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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine richtungsabhängige Anzeigevorrichtung, beispielsweise für eine Verwendung
als eine dreidimensionale (3D) Anzeigevorrichtung. Derartige Anzeigevorrichtungen können verwendet
werden in: Professionellen Anzeigevorrichtungen, beispielsweise
in Büroumgebungen;
Unterhaltungssystemen, wie etwa 3D-Videospielen; 3D-Fernsehen; medizinischer
Bildgebung; virtueller Realität;
und Design-Visualisierung.
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Stand der Technik
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Die
EP 0 656 555 offenbart eine
Beobachter-nachgeführte
Twin-Tafel-Anzeigevorrichtung
des autostereoskopischen 3D-Typs. Diese Anzeigevorrichtung macht
von einer Strahlkombinationseinrichtung Gebrauch, um die Ausgänge zweier
einzelner optischer Systeme zu kombinieren.
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Die
EP 0 726 482 und die
GB 2 297 876 offenbaren
eine autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtung, in welcher eine
Beobachternachführung durch
ein elektronisches Ändern
der Beobachtungsinformation erreicht wird, die durch räumliche
Lichtmodulatoren angezeigt wird. Durch ein Ändern der Beobachtungsinformation
in Abhängigkeit
von Bewegungen eines Beobachters kann der Beobachter lateral nachgeführt werden,
während
sichergestellt wird, dass die korrekten Ansichten von den einzelnen Augen
des Beobachters wahrgenommen werden.
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Die
EP 0 721 131 und die
GB 2 296 617 offenbaren
einen ähnlichen
Typ einer Beobachter-nachgeführten
autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung, aber mit der Fähigkeit,
longitudinale Bewegungen eines Beobachters zu nachzuführen. In diesem
Fall werden longitudinale Beobachterbewegungen durch ein Ändern der
Beobachtungsinformation in vertikalen Scheiben einer variierenden
Breite nachgeführt.
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Für derartige
lateral und longitudinal nachgeführte
Anzeigevorrichtungen müssen
die Beobachtungsfenster gleichförmig
und angrenzend sein. Auch ist die Breite der Beobachtungsfenster
wichtig. In einem System mit drei Gesichtsfeldern sollte die Fensterbreite
zwei Drittel des durchschnittlichen interokularen Abstands sein,
wohingegen die Fensterbreite in einem System mit vier Gesichtsfeldern
die Hälfte
des inter-okularen Abstands sein sollte. Die geeigneten Beobachtungsbedingungen
für derartige Anzeigevorrichtungen
können
unter Verwendung räumlicher
Lichtmodulatoren des in der
EP
0 625 861 offenbarten Typs erreicht werden. Jedoch weisen derartige
Anzeigevorrichtungen verschiedene Nachteile auf. Beispielsweise
ist die Bildauflösung
relativ niedrig, insbesondere geringer als ein Drittel der räumlichen
Auflösung
des räumlichen
Lichtmodulators für
jedes Bild. Weiter sind hohe Herstellungstoleranzen erforderlich,
um sichtbare Artefakte an den Grenzen von Beobachtungsfenstern zu
vermeiden. Ein kompliziertes Verschachteln der Bilder ist bei den räumlichen
Lichtmodulatoren erforderlich. Um einen räumlichen Lichtmodulator dieses
Typs bereitzustellen, muss eine maßgefertigte Kristallanzeigevorrichtung
(LCD) hergestellt werden, oder eine herkömmliche LCD-Tafel, beispielsweise des Delta-Typs,
muss modifiziert werden.
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Die
EP 0 947 208 und die
GB 2 320 156 offenbaren
Flachtafelautostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtungen, in welchen
zwei Parallaxenelemente verwendet werden, um die Gleichförmigkeit
von Beobachtungsfenstern zu verbessern. Eines der Parallaxenelemente
definiert die Beobachtungsfenster, schafft aber Nichtgleichförmigkeiten
innerhalb der Fenster, beispielsweise wegen einer Beugung. Das andere
Parallaxenelement führt
inverse Beleuchtungs-Nichtgleichförmigkeiten zum Aufheben oder Verringern
der ungewünschten
optischen Effekte des ersten Parallaxenelements ein. Das zweite
Parallaxenelement ändert
die Breite oder einen Informationsinhalt der Beobachtungsfenster
nicht und kann als ein Graustufen-Maskenelement ausgeführt sein. Die
in der
30 der
GB 2 320 156 gezeigte Ausführungsform
offenbart ein richtungsabhängiges
Beleuchtungssystem, in welchem ein Hintergrundlicht und eine Maske
eine Vielzahl von Lichtquellen bilden, die durch einen linsenförmigen Schirm
abgebildet werden, um Beobachtungsfenster zu bilden.
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Es
kann für
ungeübte
Beobachter autostereoskopischer 3D-Anzeigevorrichtungen schwierig sein,
sich korrekt bezüglich
der Beobachtungsfenster oder Beobachtungszonen zu positionieren.
Die
EP 0 860 728 und
die
GB 2 321 815 offenbaren
eine autostereoskopische Flachtafel-3D-Anzeigevorrichtung, die einen
visuellen Positionsanzeiger einschließt, der mit einem Parallaxenelement
integriert ist. Dies stellt dem Beobachter eine relativ einfache
visuelle Anzeige einer korrekten und einer inkorrekten Beobachterposition
bezüglich
der Beobachtungszonen oder Beobachtungsfenster bereit.
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Die
EP 0 829 744 und die
GB 2 317 295 , die
EP 0 887 666 und die
GB 2 326 728 offenbaren
Parallaxenbarrieren, die geeignet für eine Verwendung in richtungsabhängigen Anzeigevorrichtungen
sind und die es zulassen, dass unterschiedlichen Betriebsmoden erreicht
werden. Eine derartige Parallaxenbarriere umfasst Polarisations-modifizierende Streifen
zum Definieren der Schlitze der Parallaxenbarriere, die durch Bereiche
getrennt sind, die die Polarisation einfallenden Lichts nicht beeinflussen.
Ein getrennter, entfernbarer gleichförmiger Polarisator ist bereitgestellt.
Ein weiterer gleichförmiger
Polarisator ist erforderlich und kann durch einen Eingangs- oder Ausgangspolarisator
eines räumlichen
Lichtmodulators, wie etwa eine LCD, bereitgestellt werden. Mit dem
platzierten entfernbaren Polarisator wird eine Parallaxenbarriere
gebildet, um einen 3D-Beobachtungsmodus bereitzustellen. Wenn der
entfernbare Polarisator aus dem optischen Pfad entfernt ist, wirken
die Polarisations-modifizierenden Streifen und die Trennungsbereiche
als ein gleichförmig
transparentes optisches Element für einen 2-dimensionalen (2D)
Beobachtungsmodus.
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Mashitani, ”Autostereoscopic
LCD image splitter displays”,
Optics Design number 12, S. 36–41 (the
Optical Society of Japan, 1997), offenbart eine Einzeltafel-3D-Anzeigevorrichtung,
die eine LCD mit vorderen und hinteren Parallaxenbarrieren umfasst. Die
beiden Parallaxenbarrieren wirken zusammen, um Beobachtungszonen
zu erzeugen, die geringer überlappende
Kantenbereiche aufweisen, als dies durch eine einzelne Parallaxenbarrierenanordnung erzeugt
wird. Diese Anordnung erfordert eine nicht-richtungsabhängige Beleuchtung.
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Diese
Anordnung zwängt
die Profile der Fenster eng an die Beobachtungsebene, so dass die Helligkeit
der angezeigten Bilder verringert wird und erhöhte Intensitätsvariationen
wahrgenommen werden, wenn sich ein Beobachter relativ kurze laterale Entfernungen
bezüglich
der Anzeigevorrichtung bewegt. Auch ist es erforderlich, dass die
Teilungen der Parallaxenbarrieren im Wesentlichen die gleichen wie
die Pixelteilung der LCD sind. Dies erfordert eine hohe Toleranz
einer Ausrichtung und einer Herstellung und führt zu erhöhten Kosten.
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Nose
et al., ”Rear-lenticular
3D-LCD without eyeglasses”,
3D Image Conference 1997, S. 219–224, offenbart eine 3D-Anzeigevorrichtung,
in welcher ein horizontales Parallaxensystem und ein vertikales
Parallaxensystem zusammenwirken, um ein autostereoskopisches 3D-Beobachten
von einer einzigen LCD-Tafel
in Beobachtungszonen zu erlauben, die horizontal eingeschränkt sind,
wobei die Bilder in angrenzenden Zeilen von Bildelementen (Pixel)
auf der LCD verschachtelt sind. Diese Anordnung vereinfacht die
Schnittstelle zu der LCD, indem zugelassen wird, dass zwei Bilder
als die verschachtelten Felder des verschachtelten Standard-Videoformats
angezeigt werden. Das horizontale Parallaxensystem definiert sowohl
den Informationsinhalt der Beobachtungsbereiche als auch, in Kombination
mit dem vertikalen Parallaxensystem, die Form der Beobachtungsbereiche.
Eine richtungsabhängige
Beleuchtung ist erforderlich und wird effektiv in zwei Untersysteme
aufgespalten, wobei Licht von jedem Untersystem durch Teile der
Anzeigevorrichtung passiert, um den Informationsinhalt der Beobachtungszonen
zu definieren. Somit wird die richtungsabhängige Be leuchtung effektiv
in zwei räumlich
multiplexierte Systeme geteilt, wobei jedes nur einigen der Pixel
der PCD zugeordnet ist.
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Diese
Anordnung erfordert in nachteiliger Weise auch eine Ausrichtung
der optischen Elemente im Wesentlichen in der Pixelteilung der LCD
auf. Weiter ist ein linsenförmiger
Schirm erforderlich, wobei die Teilung der Linsenelemente im Wesentlichen gleich
der LCD-Pixelteilung ist. Linsenförmige Schirme sind schwierig
und teuer mit den Toleranzen zu fertigen, die erforderlich sind,
um eine genaue Ausrichtung mit LCD-Strukturen zu erreichen, insbesondere
wenn sie mit Parallaxenbarrieren verglichen werden, die mit hohen
Toleranzen unter Verwendung standardisierter photographischer oder
lithographischer Techniken ausgeführt werden können.
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Die
GB 2 252 175 offenbart eine
autostereoskopische Einzeltafel-3D-Anzeigevorrichtung unter Verwendung
einer Doppel-Parallaxenbarrierenanordnung.
Diese Anordnung umfasst zwei getrennte Barrierenplatten, die zusammenwirken,
um breite Beleuchtungsbereiche zu definieren, wobei diese nicht-beleuchtete
Bereiche trennen. Auf diese Weise können pseudoskopische Beobachtungszonen
vermieden werden. Jedoch weist eine derartige Anordnung in nachteiliger
Weise auch ein Aufspreizen der Kanten der Fensterprofilbeleuchtung
auf, was zu wahrnehmbaren Variationen in einer Bildhelligkeit führt, wenn
sich ein Beobachter lateral bewegt. Auch kann eine derartige Anordnung
einen 2D-Beobachtungsmodus nicht bereitstellen.
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Die
GB 2 317 710 offenbart eine
richtungsabhängige
Anzeigevorrichtung, in welcher einem linsenförmigen Schirm eine aktive Maskenanordnung, die
eine hintere Parallaxenbarriere bildet, zugeordnet ist. Die Kombination
kann betrachtet werden, als eine richtungsabhängige Lichtquelle zu wirken,
die einen zugeordneten räumlichen
Lichtmodulator beleuchtet. Jedoch ist dem räumlichen Lichtmodulator keine
Parallaxenoptik zugeordnet.
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Die
GB 2 272 555 offenbart,
was als eine stereoskopische Anzeigevorrichtung vom ”hybriden Sandwich”-Typ bekannt
ist. Das hybride Sandwich umfasst einen räumlichen Lichtmodulator, der
Eingangs- und Ausgangsparallaxenoptiken aufweist. Die Eingangsparallaxenoptik
bildet die Lichtquellen effektiv auf einen Diffusor innerhalb des
Sandwiches ab und wirkt so nicht als ein richtungsabhängiges Beleuchtungssystem.
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Die
EP 0 570 179 offenbart eine ähnliche
Anordnung, in welcher einem hybriden Sandwich eine richtungsabhängige Lichtquelle
zugeordnet ist. Jedoch dient die richtungsabhängige Lichtquelle dazu, die
Richtung einer Eingangsbeleuchtung des hybriden Sandwiches zu ändern.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
ist eine richtungsabhängige
Anzeige nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Der
Ausdruck ”laterale
Ausdehnung eines Beobachtungsfensters” bedeutet die laterale Breite, für welche
die Lichtintensität
(für ein
maximal weißes Bild)
größer als
x% der Spitzenintensität
des Fensters ist, wobei x geringer als 100 ist. Theoretisch kann x
jedweden Wert geringer als 100 aufweisen, aber in der Praxis sollten
Werte von x, die so niedrig sind, dass sie durch Streulicht, Übersprechen,
etc. beeinträchtigt
werden, vermieden werden.
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Das
Beleuchtungssystem kann zumindest eine Beleuchtungsquelle und ein
Abbildungssystem einschließen.
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Das
Beleuchtungssystem kann eine Vielzahl diskreter Lichtquellen einschließen.
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Das
Abbildungssystem kann eine Feldlinse einschließen.
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Das
Beleuchtungssystem kann ein Hintergrundlicht und eine Maske einschließen, die
eine Vielzahl von Schlitzen aufweist, die die Beleuchtungsquellen
definieren. Bereiche der Masken zwischen den Schlitzen können zu
dem Hintergrundlicht hin reflektierend sein. Das Abbildungssystem
kann einen linsenförmigen Schirm
umfassen. Jedes Linsenelement des linsenförmigen Schirms kann mit einer
Gruppe der Schlitze zusammenwirken, um die Schlitze in eine Vielzahl
von Strahlungskeulen in jeweiligen Beobachtungsfenstern abzubilden.
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Das
Abbildungssystem kann zumindest ein holographisches optisches Element
einschließen. Die
Beleuchtungsquelle kann eine kollimierte Lichtquelle umfassen.
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Die
Beobachtungsfenster können
lateral angrenzend sein.
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Die
Beobachtungsfenster können
lateral beabstandete Paare von lateral angrenzenden Beobachtungsfenstern
einschließen.
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Die
Parallaxenoptik kann eine Parallaxenbarriere einschließen.
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Der
räumliche
Lichtmodulator kann erste und zweite räumliche Lichtmodulatoren einschließen, die Parallaxenoptik
kann erste und zweite Parallaxenoptiken einschließen, die
mit den ersten und zweiten räumlichen
Lichtmodulatoren jeweils zusammenwirken, und die Anzeigevorrichtung
kann ein Strahlkombinationselement zum Kombinieren von Ausgangslicht
von den ersten und zweiten räumlichen
Lichtmodulatoren einschließen.
Das Beleuchtungssystem kann eine Vielzahl diskreter Lichtquellen
und einen Strahlteiler zum Richten von Licht von den Lichtquellen
auf die ersten und zweiten räumlichen
Lichtmodulatoren hin einschließen.
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Die
Anzeigevorrichtung kann einen schaltbaren Diffusor, der mit dem
räumlichen
Lichtmodulator zusammenwirkt und zwischen einem nicht-diffundierenden
Zustand, um einen richtungsabhängigen
Anzeigemodus bereitzustellen, und einem diffundierenden Zustand,
um einen nicht-richtungsabhängigen Anzeigemodus
bereitzustellen, schaltbar ist, einschließen.
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Es
ist somit möglich,
eine richtungsabhängige
Anzeigevorrichtung bereitzustellen, in welcher eine richtungsabhängige Beleuchtung
Beleuchtungszonen schafft, wobei Licht durch die gesamte Fläche einer
richtungsabhängigen
Anzeigetafel passiert.
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Die
richtungsabhängige
Anzeigetafel definiert den Bildinformationsinhalt sichtbar in der
Gesamtheit oder einem Teil der Beleuchtungszonen. Durch ein Verwenden
optischer Abbildungselemente, um eine richtungsabhängige Beleuchtung
bereitzustellen, können
verbesserte Beleuchtungszonenprofile erreicht werden, derart, dass
eine gleichförmige Beleuchtung
in einem zentralen Teil der Beleuchtungszone bereitgestellt wird
und die Zone scharfe Kanten aufweist. Die Verwendung einer Parallaxenoptik,
wie etwa einer Parallaxenbarriere, um den Informationsinhalt der
Zonen zu definieren, stellt niedrige Pegel eines Übersprechens
bereit.
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Es
ist weiter möglich,
eine elektronisch geführte,
autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtung des Strahlkombinationstyps
bereitzustellen. Eine derartige Anordnung erfordert keine beweglichen
Teile und führt
zu wenig oder keinen visuellen Flacker-Artefakten während einer Beobachternachführung. Ein
Vier-Fenster-System
kann für
verbesserte Toleranzen während
der Nachführung
bereitgestellt werden, beispielsweise verglichen mit einem Drei-Fenster-System,
wie es in den
EP 0 726 482 ,
EP 0 721 131 ,
GB 2 297 876 und
GB 2 296 617 offenbart ist. Eine longitudinale
Nachführung
mittels einer Gesichtsfeld-Aufschneidung
kann bereitgestellt werden, und eine schnelle Beobachternachführung bei
Videoeingangsraten kann erreicht werden. Eine Bildauflösung gleich
der Hälfte
der räumlichen
Auflösung
der räumlichen
Lichtmodulatoren kann bereitgestellt werden. Der räumliche
Lichtmodulator kann durch Standard-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen
ausgeführt
werden, ohne dass irgendeine Modifikation erforderlich ist. Eine
derartige Anordnung kann einen Gebrauch von dem gleichen Anzeigevorrichtungs-Verschachteln
wie andere Flachtafel-Anzeigevorrichtungen mit zwei verschachtelten
Gesichtsfeldern machen. In dem Falle einer Parallaxenbarriere als
die Parallaxenoptik können
breite Schlitze eingesetzt werden, um so eine Lichteffizienz zu
verbessern und Beugungseffekte zu verringern. Sämtliche der Elemente können während einer
Herstellung in einer Position fixiert werden, um so eine robuste
Anzeigevorrichtung bereitzustellen. Stereoskopische und 2D-Betriebsmoden
können
in manchen Ausführungsformen
leicht bereitgestellt werden.
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Es
ist möglich,
pseudoskopische Beobachtungsbereiche zu beseitigen, beispielsweise
für eine feste
Beobachterposition bei autostereoskopischen Anzeigevorrichtungen
mit zwei Gesichtsfeldern. Derartige Anordnungen können ein
verringertes Übersprechen
aufweisen und können
elektronisch in einen 2D-Modus schaltbar sein. Weiter ist es nicht
notwendig, irgendeine Beobachterpositionsanzeige bereitzustellen,
weil auch ungeübte
Beobachter keine wesentliche Schwierigkeit bei ihrem korrekten Lokalisieren
bezüglich
der Beobachtungsbereiche haben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird weiter im Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben werden.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische ebene Ansicht einer autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung, die
eine erste Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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2 eine
schematische ebene Ansicht eines richtungsabhängigen Beleuchtungssystems
der Anzeigevorrichtung der 1;
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3 eine
schematische ebene Ansicht eines weiteren Typs eines richtungsabhängigen Beleuchtungssystems,
das in der Anzeigevorrichtung der 1 verwendet
werden kann;
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4a und 4b schematische
ebene Ansichten von Holographiebasierten, richtungsabhängigen Beleuchtungssystemen,
die in der Anzeigevorrichtung der 1 verwendet
werden können;
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5a ein
Beobachtungsfenster-Beleuchtungsprofil, das durch ein richtungsabhängiges Beleuchtungssystem
des in 2 gezeigten Typs erzeugt wird;
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5b Sichtbarkeitsprofile
an den Beobachtungsfenstern benachbarter Pixelsätze, die durch eine räumlichen
Lichtmodulator und eine Parallaxenbarriere erzeugt werden;
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5c das
Beobachtungsfenster-Betriebsverhalten, das durch ein Kombinieren
der Profile der 5a und 5b erreicht
wird;
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6 eine
schematische ebene Ansicht der Anzeigevorrichtung der 1,
die die Schaffung angrenzender Beobachtungsfenster in angrenzenden Strahlungskeulen
veranschaulicht;
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7 ein
Diagramm, das eine laterale Beobachternachführung für die Beobachterfenster, die
in 6 gezeigt sind, veranschaulicht;
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8 eine
schematische ebene Ansicht einer autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung, die
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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9a eine
schematische ebene Ansicht einer autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung, die
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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9b einen
Betrieb der Anzeigevorrichtung der 9a in
einem 2D- oder stereoskopischen Modus;
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10a eine schematische ebene Ansicht einer autostereoskopischen
3D-Anzeigevorrichtung, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung bildet;
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10b einen Betrieb der Anzeigevorrichtung der 10a in einem 2D- oder stereoskopischen Modus;
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11 eine
schematische ebene Ansicht einer autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung, die
eine fünfte
Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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12 eine
schematische ebene Ansicht einer autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung
eines bekannten Typs, die das Vorhandensein pseudoskopischer Beobachtungszonen
veranschaulicht;
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13 eine
schematische ebene Ansicht einer autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung, die
eine sechste Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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14 das
optische Betriebsverhalten der Anzeigevorrichtung der 13;
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15 eine
schematische ebene Ansicht einer autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtung,
die eine siebte Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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16 eine
schematische ebene Ansicht einer autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung, die
eine achte Ausführungsform
der Erfindung bildet; und
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17 einen
Betrieb der Anzeigevorrichtung der 16 in
einem 2D-Modus.
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Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen überall in
den Zeichnungen gleiche Teile.
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Bester Weg zum Ausführen der
Erfindung
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Die
autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtung, die in 1 gezeigt
ist, ist von dem Strahlkombinationstyp unter Verwendung kompakter
Beleuchtungssysteme. Die Anzeigevorrichtung umfasst ein Hintergrundlicht 1,
das hinter einem Maskensatz 2 in der Form einer undurchlässigen Schicht
angeordnet ist, die darin gebildet vertikal verlaufende, parallele Schlitze
aufweist, die als einzelne Lichtquellen wirken. Eine linsenförmige Platte 3 ist
vor dem Maskensatz 2 angeordnet und umfasst eine Vielzahl
von vertikal verlaufenden, parallelen, zylindrisch konvergierenden
Linsenelementen oder Linseneinheiten. Jedes der Linsenelemente ist
oberhalb einer Gruppe von zwei der Schlitze des Maskensatzes 2 angeordnet
(dies ist in der
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1 und
in den nachfolgenden Figuren, die in dieser Hinsicht schematisch
sind, nicht expliziert gezeigt). Die Vorrichtungen 1, 2 und 3 bilden
eine kompakte Beleuchtungseinheit.
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Ein
räumlicher
Lichtmodulator (SLM) 4 ist vor der kompakten Beleuchtungseinheit 1, 2, 3 angeordnet
und umfasst beispielsweise eine flüssige Kristallvorrichtung (LCD),
deren Pixel in Spalten angeordnet sind. Eine Bildinformation wird
dem SLM 4 auf eine derartige Weise zugeführt, dass
zwei stereoskopische Gesichtsfelder räumlich auf dem SLM 4 multiplexiert
werden. Insbesondere zeigen abwechselnde Spalten der Pixel vertikale
Streifen abwechselnder der stereoskopischen Gesichtsfelder an. Ein
Parallaxenelement 5 in der Form der Parallaxenbarriere
ist vor dem SLM 4 angeordnet. Die Parallaxenbarriere 5 umfasst
vertikal verlaufende Schlitze, die parallel und gleichmäßig lateral
beabstandet sind. Jeder Schlitz der Parallaxenbarriere 5 entspricht
zwei Spalten von Pixeln des SLM 4.
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Die
Anzeigevorrichtung umfasst weiter ein zweites Hintergrundlicht 11,
einen zweiten Maskensatz 12, eine zweite linsenförmige Platte 13,
einen zweiten SLM 14 und ein zweites Parallaxenelement 15 von
gleichem Typ und Anordnung wie jeweils die Vorrichtungen 1 bis 5.
Ein Strahlkombinationselement 6 ist derart angeordnet,
dass Licht von den Vorrichtungen 1 bis 5 transmittiert
wird, wohingegen Licht von den Vorrichtungen 11 bis 15 zu
den Beobachtungsfenstern 7 reflektiert wird. Das Strahlkombinationselement 6 kann
beispielsweise einen teilweise versilberten Spiegel umfassen, der
chromatische Eigenschaften aufweist, so dass die Farbe des transmittierten
Lichts zu jener der reflektierten Lichts passt. Dies kann durch
ein Bereitstellen einer geeigneten optischen Beschichtung auf dem
Strahlkombinationselement 6 und/oder durch ein Einstellen
der Farbgleichgewichte oder ”Gammas” der LCDs,
die die SLMs 4 und 14 bilden, erreicht werden.
Weiter werden die Intensitäten
der kompakten Beleuchtungseinheit derart angepasst, dass die Beleuchtung der
Beobachtungsfenster zueinander passt.
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2 veranschaulicht
die kompakte Beleuchtungseinheit 1, 2, 3 zusammen
mit den Lichtpfaden, die sie erzeugt. Jedes der Linsenelemente der linsenförmigen Platte 3 erzeugt
Bilder der zwei zugeordneten Schlitze des Maskensatzes 2,
wie durch die Beleuchtungsbereiche oder ”erste fiktive Beobachtungsfenster” 8 veranschaulicht.
Die Teilung der Linsenelemente der linsenförmigen Platte 3 ist
geringfügig
kleiner als das Doppelte der Trennung der Schlitze des Maskensatzes 2,
um eine Beobachtungspunktkompensation derart bereitzustellen, dass
die Bilder der Gruppen zweier Schlitze in den ersten fiktiven Beobachtungsfenstern 8 zusammenfallen.
Die laterale Breite oder eine Ausdehnung der Fenster 8 ist
im Wesentlichen gleich der Hälfte
des durchschnittlichen inter-okularen Abstands und beträgt somit
ungefähr
32 mm. Die Fenster 8 sind voneinander um den gleichen Betrag
lateral beabstandet.
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Die
laterale Breite oder ein Ausmaß eines Beobachtungsfensters
ist als die laterale Breite w(x) definiert, für welche die Lichtintensität in dem
Fenster größer als
x% der Spitzen- oder maximalen Lichtintensität in dem Fenster ist, wobei
x weniger als 100 beträgt.
Obwohl x willkürlich
gewählt
werden kann, sollten sehr niedrige Werte vermieden werden, weil die
Intensität
durch Effekte, wie etwa ein Übersprechen
zwischen Fenstern, einem Streuen von Licht, etc. gestört werden
kann.
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Die
kompakte Beleuchtungseinheit 11, 12, 13 funktioniert
auf die gleiche Weise, aber die Lichtpfade sind durch eine Reflexion
an dem Strahlkombinationselement 6 gekrümmt. Die relativen Positionen und
Orientierungen der kompakten Beleuchtungseinheiten und des Strahlkombinationselements
sind derart, dass die Beleuchtungsbereiche von den kompakten Beleuchtungseinheiten
einander lateral in einer gemeinsamen Ebene abwechseln, um die tatsächlichen
Beobachtungsfenster 7 zu bilden. Die ersten Fenster 8a und 8b von
der kompakten Beleuchtungseinheit 1, 2, 3 sind
in 1 gezeigt, wohingegen die ersten Fenster, die
durch die kompakte Beleuchtungseinheit 11, 12, 13 gebildet
sind, in 8c und 8d gezeigt sind.
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3 veranschaulicht
eine alternative Auslegung eines Beleuchtungssystems, das diffuse Lichtquellen 9 einer
definierten räumlichen
Ausdehnung umfasst, die durch eine Feldlinse 10 vom optisch
konvergierenden Typ auf die ersten fiktiven Beobachtungsfenster 8 abgebildet
werden. Die Feldlinse 10 kann beispielsweise eine Fresnel-Linse
sein und ist von dem zylindrisch oder sphärisch konvergierenden Typ.
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4a veranschaulicht
einen weiteren Typ eines richtungsabhängigen Beleuchtungssystems. Das
System umfasst ein holographisches optisches Element 16,
das mit einer Eingangsbeleuchtung 17 von einer geeigneten
Lichtquelle, wie etwa einer kollimierten Lichtquelle, versehen ist.
Das holographische optische Element 16 ist von einem gleichförmigen Typ
und erzeugt die ersten fiktiven Beobachtungsfenster 8.
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4b veranschaulicht
ein ähnliches
richtungsabhängiges
Beleuchtungssystem, aber mit einem zweifach räumlich multiplexierten, holographischen
optischen Element 16. Jeder Unterabschnitt des Elements 16 erzeugt
eines der beiden Fenster 8.
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5a veranschaulicht
das Intensitätsprofil der
ersten fiktiven Beobachtungsfenster, die von dem Beleuchtungssystem,
wie etwa 1, 2, 3 in der Ebene der Beobachtungsfenster 7 erzeugt
werden. Dies ist das Intensitätsprofil,
das beispielsweise durch das Beleuchtungssystem 1, 2, 3 der 1 erzeugt
werden würde,
wenn der SLM 4 und die Parallaxenbarriere weggelassen würden. Das
richtungsabhängige Beleuchtungssystem,
das die Lichtquellen auf die Beobachtungsfenster 7 abbildet,
erzeugt für
jedes Fenster ein Intensitätsprofil
einer guten zentralen Gleichförmigkeit
mit scharfen Kanten. Jedoch können
unerwünscht
hohe Übersprechpegel
zwischen den Fenster beispielsweise wegen einer Lichtstreuung oder
einer nicht perfekten Oberflächenqualität erzeugt
werden. Obwohl ein derartiges Übersprechen
geringer als 5% sein kann, ist es noch in hohem Maße für einen
Beobachter sichtbar und ist eine wichtige Quelle einer Beobachtungserschwernis
und einer Augenermüdung.
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5b veranschaulicht
das optische Betriebsverhalten der LCD 4 und der Parallaxenbarriere 5.
Insbesondere veranschaulicht 5b zweite
fiktive Beobachtungsfenster 8' in der Form eines Intensitätsprofils,
das beispielsweise durch den SLM 4 und die Parallaxenbarriere 5 erzeugt
werden würde, wenn
das richtungsabhängige
Beleuchtungssystem 1, 2, 3 durch eine
nicht richtungsabhängige
Beleuchtungsquelle ersetzt werden würde und sämtliche der Pixel des SLM 4 in
ihrem maximal transmittierenden Zustand wären. Dieses Profil entspricht
direkt dem Grad einer Sichtbarkeit in der Fensterebene von Sätzen von
Pixeln des SLM 4, die die zwei Sätze von Bilddaten anzeigen.
Jeder der Sätze
von Pixeln ist in wechselweisen Spalten des SLM 4 angeordnet.
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Die
Parallaxenbarriere 5, die auf der Vorderseite der LCD 4 wie
gezeigt (oder hinter der LCD 4) angeordnet sein kann, beschränkt eine
Sichtbarkeit von der Ebene der Beobachtungsfenster 7 derart, dass
Licht von benachbarten Pixelspalten auf benachbarte zweite fiktive
Beobachtungsfenster 8' beschränkt ist.
Wenn ein Auge eines Beobachters in einem 32 mm breiten Fenster 8' ist, empfängt er Licht von
jeder zweiten Pixelspalte, wohingegen ein Auge in einem benachbarten
Fenster 8' Licht
von den anderen Pixelspalten empfängt. Die richtungsabhängigen Beleuchtungseinheiten 1, 2, 3 und 11, 12, 13 verteilen
eine Beleuchtung, wohingegen die Parallaxenelemente 5 und 15 mit
den SLMs 4 und 14 zusammenwirken, um einen Zugriff
auf die Bildinformation zu beschränken. Die Parallaxenelemente 5 und 15 formen
die ersten fiktiven Beobachtungsfenster 8 nicht, sondern
beschränken
nur, welche Pixel der SLMs 4, 14 innerhalb jedes
fiktiven Fensters 8 sichtbar sind.
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5c veranschaulicht
die tatsächlichen Beobachtungsfenster 7 in
der Form eines Intensitätsprofils,
das beispielsweise durch das richtungsabhängige Beleuchtungssystem 1, 2, 3,
den SLM 4 und die Parallaxenbarriere 5 der 1 erzeugt
wird, wobei sämtliche
Pixel des SLM in ihrem maximal transmittierenden optischen Zustand
sind. Die Parallaxenbarrieren stellen gutes Übersprech-Betriebsverhalten (wenn
eine starke Brechung durch ein Wählen
einer geeignete breiten Spaltbreite vermieden wird) wegen des sehr
hohen Kontrastverhältnisses
und einer ausgezeichneten Oberflächenqualität bereit.
Wie in 5b gezeigt, sind derartige Parallaxenelemente nicht
befähigt,
Beobachtungsbereiche mit scharfen Kanten zu erzeugen. Dementsprechend
stellt die Kombination des richtungsabhängigen Beleuchtungssystems
und der Parallaxenoptik gleichmäßig beleuchtete
Beobachtungsfenster 7 mit scharfen Kanten und mit einem
geringen Übersprechen
bereit.
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Die
laterale Ausdehnung W1–5(x) (wie oben stehend
definiert) des tatsächlichen
Beobachtungsfensters 7 ist gegeben durch: W1–5(x)
= W1–3(x)·W4,5(x)wobei W1–3(x)
die laterale Ausdehnung der ersten fiktiven Beobachtungsfenster 8 ist
und W4,5 (x) die laterale Ausdehnung der
zweiten fiktiven Beobachtungsfenster 8' ist. Dieser Ausdruck ist für sämtliche
Werte von x geringer als 100 und größer als die ”Basisbereiche” der Fensterprofile,
die beispielsweise durch die Effekte eines Übersprechens verrauscht sind,
gültig. Beispielsweise
kann x größer als
fünf sein.
Auch ist für
sämtliche
derartigen Werte von x, W1–5(x) geringer als W1–3(x)
und geringer als W4,5(x).
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6 veranschaulicht,
wie die Anzeigevorrichtung der 1 mehrere
Beobachtungsfenster erzeugen kann. Der SLM 4 ist veranschaulicht,
wie er Pixelsätze
A und C bereitstellt, wohingegen der SLM 14 veranschaulicht
ist, wie er Pixelsätze
B und D bereitstellt. Die Beobachtungsfenster, in welchen diese Pixelsätze sichtbar
sind, sind in gleicher Weise durch A, B, C und D angezeigt.
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Zusätzlich zu
den Bildern, die durch jedes Linsenelement der linsenförmigen Platten 3 und 13 und
die entsprechenden Gruppen von Sätzen
der Maskensätze 2 und 12 erzeugt
werden, erzeugt jedes Linsenelement Bilder der benachbarten Gruppen von
Schlitzen in benachbarten Strahlungskeulen einer Ordnung +1 und –1, wie
in 6 bei 19 und 20 veranschaulicht.
Die Fenster und die Beobachtungsinformation, die darin enthalten
sind, werden deswegen lateral auf jeder Seite der Beobachtungsfenster A
bis D wiederholt. Die Breite und Teilung der Beobachtungsfenster,
die durch die Anzeigevorrichtung erzeugt werden, sind derart, dass
die Beobachtungsfenster im Wesentlichen lateral innerhalb jeder
Strahlungskeule angrenzend sind und die Strahlungskeulen selbst
im Wesentlichen lateral angrenzend sind. Die gleichförmige Beleuchtung
gestattet es deswegen einem Beobachter, sich zwischen Beobachtungsbereichen
und Strahlungskeulen mit geringen oder keinen unerwünschten
visuellen Artefakten zu bewegen. Beispielsweise wäre es, wenn
die SLMs 4 und 14 die gleiche Bildinformation
in sämtlichen
der Beobachtungsfenster 7 anzeigen würden, für einen Beobachter möglich, Augen
zwischen den Beobachtungsfenstern 7 ohne ein im Wesentlichen
bemerkbares Flackern zu bewegen.
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Die
Erzeugung mehrfacher Strahlungskeulen tritt in natürlicher
Weise in dem Fall richtungsabhängiger
Beleuchtungssysteme unter Verwendung von Maskensätzen und linsenförmigen Platten,
die in den 1 bis 6 gezeigt
sind, auf. In ähnlicher Weise
können
die holographischen optischen Elemente 16, die in 4a und 4b gezeigt
sind, angeordnet werden, um das sich wiederholende Muster zu erzeugen.
In dem Fall des Beleuchtungssystems, das in 3 gezeigt
ist, kann die Erzeugung mehrfacher Strahlungskeulen durch ein Wiederholen
der Muster von Lichtquellen 9 mit einer gleichförmigen lateralen
Teilung erreicht werden.
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Um
den Beobachtungsfreiheitsgrad derart zu erhöhen, dass ein Beobachter ein
3D-Bild über
einen ausgedehnten Beobachtungsbereich hinweg wahrnehmen kann, kann
eine elektronische Beobachternachführung bereitgestellt werden,
wie in der
EP 0 726 482 ,
der
GB 2 297 876 , der
EP 0 721 131 und der
GB 2 296 617 offenbart.
7 veranschaulicht,
wie ein laterales Nachführen
einer Beobachterposition durchgeführt werden kann. Die Beobachtungsfenster in
zwei Strahlungskeulen sind bei A bis D veranschaulicht, wobei die
relativen lateralen Positionen der Augen eines Beobachters für vier Beobachterpositionen
gezeigt sind. Der Pixelsatz, der in jedem Beobachtungsfenster sichtbar
ist, ist auch durch den gleichen Buchstaben angezeigt, so dass der Pixelsatz
A in dem Beobachtungsfenster A sichtbar ist, und so weiter.
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In
der ersten Beobachterposition ist das linke Auge des Beobachters
in dem Beobachtungsfenster D, und das rechte Auge des Beobachters
ist in dem Beobachtungsfenster B einer der Strahlungskeulen. Eine
linke Bildinformation wird durch die Pixelsätze C und D angezeigt, während eine
rechte Bildinformation durch die Pixelsätze A und B angezeigt wird.
In der nächsten
Position hat sich das linke Auge in das Beobachtungsfenster C bewegt,
wohingegen sich das rechte Auge in das Beobachtungsfenster A bewegt
hat. Es ist deswegen nicht notwendig, die Bildinformation, die durch
die Pixelsätze
angezeigt wird, zu ändern.
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In
der nächsten
Beobachterposition ist das linke Auge in der Mitte des Beobachtungsfensters
C, und das rechte Auge ist in der Mitte des Beobachtungsfensters
A. Die Bilddaten werden derart geändert, dass eine linke Bildinformation
durch die Pixelsätze
B und C angezeigt wird, wohingegen eine rechte Bildinformation durch
die Pixelsätze
A und D angezeigt wird. Die endgültig
veranschaulichte Beobachterposition ist derart, dass das linke Auge
an der Grenze zwischen den Beobachtungsfenstern B und C der ersten
Strahlungskeule ist, wohingegen das rechte Auge an der Grenze zwischen
dem Beobachtungsfenster A der ersten Strahlungskeule und dem Beobachtungsfenster
D der zweiten Strahlungskeule ist. Die linken und rechten Augen
des Beobachters sehen deswegen fortlaufend die linken bzw. rechten Gesichtsfelder,
wenn sich der Beobachter weiter nach rechts bewegt, ohne dass die
Bilddaten, die durch die Pixelsätze
angezeigt werden, geändert werden
müssen.
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Die
Auflösung
des Bilds, das von jedem Auge des Beobachters gesehen wird, ist
die Hälfte der
räumlichen
Auflösung
jeder SLMs 4 und 14. Die wahrgenommene Auflösung ist
deswegen doppelt so hoch wie jene, die auf einer Anzeigevorrichtung
unter Verwendung eines einzelnen SLM gesehen würde. Weiter werden die Beobachtungsfreiheitsgrad-Nachführungstoleranzen
bezüglich
eines dritten Fensternachführungssystems
verbessert. In einem derartigen System ist der nächste Abstand, in dem sich
ein Auge theoretisch einer Fenstergrenze in einem normale Betrieb
nähern
würde,
11 mm, wohingegen dieser für
das Vier-Fenster-System,
das in 8 veranschaulicht ist, auf 16 mm erhöht ist.
Dementsprechend kann die Nachführungssystemgenauigkeit
und -geschwindigkeit nachlassen und/oder kann ein verbessertes Betriebsverhalten
mit existierenden Komponenten und Steuerungen erreicht werden.
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8 veranschaulicht
eine Strahlkombinationselement-Anzeigevorrichtung
eines Typs ähnlich zu
jenem, der in 1 veranschaulicht ist, aber
unter Verwendung eines einzigen Satzes von Lichtquellen 9,
um beide SLMs 4 und 14 zu beleuchten. Licht von den
Lichtquellen 9 wird auf einen Strahlteiler 21 hin gerichtet,
der ungefähr
eine Hälfte
des Lichts reflektiert und den Rest durchlässt. Das reflektierte Licht wird
von einem Spiegel 22 auf eine Feldlinse in der Form einer
großformatigen
Fresnel-Linse 10a reflektiert, die das Licht über den
SLM4, die Parallaxenbarriere 5 und das Strahlkombinationselement 6 auf
die Beobachtungsfenster 7 abbildet. Licht, das von dem Strahlteiler 21 transmittiert
wird, wird von einem Spiegel 23 auf eine ähnliche
Fresnel-Linse 10 reflektiert, die das Licht über den
SLM 14, die Parallaxenbarriere 5 und durch eine
Reflexion an dem Strahlkombinationselement 6 auf die Beobachtungsfenster 7 abbildet.
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Die
Lichtquellen 9 sind gezeigt, schaltbare Lampen zu umfassen.
Wie oben stehend beschrieben, müssen,
um eine Vielzahl von Strahlungskeulen bereitzustellen, die Lichtquellen 9 wiederholt
werden, und die Lampen, die in 8 gezeigt
sind, sind derart schaltbar, dass Lampen, die gegenwärtig während eines
Beobachternachführungsbetriebs
nicht erforderlich sind, ausgeschaltet werden können.
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9a zeigt
eine Anzeigevorrichtung eines Typs, der
1 gezeigt
ist, aber in welcher die Parallaxenbarrieren
5 und
15 durch
Parallaxenbarrieren des Typs ersetzt sind, die in der
EP 0 829 744 , der
GB 2 317 295 , der
EP 0 887 666 und der
GB 2 326 728 offenbart sind. Die Parallaxenbarriere
für den SLM
4 umfasst
eine Polarisationsbarriere
25 und einen entfernbaren Polarisator
26.
Die Polarisationsbarriere
25 umfasst Schlitzbereiche, die
die Polarisation von Licht von dem SLM
4 um 900, die durch
Barrierenbereiche getrennt sind, die die Polarisation nicht ändern, dreht.
Beispielsweise kann der SLM
4 eine LCD umfassen, die einen
linearen Ausgangspolarisator umfasst, so dass Licht, das auf die
Polarisationsbarriere
25 einfällt, eine definierte lineare
Polarisation aufweist. Der entfernbare Polarisator
26 weist eine
Polarisationsrichtung derart auf, dass Licht von den Schlitzbereichen
der Barriere
25 transmittiert wird, wohingegen Licht von
den Barrierebereichen ausgelöscht
wird. Alternativ können
die Polarisatoren
26 und
28 in einen einzigen
Polarisator kombiniert werden, der an dem Ausgang der Anzeigevorrichtung,
positioniert nach dem Strahlkombinationselement
6, positioniert
ist.
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In ähnlicher
Weise umfasst die Parallaxenbarriere, die dem SLM 14 zugeordnet
ist, eine Polarisationsbarriere 27 und einen entfernbaren
Polarisator 26 des gleichen Typs wie die Barriere 25 bzw.
der Polarisator 26.
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Die
Anzeigevorrichtung umfasst weiter einen schaltbaren Diffusor 29,
der zwischen der linsenförmigen
Platte 3 und dem SLM 4 angeordnet ist, und einen
schaltbaren Diffusor 30, der zwischen der linsenförmigen Platte 13 und
dem SLM 14 angeordnet ist. Die Diffusoren 29 und 30 können beispielsweise Diffusorplatten
umfassen, die physikalisch in die optischen Pfade durch die Anzeigevorrichtung
eingeführt werden
und von diesen entfernt werden. Alternativ können die Diffusoren elektronisch
gesteuert werden, um so schaltbar zwischen Niedrig- und Hochdiffusionszuständen zu
sein. Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung ist ein Polymer-dispergierender
Flüssigkristall
(PDLC).
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9a veranschaulicht
einen Betrieb der Anzeigevorrichtung in dem autostereoskopischen 3D-Modus.
Die Diffusoren 29 und 30 sind in dem niedrig diffundierenden
oder klaren Zustand, und die Polarisatoren 26 und 27 sind
eingesetzt. Somit weisen die Diffusoren 29 und 30 keinen
substanziellen Effekt auf einen Betrieb der Anzeigevorrichtung auf, wohingegen
die Polarisationsbarrieren 25 und 27 und die entfernbaren
Polarisatoren 26 und 28 als Parallaxenbarrieren
vor den SLMs 4 und 14 wirken. Ein Betrieb der
Anzeigevorrichtung ist deswegen wie oben stehend beschrieben.
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9b veranschaulicht
einen Betrieb der Anzeigevorrichtung in einem stereoskopischen 3D-Modus
oder in einem Hochauflösungs-2D-Modus.
Die entfernbaren Polarisatoren 26 und 28 sind entfernt
worden, und die Diffusoren 29 und 30 sind in den
diffundierenden Zustand geschaltet worden.
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Eine
Entfernung der Polarisatoren 26 und 28 setzt die
Parallaxenbarrieren außer
Kraft, wohingegen ein Betrieb der Diffusoren 29 und 30 in
dem diffundierenden Zustand das Beleuchtungssystem veranlasst, nicht-richtungsabhängig zu
werden. Somit sind sämtliche
der Pixel beider SLMs 4 und 14 in einem ausgedehnten
Beobachtungsbereich durchgängig
sichtbar, wie bei 30 angezeigt. Wenn ohne Beobachtungshilfen
beobachtet wird, sehen beide Augen des Beobachters die Gesamtheit
der SLMs 4 und 14, so dass ein 2D-Bild von zweimal
der optischen Auflösung
jedes der SLMs 4 und 14 angezeigt werden kann.
Alternativ kann, wenn Ausgangspolarisatoren der SLMs 4 und 14 derart
angeordnet sind, orthogonale Polarisationen bereitzustellen, die
Anzeigevorrichtung stereoskopisch durch geeignete Polarisationsbrillen über einen
breiten Beobachtungsbereich hindurch verwendet werden.
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Während die
Anzeigevorrichtung, die in den 9a und 9b veranschaulicht
ist, von dem Vorderseiten-Parallaxenbarrierentyp ist, ist die Anzeigevorrichtung,
die in den 10a und 10b veranschaulicht
ist, von dem Rückseiten-Parallaxenbarrierentyp.
Somit ist die Polarisationsbarriere 25 zwischen dem SLM 4 und
dem schaltbaren Diffusor 29 angeordnet, wohingegen die
Polarisationsbarriere 27 zwischen dem SLM 14 und
dem schaltbaren Diffusor 30 angeordnet ist. Der Polarisator 26 ist
fixiert und zwischen dem Hintergrundlicht 1 und dem Maskensatz 2 angeordnet,
während
der Polarisator 28 fixiert oder dauerhaft in dem optischen
Pfad ist und zwischen dem Hintergrundlicht 11 und dem Maskensatz 12 angeordnet
ist.
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10a veranschaulicht den autostereoskopischen 3D-Betriebsmodus,
in welchem die Diffusoren 29 und 30 in dem klaren
Zustand sind. Ein Betrieb ist im Wesentlichen oben stehend beschrieben.
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10b veranschaulicht einen Betrieb in dem stereoskopischen
3D-Modus oder in dem 2D-Modus. Die schaltbaren Diffusoren 29 und 30 sind
in dem diffundierenden Zustand. Dies hat zwei Wirkungen. Erstens
wird die Richtungsabhängigkeit der
kompakten Beleuchtungseinheiten aufgehoben. Zweitens wird polarisiertes
Licht von den Polarisatoren 26 und 27 derart depolarisiert,
dass die Polarisationsbarrieren 25 und 27 aufhören, als
Parallaxenbarrieren zu wirken. Somit ist ein Betrieb in diesem Modus
im Wesentlichen der gleiche wie der Betrieb, der oben stehend unter
Bezugnahme auf 9b beschrieben ist.
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Die
Anzeigevorrichtung, die in 11 gezeigt
ist, unterscheidet sich von jener, die in 1 gezeigt
ist, darin, dass die kompakten Beleuchtungseinheiten durch holographische
optische Elemente 16a und 16b zusammen mit kollimierten
Lichtquellen 1a und 1b ersetzt sind, um richtungsabhängige Beleuchtungseinheiten
des Typs bereitzustellen, der in 4a oder 4b veranschaulicht
ist. Ein Vorteil holographischer optischer Elemente gegenüber herkömmlichen
Optiken besteht darin, dass Off-axis-Beobachtungszonen ohne erhöhte Aberrationen
erzeugt werden können,
die mit einem Off-axis-Abbilden aus herkömmlichen optischen Systemen
einhergehen. Obwohl die Lichtquellen 1a und 1b als
kollimiert gezeigt sind, können
andere Typen von Quellen verwendet werden, so dass die Hintergrundbeleuchtung
der Elemente 16a, 16b den Aufzeichnungswellenfronten
des Hologramms entspricht.
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12 veranschaulicht
einen bekannten Typ einer autostereoskopischen Einzeltafel-3D-Anzeigevorrichtung
des Vorderseiten-Parallaxenbarrierentyps.
Die Beobachtungsfenster, die durch diese Anzeigevorrichtung erzeugt
werden, sind bei 7 gezeigt, wobei L Fenster anzeigt, wo
Gesichtsfelder für das
linke Auge sichtbar sind und R Fenster anzeigt, wo Gesichtsfelder
für das
rechte Auge sichtbar sind. Vorausgesetzt, dass die linken und rechten
Augen eines Beobachters jeweils in den linken und rechten Beobachtungsfenstern
angeordnet sind, wie für
einen Beobachter A gezeigt, wird der Beobachter das 3D-Bild, das
angezeigt wird, korrekt wahrnehmen (orthoskopische Beobachtung).
Jedoch kann ein Beobachter mit dem linken Auge in einem rechten
Fenster und dem rechten Auge in einem linken Fenster positioniert
sein, wie für
einen Beobachter B veranschaulicht. Dies wird als eine pseudoskopische
Beobachtung bezeichnet und gibt einen verwirrenden Eindruck, der
unangenehm ist und zu einer falschen Tiefeninformation führen kann.
Es kann für
untrainierte Beobachter schwierig sein, zwischen einer orthoskopischen
und einer pseudoskopischen Beobachtung zu unterscheiden.
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13 veranschaulicht
eine autostereoskopische Einzeltafel-3D-Anzeigevorrichtung, die eine kompakte
Beleuchtungseinheit 1, 2, 3 des Typs,
der in 1 veranschaulicht ist, zum Erzeugen von drei Paaren
diskreter, beabstandeter Beobachtungsfenster 7a, 7b und 7c aufweist.
Die Anzeigevorrichtung umfasst weiter einen einzelnen SLM 4 und
eine einzelne Parallaxenbarriere 5 des Typs, der in 1 veranschaulicht
ist, zum Bereitstellen einer Anzeige mit zwei Gesichtsfeldern. Die
hintere Fläche
der Maske 2 ist reflektierend ausgeführt, um es zuzulassen, dass
Licht zurückgeworfen
wird, um die Beleuchtungseffizienz der Anzeigevorrichtung zu verbessern.
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Die
Anzeigevorrichtung ist in 13 veranschaulicht,
dass sie die Beobachtungsfenster 7a, 7b und 7c derart
erzeugt, dass ein nicht-beleuchteter Spalt im Wesentlichen gleich
der durchschnittliche inter-Okularen Beabstandung zwischen benachbarten Beobachtungsfenstern
vorhanden ist. Es ist deswegen für
einen Beobachter unmöglich,
in einer pseudoskopischen Beobachtungsposition in der Ebene der
Beobachtungsfenster zu sein, so dass eine pseudoskopische Beobachtung
unmöglich
ist.
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14 veranschaulicht
bei 32 das Muster von Fenstern, die durch die Kombination
des SLM 4 und die Parallaxenbarriere 5 erzeugt
werden. Das Beleuchtungsprofil, das durch die kompakte Beleuchtungseinheit
erzeugt wird, ist bei 33 veranschaulicht, und die sich
ergebende Informationsverteilung ist bei 34 veranschaulicht.
Weil abwechselnde Paare von Beobachtungsfenstern unterdrückt werden,
wird eine pseudoskopische Beobachtung verhindert, so dass die Anzeigevorrichtung
von einem untrainierten Beobachter einfacher zu verwenden ist. Weiter
zeigt die Anzeigevorrichtung ein geringeres Übersprechen als herkömmliche
Anzeigevorrichtungen des Typs, der in 12 veranschaulicht
ist, auf. Insbesondere ist Licht, das anderenfalls von benachbarten
Fenstern auf beiden Seiten eines interessierenden Fensters gestreut
werden würde,
womit ein Übersprechen
herbeigeführt
wird, verringert, weil jedes effektive Beobachtungsfenster nur ein
benachbartes beleuchtetes Fenster aufweist, wobei das Fenster auf
der anderen Seite durch das Fehlen einer Beleuchtung unterdrückt wird.
Licht kann nur von einer Seite streuen, so dass der Betrag eines Übersprechens
im Wesentlichen halbiert wird. Unerwünschte visuelle Artefakte,
die von einem Übersprechen
herrühren,
werden deswegen wesentlich verringert.
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Jedes
der zuvor beschriebenen richtungsabhängigen Beleuchtungssysteme
kann verwendet werden, und 15 veranschaulicht
eine Anzeigevorrichtung des Typs, der in 13 gezeigt
ist, wobei die kompakte Beleuchtungseinheit durch ein holographisches
Beleuchtungssystem des Typs ersetzt ist, das in 11 veranschaulicht
ist und das eine kollimierte Lichtquelle 1 und ein holographisches
optisches Element 16 umfasst.
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16 veranschaulicht
die Anzeigevorrichtung des Typs, der in 13 gezeigt
ist, aber von dem Rückseiten-Parallaxenbarriere-Typ,
in welchem die Parallaxenbarriere durch eine Polarisationsbarriere 25 des
gleichen Typs gebildet ist, wie unter Bezugnahme auf 9a bis 10b beschrieben. Die Polarisationsbarriere 25 wirkt
mit einem Eingangspolarisator des SLM 4 zusammen, um als
eine Parallaxenbarriere zu wirken, wenn polarisiertes Licht von der
kompakten Beleuchtungseinheit 1, 2, 3 empfangen
wird. Die kompakte Beleuchtungseinheit unterscheidet sich von jener,
die in 10a gezeigt ist, darin, dass
der Polarisator mit der Maske 2 derart kombiniert ist,
dass die Maske Streifen einer Polarisatorplatte umfasst, die durch
undurchlässige
Streifen getrennt sind. Mit dem schaltbaren Diffusorelement 29 in
dem nicht-diffundierenden Modus arbeitet die Anzeigevorrichtung
in dem autostereoskopischen 3D-Modus, wie oben stehend unter Bezugnahme
auf 13 beschrieben.
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17 veranschaulicht
die Anzeigevorrichtung der 16, die
in einem 2D-Modus arbeitet. Der Diffusor 29 ist in den
diffundierenden Modus geschaltet, um so die Polarisation aufzuheben,
die durch die polarisierte Maske 2 erzeugt wird, und um
so die Richtungsabhängigkeit
der Beleuchtungseinheit 1, 2, 3 aufzuheben.
Die Parallaxenbarriere wird somit unwirksam gemacht, und die Beleuchtungseinheit 1, 2, 3 wirkt
als eine nahezu Lambert'sche
Lichtquelle, um es zuzulassen, dass ein 2D-Bild mit voller Auflösung über einen breiten Winkelbereich
beobachtet wird.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie oben stehend offenbart ist, ist es somit möglich, eine richtungsabhängige Anzeigevorrichtung
bereitzustellen, in welcher eine richtungsabhängige Beleuchtung Beleuchtungszonen
schafft, wobei Licht durch die gesamte Fläche einer richtungsabhängigen Anzeigetafel
passiert. Die richtungsabhängige
Anzeigetafel definiert den Bildinformationsinhalt, der in den gesamten
oder einem Teil der Beleuchtungszonen sichtbar ist. Indem abbildende
optische Elemente verwendet werden, um die richtungsabhängige Beleuchtung
bereitzustellen, können
verbesserte Beleuchtungszonenprofile derart erreicht werden, dass
eine gleichförmige
Beleuchtung in einem zentralen Teil der Beleuchtungszone bereitgestellt
wird und die Zone scharfe Kanten aufweist. Die Verwendung einer
Parallaxenoptik, wie etwa einer Parallaxenbarriere, um den Informationsinhalt
der Zonen zu definieren, stellt niedrige Pegel eines Übersprechens
bereit.
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Es
ist weiter möglich,
eine elektronisch nachgeführte,
autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtung des Strahlkombinationstyps
bereitzustellen. Eine derartige Anordnung erfordert keine beweglichen
Teile und führt
zu geringen oder nicht sichtbaren Flacker-Artefakten während einer
Beobachternachführung.
Ein Vier-Fenster-System kann für
verbesserte Toleranzen während
einer Nachführung
bereitgestellt werden. Eine longitudinale Nachführung mittels einer Gesichtsfeldaufteilung
kann bereitgestellt werden, und eine schnelle Beobachternachführung bei
Videoeingangsraten kann erreicht werden. Eine Bildauflösung gleich
der Hälfte
der räumlichen
Auflösung
des räumlichen
Lichtmodulators kann erreicht werden. Der räumliche Lichtmodulator kann
durch Standard-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen
ausgeführt
werden, ohne dass irgendeine Modifikation erforderlich ist. Eine
derartige Anwendung kann von der gleichen Anzeigevorrichtungs-Schnittstelle
wie andere Flachtafel-Anzeigevorrichtungen
mit verschachteltem zweifachen Gesichtsfeld Gebrauch machen. In
dem Fall einer Parallaxenbarriere als die Parallaxenoptik können breite
Schlitze eingesetzt werden, um so eine Lichteffizienz zu verbessern
und Beugungseffekte zu verringern. Sämtliche der Elemente können in
einer Position während
der Fertigung fixiert werden, um so eine robuste Anzeigevorrichtung
bereitzustellen. Stereoskopische und 2D-Betriebsmoden können in manchen Ausführungsformen
einfach bereitgestellt werden.
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Es
ist möglich,
pseudoskopische Beobachtungsbereiche zu eliminieren, beispielsweise
für eine feste
Beobachterposition zu autostereoskopischen Anzeigevorrichtungen
mit zwei Gesichtsfeldern. Derartige Anordnungen können ein
verringertes Übersprechen
aufweisen und können
in einen 2D-Modus elektronisch schaltbar sein.
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Weiter
ist es nicht notwendig, irgendeine Betrachter-Positionsanzeige bereitzustellen, weil
auch ungeübte
Beobachter keine wesentliche Schwierigkeit haben, sich bezüglich der
Beobachtungsbereiche korrekt anzuordnen.