DE29710551U1

DE29710551U1 - Autostereoskopische Anordnung

Info

Publication number: DE29710551U1
Application number: DE29710551U
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: SeeReal Technologies GmbH
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2007-06-18

Description

Autostereoskopische Anordnung

Die Erfindung betrifft eine autostereoskopische Anordnung zur dreidimensionalen Darstellung von Information unter Verwendung von Farbdisplays (Flachdisplay, wie Flüssigkristalldisplay, Plasma- und Elektrolumineszenz-Display) für die Computer- und Videotechnik, in der Medizintechnik, im Bereich virtuelle Realität und in anderen Bereichen.

Zur dreidimensionalen Darstellung von Information sind bereits einige autostereoskopische Verfahren, darunter das Linsenraster- und das Barriereverfahren bekannt (s. z. B. S. Pastoor: 3D-Display-Technologie, Euroforum-Konferenz Display 1996, 17. und 18. April 1996 in Nürtingen).

Bei diesen beiden und anderen ihnen ähnlichen Verfahren werden mit einem Display gleichzeitig zwei Halbbilder, eines für das rechte und eines für das linke Auge des Betrachters, erzeugt und in eine Vielzahl in einem Display oder einem Bildschirm nebeneinanderliegender vertikaler Spaltenpaare aufgelöst. Jedes Spaltenpaar enthält in einer Spalte (im folgenden rechte Spalte) Informationen aus dem rechten und in der anderen (im folgenden linke Spalte) Informationen aus dem linken Halbbild. Das Display, mit dem die Halbbilder erzeugt werden, enthält eine Vielzahl von Pixeln, die in einer Matrix angeordnet sind und vertikal untereinander die Spalten für die Halbbilder zusammensetzen. Bei üblichen Direktsicht-Farbdisplays besteht jedes Pixel aus drei Subpixeln für die drei Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Die RGB-Subpixel sind üblicherweise horizontal nebeneinander angeordnet. Die Intensität der Subpixel wird programmtechnisch für jeden Bilddurchlauf eingestellt.

Mit optischen Mitteln werden die Informationen in den rechten und linken Spalten dem rechten und linken Auge eines Betrachters zugeordnet, z. B. in sie abgebildet. Beim sogenannten Barriereverfahren werden die Spalten der Spaltenpaare durch linienförmige Barrieren so abgedeckt, daß das linke Auge nur die linken und das rechte Auge nur die rechten Spalten sehen kann, während jeweils die anderen Spalten abgeschattet sind. Die Linsenrastertechnik vewendet senkrecht angeordnete Zylinderlinsen, jeweils eine für zwei Pixelspalten des Displays.

Für den Betrachter ergeben sich Standorte, in denen das rechte Auge nur die rechten Spalten und das linke nur die Unken sieht. Diese Standorte wiederholen sich periodisch bei seitlicher Bewegung vor dem Bildschirm. In diesen idealen Betrachterpositionen sind die Spalten in voller Breite und seitenrichtig den Augen zugeordnet. Bei einer kleinen seitlichen Bewegung verringert sich bezüglich der Betrachterposition die Deckungsgleichheit von Spalten und optischen Mitteln. Das rechte Auge erhält z. B. nur noch 80 % der Informationen des rechten Halbbildes und dafür aber 20 % vom linken. Es kommt zu einem Übersprechen zwischen den beiden Bildkanälen, sobald sich der Betrachter bewegt. Der Stereokontrast verringert sich. Die Anteile der Fehlinformationen wachsen bei weiterer seitlicher Bewegung des Betrachters an bis es zu einer vollständigen Informationsumkehr kommt, d. h., dem Unken Auge sind die Informationen für das rechte

zugeordnet und umgekehrt. Der Betrachter sieht ein tiefenverkehrtes Bild (Pseudoskopie). Bei noch weiterer seitlicher Bewegung steigen die seitenrichtigen Informationsinhalte bis zu einer wieder hundertprozentig richtigen Zuordnung an.

Es ist bereits bekannt, die seitliche Position einer mit dem Kopf des Betrachters verbundenen Reflexmarke in Bezug auf den Bildschirm zu erfassen und das Bild mechanisch nachzufuhren. Beispielsweise kann die Kopfposition in Bezug auf den Bildschirm mit einer kommerziellen Infrarot-Kamera (z. B. DynaSight von Origin Instruments Corp., Grand Prairie, TX, USA) ermittelt werden.

Eine Möglichkeit der mechanischen Nachführung besteht darin, den Bildschirm mechanisch, z. B. durch eine Schwenkbewegung um eine vertikale Achse, nachzufuhren. Das erfordert angesichts der zu bewegenden Masse relativ kräftige Antriebe und Führungen.

Beim Linsenrastersystem ist bekannt, die Linsenmaske seitwärts mechanisch nachzustellen. Die Masse der zu bewegenden Teile wird hierbei wesentlich reduziert. Allerdings müssen die RGB-Subpixel des LCD-Panels vertikal übereinander angeordnet sein, sonst entstehen größere Farbfehler. Es kommt zu Kompatibilitätsproblemen mit den herkömmlichen Flüssigkeitsdisplays.

Beim Barriereverfahren kann das Barrieregitter, die Streifenrasterplatte, seitlich verschoben werden. Die Lichtausbeute ist bei dem Barriereverfahren aber geringer als beim Linsenrastersystem, da nur ein Teil des Lichtes in das Auge des Betrachters abgebildet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verwendung eines Farbdisplays, auch mit horizontal nebeneinander liegenden Subpixeln für die Farbanteile der Pixel, die stereoskopische Bildqualität und die Lichtausbeute bei Änderungen der Betrachterposition weitgehend zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß vor dem Farbdisplay eine Prismenmaske seitlich verschiebbar angeordnet und die Prismenmaske mit einem nach dem Headtreckingverfahren gesteuerten Antrieb verbunden ist, wobei die Prismenmaske je Bildspalte ein Prismenkeil aufweist, deren Breite der Breite der Bildspalten entspricht und deren Winkel so gewählt ist, daß die linken Spalten des Displays vom linken und die rechten Spalten vom rechten Auge gesehen werden.

Mit der Prismenmaske werden die Halbbilder auf den Augenabstand des Betrachters gespreizt und in die Augen fokussiert. Es wird eine über das gesamte Bild homogene hohe Lichtausbeute erzielt. Bei einer seitlichen Bewegung des Betrachters wird die Prismenmaske mit dem Linearantrieb seitlich nachgefühlt. Die Lichtausbeute bleibt dabei erhalten. Es wird jeweils die gesamte Breite der Pixel abgebildet, so daß auch bei der üblichen horizontalen Anordnung der RGB-Farbanteile der Farbton nicht verändert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung wird anhand einer Ausfuhrung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße autostereoskopische Anordnung in einem Horizontalschnitt in schematischer Darstellung und

Figuren la und Ib die zwei Prismenmasken, aus deren Überlagerung sich die Prismenmaske 2 in Fig. 1 ergibt,

Fig. 2 eine weitere Anordnung mit einer geänderten Prismenmaske,

Fig. 3 einen weiteren Schraubantrieb,

Fig. 4 einen Exzenterantrieb und

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Exzenterantrieb nach Fig. 4 (ohne Motor, Kupplung und Lager).

In Fig. 1 ist vor einem Display 1 eine seitlich verschiebbare Prismenmaske 2 angeordnet. Die Prismenmaske 2 ist mittels einer Koppelstange 4 mit einem seitlichen Verstellantrieb verbunden.

Die Größenverhältnisse Prismen - Schraubantrieb zwingen in allen Figuren zu einer stark schematisierten Darstellung mit unterschiedlichen Maßstäben. Das Display und die Prismen sind gegenüber dem Antrieb wesentlich vergrößert. Es konnten auch nur wenige Pixel des Displays dargestellt werden. Die Keilwinkel der Prismen sind gegenüber der Breite der Pixel noch einmal vergrößert.

In den Figuren la und Ib sind zum leichteren Verständnis hilfsweise zwei Prismenmasken dargestellt, aus deren Überlagerung sich die Prismenmaske 2 ergibt. Zum Verständnis ihrer Funktion sind sie gedanklich anstelle der Prismenmaske 2 vor dem Display 1 anzuordnen. Die Prismenmaske nach Fig. la weist für jede zweite Pixelspalte des Displays 1 einen Prismenkeil gleicher Größe auf. Mit ihr wurden von den Displaypixeln ausgehende Bildstrahlen um den Augenabstand des Betrachters gespreizt werden, wobei gleichzeitig jeweils nur wenige Pixelspalten des Displays 1 in den Augen sichtbar wären. Die Prismenmaske nach Fig. 3 ist als Sammellinse ausgebildet. Alle Strahlen werden auf die Augen 3 fokussiert. Die Prismenmaske 2 ergibt sich aus der Überlagerung der Prismenkeile nach den Figuren la und Ib. Alle Pixelspalten werden halbbildgerecht in das rechte und linke Auge 3r bzw. 3 1 projiziert. Es sei anzumerken, daß selbstverständlich anstelle einer Prismenmaske 2 auch die beiden Einzelmasken nach den Figuren la und Ib im Verbund vor dem Display angeordnet werden könnten. Der Aufwand hierfür ist allerdings größer.

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Bei einer seitlichen Bewegung des Betrachters vor dem Bildschirm um den Weg a wird die Prismenmaske 2 seitlich um einen Weg s verschoben. Der Weg s ist dabei so groß, daß die Zuordnung Augen, Prismen und Pixel erhalten bleibt.

Zur Ermittlung der notwendigen Verstellung ist der Anordnung ein (nicht dargestelltes) Headfinding-System bekannter, z. B. oben genannter, Art zugeordnet. Der Betrachter trägt auf der Stirn ein Infrarottarget. Der Headfinder ermittelt seine seitliche Bewegung a. Ausgehend von diesem Signal wird ein Linearantrieb zur Realisierung des Weges s gesteuert.

In der Ausfuhrung nach Fig. 1 sind die Prismenmaske 2 und die Koppelstange 4 in Führungen 5 seitlich verschiebbar angeordnet. An der Koppelstange 4 ist eine Gewindehülse 6 befestigt. In sie greift eine Leitspindel 7 ein. Die Leitspindel 7 wird über eine Untersetzung 8 von einem Schrittmotor 9 angetrieben.

Die Ausführung nach Fig. 2 gleicht der nach Fig. 1 bis auf die Prismenmaske. Als Prismenmaske ist nur eine Maske gemäß Fig la vorgesehen. Hierfür ist die Breite b2 der Prismenkeile etwas geringer als die Breite bl der Pixelspalten des Displays 1. Eine Feldlinse gemäß Fig. Ib entfällt.

In Fig. 3 ist ein Schraubantrieb dargestellt, der höheren Ansprüchen genügt. An der Unterseite der Prismenmaske 2 ist eine Koppelstange, bestehend aus einem Bügel 4a und zwei mit ihm verbundenen Endstücken 4b, befestigt. Die Endstücke 4b sind in Führungen 5 gelagert. Im Unterschied zur ersten Variante ist die Gewindehülse 6 am Gehäuse befestigt. Dadurch bewegt sich die Leitspindel 7 bei einer Drehbewegung in Seitenrichtung. Die Leitspindel wird von Motor 9 und Untersetzung 8 über eine Mitnehmerkupplung 11 angetrieben. Der Motor ist auf Schwingungsdämpfern 10 geräuscharm und nachgiebig gelagert. Die Mitnehmerkupplung 11 gleicht Winkel- und Distanzabweichungen zwischen dem Antrieb 8, 9 und der Leitspindel 7 aus. An der Spitze der Leitspindel 7 ist eine Kugel 12 befestigt. Die Koppelstange 4 ist mit einer Feder 14 vorgespannt und drückt mit einer Räche 13 auf die Kugel 12. Dadurch wird eine praktisch exakte Punktberührung gesichert. Außerdem wird bei wechselnder Drehrichtung der Antriebseinheit 8, 9 Spielfreiheit erreicht. Die axiale Spindelbewegung folgt ohne Wegverlust der Drehrichtungsänderung. Die Kugel 12 und die Anlagefläche 13 sind hochvergütet bzw. gehärtet und damit sehr verschleißarm. Den Koppelstangenenden 4b ist je ein Endschalter 15 zugeordnet. Außerdem ist auf der Motorwelle eine Schlitzscheibe 17 befestigt und der Schlitzscheibe 17 eine Lichtschranke 16 zugeordnet. Endschalter und Schlitzscheibe dienen zur Justierung. Nach der Montage wird elektronisch die Mittellage der Schlitzscheibe zwischen den beiden Endpunkten gemessen und für das Steuerprogramm als Ausgangslage gespeichert.

In der Variante der Figuren 4 und 5 ist zur seitlichen Verstellung ein Exzenterantrieb vorgesehen. Die Führung der Prismenmaske 2 ist nicht dargestellt. Motor 9 und Untersetzung 8 treiben über eine Schraubenfederkupplung 16 eine in Lagern 17 drehbare Exzenterwelle 18 an. Auf der

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Exzenterwelle 18 ist eine Exzenterscheibe 19 befestigt und an ihr ein Pleuel 20 angeschlossen. Das Pleuel 20 ist über eine Blattfeder 21 mit der Pnsmenmaske 2 verbunden. Bei Drehung der Exzenterwelle wird die Pnsmenmaske seitlich spielarm verstellt. Die sinusförmige Abhängigkeit zwischen Drehwinkel und Stellweg wird im Steuerprogramm berücksichtigt.

Claims

Ansprüche

1. Autostereoskopische Anordnung zur dreidimensionalen Darstellung von Information mit einem Farbdisplay (1), gekennzeichnet dadurch, däß vor dem Farbdisplay (1) eine Prismenmaske (2) seitlich verschiebbar angeordnet und die Prismenmaske (2) mit einem nach dem Headtreckingverfahren gesteuerten Antrieb verbunden ist, wobei die Prismenmaske (2) je Bildspalte ein Prismenkeil aufweist, deren Breite und Winkel so gewählt ist, daß die linken Spalten vom linken und die rechten Spalten vom rechten Auge gesehen werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Prismenmaske (2) ein Schraubantrieb zugeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß an der Prismenmaske 2 eine

- Koppelstange (4) befestigt ist, die Prismenmaske und die Koppelstange in Führungen (5) gelagert sind, an der Koppelstange (4) eine Gewindehülse (6) befestigt ist und in die Mutter eine von einem Schrittmotor (9) über eine Untersetzung (8) angetriebene Leitspindel (7) eingreift.

4. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Motor (9) und die Untersetzung (8) auf Schwingungsdämpfern (10) gelagert sind, zwischen dem Antrieb und der Leitspindel eine längsbewegliche Mitnehmerkupplung (11) vorgesehen ist und die Koppelstange (4a, 4b) mit Fläche (13) unter Federvorspannung (14) an einer in der Spitze der Leitspindel (7) befestigten Kugel (12) anliegt.

5. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß dem Motor (9) eine Schlitzscheibe (10) und Lichtschranke (16) sowie den Enden der Koppelstange (4b) je ein Endschalter (15) zugeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Prismenmaske 2 ein Exzenterantrieb zugeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß Motor (9) und Untersetzung (8) über eine Schraubfederkupplung (16) mit der Exzenterwelle (18,19) verbunden sind und die Pleuelstange (20) über eine Blattfeder (21) an der Prismenmaske (2) befestigt ist.