DE60103540T2

DE60103540T2 - Strukturierte lichtquelle

Info

Publication number: DE60103540T2
Application number: DE60103540T
Authority: DE
Inventors: Graham Stewart Brandon Reading Street
Original assignee: Street Graham Stewart B Reading
Current assignee: Street Graham Stewart B Reading
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: GB0017008D0; EP1299764B1; ATE268013T1; US6876495B2; JP2004503802A; DE60103540D1; US20030107805A1; EP1299764A1; WO2002005014A1

Description

Diese Erfindung betrifft das Gebiet von strukturiertem Licht und speziell die Bereitstellung einer strukturierten Lichtquelle zur Verwendung bei der Bereitstellung von stereoskopischen Bildern, die keine spezielle, vom Zuschauer getragene Brille notwendig machen. Solche Bilder werden gewöhnlich als autostereoskopisch beschrieben.
HINTERGRUND
In der Patentanmeldung WO 97/22033 (Street) liefert ein einzelner LCD-Schirm beide Bilder für ein autostereoskopisches Bildpaar. Dies wird durch eine strukturierte Lichtquelle möglich gemacht. Die Lichtquelle wird durch die Aufnahme von zwei Linsenschirmen strukturiert, wobei jeder mit seinen zylindrischen Linsenelementen im Wesentlichen orthogonal zu denjenigen des anderen verläuft, in Kombination mit einer einzelnen, typischerweise schachbrettartig gemusterten Maske und einer üblichen Rückseitenbeleuchtung. Diese Anordnung bewirkt, dass zumindest ein bestimmter Spektralbereich des Lichts aus abwechselnden Reihen von Elementen innerhalb des Arrays von Bildelementen, die das LCD-Bild umfasst, im Wesentlichen nur ein Auge des Zuschauers erreicht, und das entsprechende Licht aus den anderen Zeilen von Bildelementen im Wesentlichen nur das andere Auge des Zuschauers erreicht. Eine solche Anordnung ist immanent unwirksam, um das Licht aus der Rückseitenbeleuchtung zu bewahren, wenn die gemusterte Maske ein blockierendes Array ist und/oder aus strukturellen Gründen (zum Beispiel infolge des Bewegungserfordernisses zur Zuschauernachführung) von der Rückseitenbeleuchtung getrennt ist. Bei der jetzigen Erfindung wird die einzelne gemusterte Maske durch zwei im Abstand angeordnete und gekreuzte Strukturen ersetzt. Die erste umfasst ein Array von vertikal im Abstand angeordneten, horizontal verlaufenden Öffnungen. Das von abwechselnden Öffnungen durchgelassene Licht ist orthogonal zu demjenigen polarisiert, das von den damit verschachtelten bzw. den dazwischenliegenden Öffnungen durchgelassen wird. Die zweite Struktur ist ein horizontal beabstandetes Array von im Wesentlichen vertikal verlaufenden Bereichen, von denen jeder die Polarisationsebene des Lichts, das durch ihn hindurchtritt, um 90° dreht. Was von einer Seite beobachtet wird, wenn eine solche Kombination von der anderen Seite beleuchtet wird, ist eine Lichtquelle mit einer Polarisationsstruktur, die zur Beleuchtung einer LCD geeignet ist, um autostereoskopische Bilder bereitzustellen. Einer der Vorteile dieser Anordnung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass Licht, das nicht vom ersten Array durchgelassen wird, zweckmäßig in die Rückseitenbeleuchtung (Lichtkasten) zurückgeworfen werden kann. Das erste Array ist zweckmäßig auf dem Frontfenster dieses Lichtkastens ausgebildet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine äußerst wirksame Rückseitenbeleuchtung als Teil einer strukturierten Lichtquelle zur Betrachtung eines autostereoskopischen Bildes unter Verwendung eines einzelnen LCD-Schirms bereitzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein kompaktes Beleuchtungssystem bereitzustellen, zusammen mit einer potentiell großen Bildfläche.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, für Veränderungen des Betrachtungsabstands des Zuschauers von der Anzeige Sorge zu tragen, sowie für Veränderungen der seitlichen Position, ohne die vertikale Deckung der strukturierten Lichtquelle in Bezug zu den Reihen der LCD zu beeinflussen.
Es ist auch ein Ziel der Erfindung, eine Betriebsart vorzusehen, in welcher der LCD-Schirm als konventionelle zweidimensionale Anzeige arbeitet, ohne einen Verlust der immanenten Auflösung der LCD.
FESTSTELLUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine Vorrichtung zur Anzeige bzw. Darstellung eines autostereoskopischen Bildes bereitgestellt, das mindestens zwei perspektivische Ansichten einer Szene aufweist, umfassend eine Lichtquelle; einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) zwischen einem Zuschauer und der Lichtquelle mit einer Mehrzahl von lichtmodulierenden Elementen in einer Ebene; sowie eine Einrichtung zum Strukturieren des Lichts, so dass eine erste perspektivische Ansicht der Szene von einem Auge des Zuschauers gesehen wird, und eine zweite perspektivische Ansicht der Szene vom anderen Auge des Zuschauers gesehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstrukturierende Einrichtung eine lichtkonzentrierende Anordnung umfasst, die ein erstes lineares Array von lichtverändernden Bereichen und ein zweites lineares Array von lichtverändernden Bereichen aufweist, wobei das erste Array im Abstand vom zweiten Array angeordnet ist und seine lichtverändernden Bereiche im Wesentlichen in einer ersten Richtung angeordnet aufweist, und das zweite Array seine lichtverändernden Bereiche im Wesentlichen in einer zweiten Richtung angeordnet aufweist, wobei die erste Richtung orthogonal zur zweiten Richtung ist, so dass im Gebrauch und in Verbindung mit einem polarisierenden Element zwischen den Arrays und den lichtmodulierenden Elementen die lichtstrukturierende Einrichtung für jede Ansicht des Bildes eine Gruppe von vertikal im Abstand angeordneten Lichtkonzentrationen bildet, die im Wesentlichen auf eine jeweilige Gruppe der Elemente des SLM abgebildet werden.
Es versteht sich, dass der Begriff vertikal hier in Bezug auf einen Zuschauer verwendet wird, dessen Augen horizontal im Abstand angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das erste lineare Array von lichtverändernden Bereichen eine erste Gruppe von polarisierenden Bereichen, die bewirken, dass das daraus emittierte Licht in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist, sowie eine zweite Gruppe von polarisierenden Bereichen, die bewirken, dass das daraus emittierte Licht in einer zweiten Polarisationsrichtung polarisiert ist, wobei die ersten Polarisationsrichtung orthogonal zu der zweiten Polarisationsrichtung ist. Vorteilhaft greifen die erste Gruppe von polarisierenden Bereichen und die zweite Gruppe von polarisierenden Bereichen fingerartig ineinander, so dass ungerade Bereiche des ersten Arrays die erste Gruppe von polarisierenden Bereichen umfassen, und gerade Bereiche des besagten Arrays die zweite Gruppe von polarisierenden Bereichen umfassen. Jeder lichtverändernde Bereich ist langgestreckt, im Wesentlichen in horizontaler Richtung, und ist mindestens einem entsprechenden vertikal konvergenten Element innerhalb eines ersten Arrays von konvergenten Elementen zugeordnet, wobei das erste Array von konvergenten Elementen zwischen dem SLM und dem ersten linearen Array angeordnet ist, so dass Licht aus einem Punkt an der Ebene der lichtverändernden Bereiche von dem besagten mindestens einen vertikal konvergenten Element im Wesentlichen in einer vertikalen Ebene auf die Ebene der lichtmodulierenden Elemente des SLM wiederabgebildet wird.
Gemäß dieser Erfindung wird im Uhrzeigersinn zirkular polarisiertes Licht orthogonal zu entgegen dem Uhrzeigersinn zirkular polarisiertem Licht polarisiert.
Bereiche des ersten Arrays von lichtverändernden Elementen können Licht von ausgewählten Teilen des Spektralbereichs in der ersten Richtung und von anderen Teilen des Spektralbereichs in der zweiten Richtung polarisieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung stehen der vertikale Abstand Vs zwischen entsprechenden Rändern von benachbarten Bereichen innerhalb des ersten linearen Arrays und die vertikale Breite Vw der besagten Bereiche durch die Ungleichung Vs/2 ≤ Vw ≤ Vs in Beziehung miteinander. Vorzugsweise umfasst das erste lineare Array eine reflektierende Oberfläche, in der die Bereiche des besagten ersten Arrays Öffnungen und/oder lichtdurchlässige Bereiche mit einer vertikalen Breite von Vw umfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das zweite lineare Array von lichtverändernden Bereichen eine Gruppe von polarisationsdrehenden Bereichen, die bewirken, dass die Polarisationsebene von Licht, das darauf einfällt, und nach seinen Hindurchtritt um 90° gedreht ist. Im Gebrauch sind die drehenden Bereiche durch Bereiche getrennt, welche die Polarisation von einfallendem Licht im Wesentlichen unverändert lassen. Jeder polarisationsdrehende Bereich ist langgestreckt, im Wesentlichen in vertikaler Richtung, und weist ein entsprechendes vertikal langgestrecktes, horizontal konvergentes Element innerhalb eines zugeordneten zweiten Arrays von konvergenten Elementen auf, wobei das zweite konvergente Array zwischen dem SLM und dem zweiten linearen Array angeordnet ist, so dass Licht aus einem Punkt innerhalb des polarisationsdrehenden Bereichs von dem horizontal konvergenten Element im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene kollimiert wird.
Bei gewissen Ausführungsformen der Erfindung sind die polarisationsdrehenden Elemente verjüngt, mit einer Verjüngung, die derjenigen der vertikal langgestreckten, horizontal konvergenten Elemente entspricht.
Vorteilhaft wird die Position des Zuschauers verfolgt, indem ansprechend auf die Koordinatendaten des Zuschauers die Richtung des Lichts aus der lichtstrukturierenden Einrichtung in einer horizontalen Ebene gesteuert wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird dies erreicht, indem das zweite lineare Array relativ zu den vertikal langgestreckten, horizontal konvergenten Elementen bewegt wird. Der Abstand des Zuschauers von der lichtstrukturierenden Einrichtung wird durch eine Relativbewegung zwischen dem zweiten linearen Array und den vertikal langgestreckten, horizontal konvergenten Elementen entlang einer vertikalen Achse verfolgt, die im Wesentlichen mit der langgestreckten Richtung der horizontal konvergenten Elemente ausgerichtet ist. Die seitliche Position des Zuschauers in Bezug zur lichtstrukturierenden Einrichtung wird durch eine Relativbewegung des zweiten linearen Arrays und der vertikal langgestreckten, horizontal konvergenten Elemente in einer horizontalen Ebene und in einer Richtung verfolgt, die zu einer vertikalen Achse orthogonal ist, welche im Wesentlichen mit der langgestreckten Richtung der horizontal konvergenten Elemente ausgerichtet ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst jeder polarisationsdrehende Bereich eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden, unabhängig programmierbaren Elementen, die von einer Steuereinrichtung ansprechend auf die Position des Zuschauers so gewählt werden, dass sie polarisationsdrehend sind. Der Abstand des Zuschauers von der lichtstrukturierenden Einrichtung wird von der Steuereinrichtung im Wesentlichen dadurch verfolgt, dass die Wiederholungsperiode des Musters von polarisationsdrehenden Bereichen eingestellt wird. Die seitliche Position des Zuschauers in Bezug zur Mittellinie der lichtstrukturierenden Einrichtung wird von der Steuereinrichtung im Wesentlichen dadurch verfolgt, dass eine nominelle bzw. Sollgrenze eines polarisierenden Bereichs in einem dazu entsprechenden Abstand angeordnet wird. Unter gewissen Bedingungen kann ein zusätzlicher Zuschauer von der Steuereinrichtung verfolgt werden, und zwar durch die Anordnung einer zusätzlichen Sollgrenze eines polarisationsdrehenden Bereichs, so dass sie der Position des zusätzlichen Zuschauers entspricht.
Typischerweise ist die Sollgrenze eines polarisationsdrehenden Bereichs innerhalb eines programmierbaren Elements angeordnet, und das Element ist programmiert, um einen Zustand zwischen demjenigen eines polarisationsdrehenden Bereichs und demjenigen eines dazu benachbarten Bereichs einzunehmen, der die Polarisation des von ihm durchgelassenen Lichts unverändert lässt.
Vorteilhaft wird der Zwischenzustand durch ein zeitweiliges Zittern (Dithering) erreicht, so dass der Zeitanteil, in dem das Element programmiert ist, um die Polarisation des von ihm durchgelassenen Lichts zu drehen, im Wesentlichen dem Anteil des Elements entspricht, der zwischen der Sollgrenze und einem benachbarten Element angeordnet ist, welches so programmiert ist, dass es polarisationsdrehend ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist mindestens eines von dem ersten und zweiten lichtverändernden linearen Array programmierbar, so dass im Gebrauch Bereiche, die in der ersten Polarisationsrichtung polarisiertes Licht liefern, zu Bereichen werden, die in der zweiten Polarisationsrichtung polarisiertes Licht liefern, und umgekehrt. Im Gebrauch gestattet es die programmierte Umschaltung von einem der linearen Arrays dem SLM, ein zweidimensionales Bild bis zu seiner vollen Auflösung bereitzustellen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der SLM eine Flüssigkristallanzeige.
Vorteilhaft umfasst jedes Array von konvergenten optischen Elementen einen Linsenschirm.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben, in denen:
1 schematisch eine gemäß dem Stand der Technik aufgebaute strukturierte Lichtquelle zeigt,
2A im vertikalen Schnitt eine gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute strukturierte Lichtquelle zeigt,
2B im horizontalen Schnitt die strukturierte Lichtquelle aus 2A zeigt, und
3 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, in der eine Zuschauerverfolgung bzw. Zuschauernachführung für sowohl seitliche Position und Längsposition durch geeignete Programmierung von einer ihrer Komponenten erreicht wird.
In 1, wie im US Patent Nr. 5,936,774 (Street) offenbart, ist eine LCD 1 vor einer Rückseitenbeleuchtung in Form eines Lichtkastens 2 angeordnet. Die Strukturierung des Lichts aus dem Kasten 2, bevor es die LCD 1 erreicht, wird durch die Kombination eines vertikal konvergenten Arrays von Linsenelementen 4 und eines horizontal konvergenten Arrays von Linsenelementen 5 erzielt, die vor einer schachbrettartigen Maske 3 angeordnet sind. Punkte an der Ebene der Maske 3 werden vom Array 4 im Wesentlichen auf die Ebene der LCD 1, in einer vertikalen Ebene, abgebildet und vom Array 5 im Wesentlichen in der horizontalen Ebene in Richtung zweier Betrachtungszonen kollimiert (leicht konvergierend), die jeweils in Übereinstimmung mit den horizontal im Abstand angeordneten Augen 8 und 9 des Zuschauers angeordnet sind. Eine Infrarotkamera 10 wird verwendet, um die Position des Zuschauers zu ermitteln, so dass man die Betrachtungszonen der Position des letzteren nachführen bzw. folgen lassen kann. Dies wird durch die Bewegung des horizontal konvergenten Arrays 5 relativ zu der schachbrettartigen Maske 3 erreicht. Eine Vertikalbewegung 12 des Arrays 5, das eine verjüngte Struktur aufweist, stellt sicher, dass Veränderungen des Abstands des Zuschauers Rechnung getragen wird, während eine Horizontalbewegung des Zuschauers durch eine Horizontalbewegung der schachbrettartigen Maske 3 verfolgt wird.
Die Konfiguration aus 1 kann, obwohl sie wirkungsvoll ist, mit gewissen zusätzlichen Vorteilen durch eine andere Kombination von Elementen ersetzt werden. In 2A ist die neue Anordnung im vertikalen Schnitt und in 2B im horizontalen Schnitt dargestellt. Die Aufgabe der schachbrettartigen gemusterten Maske 3 aus 2 wird von der Kombination von drei Komponenten erfüllt. Wendet man sich 2A zu, so umfasst die erste dieser Komponenten ein erstes lineares Array 20 von lichtverändernden Elementen, die vertikal im Abstand angeordnete horizontale schlitzartige Öffnungen oder lichtdurchlässige Bereiche 20L und 20R in einer verspiegelten Oberfläche 21 umfassen. Jedes Element umfasst weiter eines von einer Reihe von polarisierenden Elementen 22L und 22R jeweils vor einer entsprechenden der Öffnungen 20L und 20R, womit sichergestellt wird, dass das aus abwechselnden Öffnungen austretende Licht orthogonal zu demjenigen aus seinen am nächsten gelegenen Nachbarn polarisiert ist. Typischerweise ist eine dieser Polarisationsrichtungen mit derjenigen des eingangsseitigen Polarisators 23 eines räumlichen Lichtmodulators (SLM) in Form einer Flüssigkristallanzeige (LCD) 24 ausgerichtet. Es wird als vorteilhaft empfunden, zwischen den lichtdurchlässigen Schlitzen selbst verspiegelte Teile der Oberfläche 21 zu belassen, wobei die verspiegelten Teile eine vertikale Breite von bis zu derjenigen der durchlässigen Schlitze aufweisen. Anders gesagt, ist die vertikale Breite Vw der Schlitze 20L und 20R vorzugsweise größer oder gleich der Hälfte des Abstands Vs zwischen entsprechenden Rändern von benachbarten Schlitzen.
Wenn die verspiegelte Oberfläche hochgradig wirkungsvoll ist und in die Vorderseite eines Lichtkastens (nicht dargestellt) integriert ist, dann wird das Licht, das sie zurückreflektiert, innerhalb des Lichtkastens neu verteilt, und ein Anteil wird schließlich seinen Weg aus einem der Schlitze heraus finden, was die Anordnung sehr lichteffizient macht.
Die zweite Komponente, die in Verbindung mit dem Array von abwechselnd polarisierten Schlitzen 20L und 20R arbeitet, um für eine Funktion ähnlich derjenigen einer schachbrettartigen Maske zu sorgen, umfasst ein horizontal im Abstand angeordnetes Array von polarisationsdrehenden Bereichen, und zwar in Form einer in Abschnitte unterteilten Flüssigkristalltafel 25 für einen speziellen Zweck, die am besten mit Bezugnahme auf 2B veranschaulicht ist. Diese umfasst Bereiche 26, welche die ankommende Polarisationsebene um 90° drehen, in einem 50 : 50 Zeichen/Zwischenraum-Verhältnis verschachtelt mit Bereichen 27, welche diese unverändert lassen. Beide Arten von Bereich sind entsprechend den Prinzipien, die für die Spalten der Maske aus 1 gelten, typischerweise verjüngt, zur Abstimmung mit der Verjüngung eines Linsenarrays 28, und verlaufen jeweils im Wesentlichen vertikal. Die Breite von jeder Linse des Arrays 28 ist genau auf die kombinierte Breite von einem Bereich 26 und einem benachbarten Bereich 27 in der Tafel 25 abgestimmt. Die Verjüngung gestattet kleine Anpassungen des lokalen Maßstabs zur Berücksichtigung von Veränderungen des Abstands des Zuschauers von der Vorrichtung.
Wie von einem beliebigen Punkt an der Mittelebene der LCD 24 durch ihren Polarisator 23 gesehen, und ohne die Wirkungen des konvergenten Linsenarrays 28 und eines zweiten konvergenten Arrays 29, liefert die kombinierte Wirkung des Arrays 20 von horizontalen abwechselnden orthogonal polarisierten Schlitzen, zusammen mit der Tafel 25, ein schachbrettartiges Array oder Muster, mit hellen Bereichen, wo die endgültige Polarisation des Lichts mit der Richtung des Polarisators 23 ausgerichtet ist, und dunklen Bereichen, wo diese gekreuzt sind. In der Tat umfasst der Polarisator 23 die dritte Komponente, die erforderlich ist, um die Funktion der lichtblockierenden schachbrettartigen Maske 3 aus 1 bereitzustellen. Das Muster unterscheidet sich vom Stand der Technik darin, dass jeder helle Bereich horizontale, an der Ebene der Öffnungen 20R oder 20L definierte Grenzen aufweist, während vertikale Grenzen an der Ebene der Tafel 25 definiert werden. Das zweite konvergente Array 29, das eine Gruppe von vertikal konvergenten, horizontal verlaufenden Linsenelementen 34 umfasst, ist so angeordnet und weist eine solche Brennweite auf, dass Punkte an der Ebene des Arrays 20 in einer vertikalen Ebene auf Punkte an der Mittelebene der LCD 24 wiederabgebildet werden. Indem man dafür sorgt, dass der Abstand zwischen den Schlitzöffnungen im Array 20 mit dem Abstand zwischen benachbarten Linsenelementen 34 des Arrays 29 und dem vertikalen Abstand zwischen benachbarten Reihen von lichtmodulierenden Elementen (Pixeln) der LCD 24 in einer Art und Weise in Beziehung steht, die zu der im US Patent Nr. 5,936,774 offenbarten äquivalent ist, werden abwechselnde Schlitze 20L und 20R jeweils abwechselnde Reihen 30L und 30R der LCD 24 beleuchten. Es kann gezeigt werden, dass der vertikale Abstand Vs von benachbarten Schlitzöffnungen 20L und 20R, der vertikale Abstand P_T von benachbarten Reihen der LCD 24 und der vertikale Abstand P_L von benachbarten Linsenelementen 34 des Linsenschirms 29 in guter Näherung der folgenden Beziehung gehorchen sollte: Vs = (PT × PL)/(N × PT – PL),wobei N eine Ganze Zahl ist.
Die Brennweite der konvergenten Elemente folgt aus dem Abstand zwischen den drei Komponenten des Systems und stellt sicher, dass das Array von Schlitzöffnungen richtig auf die Mittelebene auf der LCD abgebildet wird.
Die verjüngten konvergenten Elemente 35 des Arrays 28 haben eine solche Brennweite und sind in Bezug zu der Ebene der polarisationsdrehenden Bereiche 26 so angeordnet, dass Licht 31 aus Punkten innerhalb der Bereiche 26 allgemein in Richtung des rechten Auges des Zuschauers kollimiert wird. Gleichermaßen wird Licht 32 aus Punkten innerhalb der dazwischen liegenden Bereiche 27 allgemein in Richtung des linken Auges des Zuschauers kollimiert.
Kehrt man zu 2A zurück, so wird für den Fachmann verständlich, dass weil die Schlitze 20L und 20R, durch entsprechende Polarisatoren 22L und 22R, orthogonal polarisiertes Licht liefern, das auf die Reihen 30L auftreffende Lichtmuster komplementär zu demjenigen ist, das auf die Reihen 30R auftrifft. Bei der dargestellten Ausführungsform trifft typischerweise das Licht aus den Schlitzen 20L schließlich auf die LCD-Reihen 30L auf, um dem linken Auge des Zuschauers Bildinhalt zu liefern. Umgekehrt trifft das Licht aus den Schlitzen 20R auf die LCD-Reihen 30R auf und liefert dem rechten Auge des Zuschauers Bildinhalt. Indem man sicherstellt, dass Vw < Vs ist, wobei ein typischer Wert 0,75 × Vs betragen würde, ein Wert bis hinunter zu 0,5 × Vs ganz praktisch wäre, wird den durch die Feldkrümmung und Aberrationen der Linsenelemente 34 des Arrays 29 auferlegten Einschränkungen Rechnung getragen, ohne dass Licht aus einem der Schlitze 20L auf eine unrichtige Pixelreihe 30R der LCD 24 vordringt. Der vertikale Abstand Vs der Elemente innerhalb des ersten linearen Arrays und die vertikale Breite Vw dieser Elemente stehen miteinander in Beziehung durch die Ungleichung Vs/2 ≤ Vw ≤ Vs
Die Wirkung dieser Anordnung besteht darin, für jedes von dem rechten und linken Auge eine Gruppe von vertikal im Abstand angeordneten Lichtkonzentrationen 33L und 33R zu bilden, die im Wesentlichen auf eine jeweilige Gruppe von Elementen der LCD 24 abgebildet werden, was es ermöglicht, die Ansichten für das linke und rechte Auge gleichzeitig auf abwechselnden Pixelreihen derselben anzuzeigen.
Bei der Ausführungsform aus 2 sind zwei Arrays von orthogonal ausgerichteten Polarisatoren 22L und 22R in einer fingerartig ineinandergreifenden Weise vor ihren entsprechenden schlitzartigen Öffnungen 20L und 20R konfiguriert. Es wird deutlich, dass es gleichermaßen wirkungsvoll ist, diese Elemente durch eine einzelne eingangsseitige polarisierende Folie und eine weitere Flüssigkristalltafel zu ersetzen, mit horizontal verlaufenden, vertikal im Abstand angeordneten Bereichen. Indem man auf die Polarisation des aus abwechselnden Schlitzen austretenden Lichtes eine Drehung aufbringt, wie benötigt, wird dasselbe Ergebnis erzielt, und ein erstes lineares Array von lichtverändernden Bereichen wird dadurch gemäß dieser Erfindung bereitgestellt. Manchmal ist es zweckmäßig, zirkular polarisiertes Licht aus den im Abstand angeordneten Öffnungen 20L und 20R bereitzustellen. Diese würden typischerweise im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn wechseln, und die beiden Zustände sind effektiv orthogonal polarisiert. Indem man das Licht durch eine passend ausgerichtete Viertelwellenverzögerungsplatte leitet, werden die beiden orthogonalen linearen Polarisationszustände erhalten.
Bei anderen Ausführungsformen dieser Erfindung können farbselektive Polarisatoren verwendet werden, so dass das Licht aus einem beliebigen gegebenen horizontalen Schlitz für einen Teil des sichtbaren Spektrums, oder eine erste Spektralkomponente, in einer Richtung, und für eine zweite komplementäre Spektralkomponente in der orthogonalen Richtung polarisiert wird. Wenn diese Konfiguration verwendet wird, dient das Licht aus den Schlitzen 20L, das auf die LCD-Reihen 30L auftrifft, dazu, dem linken Auge des Zuschauers für die erste Spektralkomponente Bildinhalt und dem rechten Auge des Zuschauers für die zweite Spektralkomponente Bildinhalt zu liefern. Umgekehrt trifft das Licht aus den Schlitzen 20R auf die LCD-Reihen 30R auf, um dem rechten Auge des Zuschauers für die erste Spektralkomponente Bildinhalt und dem linken Auge des Zuschauers für die zweite Spektralkomponente Bildinhalt zu liefern.
Verglichen mit dem Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung in Bezug auf Komponentenausrichtung und Zuschauerverfolgung bzw. Zuschauernachführung bestimmte Vorteile. Für den Fachmann wird deutlich, dass die Bewegung der Betrachtungszonen, die erforderlich ist, um diese in Übereinstimmung mit den Augen des Zuschauers (8 und 9 in 1) anzuordnen, durch die Relativbewegung der zwei verjüngten Strukturen in der Ausführungsform aus 2 bewirkt wird, nämlich dem verjüngten Linsenschirm 28 und der Flüssigkristalltafel 25, die verjüngte Bereiche 26 und 27 aufweist. Die Verfolgung des Abstands des Zuschauers vom angezeigten Bild wird durch Relativbewegung zwischen der Tafel 25 und dem Schirm entlang von einer vertikalen Achse 36 bewirkt, die im Wesentlichen mit den Zylinderachsen der einzelnen Linsenelemente des Schirms ausgerichtet ist. Die seitliche Position des Zuschauers wird durch Relativbewegung der Tafel 25 in Bezug zum Schirm 28 in einer Richtung 37 orthogonal zu der zuvor erwähnten vertikalen Achse verfolgt. Idealerweise berücksichtigt diese Bewegung sowohl die Feldkrümmung der Elemente des Schirms 28 und die Verjüngung zwischen ihnen, wobei eine korrekte Ausrichtung des Schirms zur Tafel aufrechterhalten wird. Die Ausrichtung des strukturierten Lichts in Bezug zur LCD 24 hängt von der genauen Positionierung und Ausrichtung des Arrays von schlitzartigen Öffnungen 20 in Bezug zu sowohl der LCD 24 und dem Linsenarray 29 ab. Sobald sie einmal ausgerichtet sind, machen diese keine Bewegung erforderlich. Die vorliegende Erfindung trennt zwei wichtige Ausrichtungserfordernisse, während der Stand der Technik, der eine einzelne schachbrettartige Maske verwendet, es erforderlich macht, in einem einzigen Vorgang vier Komponenten auszurichten.
Bei den bisher unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird die Verfolgung des Zuschauers durch eine mechanische Bewegung des zweiten linearen Arrays, in Form der Flüssigkristalltafel 25, die vorzugsweise verjüngte, vertikal langgestreckte Bereiche 26 und 27 aufweist, in Bezug zu dem entsprechend verjüngten Linsenschirm 28 erreicht. Zwei Freiheitsgrade 36 und 37 stellen sicher, dass dem Abstand des Zuschauers von der Anordnung ebenso wie der seitlichen Position in Bezug zu derselben Rechnung getragen werden kann. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die dies ohne eine mechanische Bewegung erreicht und es nicht erforderlich macht, dass die horizontal konvergenten Linsenelemente des Linsenschirms 38 eine verjüngte Struktur besitzen. Eine einfache Flüssigkristalltafel 39 umfasst eine große Anzahl von in horizontaler Richtung schmalen, nebeneinander liegenden und vertikal langgestreckten Elementen 39A, 39B, 39C usw. Jedes Element kann zwischen zwei Zuständen umgeschaltet werden. In einem Zustand bleibt die Polarisation von durch das Element hindurchtretendem Licht unverändert. Im anderen Zustand wird die Polarisation um 90° gedreht. Die Elemente werden von einer Steuerung 40 in Gruppen programmiert, von denen jede ein Band oder einen Bereich von größerer Breite als derjenigen eines einzelnen Elements umfasst. Wie bei der bereits beschriebenen Ausführungsform dieser Erfindung dreht jeder Bereich entweder die Polarisation des einfallenden Lichts (Zustand R) oder lässt diese unverändert (Zustand N). In 3 werden diese zwei Zustände durch die Kurve 39T in Abhängigkeit von der Position entlang der Tafel 39 angezeigt. Die Steuerung 40 empfängt ihre Eingabe von einer Infrarotkamera oder ähnlichen Vorrichtung (nicht dargestellt), die angeordnet ist, um den Zuschauer gemäß bekannten Prinzipien zu lokalisieren, und diese Information wird benutzt, um die Breiten und Positionen der Bänder festzulegen. Jedes Band im Zustand R, wie das Band 41, wird durch eine entsprechende Linsenschirmlinse, wie die Linse 42, zu einer Betrachtungszone 43R vergrößert, in der das rechte Auge 44R des Zuschauers angeordnet ist. Eine zweite Betrachtungszone 43L für das linke Auge 44L des Zuschauers entspricht Bändern im Zustand N, wie dem Band 45. Wegen der diskreten Natur der Tafel 39 weist sie typischerweise Elemente, wie das Element 39D, zwischen den Bändern 41 und 45 auf, die sich über die theoretische Grenze, wie 46, zwischen zwei solchen Bereichen erstrecken. Diese Grenze ist zwischen den Bändern 41 und 45 nicht dargestellt. Statt dessen zeigt die Kurve 39T die Positionen der beiden echten Grenzen des Elements 39D an.
Die Position der theoretischen Grenze wird durch eine einfache Berechnungseinrichtung innerhalb der Steuerung 40 bestimmt. Es gelten die folgenden Formeln: D = X × (U/V)undP = W × (U + V)/V,in denen X der seitliche Versatz des Zuschauers in Bezug zur Mitte des angezeigten Bildes ist, U der Abstand zwischen der Hauptebene der Linsenelemente des Schirms 38 und der Ebene der Tafel 39 ist, V der Abstand des Zuschauers von der Hauptebene der Linsen ist, W die Breite von oder der Abstand zwischen den Linsenelementen des Schirms 38 ist, und P die Breite von einem Zyklus des Musters von Bändern oder Bereichen (einem Band im Zustand R und einem Band im Zustand N) ist.
In der Praxis sind die Augen des Zuschauers nicht an Positionen angeordnet, die Elementen entsprechen, welche sich über eine theoretische Grenze erstrecken, und der Zustand von solchen Elementen kann unbestimmt bleiben. Jedoch werden diese bei bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung mittels einer analogen oder zeitweiligen Zitter-(Dithering)-Einrichtung so angeordnet, dass sie einen Zwischenzustand aufweisen, so dass der angemessene Anteil des von diesem Element durchgelassenen Lichts dem relevanten Polarisationszustand zugeordnet wird, wenn dieses auf die das Bild liefernde LCD 47 auftrifft. Der Grund dafür liegt darin, Licht für jede der Ansichten für das rechte und das linke Auge aus der LCD 47 gleichmäßig bereitzustellen, wodurch die Gefahr von unerwünschten Artefakten verringert wird. Vorausgesetzt, die Ränder der Betrachtungszone jedes Auges werden innerhalb von 25% des Abstands zwischen den Augen des Zuschauers festgelegt, wird es bei der Bereitstellung von gut getrennten Bildern für das linke und rechte Auge am Platz des Zuschauers keine Schwierigkeiten geben.
Die Auswirkung einer Veränderung der Breite und Positionen der Bänder, wie 41 und 45, und dadurch einer Bewegung der seitlichen Position und einer Verstellung des Maßstabs des gesamten Musters in Bezug zu demjenigen der Elemente des Linsenschirms 38 ist ähnlich wie diejenige einer Bewegung der verjüngten langgestreckten Elemente 26 und 27 aus 2B relativ zu den verjüngten Linsenelementen 35 des Linsenschirms 28.
Die Ausführungsform aus 3 sorgt in einer getrennten Art und Weise für eine Steuerung der tatsächlichen Positionen der Betrachtungszonen 44L bzw. 44R für das linke und das rechte Auge 44L und 44R des Zuschauers. Wie bereits beschrieben, werden die Positionen der Ränder von jeder Betrachtungszone nur bis zur Breite eines einzelnen Elements der Tafel 39 festgelegt, gefolgt von einer Vergrößerung durch das entsprechende Linsenelement, wie das Element 42, des Linsenschirms 38. Um diesen Punkt weiter zu veranschaulichen, sind für jede Grenze jedes Bandes, das jedem der drei Linsenelemente 42, 42A und 42B des Schirms 38 zugeordnet ist, drei Gruppen von Strahlen, wie 48, 48A und 48B, dargestellt. Speziell ist der Strahl 48 der Strahl aus der theoretischen Grenze zwischen dem Band 49 im Zustand R und dem Band 50 im Zustand N, während die Strahlen 48A und 48B die Strahlen sind, die den tatsächlichen Rändern des einzelnen Elements der Tafel 39 zugeordnet sind, das sich über diese theoretische Grenze hinweg erstreckt. Um das durch die Programmierung der Breiten und Positionen der Bänder auf der Tafel 39 bereitgestellte Verfolgungs- bzw. Nachführungsvermögen zu optimieren, wird die immanente horizontale Auflösung dieser Komponente in geeigneter Weise zwischen der Steuerung der seitlichen Position und der Längsposition der Betrachtungszonen aufgeteilt, indem man eine geeignete Linsenelementbreite für den Schirm 38 wählt. Dort, wo zum Beispiel die Tafel 39 800 horizontal nebeneinander liegende Elemente umfasst (in 3 sind zur zeichnerischen Bequemlichkeit weniger dargestellt, und dementsprechend weniger Linsenelemente), kann diese zweckmäßig so unterteilt werden, dass ungefähr 16 Elemente gegenüber von jedem Linsenelement des Schirms 38 angeordnet sind. In diesem Fall würde der Linsenschirm ungefähr 50 Linsenelemente umfassen. (In 3 sind ungefähr 12 Elemente der Tafel 39 gegenüber von jedem von 15 Linsenelementen des Schirms 38 dargestellt). Während sich der Abstand V des Zuschauers von der Hauptebene der Linsen des Schirms 38 verringert, wird die Anzahl der Elemente der Tafel 39, die zu einem Paar Bänder des Zustands R und des Zustands N beitragen, vergrößert. Mit anderen Worten wird, während der Betrachtungsabstand des Zuschauers abnimmt, die Breite (P/2) der Bänder entsprechend den oben angegebenen Formeln und in einer Art und Weise vergrößert, die dem relativen Maßstab des bei der Ausführungsform aus den 2A und 2B von der Flüssigkristalltafel 25 bereitgestellten verjüngten Musters ähnlich ist. In diesem Fall wird dies durch eine mechanische Vertikalbewegung 36 relativ zu dem entsprechenden verjüngten Linsenschirm 28 erreicht.
So, wie es bei der Ausführungsform aus den 2A und 2B und bei den Lehren des US Patents Nr. 5,936,774 der Fall ist, unterteilt das von der Ausführungsform aus 3 gelieferte strukturierte Licht mit Hilfe von zwei weiteren Komponenten, einem Array 51 und einem Linsenschirm 52, das Bild der LCD 47 abschnittsweise in vertikaler Richtung auf einer Zeile-um-Zeile-Grundlage, um verschiedene Bilder für das linke und rechte Auge bereitzustellen. Der eingangsseitige Polarisator der LCD 47 ist nicht separat dargestellt, wie es bei der LCD 24 in 2A der Fall ist. Das Array 51 umfasst vertikal im Abstand angeordnete, horizontal verlaufende Öffnungen, von denen abwechselnde Öffnungen Licht durchlassen, das orthogonal zu demjenigen polarisiert ist, das von den anderen fingerartig ineinandergreifenden Öffnungen durchgelassen wird. Das Licht 53 wird von einer konventionellen Fluoreszenzrückseitenbeleuchtung (nicht dargestellt) geliefert. Es sollte angemerkt werden, dass die Breite der Elemente des Schirms 38, wie des Linsenelements 42, nicht durch die horizontale Auflösung des Bildes vorgegeben wird, das zur Betrachtung durch den Zuschauer auf der primären LCD 47 bereitgestellt werden soll. Der Zuschauer sieht mit jedem Auge sämtliche vorgesehenen Pixel (von denen jedes typischerweise eine Breite von einem Bruchteil eines Millimeters aufweist) vor einem Element des Schirms 38, das selbst mehrere Millimeter breit sein kann.
3 zeigt die Anordnungen, die erforderlich sind, um einen einzelnen Zuschauer zu verfolgen. Für den Fachmann wird deutlich, dass wenn die Breite der Linsenelemente des Schirms 38, wie 42, 42A und 42B vergrößert wird und ihre Anzahl verringert wird, die Anzahl von Elementen der Tafel 39, die einem solchen Linsenelement zugeordnet sind, ebenfalls vergrößert wird. Vorausgesetzt es sind genug solche Elemente vorhanden und die Vergrößerung dieser Gruppe oder dieses Bereichs am Betrachtungsort ist derart, dass sie größer ist als der Raum, der von mehr als einem Zuschauer benötigt wird, gestattet diese Erfindung die Bereitstellung von unabhängig verfolgten Zuschauern und von Bändern im Zustand R und im Zustand N innerhalb der Gruppe, die jedem von ihnen entsprechen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Verwendung einer Flüssigkristalltafel zum Erzeugen von fingerartig ineinandergreifenden streifenförmigen Bereichen von Polarisationsdrehung und unveränderter Polarisation. Durch Programmierung oder Umschaltung des Zustands der verschiedenen Bereiche der Flüssigkristalltafel unter Verwendung von passend angeordneten Elektroden kann die strukturierte Lichtquelle so umgeschaltet werden, dass das, was normalerweise eine Bilddarstellung für das linke Auge wäre, vom rechten Auge beobachtet wird, und umgekehrt. Der hauptsächliche Vorteil dieser Fähigkeit besteht darin, dass durch eine schnelle Umschaltung in dieser Art und Weise die LCD 24 aus den 2A und 2B sowie die LCD 47 aus 3 in einer konventionellen (zweidimensionalen) Art und Weise mit ihrer vollen Auflösung verwendet werden kann. Dies ist besonders zweckmäßig, wenn Grafik hoher Qualität und Text angezeigt werden. Für den Fachmann wird auch deutlich, dass durch eine geeignete Segmentierung bzw. abschnittsweise Unterteilung dieser Betriebsart die LCD 214 und LCD 47 jeweils Segmente bzw. Abschnitte für einen 2D-Gebrauch und andere für eine 3D-Bilddarstellung aufweisen können.
In der WO 00/41026 (Street) wird die Relativpositionierung von zwei Komponenten, einem Linsenschirm und einem gemusterten Schirm, wie einem Sperrschirm, unter anderem um richtig angeordnete Betrachtungszonen für die Anzeige eines 3D-Bildes zu liefern, durch Verwendung einer optischen Rückkopplung erzielt, bei der Licht aus Teilen des Musters selbst nach einem Hindurchtritt durch mindestens ein Linsenelement des Linsenschirms auf mindestens ein Detektorarray, wie eine CCD, auftrifft. Falls notwendig, kann für diese Erfindung ein ähnlicher Ansatz verwendet werden, bei dem Teile des Musters auf der Tafel 39 programmiert werden, um das gewünschte Muster oder die gewünschten Muster bereitzustellen. Ein solches Muster würde im Fall dieser Erfindung, wo die Polarisation verändert wird, durch einen Polarisationsfilter auf ein entsprechendes Detektorarray abgebildet, so dass wie benötigt ein Bild des Musters erfasst wird.
Obwohl bei der dargestellten Ausführungsform aus 3 angenommen wird, dass die Steuereinrichtung 40 von Daten gesteuert wird, die von einem Zuschauerlokalisierungs-Teilsystem empfangen werden, kann dies bei einfachen Ausführungsformen insgesamt oder teilweise durch eine direkte Steuerung durch den Zuschauer vorgesehen sein.
Für den Fachmann wird deutlich, dass die Prinzipien dieser Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Bereitstellung eines strukturierten Arrays von polarisiertem Licht zur Verwendung in einer dreidimensionalen Darstellung bzw. Anzeige begrenzt sind, die auf einer LCD als hauptsächlicher Abbildungskomponente basiert. Jegliche andere durchlässige Anzeige, wie ein statisches Farbdiapositiv, hinterlegt mit einem geeigneten Polarisator, und bei der die Bilddaten für das linke und rechte Auge in geeigneter Weise konfiguriert worden sind, kann ohne Brille stereoskopisch betrachtet werden, indem man diese gemäß den Lehren dieser Erfindung von hinten beleuchtet.
Ein anderes Beispiel einer Anwendung für eine gemäß dieser Erfindung aufgebaute strukturierte Lichtquelle ist diejenige als Ausrichtungseinrichtung zum Erzeugen eines Arrays von polarisierenden Elementen, bei dem die Richtung des von der strukturierten Lichtquelle gelieferten und auf das Array einfallenden polarisierten Lichts während des Ausrichtungsvorgangs die Richtung der Polarisationsachse eines Elements innerhalb des Arrays steuert.

Claims

Vorrichtung zur Darstellung eines autostereoskopischen Bildes mit mindestens zwei perspektivischen Ansichten einer Szene zur Betrachtung durch einen Zuschauer, dessen Augen horizontal im Abstand angeordnet sind, umfassend eine Lichtquelle (53); einen im Gebrauch zwischen dem Zuschauer und der Lichtquelle angeordneten und eine erste Gruppe (30L) und eine zweite Gruppe (30R) von lichtmodulierenden Elementen in einer Ebene aufweisenden räumlichen Lichtmodulator (24, 47) zur Bereitstellung eines Bildinhalts zur Betrachtung mittels eines ersten Auges des Zuschauers bzw. eines zweiten Auges des Zuschauers; sowie eine Einrichtung (20, 25, 28, 29, 38, 39, 51, 52) zum Strukturieren des Lichts, welche umfasst: eine lichtkonzentrierende Anordnung mit konvergenten optischen Elementen (28, 29, 38, 52); ein erstes lineares Array (20, 51) von lichtpolarisationsverändernden Bereichen, umfassend eine erste Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen (22L), die bewirken, dass das daraus emittierte Licht, im Gebrauch und für mindestens einen ersten Teil seines Spektralbereichs, in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert wird, und eine zweite Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen (22R), die, im Gebrauch, bewirken, dass der erste Teil des Spektralbereichs des daraus emittierten Lichts in einer zweiten, zu der ersten Polarisationsrichtung orthogonalen Polarisationsrichtung polarisiert wird, wobei die zweite Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen mit der ersten Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen verschachtelt ist, so dass ungerade Bereiche des ersten Arrays die erste Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen umfassen und gerade Bereiche des ersten Arrays die zweite Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen umfassen, wobei jede von der ersten Gruppe und zweiten Gruppe von lichtpolarisationsverändernden Bereichen ihre Elemente im Wesentlichen im Abstand entlang von einer ersten Achse angeordnet aufweist; und ein zweites lineares Array (25, 39) von lichtpolarisationsverändernden Bereichen, das im Abstand von dem ersten Array angeordnet ist und eine orthogonale Gruppe von lichtpolarisationsverändernden Bereichen (26) umfasst, wobei die Bereiche innerhalb der orthogonalen Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen im Wesentlichen im Abstand entlang von einer zur ersten Achse orthogonalen zweiten Achse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite lineare Array (25, 39) umfasst: eine dritte Gruppe von Bereichen, die mit einer vierten Gruppe von Bereichen verschachtelt sind, wobei eine erste von der dritten und vierten Gruppe von Bereichen die orthogonale Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen (26) umfasst; und für Licht, das vor dem Auftreffen auf beide von der dritten und vierten Gruppe von Bereichen dieselbe ankommende Polarisationsrichtung aufweist, die orthogonale Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen angeordnet ist, um zu bewirken, dass die Polarisationsrichtung des Lichts im Anschluss an sein Auftreffen darauf orthogonal zur Polarisationsrichtung des Lichts im Anschluss an sein Auftreffen auf die zweite von der dritten und vierten Gruppe von Bereichen ist, so dass im Gebrauch und in Verbindung mit einem polarisierenden Element (23) zwischen den linearen Arrays und den lichtmodulierenden Elementen die lichtstrukturierende Einrichtung für jede von einer ersten perspektivischen Ansicht und einer zweiten perspektivischen Ansicht der Szene und für den ersten Teil des Spektralbereichs eine Gruppe von vertikal im Abstand angeordneten Lichtkonzentrationen (33L, 33R) bildet, die im Wesentlichen auf die ersten Gruppe (30L) bzw. zweite Gruppe (30R) der lichtmodulierenden Elemente abgebildet werden, wodurch die erste perspektivische Ansicht vom ersten Auge des Zuschauers gesehen wird, und die zweite perspektivische Ansicht vom zweiten Auge des Zuschauers gesehen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die zweite von der dritten und vierten Gruppe von Bereichen die ankommende Polarisation von darauf auftreffendem Licht nach dem Auftreffen im Wesentlichen unverändert lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die erste Achse im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung ausgerichtet ist, und die lichtpolarisationsverändernden Bereiche des ersten Arrays, im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung, langgestreckt sind, und jeder der lichtpolarisationsverändernden Bereiche des ersten linearen Arrays mindestens einem entsprechenden vertikal konvergenten Element (34) innerhalb eines ersten Arrays der konvergenten Elemente (29, 52) zugeordnet ist, wobei das erste Array von konvergenten Elementen zwischen den lichtmodulierenden Elementen des räumlichen Lichtmodulators und dem ersten linearen Array angeordnet ist, so dass Licht aus einem Punkt an der Ebene der lichtpolarisationsverändernden Bereiche des ersten linearen Arrays von dem mindestens einen vertikal konvergenten Element im Wesentlichen in einer vertikalen Ebene auf die Ebene des räumlichen Lichtmodulators wiederabgebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Polarisation linear ist, und die zweite Polarisationsrichtung unter 90° zur ersten Polarisationsrichtung verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Polarisation zirkular ist, die erste Polarisationsrichtung im Uhrzeigersinn verläuft, und die zweite Polarisationsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher ein Bereich innerhalb des ersten Arrays von lichtpolarisationsverändernden Bereichen bewirkt, dass Licht des ersten Teils des Spektralbereichs in der ersten Polarisationsrichtung polarisiert wird, und ein zweiter Teil des Spektralbereichs in der zweiten Polarisationsrichtung polarisiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der vertikale Abstand Vs zwischen entsprechenden Rändern von benachbarten Bereichen innerhalb des ersten linearen Arrays von lichtpolarisationsverändernden Bereichen und die vertikale Breite Vw der Bereiche durch die Ungleichung Vs/2 ≤ Vw ≤ Vs in Beziehung stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, umfassend eine reflektierende Oberfläche (21), in welcher die Elemente des ersten Arrays Öffnungen und/oder lichtdurchlässige Bereiche (20L, 20R) mit einer vertikalen Breite Vw umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die orthogonale Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen (26) polarisationsdrehend sind und bewirken, dass die Polarisationsebene von Licht, im Anschluss an ein Auftreffen auf sie und/oder einen Hindurchtritt durch sie, um 90° gedreht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die zweite Achse im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung ausgerichtet ist, und ein polarisationsdrehender Bereich, im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung, langgestreckt ist, und weiter umfassend ein entsprechendes vertikal langgestrecktes und horizontal konvergentes Element innerhalb eines zweiten Arrays (28, 38) der konvergenten Elemente (35), wobei das zweite konvergente Array zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem zweiten linearen Array angeordnet ist, so dass im Gebrauch Licht aus einem Punkt innerhalb des polarisationsdrehenden Bereichs von dem horizontal konvergenten Element im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene kollimiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die polarisationsdrehenden Bereiche verjüngt sind, mit einer Verjüngung, die derjenigen der vertikal langgestreckten, horizontal konvergenten Elemente entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 10, welche eine Einrichtung einschließt, um das zweite lineare Array ansprechend auf die Position des Zuschauers in Bezug zu den vertikal langgestreckten, horizontal konvergenten Elementen zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher der Abstand des Zuschauers von der lichtstrukturierenden Einrichtung durch Relativbewegung zwischen dem zweiten linearen Array und den vertikal langgestreckten und horizontal konvergenten Elementen entlang von einer vertikalen Achse verfolgt wird, die im Wesentlichen mit der langgestreckten Richtung der horizontal konvergenten Elemente ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die seitliche Position des Zuschauers in Bezug zur lichtstrukturierenden Einrichtung durch Relativbewegung des zweiten linearen Arrays und der vertikal langgestreckten und horizontal konvergenten Elemente in einer horizontalen Ebene und einer Richtung senkrecht zu einer vertikalen Achse verfolgt wird, die im Wesentlichen mit der langgestreckten Richtung der horizontal konvergenten Elemente ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher im Gebrauch jeder polarisationsdrehende Bereich eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden, unabhängig programmierbaren Elementen umfasst, die von einer Steuereinrichtung (40) ansprechend auf die Position des Zuschauers so gewählt werden, dass sie polarisationsdrehend sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher der Abstand (V) des Zuschauers von der lichtstrukturierenden Einrichtung von der Steuereinrichtung verfolgt wird, im Wesentlichen indem die Wiederholungsperiode (P) des Musters von polarisationsdrehenden Bereichen eingestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die seitliche Position (X) des Zuschauers in Bezug zur Mittellinie der lichtstrukturierenden Einrichtung von der Steuereinrichtung verfolgt wird, im Wesentlichen indem eine Sollgrenze eines polarisationsdrehenden Bereichs in einem dazu entsprechenden Abstand (D) angeordnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher ein zusätzlicher Zuschauer von der Steuereinrichtung durch die Anordnung einer zusätzlichen Sollgrenze eines polarisationsdrehenden Bereichs entsprechend der Position des zusätzlichen Zuschauers verfolgt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Sollgrenze eines polarisationsdrehenden Bereichs innerhalb eines programmierbaren Elements angeordnet ist, und das Element programmiert ist, um einen Zustand zwischen demjenigen (R) des polarisationsdrehenden Bereichs und demjenigen (N) eines dazu benachbarten Bereichs einzunehmen, welcher die Polarisation von Licht im Anschluss an ein Auftreffen darauf unverändert lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher der Zwischenzustand durch ein zeitweiliges Zittern erreicht wird, so dass der Zeitanteil, in dem das Element programmiert ist, um die Polarisation des von ihm durchgelassenen Lichts zu drehen, im Wesentlichen dem Anteil des Elements entspricht, der zwischen der Sollgrenze und einem benachbarten Element angeordnet ist, welches so programmiert ist, dass es polarisationsdrehend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher mindestens eines von dem ersten und zweiten linearen Array von lichtpolarisationsverändernden Bereichen programmierbar ist, so dass im Gebrauch Bereiche, die im Wesentlichen in der ersten Polarisationsrichtung polarisiertes Licht liefern, zu Bereichen werden, die in der zweiten Polarisationsrichtung polarisiertes Licht liefern, und umgekehrt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei welcher es die Programmierung und/oder Umschaltung von einem der linearen Arrays gestattet, dass der räumliche Lichtmodulator ein zweidimensionales Bild mit der vollen Auflösung des räumlichen Lichtmodulators liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der räumliche Lichtmodulator eine Flüssigkristallanzeige umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das erste Array von konvergenten Elementen einen Linsenschirm (29, 52) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das zweite Array von konvergenten Elementen einen Linsenschirm (28, 38) umfasst.
Verfahren zum Strukturieren von Licht, um einem Zuschauer, dessen Augen horizontal im Abstand angeordnet sind, eine autostereoskopische Darstellung zu liefern, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen einer Lichtquelle (53); Positionieren eines räumlichen Lichtmodulators (24, 47), der eine erste Gruppe (30L) und eine zweite Gruppe (30R) von lichtmodulierenden Elementen umfasst, in einer Ebene zwischen dem Zuschauer und der Lichtquelle; Bereitstellen des Bildinhalts einer ersten perspektivischen Ansicht einer Szene zur Betrachtung mittels eines ersten Auges des Zuschauers durch Betätigung der ersten Gruppe von modulierenden Elementen; Bereitstellen des Bildinhalts einer zweiten perspektivischen Ansicht der Szene zur Betrachtung mittels eines zweiten Auges des Zuschauers durch Betätigung der zweiten Gruppe von modulierenden Elementen; Positionieren einer lichtkonzentrierenden Anordnung mit in einer Ebene angeordneten konvergenten optischen Elementen (28, 29, 39, 52) zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und der Lichtquelle; Positionieren eines ersten linearen Arrays (20, 51) von lichtpolarisationsverändernden Bereichen an einer im Abstand von und zwischen der Ebene der lichtkonzentrierenden Anordnung und der Lichtquelle angeordneten ersten Ebene; Anordnen einer ersten Gruppe (22L) der polarisationsverändernden Bereiche des ersten linearen Arrays, um zu bewirken, dass daraus emittiertes Licht zumindest für einen ersten Teil seines Spektralbereichs in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert wird; Anordnen einer zweiten Gruppe (22R) der polarisationsverändernden Bereiche des ersten Arrays, um zu bewirken, dass der erste Teil des Spektralbereichs des daraus emittierten Lichts in einer zur ersten Polarisationsrichtung orthogonalen zweiten Polarisationsrichtung polarisiert wird; Verschachteln der ersten Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen mit der zweiten Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen, so dass ungerade Bereiche des ersten Arrays die erste Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen umfassen, und gerade Bereiche des ersten Arrays die zweite Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen umfassen, und jede Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen im Wesentlichen im Abstand entlang von einer erste Achse angeordnet ist; Positionieren eines zweiten linearen Arrays (25, 39), das eine orthogonale Gruppe von lichtpolarisationsverändernden Bereichen (26) umfasst, an einer zweiten Ebene zwischen der Ebene des räumlichen Lichtmodulators und der Lichtquelle und im Abstand von der ersten Ebene, und Anordnen der Bereiche, welche die orthogonale Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen umfassen, im Abstand entlang von einer zweiten, zur ersten Achse orthogonalen Achse, wobei das Verfahren durch die weiteren Schritte gekennzeichnet ist: Bereitstellen einer dritten Gruppe von Bereichen und einer vierten Gruppe von Bereichen innerhalb des zweiten linearen Arrays und Anordnen der Bereiche, welche die dritte Gruppe umfassen, so dass sie mit den Bereichen, welche die vierte Gruppe umfassen, verschachtelt sind, und damit eine erste von der dritten und vierten Gruppe die orthogonale Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen (26) umfasst; Anordnen der orthogonalen Gruppe von polarisationsverändernden Bereichen (26), um für Licht, das vor dem Auftreffen auf beide von der dritten und vierten Gruppe von Bereichen dieselbe ankommende Polarisationsrichtung aufweist, zu bewirken, dass die Polarisationsrichtung des Lichts im Anschluss an sein Auftreffen darauf orthogonal zur Polarisationsrichtung von Licht im Anschluss an sein Auftreffen auf die zweite von der dritten und vierten Gruppe von Bereichen wird; Positionieren eines polarisierenden Elements (23) zwischen die linearen Arrays und die lichtmodulierenden Elemente des räumlichen Lichtmodulators, und Blockieren von in einer Richtung polarisiertem Licht damit; und dadurch für jede von der ersten perspektivischen Ansicht und der zweiten perspektivischen Ansicht der Szene und für den ersten Teil des Spektralbereichs Bilden einer Gruppe von vertikal im Abstand angeordneten Lichtkonzentrationen (33L, 33R) und im Wesentlichen Abbilden der im Abstand angeordneten Konzentrationen auf die erste Gruppe (30L) bzw. die zweite Gruppe (30R) der lichtmodulierenden Elemente, so dass die erste perspektivische Ansicht der Szene vom ersten Auge des Zuschauers gesehen wird, und die zweite perspektivische Ansicht der Szene vom zweiten Auge des Zuschauers gesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 26, welches den Schritt einschließt: Anordnen der zweiten von der dritten und vierten Gruppe von Bereichen, um die ankommende Polarisation von darauf auftreffendem Licht nach dem Auftreffen im Wesentlichen unverändert zu lassen.