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Die
Erfindung betrifft eine gerichtete, Bewegungen des Betrachters nachfahrende
Anzeige, z. B. zur Verwendung als autostereoskopische dreidimensionale
(3D) Anzeige. Die Erfindung betrifft auch ein Bewegungen des Betrachters
nachfahrendes Beleuchtungssystem, das zur Verwendung in gerichteten
Anzeigen geeignet ist.
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Bewegungen
des Betrachters nachfahrende autostereoskopische 3D-Anzeigen sind
z. B. in
EP 0 656 555 ,
EP 0 726 482 ,
EP 0 404 289 und in "Eye-Position Tracking
Stereoscopic Display Using Image Shifting Optics" von H. Imai et al., SPIE, Vol. 2653,
S. 49–55,
Februar 1996 offenbart. Bei derartigen Anzeigen vom autostereoskopischen
3D-Typ sind Betrachtungszonen in solcher Weise ausgebildet, dass
dann, wenn ein Betrachter so positioniert ist, dass sich das linke
und das rechte Auge in benachbarten Betrachtungszonen befinden,
ein 3D-Bild wahrnehmbar ist. Um dem Betrachter unter Beibehaltung
des 3D-Effekts mehr Bewegungsfreiheit zu ermöglichen, kann seine Position
gemessen werden, z. B. durch die in der britischen Patentanmeldung
Nr. 9616190.6 offenbarte Technik, und diese Information kann dazu
verwendet werden, die Anzeige so zu steuern, dass sich die Betrachtungszonen
mit dem Betrachter bewegen oder diesem nachfahren. Im Fall von
EP 0 726 482 wird Bewegungen
des Betrachters dadurch nachgefahren, dass die in den Betrachtungszonen
erzeugten zweidimensionalen (2D) Bilder geändert werden, wenn sich der
Betrachter quer in Bezug auf die Anzeige bewegt.
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In "Stereoscopic liquid
crystal display I (General description)" von T. Hattori et al., Pmroc. SPIE, Vol.
2177, S. 143–149,
Februar 1994 ist eine autostereoskopische 3D-Anzeige offenbart,
in der durch Raumlichtmodulatoren angezeigte 2D-Bilder durch eine
2D-Anzeige beleuchtet werden, die als Hintergrundbeleuchtung wirkt
und mit einem optischen Konvergentsystem zusammenwirkt, um die verschiedenen
2D-Ansichten in die verschiedenen Betrachtungszonen zu richten.
Ein Betrachter wird durch eine Infrarotquelle beleuchtet und durch
eine Infrarot-Videokamera beobachtet. Das Bild von der Videokamera
wird durch die 2D-Monochromanzeige effektiv angezeigt, um da durch
den Bewegungen des Betrachters nachzufahren, dass auf der 2D-Anzeige
ein heller Fleck erzeugt wird, der Bewegungen des Betrachters folgt.
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Die 1 der
beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht eine autostereoskopische 3D-Anzeige mit
mechanischem Nachfahren mit einer Hintergrundbeleuchtung 1,
die einen Raumlichtmodulator (SLM) in Form eines Flüssigkristalldisplays
(LCD) 2 beleuchtet. Zwischen dem Betrachter und dem LCD 2 ist
ein beweglicher Rasterlinsenschirm 3 angeordnet, der über eine
Anzahl zylindrischer, konvergierender Rasterlinsen, wie 4,
verfügt.
Jede Rasterlinse 4 ist optisch mit zwei Spalten von Bildelementen
(Pixeln) wie 5 und 6 ausgerichtet. Abwechselnde
Spalten von Pixeln zeigen vertikale Streifen eines jeweiligen 2D-Bilds
an, und die Rasterlinsen 4 lenken Licht von der Hintergrundbeleuchtung,
das durch die Spalten 5 und 6 läuft, in
zwei Betrachtungszonen 7 und 8 für das linke
und das rechte Auge eines Betrachters.
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Ein
Bewegungen des Betrachters nachfahrender Sensor (nicht dargestellt)
erfasst die Position des Betrachters, und der Rasterlinsenschirm 3 wird
in Reaktion auf die gemessene Position des Betrachters quer in Bezug
auf das LCD 2 so bewegt, dass das linke und das rechte
Auge des Betrachters in den Betrachtungszonen 7 bzw. 8 verbleiben.
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Die
in der 2 der beigefügten
Zeichnungen dargestellte Anzeige unterscheidet sich von der in der 1 dargestellten
dadurch, dass der Rasterlinsenschirm durch eine Parallaxesperre 3 ersetzt
ist. Die Parallaxesperre 3 verfügt über mehrere parallele, gleich
beabstandete vertikale Schlitze, wie 4, die die Betrachtungszonen 7 und 8 im
Wesentlichen auf dieselbe Weise wie die Rasterlinsen der in der 1 dargestellten
Anzeige bilden. Die Parallaxesperre 3 wird in Bezug auf
das LCD 2 quer bewegt, wie es durch Pfeile 9 und 10 gekennzeichnet
ist, um einer Querbewegung des Betrachters, wie sie durch einen Pfeil 11 gekennzeichnet
ist, zu folgen.
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Wie
es in der 3 der beigefügten Zeichnungen dargestellt
ist, ist die Verstelloptik 3, die der Rasterlinsenschirm
oder die Parallaxebarriere sein kann, wie sie in den 1 und 2 dargestellt
sind, mechanisch mit einem elektromechanischen Stellglied 12,
wie einem Schwingspulentisch, verbunden. Der Tisch 12 wird
durch eine Tischsteuerung 13 in Form einer Regelung mit
Positionsrückführung, wie durch 14 gekennzeichnet,
gesteuert.
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Ein
Nachfahrsensor 15 misst die Position des Betrachters 16 und
liefert die Messsignale an eine Anordnung 17 zum Wandeln
der Signale vom Sensor 15 in eine Messung der Position
des Betrachters 16 relativ zur Anzeige. Die gemessene Position wird
dann mit einer Anzeigekalibrierung 18 verglichen, um die
geeignete Position der Verstelloptik 3 relativ zum LCD 2 zu
bestimmen. Die Kalibrierung verfügt über in einer
Nachschlagetabelle gespeicherte Information, die als Ergebnis einer
Kalibrierung der Anzeige abgespeichert wurde. Die erforderliche
Bewegung der Verstelloptik 3 wird in 19 bestimmt
und an die Tischsteuerung 13 geliefert. So wird die Verstelloptik
in solcher Weise bewegt, dass die Augen des Betrachters in den Betrachtungszonen
verbleiben.
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Der
Nachfahrsensor 15 kann über
eine mit einem Bildprozessor verbundene Videokamera verfügen, um
die Position des Kopfs des Betrachters zu erfassen. Jedoch sind
derartige Systeme wegen der Kosten der Kamera und insbesondere der
Kosten des Bildprozessors teuer.
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Ein
anderer bekannter Typ eines Nachfahrsensors verwendet einen magnetischen
Positionssensor. Jedoch neigen derartige Systeme zu magnetischer
Interferenz, und sie erfordern es, dass der Benutzer einen Detektor
trägt,
der durch ein Kabel mit der Anzeige verbunden ist.
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Ein
anderer Typ von Nachfahrsensoren stützt sich auf die Erfassung
der Position des Kopfs des Betrachters durch in Reflexion von Infrarotstrahlung
durch den Betrachter oder durch einen retroreflektiven Fleck, der
z. B. auf die Stirn des Betrachters geklebt ist. Die reflektierte
Infrarotstrahlung wird durch eine Linse auf einen positionsempfindlichen Detektor
(PSD) abgebildet, wie er in der 4 der beigefügten Zeichnungen
dargestellt ist. Eine Infrarotlicht emittierende Diode (LED) 20 emittiert
Infrarotlicht, das über
eine Beleuchtungslinse 21 geliefert wird, um einen Bereich
vor der Anzeige zu beleuchten, wo einem Betrachter nachgefahren
werden kann. Das am retroreflektierenden Fleck oder Ziel 22 reflektierte
Infrarotlicht wird durch eine Sammellinse 23 gesammelt
und durch ein Infrarotstrahlung durchlassendes Filter 24 auf
den PSD 25 abgebildet. Der PSD 25 kann von bekanntem
Typ sein, und er liefert Daten, die auf seiner lichtempfindlichen
Fläche
die Position des "Schwerpunkts" der Beleuchtung
oder des "Beleuchtungszentrums" angeben.
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Diese
bekannten Anordnungen leiden unter verschiedenen Nachteilen. Erstens
muss bei mechanisch nachfahrenden Systemen die Ausrichtung des Bewegungen
des Betrachters nachfahrenden Sensors und der die Position der Parallaxeoptik
steuernden Mechanik hochgenau und robust sein, da andernfalls die
An zeige die Kalibrierung verlieren würde und der Betrachter das
3D-Bild verlieren würde.
Dies legt der Kompliziertheit und Toleranz, und demgemäß den Kosten,
der Anzeige schwere Erfordernisse auf. Ferner müssen während des Zusammenbaus der
Anzeige Kalibrierungsdaten erzeugt werden, um Unterschiede bei der
Ausrichtung des Nachfahrsensors in Bezug auf den Rest der Anzeige
zu berücksichtigen.
Dies erhöht
die Zusammenbaukosten erheblich. Ferner kann sich die tatsächliche
Position des Stellglieds 12 von der durch die Positionsrückführung 14 angezeigten
Position unterscheiden, z. B. wegen einer Verzögerung, Ungenauigkeiten bei
der Positionierung und Systemverzögerungen.
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Gemäß einer
ersten Erscheinungsform der Erfindung ist Folgendes geschaffen.
Eine Bewegungen des Betrachters nachfahrende gerichtete Anzeige
mit einer Bildanzeige und einer Parallaxeoptik, die zueinander beweglich
sind, gekennzeichnet durch einen ersten optischen Strahlungssensor,
der in Bezug auf die Bildanzeige oder die Parallaxeoptik befestigt ist,
ein erstes optisches Element, das in Bezug auf das andere Teil betreffend
die Bildanzeige und die Parallaxeoptik befestigt ist und so ausgebildet
ist, dass es optische Strahlung von einem Betrachter auf den ersten
Sensor abbildet, und eine Einrichtung, die auf den ersten Sensor
reagiert, um die Lieferung von Bildern für das linke und das rechte
Auge an den Betrachter zu steuern.
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Der
erste Sensor kann auf Infrarotstrahlung empfindlich sein.
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Der
erste Sensor kann an der Bildanzeige befestigt sein und das erste
optische Element kann an der Parallaxeoptik befestigt sein. Der
erste Sensor kann in einer Bildebene der Bildanzeige angeordnet sein.
Das erste optische Element kann einen Teil der Parallaxeoptik beinhalten.
Die Parallaxeoptik kann mehrere Parallaxeelemente beinhalten, und
der erste Sensor kann mehrere Sensorelemente beinhalten, von denen
jedes einem jeweiligen der Parallaxeelemente zugeordnet ist.
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Die
Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie die relativen
Querpositionen der Bildanzeige und der Parallaxeelemente oder die
Parallaxe der Parallaxeoptik so einstellt, dass ein Bild der optischen
Strahlung vom Betrachter an einer im Wesentlichen konstanten Position
auf dem ersten Sensor erhalten bleibt.
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Die
Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie die Parallaxeoptik
in Bezug auf die Bildanzeige bewegt.
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Die
Parallaxeoptik kann über
einen Raumlichtmodulator verfügen,
der so ausgebildet ist, dass er eine Parallaxesperre mit mehreren
Aperturen simuliert, und die Steuereinrichtung kann so ausgebildet
sein, dass sie die Positionen der Aperturen steuert. Die Aperturen
können
Schlitze sein.
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Der
erste Sensor kann über
einen positionsempfindlichen Detektor verfügen. Der positionsempfindliche
Detektor kann ein ein- oder ein zweidimensionaler positionsempfindlicher
Detektor sein. Der positionsempfindliche Detektor kann über einen
dynamischen Direktzugriffsspeicher mit einem optisch nicht abgedeckten
integrierten Schaltkreis verfügen.
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Die
Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie die Bildanzeige
oder eine Lichtquelle zum Beleuchten derselben abschaltet, wenn
die Breite eines Bilds der optischen Strahlung vom Betrachter auf
dem ersten Sensor eine vorbestimmte Breite überschreitet.
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Die
Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie die Anzeige
eines Bilds progressiv schwächt,
wenn sich die Breite eines Bilds der optischen Strahlung vom Betrachter
auf dem ersten Sensor einer vorbestimmten Breite annähert.
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Die
Anzeige kann Folgendes aufweisen: einen zweiten optischen Strahlungssensor,
der in Bezug auf die Bildanzeige und die Parallaxeoptik fixiert ist;
und ein zweites optisches Element, das in Bezug auf das andere Teil
betreffend die Bildanzeige und die Parallaxeoptik fixiert ist und
so ausgebildet ist, dass es optische Strahlung vom Betrachter auf
den zweiten Sensor abbildet. Der zweite Sensor und das zweite optische
Element können
mit dem ersten Sensor bzw. dem ersten optischen Element im Wesentlichen
identisch sein. Der zweite Sensor und das zweite optische Element
können
gegenüber
dem ersten Sensor bzw. dem ersten optischen Element in der Querrichtung
beabstandet sein.
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Die
Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie die relativen
Querpositionen der Bildanzeige und der Parallaxeelemente der Parallaxeoptik
so einstellt, dass die Position eines Bilds der optischen Strahlung
vom Betrachter auf dem ersten Sensor gegenüber einer ersten vorbestimmten
Position um einen Wert verschoben ist, der einer Verschiebung gegenüber einer
zweiten vorbestimmten Position eines Bilds der optischen Strahlung
vom Betrachter auf dem zweiten Sensor gleich ist, jedoch in der entgegengesetzten Richtung.
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Die
Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie die relativen
Quer- und Längspositionen
der Bildanzeige und der Parallaxeelemente der Parallaxeoptik so
einstellt, dass Bilder der optischen Strahlung vom Betrachter an
im Wesentlichen konstanten Positionen auf dem ersten und zweiten
Sensor verbleiben.
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Die
Anzeige kann Folgendes aufweisen: mindestens eine optische Strahlungsquelle,
die in Bezug auf die Bildanzeige oder die Parallaxeoptik fixiert
ist, und eine jeweilige Strahlbildungsoptik, die in Bezug auf das
andere Teil betreffend die Bildanzeige und die Parallaxeoptik fixiert
ist und so ausgebildet ist, dass sie Strahlung von der oder jeder
Quelle in einen Strahl bildet. Die Quelle oder eine der Quellen kann
benachbart zum ersten Sensor angeordnet sein, und die jeweilige
Strahlbildungsoptik kann über das
erste optische Element verfügen.
Das erste optische Element kann über
ein holografisches optisches Element verfügen.
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Die
Bildanzeige und die Parallaxeoptik können so ausgebildet sein, dass
sie in jeder von mindestens zwei Strahlungskeulen mindestens drei
Betrachtungszonen bilden, und die Steuereinrichtung kann so ausgebildet
sein, dass sie Bilder in den Betrachtungszonen ändert. Die Bildanzeige kann über in der
Querrichtung im Wesentlichen zusammenhängende Spalten von Bildelementen
verfügen,
und der erste Sensor kann über
mehrere Sensorelemente verfügen,
von denen jedes vertikal mit dem Rand eines jeweiligen benachbarten
Paars von Spalten ausgerichtet ist.
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Die
Bildanzeige kann über
eine Raumlichtmodulator verfügen.
Der Raumlichtmodulator kann über
ein Flüssigkristalldisplay
verfügen.
Das Flüssigkristalldisplay
kann ein Bauteil mit aktiver Matrix sein. Der erste Sensor kann über mindestens
einen optisch ausgesetzten Dünnschichttransistor
in einer Aktivmatrixschicht des Bauteils verfügen.
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Die
Anzeige kann über
eine Bildsteuerung verfügen,
die auf den ersten Sensor reagiert, um an die Bildanzeige gelieferte
Bilddaten so zu steuern, dass für
eine Umherschaubetrachtung gesorgt ist.
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Gemäß einer
zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist Folgendes geschaffen:
ein Bewegungen des Betrachters nachfahrendes Beleuchtungssystem
für eine
gerichtete Anzeige, mit einer Bildanzeige, einer Lichtquelle und
einem optischen System zum Lenken von Licht von der Lichtquelle
in mehrere Betrachtungszonen, gekennzeichnet durch einen ersten
optischen Strahlungssensor, der in Bezug auf die Lichtquelle fixiert
ist, ein erstes optisches Element, das in Bezug auf das optische
System fixiert ist und so ausgebildet ist, dass es optische Strahlung von
einem Betrachter auf den ersten Sensor abbildet, und eine Einrichtung,
die auf den ersten Sensor reagiert, um die Lichtquellen und/oder
das optische System so zu steuern, dass dem Betrachter mit den Betrachtungszonen
nachgefahren wird.
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Die
Lichtquelle kann in Bezug auf das optische System beweglich sein.
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Die
Lichtquelle kann über
mehrere Lichtquellenelemente verfügen, und das optische System kann über mehrere
eine Betrachtungszone bildende Elemente verfügen. Die Lichtquelle kann über eine Beleuchtungseinrichtung
und einen Raumlichtmodulator verfügen, die so ausgebildet sind,
dass sie eine Parallaxebarriere mit mehreren die Lichtquellenelemente
bildenden Aperturen simulieren, und die Steuereinrichtung kann so
ausgebildet sein, dass sie die Positionen der Aperturen steuert.
Die Aperturen können
Schlitze sein. Der Raumlichtmodulator kann ein Flüssigkristalldisplay
sein.
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Das
optische System kann eine Parallaxeoptik, wie ein Linsenarray, sein.
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Das
erste optische Element kann das optische System bilden.
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So
ist es möglich,
eine Anordnung bereitzustellen, bei der ein Betrachter automatisch über einen großen Bereich
von Betrachtungspositionen das korrekte Bild sieht. Die Kalibriererfordernisse
für ein
Bewegungen des Betrachters nachfahrendes System sind sehr erheblich
verringert, so dass die Herstellkosten in ähnlicher Weise verringert sind.
Das Ausmaß der
Verarbeitung, das dazu erforderlich ist, um Bewegungen des Betrachters
nachzufahren, ist erheblich verringert, so dass es möglich ist,
Anzeigen zu schaffen, die billiger sind und weniger Energie verbrauchen.
Durch Einbauen des Nachfahrsystems in die Anzeige sind die Robustheit
und Zuverlässigkeit wesentlich
erhöht.
Bei Ausführungsformen,
bei denen das Betrachter-Beleuchtungssystem zum Nachfahren in Zusammenwirkung
mit dem Messsystem arbeitet, ist das Signal/Rauschsignal-Verhältnis beim Nachfahren
wesentlich verbessert. Ferner können durch
von Hintergrundobjekten empfangene Strahlung hervorgerufene Interferenzen
wesentlich verringert oder beseitigt werden.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft
weiter beschrieben.
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1 und 2 sind
schematische Draufsichten bekannter autostereoskopischer 3D-Anzeigen
mit mechanischem Nachfahren;
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer Anzeige vom in den 1 und 2 dargestellten
Typ;
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4 veranschaulicht
schematisch ein bekanntes System zum Erfassen der Position eines Ziels;
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5 ist
eine allgemeine Ansicht einer Anzeige, die eine Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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6 ist
ein schematisches Blockdiagramm der Anzeige der 5;
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7 veranschaulicht
einen Teil der Anzeige der 5 während des
Betriebs;
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8 veranschaulicht
eine Augenfleckerzeugung bei einer Anzeige vom Rasterlinsenschirmtyp;
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9 veranschaulicht
eine Augenfleckposition bei einer Anzeige mit mechanischem Nachfahren;
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10 veranschaulicht
den Effekt von Anzeigeaberrationen auf ein Quernachfahren;
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11 veranschaulicht
die Grenzen eines Betrachtungsbereichs bei einer autostereoskopischen
3D-Anzeige;
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12 veranschaulicht
den Effekt eines Längsnachfahrens
auf die Position von Augenflecken;
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13 veranschaulicht
ein System mit zwei Sensoren und den Effekt einer Längsbewegung
des Betrachters detaillierter;
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14 veranschaulicht
einen Teil der Anzeige, wobei eine holografische Realisierung dargestellt ist;
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15 ist
der 14 ähnlich,
zeigt jedoch eine Realisierung auf Linsenbasis;
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16 veranschaulicht
eine Modifizierung, die für
verstärkte
Positionsdaten sorgt;
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17 veranschaulicht
eine Modifizierung, bei der ein integriertes Beleuchtungssystem
vorhanden ist;
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18 veranschaulicht
eine Modifizierung, bei der zur Beleuchtung und Positionserfassung
ein gemeinsames System vorhanden ist;
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19 veranschaulicht
eine autostereoskopische 3D-Anzeige mit Betrachtungsumschaltung;
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20 veranschaulicht
einen Positionssensor zur Verwendung bei der Anzeige der 19;
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21 zeigt
eine kompakte Anzeige mit Beleuchtungsstrahl-Kombinierer, die eine
andere Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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22 veranschaulicht
schematisch ein verteiltes Positionserfassungs-Detektorsystem;
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23 veranschaulicht
mögliche
Frontlayouts einer Anzeige;
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24 veranschaulicht
einen Sensor mit mehreren Fototransistoren pro Rasterlinse einer
Anzeige vom Rasterlinsenschirmtyp;
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25 veranschaulicht
eine Ausführungsform
der Erfindung unter Verwendung eines SLM vom Typ, der dem in
EP 0 625 861 ähnlich ist;
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26 veranschaulicht
eine Ausführungsform
unter Verwendung eines SLM in Form einer Tafel mit hoher Apertur;
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27 veranschaulicht
einen Sensor, wie er in ein Aktivmatrix-Adressierschema eines SLM
eingebaut ist; und
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28 veranschaulicht
eine Anzeige vom Typ mit Betrachtungsumschaltung unter Verwendung eines
SLM vom in
EP 0 625 861 offenbarten
Typ.
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Gleiche
Teile sind in den Zeichnungen durchgehend mit den gleichen Bezugszahlen
gekennzeichnet.
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Die
in der 5 dargestellte, Bewegungen des Betrachters nachfahrende
autostereoskopische 3D-Anzeige ist von ähnlichem Typ wie die in der 2 dargestellte,
und sie verfügt über eine
LCD-Tafel 2, der eine Parallaxeoptik 3, die in
Form einer Parallaxesperre dargestellt ist, zugeordnet ist. Der Deutlichkeit
der Darstellung halber ist die Parallaxebarriere 3 in der 5 als
vor der LCD-Tafel 2 angeordnet dargestellt. Die Parallaxebarriere 3 ist
in Bezug auf die Tafel 2 in der Querrichtung und wahlweise in
der Längsrichtung
verstellbar.
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In
der Anzeige ist ein PSD-System vom in der 4 dargestellten
Typ vorhanden. Insbesondere bilden Infrarotlicht emittierende Dioden
(LED) 20 eine Quelle einer Infrarotbeleuchtung, und hinter
einem Filter 24 zum Durchlassen von Infrarotstrahlung und
zum Schwächen
oder Ausblenden anderer Strahlung ist ein PSD 25 angeordnet.
Der PSD 25 ist an der LCD-Tafel befestigt oder integral
mit dieser ausgebildet.
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Die
Sammellinse 23 der 4 ist durch
einen verlängerten
Schlitz 26 ersetzt, um ein optisches Element zu bilden,
das an einem Betrachter oder an einem von diesem getragenen reflektierenden
Fleck reflektierte Infrarotstrahlung durch das Filter 24 auf den
PSD 25 abbildet. Das optische Element bewegt sich so mit
der Parallaxeoptik 3, während
dem Betrachter nachgefahren wird.
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Die
Anzeige kann mit einem oder zwei PSD-Systemen betrieben werden,
wie es nachfolgend beschrieben wird.
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Im
Fall zweier derartiger Systeme ist ein zweites, im Wesentlichen
identisches System 27 in der Querrichtung symmetrisch gegenüber dem
ersten System beabstandet.
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Wie
es in der 6 dargestellt ist, ist die Anzeige
in Bezug auf den in der 3 dargestellten bekannten Typ
einer Bewegungen des Betrachters nachfahrenden Anzeige beträchtlich
vereinfacht. Innerhalb des Stellglieds ist keine Positionsrückführung 14 erforderlich.
Ferner sind, wenn keine Umherschaumaßnahme erforderlich ist, die
Mess-, Vergleichs- und Rechenfunktionen 17, 18 und 19 nicht erforderlich.
Wenn eine Umherschaumaßnahme
er forderlich ist, kann der Messtisch 17 vorhanden sein, um,
z. B., eine Computerbild-Erzeugungsanordnung 28 für Umherschauzwecke
zu steuern. In diesem Fall wird die Bewegung des Betrachters dazu
verwendet, die an die Anzeige 2 gelieferten Bilder so zu
steuern, dass eine 3D-Betrachtung von einem anderen Blickpunkt her
möglich
ist.
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Der
Betrieb des Bewegungen des Betrachters nachfahrenden Systems ist
in der 7 veranschaulicht. Der obere Teil der 7 veranschaulicht die
Relativpositionen der Schlitzes 26, der an der Parallaxeoptik 3 befestigt
ist oder integral mit ihr ausgebildet ist, und des PSD 25,
der an der LCD-Tafel 2 befestigt ist. Der Betrieb ist für ein einzelnes
PSD-System veranschaulicht, das in der Querrichtung zentral zur
Anzeige angeordnet ist.
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Der
Betrachter trägt
einen reflektierenden Punkt oder ein Ziel 22, wodurch das
Signal/Rauschsignal-Verhältnis
verbessert wird. Im oberen Teil der 7 ist angenommen,
dass das Ziel 22 und demgemäß der Betrachter direkt vor
der Mitte der Anzeige positioniert ist.
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Der
Bereich, über
den hinweg einem Betrachter nachgefahren werden kann, wird durch
Infrarotstrahlung von den LEDs 20 beleuchtet, und das Ziel 22 reflektiert
die Infrarotstrahlung zurück
zur Anzeige. Der Schlitz 26 wirkt als optisches Element,
das dafür
sorgt, dass das Zentrum des PSD 25 beleuchtet wird. Die
Tischsteuerung 13 positioniert die Parallaxeoptik 3 in
solcher Weise, dass der Schlitz 26 die Strahlung auf das
Zentrum des PSD 25 abbildet, der als querdimensioniertes
Array ausgebildet ist, jedoch auf andere Arten ausgebildet sein
kann.
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Wenn
sich der Betrachter und demgemäß das Ziel 22 in
der Richtung des Pfeils 29 bewegt, wie es im unteren Teil
der 7 dargestellt ist, bildet der Schlitz 26 die
Strahlung auf einen Teil des PSD 25 ab, der gegenüber seinem
Zentrum versetzt ist. Der PSD 25 liefert ein Signal an
die Steuerung 13, das den Umfang und die Richtung der Verschiebung
anzeigt. Die Steuerung 13 steuert den Tisch 12 auf
solche Weise, dass die Parallaxeoptik 3 und demgemäß der Schlitz 26 in
der Richtung des Pfeils 30 bewegt wird, bis die am Ziel 22 reflektierte
Infrarotstrahlung erneut durch den Schlitz 26 auf das Zentrum
des PSD 25 abgebildet wird.
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Alternativ
wird das Signal vom PSD 25 direkt als Rückkopplungssignal für den Tisch 12 verwendet, damit
das Signal vom PSD 25 durch die Tischbewegung minimiert
wird, ohne dass irgendein direkter Messwert aufgenommen wird.
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Das
LCD
2 verfügt über einen
SLM vom in
EP 0 625 861 offenbarten
Typ, und es liegen zwei in der Querrichtung zusammenhängende Pixelspalten vor,
die mit jedem Schlitz der Parallaxesperre
3 ausgerichtet
sind. Das Zentrum des PSD
25 ist auf der vertikalen Linie
zwischen benachbarten zusammenhängenden
Pixelspalten angeordnet, so dass dann, wenn die Parallaxeoptik
26 so
positioniert ist, dass die reflektierte Infrarotstrahlung vom Target
22 auf das
Zentrum des PSD
25 abgebildet wird, Betrachtungszonen von
den benachbarten, zusammenhängenden
Pixelspalten so ausgebildet werden, dass das linke und das rechte
Auge des Betrachters in der linken bzw. rechten Betrachtungszone
angeordnet sind. Um dies zu bewerkstelligen wird das Ziel
22 z. B.
in der Mitte der Stirn oder auf der Nasenbrücke des Betrachters getragen.
Die Grenze zwischen den zwei Betrachtungszonen folgt im Wesentlichen
dem Ziel
22, so dass, innerhalb der Grenzen des Betrachtungsbereichs
und der Bewegungsgeschwindigkeit des Betrachters, die Augen dauernd
innerhalb der korrekten Betrachtungszonen verbleiben.
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Die
Pixel müssen
nicht zusammenhängend sein,
sondern sie können
z. B. vom Typ mit superhoher Apertur sein, wie sie sich z. B. in
Sharp LQ 11530 finden.
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Die
einzige "Kalibrierung" der Anzeige betrifft die
Positionierung des PSD 25 und die Relativausrichtung (falls
erforderlich) der Parallaxeoptik 3 und der Optik für den PSD 25.
Für ein
Display mit zwei zusammenhängenden
Betrachtungszonen, wie beschrieben, ist keine weitere Kalibrierung
erforderlich, vorausgesetzt, dass der PSD 25 so positioniert
ist, dass sich sein Zentrum auf der vertikalen Linie befindet, die
colinear mit den benachbarten Rändern
von Pixeln in der Gruppe zweier benachbarter, in der Querrichtung
zusammenhängender
Spalten ist. Wenn jedoch der PSD 25 gegenüber dieser
Idealposition versetzt ist, z. B. als Ergebnis von Herstelltoleranzen,
kann eine einzelne Einstellung innerhalb der Steuerung 13 in
solcher Weise erfolgen, dass sich die Parallaxeoptik 3 an
einer Position relativ zur LCD-Tafel 2 befindet,
an der die Grenze zwischen dem linken und dem rechten Betrachtungsfenster durch
das Ziel 22 verläuft.
Die Steuerung 13 kann so in einem einzelnen Schritt kalibriert
werden, um die Bewegung der Parallaxeoptik 3 an einer Position
zu stoppen, an der die durch das Ziel 22 reflektierte Strahlung
an einem Punkt abgebildet wird, der gegenüber dem Zentrum des PSD 25 versetzt
ist.
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Es
ist keine weitere Kalibrierung der autostereoskopischen Anzeige
erfor derlich. Demgemäß ist die
zeitaufwändige
Kalibrieroperation, wie sie bei bekannten Anzeigen erforderlich
ist, beseitigt, und dies senkt die Kosten und vereinfacht die Herstellung
der Anzeige. Ferner kann, da der PSD 25 und der Schlitz 26 an
der LCD-Tafel 2 bzw. der Betrachtungszone befestigt und/oder
damit integriert sind, die Kalibrierung nicht verlorengehen, wenn
Bewegungen des Betrachters nachgefahren wird, so dass keine Neukalibrierung
erforderlich sein sollte. Diese Anordnung ist mechanisch robust,
so dass die Zuverlässigkeit verbessert
ist. Die Verarbeitungselektronik ist wesentlich verringert, was
die Kompliziertheit, Kosten und den Energieverbrauch der Anzeige
verringert. Um Bewegungen des Betrachters nachzufahren, ist kein
Positionscodierer erforderlich, um Positionsrückinformation von der Parallaxeoptik 3 zu
liefern. Ferner kann Umherschauinformation geliefert werden, ohne
dass ein derartiger Codierer erforderlich wäre, z. B. durch Aufzeichnen
der Abfolge von Signalen vom PSD 25 und Integration, um
die absolute Betrachterposition in Winkelangaben zu liefern.
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Wie
es in der 8 dargestellt ist, wird die Pupille
eines Auges 21 des Betrachters durch die Parallaxeoptik 3,
die als Rasterlinseschirm dargestellt ist, auf die Bildebene des
LCD 2 abgebildet. Dies wird als Augenfleck 32 bezeichnet,
der im Fall eines Rasterlinsenschirms oder einer Parallaxesperre
tatsächlich
ein vertikaler Streifen ist. Der Augenfleck repräsentiert das Gebiet des LCD 2,
aus dem Licht durch das Auge 31 des Betrachters empfangen
wird. Der Augenfleck ist dem Fleckbild vom Ziel 22 durch
den Schlitz 26 der Parallaxeoptik 3 auf den PSD 25 oder vom
Kopf des Betrachters, wenn kein Ziel getragen wird, analog. Jede
Bewegung des Betrachters führt zu
einer Bewegung der Augenflecke auf der Ebene des LCD 2.
Gleichzeitig bewegt sich der Betrachterfleck um dasselbe Ausmaß auf dem
PSD 25. Das verhalten der Augenflecke ist im Wesentlichen
identisch mit dem Verhalten des Betrachterflecks, so dass jeder
dazu verwendet werden kann, direkte Information zum anderen zu erhalten.
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Die
9 veranschaulicht
die Position und die Größe der auf
die Pixel einer LCD-Tafel
2 abgebildeten Augenflecke gemeinsam
mit dem Intensitätsprofil.
Der obere Teil der
9 veranschaulicht dies für einen
SLM vom in
EP 0 625 861 offenbarten Typ,
wohingegen der untere Teil der
9 dies für einen
anderen Typ einer herkömmlichen
Tafel veranschaulicht. Das Nachfahren der Anzeige kann auf solche
Weise erfolgen, dass die Augenflecke nicht in den Querzentren benachbarter
Pixelspalten verbleiben. Z. B. können
sich Verzögerungen
im System ergeben, wenn Bewegungen des Betrachters verzögert nachgefahren
wird, so dass, bis die Anzeige erneut auf den Betrach ter "blickt", die Augenflecke
32 und
33 von
ihren zentralen Positionen in der Querrichtung innerhalb der Pixelspalten
abweichen.
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Der
obere Teil der 9 veranschaulicht Intensitätsvariationen
abhängig
von der Querposition der Augenflecke für Pixel bei konstanter Vertikalapertur.
Der untere Teil der 9 veranschaulicht dies für herkömmliche
Pixelformen mit nicht konstanter Vertikalapertur. Derartige Konfigurationen
würden
zu Intensitätsänderungen
führen,
während
Bewegungen des Betrachters nachgefahren wird, wohingegen derartige Änderungen
bei Pixelkonfigurationen mit konstanter Vertikalapertur im Wesentlichen
beseitigt sind. Demgemäß wird unter
Verwendung der im oberen Teil der 9 dargestellten
Konfiguration das Flackern im Wesentlichen beseitigt, das sich aus
der Verwendung herkömmlicher
Konfigurationen ergeben würde.
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Die 10 veranschaulicht
den Effekt des Quernachfahrens auf Anzeigeaberrationen für einen Rasterlinsenschirm.
Wenn das Ausmaß der
Relativbewegung zwischen dem Rasterlinsenschirm und dem LCD 2 zunimmt,
nimmt die Breite der Augenflecke zu. Der linke Teil der 10 zeigt
Augenflecke 32 und 33 gleicher Breite, wenn sich
der Betrachter auf der Anzeigeachse befindet, wohingegen der rechte
Teil der 10 den Effekt großer relativer Querbewegungen
veranschaulicht. Insbesondere zeigt der Augenfleck 32 wegen
optischer Operationen eine viel größere Breite. Der zulässige Betrachtungsfreiheitsgrad
der Anzeige ist durch das Erfordernis beschränkt, dass jeder Augenfleck
innerhalb des Pixels verbleiben muss, der durch ihn betrachtet wird,
so dass für
das Ausmaß der
Querbewegung des Betrachters eine Aberrationsgrenze besteht, wie es
bei 34 und 35 in der 11 dargestellt
ist. Andere Aberrationseffekte begrenzen den Längs-Betrachtungsbereich, wie
es bei 36 und 37 gekennzeichnet ist. Für die Bequemlichkeit
des Betrachters ist es wünschenswert,
keine Betrachtung außerhalb
des zulässigen
Betrachtungsbereichs zuzulassen.
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Die
Aberrationen beeinflussen auch den auf dem PSD 25 gebildeten
Betrachterfleck, und dies kann dazu verwendet werden, die Anzeige
schwächer
zu machen und/oder abzuschalten, wenn sich der Betrachter den Rändern des
zulässigen
Betrachtungsbereichs nähert
und sie erreicht. Um dies zu bewerkstelligen, liefert der PSD 25 Information
zur Breite des Betrachterflecks, und diese wird mit einem oder mehreren
Bezugswerten verglichen. Wenn die Anzeige an den Rändern des
zulässigen
Betrachtungsbereichs abgeschaltet wird, wird die Breite des Betrachterflecks
mit einem Schwellenwert verglichen, und wenn dieser überschritten
wird, wird die Hintergrundbeleuchtung und/oder das LCD 2 abgeschaltet.
Um für
die Funktion eines Abschwächens auf
Null zu sorgen, wird ein anderer Vergleichspegel verwendet, um es
zu signalisieren, wenn sich der Betrachter den Rändern des zulässigen Betrachtungsbereichs
nähert,
und dann, wenn die Breite des Betrachterflecks über diesen Pegel ansteigt,
wird die Ausgangsstärke
der Hintergrundbeleuchtung 1 und/oder der Bildkontrast
des LCD 2 progressiv verringert.
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Bei
Aberrationssituationen besteht die Tendenz, dass einer der Augenflecke
stärker
als der andere Aberrationen erleidet. Jedoch hat es sich als möglich erwiesen,
das System auf Grundlage der Position des Zentrums der Betrachteraugen
zu optimieren. Geringfügige
Verbesserungen des Funktionsvermögens
können
dadurch erzielt werden, dass die Parallaxeoptik 3 geringfügig so verschoben
wird, dass derjenige Augenfleck, der mehr Aberrationen erleidet,
im Zentrum der zugeordneten Pixel liegt. Dies kann dadurch bewerkstelligt
werden, dass die optimierte PSD-Fleckposition abhängig von
der Größe und der
Form des Flecks optimiert wird. Dies kann dadurch erfasst werden,
dass die Absolutpositionsinformation der Parallaxeoptik 3 aufgezeichnet
wird, um zu bestimmen, welches die Fleckgrößen sind, und um die Parallaxeoptik 3 in
Bezug auf den Schwerpunkt des durch den PSD 25 gemessenen Flecks
oder auf die beste bekannte Position für den Fleck zu positionieren.
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Die
Verwendung eines einzelnen PSD 25, wie bisher beschrieben,
erlaubt nur, dass winkelmäßig Bewegungen
des Betrachters nachgefahren wird. Um für ein erweiteres Längsnachfahren
sowie ein Quernachfahren zu sorgen, ist die in der 5 dargestellte
zweite Sensoranordnung 27 vorhanden. Wenn sich der Betrachter
in der Fensterebene befindet, werden die Betrachterflecke korrekt
auf beide PSDs zentriert. Wenn sich jedoch der Betrachter aus der
Fensterebene herausbewegt, werden die Betrachterflecke zu einer
Seite der zentralen Position ausgelenkt.
-
Um
dafür zu
sorgen, dass Quer- und Längsbewegungen
des Betrachters vollständig
nachgefahren wird, wird die Parallaxeoptik 3 in der Längsrichtung
in Bezug auf das LCD 2 beweglich gemacht. Die Quer- und
die Längsposition
der Parallaxeoptik 3 werden dann geändert, bis die Betrachterflecke
auf beiden PSDs 25 zentriert sind. In diesem Fall verbleibt
der Betrachter in der Fensterebene (es erfolgt dann ein Quernachfahren,
wie oben beschrieben). Dadurch werden sowohl der Quer- als auch
der Längsfreiheitsgrad
für Bewegungen
des Betrachters erhöht.
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Wenn
die Parallaxeoptik 3 nicht in der Längsrichtung bewegt werden kann, hat
eine Bewegung weg von der Fensterebene die in der 12 dargestellten
Effekte auf die Augenflecke 32 und 33 und auf
die Betrachterflecke auf den PSDs, wie es im unteren Teil der 12 dargestellt
ist. Bei dem Nenn-Betrachtungsabstand sind die Augenflecke 32 und 33 in
der Querrichtung auf die benachbarten Pixelspalten zentriert. Wenn
sich der Betrachter der Anzeige in der Längsrichtung nähert, bewegen
sich die Augenflecke weiter voneinander weg, wohingegen dann, wenn
sich der Betrachter weiter weg von der Anzeige als es der Fensterebene
entspricht, sich die Augenflecke näher zueinander bewegen. Die
Betrachterflecke bewegen sich auf ähnliche Weise, wie es im unteren
Teil der 12 dargestellt ist.
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Die 13 veranschaulicht,
wie die Anzeige eine Querbewegung des Betrachters aus der Fensterebene
kompensiert. Im Wesentlichen empfängt die Tischsteuerung 13 die
Positionsinformation zum Betrachterfleck von den zwei PSDs 25,
und sie bewegt die Parallaxeoptik 3 gemeinsam mit den Schlitzen 26 in
solcher Weise, dass die Betrachterflecke symmetrisch auf den PSDs 25 positioniert
sind. Die 13 veranschaulicht, dass dann,
wenn sich das Ziel 22 der Anzeige nähert, sich die Betrachterflecke
ausgehend von der zentrischen Position auf den PSDs nach außen bewegen.
Wenn die Verschiebungen auf den PSDs 25 symmetrisch bleiben,
folgen die Betrachtungszonen den Augen des Betrachters innerhalb
des zulässigen
Längs-Betrachtungsbereichs. Der
Längs-Betrachtungsbereich
ist daher im Vergleich zur oben beschriebenen Einzel-PSD-Anordnung erhöht.
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Wie
oben beschrieben, kann ein Integrieren der Signale von den PSDs 25 dazu
verwendet werden, die Absolutposition des Betrachters zu erfassen, um
Umherschaudaten zu erhalten. In diesem Fall können durch Triangulation "X" (Quer)- und "Y" (Längs)-Messungen
(und "Z" (Höhen)-Messungen, wenn
2D PDSs 25 verwendet werden) erfolgen.
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Um
zu verhindern, dass sich der die Anzeige betrachtende Betrachter
außerhalb
der Längsgrenzen
des Betrachtungsbereichs befindet, kann die Anzeige abgeschwächt und
ausgeschaltet werden, wenn sich der Betrachter den Grenzen nähert und diese
erreicht. Dies kann dadurch erfasst werden, dass die mittleren Abweichungen
der Betrachterflecke auf den PSDs 25 mit einem Maximal- und einem Minimalgrenzwert
verglichen werden und die Anzeige auf die oben beschriebene Weise
gesteuert wird.
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Der
oder jeder PSD 25 kann auf verschiedene Arten realisiert
sein. Z. B. kann der PSD 25 über ein Lineararray von Detektoren
oder einen großflächi gen Siliciumdetektor
verfügen.
Diese können
als Weitbereichsdetektor, als Quadrantendetektor oder als CCD(charge
coupled device)-Array realisiert sein. Alternativ kann ein dynamischer
Direktzugriffsspeicher (DRAM) mit entfernter Abdeckung verwendet werden,
der Positionsinformation mit höherer
Auflösung
als CCD-Arrays, jedoch mit erhöhtem
Rauschen, liefern kann.
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Die
Verwendung eines CCD-Arrays oder eines DRAM kann es ermöglichen,
die Infrarotquellen 20 wegzulassen, und das sichtbare Bild
des Betrachters kann durch Bildverarbeitungstechniken genutzt werden.
In diesem Fall wird das Bild des Betrachters dadurch zentriert auf
den zwei Sensoren gehalten, dass die optischen Systeme in Bezug
auf die Sensoren verstellt werden.
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Im
Fall eines CCD-Arrays können
die Größe und die
Form des Betrachterflecks analysiert werden, um die Achsenversatzposition
zu ermitteln und so einen genaueren Schätzwert für die Betrachterposition zu
liefern. Dies ist dann besonders nützlich, wenn der Betrachter
keinen retroreflektierenden Punkt trägt, so dass die Größe des Betrachterflecks
im Vergleich zum Zwischenaugenabstand des Betrachters erhöht ist.
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Die 22 veranschaulicht
eine andere Ausführungsform
des PSD in Form eines verteilten Positionssensors, der mit dem Parallaxeelement 3 oder
einer Verlängerung
desselben zusammenwirkt. In diesem Fall verfügt der PSD über mehrere Detektorelemente 40,
die z. B. unter benachbarten Rasterlinsen eines Rasterlinsenschirm-Parallaxeelements 3 angeordnet
sind. Jedes der Detektorelemente 20 kann einfach so ausgebildet
sein, dass es das Vorliegen oder Fehlen von Strahlung vom Betrachter
erfasst, so dass dann, wenn der Betrachter auf der Achse der Anzeige
positioniert ist, der Betrachterfleck auf dem zentralen Detektorelement
liegt, wohingegen dann, wenn der Betrachter gegenüber der
Anzeigeachse versetzt ist, der Betrachterfleck auf ein anderes der
Detektorelemente 40 fällt.
Die Auflösung ist
durch die Größe des abgedeckten
Detektorelements 40 gegeben. Eine Bilderzeugung durch die seitlichen
Strahlungskeulen der Rasterlinsen verbessert den Betrachtungsfreiheitsgrad
für die
Anzeige, so dass jedes Detektorelement 40 Licht in mehreren Strahlungskeulen
erfassen kann.
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Die
erweiterten Schlitze 26 der in der 5 dargestellten
Parallaxesperre oder die erweiterten Rasterlinsen eines Rasterlinsenschirms
können durch
andere optische Abbildungselemente ersetzt werden. Z. B. kann ein
Blendenloch (nicht dargestellt) dazu verwendet werden, für einen
runden Betrachterfleck statt eine Linie oder ein Band zu sorgen.
Die optischen Abbil dungselemente können Teil der Parallaxeoptik 3 sein,
oder sie können
an dieser angebracht sein. Z. B. können asphärische Komponenten verwendet
werden, die über
dieselben Querabbildungseigenschaften wie die Parallaxeoptik 3 verfügen, die
jedoch vertikal einen stärker
definierten Lichtkegel aus dem allgemeinen Höhenbereich von Betrachterpositionen
sammeln, um das Signal/Rauschsignal-Verhältnis zu erhöhen.
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Die 14 zeigt
eine Anordnung, bei der die optischen Elemente 26 Hologramme
sind. Derartige optische Hologrammelemente können besonders zweckdienlich
sein, da die Beleuchtungswellenlänge monochromatisch
sein kann und die Elemente auf der Oberfläche eines die Parallaxeoptik 3 bildenden flachen
Substrats angeordnet sein können.
Derartige holografische Elemente wirken auf dieselbe Weise wie Linsenelemente,
nutzen jedoch Beugung. Geeignete Hologramme können mittels Interferenz zweier geeignet
definierter kohärenter
Wellenfronten z. B. in Materialien wie mit Dichromat behandelter
Gelatine oder einem Fotopolymer aufgezeichnet werden. Ferner kann
für eine
gewisse Korrektur der Achsenversatzaberration gesorgt werden.
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Wie
es in der 15 dargestellt ist, kann das Element 26 über Linsen
verfügen,
die als Rasterlinsen eines Rasterlinsenschirms oder als gesonderte Linsen
realisiert sein können,
wobei es sich um mehrere Elementlinsen handelt, die eine verbesserte Achsenversatzfunktion
zeigen können,
um auf den PSDs 25 einen kleinen Betrachterfleck aufrechtzuerhalten,
wenn sich der Betrachter bewegt.
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Derartige
Schlitze, Linsen und Hologramme können mit derselben Brennweite
wie derjenigen der Parallaxeoptik 3 hergestellt werden,
so dass eine direkte Entsprechung zwischen der Bewegung der Parallaxeoptik
und der Bewegung des Betrachterflecks auf den PSDs besteht. Alternativ
zeigt die 16 eine Anordnung, bei der die
Brennweiter länger
gemacht ist, so dass die Bewegung des Betrachterflecks auf den PSDs 25 verstärkt ist.
Das Element 26 kann z. B. über eine invertierte Telefotolinse
oder ein Hologramm, das diese Funktion ausübt, verfügen. Ein derartiges Element
kann in der Ebene der Parallaxeoptik 3 angebracht werden,
oder es kann gegenüber
der Fläche
derselben erhöht
sein.
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Die
Augenflecke bewegen sich von einer Position A in eine Position B,
wenn sich der Betrachterfleck von einer Position A zu einer Position
C bewegt. Die Korrektur der Position der Parallaxeoptik 3 bringt den
Augenfleck zurück
auf die Position A, jedoch bewegt sich der Betrachterfleck in eine Position
D, die nicht mehr der Augenfleckposition entspricht. Daher wird
durch eine gewisse Verkleinerung der Tischbewegung, wie sie dazu
erforderlich ist, autostereoskopische Betrachtung aufrechtzuerhalten,
eine größere Genauigkeit
bei der Messung der Betrachterposition erzielt.
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Die
oben beschriebenen Beleuchtungsquellen 20 liegen in Form
von Infrarot-LEDs
vor, die Kegel von Infrarotlicht erzeugen, die ausreichend groß sind, um
die Gesamtheit des Anzeige-Betrachtungsbereichs des Betrachters
abzudecken. Demgemäß ist ein
Bauteil mit relativ hoher Leistung erforderlich, und anderes Licht
als das vom Betrachter reflektierte kann die Qualität des Signals
vom PSD 25 verringern. Um diese Nachteile zu überwinden,
kann ein scannender Infrarotstrahl dadurch erzeugt werden, dass
die Quellen 20 auf dem LCD 2 angeordnet werden
und das Licht durch optische Elemente wie Linsen 41 geführt wird,
die auf der Parallaxeoptik 3 angeordnet sind. Die sich
ergebenden Infrarotstrahlen, wie sie in der 17 dargestellt
sind, bewegen sich gemeinsam mit der Bewegung der Parallaxeoptik 3, so
dass die Beleuchtung immer in der korrekten Richtung für den Betrachter
zeigt.
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Zylinderlinsen 41 erzeugen
eine Abrasterlichtlinie, und durch Bereitstellen zweier derartiger Anordnungen,
wie dargestellt, können
die zwei Linien dazu verwendet werden, einen definierten Bereich 42 in
der Tiefenrichtung zu beleuchten. Demgemäß können die Effekte einer Hintergrundbeleuchtung
wesentlich verringert werden, so dass nur der Betrachter effektiv
beleuchtet wird. Dies kann das Weglassen des vom Betrachter getragenen
Ziels 22 ermöglichen.
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Wie
es in der 18 dargestellt ist, können der
PSD 25 und die LED 20 in ein einzelnes Bauteil integriert
werden, um die Systemkosten zu senken. Ferner ist es möglich, wie
es in der 18 dargestellt ist, die Beleuchtungs-
und die Sammeloptik für
jede LED/PSD-Kombination in einzelnes Hologramm 26 zu integrieren.
Das Hologramm verfügt über zwei Funktionen
und wirkt so als programmierter Strahlteiler. Für Licht vom LED 20 wird
ein breiter Beleuchtungskegel erzeugt, wie es z. B. bei 43 gekennzeichnet
ist. Vom Target 22 reflektiertes Licht, z. B. innerhalb
eines Strahls 44, wird durch das Hologramm 26 in
der Empfindlichkeitsebene des PSD 25 abgebildet.
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Die
hier offenbarten Techniken, um Bewegungen eines Betrachters nachzufahren,
können
bei autostereoskopischen 3D-Anzeigen ohne bewegliche Teile, z. B.
vom in
EP 0 726 482 und
EP 0 721 131 offenbarten
Typ, verwendet werden. Die
19 veranschaulicht
eine in der Querrichtung nachfahrende An zeige vom in
EP 0 726 482 offenbarten Typ. Die Anzeige
erzeugt drei Betrachtungszonen oder Fenster W1, W2 und W3, die in
drei Strahlungskeulen wiederholt sind. Um für Umherschaumaßnahmen
zu sorgen, werden Ansichten V1 bis V9 an die Fenster geliefert,
wie es in der
19 dargestellt ist. Das Nachfahrsystem
ist dazu erforderlich, zu ermitteln, wann sich die Augen des Betrachters
zentrisch innerhalb zwei Betrachtungszonen befinden, so dass das
Bild, das im Fenster der Betrachtungszone angezeigt wird, zu der
sich der Betrachter bewegt, geändert werden
kann, ohne dass der Betrachter dies wahrnimmt.
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Die 20 veranschaulicht
eine Nachfahranordnung zum Steuern des Umschaltens der Ansicht bei
Anzeigen dieses Typs. Detektorelemente 40 sind so angeordnet,
dass sie vertikal in Bezug auf benachbarte Ränder von in der Querrichtung
zusammenhängenden
Pixeln oder Pixelspalten ausgerichtet sind. Die Elemente 40 empfangen
so vom Betrachter reflektiertes Licht durch die Parallaxeoptik 3.
Wenn sich die Augen des Betrachters in die Zentren benachbarter
Pixel oder Pixelspalten in der Querrichtung bewegen, läuft der
Betrachterfleck über
ein jeweiliges der Detektorelemente 40, dessen Ausgangssignal
das Umschalten der Bilddaten auslöst, wie sie in die andere,
nicht betrachtete Pixelspalte geliefert werden, die mit dem zugehörigen Parallaxeelement
der Parallaxeoptik 3 ausgerichtet ist. Im Fall von Anzeigen,
die für
Betrachtungsfenster sorgen, deren Breiten im Wesentlichen zwei Dritteln
des Zwischenaugenabstands entsprechen, sind zwei Sensoren bei einem
Viertel der Pixelbreite ausgehend von jeder Seite des Pixels angeordnet,
um geeignete Umschaltpositionen zu erzielen.
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Die 21 zeigt
ein Beispiels einer anderen Klasse autostereoskopischer 3D-Anzeigen,
bei der eine steuerbare Lichtquelle in Zuordnung zu SLMs verwendet
ist, um die Betrachtungszonen zu bilden. Die in der 21 dargestellte
Anzeige verfügt über ein
Paar Beleuchtungsoptiken 45 und 46, denen LCDs 47 und 48 zum
Anzeigen der 2D-Bilder eines stereoskopischen Paars zugeordnet sind.
Ein Strahlkombinierer in Form eines Halbspiegels 49 kombiniert
die Bilder in solcher Weise, dass der Betrachter das durch das LCD 47 angezeigte
Bild mit einem Auge und das durch das LCD 48 angezeigte
Bild mit dem anderen Auge sieht.
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Jeder
der Beleuchtungsoptiken 45 und 46 ist eine jeweilige
Hintergrundbeleuchtung (nicht dargestellt) zugeordnet, und sie verfügt über eine
Parallaxesperre 50 und einen Rasterlinsenschirm 51.
Die Schlitze 52 der Parallaxesperre 50 wirken
als vertikale, gleich beabstandete Lichtquellen, und das Licht von
den Schlitzen wird durch die Rasterlinsen des Rasterlinsenschirms 51 durch
das jeweilige Bild-LCD in Betrachtungszonen gelenkt.
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Um
dem Betrachter nachzufahren, wird die Parallaxesperre 50 in
der Querrichtung in Bezug auf den Rasterlinsenschirm 51 in
Richtungen bewegt, wie sie durch die Pfeile 53 und 54 gekennzeichnet sind.
Obwohl es dargestellt ist, dass die Parallaxesperre 50 körperlich
bewegt wird, kann sie über
einen Raumlichtmodulator verfügen,
der eine Parallaxesperre simuliert, um eine Bewegung der Schlitze elektronisch
zu ermöglichen,
wie es z. B. in der britischen Patentanmeldung Nr. 9620210.6 offenbart
ist.
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Die
Information zur Position des Betrachters, die es ermöglicht,
dem Betrachter nachzufahren, wird durch einen PSD 25 und
Infrarot-LEDs 20 geliefert, die an der Oberfläche der
Parallaxesperre 50 angebracht oder ausgebildet sind. Der
PSD 25 und die LEDs 20 sind durch den Rasterlinsenschirm 21 bedeckt,
der sich oberhalb der Schlitze 52 der Parallaxesperre 50 erstreckt.
Die Messanordnung für
die Position des Betrachters wirkt demgemäß so, wie es oben beschrieben
ist, und sie erzeugt einen scannenden Beleuchtungsstrahl auf dieselbe
Weise wie die in der 17 offenbarte Anordnung. So
fahren die Betrachtungszonen dem Betrachter nach.
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Die
Messanordnung für
die Position des Betrachters ist auf der Beleuchtungsoptik 45 vorhanden.
Da das LCD 47 Licht von den LEDs 20 und zum PSD 25 zurückkehrendes
Licht schwächen
würde,
ist derjenige Teil der Beleuchtungsanordnung 45, wo diese
Anordnung vorhanden ist, nicht durch das LCD 47 bedeckt.
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Die 23 zeigt,
wie sich am LCD 2 Raum für die PSDs 25 und
für die
Verarbeitungselektronik findet, die integral als Teil des LCD ausgebildet
werden können,
z. B. durch Polysiliciumtransistoren. Es sind zwei Layouts dargestellt,
um die PSDs 25 und die optische Verarbeitungselektronik 55 zu
bilden.
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Durch
Einbauen des PSD 25 in die LCD-Tafel 3 unter Verwendung
desselben Abscheidungsprozesses, wie er für die LCD-Elektronik verwendet
wird, kann ein Kostenvorteil erzielt werden. Insbesondere können dieselben
oder ähnliche
Transistoren, wie sie im Anzeigebereich der Tafel verwendet werden,
als fotoempfindliche Bauteile verwendet werden, z. B. durch Entfernen
von Teilen der Schwarzmaske, die üblicherweise die aktiven Transistorelemente
bedeckt. Das Nachfahrsystem kann zu geringen oder keinen Zusatzkosten
bereitgestellt werden. Ferner ist eine derartige Anordnung stabiler
und benötigt
keine anschließende
Ausrichtungsphase, da durch den Lithografievorgang für Ausrichtung
gesorgt wird, durch den die Positionen der PSDs und der LCD-Pixel
während
der Herstellung genau festgelegt werden.
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Die 24 veranschaulicht
ein mögliches Layout,
bei dem der PSD durch ein Lineararray von neun Fototransistoren 56 gebildet
ist. Die Transistoren können
vom selben Typ wie Dünnschichttransistoren,
wie 57, sein, die dazu verwendet werden, Pixel, wie 58,
des LCD 2 zu adressieren. Bevorzugter bestehen die Transistoren
aus amorphem Silicium, das auf Fotoempfindlichkeit optimiert ist.
Wahlweise können
weitere Transistoren, wie 56',
an entsprechenden Positionen unter benachbarten Rasterlinsen dazu
verwendet werden, das Signal/Rauschsignal-Verhältnis zu verbessern.
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Die
25 veranschaulicht
eine andere SLM-Anordnung vom in
EP
0 625 861 offenbarten Typ, um für zwei Betrachtungsfenster
bei einem mechanischen Nachfahrsystem zu sorgen. Die korrekte Betrachtungsposition
wird durch die Augenflecke
32 und
33 angezeigt,
wie dargestellt. In dieser Position ist das vom Nasenfleck
60 reflektierte
Licht durch den Kreis gekennzeichnet. Diese beste Position ist durch gleiche
Lichtmengen vom Nasenfleck definiert, die unter den jeweiligen Augenflecken
32 und
33 auf
die Transistoren
57 fallen. Diese Bedingung kann dadurch
erkannt werden, dass die Differenz zwischen den Signalen von diesen
Transistoren verarbeitet wird und das Minimum ausgewählt wird.
Abweichungen von dieser Position führen zu einem Anstieg des Signals
von einem Transistor und einer Abnahme des Signals vom anderen.
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Die 25 zeigt
nur einen Nasenfleck, jedoch ist selbstverständlich dieselbe Bedingung entlang
der Tafel wiederholt, und es kann das Ausgangssignal von mehreren
entsprechenden Transistoren dazu verwendet werden, das Signal/Rauschsignal-Verhältnis nach
Bedarf zu verbessern. Die Position der pseudoskopischen Zone kann
z. B. dadurch erkannt werden, dass, wie dargestellt, das Signal
von jedem "dritten
Pixel" nicht verwendet
wird. Das Signal von den Transistoren wird dazu verwendet, die mechanische
Position des zugehörigen
Parallaxe erzeugenden Elements zu steuern, um die Position des Betrachters
in der korrekten orthoskopischen 3D-Zone zu halten.
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Die
Tafelsignale können
weiter verarbeitet werden, um für
ein Signal zur Absolutposition des Betrachters zu sorgen, um das
Bereitstellen einer umherschaumaßnahme zu ermöglichen.
Es kann ein Markierungsschalter erforder lich sein, um für eine Startposition
der Parallaxeoptik zu sorgen.
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Die 26 veranschaulicht
ein mögliches Layout
unter Verwendung einer Standardtafel mit hoher Apertur, um eine
Anordnung mit mechanischem Nachfahren zweier Fenster zu liefern.
Die Transistoren 59, die normalerweise zum Adressieren
von Pixeln 58 verwendet werden, sind stattdessen nicht
abgedeckt, und sie werden als Detektoren zum Erfassen des Betrachterflecks 60 verwendet.
In diesem Fall wird die korrekte Betrachtungsbedingung dadurch erkannt,
dass die positive Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Transistors
unter dem Fleck 60 und dem Transistor 59 maximiert
wird.
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Die 27 zeigt
eine Anordnung, bei der die Sensortransistoren auf dieselbe Weise
wie die Anzeigetransistoren durch eine Matrixanordnung mit Zeilenelektroden,
wie 61, und Spaltenelektroden, wie 62, adressiert
werden. Eine derartige Adressierungsanordnung ist vom gut bekannten
Typ einer aktiven Matrix.
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Die
Sensorpixel 63 werden zunächst über die Transistoren geladen,
so dass vom Nasenfleck auf die unbedeckten Transistoren fallendes
Licht deren Leckstrom erhöht,
um so das zugehörige
Pixel zu entladen. Abhängig
von der Lichtstärke
und der Belichtungszeit wird die Sensorpixelkapazität fortschreitend
entladen. Die Belichtungszeitperiode kann dazu verwendet werden,
die Empfindlichkeit des Detektors zu erhöhen, jedoch kann sie nicht
zu lang gemacht werden, wenn die Verzögerung betreffend die Position
des Betrachters wesentlich ist. Derartige Zeiten liegen vorzugsweise
unter 100 Millisekunden, und bevorzugter unter 20 Millisekunden.
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Während einer
zweiten Periode im Adressierzyklus wird erneut jede Zeile von Sensortransistoren
für eine
Leseoperation adressiert. Die Transistoren der ausgewählten Zeile
werden eingeschaltet, und die Restladung wird durch die Spaltenelektroden aus
den Sensorpixeln der Zeile ausgelesen. Zu geeigneten Zeiten für das Auslesen
gehören
die Vertikal-Rücklaufzeit,
in der die LCD-Tafel 2 elektrisch
ruhig ist, und die Horizontal-Austastzeit. Durch Auslesen in einer
Periode, in der die Tafel elektrisch ruhig ist, können die
Signalerfassungsbedingungen verbessert werden.
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Die 28 zeigt
einen SLM vom selben Typ, wie er in der 25 dargestellt
ist, der jedoch in einem drei Fenster Modus betrieben wird, der
für elektrisches
Steuern ohne bewegliche Teile geeignet ist. In diesem Fall müssen der
linke und der rechte Bildkanal zu verschiedenen Pixelsätzen ge lenkt
werden, wenn sich der Betrachter bewegt. P1, P2 und P3 veranschaulichen
das Bild in der Tafelebene betreffend die Augen und die Nase des
Betrachters, wenn sich dieser in der Querrichtung über einen
kleinen Bereich bewegt. Der Umschaltpunkt und die Umschaltbedingungen
an jedem Punkt, an dem die Bildkanäle zu verschiedenen Pixelsätzen gelenkt
werden, sind gekennzeichnet. Dabei sind Wahlmöglichkeiten zur Verwendung
der Sensortransistoren dargestellt, die an denselben Positionen
wie das Anzeigepixeltransistor-Array angeordnet sind. Die Positionen
der Sensorpixel können
geändert
werden, um verschiedene Erfassungsbedingungen zu ermöglichen,
wie es oben beschrieben ist.
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Dieses
Bauteil verfügt über die
Fähigkeit,
die erforderlichen Schaltfunktionen vollständig intern auszuführen, ohne
dass externe Multiplexer dazu erforderlich wären, das linke und das rechte
Bild umzuschalten, wenn sich der Betrachter bewegt.
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Die
Fotodetektoreigenschaften der Transistoren können durch Verändern der
Geometrie und/oder Abscheidungsbedingungen derselben verbessert
werden.
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Anstatt
dass die LEDs 20 zum Beleuchten des Betrachters verwendet
werden, kann die Hintergrundbeleuchtung der Anzeige, falls vorhanden,
verwendet werden. Z. B. könnte
zu Leuchtstoffröhren
innerhalb der Hintergrundbeleuchtung ein Infrarot-Leuchtstoff hinzugefügt werden.
Alternativ könnten
innerhalb der Hintergrundbeleuchtung gesonderte Infrarotemitter
vorhanden sein. Die Infrarotwellenlänge kann so gewählt werden,
dass Absorption durch Polarisatoren innerhalb des LCD 2 vermieden wird.
Alternativ könnten
die Polarisatoren im Sensorgebiet entfernt oder weggelassen werden.
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Zum
Verbessern des Signal/Rauschsignal-Verhältnisses können Phasen- oder Synchronerfassungstechniken
verwendet werden.