DE10246941A1

DE10246941A1 - Autostereoskopisches Display

Info

Publication number: DE10246941A1
Application number: DE10246941A
Authority: DE
Inventors: Armin Schwerdtner
Original assignee: SeeReal Technologies GmbH
Current assignee: SeeReal Technologies GmbH
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2003-04-17
Also published as: AU2002350383A1; WO2003032647A1; KR20040049310A; WO2003032647A8; KR100939135B1; JP2005505792A; US20040239758A1; ATE383033T1; EP1435180B1; EP1435180A1; US7046272B2; DE50211478D1

Abstract

Die Erfindung betrifft autostereoskopische Displays, bestehend aus einem Flachdisplay zur Darstellung der beiden Stereobilder, einer Bildtrennungsmaske mit vertikalen periodischen Strukturen zur Kanalisierung der linken und rechten Stereobilder auf das linke und das rechte Auge eines Betrachters und einer Vorrichtung zum horizontalen Verschieben der Bildtrennungsmaske entsprechend der Betrachterposition. DOLLAR A Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die horizontale Nachführung für die pixelweise und die subpixelweise organisierte Bildtrennungsmaske bei der seitlichen Bewegung eines Betrachters auf einen Bereich von einer Periodizitätslänge der Bildtrennungsmaske begrenzt ist, wobei bei Erreichen der Intervallgrenze die Bildtrennungsmaske um ein Periodizitätsintervall zurückgestellt wird. Damit verringert sich die notwendige Bewegungslänge der Bildtrennungsmaske wesentlich. Der mechanische Teil zur horizontalen Verschiebung der Bildtrennungsmaske vereinfacht sich und kann gleichzeitig robuster ausgestaltet werden. Der damit verbundene kleine Stellweg führt dazu, dass auch bei schnellen Bewegungen des Betrachters eine Nachführung der Bildtrennungsmaske möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft autostereoskopische Displays, bestehend aus einem Flachdisplay zur Darstellung der beiden Stereobilder, einer Bildtrennungsmaske mit vertikalen periodischen Strukturen zur Kanalisierung der linken und rechten Stereobilder auf das linke und das rechte Auge eines Betrachters und einer Vorrichtung zum horizontalen Verschieben der Bildtrennungsmaske entsprechend der Betrachterposition.
Zur stereoskopischen Darstellung ohne Hilfsmittel sind bereits zweikanalige Verfahren und Anordnungen bekannt, die das linke und das rechte Stereo-Bild auf einem Monitor, vorzugsweise auf einem Flachdisplay, darstellen.
Mit diesen Anordnungen werden die beiden Stereo-Bilder, eines für das linke Auge und eines für das rechte Auge, im weiteren linkes und rechtes Bild genannt, gleichzeitig auf einem Flachdisplay dargestellt, das matrixförmig in Zeilen und Spalten organisiert ist. Zur Kanalisierung des linken Bildes auf das linke Auge und des rechten Bildes auf das rechte Auge werden verschiedene Masken, im weiteren als Bildtrennungsmasken bezeichnet, eingesetzt. Die bekanntesten verwenden streifenförmige Barrieren oder Lentikulare.
Mit streifenförmigen Barrieren als Bildtrennungsmaske wird das linke Bild vom rechten Auge und das rechte Bild vom linken Auge einfach abgeblockt. Bei Verwendung von Lentikularen wird das linke Bild auf das linke Auge und das rechte Bild auf das rechte Auge projiziert.
In der Regel wirken die Bildtrennungsmasken pixelspaltenweise, z. B. sind die ungeradzahligen Pixelspalten nur für das linke Auge und die geradzahligen Pixelspalten nur für das rechte Auge sichtbar. Die Bildtrennungsmasken sind in der Regel periodische Anordnungen von vertikalen Streifen für Barrieren oder Zylinderlinsen für Lentikulare, die in Richtung der Spalten der Flachdisplays ausgerichtet sind. Der Periodizitätsabstand zwischen zwei benachbarten Pixelspalten heißt Pitch.
Befindet sich der Betrachter an der vorgesehenen Position, sieht er die Stereodarstellung ohne Übersprechen. Bewegt sich der Betrachter seitlich, sehen linkes Auge zunehmend Anteile des rechten Bildes und rechtes Auge linke Bildanteile. Anordnungen mit pixelspaltenweiser Trennung der Stereo-Bilder haben den Nachteil, dass der seitliche Toleranzbereich des Betrachters für übersprechfreies Stereo-Sehen sehr gering ist. Außerdem hat der Betrachter für Abstand vom Flachdisplay nur einen kleinen Spielraum.
Da die Pixel in der Regel aus drei nebeneinanderliegenden Farbsubpixeln zusammengesetzt sind, kann man die Bildtrennungsmasken auch subpixelweise organisieren. Es sind Anordnungen bekannt, die die Kanalisierung der linken Bilder auf das linke Auge und die rechten auf das rechte Auge durch subpixelweise organisierte Bildtrennungsmasken durchführen. Das Problem besteht darin, dann die Pixel-Zuordnung nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Zum Beispiel wird das grüne Subpixel aus den ungeradzahligen Spalten nicht mehr auf das linke, sondern auf das rechte Auge projiziert.
Das Problem kann durch Umkodierung (Stereoskopic Display Device, 1995, JP 07013119 A) oder durch ein neues Design des Flachdisplays (Flat stereoscopic image display device and its production, 1994, JP 6046461) gelöst werden.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Lentikularen als Bildtrennungsmasken, die den seitlichen Toleranzbereich für übersprechfreies Stereo-Sehen erheblich vergrößern, maximal auf den Augenabstand des Betrachters.
Um den übersprechfreien Toleranzbereich weiter zu vergrößern, kann man die Bildtrennungsmasken der Position des Betrachters horizontal nachführen.
Es sind Verfahren bekannt, die die pixelweise organisierte Bildtrennungsmaske der Position des Betrachters horizontal nachführt. Je nach seitlichem Betrachterspielraum beträgt die horizontale Verschiebung einige Pixel. In der Regel sind dies mehrere Millimeter.
Nachteilig sind dabei die hohen Anforderungen an die mechanischen Teile, um die Nachführung der pixelweise und der subpixelweise organisierten Bildtrennungsmasken zu realisieren.
Aufgabe der Erfindung ist, den Bereich für die horizontale mechanische Nachführung der Bildtrennungsmaske zu verkürzen, ohne den seitlichen Bewegungsspielraum des Betrachters zu verringern, so dass der mechanische Teil sowohl vereinfacht als auch robuster gestaltet werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die erfindungsgemäßen autostereoskopischen Displays zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die horizontale Nachführung für die pixelweise und die subpixelweise organisierte Bildtrennungsmaske bei der seitlichen Bewegung eines Betrachters auf einen Bereich von einer Periodizitätslänge der Bildtrennungsmaske begrenzt ist, wobei bei Erreichen der Intervallgrenze die Bildtrennungsmaske um ein Periodizitätsintervall zurückgestellt wird. Damit verringert sich die notwendige Bewegungslänge der Bildtrennungsmaske wesentlich. Der mechanische Teil zur horizontalen Verschiebung der Bildtrennungsmaske vereinfacht sich und kann gleichzeitig robuster ausgestaltet werden. Der damit verbundene kleine Stellweg führt dazu, dass auch bei schnellen Bewegungen des Betrachters eine Nachführung der Bildtrennungsmaske möglich ist.
Damit eignen sich die erfindungsgemäßen autostereoskopischen Displays zum Beispiel insbesondere in den Bereichen der Medizintechnik, Multimedia und Technik.
Günstige Ausgestaltungen der Bildtrennungsmaske sind in den Weiterbildungen der Patentansprüche 1 bis 6 aufgeführt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Barriere-Anordnung in einer Draufsicht, wobei sich der Betrachter in der vorbestimmten Position befindet,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung entsprechend der Darstellung der Fig. 1, wobei sich der Betrachter seitlich bewegt hat und die Bildtrennungsmaske dem Betrachter nachgeführt wurde,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen autostereoskopisches Displays mit einer Reduzierung der horizontalen Verschiebung der Bildtrennungsmaske auf eine Periodizitätslänge.
Ein autostereoskopisches Display besteht aus einem Flachdisplay zur Darstellung der beiden Stereobilder, einer Bildtrennungsmaske mit vertikalen periodischen Strukturen zur Kanalisierung der linken und der rechten Stereobilder auf das linke und das rechte Auge eines Betrachters und einer Vorrichtung zum horizontalen Verschieben der Bildtrennungsmaske entsprechend der Betrachterposition.
In einer bekannten Anordnung entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 enthalten die ungeradzahligen Pixelspalten A, C, E,. . . das linke Stereobild und die geradzahligen Pixelspalten B, D, F,. . . das rechte Stereobild, eingeschrieben in Flachdisplay 1. Die vertikalen opaquen Streifen a, b, c,. . . auf der davor liegenden Bildtrennungsmaske 2 verhindern, dass das linke Auge rechte Bildanteile und das rechte Auge linke Bildanteile sieht. Bei genauer Position des Betrachters gibt es damit kein Übersprechen.
Bewegt sich der Betrachter nach rechts, werden für das rechte Auge zunehmend linke Bildanteile und für das linke Auge rechte Bildanteile sichtbar. Dadurch wird das Stereobild durch pseudoskopische Anteile überlagert, deren Tiefenverhältnisse umgekehrt sind.
Durch ein bekanntes Nachführen der Bildtrennungsmaske 2 kann das Übersprechen verhindert werden (Darstellung in der Fig. 2). Die Bildtrennungsmasken 2 sind in der Regel so ausgeführt, dass ein Augenabstand einem horizontalen Pixelabstand im Flachdisplay 1 entspricht. Bei einem seitlichen Bewegungsspielraum für den Betrachter von etwa 50 cm müsste die Bildtrennungsmaske 2 um acht Pixel verschoben werden, was bei einem TFT- Diplay von 18" mit SXGA-Auflösung einem Bereich von etwa 2,25 mm entspricht. Bei der dadurch bedingten hohen Genauigkeit der Positionierung der Bildtrennungsmasken 2 sind dazu erhebliche Anforderungen an die mechanische Führung erforderlich.
Ein erfindungsgemäßes autostereoskopisches Display mit reduziertem Tracking ist prinzipiell in der Fig. 3 dargestellt, wobei der Bereich der horizontalen Verschiebung reduziert ist. Der Betrachter befindet sich an der gleichen Position, wie in der Fig. 2 dargestellt. Unter Ausnutzung der Periodizität der Bildtrennungsmaske 1 wird der Bereich für die horizontale Verschiebung der Bildtrennungsmaske 2 auf die Breite eines Periodizitätsintervalles reduziert. Die horizontale Verschiebung der Bildtrennungsmaske 2 ist unter Ausnutzung der Periodizität der Strukturen auf die Breite eines Periodizitätsintervalls beschränkt. Bei Erreichen der Intervallgrenze wird die Bildtrennungsmaske 2 mittels der Vorrichtung zum horizontalen Verschieben um ein Periodizitätsintervall zurückgestellt.
Bei dem angenommenen seitlichen Bewegungsspielraum für den Betrachter von etwa 50 cm reduziert sich die horizontale Verschiebung bei einem TFT-Display von 18" mit SXGA- Auflösung auf < 0,6 mm.
Noch deutlicher ist die mögliche Reduzierung der Verschiebung der Bildtrennungsmaske 2 bei der subpixelweise organisierten Bildtrennungsmaske 2. Hier hat der Pitch eine Breite von < 0,2 mm.
Die Bildtrennungsmaske 2 aus opaquen Streifen besteht aus abwechselnd transparenten und nichttransparenten vertikalen Streifen, deren Breiten einheitlich sind und nicht größer als eine Pixelbreite sind. Der Periodizitätsabstand ist etwa zwei Pixel breit. Bei der subpixelweisen Ansteuerung sind die Streifen entsprechend ein Subpixel breit, das Periodizitätsintervall reduziert sich damit in der Regel auf 1/3.
Statt der opaquen Streifen können in weiteren Ausführungsformen der Bildtrennungsmaske 2 auch Prismen oder Linsen zum Einsatz kommen, wobei deren Abstände, das Periodizitätsintervall, etwa der doppelten Pixel- oder Subpixelbreite entspricht. Bei den Bildtrennungsmasken 2 mit Prismen sorgen die beiden Prismenflanken dafür, dass darunter liegende Pixelspalten durch die doppelt so breitem Prismen alternativ auf das linke Auge und das rechte Auge projiziert werden. Die Funktion einer Lentikularmaske als Bildtrennungsmaske 2 in einer weiteren Ausführungsform ist ähnlich. Dabei wird jeweils ein schmaler Streifen aus alternierenden Pixel- oder Subpixelspalten auf das linke Auge oder das rechte Auge projiziert.
Vorrichtungen zum horizontalen Verschieben einer Bildtrennungsmaske 2 sind bekannt.
Das kann zum Beispiel ein bekannter Schrittmotor sein, dessen rotatorische Bewegung des Läufers mittels eines daran gekoppelten Getriebes und/oder eines Gelenks und/oder Exzenters in eine translatorische Bewegung hoher Präzision gewandelt wird. Der Schrittmotor ist dabei prinzipiell ein mehrphasiger elektrischer Synchronmotor, der mittels elektronischer Schaltungen im Impulsbetrieb gespeist wird. Bei Fortschreiten der Ansteuerung um einen Schritt führt dieser eine Drehung um den Schrittwinkel aus. Der Schrittmotor arbeitet permanenterregt oder ist ein Hybridmotor. Hybridmotore sind permanenterregt und arbeiten nach dem Reluktanzprinzip. In einer weiteren Ausführungsform kann ein bekannter translatorischer Antrieb eingesetzt werden.

Claims

1. Autostereoskopisches Display, bestehend aus einem Flachdisplay zur Darstellung der beiden Stereobilder, einer Bildtrennungsmaske mit vertikalen periodischen Strukturen zur Kanalisierung der linken und rechten Stereobilder auf das linke und rechte Auge eines Betrachters und einer Vorrichtung zum horizontalen Verschieben der Bildtrennungsmaske entsprechend der Betrachterposition, dadurch gekennzeichnet, dass das Periodizitätsintervall der vertikalen periodischen Strukturen der Bildtrennungsmaske (2) kleiner oder gleich zwei Pixel ist und dass die horizontale Verschiebung der Bildtrennungsmaske (2) unter Ausnutzung der Periodizität der Strukturen der Breite kleiner oder gleich des Periodizitätsintervalles entspricht, wobei bei Erreichen der Periodizitätsgrenze die Bildtrennungsmaske (2) um ein Periodizitätsintervall zurückgestellt wird.

2. Autostereoskopisches Display nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrennungsmaske (2) opaque streifenförmige Bereiche als Barriere aufweist.

3. Autostereoskopisches Display nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrennungsmaske (2) aus streifenförmigen Prismen besteht.

4. Autostereoskopisches Display nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrennungsmaske (2) ein Lentikular mit Zylinderlinsen ist.

5. Autostereoskopisches Display nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrennungsmaske (2) pixelspaltenweise organisiert ist.

6. Autostereoskopisches Display nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrennungsmaske (2) subpixelweise organisiert ist.