DE69421890T2

DE69421890T2 - Stereoskopisches Bildanzeigesystem

Info

Publication number: DE69421890T2
Application number: DE69421890T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Omori; Jun Suzuki
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2014-09-29
Also published as: EP0654951A1; AU1034395A; EP0654951B1; DE69421890D1; WO1995014352A1; US5774261A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anzeigesystem zum Anzeigen eines Bildes, und insbesondere ein Anzeigesystem zum Anzeigen eines stereoskopischen Bildes für industrielle Anwendungen, medizinische Einsätze oder den Hausgebrauch.

Beschreibung des Standes der Technik

In einem herkömmlichen stereoskopischen Anzeigesystem trägt ein Beobachter eine Brille, um rechte und linke Zielbilder voneinander zu trennen, wodurch das rechte und das linke Auge des Beobachters selektiv die rechten bzw. linken Zielbilder sehen kann, die auf einem Bildschirm in einer Zeitmultiplexart angezeigt werden. In einer anderen herkömmlichen Technik wird eine linsenförmige Platte an einem Bildschirm befestigt, so dass die linsenförmige Platte rechte und linke Bilder voneinander trennen kann, und somit das rechte und das linke Auge des Beobachters selektiv die rechten bzw. linken Zielbilder sehen können.
Fig. 1 illustriert ein Beispiel der Konfiguration des oben beschriebenen herkömmlichen stereoskopischen Bildanzeigesystems, das eine Brille 60, die dazu in der Lage ist, rechte und linke Bilder voneinander zu trennen, Flüssigkristall-Verschlüsse 61a und 61b, einen Synchronisationskreis 62 und eine Farbkathodenstrahlröhre ("CRT") 63, die als ein Bildanzeigegerät dient, einschließt.
Das obige erste Beispiel eines stereoskopischen Bildanzeigesystems mit einer solchen Konfiguration arbeitet folgen dermaßen. Die Farbkathodenstrahlröhre 63 zeigt Zielbilder an, wobei Bilder für das rechte und das linke Auge abwechselnd in einer Zeitmultiplexart angezeigt werden. Unter der Kontrolle des Synchronisationskreises 62 wird der Flüssigkristall-Verschluss 61a der Brille 60 geöffnet und wird somit nur dann transparent, wenn ein Zielbild für das rechte Auge angezeigt wird, und der Flüssigkristall-Verschluss 61b wird nur dann geöffnet und transparent, wenn ein Zielbild für das linke Auge angezeigt wird. Als Folge davon kann ein die Brille 60 tragender Beobachter ein Zielbild für das rechte Auge mit seinem oder ihrem rechten Auge beobachten, und ein Zielbild für das linke Auge mit dem linken Auge. Auf diese Weise wird stereoskopisches Sehen bereitgestellt.
Fig. 2 illustriert die Konfiguration des zweiten Beispiels eines herkömmlichen stereoskopischen Bildanzeigesystems, das eine linsenförmige Platte 71 mit einer großen Anzahl von streifenförmigen zylindrischen Linsen und eine Farbkathodenstrahlröhre 72, die als ein Bildanzeigegerät dient, einschließt.
Dieses zweite Beispiel eines stereoskopischen Bildanzeigesystems mit einer solchen Konfiguration arbeitet folgendermaßen. Die Farbkathodenstrahlröhre 72 zeigt simultan beide Zielbilder für das rechte und das linke Auge an, so dass Bilder für das rechte und das linke Auge abwechselnd auf jedem Halbbreitenstreifen der linsenförmigen Platte 71 angezeigt werden. Das rechte Auge eines Beobachter sieht nur das auf den oben beschriebenen schlitzförmigen Zonen durch entsprechende zylindrische Linsen der linsenförmigen Platte 71 hindurch angezeigte Zielbild für das rechte Auge, und das linke Auge sieht nur das auf den schlitzförmigen Zonen angezeigte Zielbild für das linke Auge, wodurch man ein stereoskopisches Sehen erhält.
In dem ersten Beispiel des herkömmlichen stereoskopischen Bildanzeigesystems hat ein Beobachter jedoch eine lästige und unbequeme Brille zu tragen, die separat Zielbilder dem rechten und dem linken Auge des Beobachters bereitstellt. Ein anderes Problem beim Beobachten von Zielbildern unter Verwendung dieser Technik ist ein Flimmern aufgrund des Umschaltens zwischen den Zielbildern für das rechte und das linke Auge.
In dem zweiten Beispiel des herkömmlichen stereoskopischen Bildanzeigesystems kann, da ein stereoskopisches Bild über streifenförmige Linsen beobachtet wird, stereoskopisches Sehen nur erzielt werden, wenn sich ein Beobachter in einem begrenzten, schmalen Bereich befindet. Wenn sich der Beobachter bewegt, tritt eine Qualitätsverschlechterung in dem Bild auf. Außerdem kann eine Anzahl von Beobachtern, die sich in verschiedenen Positionen befinden, nicht ein Bild beobachten. Ferner ist, um ein streifenförmiges Bild bereitzustellen, eine Bildverarbeitung notwendig, die eine kostspielige Apparatur erfordert.
In medizinischen Einsätzen beobachtet, wenn eine endoskopische Operation durchgeführt wird, ein Operateur ein ebenes Bild des Inneren der Bauchhöhle eines Patienten, das auf einem Monitor über ein Endoskop angezeigt wird. Das überwachte Bild des Inneren der Bauchhöhle hat jedoch keine charakteristischen Merkmale, weil die gesamte Bauchhöhle eine einzige Farbe aufweist, und somit ist es schwierig, ein perspektivisches Sehen zu bieten. Dies verursacht eine lange Operationsdauer, und verursacht sowohl für den Operateur als auch für den Patienten eine hohe Belastung. Andererseits gibt es, wenn ein herkömmliches stereoskopisches Bildanzeigesystem des oben beschriebenen ersten oder zweiten Typs bei der Operation verwendet wird, ernsthafte Probleme bei der praktischen Verwendung, wie etwa eine unbequeme Brille zum Separieren rechter und linker Bilder, ein Flimmern des Bildes und eine Beschränkung in der Bewegung eines Beobachters.
Aus dem Dokument WO-A-93 19 394 ist ein Imaging-System bekannt, das verwendet werden kann, um stereoskopische Bilder einem Beobachter bereitzustellen. Die Bilder von jeder Anzeigevorrichtung bzw. jedem Display 40, 42 werden durch jeweilige linsenförmige, auf einem Substrat ausgebildete Bildschirme 40a, 42a hindurch projiziert, und danach auf einen Strahlteiler 46 kombiniert. Das Substrat besitzt klare bzw. durchsichtige und opake bzw. lichtundurchlässige Flächen, um vielfache Betrachtungspositionen bereitzustellen, so dass wenn ein Bildschirm opak erscheint, der andere durchsichtig für ein Auge erscheint, und umgekehrt für das andere Auge. Ein stereoskopischer Effekt kann dann ohne Verwendung einer speziellen Brille erzielt werden.
Das Dokument WO-A-83 02 169 offenbart ein Imaging-System, in dem stereoskopische Bilder mittels Kathodenstrahlröhrenvorrichtungen oder dergleichen, die als Modulatoren wirken, projiziert werden. Das jeweilige Auge sieht Bilder auf Grund von totaler oder teilweiser Reflexion.
Schließlich offenbart das Dokument EP-A-0 602 934 eine autostereoskopische Richtanzeigevorrichtung, die wirkungsvoll vertikale Scheiben linker und rechter stereoskopischer Bilder im Wechsel zu einem geeignet positionierten Beobachter projiziert. Die Grundapparatur umfasst räumliche Lichtmodulationsvorrichtungen in der Form von LCDs, die mit Lichtquellen gegenbelichtet ("back-lit") werden. Die Bilder von den Modulationsvorrichtungen her werden mit einem Strahlteiler kombiniert, so dass ein einziges Bild gebildet wird, das dann zum Beobachter hin gelenkt werden kann. Der Strahlteiler ist mit einer Einrichtung zum Bereitstellen der wechselnden Lichtstrahlen verbunden. Die Lichtstrahlen kreuzen sich mit einer effektiven Neigung miteinander, die dem mittleren Augenabstand für einen Beobachter entspricht.

Kurzfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bildanzeigesystem bereitzustellen, das kein Flimmern in einem Bild aufweist und das unterschiedliche Bilder für das rechte und das linke Auge eines Beobachters ohne Verwendung einer Brille, um ein Bild für das rechte Auge und ein Bild für das linke Auge voneinander zu trennen, bereitstellen kann.
Um die obigen Aufgaben zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Bildanzeigesystem bereit, um Bilder bereitzustellen, so dass das rechte Auge und das linke Auge eines Beobachters jeweils unterschiedliche Bilder sehen, wobei das Bildanzeigesystem folgendes umfasst:
ein Paar räumliche Modulationsvorrichtungen bzw. Vorrichtungen zur räumlichen Modulation (10a, 10b);
eine Gegenlichtvorrichtung (12a, 12b) für jede der räumlichen Modulationsvorrichtungen, um jede der räumlichen Modulationsvorrichtungen von ihrer Rückseite her mit einem Gegenlichtbild zu beleuchten;
eine Zusammensetzeinrichtung (15) zum Kombinieren von auf dem Paar von räumlichen Modulationsvorrichtungen vorhandenen Bildern in ein Bild bzw. zu einem Bild; und
optische Elemente (11), um dem durch das Paar von Gegenlichtvorrichtungen emittierten Gegenlicht eine Richtwirkung zu geben,
wobei das Bildanzeigesystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die räumlichen Modulationsvorrichtungen (10a, 10b) transparent für Licht sind und die optischen Elemente (11) an einer Stelle angeordnet sind, wo das rechte und das linke Auge des Beobachters die jeweiligen virtuellen Bilder der je weils auf dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen angezeigten Gegenlichtbilder sehen, und dadurch, dass es ferner
eine Positionserfassungseinrichtung (13, 14, 31; 27, 28; 35, 36; 42; 82, 83) zum Erfassen einer Beobachtungsposition des Beobachters; und
eine Steuereinrichtung (18, 29) zum Steuern der Positionen von auf dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen angezeigten Gegenlichtbildern, so dass die Positionen der Gegenlichtbilder mit der jeweils erfassten Position der Augen des Beobachters übereinstimmen, umfasst.
In dem Bildanzeigesystem, das auf die oben beschriebene Weise aufgebaut ist, wird ein Bild (ein Bild das beispielsweise mit dem rechten Auge beobachtet werden soll), das auf einer räumlichen Modulationsvorrichtung von dem Paar räumlicher Modulationsvorrichtungen angezeigt wird, mit der (rechten) Gegenlichtvorrichtung von der Rückseite her beleuchtet, so dass das mit diesem Bild verbundene Licht nur das rechte Auge eines Beobachters über das optische Richtelement erreicht. Somit sieht der Beobachter (das rechte Auge des Beobachters) das Bild (das Bild für das rechte Auge), das auf einer räumlichen Modulationsvorrichtung des Paares räumlicher Modulationsvorrichtungen angezeigt wird, über das von der Gegenlichtvorrichtung emittierte Licht. Zu diesem Zeitpunkt kann, da der Teil der (linken) Gegenlichtvorrichtung, der der rechten Gesichtsfläche entspricht, kein Licht emittiert, das Bild für das linke Auge nicht mit dem rechten Auge des Beobachters gesehen werden. Andererseits wird ein Bild (ein Bild, das mit dem linken Auge gesehen werden soll), das auf der anderen der räumlichen Modulationsvorrichtungen angezeigt wird, mit der (linken) Gegenlichtvorrichtung von der Rückseite her beleuchtet, und das linke Auge des Beobachters empfängt das Licht, das mit diesem Bild verbunden ist, über das optische Richtelement. Zu diesem Zeitpunkt kann, da der Teil der (rechten) Gegenlichtvorrichtung, die der linken Gesichtsfläche entspricht, kein Licht emittiert, das Bild für das rechte Auge nicht mit dem linken Auge des Beobachters gesehen werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden beide Gegenlichtvorrichtungen des Paares von Gegenlichtvorrichtungen außerhalb der Brennweite der entsprechenden optischen Elemente angeordnet. Weil die Gegenlichtvorrichtungen außerhalb der Brennweiten angeordnet sind, entstehen keine deutlichen Bilder der Gegenlichtvorrichtungen in den Augen des Beobachters, und somit wirken die Gegenlichtvorrichtung einfach als Lichtquellen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die oben beschriebenen optischen Elemente ein Paar von Linsen, die zwischen dem Paar von räumlichen Modulationsvorrichtungen und dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen entsprechend angeordnet sind. Konvexe Linsen, Fresnellinsen oder Konkavspiegel können hier als das oben beschriebene Linsenpaar verwendet werden.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Paar räumlicher Modulationsvorrichtungen ein Paar von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen oder ein Paar von Filmen, die lichtdurchlässig sind. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen und Filme können Licht hindurchlassen. Ein Beobachter beobachtet Bilder, die es auf den Oberflächen der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen oder Filme gibt, über transmittiertes Licht.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bzw. können ein halbdurchlässiger Spiegel oder Prismen als die Zusammensetzeinrichtung verwendet werden.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Bildsignale, die von einer Endoskopvorrichtung bereitgestellt werden, auf jeder räumlichen Modulationsvorrichtung des Paares von räumlichen Modulationsvorrichtungen angezeigt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht das Paar von Gegenlichtvorrichtungen aus Anzeigevorrichtungen, die Bilder mit einer Zweiniveauabstufung mit einem Schwellenwert gleich einer vorbestimmten Helligkeit anzeigen. Diese Anordnung verhindert ein Überlappen (Quersprechen) zwischen Bildern für rechte und linke Augen.
Das Bildanzeigesystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann so gebaut werden, dass es eine große Anzahl von Beobachtern zur gleichen Zeit unterbringt, worin das rechte und das linke Auge eines jeden Beobachters unterschiedliche Bilder ohne Tragen einer Brille zum Separieren rechter und linker Bilder von einander unabhängig von den von den Beobachtern eingenommenen Positionen sehen.
Die Gegenlichtbilder werden auf dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen an Positionen angezeigt, die den Positionen des Beobachters entsprechen, die mit einer Positionserfassungseinrichtung erfasst werden, und somit können die Beobachter Bilder sehen, die auf dem Paar von räumlichen Modulationsvorrichtungen angezeigt werden, das mit den Gegenlichtbildern beleuchtet wird, die auf den als Beleuchtungslichtquellen wirkenden Gegenlichtvorrichtungen angezeigten werden. Mit dieser Anordnung werden die Gegenlichtbilder immer an Positionen angezeigt, die den von den Beobachtern eingenommenen Positionen entsprechen, selbst wenn sich die Beobachter bewegen und/oder wenn es eine große Anzahl von Beobachtern gibt. Somit wird in diesem Bildanzeigesystem der vorliegenden Erfindung ein stereoskopisches Sehen ohne Flimmern für eine große Anzahl von Beobachtern zur gleichen Zeit ohne Tragen von Brillen zum Separieren rechter und linker Bilder voneinander unabhängig von den von den Beobachtern eingenommenen Positionen bereitgestellt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst die Positionserfassungseinrichtung die Positionen der Beobachter durch Erzeugen von Ultraschallwellen in Richtung der Beobachter und Erfassen der Echosignale. Insbesondere ist es möglich, eine Selektivität durch Verwenden von Ultraschallwellen mit verschiedenen Frequenzen zu erhalten.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst die Positionserfassungseinrichtung die Positionen der Beobachter durch Erfassen eines vom Beobachter abgestrahlten Infrarotstrahls. Insbesondere ist es möglich, eine Selektivität durch Verwenden von Infrarotstrahlen verschiedener Wellenlängen zu erhalten.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst die Positionserfassungseinrichtung die Positionen der Beobachter durch Erfassen von Magnetismus, der von dem Beobachter herrührt.
Ein Bild des Beobachters, das mit der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wird, zeigt die Position des Beobachters an. Die Gegenlichtbilder werden aus den Bildern des Beobachters erzeugt, und werden auf dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen angezeigt, und somit kann der Beobachter Bilder sehen, die auf dem Paar von räumlichen Modulationsvorrichtungen angezeigt werden, das mit den Gegenlichtbildern beleuchtet wird, die auf den als Beleuchtungslichtquellen wirkenden Gegenlichtvorrichtungen angezeigt werden.
Die vorige Positionserfassungseinrichtung kann in der Form der Bildaufnahmeeinrichtung sein, die ein Bild eines Beobachters aufnimmt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung separiert die Bildaufnahmeeinrichtung ein Bild einer linken Gesichtsfläche und ein Bild einer rechten Gesichtsfläche von dem Bild des Gesichts des Beobachters und zeigt dann jeweils das Bild der linken Gesichtsfläche und das Bild der rechten Gesichtsfläche auf dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen an.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird jeweils eine rechte Gesichtsfläche und eine linke Gesichtsfläche mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen beleuchtet, und ein Paar von Kameras nimmt ein Bild des Gesichts des Beobachters auf solch eine Weise auf, dass jede Kamera selektiv ein Bild in Antwort bzw. als Reaktion auf Licht mit einer entsprechenden Wellenlänge aufnimmt.
In dem Bildanzeigesystem gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Bildbearbeitungseinrichtung bereitgestellt, um das mit der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild des Beobachters auf eine solche Weise zu bearbeiten, dass die Kontur und/oder der Flächenmittelpunkt der Gesichtsfläche des Bildes des Beobachters erfasst werden bzw. wird und dann das Paar von Gegenlichtbildern auf der Basis der erfassten Kontur und/oder des Flächenmittelpunkts erzeugt wird.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bildbearbeitung durchgeführt, um die Differenz zwischen einem Paar von mit dem Beobachter verbundenen Bildsignalen zu bestimmen, die man über das Paar von Kameras erhält, um dadurch eine unnötige Information wie etwa ein Hintergrundbild von dem Bild des Beobachters zu entfernen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Paar von Beleuchtungsgeräten an dem Beobachter befestigt, so dass das Paar von Beleuchtungsgeräten sich der Bewegung des Kopfes des Beobachters folgend bewegt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist jede Kamera des Paars von Kameras mit einem Wellenlängenfilter ausgestattet, der selektiv von dem Paar von Beleuchtungsgeräten emittiertes Licht hindurchlässt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Bildaufnahmeeinrichtung: eine Vielzahl von Kameraeinrichtungen mit unterschiedlichen Empfindlichkeitscharakteristika; und eine Vielzahl von Beleuchtungseinrichtungen mit Charakteristika, die den Empfindlichkeitscharakteristika der Vielzahl von Kameraeinrichtungen entsprechen. Die Vielzahl von Kameraeinrichtungen und die Vielzahl von Beleuchtungseinrichtungen sind vor der Vielzahl von Beobachtern auf solch eine Weise angeordnet, dass diese Einrichtungen in der Richtung von vorne nach hinten bei der Vielzahl von Beobachtern verteilt sind. Da die Vielzahl von Beleuchtungseinrichtungen und die Vielzahl von Kameraeinrichtungen in der Richtung von vorne nach hinten bei einer Vielzahl von Beobachtern verteilt ist, können Bilder ungeachtet einer Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Beobachter und ungeachtet der von der Vielzahl der Beobachter eingenommenen Positionen angezeigt werden.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Vielzahl der Beleuchtungseinrichtungen und die Vielzahl der Kameraeinrichtungen sowohl in der Richtung von links nach rechts als auch in der Richtung von vorne nach hinten bei der Vielzahl von Beobachtern verteilt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Positionen von mit einem Bild eines Beobachters verbundenen hellen Punkten bzw. Leuchtpunkten erfasst, und dann wird das Paar von Gegenlichtbildern auf der Basis der erfassten Positionen von Leuchtpunkten erzeugt.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klar, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Teile durch die ganzen Figuren davon hindurch bezeichnen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die begleitenden Zeichnungen, die in der Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil davon bilden, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, zum Erklären der Prinzipien der Erfindung.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein erstes Beispiel eines herkömmlichen stereoskopischen Bildanzeigesystems illustriert.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein zweites Beispiel eines herkömmlichen stereoskopischen Bildanzeigesystems illustriert;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine erste Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb der ersten Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenverteilungen von Licht illustriert, das von Lichtquellen emittiert wird, die in der ersten Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht eines Bildaufnahmegeräts, das in der ersten Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb der ersten Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm, das eine zweite Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, das eine dritte Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm, das die Prinzipien der dritten Ausführungsform illustriert;
Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, das eine vierte Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 12 ist ein schematisches Diagramm, das eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein endoskopisches Beobachtungssystem illustriert;
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm, das eine fünfte Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 14A ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb der fünften Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 14B und 14C sind schematische Diagramme, die den Betrieb der fünften Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustrieren;
Fig. 15 ist ein schematisches Diagramm, das eine Modifikation der fünften Ausführungsform illustriert, in der die vorliegende Erfindung auf ein endoskopisches System angewendet wird;
Fig. 16 ist ein schematisches Diagramm, das eine sechste Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 17 ist ein schematisches Diagramm, das eine Anwendung der sechsten Ausführungsform auf ein endoskopisches System illustriert;
Fig. 18 ist ein schematisches Diagramm, das die siebte Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 19 ist ein schematisches Diagramm, das eine Anwendung der siebten Ausführungsform auf ein endoskopisches System illustriert;
Fig. 20 ist ein schematisches Diagramm, das eine achte Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 21 ist ein schematisches Diagramm, das eine neunte Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 22 ist ein schematisches Diagramm, das eine Anwendung der achten Ausführungsform auf ein endoskopisches System illustriert;
Fig. 23A und 23B sind schematische Diagramme, die ein Beispiel eines in der achten und der neunten Ausführungsform verwendeten Elements illustrieren;
Fig. 24A und 24B sind schematische Diagramme, die ein modifiziertes Beispiel des in den Fig. 23A und 23B gezeigten Elements illustrieren;
Fig. 25 ist ein schematisches Diagramm, das ein Anzeigesystem illustriert, in der Gegenlichtvorrichtungen verwendet werden, die in der Lage sind, Zweiniveaugegenlichtbilder anzuzeigen; und
Fig. 26A und 26B sind schematische Diagramme, die Vorteile der Gegenlichtvorrichtungen illustrieren, die in der Lage sind, Zweiniveaugegenlichtbilder anzuzeigen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen werden unten Anzeigesysteme zum Bereitstellen eines stereoskopischen Bildes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Erste Ausführungsform

Fig. 3 illustriert die Konstruktion einer ersten Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 3 gezeigt, enthält das stereoskopische Bildanzeigesystem:
Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a und 10b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen; Fresnellinsen 11a und 11b, als optische Elemente, mit einer Brennweite von 150 mm jeweils angeordnet an der Rückseite von jeder räumlichen Modulationsvorrichtung 10a und 10b; und Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b, die als Gegenlichtvorrichtungen zum Emittieren von Licht, das mit den Beobachtern verbundenen Bildern entspricht, dienen. Die Kathodenstrahlröhren 12a und 12b sind beide außerhalb der Brennweite beispielsweise an Positionen 160 mm von den Linsen 11a und 11b entfernt angeordnet, so dass die Linse 11a zwischen der Kathodenstrahlröhre 12a und der räumlichen Modulationsvorrichtung 10a angeordnet ist und die Linse 11a zwischen der Kathodenstrahlröhre 12b und der räumlichen Modulationsvorrichtung 10b angeordnet ist. Die Kathodenstrahlröhren 12a und 12b dienen als Gegenlichtvorrichtung. Das stereoskopische Bildanzeigesystem enthält auch LED-Lichtquellen 13a und 13b zum Emittieren von Licht mit Wellenlängen von 850 nm bzw. 950 nm, die als Beleuchtungsgeräte zum Beleuchten der Beobachter 16, 17 dienen.
Das stereoskopische Bildanzeigesystem enthält ferner: Schwarzweiß-CCD-Kameras 14a und 14b, die als Bildaufnahmegerät dienen; und einen halbdurchlässigen Spiegel 15 zum Kombinieren von auf räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a, 10b angezeigten Bildern in ein Bild bzw. zu einem Bild. In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen 16, 17 Beobachter, die das stereoskopische Bild beobachten.
Fig. 4 illustriert zwei Beobachter 16, 17, deren Gesichter mit einem Paar von LEDs 13a und 13b beleuchtet werden, die vor den Beobachtern angeordnet sind, worin Gesichtsflächen 20a mit der LED 13a beleuchtet werden und Gesichtsflächen 20b mit der LED 13b beleuchtet werden. Das heißt, die rechte Fläche 20a des Gesichts von jedem Beobachter wird mit einer Lichtquelle 13a beleuchtet, und die linke Fläche 20b des Gesichts von jedem Beobachter wird mit einer Lichtquelle 13b beleuchtet.
Fig. 5 illustriert Wellenlängencharakteristika von Licht, das von den LEDs 13a und 13b emittiert wird, worin die charakteristische Kurve 25a die Wellenlängenverteilung des von der LED 13a emittierten Lichts zeigt und die charakteristische Kurve 25b die Wellenlängenverteilung des von der LED 13b emittierten Lichts zeigt. Wie man sehen kann, emittiert die LED 13a Licht mit einer Peak-Intensität bei einer Wellenlänge von 850 nm, und die LED 13b emittiert Licht mit einer Peak- Intensität bei einer Wellenlänge von 950 nm. In Fig. 5 bezeichnen Zonen 26a und 26b solche Wellenlängenzonen, dass Wellenlängenfilter (später beschrieben), die an den jeweiligen Schwarzweiß-CCD-Kameras 14a und 14b befestigt sind, se lektiv Licht mit Wellenlängen innerhalb dieser Wellenlängenzonen hindurchlassen. Die Wellenlängen des von den LEDs 13a und 13b emittierten Lichts besitzen Verteilungen 25a und 25b mit Peaks bei 850 nm bzw. 950 nm, wie in Fig. 5 gezeigt, in denen die Intensitäten des Lichts in der überlappenden Zone kleiner sind als die Hälfte der Peak-Intensitäten. Das bedeutet, dass diese zwei Lichtquellen, die verschiedene Wellenlängen emittieren, voneinander unterschieden werden können.
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht der Schwarzweiß-CCD- Kamera 14a (und auch der CCD-Kamera 14b), umfassend eine Abbildungslinse 30, ein als ein Wellenlängenfilter dienendes Interferenzfilter 31a (31b), eine Bilderfassungsvorrichtung 32, die einen CCD-Chip enthält, eine Treiberschaltung 33 zum Betreiben der Bilderfassungsvorrichtung. In Fig. 6 gibt es auch einen Gegenstand bzw. ein Objekt 34 (in diesem Fall die Beobachter). Die CCD-Kamera 14a nimmt ein Bild eines Beobachters über das Wellenlängenfilter 31a (mit einer Transmissionszone von 850 nm ± 20 nm) auf, um ein Bild zu bilden, das nur die Fläche 20a (Fig. 4) enthält, auf die das Licht mit der Wellenlängenzone 26a (Fig. 5) projiziert wird. Andererseits nimmt die CCD-Kamera 14b ein Bild des Beobachters über das Wellenlängenfilter 31b (mit einer Transmissionszone von 950 nm ± 20 nm) auf, um ein Bild zu bilden, das nur die Fläche 20b (Fig. 4) enthält, auf die das Licht mit der Wellenlängenzone 26b (Fig. 5) projiziert wird. Auf diese Weise bilden die Kameras 14a, 14b Bilder der rechten bzw. der linken Flächen des Gesichts des Beobachters.
In dem Fall des in Fig. 3 gezeigten Systems werden die von den Kameras 14a, 14b gebildeten Bilder, das heißt, die Bilder der rechten Gesichtsflächen der Beobachter und die Bilder der linken Gesichtsflächen, jeweils zu den Kathodenstrahlröhren 12a und 12b übertragen und werden auf ihnen angezeigt.
In Fig. 7 sehen Beobachter virtuelle Bilder ihrer eigenen Gesichter (in ein Bild aufgenommen von den CCD-Kameras 14a, 14b in Fig. 3). Der Einfachheit halber illustriert Fig. 7 nur einen Satz aus der Schwarzweiß-CCD-Kamera 12a und der Linse 11a von den Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren (12a und 12b) und Linsen (ha und 11b). In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform werden die Bilder der Gesichter der Beobachter, die auf den Kathodenstrahlröhren 12a, 12b angezeigt werden, über die Linsen 11a und 11b in virtuelle Bilder umgewandelt und als Gegenlichtvorrichtungen, die die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung beleuchten, verwendet. Da der halbdurchlässige Spiegel und das Flüssigkristall- Anzeigegerät bzw. Flüssigkristall-Display nicht notwendig sind, um zu erklären, wie virtuelle Bilder von den Beobachtern gesehen werden, sind diese Elemente in Fig. 7 nicht gezeigt.
In Fig. 7 sind Flächen, die mit den Bezugszeichen 40, 41, 42, 43 bezeichnet sind, Bildflächen, die als Gegenlichtvorrichtungen dienen. Diese Flächen werden über die Linse 11a (11b) in virtuelle Bilder umgewandelt und wirken als Gegenlichtvorrichtungen, die die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 10a (10b) beleuchten.
Bezugnehmend auf die Fig. 3 bis 7 wird unten die Betriebsweise des auf die oben beschriebene Weise aufgebauten stereoskopischen Bildanzeigesystems beschrieben.
In Fig. 3 erhält man ein stereoskopisches Bild, das von den Beobachtern 16 und 17 beobachtet werden soll, folgendermaßen. Ein stereoskopisches Bild wird von zwei Zielbildern hergestellt, das heißt, eines, das auf dem Flüssigkristall- Anzeigegerät bzw. Flüssigkristall-Display 10a als ein Bild angezeigt wird, das mit dem rechten Auge von jedem Beobachter beobachtet werden soll, und eines, das in einer rechts-links- invertierten Form auf dem Flüssigkristall-Anzeigegerät 10b als ein Bild angezeigt wird, das mit dem linken Auge von je dem Beobachter beobachtet werden soll, worin diese zwei auf dem jeweiligen Anzeigegerät bzw. Display angezeigten Bilder über den halbdurchlässigen Spiegel 15 in ein Bild kombiniert werden. Der Grund dafür, weshalb das mit dem linken Auge zu beobachtende Bild auf dem Anzeigegerät 10b in der rechts- links-invertierten Form angezeigt wird, ist folgender. Während das mit dem rechten Auge zu beobachtende Bild einfach durch den Spiegel 15 hindurch geht, wird das mit dem linken Auge zu beobachtende Bild von dem Spiegel 15 reflektiert. Deshalb sollte das auf dem Anzeigegerät 10b angezeigte Bild im voraus invertiert werden, so dass die Beobachter ein nichtinvertiertes korrektes Bild haben können.
Die LEDs 13a und 13b sind auf der rechten bzw. der linken Seite vor den Beobachtern 16 und 17 angeordnet, so dass rechte Gesichtsflächen der Beobachter 16 und 17 mit der LED 13a beleuchtet werden und linke Gesichtsflächen der Beobachter 16 und 17 mit der LED 13b beleuchtet werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Wie in Fig. 6 gezeigt, haben die CCD-Kameras 14a und 14b Interferenzfilter 31a und 31b mit Transmissionswellenlängenzonen von 850 ± 20 nm bzw. 950 ± 20 nm, die zwischen den Bilderfassungsvorrichtungen 32 und den Bildlinsen 30 angeordnet sind, so dass Bilder des Gegenstandes bzw. Objektes 34 auf den Bilderfassungsvorrichtungen 32 auf solch eine Weise gebildet werden, dass Bilder nur von mit Licht mit Wellenlängen in den Zonen 26a bzw. 26b beleuchteten Flächen in Fig. 5 auf den entsprechenden Bilderfassungsvorrichtungen gebildet werden. Mit der oben beschriebenen Anordnung nimmt die CCD-Kamera 14a ein Bild nur von der in Fig. 4 gezeigten Fläche 20a auf, und somit wird das Bild der Fläche 20a auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a angezeigt. Andererseits nimmt die CCD-Kamera 14b ein Bild nur von der in Fig. 4 gezeigten Fläche 20b auf, und somit wird das Bild der Fläche 20b auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12b angezeigt. Die Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b zeigen Bilder der Beobachter 16 und 17 in einer mit den CCD- Kameras 14a und 14b aufgenommenen auf den Kopf stehenden Form an, worin sowohl die Helligkeit und der Kontrast, die mit den Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 14a und 14b verbunden sind, als auch die Öffnungsweiten der Blenden der CCD-Kameras 14a und 14b so eingestellt werden, dass von den Gesichtsflächen 20a und 20b Bilder mit großer Helligkeit angezeigt werden.
Bezugnehmend auf Fig. 7 wird die Funktion der Fresnellinse 11a (11b) beschrieben. Die Fresnellinse 11a ist an einer Stelle angeordnet, die es den Beobachtern 16 und 17 erlaubt, virtuelle Bilder von ihnen selbst zu sehen, die auf eine auf dem Kopf stehenden Weise auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12b angezeigt werden. Das heißt, die Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a ist an einer vorbestimmten entfernten Stelle außerhalb der Brennweite der Fresnellinse 11a angeordnet, so dass das rechte (linke) Auge des Beobachters 16 separat nur die Fläche 40 (41) des Bildschirms der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a sehen kann und das rechte (linke) Auge des Beobachters 17 separat nur die Fläche 42 (43) des Bildschirms der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a sehen kann, worin diese Flächen 40 und 42 (41 und 43) innerhalb der durch den effektiven Durchmesser der Fresnellinse 11a bestimmten Beschränkung vergrößert werden können.
In dieser Anordnung kann, wenn die Fläche 40 (42) hell ist, die Fläche 40 (42) als eine selektive Lichtquelle mit einem Durchmesser gleich dem effektiven Durchmesser der Fresnellinse 11a wirken, die nur für das rechte Auge des Beobachters 16 (17) wirkt. Dies bedeutet, dass die Fläche 40 als eine Gegenlichtvorrichtung für das rechte Auge des Beobachters 16 wirkt, und die Fläche 42 als eine Gegenlichtvorrichtung für das rechte Auge des Beobachters 17 wirkt. Wenn die Fläche 40 (42) hell ist, ist die Fläche 41 (43) dunkel. Deshalb empfängt das linke Auge nicht das von der Schwarzweiß- Kathodenstrahlröhre 12a emittierte Licht. Die Fresnellinse 11b funktioniert auf eine der Fresnellinse 11a ähnlichen Weise, so dass von der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12b emittiertes Licht nur die linken Augen erreichen kann. Somit wird die in Fig. 4 gezeigte rechte Fläche 20a des Gesichts des Beobachters 16 (und 17) auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a als die in Fig. 7 gezeigte Fläche 40 (42) angezeigt, so dass nur das rechte Auge des Beobachters 16 (und 17) das entsprechende helle virtuelle Bild sehen kann, und die in Fig. 4 gezeigte linke Fläche 20b des Gesichts wird auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12b als die in Fig. 7 gezeigte Fläche 41 (43) angezeigt, so dass nur das linke Auge des Beobachters 16 (und 17) das entsprechende helle virtuelle Bild sehen kann. In dieser Anordnung sollte, weil das auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12b angezeigte Bild wie in Fig. 3 gezeigt über den halbdurchlässigen Spiegel 15 gesehenen wird, das Bild zwischen rechts und links im voraus auf eine spiegelinvertierte Weise invertiert werden.
Gemäß der oben beschriebenen Funktion des Systems der vorliegenden Erfindung wird das Bild für das rechte Auge, oder das mit dem rechten Auge zu beobachtende Bild, das auf der Flüssigkristallvorrichtung 10a wie in Fig. 3 gezeigt angezeigt wird, von seiner Rückseite her beleuchtet, so dass das Bild für das rechte Auge nur mit den rechten Augen der Betrachter 16 und 17 gesehen werden kann, und wird das Bild für das linke Auge, oder das mit dem linken Auge zu beobachtende Bild, das auf der Flüssigkristallvorrichtung 10b angezeigt wird, von seiner Rückseite her beleuchtet wird, so dass das Bild für das linke Auge nur mit den linken Augen der Beobachter 16 und 17 gesehen werden kann. Als Folge davon können die Beobachter 16 und 17 ein Paar von Zielbildern sehen, die zur gleichen Zeit ein stereoskopisches Bild bilden. Auf diese Weise stellt das System der vorliegenden Erfindung stereoskopisches Sehen bereit. Selbst wenn sich der Beobachter 16 oder 17 bewegt, wird die Bewegung zu der Position des auf der Kathodenstrahlröhre 12 angezeigten Gesichtsbildes reflektiert, und das stereoskopische Sehen wird deshalb aufrecht erhalten.
In dieser Ausführungsform werden die Flüssigkristall-Anzeigegeräte vom Transmissionstyp als räumliche Modulationsvorrichtungen verwendet. Jedoch können alle Typen von räumlichen Modulationsvorrichtungen, die Licht hindurchlassen und Zielbilder anzeigen können, wie etwa Filme, auf denen Bilder aufgezeichnet sind, auch verwendet werden. Ferner werden LEDs als Lichtquellen in dieser Ausführungsform verwendet. Alternativ können alle Typen von Lichtquellen verwendet werden, die zwei verschiedene Lichtstrahlen bei infraroten Wellenlängen emittieren, wie etwa Tungsten-Halogenlampen, die ein Wellenlängenfilter zum Begrenzen der Wellenlängen innerhalb bevorzugter Gebiete besitzen. Ferner kann ein Prismen- System anstelle des halbdurchlässigen Spiegels zum Synthetisieren optischer Bilder verwendet werden.

Zweite Ausführungsform

Fig. 8 illustriert die Konstruktion einer zweiten Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 8 gezeigt, enthält das stereoskopische Bildanzeigesystem: Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen 10a und 10b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen; Fresnellinsen 11a und 11b mit einer Brennweite von 150 mm, von denen jede an der Rückseite von jeder räumlichen Modulationsvorrichtung 10a und 10b angeordnet ist; und Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b, die als Gegenlichtvorrichtungen dienen, um Lieht zu emittieren, das mit Beobachtern verbundenen Bildern entspricht. Die Kathodenstrahlröhren 12a und 12b sind beide gegenüber den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b über Linsen 11a und 11b an Positionen 160 mm von den Linsen 11a und 11b entfernt angeordnet. Das stereoskopische Bildanzeigesystem enthält auch: LEDs 13a und 13b, die als Lichtquelle zum Emittieren von Licht mit Wellenlängen von 850 nm bzw. 950 nm dienen; Schwarzweiß-CCD-Kameras 14a und 14b, die als Gerät zum Aufnehmen von Bildern dienen; und einen halbdurchlässigen Spiegel 15 zum Kombinieren von auf den räumli chen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b angezeigten Bildern in ein Bild. In Fig. 8 sind auch Beobachter 16 und 17 gezeigt, die ein stereoskopisches Bild beobachten.
Das stereoskopische Bildanzeigesystem enthält ferner eine Differenzbearbeitungseinheit 18 zum Berechnen der Differenz zwischen Bildsignalen, die man über ein Paar von Kameras 14a und 14b erhält.
Das auf die oben beschriebene Weise konstruierte stereoskopische Bildanzeigesystem arbeitet auf eine grundsätzlich ähnliche Weise wie das in der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, das oben in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben worden ist. Deshalb werden gleiche bzw. ähnliche oder entsprechende Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, und diese Elemente werden hier nicht wieder erklärt. Jedoch nur unterschiedliche Teile werden unten beschrieben. Mit Gesichtsbildern der Beobachter 16 und 17 verbundene Videosignale, die man separat über die Kameras 14a und 14b erhält, werden an die Differenzbearbeitungseinheit 18 angelegt. Die Differenzbearbeitungseinheit 18 berechnet die Differenz zwischen diesen Videosignalen und gibt das resultierende Signal an die Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b aus.
Wenn ein Hintergrundbildsignal mit X, das nur mit der linken Gesichtsfläche verbundene Bildsignal mit L, und das nur mit der rechten Gesichtsfläche verbundene Bildsignal mit R bezeichnet wird, dann kann das mit der rechten Gesichtsfläche verbundene Bildsignal A, das man mit der Kamera 14a erhält, geschrieben werden als
A = R + X,
und das mit der linken Gesichtsfläche verbundene Bildsignal B, das man mit der Kamera 14b erhält, kann geschrieben werden als
B = L + X.
Da es keinen gemeinsamen Teil zwischen dem Bildsignal R und dem Bildsignal L gibt, wird das Hintergrundbildsignal X
X = A · B (x bezeichnet den logischen UND-Operator).
Deshalb kann das nur mit der rechten Gesichtsfläche verbundene Bildsignal R durch Subtrahieren des Hintergrundsignals von dem mit der rechten Gesichtsfläche verbundenen Bildsignal A gewonnen werden, das heißt,
R = A - A · B.
Gleichermaßen kann das nur mit der linken Gesichtsfläche verbundene Bildsignal L durch Subtrahieren des Hintergrundsignals von dem mit der linken Gesichtsfläche verbundenen Bildsignal B gewonnen werden, das heißt,
L = B - A · B.
Die von der Bearbeitungseinheit 18 ausgeführte Differenzbearbeitung hat ein Herauskürzen des gemeinsamen Anteils zwischen dem über die Kamera 14a erhaltenen Bildes der rechten Gesichtsfläche und dem über die Kamera 14b erhaltenen Bildes der linken Gesichtsfläche zur Folge, und somit wird der Bildteil, der als Gegenlichtvorrichtung unangemessen ist, wie etwa das Hintergrundbild hinter den Beobachtern, entfernt. Im Prinzip gibt es andererseits keinen gemeinsamen Teil zwischen dem Bild der linken Gesichtsfläche und dem Bild der rechten Gesichtsfläche. Deshalb werden diese Bilder von der Bearbeitungseinheit 18 niemals eliminiert.

Dritte Ausführungsform

Fig. 9 illustriert die Konstruktion einer dritten Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. In den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen werden Positionen und Formen der Gegenlichtvorrichtungen durch mit Kameras erhaltene Gesichtsbilder von Beobachtern bestimmt. In dieser dritten Ausführungsform werden im Gegensatz dazu Ultraschallwellen auf die Beobachter zu abgestrahlt, und Gesichtsbilder (sogenannte "B- Modenbilder") der Beobachter werden aus Echosignalen von Ultraschallwellen erzeugt und als Gegenlichtbilder angezeigt.
Wie in Fig. 9 gezeigt, enthält das stereoskopische Bildanzeigesystem der dritten Ausführungsform: Flüssigkristall- Anzeigegeräte 10a und 10b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen; Fresnellinsen 11a und 11b mit einer Brennweite von 150 mm, die an den Rückseiten der räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a bzw. 10b angeordnet sind; Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b, die als Gegenlichtvorrichtungen zum Emittieren von den Bildern des Beobachters entsprechendem Licht dienen, wobei diese Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b gegenüber den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b über Linsen 11a und 11b an Positionen 160 mm von den Linsen 11a und 11b entfernt angeordnet sind; Ultraschallwellengeneratoren 27a und 27b, um Ultraschallwellen mit Frequenzen von 100 kHz bzw. 120 kHz in Richtung der Beobachter 16 und 17 zu erzeugen; Ultraschallwellendetektoren 28a und 28b zum Erfassen von mit den Ultraschallwellengeneratoren erzeugten Ultraschallwellen, wobei der Ultraschallwellendetektor 28a selektiv das Echosignal der Ultraschallwelle mit einer Frequenz entsprechend der des Ultraschallwellengenerators 27a erfasst, und der Ultraschallwellendetektor 28b selektiv das Echosignal der Ultraschallwelle mit einer Frequenz entsprechend der des Ultraschallwellengenerators 27b erfasst; einen halbdurchlässigen Spiegel 15, um auf den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b angezeigte Bilder zu einem Bild zu kombinieren; und eine Ultraschallwellenbild-Ausgabevorrichtung 29. In Fig. 9 bezeichnen die Bezugszeichen 45a und 45b Bilder der rechten Gesichtsflächen des Beobachters 16 bzw. 17, angezeigt auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a, das heißt, diese Flächen sind lichtemittierende Flächen der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a.
Das auf die oben beschriebene Weise konstruierte stereoskopische Bildanzeigesystem arbeitet auf eine grundsätzlich ähnliche Weise wie das in der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die vorher in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben worden ist. Deshalb werden gleiche bzw. ähnliche oder entsprechende Bezugszeichen mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, und diese Elemente werden hier nicht wieder erklärt. Unten werden jedoch nur unterschiedliche Teile beschrieben.
Ultraschallwellen mit zwei verschiedenen Wellenlängen, die von den Ultraschallwellengeneratoren 27a und 27b erzeugt werden, werden von den Beobachtern 16 und 17 reflektiert, und reflektierte Ultraschallwellen werden von den Ultraschallwellendetektoren 28a und 28b erfasst. Fig. 10 illustriert das Arbeitsprinzip der dritten Ausführungsform. In Fig. 10 sind der Ultraschallwellengenerator 27a und der Ultraschallwellendetektor 28a so angeordnet, dass der Ultraschallwellendetektor 28a als horizontale Querschnittsinformation die Ultraschallwelle, die in einer horizontalen Richtung von dem Ultraschallwellengenerator 27a erzeugt worden ist und von dem Gesicht des Beobachters reflektiert wird, erfassen kann. Gleichermaßen sind der Ultraschallwellengenerator 27b (der unter dem Generator 27a angeordnet ist) und der Ultraschallwellendetektor 28b so angeordnet, dass der Ultraschallwellendetektor 28b als horizontale Querschnittsinformation die Ultraschallwelle, die in einer horizontalen Richtung von dem Ultraschallwellengenerator 27b erzeugt und von dem Gesicht des Beobachters reflektiert wird, erfassen kann.
Insbesondere erzeugen die Ultraschallwellengeneratoren 27a und 27b Ultraschallwellen und tasten diese erzeugten Ultraschallwellen in den horizontalen Richtungen ab. Die von den Generatoren 27a und 27b erzeugten Ultraschallwellen werden von den Beobachtern, die sich zwischen den horizontalen Querschnitten, die einen vorbestimmten Abstand haben, befinden reflektiert, und werden dann von den Detektoren 28a und 28b erfasst. Die Positionen der Gesichter des Beobachters erhält man durch Analysieren der erfassten Echosignale.
Die Ausgänge der Ultraschallwellendetektoren 28a und 28b sind mit der Bildausgabevorrichtung 29 verbunden. Aus den Echosignalen der von den Ultraschallwellendetektoren 28a und 28b erzeugten Echosignale bestimmt die Bildausgabevorrichtung 29 die Position des Gesichts des Beobachters, und dann werden vorbestimmte Bilder für das rechte und das linke Auge in Flächen der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b angezeigt, wobei die Positionen dieser Flächen in Übereinstimmung mit den vorbestimmten Positionen zugewiesen werden. Es ist leicht, nur solche Flächen, die dem Gesicht des Beobachters entsprechen, hell zu machen, während die anderen Flächen vollständig dunkel gehalten werden. Deshalb ist es möglich, ein Quersprechen bzw. Übersprechen zwischen rechten und linken Bildern zu verhindern, bei dem das linke Auge (rechte Auge) eine schwache Wahrnehmungsfähigkeit des Bildes für das rechte Auge (linke Auge) herrührend von einer Störung im Licht erhält.

Vierte Ausführungsform

Eine unten beschriebene vierte Ausführungsform ist eine von der ersten Ausführungsform abgeleitete verbesserte Modifikation. Fig. 11 illustriert die Konstruktion der vierten Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 11 gezeigt, enthält das stereoskopische Bildanzeigesystem der vierten Aus führungsform: Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a und 10b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen; Fresnellinsen 11a und 11b mit einer Brennweite von 150 mm, die an den Rückseiten der räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a bzw. 10b angeordnet sind; Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b, die als Gegenlichtvorrichtungen zum Emittieren von den Bildern des Beobachters entsprechendem Licht dienen, wobei diese Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b gegenüber den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b über Linsen 11a und 11b an Positionen 160 mm von den Linsen 11a und 11b entfernt angeordnet sind; LED-Lichtquellen 35a und 35b, von denen jede eine lichtabschirmende Abdeckung 36 besitzt, die als Beleuchtungslichtquellen dienen, die Licht mit Wellenlängen von 850 nm bzw. 950 nm emittieren, wobei diese LED-Lichtquellen 35a und 35b an dem Kopf eines jeden Beobachters mit einem Kopfband befestigt sind; Schwarzweiß-CCD-Kameras 14a und 14b, die als Bildaufnahmegerät dienen; und einen halbdurchlässigen Spiegel 15, um auf den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a, 10b angezeigte Bilder in ein Bild bzw. zu einem Bild zu kombinieren. In Fig. 11 sind auch Beobachter 16 und 17 gezeigt, die ein stereoskopisches Bild beobachten.
Das auf die oben beschriebene Weise konstruierte stereoskopische Bildanzeigesystem arbeitet auf eine grundsätzlich ähnliche Weise wie das in der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die vorher in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben worden ist. Deshalb werden gleiche bzw. ähnliche oder entsprechende Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, und diese Elemente werden hier nicht wieder erklärt. Unten werden jedoch nur unterschiedliche Teile beschrieben. Wie oben beschrieben werden LED-Lichtquellen 35a und 35b am Kopf eines jeden Beobachters 16 und 17 befestigt. Dies stellt sicher, dass die rechte Fläche und die linke Fläche des Gesichts eines jeden Beobachters mit LED- Lichtquellen 35a bzw. 35b beleuchtet werden. In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden die Gesichter der Beobachter mit Lichtquellen 13 beleuchtet, die an festen Orten angebracht sind. Als Folge davon wird es, wenn sich ein Beobachter zu einer Stelle bewegt, die nicht von den Lichtquellen 13 überdeckt werden kann, unmöglich, korrekte Gegenlichtbilder zu erzeugen. Im Gegensatz dazu haben die Lichtquellen 35 gemäß der vierten Ausführungsform lockerere Beschränkungen als die Lichtquellen 13 der ersten Ausführungsform, und die Lichtquellen 35 können eine weitere bzw. größere Fläche abdecken, in der es den Beobachtern erlaubt ist, sich zu bewegen. Lichtabschirmende Abdeckungen 36 werden verwendet, um zu verhindern, dass ein Lichtstrahl, der von einer an einem Beobachter befestigten Lichtquelle emittiert wird, einen anderen Beobachter erreicht.

Anwendung auf ein Endoskop

Fig. 12 illustriert die Konstruktion einer Anwendung der vierten Ausführungsform auf ein Endoskop. Wie in Fig. 12 gezeigt, enthält das System: Objektivlinsen 50a und 50b zum Aufnehmen von Bildern eine s Gegenstands bzw. Objektes; Linsentuben 51a und 51b mit optischen Systemen zum Transmittieren bzw. Übertragen der oben erhaltenen Bilder, wobei diese Linsentuben 51a und 51b unter einem Winkel angeordnet sind, der einem Konvergenzwinkel der Augen des Beobachters entspricht; CCD-Kameras 52a und 52b; und ein stereoskopisches Bildanzeigesystem 53 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das vorher in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben worden ist.
Das auf die oben beschriebene Weise konstruierte Endoskopsystem arbeitet folgendermaßen: Über Objektivlinsen 50a und 50b aufgenommene Bilder eines Gegenstands werden durch Linsentuben 51a und 51b hindurch transmittiert, die einen Konvergenzwinkel besitzen, der für stereoskopisches Sehen eingestellt ist, so dass ein Bild für das rechte Auge (zu beobachten mit einem rechten Auge) und ein Bild für das linke Auge (zu beobachten mit einem linken Auge) auf CCD-Kameras 52a bzw. 52b entstehen, um dadurch stereoskopisches Sehen in dem Endoskop bereitzustellen. Die oben beschriebenen zwei Bilder werden auf die Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a bzw. 10b des stereoskopischen Bildanzeigesystems 53 angewendet und werden auf ihnen als ein Paar von Bildern angezeigt, wobei ein stereoskopisches Bild gebildet wird, das stereoskopisches Sehen, das mit dem Bild, das mit dem obigen Endoskop aufgenommen wird, verbunden ist, einer großen Anzahl von Beobachtern gemäß den wie oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschriebenen Funktionen des stereoskopischen Bildanzeigesystems 53 bereitstellt.

Fünfte Ausführungsform

Eine unten beschriebene fünfte Ausführungsform verwendet nur eine Kamera.
Fig. 13 illustriert die Konstruktion der fünften Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems, das folgendes umfasst: Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a und 10b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen; Fresnellinsen 11a und 11b mit einer Brennweite von 150 mm, die als optische Linsen dienen und jeweils an den Rückseiten der räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b angeordnet sind; Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b, die als Gegenlichtvorrichtungen zum Emittieren von den Bildern des Beobachters entsprechendem Licht dienen, wobei diese Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b gegenüber den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b über Linsen 11a und 11b an Positionen 160 mm von den Linsen 11a und 11b entfernt angeordnet sind; eine CCD-Kamera 14, die als ein Bildaufnahmegerät dient; und einen halbdurchlässigen Spiegel 15 zum Kombinieren von auf den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b angezeigten Bildern in ein Bild. In Fig. 13 sind auch die Beobachter 16 und 17, die ein stereoskopisches Bild beobachten, gezeigt.
Das auf die oben beschriebene Weise aufgebaute stereoskopische Bildanzeigesystem arbeitet auf eine grundsätzlich ähnliche Weise wie das in der oben in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen ersten Ausführungsform. Deshalb werden gleiche bzw. ähnliche oder entsprechende Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, und diese Elemente werden hier nicht noch einmal erklärt. Unten werden jedoch nur unterschiedliche Teile beschrieben. Ein stereoskopisches Bild, das von den in Fig. 13 gezeigten Beobachtern 16 und 17 beobachtet werden soll, wird aus zwei Bildern hergestellt, von denen das eine auf dem Flüssigkristall-Anzeigegerät 10a als ein Bild angezeigt wird, das mit dem rechten Auge eines jeden Beobachters betrachtet werden soll, und das andere in einer rechts-links-invertierten Form auf dem Flüssigkristall-Anzeigegerät 10b als ein Bild angezeigt wird, das mit dem linken Auge eines jeden Beobachters betrachtet werden soll, wobei diese beiden auf den jeweiligen Anzeigegeräten angezeigten Bilder über den halbdurchlässigen Spiegel 15 zu einem Bild kombiniert werden. Die CCD-Kamera 14 nimmt ein Bild der Beobachter von vorne her gesehen auf. Ein erhaltenes Bildsignal wird an die Bildbearbeitungseinheit 90 angelegt. Diese Bildbearbeitungseinheit 90 gewinnt Konturen 20, 21 der Gesichter der Beobachter, und erfasst dann die Flächenschwerpunkte 22 und 23 dieser von den Konturen 20 bzw. 21 umgebenen Flächen.
Die Fig. 14A, 14B und 14C illustrieren, wie mit der CCD- Kamera 14 aufgenommene Bilder der Beobachter 16 und 17 von der Bildbearbeitungseinheit 90 bearbeitet werden.
Wenn von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) emittiertes Licht nur auf die Gesichter von Beobachtern projiziert wird, dann besteht ein mit der Kamera 14 erhaltenes Bild hauptsächlich aus den Gesichtern der Beobachter. In Fig. 14A bezeichnen die Bezugszeichen 20 und 21 Konturen der Beobachter. Die Bildbearbeitungseinheit 90 führt eine Randgewinnungsbearbeitung ("edge-extraction processing") an dem von der Kamera 14 ausgegebenen Bildsignal aus (unter Verwendung beispielsweise eines Laplace-Filters), so dass sein Rand gewonnen wird.
Die Bildbearbeitungseinheit 90 berechnet Flächen von Gebieten, die von den Konturen 22 bzw. 23 umgeben sind, und bestimmt ferner den Flächenmittelpunkt, der mit jedem Gebiet (Gesichtsgebiet), das von den Konturen 20 und 21 umgeben ist, verbunden ist. Die erhaltene Position des Flächenmittelpunktes von jedem von den Konturen 20 bzw. 21 umgebenen Gebiet wird in Fig. 14 mit den Bezugszeichen 22 und 23 bezeichnet.
In Fig. 14B bezeichnen die Bezugszeichen 30 und 31 Bilder, die den rechten Flächen der von den Konturen 20 bzw. 21 umgebenen Gesichtsbereiche entsprechen, wobei diese Bilder 30 und 31 auf der Basis der Flächenmittelpunkte 22 bzw. 23 erzeugt werden.
Gleichermaßen bezeichnen die Bezugszeichen 32 und 33 in Fig. 14C linken Flächen von Gesichtsbereichen entsprechende Bilder, die auf der Basis der Flächenmittelpunkte 22 und 23 erzeugt werden. In der obigen Bearbeitung sind die Formen der Gesichter der Beobachter bekannt. Bilder 30, 31, 32 und 33 werden aus einem Bild mit einer Form ähnlich der eines menschlichen Gesichts, das im voraus vorbereitet worden ist und in der Bildbearbeitungseinheit 90 abgespeichert ist, erzeugt. Nach dem Bestimmen jeder Position des Flächenmittelpunkts erzeugt die Bildbearbeitungseinheit 90 Bilder auf solch eine Weise, dass die bestimmten Positionen Mittelpunkte der jeweiligen Bilder werden.
Die graphischen Bilder 30, 31, 32 und 33 können dazu dienen, als Gegenlichtvorrichtungen für das LCD-Anzeigegerät 10 zu arbeiten, und sie müssen deshalb keine menschliche Gesichter repräsentierende Figuren sein.
Die Bildbearbeitungseinheit 90 unterteilt ferner jede Gesichtskontur 20, 21 in rechte und linke Flächen unter Anwen dung beider Flächenmittelpunkte 22, 23 als Symmetriezentrum, und erzeugt Gesichtshälftenbilder 30, 31 und 32, 33 wie in den Fig. 14B und 14C gezeigt. Die Bilder 30, 31 werden mit großer Helligkeit in einer auf dem Kopf stehenden Weise auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a angezeigt, während die Bilder 32, 33 mit großer Helligkeit in einer sowohl auf dem Kopf stehenden Weise als auch in einer rechts-links-invertierten Weise auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12b angezeigt werden. Der Grund dafür, weshalb die Bilder 32 und 33 auf dem Anzeigegerät 10b nicht nur in der auf dem Kopf stehenden Weise sondern auch in der rechts-links-invertierten Weise wie bei Spiegelbildern angezeigt werden, ist, dass diese Bilder 32 und 33 von dem halbdurchlässigen Spiegel 15 reflektiert und dann von den Beobachtern betrachtet werden. Deshalb sollte selbstverständlich bei dem auf dem Flüssigkristall-Anzeigegerät 10b angezeigten Bild auch wie bei Spiegelbildern zwischen rechts und links invertiert sein.
Gemäß der oben beschriebenen Funktion der vorliegenden Ausführungsform wird ein Zielbild für rechte Augen, das auf dem Flüssigkristall-Anzeigegerät 10a wie in Fig. 13 gezeigt angezeigt wird, von seiner Rückseite her beleuchtet, so dass das Bild nur mit den rechten Augen der Beobachter 16 und 17 gesehen werden kann, während ein Zielbild für linke Augen, das auf dem Flüssigkristall-Anzeigegerät 10b angezeigt wird, von seiner Rückseite her beleuchtet wird, so dass das Bild für die linken Augen nur mit den linken Augen der Beobachter 16 und 17 gesehen werden kann. Diese rechten und linken Zielbilder werden über den halbdurchlässigen Spiegel 15 zu einem Bild kombiniert, so dass eine Serie aus einem Paar von Zielbildern betrachtet werden kann. Auf diese Weise stellt das System stereoskopisches Sehen ohne Flimmern für beide Beobachter zur gleichen Zeit bereit.
Selbst wenn sich die Beobachter 16 und 17 bewegen, wird trotzdem das stereoskopische Sehen bereitgestellt, solange wie sich der Beobachter in einem Bereich befindet, der es der CCD-Kamera 14 erlaubt, ein Bild des Beobachters aufzunehmen.
In diesem Beispiel wird ein Bild für die rechten Augen auf dem Flüssigkristall-Anzeigegerät 10a angezeigt. Jedoch kann eine ähnliche Funktion selbst dann erzielt werden, wenn jede Bedingung zwischen rechts und links invertiert wird.
In der obigen fünften Ausführungsform werden die Flüssigkristall-Anzeigegeräte vom Transmissionstyp als die räumlichen Modulationsvorrichtungen verwendet. Jedoch kann jede Art von räumlicher Modulationsvorrichtung, die Licht hindurchlassen und ein Zielbild anzeigen kann, wie etwa ein Film, auf dem ein Bild aufgezeichnet ist, auch verwendet werden.

Anwendung der fünften Ausführungsform auf ein Endoskop

Fig. 15 illustriert die Konstruktion einer fünften Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems, angewendet auf ein Endoskop. Wie in Fig. 15 gezeigt enthält das System: Objektivlinsen 50a und 50b zum Aufnehmen von Bildern eines Gegenstandes bzw. Objektes; Linsentuben 51a und 51b mit optischen Systemen zum Transmittieren bzw. Übertragen der oben erhaltenen Bilder, wobei diese Linsentuben 51a und 51b unter einem Winkel angeordnet sind, der einem Konvergenzwinkel der Augen des Beobachters entspricht; CCD-Kameras 52a und 52b; und ein oben in Verbindung mit Fig. 13 beschriebenes stereoskopisches Bildanzeigesystem 54.
Das auf die oben beschriebene Weise aufgebaute Endoskopsystem arbeitet folgendermaßen. Zwei über die Objektivlinsen 50a und 50b aufgenommene Bilder eines Gegenstands werden durch die Linsentuben 51a und 51b mit dem für stereoskopisches Sehen eingestellten Konvergenzwinkel hindurch transmittiert, so dass jeweils ein Bild für die rechten Augen und ein Bild für die linken Augen auf den CCD-Kameras 52a und 52b gebildet wird, um dadurch ein stereoskopisches Sehen in dem Endoskop bereitzustellen. Die oben beschriebenen zwei Bilder werden auf die Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a bzw. 10b des stereoskopischen Bildanzeigesystems 54 angewendet und auf ihnen als ein Paar von Zielbildern angezeigt, um stereoskopisches Sehen, das mit dem mit dem obigen Endoskop aufgenommenen Bild verbunden ist, einer großen Anzahl von Beobachtern gemäß der wie oben in Verbindung mit der vierten Ausführungsform beschriebenen Funktion des stereoskopischen Bildanzeigesystems 53 bereitzustellen.
Bilderfassungsvorrichtungen 52a und 52b in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch angrenzend an die Objektivlinsen 50a bzw. 50b angeordnet sein, so dass Bilder repräsentierende elektrische Signale von diesen Bilderfassungsvorrichtungen erzeugt werden und dann durch die Linsentuben 51a und 51b hindurch transmittiert werden, wodurch es möglich wird, die für eine spezifische Anwendung geeigneteren Gestalten der Linsentuben frei auszuwählen.

Sechste Ausführungsform

In den obigen ersten bis fünften Ausführungsformen wird angenommen, dass es eine Vielzahl von Beobachtern Seite an Seite entlang einer Linie gibt. Jedoch gibt es in vielen praktischen Anwendungen auch Beobachter hintereinander.
Gemäß einer unten beschriebenen sechsten Ausführungsform wird stereoskopisches Sehen auch für solche Beobachter, die sich hintereinander befinden, bereitgestellt.
Fig. 16 illustriert die Konstruktion der sechsten Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems, das folgendes umfasst: Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a und 10b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen; Fresnellinsen 11a und 11b mit einer Brennweite von 150 mm, die an den Rückseiten der räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a bzw. 10b angeordnet sind; Schwarzweiß-Katho denstrahlröhren 12a und 12b, die als Gegenlichtvorrichtungen zum Emittieren von Licht, das den Bildern eines Beobachters entspricht, dienen, wobei diese Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b gegenüber den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b über Linsen 11a und 11b an Positionen 160 mm von den Linsen 11a und 11b entfernt angeordnet sind; LED-Lichtquellen 13a, 13b, 13c und 13d, die als Beleuchtungslichtquellen zum Emittieren von Licht mit Wellenlängen von 900 nm, 850 nm, 950 nm bzw. 800 nm dienen; Schwarzweiß-CCD- Kameras 14a, 14b, 14c und 14d, die als Geräte zum Aufnehmen von Bildern dienen; einen halbdurchlässigen Spiegel 15, um auf den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b angezeigte Bilder zu einem Bild zu kombinieren; und Signalbearbeitungsschaltungen 80a und 80b. In dieser Anordnung beleuchten die LED 13a und die LED 13b hauptsächlich die Beobachter #1 und #2 in der Nähe des Systems, und die LED 13c und die LED 13d beleuchten hauptsächlich einen Beobachter #3 an einer rückwärtigen Position. Die CCD-Kameras 14a, 14b, 14c und 14d sind mit Wellenlängenfiltern mit Wellenlängen von 900 ± 10 nm, 850 ± 10 nm, 950 ± 10 nm bzw. 800 ± 10 nm ausgestattet, so dass sie Bilder nur von mit den LEDs 13a, 13b, 13c bzw. 13d beleuchteten Gesichtern der Beobachter aufnehmen können. Mit den Gesichtsbildern der Beobachter #1, #2 und #3 verbundene Videosignale werden an die Signalbearbeitungsschaltungen 80a und 80b angelegt. Die Signalbearbeitungsschaltung 80a führt eine Bearbeitung durch, die erforderlich ist, um Bilder von Beobachtern, die mit der Schwarzweiß-CCD-Kamera 14a aufgenommen werden (Bilder der Beobachter #1 und #2 in diesem Fall) und ein Bild eines Beobachters, das mit der Schwarzweiß-CCD-Kamera 14c aufgenommen wird (ein Bild des Beobachters #3 in diesem Fall) auf dem Bildschirm der Schwarzweiß- Kathodenstrahlröhre 12a auf eine solche Weise anzuzeigen, dass diese Bilder einander überlagert werden oder separat angezeigt werden. Die Signalbearbeitungsschaltung 80b führt eine Bearbeitung aus, die erforderlich ist, um Bilder der Beobachter, die mit der Schwarzweiß-CCD-Kamera 14b aufgenommen werden (Bilder der Beobachter #1 und #2 in diesem Fall) und ein Bild eines Beobachters, das mit der Schwarzweiß-CCD-Kamera 14d aufgenommen wird (ein Bild des Beobachters #3 in diesem Fall) auf dem Bildschirm der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12b auf eine solche Weise anzuzeigen, dass diese Bilder einander überlagert werden oder in separaten Bereichen angezeigt werden.
In dem Fall, wo Bilder von Beobachtern in separaten Bereichen angezeigt werden, entsprechen diese Bereiche Beleuchtungsbereichen, die den jeweiligen LEDs in Abhängigkeit ihrer Stellungen in der Richtung von vorne nach hinten zugeordnet sind, so dass die LEDs nur rechte (oder linke) Gesichtsflächen der Beobachter, die Positionen in den jeweiligen Beleuchtungsbereichen einnehmen, beleuchten können.
Das heißt, die LED-Lichtquelle 13a beleuchtet die rechte Gesichtsfläche der Beobachter #1 und #2, und man erhält Bilder dieser rechten Gesichtsflächen über die CCD-Kamera 14a. Die LED-Lichtquelle 13b beleuchtet die linken Gesichtsflächen der Beobachter #1 und #2, und man erhält Bilder dieser linken Gesichtsflächen über die CCD-Kamera 14b. Auf ähnliche Weise beleuchtet die LED-Lichtquelle 13c die rechte Gesichtsfläche des Beobachters #3, und man erhält das Bild dieser rechten Gesichtsfläche über die CCD-Kamera 14c. Ferner beleuchtet die LED-Lichtquelle 13d die linke Gesichtsfläche des Beobachters #3, und man erhält das Bild dieser linken Gesichtsfläche über die CCD-Kamera 14d. Die erhaltenen Bilder der rechten Gesichtsflächen der einzelnen Beobachter werden auf die Signalbearbeitungsschaltung 80a angewendet, und die erhaltenen Bilder der linken Gesichtsflächen der Beobachter werden auf die Signalbearbeitungsschaltung 80b angewendet.
Von den Beobachtern #1-#3 werden die Beobachter #1 und #2, die vordere Positionen einnehmen, mit den LEDs 13a und 13b beleuchtet. Andererseits wird der Beobachter #3, der eine rückwärtige Position einnimmt, mit den LEDs 13c und 13d beleuchtet. Wie man aus diesem spezifischen Beispiel ersehen kann, sind eine Vielzahl von LEDs in der Richtung von vorne nach hinten angeordnet, so dass eine ungefähr gleiche Beleuchtung den vielen Beobachtern, die verschiedene Positionen in der Richtung von vorne nach hinten einnehmen, bereitgestellt wird. Deshalb können sich die Beobachter innerhalb einer weiten Fläche bewegen, und eine große Anzahl von Leuten können Beobachter sein.
In dieser sechsten Ausführungsform, in der vier LEDs (13a-13d) mit unterschiedlichen Frequenzbändern verwendet werden, werden vier Bildaufnahmegeräte (14a-14d) bereitgestellt, die Charakteristika besitzen, die denjenigen dieser LEDs entsprechen. Jedoch, wenn eine Kamera verfügbar ist, die eine Vielzahl von Frequenzbändern auflösen kann und die entsprechende Bilder aufnehmen kann, ist diese einzelne Kamera genug, um alle erforderlichen Funktionen auszuüben.
Ferner kann die Technik der mit den rechten und linken Gesichtsflächen verbundenen Differenzbearbeitung, die oben in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, auch auf diese sechste Ausführungsform angewendet werden.

Anwendung auf ein Endoskop

Fig. 17 illustriert ein System, in dem das stereoskopische Bildanzeigesystem gemäß der obigen sechsten Ausführungsform auf ein Endoskop angewendet ist. Wie in Fig. 22 gezeigt, enthält das System: Objektivlinsen 50a und 50b zum Aufnehmen von Bildern eines Gegenstands; Linsentuben 51a und 51b mit optischen Systemen zum Transmittieren bzw. Übertragen der oben erhaltenen Bilder, wobei diese Linsentuben 51a und 51b unter einem Winkel angeordnet sind, der einem Konvergenzwinkel der Augen des Beobachters entspricht; und CCD-Kameras 52a und 52b.
Das Endoskop arbeitet auf eine Weise ähnlich zu der in den Endoskopen gemäß den vorherigen Ausführungsformen.

Siebte Ausführungsform

Fig. 18 illustriert die Konstruktion einer siebten Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems gemäß der vorliegenden Erfindung, enthaltend: Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a und 10b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen; Fresnellinsen 11a und 11b mit einer Brennweite von 150 mm, die an den Rückseiten der räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a bzw. 10b angeordnet sind; Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b, die als beleuchtende Bildanzeigevorrichtungen dienen, die als Beleuchtungslichtquelle wirkend Licht emittieren, wobei diese Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b gegenüber den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b über Linsen 11a und 11b an Positionen 160 mm von den Linsen 11a und 11b entfernt angeordnet sind; eine LED-Lichtquelle 13, die als eine Beleuchtungslichtquelle einer Wellenlänge von 850 nm dient; eine Schwarzweiß-CCD-Kamera 14, die als ein Bildaufnahmegerät dient; und einen halbdurchlässigen Spiegel 15, um auf den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b angezeigte Bilder in ein bzw. zu einem Bild zu kombinieren. In Fig. 18 sind auch die Beobachter 16 und 17 gezeigt, die ein stereoskopisches Bild beobachten.
Außerdem enthält das System auch: ein Schwarzweiß- Flüssigkristall-Anzeigegerät 83 zum Anzeigen von Gesichtsbildern, die man über die Schwarzweiß-CCD-Kamera 14 erhält; und einen Leuchtpunkt-Koordinatendetektor 82 zum Erfassen von Pixeln oder Leuchtpunkten, die das auf dem Schwarzweiß- Flüssigkristall-Anzeigegerät 83 angezeigte Bild bilden. Die erfassten Positionskoordinaten der Leuchtpunkte werden zu einer Bildausgabevorrichtung 81 übertragen. Diese Leuchtpunkte wirken als Maß bzw. Meßwerte, das bzw. die die Positionen der Beobachter und ihre Gesichtsgrößen anzeigt bzw. anzeigen. Die Bildbearbeitungseinheit 81 bestimmt die Gesichtsgrößen der Beobachter aus der Anzahl von mit dem Detektor 82 erfassten Leuchtpunkten, und bestimmt sowohl Bilder für das rechte Auge als auch Bilder für das linke Auge mit Größen, die den obigen Gesichtsgrößen entsprechen. Diese Bilder sind im voraus vorbereitet worden und sind in der Bildbearbeitungseinheit 81 gespeichert.
Die Bildbearbeitungseinheit 81 berechnet die Positionen der Gesichter der Beobachter aus den Positionskoordinaten der Leuchtpunkte. Wenn Beobachter ein Bild beobachten, sind ihre Gesichter gewöhnlich in einer aufrechten Stellung. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache bestimmt die Bildbearbeitungseinheit 81 die Mittellinien der Gesichter aus den Verteilungen der erfassten Leuchtpunkte. Dann zeigt die Bildbearbeitungseinheit 81 die oben beschriebenen Bilder für rechte und linke Augen auf den Bildschirmen der Kathodenstrahlröhren 12a bzw. 12b in auf die oben beschriebene Weise berechneten Positionen an.
In Fig. 18 sind die Bilder 44a und 44b, die auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a angezeigt werden, solche Bilder, die mit der Bildbearbeitungseinheit 81 aus den Bildern der Beobachter 16 und 17 gemäß dem oben beschriebenen Vorgang bestimmt werden, wobei diese Bilder 44a und 44b als Gegenlichtvorrichtungen zum Beleuchten eines mit den rechten Augen der Beobachter 16 und 17 gesehenen Bildes wirken.
Andererseits werden Bilder, die als Gegenlichtvorrichtungen dienen, die ein mit den linken Augen der Beobachter 16 und 17 gesehenes Bild beleuchten, in einer spiegelbildlichen Weise auf der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12b angezeigt.
Wie oben beschrieben werden Bilder, die als Gegenlichtvorrichtungen für rechte und linke Augen wirken, von der Bildausgabevorrichtung 81 erzeugt, und werden auf den Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b an den Positionen angezeigt, die den mit dem Leuchtpunk-Koordinatendetektor 82 erfassten Positionskoordinaten der Beobachter 16 und 17 entsprechen. Was die Lichtquelle und die Kamera angeht, benötigt das System dieser siebten Ausführungsform nur eine Lichtquelle und eine Kamera.

Anwendung auf ein Endoskop

Fig. 19 illustriert die Konstruktion eines Systems, in dem die siebte Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems auf ein Endoskop angewendet wird. Wie in Fig. 19 gezeigt, enthält das System: Objektivlinsen 50a und 50b zum Aufnehmen von Bildern eines Gegenstands; Linsentuben 51a und 51b mit optischen Systemen zum Transmittieren bzw. Übertragen der oben erhaltenen Bilder, wobei diese Linsentuben 51a und 51b unter einem Winkel angeordnet sind, der einem Konvergenzwinkel der Augen eines Beobachters entspricht; und CCD- Kameras 52a und 52b; und ein stereoskopisches Bildanzeigesystem 57 der oben in Verbindung mit Fig. 18 beschriebenen siebten Ausführungsform.
Das auf die oben beschriebene Weise aufgebaute Endoskopsystem arbeitet folgendermaßen. Zwei über die Objektivlinsen 50a und 50b aufgenommene Bilder eines Gegenstands bzw. Objektes werden durch die Linsentuben 51a und 51b mit dem für stereoskopisches Sehen eingestellten Konvergenzwinkel hindurch transmittiert, so dass ein Bild für rechte Augen und ein Bild für linke Augen auf den CCD-Kameras 52a bzw. 52b gebildet wird, um dadurch ein stereoskopisches Sehen in dem Endoskop bereitzustellen. Die oben beschriebenen zwei Bilder werden auf die Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a bzw. 10b des stereoskopischen Bildanzeigesystems 57 angewendet und auf ihnen als ein Paar von Zielbildern angezeigt, um ein stereoskopisches Sehen, das mit dem mit dem obigen Endoskop aufgenommenen Bild verbunden ist, einer großen Anzahl von Beobachtern gemäß den Funktionen des wie oben in Verbindung mit der vierten Ausführungsform beschriebenen stereoskopischen Bildanzeigesystems 53 bereitzustellen.

Achte Ausführungsform

In jeder der ersten bis siebten Ausführungsform ist die Fresnellinse 11 von der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 10 getrennt. Im Gegensatz dazu sind in einer unten beschriebenen Ausführungsform eine Fresnellinse und eine Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung in einer integralen Weise ausgebildet, um dadurch eine Verringerung in der Systemgröße zu erreichen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 20 wird unten die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 20 beschrieben, besitzt das System Flüssigkristall-Anzeigegeräte 110a und 110b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen. Fresnellinsen 110c und 110d sind an den Rückseiten dieser Flüssigkristall-Anzeigegeräte 110a und 110b in einer integralen Form angebracht. Jede dieser Fresnellinsen 110c und 110d hat eine Brennweite von 150 mm. Das System enthält ferner: Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b, die als Gegenlichtvorrichtungen zum Emittieren von Licht dienen, das mit Beobachtern verbundenen Bildern entspricht, wobei jede der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b gegenüber den räumlichen Modulationsvorrichtungen 110a und 110b über die Fresnellinsen 110c und 110d an Positionen 160 mm von den Fresnellinsen 110c und 110d entfernt angeordnet ist; LED-Lichtquellen 13a und 13b, die als Beleuchtungslichtquellen dienen, die Licht mit Wellenlängen von 850 nm bzw. 950 nm emittieren; Schwarzweiß-CCD-Kameras 14a und 14b, die als Geräte zum Aufnehmen von Bildern dienen; und einen halbdurchlässigen Spiegel 15, um auf den Flüssigkristall-Anzeigegeräten 110a und 110b mit Fresnellinsen angezeigte Bilder in ein Bild zu kombinieren. In Fig. 20 sind auch Beobachter 16 und 17 gezeigt, die ein stereoskopisches Bild beobachten.
In den räumlichen Modulationsvorrichtungen 110a und 110b können die in einer integralen Form an den Rückseiten der Flüssigkristall-Anzeigegeräte angebrachten Fresnellinsen durch Flüssigkristall-Anzeigegeräte mit einer Fresnel-Strukturierung, in denen eine kreisförmige Zone mit Fresnel-Strukturierung auf einem Glassubstrat auf der Rückseite eines jeden Flüssigkristall-Anzeigegeräts vom Transmissionstyp ausgebildet ist, ersetzt werden.

Neunte Ausführungsform

Fig. 21 illustriert die Konstruktion einer neunten Ausführungsform eines stereoskopischen Bildanzeigesystems. In dieser neunten Ausführungsform werden wie in der achten Ausführungsform auch Komposit-Anzeigevorrichtungen verwendet, von denen jede aus einer Fresnellinse und einem Flüssigkristall besteht. Diese neunte Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der achten Ausführungsform darin, dass Positionen von Beobachtern unter Verwendung von Ultraschallwellen erfasst werden. Wie in Fig. 21 gezeigt, enthält das System: Ultraschallwellengeneratoren 27a und 27b zum Erzeugen von Ultraschallwellen mit Frequenzen von 100 kHz bzw. 120 kHz in Richtung auf die Beobachter 16 und 17 zu; Ultraschallwellendetektoren 28a und 28b zum Erfassen von Ultraschallwellen, die von den Ultraschallwellengeneratoren erzeugt werden, wobei der Ultraschallwellendetektor 28a selektiv eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz, die der des Ultraschallwellengenerators 27a entspricht, erfasst, und der Ultraschallwellendetektor 28b selektiv eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz, die der des Ultraschallwellengenerators 27b entspricht, erfasst; und eine Ultraschallwellen-Bildausgabevorrichtung 29.
In dieser neunten Ausführungsform werden zwei Ultraschallwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen, die von den Ultraschallgeneratoren 27a und 27b erzeugt werden, von zwei Beobachtern reflektiert, und werden von den Ultraschallwellendetektoren 28a bzw. 28b erfasst. Aus den erfassten Signalen berechnet die Ultraschallwellen-Bildausgabevorrichtung 29 die Positionen der den rechten und linken Gesichtsflächen der Beobachter entsprechenden Bilder, die auf den Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b angezeigt werden sollen, und gibt dann vorbestimmte Bilder für rechte Gesichter und Bilder für linke Gesichter an die Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12a bzw. 12b aus, so dass diese Bilder auf den Schwarzweiß- Kathodenstrahlröhren 12a und 12b angezeigt werden. In dieser Bearbeitung ist es einfach, nur Bilder, die den Gesichtern der Beobachter entsprechen, auf den Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b und keine anderen als diese Bilder anzuzeigen. Deshalb ist es möglich, ein Quersprechen zwischen rechten und linken Bildern, in dem das linke Auge (rechte Auge) eine schwache Wahrnehmungsfähigkeit des Bildes für das rechte Auge (linke Auge) herrührend von einer Störung im Licht bekommt, zu verhindern.

Anwendung auf ein Endoskop

Fig. 22 illustriert die Konstruktion eines Systems, in dem die achte Ausführungsform des stereoskopischen Bildanzeigesystems auf ein Endoskop angewendet ist. Wie in Fig. 22 gezeigt, enthält das System: Objektivlinsen 50a und 50b zum Aufnehmen von Bildern eines Gegenstands; Linsentuben 51a und 51b mit optischen Systemen zum Transmittieren bzw. Übertragen der oben erhaltenen Bilder, wobei diese Linsentuben 51a und 51b unter einem Winkel angeordnet sind, der einem Konvergenzwinkel der Augen des Beobachters entspricht; und CCD-Kameras 52a und 52b; und ein stereoskopisches Bildanzeigesystem 56 gemäß der achten Ausführungsform.
Das auf die oben beschriebene Weise aufgebaute Endoskop arbeitet folgendermaßen. Zwei über die Objektivlinsen 50a und 50b aufgenommene Bilder eines Gegenstands werden durch die Linsentuben 51a und 51b mit dem für stereoskopisches Sehen eingestellten Konvergenzwinkel hindurch transmittiert, so dass ein Bild für die rechten Augen und ein Bild für die linken Augen auf den CCD-Kameras 52a bzw. 52b gebildet werden, um dadurch stereoskopisches Sehen in dem Endoskop bereitzustellen. Die oben beschriebenen zwei Bilder werden auf die Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a bzw. 10b des stereoskopischen Bildanzeigesystems 56 angewendet, und werden auf ihnen als ein Paar von Zielbildern angezeigt, um stereoskopisches Sehen, das mit dem mit dem obigen Endoskop aufgenommenen Bild verbunden ist, für eine große Anzahl von Beobachtern gemäß den Funktionen des oben in Verbindung mit der vierten Ausführungsform beschriebenen stereoskopischen Bildanzeigesystems 53 bereitzustellen.
In der achten oder neunten Ausführungsform können die vorher beschriebenen Techniken wie etwa die Technik der Durchführung einer Differenzbearbeitung zwischen auf Gegenlichtvorrichtungen angezeigten rechten und linken Gesichtsbildern und die Technik, in der Bilder von Gesichtshälften von Beobachtern unter Verwendung von nur einer CCD-Kamera aufgenommen werden, und dann diese Bilder der Gesichtshälften auf einer Gegenlichtvorrichtung von Gegenlichtvorrichtungen angezeigt werden, und negativ-positiv-invertierte Bilder der obigen Bilder der Gesichtshälften auf der anderen Gegenlichtvorrichtung angezeigt werden, auch angewendet werden.

Konstruktion einer Komposit-Anzeigevorrichtung

Viele Variationen einer Kombination einer Flüssigkristallvorrichtung und einer Fresnellinse sind möglich. Einige Beispiels solcher Variationen werden unten beschrieben.
Fig. 23A ist eine perspektivische Ansicht, die die gesamte Erscheinung einer Anzeigevorrichtung illustriert, die eine Flüssigkristallvorrichtung 200 und eine wie kreisförmige bzw. ringförmige Bänder aussehende Fresnellinse 201 umfasst, wobei die Fresnellinse 201 mit der Flüssigkristallvorrichtung 200 verbunden ist. Fig. 23B ist eine Querschnittansicht, die die Struktur der Anzeigevorrichtung illustriert, in der die Fresnellinse 201 mit der Rückseite der Flüssigkristallvorrichtung 200 verbunden ist.
Wie in Fig. 23B gezeigt, sind Polarisationsfilter 202 und 209 zum Polarisieren von Licht an den äußersten Seiten der Flüssigkristallvorrichtung 200 angeordnet, so dass optische Eigenschaften des Flüssigkristalls in Verbindung mit den Polarisationsfiltern 202 und 209 verwendet werden können. Glassubstrate 203 und 208 zum Einschließen des Flüssigkristalls sind im Inneren der Polarisationsfilter 202 und 209 angeordnet. Im Inneren der Glassubstrate ist erforderlichenfalls ein Farbfilter 204 angeordnet. An weiteren inneren Positionen sind transparente Elektroden 205 und 207 zum Anlegen eines erforderlichen elektrischen Feldes an den Flüssigkristall angeordnet, wobei der Flüssigkristall 206 zwischen diesen transparenten Elektroden 205 und 207 angeordnet ist. Wenn eine Fresnellinse 201 mit der auf die oben beschriebene Weise aufgebauten Flüssigkristallvorrichtung 200 verbunden wird, dann erhält man eine Struktur, deren Querschnitt in Fig. 23B gezeigt ist.
In dieser Struktur, in der die Fresnellinse 201 mit der Rückseite der Flüssigkristallvorrichtung 200 verbunden ist, werden der Raum und der Halter, die für die Installation der Linse erforderlich sind, unnötig. Außerdem führt diese Struktur zu einer Verringerung in der gesamten Systemgröße.
Fig. 24A illustriert ein anderes Beispiel, in dem ein kreisförmiges bzw. ringförmiges Bandmuster ähnlich dem in Fig. 23A gezeigten in einer integralen Weise auf einem an der äußersten Position angeordneten Glassubstrat ausgebildet ist. Wie in Fig. 24B gezeigt, besitzt diese Flüssigkristallvorrichtung auch Polarisationsfilter 202 und 209 zum Polarisieren von Licht, so dass optische Eigenschaften des Flüssigkristalls in Verbindung mit den Polarisationsfiltern 202 und 209 verwendet werden können. Was jedoch die Seite angeht, auf der das kreisförmige Bandmuster ausgebildet ist, so ist das Glassubstrat 208 an der äußersten Position angeordnet, und das Polarisationsfilter 209 ist nächst dem Glassubstrat 208' angeordnet. Deshalb ist eines der beiden Glassubstrate, die zum Einschließen des Flüssigkristalls verwendet werden, nächst der äußersten Schicht angeordnet. An weiteren inneren Positionen sind transparente Elektroden 205 und 207 zum Anlegen eines erforderlichen elektrischen Feldes an den Flüssigkristall angeordnet, wobei der Flüssigkristall 206 zwischen diesen transparenten Elektroden 205 und 207 angeordnet ist. Eine Fresnellinse 201 ist mit der auf die oben beschriebene Weise aufgebauten Flüssigkristallvorrichtung 200 verbunden, und somit ist eine Struktur, deren Querschnitt in Fig. 24B gezeigt ist, vollständig.
Das ringförmige Bandmuster kann gebildet werden, indem man Ätzen direkt auf einer Glasplatte ausführt oder indem man eine Strukturierung in einer auf die äußere Harzoberfläche des Flüssigkristalls aufgebrachten Harzschicht mittels Kompressions-Strukturierungsübertragung ausbildet.

Modifizierung der Gegenlichtvorrichtungen

Fig. 25 illustriert die Konstruktion eines stereoskopischen Bildanzeigesystems, in dem eine modifizierte Gegenlichtvorrichtung verwendet wird.
Wie in Fig. 25 gezeigt, enthält das System: Flüssigkristall-Anzeigegeräte 10a und 10b vom Transmissionstyp, die als räumliche Modulationsvorrichtungen dienen; Fresnellinsen 11a und 11b mit einer Brennweite von 150 mm angeordnet an der Rückseite der räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a bzw. 10b; Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b, die als Gegenlichtvorrichtungen dienen, die in der Lage sind, Bilder mit einer Zweiniveauabstufung anzuzeigen, wobei diese Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhren 12a und 12b gegenüber den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b über Linsen 11a und 11b an Positionen 160 mm von diesen Linsen 11a und 11b entfernt angeordnet sind; LED-Lichtquellen 13a und 13b, die als Beleuchtungslichtquellen dienen, die Licht mit Wellenlängen von 850 nm bzw. 950 nm emittieren; Schwarzweiß-CCD- Kameras 14a und 14b, die als Geräte zum Aufnehmen von Bildern dienen; und einen halbdurchlässigen Spiegel 15, um auf den räumlichen Modulationsvorrichtungen 10a und 10b angezeigte Bilder in ein Bild zu kombinieren. In Fig. 25 sind auch Beobachter 16 und 17 gezeigt, die ein stereoskopisches Bild beobachten.
Das stereoskopische Bildanzeigesystem mit der oben beschriebenen Konstruktion arbeitet auf grundsätzlich die gleiche Weise wie in den vorherigen Ausführungsformen, mit der Ausnahme, dass die Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12, die als die Anzeigevorrichtung für das Bild des Beobachters dient, durch das Schwarzweiß-Flüssigkristall-Anzeigegerät vom Zweiniveauabstufungstyp ersetzt wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 26A und 26B wird unten eine Zweiniveauwertdarstellung eines Bildes beschrieben.
Schwarzweiß-Flüssigkristall-Anzeigegeräte 112a und 112B mit Zweiniveauabstufung sind je mit einer Gegenlichtvorrichtung großer Helligkeit, die immer leuchtet, ausgestattet, wobei Licht, das von der Gegenlichtvorrichtung emittiert wird, durch einen Flüssigkristall-Verschluss hindurchgeht oder davon blockiert wird. Eine Fluoreszenzlampe, eine Halogen-Metalldampflampe oder dergleichen kann hier als die Gegenlichtvorrichtung verwendet werden.
In dem Fall von Anzeigesystemen mit Multiniveauabstufung wie etwa die in den vorherigen Ausführungsformen verwendete Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre 12, werden wie in Fig. 26A gezeigt auch Bilder von anderen Teilen als einer Gesichtshälftefläche angezeigt. In der vorliegenden Erfindung ist es jedoch unerwünscht, dass andere Bilder als eine Gesichtshälftenfläche als eine Gegenlichtvorrichtung angezeigt werden.
Im Gegensatz dazu werden, wenn ein Schwarzweiß-Flüssigkristall-Anzeigegerät mit Zweiniveauabstufung verwendet wird, Bilder mit Helligkeitsniveaus kleiner als ein vorbestimmtes Schwellenwertniveau automatisch abgeschnitten und nicht angezeigt. Somit werden Teile, die die in Fig. 26A mit "Bildquerschnitt 1" bezeichneten Querschnitte besitzen, nicht angezeigt. Was die Teile angeht, die die mit "Bildquerschnitt 2" bezeichneten Querschnitte haben, so werden ihre Randflächen weggeschnitten, und Bilder, die in Fig. 26B mit "Bildquerschnitt 3" bezeichnete Querschnitte haben, werden angezeigt. Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich ist, wird, wenn ein Schwarzweiß-Flüssigkristall-Anzeigegerät mit Zweiniveauabstufung als Anzeigegerät für das Bild des Beobachters anstelle der Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre verwendet wird, ein Anzeigen von Zweiniveau-Gesichtsbildern leicht erreicht und somit werden nur Teile von Gesichtshälfteflächen großer Helligkeit, die als Gegenlichtvorrichtungen wesentlich sind, selektiv angezeigt, wodurch ein Quersprechen zwischen rechten und linken Bildern unterdrückt wird.

Weitere Modifikationen

In den oben in Verbindung mit den Fig. 3 bis 26 beschriebenen Ausführungsformen werden die Positionen der Beobachter unter Verwendung infraroter Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen (oder Ultraschallwellen mit unterschiedlichen Frequenzen) erfasst, und es werden entsprechende Bilder für die linken Augen gebildet. Für den obigen Zweck werden ein Paar von Infrarot-LED-Lichtquellen (13a, 13b), ein Paar von Kameras (14a, 14b) und ein Paar von Ultraschallwellengeneratoren und -detektoren. Alternativ können infrarote Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen (oder Ultraschallwellen unterschiedlicher Frequenzen) zu unterschiedlichen Zeiten emittiert werden, wobei man nur eine Infrarot- LED-Lichtquelle oder einen Ultraschallwellengenerator verwendet.
Außerdem kann der halbdurchlässige Spiegel 15 zum Synthetisieren von Bildern durch ein Prismensystem ersetzt werden, und die Fresnellinsen 11a und 11b können durch Konkavspiegel ersetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Änderungen und Modifikationen können innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gemacht werden. Deshalb werden, um der Öffentlichkeit den Umfang der vorliegenden Erfindung anzuzeigen, die folgenden Ansprüche gestellt.

Claims

1. Bildanzeigesystem zum Bereitstellen von Bildern, derart, daß ein rechtes Auge bzw. ein linkes Auge eines Beobachters (16, 17) verschiedene Bilder sehen, wobei das Bildanzeigesystem folgende Merkmale umfaßt:

ein Paar von Vorrichtungen zur räumlichen Modulation (10a, 10b);

eine Gegenlichtvorrichtung (12a, 12b) für jede Vorrichtung zur räumlichen Modulation zum Beleuchten jeder der Vorrichtungen zur räumlichen Modulation von seiner Rückseite mit einem Gegenlichtbild;

eine Zusammensetzeinrichtung (15) zum Kombinieren von auf dem Paar von Vorrichtungen zur räumlichen Modulation vorhandenen Bildern in ein Bild; und

optische Elemente (11), um dem durch das Paar von Gegenlichtvorrichtungen emittierten Gegenlicht Richtwirkung zu geben,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtungen zur räumlichen Modulation (10a, 10b) transparent für Licht sind und die optischen Elemente (11) an einer Stelle angeordnet sind, wo das linke und das rechte Auge des Beobachters die entsprechenden virtuellen Bilder der auf dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen entsprechend angezeigten Gegenlichtbilder sehen, und daß es ferner eine Positionserfassungseinrichtung (13, 14, 31; 27, 28; 35, 36; 42; 82, 83) zum Erfassen einer Beobachtungsposition des Beobachters;

eine Steuereinrichtung (18, 29) zum Steuern der Positionen von auf dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen angezeigten Gegenlichtbildern, so daß die Positionen der Gegenlichtbilder mit der entsprechenden erfaßten Position der Augen des Beobachters übereinstimmen,

umfaßt.

2. Anzeigesystem nach Anspruch 1, worin das Paar von Gegenlichtvorrichtungen (12a, 12b) außerhalb der Brennweite der optischen Elemente angeordnet sind.

3. Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, worin die optischen Elemente (11) ein Paar von Linsen sind, die zwischen dem Paar von Vorrichtungen zur räumlichen Modulation (10a, 10b) bzw. dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen (12a, 12b) angeordnet sind.

4. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Paar von Vorrichtungen zur räumlichen Modulation ein Paar von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen (10a, 10b) ist.

5. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Paar von Vorrichtungen zur räumlichen Modulation ein Paar von Filmen ist, die transparent für Licht sind.

6. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin:

jede des Paares der Vorrichtungen zur räumlichen Modulation (10a, 10b) ein von einer endoskopischen Vorrichtung bereitgestelltes Bildsignal aufnimmt; und

die endoskopische Vorrichtung einschließt:

ein Paar von Linsentuben (51) zum Transmittieren von Bildern eines zu beobachtenden Objekts als stereoskopisches Sehen, wobei die Bilder des Objektes unter zwei unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen werden; und

ein Paar von Bildabtastvorrichtungen (52) zum Umwandeln des Paares erhaltener Bilder in entsprechende elektrische Signale.

7. Anzeigesystem nach Anspruch 3, worin das Paar optischer Elemente konvexe Linsen, Konkavspiegel oder Fresnellinsen (11) sind.

8. Anzeigesystem nach Anspruch 1, worin das Paar optischer Elemente Fresnellinsen (11) sind, von denen jede auf der rückseitigen Oberfläche von jeder des Paares von Vorrichtungen zur räumlichen Modulation (10a, 10b) in einer integrierten Weise ausgeformt sind.

9. Anzeigesystem nach Anspruch 1, worin das Paar von Gegenlichtvorrichtungen Anzeigevorrichtungen (12a, 12b) sind, die Bilder mit Zwei-Niveau-Abstufung mit einem Schwellenwert gleich einer vorbestimmten Helligkeit anzeigen.

10. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Positionserfassungseinrichtung folgende Merkmale einschließt:

ein Paar von Ultraschallwellengeneratoren (27);

ein Paar von Ultraschallwellendetektoren (28) für das selektive Empfangen entsprechender Echosignale, die mit dem Paar von Ultraschallwellengeneratoren verknüpft sind;

eine Einrichtung (29) zum Erfassen von Positionen des linken und des rechten Gesichtsbereichs des Beobachters aus entsprechenden Echosignalen, die von dem Paar von Ultraschallwellendetektoren erfaßt werden, und ferner zum Ausgeben der erfaßten Positionen an die Steuereinrichtung (29).

11. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Positionserfassungseinrichtung (13, 14) die Position des Beobachters durch Erfassen eines Infrarotstrahles erfaßt, der vom Beobachter (16, 17) abgestrahlt wird.

12. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Positionserfassungseinrichtung die Position des Beobachters durch Erfassen von Magnetismus erfaßt, der vom Beobachter (16, 17) herrührt.

13. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Positionserfassungseinrichtung eine Bildabtasteinrichtung zum Abtasten eines Bildes des Gesichts des Beobachters umfaßt, und worin die Steuereinrichtung das Paar von Gegenlichtvorrichtungen (12a, 12b) steuert, um das Bild des Gesichts darauf anzuzeigen.

14. Anzeigesystem nach Anspruch 13, worin die Bildabtasteinrichtung (13, 14) das Bild eines linken Gesichtsbereichs und das Bild eines rechten Gesichtsbereichs des Beobachters (16, 17) trennt, und dann das Bild des linken Gesichtsbereichs bzw. das Bild des rechten Gesichtsbereichs auf dem Paar von Gegenlichtvorrichtungen (12a, 12b) anzeigt.

15. Anzeigesystem nach Anspruch 13 oder 14, worin die Bildabtasteinrichtung folgendes umfaßt:

ein Paar von Beleuchtungsvorrichtungen (13a, 13b) mit wechselseitig unterschiedlichen Beleuchtungswellenlängen und angeordnet, um entsprechende Seiten des Gesichts eines Beobachters (16, 17) zu beleuchten, wodurch ein rechter Gesichtsbereich (20a) und ein linker Gesichtsbereich (20b) dieses Gesichts mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen beleuchtet werden;

ein Paar von Kameras (14a, 14b) zum Aufnehmen eines Bildes des Gesichts des Beobachters, wobei jede Kamera selektiv ein Bild in Antwort auf Licht einer entsprechenden Wellenlänge abtastet.

16. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, das ferner umfaßt:

eine Bildbearbeitungseinrichtung (18), mit der eine Bearbeitung der Kantenkontur auf dem Bild des Beobachters bewirkt wird, das von der Bildabtasteinrichtung aufgenommen wird, um die Kontur und/oder den Flächenmittelpunkt des Gesichtsbereichs des Bildes des Beobachters zu erzeugen, wobei das Paar von Gegenlichtbildern auf der Basis der erfaßten Kontur und/oder des Flächenmittelpunktes erzeugt wird.

17. Anzeigesystem nach Anspruch 15 oder 16, das ferner umfaßt:

eine Bildverarbeitungseinrichtung zum Bestimmen des Unterschiedes zwischen einem Paar von mit dem Beobachter (16, 17) verknüpften Bildsignalen, die mittels des Paares von Kameras (14a, 14b) gewonnen werden, und ferner zum Entfernen eines Hintergrundbildes aus dem Paar von Bildsignalen auf der Basis dieses Unterschiedes.

18. Anzeigesystem nach Anspruch 15, worin das Paar von Beleuchtungsvorrichtungen am Beobachter befestigt sind, so daß sich das Paar von Beleuchtungsvorrichtungen der Bewegung des Kopfes des Beobachters folgend bewegt.

19. Anzeigesystem nach Anspruch 15, worin das Paar von Kameras (14a, 14b) jeweils mit einem Wellenlängenfilter ausgestattet ist, der selektiv das von dem Paar von Beleuchtungsvorrichtungen (13a, 13b) emittierte Licht durchläßt.

20. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 13 bis 19, worin die Positionserfassungseinrichtung folgende Merkmale einschließt:

eine Vielzahl von Kameraeinrichtungen (14) mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeitskennlinien; und

eine Vielzahl von Beleuchtungseinrichtungen (13) mit Kennlinien, die den Empfindlichkeitskennlinien der Vielzahl von Kameraeinrichtungen entsprechen.

21. Anzeigesystem nach Anspruch 20, worin die Vielzahl von Beleuchtungseinrichtungen (13) und die Vielzahl von Kameraeinrichtungen (14) sowohl in der Richtung von links nach rechts als auch in der Richtung von vorne nach hinten der Vielzahl von Beobachtern verteilt sind.

22. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, das ferner umfaßt:

eine Bildbearbeitungseinrichtung (80) zum Bearbeiten des von der Positionserfassungseinrichtung aufgenommenen Bildes des Beobachters auf eine solche Weise, daß das Bild des Beobachters als beleuchtete Teilbereiche angezeigt wird und die Positionen der mit den beleuchteten Teilbereichen verknüpften hellen Punkte erfaßt werden und dann das Paar von Gegenlichtbildern auf der Basis der erfaßten Position heller Punkte erzeugt wird.