DE69232428T2

DE69232428T2 - Stereoskopisches sichtgerät

Info

Publication number: DE69232428T2
Application number: DE69232428T
Authority: DE
Inventors: Margaret Orr; John Trayner
Original assignee: RICHMOND HOLOGRAPHIC RES AND D
Current assignee: RICHMOND HOLOGRAPHIC RES AND D
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: WO1993002372A1; CA2113479C; EP0789853A1; CA2113479A1; JPH06509186A; ES2172507T3; DE69232428D1; JP3138753B2; EP0789853B1; US5600454A; GB9115394D0; DK0789853T3; ATE213550T1

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Sichtgeräte, um einem Betrachter ein sichtbares 3D-Bild zu bieten.
Es gibt stereoskopische Geräte, bei denen ein Paar von nahezu identischen Bildern durch ein binokulares Optiksystem betrachtet wird, um dem Betrachter die Wahrnehmung eines einzelnen 3D-Bildes zu bieten. Ein Nachteil eines solchen Gerätes besteht in der Notwendigkeit des Vorhandenseins eines Optiksystems in Form einer Brille zur Verwendung durch den Betrachter.
Die US-A-4 799 739 und die DE-A-38 35 308 offenbaren die Verwendung von stereoskopischen Geräten, bei denen ein Bild auf ein holographisches Optikelement projiziert wird. Ein solches Gerät erfordert den Einsatz von Projektionsausrüstung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein stereoskopisches Sichtgerät mit einem holographischen Diffusions- Optikelement (HOE)-Schirm, Mitteln zur Beleuchtung des Schirmes von einer Vielzahl von verschiedenen Positionen, und Mittel zum Bewirken räumlicher Modulationen von Lichtstrahlen von den jeweiligen Positionen vorgesehen, um jeweils Bilder auf dem Schirm zu beleuchten, wobei die Anordnung so beschaffen ist, daß sie eine Vielzahl von Betrachtungszonen bereitstellt, wobei jedes Bild nur von einer entsprechenden unter den Zonen aus betrachtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Bewirken räumlicher Modulation von Lichtstrahlen an den Schirm angrenzend angeordnet ist.
Es folgt eine ausschließlich beispielhafte Beschreibung einer Möglichkeit zur Umsetzung der Erfindung in die Praxis unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Aufzeichnung eines holographischen Diffusions-Optikelementes (HOE) für ein Gerät in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Aufzeichnung eines holographischen Diffusions-Optikelementes (HOE) für ein Gerät in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführung des Gerätes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführung des Gerätes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 3 dargestellten Gerätes.
Unter nun folgender Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Gerät zur Bereitstellung eines Master- Hologramms dargestellt, aus dem HOEs gebildet werden können. Ein Strahl von einem Laser 1 wird von einem Strahlteiler 3 in zwei Strahlen geteilt. Einer der Strahlen, ein Bezugsstrahl, wird von einem Strahlverbreiterer 2 verbreitert und an einem Konkavspiegel 7 als ein paralleler (gesammelter) Strahl 8 reflektiert, der auf eine holographische Platte 6 auftrifft. Der andere Strahl wird von einem Strahlverbreiterer 4 verbreitert und in Richtung eines Diffusors 5 geleitet, der das Licht in Richtung der holographischen Platte 6 zerstreut, wo es mit dem Bezugsstrahl kollidiert und ein Hologramm des Diffusors aufgezeichnet wird.
In der in Fig. 2 der Zeichnungen dargestellten Anordnung sind der Laser 1, der Strahlteiler 3 und die Strahlverbreiterer 2 und 4 so vorgesehen wie in Fig. 1 dargestellt, wobei aber aus dem gesammelten Strahl 8 nun ein Neustrukturierungsstrahl wird. Der Master- Strahl 6 wird umgekehrt, bevor er in dem Strahl ersetzt wird, d. h. daß der Strahl die Koppelung des ursprünglichen Bezugsstrahls ist und ein reelles Bild 9 auf dem Diffusor abgebildet wird. Eine zweite (unbelichtete) holographische Platte 12 wird zwischen der Platte 6 und einem Bild 9 positioniert. Die Platte 12 ist mit einem Bezugsstrahl 11 versehen, der sich von einem nahe bei der Platte 12 positionierten Strahlverbreiterer 10 ausbreitet. Das Licht von dem Bezugsstrahl 11 und das Licht, das das Bild des Diffusors bildet, kollidieren miteinander und das sich daraus ergebende Muster wird von der Platte 12 aufgezeichnet, und dadurch das HOE ausgebildet.
Die Platte 12 kann als eine Komponente in dem Schirm oder als ein Werkzeug zur Verwendung bei der Herstellung zusätzlicher ähnlicher HOEs vorgesehen sein.
Als Alternative zur Herstellung solcher HOEs ist es möglich, sie optisch durch Kontaktkopieren zu kopieren. Bei beiden Verfahren sollte das holographische Material eine gute Beugungswirksamkeit und einen guten Geräuschspannungsabstand aufweisen. Beispiele von Material mit solchen Merkmalen sind Photopolymer und Dichromat-Gelatine (D.C.G.). Alternativ kann das HOE als ein Oberflächenreliefmuster reproduziert werden, das in durchsichtigem Kunststoff geprägt oder gegossen sein kann.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf Fig. 3 der Zeichnungen ist dort eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführung eines Betrachtungsgerätes in Übereinstimmung mit der Erfindung dargestellt. Ein HOE 15 wird unter Verwendung eines vertikalen Schmalbanddiffusors hergestellt. Das HOE 15 ist zwischen einer Flüssigkristallanzeige (LCD) 14 und einem Jalousienschirm 16 positioniert, und das HOE 15 wird von dessen an den Schirm 16 angrenzender Seite von einem Strahl 13 von einer horizontalen Langfeldlampe 17 beleuchtet. Eine zweite horizontale Langfeldlampe 19 ist an die Lampe 17 angrenzend vorgesehen.
Das HOE 15 wird unter Verwendung eines vertikalen Schmalbanddiffusors hergestellt. Ein reelles Bild dieses Diffusors wird gebildet und seitwärts auf 18 gestreut, wenn das HOE 15 von der Langfeldlampe 17 beleuchtet wird. Wenn die Langfeldlampe 19 aktiviert ist, wird auf 20 ein reelles Bild 20 gebildet.
Der Jalousienschirm 16 ist so angepaßt, daß er Licht in einem zuvor festgelegten Auftreffwinkel, z. B. 55º, empfangen kann, jedoch undurchsichtig ist, wenn er aus anderen Winkeln betrachtet wird. Er verhindert, daß ein Betrachter durch den Schirm hindurchschauen kann, während er Licht von den Lampen 17, 19 hindurchdringen, und in einem korrekten Winkel auf das HOE 15 auftreffen läßt. Dadurch wird der Kontrast verbessert.
Wenn die Lampe 17 in Betrieb ist, geht Licht von der Lampe durch den Jalousienschirm 16 hindurch, wird von dem HOE 15 gebeugt, geht durch die LCD 14 hindurch und bildet dann ein gestreutes reelles Bild des Diffusors auf 18.
Wenn der Schirm von einer Position um das Bild 18 herum, oder genauer ausgedrückt, wenn das Auge so positioniert ist, daß alle durch das Auge des Beobachters gezogenen geraden Linien und Punkte auf dem Schirm ebenfalls durch das reelle Bild 18 hindurchgehen, wird der ganze Schirm als beleuchtet gesehen und jedes beliebige Bild, das sich auf der LCD 14 befindet, ist sichtbar. Wenn der Schirm von einer Position um die Zone 20 herum betrachtet wird, ist der Schirm dunkel und das Bild unsichtbar. Umgekehrt gilt, daß wenn die Lampe 19 in Betrieb ist und die Lampe 17 nicht in Betrieb ist, das LCD-Bild von der Zone 20, jedoch nicht von der Zone 18 aus sichtbar ist.
Wenn zwei wechselnde Bilder auf der LCD 14 vorhanden, und die zwei Lampen 17 und 19 wechselweise synchron mit den wechselnden Bildern in Betrieb sind, ist ein Bild von Zone 20, und das andere von Zone 18 sichtbar. Wenn die zwei Bilder ein Stereopaar bilden und wenn der Betrachter so positioniert ist, daß sich ein Auge in Zone 18, und das andere Auge in Zone 10 befindet, ist das Bild in stereoskopischer 3-D-Form sichtbar.
Es wird erkannt werden, daß die Anzahl der Betrachtungszonen nicht auf zwei begrenzt ist, z. B. kann die Anzahl der Ansichten erhöht werden, alternativ könnten die Ansichten auf jeder Seite wiederholt werden, wodurch es mehr als einer Person auf einmal möglich wäre, ein Stereopaar zu sehen.
Es wird erkannt werden, daß die Diffusoren keine Schmalbanddiffusoren sein müssen, sondern auch breit sein können.
Es wird erkannt werden, daß die Diffusoren nicht parallel zu dem HOE sein müssen, sondern dazu geneigt sein können.
Es wird auch erkannt werden, daß die Lampen beliebige spektrale Merkmale aufweisen können, z. B. weiß oder monochrom.
Es wird erkannt werden, daß die Beleuchtung direkt sein kann, oder Beugungsgitter, -linsen, -prismen, -spiegel oder andere optische Vorrichtungen verwendet werden können, um das Licht in Richtung des HOE zu leiten.
Es wird erkannt werden, daß zwecks Streuungsausgleich der Einbau zusätzlicher Optikelemente erforderlich sein kann.
Es wird erkannt werden, daß die Lichtquellen nicht unter dem Schirm positioniert sein müssen, sondern in Abhängigkeit davon, wie das HOE hergestellt ist und von der Wirkung der zusätzlichen, in dem Gerät eingebauten Optikelemente, in vielen anderen Positionen vorhanden sein können.
Es wird erkannt werden, daß die Langfeldlampen durch Lampengruppen ersetzt werden können. So kann z. B. jede Langfeldlampe durch eine jeweils aus einer Lampe für jede Grundfarbe bestehende Lampengruppe ersetzt werden.
Es wird erkannt werden, daß die Langfeldlampen durch einzelne oder gruppierte kleinere Quellen, z. B. Punkt- LEDs, ersetzt werden können.
Es wird erkannt werden, daß das HOE unter Verwendung einer Mehrzahl von Diffusoren hergestellt werden kann, wodurch eine Mehrzahl ähnlicher Betrachtungszonen vorhanden ist.
Es wird auch erkannt werden, daß der Schirm zur Darstellung mehrerer Informations-Sets und nicht notwendigerweise für 3-D verwendet werden kann. So könnte es sich z. B. bei den zwei Bildern, die in den Zonen 18, 20 betrachtet werden, entweder um ein Standard- Stereopaar in Form eines photographischen Standbildes oder eines sich bewegenden Filmes handeln. In einem anderen Beispiel können zwei Informations-Sets auf den entsprechenden Betrachtungszonen 18, 20 dargestellt werden, wodurch die effektive Schirmfläche verdoppelt würde, da ein Betrachter/eine Betrachterin nur seinen/ihren Kopf bewegen müßte, um von einem Bild zu einem anderen zu wechseln.
Dennoch gibt es viele Vorteile für die 3-D-Anwendung, z. B. im Bereich des CAD und der Stereopräsentation von Computer-Sichtgerätausgaben und Arkaden- und PC-Computerspielen. Es sollte auch möglich sein, zwei diskrete Informations-Sets mit einem Stereobild zu kombinieren.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 der Zeichnungen ist ein Gerät dargestellt, das einen holographischen Schirm 21 und eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Lampen 22 aufweist, die jeweils zur Beleuchtung des Schirmes 21 vorgesehen sind. Der Schirm 21 weist eine zu der Kombination der Komponenten 14, 15 und 16 in dem vorangegangenen Beispiel ähnliche Konstruktion auf, worin ein reelles Bild eines vertikalen Diffusors dann von dem Schirm 20 projiziert wird, wenn dieser durch irgendeine der Lampen 22 beleuchtet wird. Der von jeder der Lampen 22 ausgehende Lichtstrahl wird räumlich so moduliert, daß ein Bild auf den Schirm 21 geworfen wird.
Die Lampen 22 sind so angeordnet, daß sie sequentiell an- und ausgeschaltet werden, wobei die Wirkung darin besteht, daß das reelle Bild des Diffusors so wahrgenommen wird, als würde es sich horizontal bewegen. Die Betriebsgeschwindigkeit der Lampen 22 reicht für die Augenträgheit aus. Wenn die produzierten Bilder verschiedenen Betrachtungswinkeln eines 3-D-Objektes entsprechen, ganz gleich ob real oder künstlich erzeugt, und dieses so angeordnet ist, daß jedes Auge des Betrachters verschiedene Ansichten des dem richtigen Stereopaar entsprechenden Objektes sieht, wird das Objekt im 3-D-Format gesehen.
Die Anzahl der Ansichten kann drei oder mehr betragen. Wenn viele solcher Ansichten vorhanden sind (sagen wir ungefähr 100), dann ist ein ausreichender Betrachtungswinkel vorhanden, und die Spalte können ausreichend eng sein (sagen wir 2 mm breit), damit ein Empfinden einer kontinuierlichen Parallaxe bzw. einer ununterbrochenen Bildfolge eintritt, wodurch es möglich ist, um das Bild herumzuschauen.

Claims

1. Stereoskopisches Sichtgerät mit einem holographischen Diffusions-Optikelement (HOE)-Schirm (15), Mitteln (17,19) zur Beleuchtung des Schirmes (15) von einer Vielzahl von Positionen und Mittel (14) zum Bewirken räumlicher Modulationen von Lichtstrahlen von den jeweiligen Positionen, um jeweils Bilder auf dem Schirm zu beleuchten, wobei die Anordnung so beschaffen ist, daß sie eine Vielzahl von Betrachtungszonen (18,20) bereitstellt, wobei jedes Bild nur von einer entsprechenden unter den Zonen (18,20) aus betrachtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (14) zum Bewirken räumlicher Modulation von Lichtstrahlen an den Schirm (15) angrenzend angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht aufeinanderfolgend von den verschiedenen Positionen ausstrahlt, um jeweils Bilder auf dem Schirm aufeinanderfolgend zu beleuchten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder in Stereo-Paaren angeordnet sind und die aufeinanderfolgende Beleuchtung eine solche Geschwindigkeit aufweist, daß sie die Augenträgheit ausnutzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (14) zum Bewirken räumlicher Modulation von Licht einen Modulationsschirm (14) mit Mitteln aufweist, die auf elektrische Signale zur Steuerung der Übertragung von Licht durch dieselben reagieren.