DE69623514T2

DE69623514T2 - Autostereoskopische Anzeige und Methode zur Steuerung einer autostereoskopischen Anzeige

Info

Publication number: DE69623514T2
Application number: DE69623514T
Authority: DE
Inventors: David Ezra; Jonathan Harrold; Nicolas S. Holliman; Richard R. Moseley; Basil A. Omar; Graham J. Woodgate
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2016-01-27
Also published as: EP0726482A2; EP0726482A3; JPH08242470A; GB2297876A; US5808792A; JP3705643B2; EP0726482B1; GB9502555D0; DE69623514D1

Description

Die Erfindung betrifft ein autostereoskopisches Display sowie ein Verfahren zum Steuern eines solchen.
Es ist wünschenswert, ein autostereoskopisches Display zu schaffen, bei dem über einen großen Bereich von Betrachterpositionen ein dreidimensionaler Effekt wahrgenommen wird.
Verfahren zum Erzeugen autostereoskopischer Bilder stützen sich darauf, dass dem linken und dem rechten Auge eines Betrachters verschiedene Ansichten dargeboten werden. Dies kann durch Unterteilen der Ansichten für das linke und das rechte Auge in eine Reihe verschachtelter vertikaler Streifen erzielt werden. Dann wird benachbart zum zusammengesetzten Bild ein Rasterlinsenschirm so platziert, dass jede Rasterlinse eine Ansichtsscheibe für das Bild für das linke Auge und eine Ansichtsscheibe für das Bild für das rechte Auge überdeckt.
Elektronisch gesteuerte Displays können auch die Bilder für das linke und das rechte Auge in vertikale Steifen unterteilen und die Bilder entlang verschiedenen Richtungen unter Verwendung eines Rasterlinsenschirms wiedergeben. Bei einer anderen Anordnung können zwei Schirme die Bilder für das linke bzw. das rechte Auge anzeigen, und die Bilder von diesen können durch einen Strahlkombinierer kombiniert werden. Ein derartiges Display ist in EP-A-0602934 offenbart. Es kann auch ein einzelner Raumlichtmodulator auf Zeitmultiplexweise angesteuert werden, um die Bilder für das linke und das rechte Auge wiederzugeben, wobei die Position einer Beleuchtungsquelle auf Zeitmultiplexweise variiert wird, um die verschiedenen Bilder in verschiedenen Richtungen zu projizieren. Bei diesen Displays ist es erforderlich, dass der Betrachter in einem definierten Betrachtungsbereich positioniert wird, um den 3D-Effekt wahrzunehmen.
K. Akiyama und N. Tetsutani offenbaren in "3-Dimensional Visual Communication", ITEC'91 : 1991 ITE Annual Convention ein dem Betrachter nachfahrendes autostereoskopisches Display, bei dem eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung in enger Enge zu einer Rasterlinsenfolie so positioniert wird, dass sich jede Rasterlinse vor zwei Spalten von Pixeln des LCD-Displays befindet. Eine derartige Anordnung führt zu einer Winkelmultiplexverarbeitung des von den Pixelspalten im Display emittierten Lichts. Das Display wird so angesteuert, dass verschachtelte Bilder für links und rechts erzeugt werden, die für das linke und rechte Auge eines Betrachters zu projizieren sind. Eine Bewegung des Betrachters ermöglicht es, das linke Auge desselben an eine Position zu bringen, an der es das für das rechte Auge des Betrachters vorgesehene Bild aufnimmt, und umgekehrt. Ein Positionsdetektor überwacht die Position des Kopfs des Betrachters, und er ist so ausgebildet, dass er das linke und das rechte Bild auf eine Bewegung des Betrachters hin austauscht, so dass dem korrekten Auge ein korrektes Bild angezeigt wird.
Ein derartiges System erlaubt begrenzte Bewegungsfreiheit eines Betrachters quer in Bezug auf das Display.
EP-A-0 354 851 offenbart ein Display sowohl nur "zwei Fenstern" als auch ein solches mit "vier Fenstern". Wie es in der Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, konvergieren die Bestandteile des autostereoskopischen Bilds bei einem Display mit zwei Fenstern in hinsichtlich des Betrachtungspunkt korrigierten Zonen. Bilddaten für ein erstes zweidimensionales (2D) Bild, das von einem ersten Ende des Displays 5 herrührt, werden so eingeschränkt, dass sie in einer Zone 6 liegen, wohingegen Bilddaten für dasselbe 2D-Bild, das vom entgegengesetzten Ende des Displays herrührt, auf das Innere einer Zone 8 eingeschränkt wird. Die Zonen 6 und 8 überlappen sich, um eine erste Zone 12 zu schaffen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist. In ähnlicher Weise werden die Bilddaten für ein zweites 2D-Bild so eingeschränkt, dass sie in Zonen 7 und 10 liegen, und diese Zonen überlappen einander, um eine zweite Zone 14 zu erzeugen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind. Der Betrachter kann ein autostereoskopisches Bild wahrnehmen, wenn sich eins seiner Augen in der ersten Zone 12, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist, befindet und sich das andere der Augen des Betrachters in der zweiten Zone 14, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist, befindet. Wenn sich die Augen des Betrachters nicht innerhalb der Zonen befinden, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind, sieht der Betrachter kein 3D-Bild über die Gesamtheit des Displays.
Ein Display mit "vier Fenstern" ist eine Erweiterung des Displays mit zwei Fenstern, und es arbeitet gemäß demselben Prinzip. In jedem Fall verfügen die Zonen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind, über eine verzerrte "Rauten"form. Die Maximalbreiten der Zonen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind, treten unter einem Nennbetrachtungsabstand vom Display auf. Es ist zweckdienlich, die maximale Breite der Zone, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist, als "Fenster" zu bezeichnen.
Das in EP-A-0 354 851 offenbarte Display mit "vier Fenstern" verfügt über einen Rasterlinsenschirm, der benachbart zu einer Anzeigevorrichtung angeordnet ist. Jeder Rasterlinse ist ein jeweiliger Satz von vier Pixelspalten zugeordnet. Wenn der Einfachheit halber nur eine einzelne Pixelzeile betrachtet wird, zeigen zwei der Pixel R&sub1; und R&sub2; Bilddaten zur Wiedergabe für das rechte Auge des Betrachters an, während die anderen zwei Pixel L&sub1; und L&sub2; Bilddaten zur Wiedergabe für das linke Auge des Betrachters anzeigen. Die Pixel R&sub1;, R&sub2;, L&sub1; und L&sub2; können in jeder beliebigen von vier Kombinationen angeordnet werden, also: R&sub1;-R&sub2;-L&sub1;-L&sub2;, L&sub1;-L&sub2;-R&sub1;-R&sub2;, L&sub2;-R&sub1;-R&sub2;-L&sub1; und R&sub2;- L&sub1;-L&sub2;-R&sub1;. So werden die in jedem Fenster wiedergegebenen Bilder gleichzeitig ausgetauscht, um für einen Betrachter-Nachführvorgang ohne bewegte Teile zu sorgen.
Die bekannten Systeme stellen außerordentlich hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Nachfahrausrüstung. Die Ansichten müssen genau ausgewechselt werden, wenn jedes der Augen des Betrachters von einem Fenster zu einem benachbarten bewegt wird.
Es ist wünschenswert, ein "Umherschau"display zu schaffen, bei dem die dem. Betrachter dargebotene Ansicht eine Funktion seiner Position ist. Es wurde abgeschätzt, dass 60 Ansichten pro Zwischenaugenabstand erforderlich sein können, um eine störsignalfreie Wiedergabe eines 3D-Bilds zu erzielen. Zu einem Rasterlinsendisplay mit 500 Zeilen und einer Breite von 250 mm gehört eine Größe jeder Rasterlinse von 0,5 mm. 60 Ansichten mit Zwischenaugenabstand würden eine maximale Pixelgröße von 8 um bedeuten. Ein derartig feiner Pixelabstand ist derzeit nicht über einen so großen Abstand verfügbar. Wenn eine derartige Anzahl von Ansichten mittels eines Displays vom Strahlkombinierertyp bereitgestellt würde, wären 60 Raumlichtmodulatoren erforderlich. Die Realisierung eines derartigen Displays als im Zeitmultiplex betriebenes Display würde eine Vollbildrate in der Größenordnung von 3 kHz erfordern.
Die Anzahl der gleichzeitig dargebotenen Ansichten, die erforderlich sind, um ein 3D-"Umherschau"bild zu erzeugen, kann dadurch stark verringert werden, dass ein den Betrachter nachfahrendes Display verwendet wird, da nur Ansichten angezeigt werden müssen, die zu den Augen des Betrachters gerichtet sind. Eine Anordnung, bei der die Positionen der "Fenster" beweglich sind, um sich mit einer Bewegung eines Betrachters zu bewegen, ist in EP 0 576 106 und EP 0 656 555 offenbart. EP 0 576 106 offenbart auch das Konzept des Bereitstellens einer "Umherschau"möglichkeit.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Display geschaffen, wie es im beigefügten Anspruch 1 definiert ist.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, wie es im beigefügten Anspruch 26 definiert ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den anderen beigefügten Ansprüchen definiert.
So ist es möglich, ein Display zu schaffen, bei dem der Betrachter über stark verbesserte Freiheit der Querbewegung verfügt, die Empfindlichkeit auf Nachfahrfehler verringert ist und eine "Umherschau"möglichkeit erzeugt werden kann.
Die Ansichten können solche einer bewegten Szene sein. Jede der Ansichten kann aktualisiert werden, um innerhalb der Einzelansichten Bewegung zu zeigen. So betrifft der Begriff "Aktualisierung", wie er hier verwendet wird, speziell das Vertauschen der Bilder, die verschiedene stereoskopische Betrachtungsrichtungen repräsentieren.
So kann das Genauigkeitserfordernis für das Nachfahrsystem verringert werden, da das Fenster, zu dem sich ein Auge bewegt und in das es gleich eintreten wird, aktualisiert werden kann, um dieselbe Ansichtsinformation wie dasjenige Fenster anzuzeigen, in dem sich das Auge gerade befindet, und das es gerade verlässt. So kann das Erfordernis hinsichtlich genauer Positionsinformation zum Erzielen einer Bildumschaltung beseitigt werden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft weiter beschrieben.
Fig. 1 ist ein Diagramm zum schematischen Veranschaulichen der Positionen von Zonen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind, für ein Display mit zwei Fenstern;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Ausgangssignals eines Displays mit zwei Fenstern und mehreren Keulen sowie der zugehörigen Bildaustauscherfordernisse;
Fig. 3 zeigt schematisch die Erzeugung eines Displays mit drei Ansichten und drei Keulen unter Verwendung eines einzelnen Raumlichtmodulators und eines Rasterlinsenarrays;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Ausgangssignals eines Displays mit drei Fenstern und mehreren Keulen, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet, und der zugehörigen Bildumschalterfordernisse;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Ausgangssignals eines Displays mit vier Fenstern und mehreren Keulen, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet, und der zugehörigen Bildumschalterfordernisse;
Fig. 6a und 6b veranschaulichen schematisch den Bereich von Positionen hinsichtlich des Displays, in denen ein Betrachter den autostereoskopischen Effekt wahrnimmt;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines im Zeitmultiplex betriebenen Displays, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet;
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines Displays mit einem Strahlkombinierer für drei Ansichten, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet;
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm eines in Zeitmultiplex betriebenen Displays mit einer Kompaktbeleuchtung, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet;
Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Displays mit vier Ansichten, das eine weitere Ausführungsform der Erfindung bildet;
Fig. 11 veranschaulicht schematisch die Nachfahr- und Bildsteuerung für ein Display, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet;
Fig. 12 veranschaulicht schematisch eine Pixelanordnung innerhalb eines LCD-Schirms, um die Erzeugung zusammenhängender Bildzonen bei Rasterlinsendisplays zu ermöglichen;
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung eines anderen Displays für drei Ansichten mit Strahlkombinierer, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet;
Fig. 14 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Displays unter Verwendung einer vorderen Parallaxesperre;
Fig. 15 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Displays unter Verwendung einer hinteren Parallaxesperre;
Fig. 16 und 17 veranschaulichen schematisch die Verwendung von Hologrammen zum Erzeugen von Betrachtungsfenstern;
Fig. 18 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Displays unter Verwendung eines internen Hologramms;
Fig. 19 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Teils eines Displays unter Verwendung eines externen Hologramms;
Fig. 20 und 21 sind schematische Schnittansichten einer kompakten Hintergrundbeleuchtung zum Beleuchten von Hologrammen;
Fig. 22 ist eine schematische Darstellung des Ausgangssignals eines Displays mit mehreren Keulen und drei Fenstern, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet, und der zugehörigen Bildschalterfordernisse;
Fig. 23 ist ein Kurvenbild der Bildintensität über der Augenposition für das in der Fig. 22 dargestellte Display;
Fig. 24 veranschaulicht die Verwendung eines Displays vom in der Fig. 22 dargestellten Typ bei einer Handsteuerung der Betrachterposition für ein Computerspiel; und
Fig. 25 bis 27 veranschaulichen vom Display der Fig. 24 erzeugte Bilder, wie sie ein Betrachter an verschiedenen Positionen erkennen kann.
Wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, emittiert ein autostereoskopisches Display (in der Draufsicht) Lichtkegel entlang vorbestimmten Richtungen. Jeder Lichtkegel repräsentiert einen Teil einer Ansicht von einer vorgegebenen Betrachtungsposition aus. Kegel, die dieselbe Ansicht betreffen, jedoch aus verschiedenen Teilen des Displays herrühren, können so angeordnet werden, dass sie in einer Zone konvergieren, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist, was z. B. dadurch erfolgt, dass die Schrittweite eines Rasterlinsenschirms innerhalb des Displays geringfügig kleiner als die Schrittweite der Pixelgruppen innerhalb desselben gemacht wird. Der Abstand zwischen dem Display 5 und den breitesten Abschnitten der Zonen 12 und 14, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind, entspricht einem Design-Betrachtungsabstand für das Display. Die Positionen der Zonen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind, für das Display der Fig. 1 sind raummäßig in Bezug auf das Display fixiert, und demgemäß verfügt ein derartiges Display über ein begrenztes Betrachtungsgebiet, in dem der dreidimensionale Effekt wahrgenommen werden kann. Eine Querbewegung eines Betrachters führt zu einem Verlust des stereoskopischen Bilds, wenn sich entweder die Augen des Betrachters aus der Zone, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist, herausbewegen oder wenn sich beide Augen in dieselbe Zone bewegen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist.
Das Display kann so ausgebildet sein, dass es ein wiederholtes Muster von Zonen bildet, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind. Die Zonen können so positioniert sein, dass sie ein wiederholtes Muster zusammenhängender "Fenster" bilden, wie es in der Fig. 2 für ein Display mit zwei Fenstern dargestellt ist. Die "Fenster" sind durch die breitesten Bereiche der Zonen gebildet, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind.
Das Display 2 erzeugt ein Ausgangssignal, das ein wiederholtes Muster erster und zweiter Betrachtungsfenster ist, die mit W1 bzw. W2 markiert sind. Jede der Positionen A bis E in der Fig. 2 repräsentiert nur die Querposition des. Betrachters. Die Längsposition des Betrachters stimmt mit den Fenstern überein. Wenn sich der Betrachter an der Position "A" befindet, betrachtet das linke Auge desselben das im Fenster W1 gezeigte Bild, wohingegen das rechte Auge desselben das im Fenster W2 gezeigte Bild betrachtet. Wenn sich der Betrachter an die Position "C" bewegt, müssen die in den Fenstern W1 und W2 dargestellten Bilddaten gegeneinander ausgetauscht werden, um die autostereoskopische Ansicht beizubehalten. Ferner führt eine Bewegung zwi schen den Positionen A und C dazu, dass sich die Augen des Betrachters über die Position B bewegen. Die Position B repräsentiert eine Grenzposition, an der die Bilder, wie sie den Augen des Betrachters dargeboten werden, ausgetauscht werden müssen. Die Bilder, wie sie von jedem Auge gesehen werden, müssen zum selben Zeitpunkt ausgetauscht werden, damit nicht beide Augen dieselbe Ansicht wahrnehmen. Andernfalls geht der autostereoskopische Effekt verloren.
Wie oben angegeben, müssen die Positionen genau bestimmt werden, an denen die jedem Auge dargebotenen Bilder ausgetauscht werden müssen, um einen wahren 3D-Effekt aufrecht zu erhalten.
Die Probleme der bekannten Displays können unter Verwendung eines Displays mit einer Displayausgabe überwunden werden, die über mindestens drei Fenster in. Verbindung mit einer Bildsteuerung verfügt, die das jedem Fenster dargebotene Bild unabhängig steuern kann. Das Display erzeugt in vorteilhafter Weise ein wiederholtes Muster der Fenster, um einen größeren Bereich für die Querbewegung des Betrachters zu ermöglichen.
Die Fig. 3 veranschaulicht in einer Draufsicht schematisch die Erzeugung von drei Ansichten, wie sie unter Verwendung eines Rasterlinsenarrays 22 und eines Raumlichtmodulators 23 in drei Keulen abgebildet werden. Der Raumlichtmodulator 23 ist so ausgebildet, dass er gleichzeitig drei Bilder in Raummultiplexweise anzeigt, so dass er als drei verschiedene Displays wirkt. Das erste Display besteht aus Pixeln A, das zweite Display besteht aus Pixeln B und das dritte Display besteht aus Pixeln C. Die Displays sind so verschachtelt, dass ein wiederholtes Pixelmuster ABCABC usw. erzeugt wird. Das Rasterlinsenarray 22 verfügt über eine Vielzahl von Rasterlinsen, deren Einzelbreite im Wesentlichen dieselbe wie die räumliche Erstreckung der drei Pixel ABC ist. Ferner ist das Zentrum jeder Rasterlinse im Wesentlichen mit ihrem zugehörigen Pixel B ausgerichtet (diese Bedingung ändert sich für Displays mit korrigiertem Betrachtungspunkt geringfügig, wenn die Schrittweite der Rasterlinsen geringfügig kleiner als die Wiederholungsschrittweite ABC des Musters ist - jedoch sind die Rasterlinsen zum Zentrum des Displays hin im Wesentlichen mit den jeweiligen Pixeln 8 ausgerichtet). Die Bilder von den Pixeln werden über die Rasterlinsen - wie dargestellt - so abgebildet, dass drei Keulen erzeugt werden, die mit -1, 0 und +1 markiert sind und von denen jede drei Bilder A', B' und C' umfasst. Wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben, führt eine Betrachtungspunktkorrektur dazu, dass die gesonderten Bilder in jeweiligen Bildbereichen kombiniert werden, die in der Fig. 4 mit 1, 2 und 3 markiert sind.
Die Fig. 4 veranschaulicht schematisch ein autostereoskopisches Display mit dem in der Fig. 3 dargestellten Rasterlinsendisplay. Wie bisher, werden der Anzeigevorrichtung 23 Bilddaten dargeboten, um eine Anzahl von Ausgangskegeln zu erzeugen, von denen jeder einer anderen Ansicht entspricht. Derselben Ansicht entsprechende Kegel konvergieren an einer konzipierten Position, um eine Zone zu erzeugen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist, an der der Betrachter den autostereoskopischen Effekt beobachten kann. Der breiteste Teil jeder Zone, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert ist, definiert ein "Fenster": Das "Fenster" erscheint mit einem vorbestimmten Abstand entfernt von der Anzeigevorrichtung.
Die Fenster hängen miteinander zusammen, und sie bilden demgemäß einen sich in der Querrichtung erstreckenden Betrachtungsbereich, in dem der autostereoskopische Effekt beobachtet werden kann, vorausgesetzt, dass das in jedem Fenster angezeigte Bild entsprechend der Position des Betrachters aktualisiert wird.
Die drei Fenster sind mit 1, 2 und 3 markiert, und sie werden in drei Keulen abgebildet, die mit -1, 0 und +1 markiert sind. Im Allgemeinen ist die Größe jedes Fensters durch 2e/N bestimmt, wobei e der mittlere Zwischenaugenabstand einer speziellen Benutzergruppe ist (z. B. ungefähr 65 mm für die Erwachsenenbevölkerung,. weniger für jüngere Benutzergruppen) und N die Anzahl der Fenster in jeder Keule ist: So verfügt bei einem Display mit "drei Fenstern" jedes Fenster über eine Quererstreckung von zwei Dritteln des mittleren Zwischenaugenabstands eines Erwachsenen. Das Display ist so ausgebildet, dass jedes Fenster entweder Daten für die linke Ansicht oder Daten für die rechte Ansicht anzeigt. Die linke und die rechte Ansicht werden in einem Fenster nicht gemischt.
Wenn sich ein Betrachter an der Position A in der Fig. 4 befindet, befindet sich sein rechtes Auge R innerhalb des ersten Fensters 1 der Keule 0 und sein linkes Auge befindet sich an der Grenze zwischen dem zweiten und dem dritten Fenster 2 und 3 der Keule 0. Die Positionen A bis 6 zeigen die Querposition des Betrachters, jedoch befindet sich die Längsposition immer am Nennbetrachtungsabstand. Um für eine autostereoskopische Ansicht zu sorgen, werden die ersten Fenster 1 so gesteuert (über das erste Display), dass sie die Daten für die rechte Ansicht zeigen, und die zweiten und dritten Fenster werden so gesteuert (über das zweite und das dritte Display), dass sie die Daten für die linke Ansicht zeigen. Wenn sich der Betrachter von der Position zur Position B bewegt, bewegt sich sein rechtes Auge iur Grenze zwischen dem ersten und zweiten Fenster der Keule 0. In ähnlicher Weise bewegt sich das linke Auge des Betrachters von der Grenze zwischen dem zweiten und dritten Fenster der Keule 0 weg. Das Ergebnis besteht darin, dass das zweite Fenster 2 nicht mehr betrachtbar ist, und die durch es angezeigten Bilddaten können in Vorwegnahme des Eintreffens des Betrachters an der Position B von den Daten für die linke Ansicht auf die Daten für die rechte Ansicht aktualisiert werden. Wenn sich der Betrachter einmal an der Position B befindet, befindet sich sein rechtes Auge an der Grenze zwischen dem ersten und zweiten Fenster 1 und 2 der Keule 0 - von den beide die Daten für die rechte Ansicht zeigen -, wohingegen sich das linke Auge des Betrachters im Zentrum des dritten Fensters befindet, das die Daten für die linke Ansicht zeigt.
Wenn sich der Betrachter von der Position B zur Position C bewegt, wird das erste Fenster 1 der Keule +1 aktualisiert, um die Daten für die linke Ansicht zu zeigen, um es vorwegzunehmen, dass sich das linke Auge des Betrachters an einer Position befindet; an der das erste Fenster der Keule +1 betrachtet werden kann.
Bei einem derartigen Display zeigen alle ersten Fenster aller Keulen dasselbe Bild, und sie werden gleichzeitig aktualisiert. So werden auch die ersten Fenster der Keulen -1 und 0 aktualisiert, jedoch ist dies ohne Folge, da der Betrachter bei der Bewegung zwischen den Positionen B und C diese Fenster nicht sehen kann. Dieselbe Abfolge von Ereignissen wird für eine Bewegung zwischen jeder der Positionen wiederholt, d. h., dass das durch ein Fenster angezeigte Bild aktualisiert wird, während der Betrachter nicht dazu in der Lage ist, dieses Fenster zu sehen.
Die Fig. 5 ist der Fig. 4 ähnlich, jedoch zeigt sie die Situation für ein Display mit vier Fenstern 1 bis 4, wobei jedes Fenster eine Querbreite aufweist, die der Hälfte jedes mittleren Zwischenaugenabstands der speziellen Benutzergruppe entspricht. Es sei darauf hingewiesen, dass das rechte Auge des Betrachters z. B. an einer Position zwischen den Positionen A und B in der Fig. 5 nur das erste Fenster 1 der Keule 0 sieht, wohingegen sein linkes Auge nur das dritte Fenster 3 der Keule 0 sieht. Wie zuvor werden die nicht gesehenen Fenster in Vorwegnahme einer Bewegung des Betrachters an eine Position, an der sie nicht betrachtbar sind, aktualisiert.
Die kleinere Fensterbreite erlaubt es, für eine vorgegebene Querbewegung des Betrachters eine größere Anzahl von Ansichten zu zeigen. Dies ist günstig, wenn die Bilddaten auch dazu aktualisiert werden, einen "Umherschau"- effekt zu liefern.
Die Fig. 6a und 6b vergleichen die räumliche Erstreckung der Betrachtungsbereiche, in denen der autostereoskopische Effekt beobachtet werden kann. In jeder Figur repräsentiert die Position Z die Fenster-Nennposition eines Displays, das keine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet. Die Fig. 6a zeigt die Betrachtungsposition für ein Display mit mehreren Keulen ohne Betrachter-Nachfahrvorgang. Die Fig. 6b zeigt die Betrachterpositionen für ein Display mit mehreren Keulen mit Nachfahrmöglichkeit für den Betrachter in der Querrichtung. In jedem Fall repräsentiert die Ordinate die Symmetrieachse des Displays (d. h. die Mittellinie des Displays), und die schraffierten Bereiche repräsentieren das Gebiet, in dem der autostereoskopische Effekt wahrgenommen werden kann.
Das Bereitstellen eines Nachfahrens in der Querrichtung erlaubt auch eine geringe Vergrößerung der Positionsfreiheit des Betrachters in der Längsrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen es, ein großes Feld für autostereoskopische Betrachtung zu erzeugen. Es kann auch dafür gesorgt werden, dass der dem Betrachter angezeigte Bildinhalt abhängig von der Betrachterposition variiert, um dem Betrachter eine "Umherschau"ansicht zu bieten (d. h. Ansichten, die Parallaxeinformation enthalten).
Zu Nachfahrverfahren betreffend die Betrachterposition kann magnetisches Infrarot-, Ultraschall- und Videonachfahren gehören. Nachfahrsysteme sind für sich bekannt und müssen hier nicht im Einzelnen beschrieben werden.
Die Fig. 7 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform der. Erfindung. Das Display verfügt über einen Raumlichtmodulator 40, eine Linse 47 und eine Beleuchtungsquelle 41 mit sechs. Lichtemissionselementen, die in Paaren 42, 43 und 44 angeordnet sind. Die Linse 47 wirkt so, dass sie beim Nennbetrachtungsabstand Z ein Bild der Quelle 41 erzeugt. Jedes Paar von Lichtemissionselementen verfügt über denselben Interelementabstand wie jedes andere Paar, und die Elemente sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Paare von Lichtemissionselementen werden aufeinanderfolgend zum Leuchten gebracht. Videoinformation wird dem Raumlichtmodulator auf Zeitmulti plexweise aufeinanderfolgend einhergehend mit dem aufeinanderfolgenden Leuchten jedes Paars von Beleuchtungseinrichtungen zugeführt. Ein derartiges Display erzeugt zwei Keulen 45 und 46 mit jeweils drei Fenstern an der Nennbetrachtungsposition Z. Wenn die sechs Lichtemissionselemente einzeln steuerbar sind, kann das Display als solches mit einer einzelnen Keule und sechs Fenstern betrieben werden, um dieselbe Bewegungsfreiheit zu erzielen. Die Fig. 8 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Eine erste Lichtquelle 50 verfügt über drei regelmäßig beabstandete Beleuchtungseinrichtungen, und sie ist so ausgebildet, dass sie einen ersten Raumlichtmodulator 51 über eine Linse 52 beleuchtet. In ähnlicher Weise verfügt eine zweite Lichtquelle 54 über drei regelmäßig beabstandete Beleuchtungseinrichtungen, und sie ist so ausgebildet, dass sie einen zweiten Raumlichtmodulator 55 über eine Linse 56 beleuchtet. Eine ähnliche Anordnung ist hinsichtlich einer dritten Lichtquelle 57, einer dritten Linse 59 und eines dritten Raumlichtmodulators 58 vorhanden. Ein erster Strahlkombinierer 60 kombiniert die Bilder der ersten und der zweiten Lichtquelle 50 und 54, folgend auf eine Modulation durch ihre jeweiligen Raumlichtmodulatoren. Dieses kombinierte Bild wird in einem zweiten Strahlkombinierer 62 ferner mit dem Bild der dritten Lichtquelle 57, folgend auf eine Modulation durch den dritten Raumlichtmodulator 58, kombiniert. Die Bilder werden so angeordnet, dass sie in Bezug aufeinander so in Querrichtung versetzt sind, dass ein Ausgangssignal mit drei Keulen (mit -1, 0 und +1 markiert) mit jeweils drei Fenstern erzeugt wird, Die Fenster bilden an der Nennbetrachtungsposition Z ein im Wesentlichen zusammenhängendes Ausgangssignal.
Die Fig. 9 veranschaulicht schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Eine Hintergrundbeleuchtung 70 verfügt über drei Gruppen von Lichtemissionselementen. Zur ersten Gruppe gehörende Elemente sind mit 71 gekennzeichnet, zur zweiten Gruppe gehörende Elemente sind mit 72 gekennzeichnet und zur dritten Gruppe gehörende Elemente sind mit 73 gekennzeichnet. Die Lichtemissionselemente sind in einer wiederholten Folge eines Elements aus der ersten Gruppe, eines Elements aus der zweiten Gruppe und eines Elements aus der dritten Gruppe angeordnet. Licht von den Lichtemissionselementen wird durch ein Linsenarray 75 gesammelt und über einen Raumlichtmodulator 76 zu einer Betrachter-Nennbetrachtungsposition Z gelenkt. Jede Gruppe von Lichtemissionselementen wird aufeinanderfolgend zum Leuchten gebracht, und der Raumlichtmodulator wird auf Zeitmultiplexweise angesteuert, um für jedes der Betrachtungsfenster eine andere Ansicht zu liefern.
Die Fig. 10 veranschaulicht schematisch ein Display, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet. Ein Raumlichtmodulator 80 ist zwischen einem ersten und einem zweiten Rasterlinsenarray 82 und 84 eingebettet. Das erste Array 82 ist zum Raumlichtmodulator 80 benachbart, und es verfügt über eine Schrittweite, die im Wesentlichen mit derjenigen des Raumlichtmodulators übereinstimmt. Das zweite Rasterlinsenarray 84 verfügt über eine Schrittweite, die im Wesenlichen die doppelte derjenigen des ersten Rasterlinsenarrays ist. Eine Streueinrichtung 86 ist zwischen dem Räumlichtmodulator 80 und dem zweiten Rasterlinsenschirm 84 positioniert. Eine erste und eine zweite Lichtquelle 88 und 90 sind so angeordnet, dass sie das erste Rasterlinsenarray 82 über eine Linse 92 beleuchten. Die Streueinrichtung 86 ist so positioniert, dass auf ihr, folgend auf eine Modulation durch den Raumlichtmodulator 80 ein Bild der Lichtquellen 88 und 90 erzeugt wird. Die Streueinrichtung 86 liegt auch in der Objektebene des zweiten Rasterlinsenschirms 84. Der zweite Rasterlinsenschirm 84 führt eine Neuabbildung der Streueinrichtung 86 an der Nennbetrachtungsposition Z aus.
Die Lichtquellen 88 und 90 und der Raumlichtmodulator 80 werden auf Zeitmultiplexweise angesteuert. Wenn die erste Lichtquelle 88 leuchtet, erzeugt ein erstes Modulationselement 94 des Raumlichtmodulators 80 an einer Position 95 auf der Streueinrichtung 86 ein moduliertes Bild, wohingegen ein zweites Element 96 desselben an einer Position 97 auf der Streueinrichtung 86 ein Bild erzeugt. Diese Positionen werden erneut als Elemente der Fensteransichten 1 und 4 jeder Keule abgebildet. Wenn die erste Beleuchtungseinrichtung 88 dunkel ist un die zweite Beleuchtungseinrichtung 90 leuchtet, erzeugen dieselben Modulationselemente 94 und 96 Bilder an Positionen 98 bzw. 99 auf der Streueinrichtung 86. Diese Bilder erzeugen Elemente der Fenster 2 und 3 in jeder Keule. Eine derartige Ausführungsform kombiniert sowohl räumlichen als auch zeitlichen Multiplexbetrieb, um für ein Display mit mehreren Keulen und vier Ansichten zu sorgen.
Die Fig. 11 veranschaulicht schematisch ein Videomultiplexsystem zum Steuern der durch die Displays angezeigten Ansichten. Obwohl drei oder vier Fenster vorhanden sind, ist nur Information für die Ansicht für das linke und rechte Auge erforderlich. Information für die Ansicht für das linke Auge wird über einen Puffer 100 an Eingänge für das linke Auge an einem ersten, zweiten und dritten Videoschalter 102, 104 und 106 geliefert. In ähnlicher Weise wird Information für die Ansicht für das rechte Auge über einen Puffer 108 an Eingänge für das rechte Auge am ersten, zweiten und dritten Videoschalter geliefert. Jeder Videoschalter ist dafür zuständig, diejenige Videoansicht auszuwählen, die an eine der Anzeigevorrichtungen zur Anzeige in einem der Fenster zu liefern ist. Jeder Videoschalter kann eine jeweilige Anzeigevorrichtung steuern, oder er kann so ausgebildet sein, dass er ein einzelnes Display auf Multiplexweise ansteuert, wie es z. B. in der Fig. 7 dargestellt ist. Jeder Videoschalter empfängt von einer Steuereinrichtung 110, die auswählt, ob die linke oder die rechte Ansicht angezeigt werden soll, ein Steuereingangssignal. Die Steuereinrichtung 110 reagiert auf ein Nachfahrsystem 112, das die Position eines Betrachters bestimmt. Aus der Kenntnis der Betrachterposition und den Parametern des Displays wählt die Steuereinrichtung geeignete Ansichten aus, und sie weist die Videoschalter dazu an, die relevante linke oder rechte Ansicht anzuzeigen. Die von der Steuereinrichtung 110 verwendeten Schaltpunkte werden allgemein durch eine Kalibrierung des Systems bestimmt, z. B. durch einen Betrachter, der sich an eine definierte optische Position wie eine Fenstergrenze bewegt, wobei eine Messung der Position des Betrachters ausgeführt wird. Alternativ kann die Steuereinrichtung 110 auf eine Handsteuerung 111 reagieren, die durch einen Betrachter so von Hand bedient wird, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Für ein Display unter Verwendung eines Rasterlinsenschirms, wie das in der Fig. 3 dargestellte Display, ist es wünschenswert, dass maskierte Gebiete des Raumlichtmodulators nicht als schwatze Bänder abgebildet werden, die sich bewegen, wenn sich der Betrachter bewegt. Die in der Fig. 12 dargestellte Anordnung von Pixeln ermöglicht es, Querzwischenräume zwischen der Pixelgruppe 120 und der Pixelgruppe 122 zu beseitigen, während immer noch Raum für Steuerleitungen innerhalb des Displays vorhanden ist.
Das in der Fig. 13 dargestellte Display unterscheidet sich von dem in der Fig. 8 dargestellten dadurch, dass die Lichtquellen 50, 54 und 57 sowie die Linsen 52, 56 und 59 durch kompakte Beleuchtungseinrichtungen 50a, 54a und 57a ersetzt sind. Die kompakte Beleuchtungseinrichtung 50a verfügt über einen Rasterlinsenschirm 50b, hinter dem eine Parallaxesperre 50c angeordnet ist. Die Parallaxesperre 50c verfügt über mehrere Schlitze, von denen jeder einer Rasterlinse des Rasterlinsenschirms 50b zugeordnet ist. Hinter der Parallaxesperre 50c ist eine Lambertsche Hintergrundbeleuchtung 50d. angeordnet. Die kompakten Beleuchtungseinrichtungen 54a und 57a sind mit der kompakten Beleuchtungseinrichtung 50a identisch.
Jede Rasterlinse des Rasterlinsenschirms 50b bildet den ausgerichteten Schlitz der Parallaxesperre 50c auf das Fenster der Keule 0 ab. Außerdem bilden die benachbarten Rasterlinsen denselben Schlitz auf dasselbe Fenster in den Keulen -1 und +1 der Betrachtungsfenster ab. Demgemäß arbeitet das in der Fig. 13 dargestellte Display auf dieselbe Weise wie das in der Fig. 8 dargestellte, jedoch kann es kompakter ausgebildet werden.
Die Fig. 14 zeigt einen Teil eines Displays, das sich von dem in der Fig. 3 dargestellten dadurch unterscheidet, dass der Rasterlinsenschirm 22 durch eine Parallaxesperre 22a ersetzt ist. Die Sperre 22a verfügt über eine Anzahl von Schlitzen, die mit den Pixeln des Flüssigkristalldisplays 23, wie in der Fig. 14 dargestellt, ausgerichtet sind. Hinter dem Flüssigkristalldisplay, dessen Pixel zusammenhängen, ist eine Lambertsche Hintergrundbeleuchtung 50d vorhanden.
Wie es in der Fig. 14 dargestellt ist, lenkt jeder Schlitz Licht entlang Lichtkegeln in das erste, zweite und dritte Fenster der Keule O ausgehend von den zugehörigen Pixeln. Ferner erzeugen die Schlitze die Fenster der Keulen +1 und -1 in solcher Weise, dass die Fenster in jeder Keule zusammenhängen und die Keulen zusammenhängen.
Obwohl Displays des in der Fig. 14 dargestellten Typs mit einer "vorderen" Parallaxesperre 22a bei einem vorgegebenen Beleuchtungspegel ein dunkleres Bild als Displays unter Verwendung von Rasterlinsenschirmen erzeugen, leiden Parallaxesperren nicht unter den optischen Aberrationen von Rasterlinsenschirmen. Bei einem Display mit vorderer Parallaxesperre wird die Qualität der Fenster, insbesondere hinsichtlich der Breite der Grenze jedes Fensters, wie in der Ebene eines Betrachters erzeugt, durch die Breite der Schlitze kontrolliert. Wenn die Schlitze schmaler gemacht werden, ist die geometrische Ausbreitung jeder Fensterkante verringert. Jedoch nimmt das am Schlitz auftretende Beugungsausmaß mit abnehmender Breite jedes Schlitzes zu, so dass es erforderlich ist, die Breite der Schlitze als Kompromiss zwischen Beugungseffekten und Effekten einer geometrischen Beeinträchtigung zu wählen.
Die Fig. 15 veranschaulicht einen Teil eines Displays, das sich von dem in der Fig. 14 dargestellten dadurch unterscheidet, dass die vordere Parallaxesperre 22a durch eine hintere Parallaxesperre 22b ersetzt ist, die zwischen dem Flüssigkristalldisplay 23 und der Hintergrundbeleuchtung 50d angeordnet ist. Zwischen der Sperre 22b und dem Display 23 ist eine schaltbare Streueinrichtung 130 vorhanden. Die der Hintergrundbeleuchtung 50d zugewandte Fläche der Sperre 22b ist reflektierend ausgebildet, so dass Licht, das nicht durch die Schlitze der Sperre 22b läuft, zur Wiederverwendung zur Hintergrundbeleuchtung 50d zurückreflektiert wird. Dies verbessert die Helligkeit des angezeigten Bilds.
Die Verwendung einer hinteren Parallaxesperre 22b führt dazu, dass die geometrische Aufweitung jeder Fensterkante durch die Breite der Schlitze der Parallaxesperre kontrolliert wird, wohingegen die Aufweitung der Kanten durch Beugung durch die Breite der Pixel des Displays 23 kontrolliert wird. Daher ist es möglich, die Qualität der Fensterabbildung im Vergleich zum in der Fig. 14 dargestellten Display unter Verwendung einer vorderen Parallaxesperre zu verbessern.
Das Display kann durch Umschalten der schaltbaren Streueinrichtung 130 zum Streuen von Licht von den Schlitzen der Sperre 22b für zweidimensionalen (2D) Betrieb verwendet werden. Dann wird das Flüssigkristalldisplay 23 durch eine Lambertsche Quelle beleuchtet, und 2D-Bilder sind über einen großen Betrachtungsbereich erkennbar.
Die hintere Parallaxesperre 22b kann als Array transparenter Schlitze in einer undurchsichtigen Maske ausgebildet werden. Alternativ kann die Sperre dadurch hergestellt werden, dass eine Lichtquelle definierter Größe durch einen Rasterlinsenschirm auf eine Streueinrichtung abgebildet wird.
Die Fig. 16 veranschaulicht schematisch eine alternative Technik zum Erzeugen von drei oder mehr zusammenhängenden Fenstern durch ein Hologramm 131 mit einer Anzahl holografischer Elemente 132, die jeweiligen Pixeln des Raumlichtmodulators des Displays zugeordnet sind und die für die geeigneten Farbfilter der Pixel abgestimmt sind. Derartige holografische Elemente 132 entsprechen im Betrieb einem Rasterlinsenschirm oder einer Parallaxesperre, und wenn sie z. B. durch einen kollimierten Strahl 133 zum Rekonstruieren von weißem Licht geeignet beleuchtet werden, erzeugt jedes holografische Element 132 ein definiertes. Fenster für die zugehörige Farbe. Jedes holografische Element kann so aufgezeichnet werden, dass es mehrere Keulen definiert, wie es in der Fig. 16 dargestellt ist. Die holografischen Elemente 132 werden so in Gruppen angeordnet, dass das Licht von jeder Gruppe von Pixeln auf eine der drei oder mehreren Gruppen von Fenstern, wie in der Fig. 17 dargestellt, abgebildet wird. Die Lichtintensität wird durch die Schalteigenschaften des Pixels und die Richtungswirkung durch das Hologramm 131 gesteuert. Ein Vorteil der Verwendung von Hologrammen besteht darin, dass sie deutliche Verbesserungen hinsichtlich des Verhaltens des Displays entfernt von der Achse herbeiführen können, da Aberrationen entfernt von der Achse im Wesentlichen aufgehoben werden können, wenn die Hologramme aufgezeichnet werden.
Wie es in der Fig. 18 dargestellt ist, kann das Hologramm 131 gemeinsam mit einer Flüssigkristallschicht 136 und einem Farbfilter 137 innerhalb eines Raumlichtmodulators angeordnet werden. So ist das Hologramm im Wesentlichen in der Ebene der den SLM 135 bildenden Flüssigkristallvorrichtung angeordnet, z. B. durch Steuern des Musters einer Schwarzmaske innerhalb der Pixelöffnung. Das Hologramm am Ort jedes Pixels kann so abgestimmt werden, dass Licht für die spezielle Farbe, die dem Farbfilter für dieses Pixel zugeordnet ist, zum geeigneten Fenster gelenkt wird. Dies ist in der Fig. 18 durch Abkürzungen gekennzeichnet, wobei "W" ein Fenster kennzeichnet und "R", "G" und "B" rotes, grünes bzw. blaues Licht bezeichnen. So kann die Weißlichtfunktion des Displays verbessert werden. Z. B. kann eine Lichtquelle für das Display drei schmale spektrale Peaks enthalten, die durch geeignete Wahl von in Leuchtstoffröhren verwendeten Leuchtstoffen erzielt werden können, wobei dies in Kombination mit dem Farbfilter und den Pixeln zu einer relativ kleinen spektralen Aufweitung des Lichts von den holografischen Elementen führt.
Die Fig. 19 zeigt eine alternative Anordnung, bei der das Hologramm 131 an der Außenseite des SLM 135 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung ist es, unter Verwendung kollimierter Beleuchtung, möglich, in einem Polymer oder in mit Dichromat behandelter Gelatine hergestellte Hologramme oder Hologramme in Form eines geätzten Oberflächenreliefs oder mit Einprägung zu verwenden. Alternativ können durch Steuern der Elektrodenstruktur innerhalb jedes Pixels des SLM 135 in diesem Gitter erzeugt werden.
Die Hologramme 131 können durch einen Computer erzeugt werden, oder sie können dadurch aufgezeichnet werden, dass Licht von einem beleuchteten Fenster mit einem Bezugsstrahl zur Interferenz gebracht wird. Z. B. kann eine Maske dazu verwendet werden, eine Aufzeichnungsplatte im ersten. Fenster jeder Keule durch ein rotes Farbfilter gemeinsam mit einem roten Bezugsstrahl zu belichten. Dies kann dann für grünes und blaues Licht wiederholt werden. Dann kann der Prozess für jedes Fenster und jedes entsprechende holografische Element wiederholt werden.
Die Fig. 20 veranschaulicht eine kompakte, kollimierte, weiße Hintergrund beleuchtung, die zum Beleuchten der Hologramme 131 verwendet werden kann. Die in der Fig. 20 dargestellte Hintergrundbeleuchtung unterscheidet sich von der in der Fig. 13 dargestellten dadurch, dass zwischen Elementen des Linsenarrays 50b Sperren 50e angeordnet sind und das Linsenarray 50b so ausgebildet ist, dass es kollimiertes Licht erzeugt. Die Rückseite der Sperre 50c ist reflektierend ausgebildet, um nicht verwendetes Licht zur Wiederverwendung zur Hintergrundbeleuchtung 50d zurückzuliefern.
Die Fig. 21 zeigt eine kollimierte Hintergrundbeleuchtung, die sich von der in der Fig. 20 dargestellten dadurch unterscheidet, dass das Linsenarray 50b und die Sperre 50e durch kleine Glaskugeln 140 mit großer Packungsdichte ersetzt sind. Als andere Alternative ist es möglich, kollimiertes Licht durch ein von der Kante her beleuchtetes Hologramm zu erzeugen.
So ist es möglich, ein dem Betrachter nachfahrendes autostereoskopisches Display ohne bewegliche Teile zu erzeugen. Ein derartiges Display ist robuster und zeigt schnelleres Ansprechverhalten als ein Display mit beweglichen Teilen. Ein derartiges Display ist auch relativ unempfindlich gegen Fehler beim Nachfahren des Betrachters.
Die Funktionen eines nicht mechanischen, elektronischen Quernachfahrverfahrens und eines mechanischen Nachfahrverfahrens (z. B. Verschieben eines Parallaxeelements, z. B. einer Parallaxesperre oder eines Rasterlinsenschirms in Bezug auf einen SLM, oder Verdrehen einer Sandwichstruktur mit mindestens einem Parallaxeelement und einem SLM in einem Flachtafeldisplay) können kombiniert werden. So ist es möglich, aus den mechanischen Nachfahrverfahren gutes Aberrationsverhalten zu erzielen (die Bilder für das Auge eines Betrachters durch das Parallaxeelement in der Ebene des SLM werden im Zentrum der SLM-Pixel oder det Nähe des Zentrums gehalten), und vom nicht mechanischen Nachfahrverfahren Geschwindigkeit und erweiterte Betrachtungsfreiheit zu erzielen. Auf diese Weise kann, wenn sich ein Betrachter an eine neue Position bewegt, ein relativ langsames mechanisches System entweder die Parallaxesperre oder den Rasterlinsenschirm in Bezug auf den SLM verschieben oder die Sandwichstruktur verdrehen. Ferner erlaubt es das nicht mechanische Nachfahrverfahren, das in Verbindung mit einem mechanischen Nachfahryerfahren arbeitet, dem Betrachter, ein autostereoskopisches Bild immer mit erweiterter Betrachtungsfreiheit aufrecht zu erhalten, was nicht möglich ist, wenn nur ein mechanisches Verfahren verwendet wird.
Für ein Display mit drei Fenstern verfügt jede Rasterlinse 124 über eine Schrittweite, die im Wesentlichen derjenigen von drei Pixelspalten entspricht.
Das in der Fig. 22 dargestellte Display unterscheidet sich von dem in der Fig. 4 dargestellten dadurch, dass die Größe n der Betrachtungsfenster im Wesentlichen dem mittleren Zwischenaugenabstand entsprechen. Ferner ist dargestellt, dass das Display für Umherschaumöglichkeit mit neun verschiedenen Ansichten V1 bis V9 sorgt. Dies ist ein Beispiel für eine mögliche Konfiguration. Das Prinzip kann auch bei Displays mit mehr als drei Fenstern pro Keule und bei mehr als drei Keulen angewandt werden. Die Augenpositionen sind hinsichtlich ihrer Querpositionen veranschaulicht, jedoch befinden sie sich tatsächlich in der Ebene der Betrachtungsfenster. Der untere Teil der Fig. 22 veranschaulicht, welche Ansicht in jedem der Fenster angezeigt wird, wobei ein Pfeil zeigt, dass für entsprechende Augenpositionen, die vertikal darüber dargestellt sind, die Ansicht geändert wird und für keines der Augen erkennbar ist.
Wenn sich die Augen in der bei A dargestellten Position befinden, enthalten die Fenster 2 und 3 die Ansichten V2 bzw. V1. Wenn sich die Augen zur bei B dargestellten Position bewegen, wird die Ansicht V3 in das Fenster W1 eingegeben. An den Fenstergrenzen existiert eine gewisse Verschmierung, die sich aus einer Defokussierung, einer Streuung und Aberrationen eines Rasterlinsenschirms ergeben, oder weil die Schlitzbreite einer Parallaxesperre dergestalt ist, dass dann, wenn ein Auge eines Betrachters eine Fenstergrenze überquert, der Betrachter eine Ansicht abgeschwächt in der anderen sieht, wie es in der Fig. 23 dargestellt ist. Obwohl zwischen benachbarten Betrachtungsbildern eine erhebliche Nichtübereinstimmung besteht, tritt ein gleichmäßiger Übergang auf, wenn sich ein Auge über die Grenze bewegt. In einigen Umständen hat sich dies als günstig erwiesen.
Wegen des Verschmierens der Fenstergrenze und da die Breite der Fenster im Wesentlichen dem mittleren Zwischenaugenabstand entspricht, bewegen sich beide Augen eines Betrachters im Wesentlichen gleichzeitig über benachbarte Fenstergrenze. Daher existiert eine relativ grobe Abstufung der Ansichten, wenn sich der Betrachter in Querrichtung über die Fenstergrenzen bewegt. Jedoch werden die Ansichten in denjenigen Fenstern, die aktuell für den Betrachter nicht erkennbar sind, in Vorwegnahme der Tatsache umgeschaltet, dass sich die Augen des Betrachters in das relevante Fenster bewegen, was auf dieselbe Weise erfolgt, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 4 beschrieben wurde.
Ein Vorteil des in der Fig. 22 dargestellten Displays besteht darin, dass es durch optische Fehler, die die Funktion eines Displays vom wahren Umherschautyp hemmen können, weniger beeinflusst wird. Demgemäß können billigere optische Elemente mit geringerer Funktionsfähigkeit verwendet werden und bei den Nachfahrvorrichtungen kann verringerte Genauigkeit toleriert werden. Ferner erlaubt die Verwendung größerer Fenster die Bereitstellung größerer Zonen, die hinsichtlich des Betrachtungspunkts korrigiert sind, wodurch der Betrachter größere Betrachtungsfreiheit erhält.
Das in der Fig. 22 dargestellte Display muss Bilder nicht so schnell erzeugen, wie dies bei Displays mit vollständiger Umherschau der Fall ist. Ferner müssen die Ansprechgeschwindigkeit des Nachfahrsystems und eines Bilderzeugungssystems nicht so groß wie für ein Display mit voller Umherschau sein.
Für einige Anwendungen ist es nicht erforderlich, ein Nachfahrsystem anzubringen, das die Position des Betrachters automatisch erfasst, um für den Betrachter nicht erkennbare Ansichten umzuschalten. Z. B. kann das automatische Nachfahrsystem durch eine vom Betrachter von Hand gesteuerte Handsteuerung ersetzt werden, um das Umschalten von Ansichten so auszuführen, dass Anpassung an die aktuelle Position des Betrachters erzielt ist. Dies erlaubt es, die Betrachtungsfreiheit zu erweitern, ohne dass die Verkomplizierung durch ein dem Betrachter automatisch nachfahrendes System und die zugehörigen Kosten erforderlich sind. Es ist möglich, dass ein Betrachter daran gewöhnt wird, die Ansichten in Vorwegnahme einer Bewegung an eine neue Position umzuschalten. Obwohl die Verwendung eines Nachfahrens von Hand bei Displays geeignet ist, die in jeder Keule drei Fenster erzeugen, kann dies bei Displays, die mehr als drei Fenster pro Keule erzeugen, günstig sein, da dadurch die Anzahl der Vorgänge verringert wird, bei denen der Betrachter die Anzeige während der Bewegung aktualisieren muss.
Der Verschmierungseffekt an. Fenstergrenzen kann dadurch verbessert werden, dass die an das Display gelieferten Bilder manipuliert werden. Der Verschmierüngseffekt kann bei Displays mit zwei Fenstern und auch bei Displays mit mehr als drei Fenstern verwendet werden. In jedem Fall kann das Verschmieren dazu dienen, die Erkennbarkeit irgendwelcher Fehler im Display "zu verwaschen". Ein Verschmieren kann auch dadurch eingeführt werden, dass das Bild an der Grenze auf monoskopisch oder schwarz ausgeblendet wird, so dass jegliche störende Bildfehler verringert werden, obwohl die Grenze immer noch erkennbar ist.
Eine Fenstergrenzenverschmierung kann auch bei Displays mit geringerem grafischem Funktionsvermögen von Vorteil sein. Wenn z. B. die Bilder nicht ausreichend schnell aktualisiert werden können, kann eine gewisse Fenstergrenzenverschmierung zwischen benachbarten Bildern während einer Umherschau bereitgestellt werden, um "springende" Bildstörungen auf Displays zu verringern.
Um unangenehme visuelle Bildstörungen außerhalb des Betrachtungsbereichs des Displays zu vermeiden, können die Lichtquellen abgeschaltet werden, wenn sich der Betrachter außerhalb des Betrachtungsbereichs befindet. Dies kann nicht nur für eine Querbewegung zur Außenseite des Betrachtungsbereichs sondern auch für eine Vertikalbewegung erfolgen, wobei beide Aberrationseffekten in den optischen Elementen unterliegen. Anstatt dass die Lichtquelle ausgeschaltet wird, kann auch dafür gesorgt werden, dass sie allmählich schwächer wird, wenn sich der Betrachter dem Rand des Betrachtungsbereichs nähert.
Im Fall einer Handumschaltung von Fenstern mit einer Ansicht in jedem Fenster der Keule kann es möglich sein, dass ein Betrachter am Rand der Keule ein pseudoskopisches Bild sieht, wenn die Fenster nicht zum korrekten Zeitpunkt umgeschaltet werden (z. B. durch einen unerfahrenen Benutzer). Um diese Möglichkeit zu vermeiden, kann es wünschenswert sein, im dritten Fenster einen Graupegel (wie weiß) anzuzeigen. Dann kann der Betrachter während des Umschaltprozesses nicht verwirrt werden, da das Bild, in den Randabschnitten, mit grauer Farbe erscheint und dann zu einem 2D-Bild wird, wenn ein Auge das graue Fenster sieht und das andere Auge die Kantenansicht sieht.
Das Drücken von Tasten der Handsteuerung durch den Betrachter kann dazu verwendet werden, ein Positionssignal zu liefern, das an ein Bilderzeugungssystem rückgeliefert wird. Dies kann nicht nur dazu verwendet werden, dafür zu sorgen, dass der Betrachter Bilder durch beide Augen sieht, sondern auch dazu, dass die Bilder für die spezielle Betrachtungsrichtung eingestellt werden. Z. B. kann bei einer Computerspielanwendung die Software so konfiguriert werden, dass sie es ermöglicht, bestimmte Teile des Spiels nur dann auszuführen, wenn sich der Betrachter an einer speziellen Position links vom Display befindet. So kann durch ein derartiges Display ein einzigartiges Merkmal zur Spielesoftware hinzugefügt werden.
Die Fig. 24 veranschaulicht die Verwendung eines Displays vom in der Fig. 22 dargestellten Typ zum Ausführen einer derartigen Funktion in Kombination mit Software für ein Computerspiel. Es sind Betrachterpositionen A, Bund C dargestellt, und die Fig. 25 bis 27 veranschaulichen die Bilder, die für ein Beispiel eines Computerspiels aus diesen Positionen erkennbar sind. Der Betrachter verwendet die in der Fig. 11 dargestellte Handsteuerung 111 zum Anzeigen seiner Position an Software, die das Display steuert, z. B. zum Steuern eines Mikroprozessors, der Teil der Steuereinrichtung 110 der Fig. 11 ist.
Wenn der Betrachter die Handsteuerung 111 dazu verwendet, anzuzeigen, dass er sich an der Betrachterposition A befindet, werden diese Position repräsentierende Daten an die Computerspiel-Software geliefert, die dafür sorgt, dass das Display in den Fenstern, in denen sich die Augen des Betrachters befinden, geeignete Bilder anzeigt. Die Fig. 25 zeigt, rein beispielhaft, dass für den Betrachter eine Wand erkennbar ist, wenn er sich an der Position A befindet.
Der Betrachter kann sich an die Position B bewegen, und er kann dies der Steuereinrichtung 110 durch die Handsteuerung 111 anzeigen. Die Steuereinrichtung 110 sorgt dann dafür, dass das Display. Bilder in den Fenstern erzeugt, in denen sich der Betrachter befindet, was ein 3D-Bild vom in der Fig. 26 dargestellten Typ liefert. So kann der Betrachter ein "hinter" der Wand 141 vorhandenes Schwert 140 sehen.
Wenn sich der Betrachter an die Position C bewegt und dies' der Steuereinrichtung 110 durch die Handsteuerung 11 anzeigt, ändern sich die Bilder so, dass der Betrachter dann ein 3D-Bild einer Person 142 des Spiels sieht, mit der er über die Handsteuerung 111 wechselwirken kann. Z. B. kann die Handsteuerung 111 über Steuertasten und dergleichen verfügen, um mit der Spielesoftware in Wechselwirkung zu treten, zusätzlich zum Anzeigen der Position des Betrachters.

Claims

1. Autostereoskopisches Display mit Betrachter-Nachfahrfunktion mit:

mindestens drei Bilddisplays (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135), die so ausgebildet sind, dass sie jeweilige Bilder entlang verschiedenen Richtungen schicken, um unter einem Nennbetrachtungsabstand ein Muster mindestens dreier Bildbereiche zu bilden; und einer Betrachter-Nachfahreinrichtung (112) zum Erfassen der Position eines Betrachters, gekennzeichnet durch eine Bildsteuereinrichtung (100, 102, 104, 106, 108, 110), die auf die Betrachter-Nachfahreinrichtung (112) reagiert, um die durch die Bilddisplays (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135) angezeigten Bilder auf solche Weise zu aktualisieren, dass das in einem für einen Betrachter nicht erkennbaren Bildbereich angezeigte Bild in Vorwegnahme einer Bewegung eines Auges des Betrachters in diesen Bildbereich aktualisiert wird und Bilder in Bildbereichen, die dem Betrachter erkennbar sind, nicht aktualisiert werden.

2. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Bilddisplays (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135) so ausgebildet ist, dass es die jeweiligen Bildbereiche in mehreren Keulen wiederholt.

3. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Paare der Bildbereiche im Wesentlichen zusammenhängen.

4. Autostereoskopisches Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; dass die Bilddisplays innerhalb einer einzelnen Anzeigevorrichtung (23, 80) im Raummultiplex betrieben werden.

5. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Anzeigevorrichtung (23, 80) benachbart zu einem Array (22, 22a, 22b, 84) von Parallaxeelementen liegt und in sich wiederholende Bereiche von N Spalten unterteilt ist, wobei N die Anzahl der Bilddisplays ist und wobei jeder Bereich von N Spalten benachbart zu einem jeweiligen Element oder einer Spalte von Elementen des Arrays (22, 22a, 22b, 84) liegt.

6. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Array von Parallaxeelementen ein Rasterlinsenschirm (22, 84) ist.

7. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Array von Parallaxeelementen eine Parallaxesperre (22a, 22b) ist.

8. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Hologramm (131), das so ausgebildet ist, dass es die Bilder entlang den verschiedenen Richtungen schickt.

9. Autostereoskopisches Display nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Anzeigevorrichtung (23, 80) ein Raumlichtmodulator ist.

10. Autostereoskopisches Display nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Anzeigevorrichtung ein emittierendes Display ist.

11. Autostereoskopisches Display nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Bilddisplays Raumlichtmodulatoren (51,. 55, 58) sind, von denen jeder durch mindestens eine Lichtquelle (50, 54, 57, 50a, 54a, 57a) beleuchtet ist, wobei ihre Bilder durch Strahlkombinierer (60, 62) kombiniert werden.

12. Autostereoskopisches Display nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddisplays durch einen einzelnen Raumlichtmodulator (40), der mit mindestens drei, aufeinanderfolgend betriebenen einzeln steuerbaren Lichtquellen (41-44) zusammenwirkt, im Zeitmultiplex betrieben werden.

13. Autostereoskopisches Display nach Ansprüch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Lichtquellen (42-44) mindestens zwei Licht emittierende Bereiche aufweist.

14. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Anzeigevorrichtung ein Raumlichtmodulator (180) ist, der durch mindestens zwei einzeln steuerbare Lichtquellen (88, 90) beleuchtet wird, und der so ausgebildet ist, dass er synchron mit den Lichtquellen (88, 90) auf Zeitmultiplexweise arbeitet.

15. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Raumlichtmodulator (80) zwischen einem ersten und einem zweiten Array (82, 84) von Parallaxeelementen befindet, wobei das erste Array (82) eine Schrittweite aufweist, die im Wesentlichen der Pixelschrittweite des Raumlichtmodulators (80) entspricht, und das zweite Array (84) eine Schrittweite aufweist, die im Wesentlichen einem ganzzahligen Vielfachen der Schrittweite des ersten Arrays (82) entspricht.

16. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittweite des zweiten Arrays (84) im Wesentlichen dem Doppelten der Schrittweite des ersten Arrays (82) entspricht.

17. Autostereoskopisches Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktualisierung des Bilds innerhalb jedes der Bildbereiche verhindert wird, wenn sich ein Auge eines Betrachters innerhalb eines vorbestimmten Abstands von den Grenzen dieses. Bildbereichs befindet.

18. Autostereoskopisches Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch drei Bilddisplays (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135).

19. Autostereoskopisches Display nach einem der: vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddisplays (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135) so ausgebildet sind, dass sie jeden Bildbereich mit einer Quergröße erzeugen, der im Wesentlichen 2e/N entspricht, wobei e der mittlere Zwischenabstand für eine vorbestimmte Betrachtergruppe ist und N die Anzahl der Bilddisplays (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135) ist.

20. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass e im Wesentlichen 65 mm entspricht.

21. Autostereoskopisches Display nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddisplays (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135) so ausgebildet sind, dass sie die Bildbereiche so erzeugen, dass benachbarte Paare derselben räumlich wechselseitig geschwächt ineinander übergehen.

22. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddisplays (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135) so ausgebildet sind, dass sie die Bildbereiche mit einer Schrittweite erzeugen, die im Wesentlichen dem mittleren Zwischenabstand für eine vordefinierte Betrachtergruppe entspricht.

23. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet; dass die Schrittweite der Bildbereiche im Wesentlichen 65 mm entspricht.

24. Autostereoskopisches Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsteuereinrichtung (110) so ausgebildet ist, dass sie verschiedene Wechselwirkungen mit dem Display für verschiedene Betrachterpositionen zulässt.

25. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass es zu den verschiedenen Wechselwirkungen gehört, dass verschiedene Bilder an die verschiedenen Betrachterpositionen geliefert werden.

26. Verfahren zum Steuern eines autostereoskopischen Displays zum Erzeugen eines Betrachter-Nachfahrvorgangs, wobei das Display mindestens drei Bildanzeigevorrichtungen (23, 40, 51, 55, 58, 76, 80, 135) aufweist, um jeweilige Bilder entlang verschiedenen Richtungen zu schicken, um unter einem Nennbetrachtungsabstand ein Muster aus mindestens drei Bildbereichen zu erzeugen, und es eine Betrachter-Nachfahreinrichtung (112) zum Bestimmen der Position des Betrachters aufweist, wobei es zum Verfahren gehört, das Bild in einem Bildbereich, der für einen Betrachter nicht erkennbar ist, in Vorwegnahme einer Bewegung eines Auges des Betrachters in diesen Bildbereich hinein zu aktualisieren, und diejenigen Bilder nicht zu aktualisieren, die in für den Betrachter erkennbaren Bildbereichen angezeigt werden.