DE60130631T2

DE60130631T2 - Dreidimensionales fotografisches Gerät

Info

Publication number: DE60130631T2
Application number: DE60130631T
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Chikazawa
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2021-04-21
Also published as: US20020176163A1; ATE374387T1; EP1251394A1; DE60130631D1; EP1251394B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dreidimensionale (3D-)Anzeige vom Typ Integrierte Photographie (IP). Sie bezieht sich ferner auf eine Bilderfassungsvorrichtung vom Typ IP.
Für die Anzeige von statischen oder dynamischen 3D-Bildern sind lediglich das holographische Verfahren und das Verfahren der integrierten Photographie derart entwickelt, dass einerseits der Betrachter keine Brille tragen muss und andererseits die Stellung der Augen in Bezug auf die Anzeige kein kritischer Faktor ist, will man ein korrektes 3D-Bild erhalten.
Die integrierte Photographie hat gegenüber dem holographischen Verfahren den Vorteil einer größeren Einfachheit. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in US 5,949,390 beschrieben.
Dieses bekannte Verfahren der integrierten Photographie wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 und 2 erläutert.
1 zeigt das Prinzip der Bilderfassung. Die Bilderfassungseinrichtung umfasst ein Feld 10 von Löchern (oder Öffnungen) oder Linsen a, b, c, .... In einem gegebenen Abstand d von diesem Feld 10 ist ein Satz 12 Detektoren A, B, C, ... vorgesehen, beispielsweise CCDs.
Jeder dieser Detektoren besitzt eine vorgegebene Anzahl von Detektionselementen, wobei im vorliegenden vereinfachten Beispiel diese vorgegebene Anzahl gleich 8 ist. Jedem Detektionselement entspricht ein Bildpunkt einer Flachbildan zeige (beispielsweise einer Flüssigkristallanzeige oder LCD) 14 der in 2 dargestellten Bildwiedergabevorrichtung. Sobald ein CCD-Detektionselement Licht empfängt, wird der entsprechende Bildpunkt der Anzeige mit einem Transmissionskoeffizienten durchlässig, der von der von dem CCD-Element empfangenen Lichtintensität abhängt.
In dem in 1 gezeigten Beispiel beleuchtet ein Objektpunkt P die Detektorelemente A5, B3, C2, während der Objektpunkt Q die Detektorelemente A7, B6 und C5 beleuchtet.
Die Übereinstimmung zwischen den CCD-Elementen und den Bildpunkten der Anzeige ist derartig, dass jedem CCD-Detektor A, B, C, ... ein Wiedergabeabschnitt A', B', C' entspricht und die Reihenfolge der Bildpunkte jedes Wiedergabeabschnitts (beispielsweise A') in Bezug auf die Reihenfolge der CCD-Elemente in dem entsprechenden CCD-Detektor (A) umgekehrt ist. Beispielsweise befindet sich in 1 das CCD-Element A1 im rechten Teil des CCD-Detektors A und in 2 befindet sich das entsprechende Bildpunktelement A'1 im linken Teil dieses Abschnitts.
Die Steuerung der Anzeige 14 über von dem CCD 12 gelieferte Signale, einschließlich der Umkehr, erfolgt durch einen in 1 und 2 nicht dargestellten Prozessor.
Die Wiedergabevorrichtung umfasst ein Feld 16 von Löchern oder Öffnungen oder Linsen (passives Feld), welches dem Feld 10 der Bilderfassungsvorrichtung entspricht. Dieses Feld 16 wirkt mit der Flachbildanzeige 14 und mit einer Lichtquelle 18 derart zusammen, dass das von der Quelle 18 abgegebene Licht die Anzeige 14 und danach die Löcher des Felds 16 kreuzt. Ist das Feld 16 mit dem Feld 10 der Erfas sungsvorrichtung identisch und sind die umgekehrten relativen Stellungen der Bildpunktelemente A'1, A'2, ..., B'1, B'2, ... die gleichen wie die relativen Stellungen der CCD-Elemente A1, A2, ..., B1, B2, ..., dann ist der Abstand d zwischen dem Feld 16 und der Anzeige 14 gleich dem Abstand zwischen dem Feld 10 und dem CCD 12.
Die Lichtstrahlen A'5-a, B'3-b und C'2-c laufen faktisch auf Punkt P₁ zu. Die Lichtstrahlen A'7a, B'6b und C'5c laufen faktisch auf Punkt Q₁ zu. Die respektiven Positionen von Punkt P₁ und Q₁ sind genau die gleichen wie die respektiven Positionen der ursprünglichen Punkte P und Q. Das heißt, dass die 3D-Anzeige nach der integrierten Photographie ein echtes 3D-Bild des ursprünglichen Objekts liefert, wenn zwischen den Detektionselementen und den entsprechenden Bildpunkten der Flachbildanzeige, beispielsweise der LCD-Anzeige 14, eine perfekte Übereinstimmung herrscht.
Die Felder 10 und 16 können durch Felder kleiner Linsen oder gleichwertiger Mittel ersetzt werden.
Der Nachteil des IP-Verfahrens ist, dass das Bild eine begrenzte Auflösung besitzt. Diese Auflösung hängt von der Anzahl der Bildpunkte jedes Abschnitts A', B', C' der Anzeigevorrichtung und von der Anzahl der Detektoren an jedem Sektor für die Bilderfassungsvorrichtung ab.
Die Erfindung sieht eine bessere Auflösung für die IP-Erfassungsvorrichtung und die IP-Wiedergabevorrichtung ohne Erhöhung der Anzahl der Bildpunkte vor.
Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst die Bilderfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung alle Elemente von Anspruch 8.
Insbesondere sind steuerbare optische Mittel vor dem passiven Feld für jedes Unterfeld und den entsprechenden Punkt in dem passiven Feld vorgesehen, wobei diese steuerbaren optischen Mittel während n Subframes, welche jeden Bildframe unterteilen, gesteuert werden und die Steuerung derart erfolgt, dass dadurch der detektierte (oder erfasste) Winkelbereich in n Winkelteilbereiche unterteilt wird, wobei jeder Winkelteilbereich am Eingang der steuerbaren optischen Mittel einen Ausgang liefert, welcher den gesamten Winkelbereich abdeckt, der durch alle Punkte des Unterfeldes und den entsprechenden Punkt des passiven Felds begrenzt ist.
Ist beispielsweise n = 2, wird der detektierte Bereich in zwei Winkelteilbereiche unterteilt, und während des ersten Subframes werden alle Detektorelemente jedes Unterfelds mit dem ersten Winkelteilbereich zusammenwirken und während des zweiten Subframes werden alle Detektorelemente jedes Unterfelds mit dem zweiten Winkelteilbereich zusammenwirken. Daher wird jeder Punkt im Raum durch eine Anzahl von Lichtstrahlen dargestellt, die gleich der doppelten Anzahl von Detektorelementen in einem Unterfeld ist, und die Auflösung kann mit zwei multipliziert werden.
Darüber hinaus kann jedes mit jedem Schlitz oder jeder Linse zusammenwirkende steuerbare optische Element derart ausgebildet sein, dass der gesamte Winkelbereich größer ist als der durch eine einzige steuerbare Linse oder einen einzigen steuerbaren Schlitz gelieferte gesamte Winkelbereich.
Bei dem steuerbaren Element handelt es sich um ein Prisma mit veränderlichem Winkel.
In diesem Fall kann die Anzahl der Subframes gleich drei sein und der Winkel zwischen den Flächen des Prismas nimmt drei Werte an, wobei zwei davon entgegengesetzte Werte haben und die Flächen während des verbleibenden Subframes parallel zueinander angeordnet sind.
Die Subframes können von gleicher Dauer sein.
Die steuerbaren optischen Mittel können ein optisches Element umfassen, welches ein gemeinsames Element für alle Unterfelder ist, oder ein optisches Element, welches ein einzelnes Element für jedes Unterfeld und den entsprechenden Punkt des passiven Feldes ist.
Es versteht sich hierbei von selbst, dass es sich bei jedem Punkt des passiven Felds um eine Öffnung oder einen Schlitz einer Platte oder um eine Linse handelt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1.
Bei den steuerbaren optischen Mitteln kann es sich um ein einziges optisches Element handeln, welches als gemeinsames Element für alle Unterfelder vorgesehen ist, oder ein steuerbares optisches Element kann für jedes Unterfeld vorgesehen sein.
Vorzugsweise bildet ein Satz von n Winkelbereichen einen Winkelbereich, welcher breiter als der Winkelbereich ist, der durch die von dem Punkt des passiven Feldes und der entsprechenden Punktmenge jedes Unterfeldes kommenden Lichtstrahlen definiert ist.
In einer Ausgestaltung sind die Subframes von gleicher Dauer.
Die steuerbaren optischen Mittel umfassen ein Prisma und Mittel für die Veränderung des Winkels zwischen den Flächen des Prismas.
In diesem Fall kann die Anzahl der Subframes gleich drei sein und der Winkel zwischen den Flächen des Prismas nimmt drei Werte an, wobei zwei davon entgegengesetzte Werte haben und die Flächen während des verbleibenden Subframes parallel zueinander angeordnet sind.
Bei dem Feld, welches das anzuzeigende Bild darstellt, handelt es sich zum Beispiel um eine Flachbildanzeige, wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige.
Bei dem passiven Feld handelt es sich um eine Öffnung oder einen Schlitz einer Platte oder um eine Linse.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindungen werden durch die nachfolgende Beschreibung bestimmter Ausgestaltungen derselben offenbar, wobei:
die bereits beschriebene 1 das Prinzip einer Bilderfassungsvorrichtung vom Typ der integrierten Photographie darstellt,
die ebenfalls bereits beschriebene 2 eine Anzeigevorrichtung vom Typ der integrierten Photographie darstellt,
3 einen Teil einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung in einer Schemazeichnung zeigt,
4a bis 4c die Funktionsweise der in 3 gezeigten Vorrichtung in Bezug auf den Raum in Schemazeichnungen zeigen, und
5 die Funktionsweise der in 3 gezeigten Vorrichtung in Bezug auf die Zeit in einem Diagramm zeigt.
Die in 3 gezeigte Anzeigevorrichtung umfasst einen LCD-Anzeigebildschirm 30, welcher dem LCD 14 von 2 entspricht. Daher ist es nicht erforderlich, ihn hier noch einmal detailliert zu beschreiben. Vor dieser Anzeige 30 ist ein Feld 32 von Linsen 32, 32₂ usw. aufgebaut. Dieses passive Feld 32 hat die gleiche Funktion wie das Feld 16 von 2 mit den Schlitzen oder Löchern a, b, c. Bei diesem Feld 32 handelt es sich beispielsweise um eine durch Spritztechnik hergestellte Platte.
Gegenüber von der Anzeige 30 ist vor diesem flachen Feld 32 ein Prisma 34 mit einem Winkel zwischen seinen beiden Flächen 34₁ und 34₂ installiert, welcher durch Steuerung über eine Vorrichtung 36 veränderlich ist, die mit dem durch den Bildschirm 30 angezeigten Bild synchronisiert ist. Dazu liefert ein Taktsignalgeber 38 ein Taktsignal an den Eingang 36₁ der Steuerungsvorrichtung 36 und an einen Eingang 40₁ einer Steuerung 40, welche die Bildpunkte auf der Anzeige 30 anregt.
Um die Zeichnung zu vereinfachen, wird der Betrieb der Anzeigevorrichtung anhand von Zeichnungen (4a bis 4c) erläutert, welche der Zeichnung von 2 entsprechen, d. h. so als handele es sich bei dem passiven Feld 32 um ein Schlitzfeld.
Diese Zeichnungen zeigen eine Untermenge von Bildpunkten A' und die entsprechende Linse beziehungsweise den entsprechenden Schlitz a.
Die Linse beziehungsweise der Schlitz sieht die entsprechende Untermenge A' unter einem Winkel α, d. h. die von der Quelle 18 kommenden Lichtstrahlen bilden einen Winkel α bei einem Schlitz a und das Prisma 34 wird so geregelt, dass drei verschiedene Winkel in drei unterschiedlichen Zeiträumen oder Subframes 52, 54, 56 (5) einer Bild- oder Framedauer 58 entstehen.
In dem ersten Zeitraum oder Subframe 52 werden die in 4 durch die Lichtstrahlen 62 und 64 begrenzten Lichtstrahlen in dem Winkelbereich 60 durch ein Prisma 34 derart abgelenkt, dass sie beim Austreten im einem Winkelbereich zusammengefasst sind, der nach links abgelenkt wird und der durch die anhand von durchgezogenen Linien dargestellten Lichtstrahlen 70 und 72 begrenzt wird.
Im zweiten Subframe 54 sind die Flächen 34₁ und 34₂ des gesteuerten Prismas 34 parallel angeordnet (4b), wodurch der Winkelbereich 60 in einen durch die Lichtstrahlen 74 und 76 begrenzten Winkelbereich umgewandelt wird.
Im dritten Subframe 56 wird das Prisma 34 derart gesteuert, dass es Lichtstrahlen in einem nach rechts gerichteten Winkelbereich liefert, d. h. in 4c einen Winkelbereich, welcher durch die anhand von gekreuzten Linien dargestellten Lichtstrahlen 80, 82 begrenzt wird.
Wie aus den 4a bis 4c ersichtlich ist, ist der gesamte durch die Lichtstrahlen 70 und 82 begrenzte Winkelbe reich, welcher aus den drei den drei verschiedenen Winkeln des Prismas 34 entsprechenden Winkelbereichen gebildet ist, breiter als der Eingangswinkelbereich 60.
Daher bietet in diesem Beispiel die erfindungsgemäße Anzeige nicht nur eine größere Raumauflösung, sondern auch einen größeren Blickwinkel.
Es wurde zwar ein steuerbares Prisma, das ein gemeinsames Prisma für alle Untermengen an Bildpunkten ist, beschrieben, es sind aber dennoch andere Ausgestaltungen möglich, wie beispielsweise ein Prisma mit veränderlichem Winkel für jede Untermenge von Bildpunkten.
In der beschriebenen Ausgestaltung überschneiden sich die Winkelbereiche 70, 72; 74, 76; und 80, 82. Es ist jedoch auch möglich, dass sich diese Bereiche voneinander unterscheiden und nebeneinander liegen, sich jedoch nicht überschneiden.
Um den Winkel des Prismas zu steuern, können beispielsweise, wie an sich bekannt, zwei transparente Platten verwendet werden, welche durch eine durchlässige Flüssigkeit voneinander getrennt und piezoelektrisch gesteuert werden.
Die Erfindung kann ferner für eine Bilderfassungsvorrichtung eingesetzt werden, welche im Aufbau ähnlich ist zu der anhand von 3 bis 5 beschriebenen Vorrichtung.

Claims

Dreidimensionale (3D-)Anzeigevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der integrierten Photographie, umfassend ein passives Feld (32) von aus Punkten, Löchern, Öffnungen oder Linsen ausgewählten Elementen (a, b, c), eine Flachbildanzeige (30), welche aus dem aus Bildpunkten bestehenden Feld und einer Lichtquelle besteht, wobei das aus Bildpunkten bestehende Feld in Unterfelder (A', B', C') aus mehreren Bildpunkten unterteilt ist und jedes aus Bildpunkten bestehende Unterfeld mit einem vorgegebenen Element (a, b, c) des passiven Feldes (32) zusammenwirkt und das passive Feld (32), das aus Bildpunkten bestehende Feld (30) und die Lichtquelle so zusammenwirken, dass die von der Quelle abgegebenen Lichtstrahlen das aus Bildpunkten bestehende Feld (30) und anschließend das passive Feld (32) kreuzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner steuerbare optische Mittel (34) und eine Steuerungsvorrichtung (36) umfasst, wobei die steuerbaren Mittel (34) aus wenigstens einem durchlässigen Prisma mit einem Winkel zwischen seinen beiden Flächen bestehen, welcher durch mit dem angezeigten Bild synchronisierte Steuerung über die Steuerungsvorrichtung veränderbar ist, wobei die steuerbaren optischen Mittel mit jedem Unterfeld und dem entsprechenden Element (a, b, c) des passiven Feldes zusammenwirken, wobei diese steuerbaren optischen Mittel die von den Bildpunkten des Unterfeldes kommenden Lichtstrahlen (61, 64) empfangen, die zur Ausgabe während n Subframes, welche jede Framedauer unterteilen, gesteuert werden, wobei die Lichtstrahlen (70, 72; 74, 76; 80, 82) von den Bildpunkten des Unterfeldes in n unterschiedlichen Winkelbereichen kommen, wobei n > 1 ist und jeder Winkelbereich von allen Punkten des Unterfeldes kommende Lichtstrahlen liefert.
3D-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Menge von n Winkelbereichen einen Winkelbereich bildet, welcher breiter als der Winkelbereich ist, der durch die von dem Element des passiven Feldes und der entsprechenden Menge von Bildpunkten jedes Unterfeldes kommenden Lichtstrahlen definiert wird.
3D-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Subframes von gleicher Dauer sind.
3D-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die steuerbaren optischen Mittel ein optisches Element umfassen, welches ein gemeinsames Element für alle Unterfelder ist.
3D-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die steuerbaren optischen Mittel ein Prisma für jedes Unterfeld und das entsprechende Element des passiven Feldes umfassen.
3D-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Subframes gleich drei ist und der Winkel zwischen den Flächen des Prismas drei Werte annimmt, wobei zwei davon entgegengesetzte Werte haben und die Flächen während des verbleibenden Subframes parallel zueinander angeordnet sind.
3D-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Flachbildanzeige um eine Flüssigkristallanzeige handelt.
Dreidimensionale (3D-)Bilderfassungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der integrierten Photographie, zur Verwendung in Zusammenhang mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsvorrichtung ein passives Feld von aus Punkten, Schlitzen, Linsen oder Öffnungen ausgewählten Elementen und ein Feld von Photodetektoren zum Erfassen des Bildes umfasst, wobei das zweite Feld eine Menge mehrerer Unterfelder umfasst, wobei jedes Unterfeld mit einem entsprechenden Element des passiven Feldes zusammenwirkt und wobei jeder Photodetektor jedes Unterfeldes in der Lage ist, eine Information über einen Punkt eines 3D-Bildes zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung steuerbare optische Mittel und eine Steuerungsvorrichtung umfasst, wobei die steuerbaren Mittel aus wenigstens einem durchlässigen Prisma mit einem Winkel zwischen seinen beiden Flächen bestehen, welcher durch mit dem angezeigten Bild synchronisierte Steuerung über eine Vorrichtung veränderbar ist, wobei die steuerbaren optischen Mittel vor dem passiven Feld für jedes Unterfeld und dem entsprechenden Punkt des passiven Feldes vorgesehen sind, wobei diese steuerbaren optischen Mittel während n Subframes gesteuert werden, welche jede Framedauer unterteilen, wobei die Steuerung derart erfolgt, dass dadurch der detektierte Winkelbereich in n Winkelteilbereiche mit n > 1 unterteilt wird, wobei jeder Winkelteilbereich am Eingang der steuerbaren optischen Mittel einen Ausgang liefert, welcher den gesamten Winkelbereich abdeckt, der durch alle Punkte des Unterfeldes und den entsprechenden Punkt des passiven Felds begrenzt ist.
3D-Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Menge von n Winkelbereichen einen Winkelbereich bilden, welcher breiter als der Winkelbereich ist, der durch die von dem Element des passiven Feldes und der entsprechenden Menge von Bildpunkten jedes Unterfeldes kommenden Lichtstrahlen definiert wird.
3D-Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Subframes von gleicher Dauer sind.
3D-Bilderfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die steuerbaren optischen Mittel ein Prisma umfassen, welches ein gemeinsames Prisma für alle Unterfelder ist.
3D-Bilderfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die steuerbaren optischen Mittel ein Prisma für jedes Unterfeld und den entsprechenden Punkt des passiven Feldes umfassen.
3D-Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anzahl der Subframes gleich drei ist und der Winkel zwischen den Flächen des Prismas drei Werte annimmt, wobei zwei davon entgegengesetzte Werte haben und die Flächen während des verbleibenden Subframes parallel zueinander angeordnet sind.