildwirksam gestaltet wird und der andere, nicht bildwirksam gestaltete Teil der horizontalen und/oder vertikalen Objekt-Pitchs mindestens eine nicht bildwirksame Fläche darstellt.
Anordnung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildgestaltung in Bildebenen mit Tiefen T < 0 so erfolgt, daß der Betrachter bei Fixierung von Bildebe nen mit der Tiefe T > 0 bei diesen Konvergenzstellungen seiner Augen keine fusionsfähigen Bildteile der Bilder in den Bildebenen mit den Tiefen T < 0 vorfindet.
Anordnung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge/Anordnung der bildwirksamen Fläche oder Flächen der Bildwiedergabeeinrichtung innerhalb jedes bildwirksamen Objekt-Pitchs in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bei Bildebenen mit der Tiefe T < 0 und bei Bildebenen mit der Tiefe T > 0 vertauscht bzw. umgekehrt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß Teilflächen der Bildwiedergabeeinrichtung ein und derselben Bildebene mit der Tiefe T zugeordnet sind und unterschiedliche Bilder in dieser Bildebene erzeugen, wobei in horizontal nebeneinander angeordneten Teilflächen Farbe und Helligkeit der bildwirksamen Flächen vorzugsweise gleich sind und in vertikal übereinander angeordneten Teilflächen Farbe und Helligkeit der bildwirksamen Flächen verschieden sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß in Bildebenen mit der Tiefe T bei Bildern in nicht schwarzer Umgebung vorzugsweise zwei Bildebenen mit unterschiedlicher Tiefe T erzeugt werden, vorzugsweise eine Bildebene mit der Tiefe T < 0 und eine Bildebene mit der Tiefe T > 0.
Anordnung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit vertikaler RGB-Subpixel-Anordnung im Standard-Modus vorzugsweise die Erzeugung monochromatische Bilder in schwarzem Umfeld und komplementärfarbige Bilder in monochromatischem Umfeld vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit horizontaler RGB-Subpixel-Anordnung im Portrait-Modus die Erzeugung vollfarbige Bilder in schwarzer und farbiger Umgebung vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielfalt in der Bildgestaltung mit der Anzahl der Subpixel/Pixel/Flächenelemente pro horizontalem und/oder vertikalem Objekt-Pitch wächst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß der Helligkeitsverlauf im Bild durch den Quotient x_P/x_E gesteuert wird, wobei die Erzielung eines kontinuierlichen, symmetrischen Helligkeitsabfalls zum Rand des Bildes bei x_P/x_E → 1 vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung von Bildebenen mit variabler Tiefe T vorgesehen ist, indem der Winkel zwischen den Synthetischen Optischen Elementen SOE 1 und SOE 2 variiert wird und gleichzeitig eine gleichgerichtete Drehung beider Synthetischer Optischer Elemente erfolgt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung einer aktiven optischen Vorrichtung mit örtlich und/oder zeitlich variablem Objekt-Pitch vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung so strukturiert ist, daß keine makroskopischen Strukturen entstehen, die störende Fusionsreize beim Betrachter auslösen.