DE69935883T2

DE69935883T2 - Verfahren und Vorrichtung für eine dreidimensionale Darstellung

Info

Publication number: DE69935883T2
Application number: DE69935883T
Authority: DE
Inventors: Shiro Shinjuku-ku Suyama; Hideaki Shinjuku-ku Takada; Kazutake Shinjuku-ku Uehira
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2019-05-21
Also published as: EP1657585A3; EP1657584A3; US7002532B2; DE69935883D1; EP1657584B1; EP0959377B1; US6950078B2; US6525699B1; EP0959377A2; US20030067423A1; US7148859B2; EP1657583A2; DE69942432D1; US20030080923A1; EP1657583A3; EP1657584A2; EP0959377A3; US6940473B2; EP1657586B1; EP1657585A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine dreidimensionale Darstellung, die in der Lage sind, ein Bewegtbild oder ein Video mit einer verringerten Menge von Informationen über ein dreidimensionales Bild elektronisch zu reproduzieren.
Ein Flüssigkristallverschluss-Brillensystem, das in 1 gezeigt ist, ist als ein konventionelles System gut bekannt, welches elektrisch wiederbeschreibbar ist, eine kleine Informationsmenge hat und ein dreidimensionales Video anzeigen kann.
Das Arbeitsprinzip des Flüssigkristallverschluss-Brillensystems wird nachstehend erklärt.
Bei diesem Flüssigkristallverschluss-Brillensystem wird ein dreidimensionales Objekt α1 durch Kameras (α2, α3) aus unterschiedlichen Richtungen aufgezeichnet, um Bilder (parallaktische Bilder) zu erzeugen, die das dreidimensionale Objekt α1 wie aus unterschiedlichen Richtungen gesehen repräsentieren.
Die durch die Kameras (α2, α3) aufgenommenen Bilder werden durch einen Videosignalkonverter α4 zu einem einzelnen Videosignal kombiniert und einer zweidimensionalen Anzeige (zum Beispiel einer Kathodenstrahlröhrenanzeige) α5 zugeführt.
Ein Beobachter α7 betrachtet ein Bild auf der zweidimensionalen Anzeige α5 durch Tragen einer Flüssigkristallverschluss-Brille α6.
Hierbei wird, wenn die zweidimensionale Anzeige α5 ein Bild von der Kamera α3 anzeigt, die Flüssigkristallverschluss-Brille α6 auf der linken Seite opak und auf der rechten Seite transparent gemacht. Wenn die zweidimensionale Anzeige α5 ein Bild von der Kamera α2 anzeigt, wird die Flüssigkristallverschluss-Brille α6 auf der linken Seite transparent und auf der rechten Seite opak gemacht.
Durch Umschalten der vorstehenden Vorgänge mit hoher Geschwindigkeit hat der Betrachter aufgrund des Nachbildeffektes das Gefühl, dass er parallaktische Bilder mit beiden Augen sieht, und kann daher wegen einer binokularen Parallaxe das Objekt dreidimensional sehen.
Ferner wurde ein volumetrisches System, wie es in den 2A und 2B gezeigt ist, als eines der konventionellen Systeme vorgeschlagen, die elektrisch wiederbeschreibbar sind, eine kleine Menge von Informationen haben und ein dreidimensionales Video anzeigen können.
Das Arbeitsprinzip dieses volumetrischen Systems wird im Folgenden erklärt.
Bei dem volumetrischen Typ, wie er in 2B gezeigt ist, wird ein dreidimensionales Objekt β1 in der Tiefenrichtung von dem Betrachter aus gesehen abgetastet, um einen Satz von zweidimensionalen Bildern β2 zu erzeugen, welcher in einer Tiefenrichtung auf einer Zeitteilungsbasis auf einer volumetrischen dreidimensionalen Anzeige β3 reproduziert wird, um ein reproduziertes dreidimensionales Bild β4 anzuzeigen.
Das in 1 gezeigte Flüssigkristallverschluss-Brillensystem hat jedoch einen Nachteil dahingehend, dass aufgrund der erforderlichen Verwendung der Flüssigkristallverschluss- Brille α6 das System sehr unnatürlich aussieht, wenn es für Telefonkonferenzen verwendet wird.
Ferner bestehen große Unstimmigkeiten zwischen binokularer Parallaxe, Konvergenz und Fokussierung, welches physiologische Faktoren der Stereoskopie sind.
Das heißt, dass bei dem Flüssigkristallverschluss-Brillensystem, das in 1 gezeigt ist, obwohl die Anforderungen der binokularen Parallaxe und der Konvergenz nahezu erfüllt sind, dieses System Augenbelastungen verursacht, weil die Brennebene auf der Anzeigeoberfläche liegt.
Bei dem in den 2A und 2B gezeigten volumetrischen Typ sind die Tiefenpositionen des reproduzierten dreidimensionalen Objektes β1 nahe an den Oberflächen, auf welchen Bilder tatsächlich angezeigt werden, und darüber hinaus zwischen diesen Oberflächen angeordnet, so dass anders als bei dem Flüssigkristallverschluss-Brillensystem dieses volumetrische System Widersprüche zwischen binokularer Parallaxe, Konvergenz und Fokussierung unterdrücken kann.
Mit dem volumetrischen System ist es jedoch, weil die Tiefenpositionen der reproduzierten Bilder diskret sind, schwierig, ein dreidimensionales Objekt, das sich an einer Zwischenposition zwischen den diskreten Anzeigepositionen befindet, oder ein dreidimensionales Objekt, das in der Tiefenrichtung stark schwankt, zu reproduzieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Darstellung bereitzustellen, die in der Lage sind, ein Video anzuzeigen, ohne es zu erfordern, dass ein Betrachter eine Brille trägt.
Darüber hinaus soll die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Darstellung bereitstellen, welche Widersprüche zwischen physiologischen Faktoren für Stereoskopie unterdrücken können.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Darstellung bereitzustellen, welche elektrisch gelöscht und programmiert werden können.
Diese und andere Ziele sowie neue Merkmale der Erfindung sind der folgenden Beschreibung in dieser Spezifikation und den beigefügten Zeichnungen entnehmbar.
Die Erfindung, wie im Einzelnen in dem unabhängigen Patentanspruch 1 der beigefügten Patentansprüche angegeben, stellt ein dreidimensionales Darstellungsverfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes durch Anzeigen von zweidimensionalen Bildern auf einer Vielzahl von Bildebenen, die sich an unterschiedlichen Tiefenpositionen befinden, bereit. Dieses Verfahren ist von der Art wie durch das US-Patent US-A-5-589,980 offenbart und im Oberbegriff des beigefügten Patentanspruchs 1 angegeben, umfassend die Schritte des: Erzeugens von zweidimensionalen Bildern durch Projizieren eines darzustellenden Objektes entlang der Blickrichtung eines Beobachters auf eine Vielzahl von Bildebenen, die sich an unterschiedlichen Tiefenpositionen wie von dem Beobachter aus gesehen befinden; und Änderns von Helligkeitspegeln der erzeugten zweidimensionalen Bilder individuell für jede Bildebene und Anzeigens der erzeugten zweidimensionalen Bilder auf der Vielzahl von Bildebenen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wie in Patentanspruch 1 angegeben werden, wenn das darzustellende Objekt an einer Tiefenposition nahe an dem Beobachter angezeigt wird, die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den Bildebenen der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, welche sich nahe an dem Beobachter befinden, angehoben, und werden die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den von dem Beobachter entfernten Bildebenen angezeigt werden, gesenkt. Wenn das darzustellende Objekt an einer Tiefenposition entfernt von dem Beobachter angezeigt wird, können die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den Bildebenen der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, welche sich nahe an dem Beobachter befinden, gesenkt werden, und können die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den Bildebenen entfernt von dem Beobachter angezeigt werden, angehoben werden.
Die zweidimensionalen Bilder können auf der Vielzahl von Bildebenen derart angezeigt werden, dass sich die zweidimensionalen Bilder überlappen, wenn die zweidimensionalen Bilder von einem Punkt auf einer Linie aus betrachtet werden, welche durch das rechte und das linke Auge eines Beobachters verläuft, und dass ein Gesamthelligkeitspegel wie von dem Beobachter gesehen gleich dem Helligkeitspegel des ursprünglichen darzustellenden Objektes ist.
Die zweidimensionalen Bilder können so angeordnet sein, dass sie sich durch Betrachten von einem Punkt auf der Linie aus, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters verläuft, überlappen, und die zweidimensionalen Bilder werden in der horizontalen Richtung vergrößert bzw. verkleinert.
Die zweidimensionalen Bilder können aufeinanderfolgend umgeschaltet werden, um ein dreidimensionales Bewegtbild zu erzeugen.
Idealerweise können, wenn die zweidimensionalen Bilder eine Vielzahl von Bildern eines sich in einer Tiefenrichtung bewegenden Objektes beinhalten und sich das Objekt zu dem Beobachter hin bewegt, die Helligkeitspegel der Objektbilder, die auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, progressiv in Richtung einer Bildebene nahe an dem Beobachter angehoben werden, und progressiv in Richtung zu einer Bildebene entfernt von dem Beobachter gesenkt werden, in Synchronismus mit dem aufeinanderfolgenden Umschalten der zweidimensionalen Bilder, und wenn die zweidimensionalen Bilder eine Vielzahl von Bildern eines sich in einer Tiefenrichtung bewegenden Objektes beinhalten und sich das Objekt von dem Beobachter wegbewegt, können die Helligkeitspegel der Objektbilder, die auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, progressiv in Richtung zu einer Bildebene nahe an dem Beobachter gesenkt werden, und progressiv in Richtung zu einer Bildebene entfernt von dem Beobachter angehoben werden, in Synchronismus mit dem aufeinanderfolgenden Umschalten der zweidimensionalen Bilder.
Die dreidimensionale Anzeige hierin ist von der Art, die eine erste Einrichtung zum Erzeugen von zweidimensionalen Bildern durch Projizieren eines darzustellenden Objektes entlang der Blickrichtung eines Beobachters auf eine Vielzahl von Bildebenen, die sich an unterschiedlichen Tiefenpositionen wie von dem Beobachter aus gesehen befinden; eine zweite Einrichtung zum Anzeigen der durch die erste Einrichtung erzeugten zweidimensionalen Bilder auf der Vielzahl von Bildebenen, die sich an unterschiedlichen Tiefenpositionen wie von dem Beobachter aus gesehen befinden; und eine dritte Einrichtung zum Ändern der Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, individuell für jede Bildebene, umfasst. Das kennzeichnende Merkmal der Anzeige ist in dem unabhängigen Patentanspruch 10 der beigefügten Patentansprüche angegeben.
Die zweite Einrichtung kann umfassen: Eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen; und teilweise reflektierende Spiegel, die mit der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen kombiniert sind, mit Ausnahme einer zweidimensionalen Anzeige, die sich an der entferntesten Tiefenposition von dem Beobachter befindet, wobei die teilweise reflektierenden Spiegel dazu ausgelegt sind, Bilder auf den zweidimensionalen Anzeigen auf der Blickrichtung des Beobachters anzuordnen.
Alternativ kann die zweite Einrichtung umfassen: Eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen; und Kombinationen von teilweise reflektierenden Spiegeln und Linsen, wobei die teilweise reflektierenden Spiegel und Linsenkombinationen mit der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen kombiniert sind, mit Ausnahme einer zweidimensionalen Anzeige, die sich an der entferntesten Tiefenposition von dem Beobachter befindet, wobei die teilweise reflektierenden Spiegel und Linsenkombinationen dazu ausgelegt sind, Bilder der zweidimensionalen Anzeigen auf der Blickrichtung des Beobachters anzuordnen.
Alternativ kann die zweite Einrichtung umfassen: Eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen kombiniert sind, mit Ausnahme einer zweidimensionalen Anzeige, die sich an der entferntesten Tiefenposition von dem Beobachter befindet, wobei die teilweise reflektierenden Spiegel- und Linsenkombinationen dazu ausgelegt sind, Bilder der zweidimensionalen Anzeigen auf der Blickrichtung des Beobachters anzuordnen.
Alternativ kann die zweite Einrichtung umfassen: Eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen; einen total reflektierenden Spiegel oder einen teilweise reflektierenden Spiegel, der mit einer der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen kombiniert ist, welche sich an der entferntesten Tiefenposition von dem Beobachter befindet, wobei der total reflektierende Spiegel oder der teilweise reflektierende Spiegel dazu ausgelegt ist, ein Bild der einen zweidimensionalen Anzeige auf der Blickrichtung des Beobachters anzuordnen; und teilweise reflektierende Spiegel, die mit den zweidimensionalen Anzeigen kombiniert sind, mit Ausnahme der einen zweidimensionalen Anzeige, die sich an der entferntesten Tiefenposition von dem Beobachter befindet, wobei die teilweise reflektierenden Spiegel dazu ausgelegt sind, Bilder der zweidimensionalen Anzeige auf der Blickrichtung des Beobachters anzuordnen.
Alternativ kann die zweite Einrichtung umfassen: Eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen; eine Kombination aus einem total reflektierenden Spiegel und einer Linse oder eine Kombination aus einem teilweise reflektierenden Spiegel und einer Linse, wobei die Kombination mit einer der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen kombiniert ist, welche sich an der entferntesten Tiefenposition von dem Beobachter befindet, wobei die Kombination dazu ausgelegt ist, ein Bild der einen zweidimensionalen Anzeige auf der Blickrichtung des Beobachters anzuordnen; und Kombinationen von teilweise reflektierenden Spiegeln und Linsen, wobei die Kombinationen mit den zweidimensionalen Anzeigen kombiniert sind, mit Ausnahme einer zweidimensionalen Anzeige, die sich an der entferntesten Tiefenposition von dem Beobachter befindet, wobei die Kombinationen dazu ausgelegt sind, Bilder der zweidimensionalen Anzeigen auf der Blickrichtung des Beobachters anzuordnen.
Alternativ kann die zweite Einrichtung umfassen: Eine Vielzahl von Streuplatten, die in der Lage sind, eine Umschaltung zwischen einem Durchlasszustand und einem Streuzustand zu steuern, oder eine Vielzahl von Reflexionsplatten, die in der Lage sind, die Umschaltung zwischen einem Reflexionszustand und einem Durchlasszustand zu steuern, wobei die Streuplatten oder die Reflexionsplatten sich an unterschiedlichen Tiefenpositionen wie von dem Beobachter aus gesehen befinden; eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen des Projektionstyps zum Projizieren von zweidimensionalen Bildern auf die Vielzahl von Streuplatten oder die Vielzahl von Reflexionsplatten; und eine Vielzahl von Verschlüssen, die zwischen der Vielzahl von Streuplatten oder Reflexionsplatten und der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen des Projektionstyps angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Verschlüssen dazu ausgelegt sind, zwischen einem Durchlasszustand und einem Sperrzustand in Synchronismus mit der Umschaltung zwischen dem Durchlasszustand und dem Streuzustand der Vielzahl von Streuplatten oder zwischen dem Reflexionszustand und dem Durchlasszustand der Vielzahl von Reflexionsplatten umzuschalten.
In der Anzeige kann ein optisches Linsensystem zwischen dem Beobachter und der Vielzahl von Bildebenen angeordnet sein, die sich an unterschiedlichen Tiefenpositionen wie von dem Beobachter aus gesehen, befinden.
Die zweite Einrichtung kann eine zweidimensionale Anzeige, ein optisches System und einen varifokalen Spiegel umfassen.
Alternativ kann die zweite Einrichtung umfassen: Einen Vibrationsschirm, welcher in der Tiefenrichtung vibriert; ein optisches System mit einer Linse; eine Abtasteinrichtung zum Rasterabtasten eines Laserstrahls; und eine Laserstrahlquelle.
Alternativ kann die zweite Einrichtung umfassen: Eine LED-Anzeige mit einem LED-Feld; eine Parallelvorschub-/Rotationseinrichtung zum parallelen Vorschieben/Rotieren der LED-Anzeige; und eine Videozufuhreinrichtung zum Zuführen eines Videosignals zu der LED-Anzeige.
Alternativ kann die zweite Einrichtung umfassen: Einen Film, auf dem ein zweidimensionales Bild aufgezeichnet ist, oder eine zweidimensionale Anzeige; ein optisches Bildumwandlungssystem mit einem Prisma oder einem Spiegel; und eine Projektionstrommel.
Alternativ kann die zweite Einrichtung aufeinanderfolgend die zweidimensionalen Bilder umschalten, die durch die erste Einrichtung erzeugt wurden, um ein dreidimensionales Bewegtbild zu erzeugen.
Es wird bevorzugt, eine beleuchtete Anzeige anzuordnen, so dass dann, wenn die zweidimensionalen Bilder, die durch die erste Einrichtung erzeugt wurden, eine Vielzahl von Bildern eines Objektes beinhalten, das sich in einer Tiefenrichtung bewegt und sich das Objekt in Richtung zu dem Beobachter bewegt, die dritte Einrichtung progressiv die Helligkeitspegel der auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigten Objektbilder in Richtung zu einer Bildebene nahe an dem Beobachter anheben, und progressiv die Helligkeitspegel der Objektbilder in Richtung zu einer Bildebene entfernt von dem Beobachter senken, in Synchronismus mit der aufeinanderfolgenden Umschaltung der zweidimensionalen Bilder durch die zweite Einrichtung, und wenn sich das Objekt von dem Beobachter wegbewegt, kann die dritte Einrichtung progressiv die Helligkeitspegel der Objektbilder senken, die auf der Vielzahl von Bildebenen in Richtung zu einer Bildebene nahe an dem Beobachter angezeigt werden, und progressiv die Helligkeitspegel der Objektbilder in Richtung zu einer Bildebene entfernt von dem Beobachter anheben, in Synchronismus mit dem aufeinanderfolgenden Umschalten der zweidimensionalen Bilder durch die zweite Einrichtung.
Die vorstehenden sowie andere Ziele, Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung treten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher zutage.
1 ist eine schematische Konfiguration einer konventionellen dreidimensionalen Anzeige;
2A und 2B sind schematische Konfigurationen einer anderen konventionellen dreidimensionalen Anzeige;
3 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
4 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
9A und 9B sind schematische Diagramme, die das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
10A und 10B sind schematische Diagramme, die das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
11 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
12 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
13 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
14 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
15 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
16 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
17A und 17B sind schematische Diagramme, die die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
18A und 18B sind schematische Diagramme, die Beispiele zeigen, die flexible Änderungen in der Position einer Bildebene durch Integrieren einer Linse oder dergleichen in ein optisches System des dritten Ausführungsbeispiels erlauben;
19 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in welchem es eine erhöhte Anzahl von zweidimensionalen Anzeigen gibt, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
20 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel zeigt, welches eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen des Projektortyps des dritten Ausführungsbeispiels und Streuplatten zum Bilden eines optischen Systems, das Bilder aus den Projektoren auf die Streuplatten projiziert, verwendet;
21 ist ein schematisches Diagramm, das ein anderes Beispiel zeigt, welches optische Einrichtungen zu dem dritten Ausführungsbeispiel hinzufügt;
22 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer volumetrischen dreidimensionalen Anzeige des Varifokalspiegeltyps gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
23 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer volumetrischen dreidimensionalen Anzeige des Vibrationsschirmtyps gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
24 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige des Rotations-LED-Typs gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
25 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige des Synthalizer-Typs gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
26A und 26B sind konzeptionelle Diagramme, die die Konzeptkonfigurationen der dreidimensionalen Anzeige gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
27 ist ein konzeptionelles Diagramm, das zeigt, wie eine Verteilungseinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel arbeitet;
28A bis 28C sind konzeptionelle Diagramme, die zeigen, wie Bilder gemäß diesem Ausführungsbeispiel bewegt werden;
29A und 29B sind schematische Diagramme, die ein Verfahren des Bewegens von Bildern gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigen;
30A und 30B sind schematische Diagramme, die ein Verfahren des Bewegens der Anzeigen gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigen;
31 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Bewegens der gesamten Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt;
32A bis 32C sind schematische Diagramme, die ein Positionserfassungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigen;
33A und 33B sind schematische Diagramme, die ein anderes Positionserfassungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigen;
34 ist ein Blockdiagramm, das das Konzept einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
35A bis 35B sind schematische Diagramme, die das Prinzip der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem achten Ausführungsbeispiel zeigen;
36 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem achten Ausführungsbeispiel zeigt;
37 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
38 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
39 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
40 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
41 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
42 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
43 ist ein schematisches Diagramm, das das Verfahren des Erzeugens von zweidimensionalen Bildern in der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
44 ist ein schematisches Diagramm, das die Entsprechung zwischen Pixeln einer zweidimensionalen Anzeige und Polarisationsänderungselementen einer Polarisationsänderungseinrichtung in der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
45 ist ein schematisches Diagramm, das die Entsprechung zwischen Pixeln einer zweidimensionalen Anzeige und Polarisationsänderungselementen einer Polarisationsänderungseinrichtung in der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
46 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
47 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
48 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
49 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der dreidimensionalen Anzeige gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
50 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
51A und 51B sind schematische Diagramme, die ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der drei dimensionalen Anzeige gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel zeigen;
52 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps zeigt, das in der dreidimensionalen Anzeige gemäß jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
53 ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen ankommendem Licht und austretendem Licht in dem in 52 gezeigten bifokalen optischen System des Polarisationstyps zeigt;
54 ist ein schematisches Diagramm, das ein anderes Beispiel eines bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps zeigt, das in der dreidimensionalen Anzeige gemäß jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
55 ist ein schematisches Diagramm, das ein nochmals weiteres Beispiel des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps zeigt, das in der dreidimensionalen Anzeige gemäß jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
56 ist ein schematisches Diagramm, das ein optisches System zeigt, das anstelle des in 55 gezeigten Polarisationsstrahlteilers verwendet werden kann;
57 ist eine Schnittansicht, die die Konzeptkonfiguration einer Polarisationsänderungseinrichtung des Twisted-Nematic-Typs zeigt, die in der dreidimensionalen Anzeige gemäß jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
58 ist ein schematisches Diagramm, das das Arbeitsprinzip der in 57 gezeigten Polarisationsänderungseinrichtung des Twisted-Nematic-Typs zeigt;
59 ist eine Schnittansicht, die die Konzeptkonfiguration einer Polarisationsänderungseinrichtung des In-Ebenen-Typs zeigt, die in der dreidimensionalen Anzeige gemäß jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
60 ist ein schematisches Diagramm, das das Arbeitsprinzip der in 59 gezeigten Polarisationsänderungseinrichtung des In-Ebenen-Typs zeigt;
61 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs zeigt, die in der dreidimensionalen Anzeige gemäß jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
62A bis 62C sind schematische Diagramme, die Licht zeigen, das aus der in 61 gezeigten Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs einfällt, und eine Orientierung einer Ausrichtungsschicht;
63A und 63B sind schematische Diagramme, die das Arbeitsprinzip der in 61 gezeigten Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs zeigen;
64 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer kurzzeitig angebrachten Anzeige gemäß einem neunzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
65 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Erzeugens von zweidimensionalen Bildern in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
66 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
67 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
68 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
69 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
70 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip einer kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
71 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Erzeugens von zweidimensionalen Bildern in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel zeigt;
72 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens von dreidimensionalen Bildern in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel zeigt;
73 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens von dreidimensionalen Bildern in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel zeigt;
74 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens von dreidimensionalen Bildern in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel zeigt;
75 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anzeigens von dreidimensionalen Bildern in der kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel zeigt;
76 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines optischen Systems zeigt, das in jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
77 ist ein schematisches Diagramm, das ein anderes Beispiel eines optischen Systems zeigt, das in jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
78 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines optischen Systems zeigt, das in jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
79 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines optischen Systems zeigt, das in jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
80 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines optischen Systems zeigt, das in jedem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden kann;
81 und 81B sind schematische Diagramme, die dreidimensionalen Anzeigen gemäß einem zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
82A und 82B sind schematische Diagramme, die dreidimensionalen Anzeigen gemäß einem dreiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
83A und 83B sind schematische Diagramme, die dreidimensionalen Anzeigen gemäß einem vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
84A bis 84E sind schematische Diagramme, die dreidimensionalen Anzeigen gemäß einem fünfundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
85A und 85B sind schematische Diagramme, die dreidimensionalen Anzeigen gemäß einem sechsundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
86A bis 86E sind schematische Diagramme, die dreidimensionalen Anzeigen gemäß einem siebenundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
87A und 87B sind schematische Diagramme, die dreidimensionale Anzeigen gemäß einem achtundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
88A bis 88C sind schematische Diagramme, die das Prinzip der Erfindung zeigen;
89 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip der Erfindung zeigt;
90A und 90B sind schematische Diagramme, die das Prinzip der Erfindung zeigen; und
91A und 91B sind schematische Diagramme, die ein dreidimensionales Darstellungsverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldungen Nrn. 139602/1998, 262804/1998, 280739/1998, 304374/1998, 326931/1998 und 60,393/1999, die beim Japanischen Patentamt eingereicht wurden. Die japanische Patentanmeldung Nr. 326931/1998 folgte der notwendigen Prozedur für das Beanspruchen der Priorität in Japan aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 139602/1998.
Daher verwenden in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsbeispiele in Paragraphen, die dieselben Beschreibungen der vorstehenden Patentanmeldungen enthalten, die in diesen Anmeldungen verwendeten entsprechenden Paragraphennummern. Die in dieser Spezifikation verwendeten Paragraphennummern sind mit Symbolen versehen, wie in einer nachstehenden Tabelle gezeigt ist, um zwischen den Anmeldungen zu unterscheiden. Es wird ferner angemerkt, dass Beschreibungen unter den zugeordneten Paragraphennummern unterschiedliche Zeichnungsnummern und Bezugszeichen gegenüber den vorstehenden Patentanmeldungen verwenden, um sie unterscheidbar zu machen.
Tabelle 1
Nun werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben.
In den Zeichnungen sind Teilen mit gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen gegeben, und ihre Erklärungen werden nicht wiederholt.
In der Beschreibung der Ausführungsbeispiele wird ein Wort "Ebene", auf welche ein Bild zu legen ist, verwendet. Dies ist in der Bedeutung ähnlich zu einer Bildebene, die in der Optik häufig verwendet wird. Mittel zum Realisieren einer solchen Bildebene können offensichtlich durch Kombinieren vieler optischer Geräte realisiert werden, welche eine Vielzahl von optischen Elementen beinhalten, wie beispielsweise eine Linse bzw. ein Objektiv, einen total reflektierenden Spiegel, einen teilweise reflektierenden Spiegel, einen gekrümmten Spiegel, ein Prisma, einen Polarisator und eine Wellenlängenplatte, und zweidimensionale Anzeigen, wie beispielsweise eine CRT (Kathodenstrahlröhre), eine Flüssigkristallanzeige, eine LED (Leuchtdioden-)Anzeige, eine Plasma-Anzeige, eine FED (Feldemissionsanzeige; Field Emission Display), eine DMD (digitale Spiegelanzeige; Digital Mirror Display), eine Anzeige des Projektionstyps, und eine Anzeige des Linienzeichnungstyps.
Obwohl diese Spezifikation hauptsächlich einen Fall behandelt, in dem ein dreidimensionales Objekt als zweidimensionale Bilder, die auf zwei Ebenen angezeigt werden, dargestellt wird, ist offensichtlich, dass ein ähnlicher Effekt erwartet werden kann, wenn zwei oder mehr Ebenen verwendet werden.
[A-0012]
[Ausführungsbeispiel 1]
3 und 10A und 10B sind schematische Ansichten zum Erklären des Prinzips einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie in 3 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Ebenen, wie beispielsweise Ebenen 101, 102 (Ebene 101 ist näher am Beobachter 100 als Ebene 102) vor einem Beobachter 100 bereitgestellt. Um eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern auf diesen Ebenen anzuzeigen, ist ein optisches System 103 unter Verwendung von zweidimensionalen Anzeigen und einer Vielzahl von optischen Elementen (Einzelheiten werden später gegeben) aufgebaut.
Beispiele der zweidimensionalen Anzeigen können eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige, eine LED-Anzeige, eine Plasma-Anzeige, eine FED-Anzeige, eine Anzeige des Projektionstyps und eine Anzeige des Linienzeichnungstyps beinhalten, und Beispiele der optischen Elemente können eine Linse, einen total reflektierenden Spiegel, einen teilweise reflektierenden Spiegel, einen gekrümmten Spiegel, ein Prisma, einen Polarisator und eine Wellenlängenplatte beinhalten.
Dann wird, wie in 4 gezeigt ist, ein dreidimensionales Objekt 104, welches dem Beobachter 100 zu präsentieren ist, auf die Ebenen 101, 102 projiziert, um Bilder 105, 106 (nachstehend als zweidimensionale Bilder bezeichnet) zu erzeugen.
Die zweidimensionalen Bilder können auf eine Vielzahl von Arten erzeugt werden, welche ein Verfahren beinhalten, das zweidimensionale Bilder verwendet, die durch Fotografieren des Objektes 104 mittels einer Kamera entlang der Blickrichtung gebildet werden; ein Verfahren, das eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern synthetisiert, die aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen wurden; oder synthetisierende und modellbildende Verfahren basierend auf Computergrafik.
Wie in 3 gezeigt ist, werden diese zweidimensionalen Bilder 105, 106 jeweils auf den Ebenen 101, 102 so angezeigt, dass sie einander bei Betrachtung von einem Punkt von der Linie aus, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters 100 verläuft, überlappen.
Dies kann durch Platzieren der Mitten oder der Schwerpunkte der zweidimensionalen Bilder 105, 106 und durch Steuern eines Verhältnisses der Vergrößerung/Verkleinerung jedes Bildes erreicht werden.
[A-0013]
Ein wichtiger Punkt dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass in der Vorrichtung mit der vorstehenden Konfiguration die Helligkeit jedes der Bilder 105, 106 in Übereinstimmung mit der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 104 geändert wird, während die Gesamthelligkeit wie von dem Beobachter 100 gesehen, konstant gehalten wird.
Ein beispielhaftes Verfahren des Änderns der Helligkeit wird wie folgt erklärt.
Hierbei wird, da die Zeichnungen einfarbig sind, in folgenden Zeichnungen ein Teil mit einem hohen Helligkeitswert mit hoher Dichte gezeigt, mit Ausnahme der 10A und 10B.
Wenn zum Beispiel das dreidimensionale Objekt 104 auf der Ebene 101 liegt, wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 105 auf dieser Ebene gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 104 festgelegt, und wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 106 auf Null festgelegt, wie in 5 gezeigt ist.
Als Nächstes wird, wenn zum Beispiel das dreidimensionale Objekt 104 geringfügig von dem Beobachter 100 wegbewegt wird und sich an einer Position geringfügig entfernt von der Ebene 101 und näher an der Ebene 102 befindet, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 105 geringfügig gesenkt, und wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 106 geringfügig angehoben, wie in 6 gezeigt ist.
Wenn zum Beispiel das Objekt 104 weiter von dem Beobachter 100 wegbewegt wird und sich an einer Position weiter weg von der Ebene 101 und näher an der Ebene 102 befindet, wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 105 weiter gesenkt, und wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 106 weiter angehoben, wie in 7 gezeigt ist.
Wenn das Objekt 104 auf der Ebene 102 liegt, wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 106 gleich der Helligkeit des Objektes 104 festgelegt, und wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 105 auf Null festgelegt, wie in 8 gezeigt ist.
Durch Anzeigen auf diese Weise erhält der Beobachter 100 aufgrund von physiologischen oder mentalen Faktoren des Beobachters oder aufgrund einer optischen Illusion das Gefühl, als ob das Objekt 104 zwischen den Ebenen 101 und 102 liegt, obwohl das, was dem Beobachter tatsächlich gezeigt wird, die zweidimensionalen Bilder 105, 106 sind.
Das heißt, wenn zum Beispiel die zweidimensionalen Bilder 107, 108 mit nahezu gleicher Helligkeit auf den Ebenen 101 und 102 angezeigt wird, sieht das Objekt 104 aus, als ob es nahe an einem Mittelpunkt zwischen den Tiefenpositionen der Ebenen 101, 102 liegt.
[A-0014]
Obwohl die vorstehende Beschreibung hauptsächlich ein Verfahren und eine Vorrichtung betrifft, welche die Tiefenposition des gesamten dreidimensionalen Objektes 104 durch Verwenden von auf den Ebenen 101, 102 angezeigten zweidimensionalen Bildern repräsentieren, zum Beispiel, kann das erste Ausführungsbeispiel offensichtlich als ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zeigen der Tiefe eines dreidimensionalen Objektes selbst verwendet werden.
Ein solches Beispiel wird nachstehend beschrieben.
Zunächst ist die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß diesem Ausführungsbeispiel wie in 3 gezeigt, in welcher eine Vielzahl von Ebenen, zum Beispiel die Ebenen 101, 102 (die Ebene 101 ist näher an einem Beobachter 100 als die Ebene 102), vor dem Beobachter 100 aufgestellt, und in welcher ein optisches System 103 durch Verwenden von zum Beispiel zweidimensionalen Anzeigen und einer Vielzahl von optischen Elementen zum Anzeigen einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern auf diesen Ebenen aufgebaut ist (Einzelheiten werden in dem dritten und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen gegeben).
Als Nächstes wird das dem Beobachter 100 zu präsentierende dreidimensionale Objekt 104 in der Richtung der Blickrichtung bzw. der Sichtlinie von beiden Augen des Beobachters 100 auf genommen, um zum Beispiel zweidimensionale Bilder 105, 106 zu erzeugen.
Diese zweidimensionalen Bilder 105, 106 werden, wie in 3 gezeigt ist, auf den Ebenen 101 bzw. 102 derart angezeigt, dass sie einander bei Betrachtung von dem Punkt von der Linie aus, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters verläuft, überlappen.
Dies kann durch Platzieren der Mitten oder der Schwerpunkte der zweidimensionalen Bilder 105, 106 und durch Steuern eines Verhältnisses der Vergrößerung/Verkleinerung jedes Bildes realisiert werden, wie früher beschrieben wurde.
Die Positionsfestlegung jedes Bildes und die Vergrößerung/Verkleinerung werden durch einen Computer ausgeführt, der mit der zweidimensionalen Anzeigevorrichtung verbunden ist.
Ein wichtiger Punkt dieses Ausführungsbeispiels ist, dass, in der Vorrichtung mit der vorstehenden Konfiguration, die Helligkeit jedes Teils jedes der Bilder 105, 106 in Übereinstimmung mit der Tiefenposition jedes Teils des Objektes 104 geändert wird, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 100 gesehen, konstant gehalten wird.
Ein beispielhaftes Verfahren des Änderns der Helligkeit wird unter Bezugnahme auf die 9A und 9B für einen Fall erklärt werden, in dem zwei Anzeigeebenen verwendet werden.
[A-0015]
9A repräsentiert ein Beispielbild, das auf einer Ebene nahe an dem Beobachter 100 angezeigt wird, zum Beispiel auf der Ebene 101, und 9B repräsentiert ein Beispielbild, das auf einer Ebene entfernt von dem Beobachter 100 angezeigt wird, zum Beispiel auf der Ebene 102.
Bezug nehmend auf die 9A und 9B, die einen Kuchen als ein Objekt zeigen, sind obere und untere Oberflächen des Kuchens (des Objektes) nahezu flach, mit Ausnahme der Kerzen, die oben aufgesteckt sind, ist die Wandoberfläche zylindrisch, und sind die Kerzen nahe des Umfangs auf der oberen Oberfläche des Kuchens angeordnet.
In den zweidimensionalen Bildern 105, 106 in diesem Fall repräsentieren auf den oberen und unteren Oberflächen die oberen Teile die entfernten Teile des Kuchens. Auf der Wandoberfläche entspricht der zentrale Teil der Wandoberfläche der nahen Seite des Kuchens, und wenn man von der Mitte aus nach links und nach rechts geht, bewegt sich die Oberflächenposition in Richtung der fernen Seite. Und der zentrale Teil der versteckten Wandoberfläche, welche höher als die vordere Wandoberfläche gezeigt ist, befindet sich auf der fernen Seite.
In diesem Fall wird die Helligkeit auf den oberen und unteren Oberflächen progressiv gemäß der Tiefenposition geändert, so dass, wie in 9A gezeigt ist, auf einer Ebene nahe an dem Beobachter 100, oder der Ebene 101, ein Abschnitt nahe an dem Beobachter 100 (ein unterer Teil des zweidimensionalen Bildes) einen höheren Helligkeitspegel hat, und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter (ein oberer Teil des zweidimensionalen Bildes) einen niedrigeren Helligkeitspegel hat.
Ferner wird auf einer Ebene entfernt von dem Beobachter, oder der Ebene 102, die Helligkeit progressiv gemäß der Tiefenposition geändert, so dass, wie in 9B gezeigt ist, ein Abschnitt nahe an dem Beobachter (ein unterer Teil des zweidimensionalen Bildes) einen niedrigeren Helligkeitspegel hat, und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter (ein oberer Teil des zweidimensionalen Bildes) einen höheren Helligkeitspegel hat.
Als Nächstes wird die Helligkeit des zylindrischen Abschnitts ebenfalls progressiv gemäß seiner Tiefenposition geändert, so dass, auf einer Ebene nahe an dem Beobachter 100, oder der Ebene 101, ein Abschnitt nahe an dem Beobachter 100 (um die Mitte) einen höheren Helligkeitspegel hat, und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter (das nahe linke und rechte Ende) einen niedrigeren Helligkeitspegel hat, wie in 9A gezeigt ist.
Auf einer Ebene entfernt von dem Beobachter 100, oder der Ebene 102, wird die Helligkeit progressiv geändert, so dass, wie in 9B gezeigt ist, ein Abschnitt nahe an dem Beobachter 100 (um die Mitte) einen niedrigeren Helligkeitspegel hat, und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter (das nahe linke und rechte Ende) einen höheren Helligkeitspegel hat.
Durch Anzeigen auf diese Weise erhält der Beobachter 100 aufgrund von physiologischen oder mentalen Faktoren des Beobachters oder aufgrund einer optischen Illusion das Gefühl, als wäre ein zylindrischer Kuchen mit nahezu flachen oberen und unteren Oberflächen vorhanden, obwohl das, was dem Beobachter tatsächlich gezeigt wird, zweidimensionale Bilder sind.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel als ein Beispiel ein zylindrisches Objekt mit nahezu flachen oberen und unteren Oberflächen heranzog, ist ersichtlich, dass ein ähnlicher Effekt erhalten werden kann, falls das Objekt andere Formen hat.
[A-0016]
In dem Ausführungsbeispiel 1 wurde ein Fall erklärt, in dem die Helligkeit der zweidimensionalen Bilder, die auf zwei oder mehr Ebenen angezeigt werden, geändert wird, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 100 gesehen konstant gehalten wird.
Das progressive Senken der Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 100 in Richtung nach hinten gesehen, um die Solidität des Objektes zu betonen, ist jedoch eine üblich verwendete Technik in der Computergrafik. Es ist offensichtlich, dass die Verwendung dieser Technik auch in dieser Erfindung die Wirkung der Erfindung fördern kann. Ein solches Beispiel ist in den 10A und 10B gezeigt.
In 10A ist die Helligkeit des Bodens zu dem oberen Teil der Figur hin allmählich verringert, um das Gefühl zu vermitteln, als läge der in dem oberen Teil der Figur gezeigte Boden in der Tiefenrichtung von dem Betrachter entfernt.
In 10B ist die Helligkeit einer Kette (rundförmige Objekte) zusätzlich zu dem Boden ebenfalls progressiv nach links gesenkt, um einen Effekt dahingehend zu produzieren, dass jemand wahrnimmt, dass die Kette auf der linken Seite in der Tiefenrichtung entfernt ist.
Als die Mitte zum Berechnen des Grads einer solchen Helligkeitsreduktion stehen viele Verfahren zur Verfügung, einschließlich eines Verfahrens, das eine Formel B' = B × T0/T (T: Abstand von einem Betrachtungspunkt, T0: Abstand von einem Betrachtungspunkt zu einer Referenzebene) bei der Berechnung der Helligkeit B', die den vorstehenden Effekt in Bezug auf die Helligkeit B des Objektes produziert, verwendet.
[A-0017]
Es ist ersichtlich, dass die zweidimensionale Bildebene in dem Ausführungsbeispiel 1 keine flache Ebene sein muss und andere Formen, wie beispielsweise sphärische, elliptische oder quadratische Oberflächen, oder andere komplexe gekrümmte Oberflächen, annehmen kann und einen ähnlichen Effekt produziert.
In dem Ausführungsbeispiel 1 können, weil anders als bei dem in 1 gezeigten konventionellen Verfahren, zumindest zwei Bildanzeigeebenen auf der nahen und der fernen Seite der Position der optischen Illusion vorhanden sind, Widersprüche zwischen der binokularen Parallaxe, der Konvergenz und der Fokussierung – das bei dem konventionellen Verfahren auftre tende Problem – stark unterdrückt werden, welches wiederum erwarten lässt, dass Augenbelastungen verringert werden.
Da die Fokusposition an einer Position fixiert ist, an der der Betrachter auf zwei oder mehr Ebenen gleichzeitig blickt, wird das Problem des konventionellen Verfahrens stark verbessert.
In diesem Fall ist es notwendig, die Tiefenentfernungen einer Vielzahl der Ebenen zu ermitteln, wobei die Tiefenentfernungen innerhalb des Bereichs liegen, in dem eine Verunschärfung der Bilder, die erhalten wird, wenn der Fokuspunkt an der Position des anzuzeigenden Objektes auf der Tiefenrichtung durch Betrachten ausgehend von dem Beobachter eingestellt wird, geringer ist als eine solche, die erhalten wird, wenn die Fokuspunkte an der Vielzahl der Ebenen eingestellt werden.
Ferner sieht anders als bei den in 2 gezeigten konventionellen Verfahren ein Objekt, das an einer Zwischenposition zwischen den Bildebenen liegt, für den Beobachter ebenfalls dreidimensional aus, so dass daher das System dieses Ausführungsbeispiels den Vorteil einer realistischen Solidität bietet, und nicht die Art von Solidität, die durch Betrachten von blattweise geteilten Tiefen präsentiert wird.
Ferner bietet, weil das Ausführungsbeispiel 1 ebenfalls ein zwischen einer Vielzahl von Ebenen vorhandenes Objekt zeigen kann, dieses den Vorteil dahingehend, dass es in der Lage ist, die Menge von Daten stark zu reduzieren, wenn eine dreidimensionale Anzeige durchgeführt wird.
Ferner erfordert, weil das Ausführungsbeispiel 1 einen Vorteil aus menschlichen physiologischen oder mentalen Faktoren oder einer optischen Illusion basierend nur auf Helligkeitsänderungen von Bildern zieht, das Ausführungsbeispiel nicht die Verwendung einer kohärenten Lichtquelle, wie beispiels weise einem Laser, und erleichtert die Darstellung von stereoskopischen Farbbildern.
Ferner kann, da diese Erfindung keine mechanischen Antriebsteile beinhaltet, sie geeignet das Gewicht der Vorrichtung reduzieren und deren Zuverlässigkeit verbessern.
Das Ausführungsbeispiel 1 betrifft hauptsächlich einen Fall, in dem nur zwei Ebenen zum Anzeigen von zweidimensionalen Bildern vorhanden sind, und in dem ein dem Beobachter zu präsentierendes Objekt zwischen den beiden Ebenen liegt. Es ist jedoch ersichtlich, dass eine ähnliche Konfiguration verwendet werden kann, falls mehr Ebenen vorhanden sind oder sich das zu präsentierende Objekt an einer unterschiedlichen Position befindet.
Ferner ist es in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls ersichtlich, dass ein dreidimensionales Videobild durch aufeinanderfolgendes Ändern von zweidimensionalen Bildern angezeigt werden kann.
[N]
Wenn die beschriebenen zweidimensionalen Bilder so angezeigt werden, dass sie sich bei Betrachtung von einem Punkt von der Linie aus, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters verläuft, überlappen, in dem Fall, in dem insbesondere der eine Punkt zwischen dem rechten und dem linken Auge des Beobachters als der Punkt auf der Linie verwendet wird, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters verläuft, wird die Zuverlässigkeit zum Erhalten eines Effekts von dreidimensionaler Bewusstseinsbildung größer.
Einfacher ausgedrückt wird die vorstehende Wirkung bei vielen Menschen oder in vielen Fällen erhalten.
Ferner wird der Mittenpunkt zwischen dem rechten und dem linken Auge des Beobachters als der vorstehende eine Punkt ver wendet, so dass es leicht ist, die vorstehende Wirkung zu erhalten, und ein Vorteil dahingehend geboten wird, dass eine Größe von Doppelbildern in dem rechten und dem linken Auge, erzeugt durch Ebenen O1 und O2, kleiner wird.
Es ist nützlich zur Änderung einer Tiefe oder einer Neigung des zu erkennenden Objektes, die Größe einer horizontalen Richtung zu vergrößern oder zu verkleinern.
Es wird jedoch die Änderung der Helligkeit in den zweidimensionalen Bildern mit gleichen Farben beschrieben, wenn eine Farbe des anzuzeigenden Objektes violett ist, wird das Objekt unter Verwendung (Mischen) einer roten Anzeige einer Ebene und einer blauen Anzeige einer anderen Ebene erstellt, wobei die Helligkeit der beiden Ebenen unterschiedlich ist.
Dies ist nützlich zum Treffen eines Hintergrundbildes mit dem Objekt angesichts einer Farbübereinstimmung, wenn die Farbe des Konzeptes des Objektes sich von der Farbe des Objektes selbst unterscheidet, obwohl jede Anzeige ein seltsames Fühlen bereitstellt.
Zum Zwecke des Erhaltens des vorstehenden Effekts ist es wichtig, einen gemeinsamen Bereich von Tiefe des Abstands zwischen die vorstehenden zweidimensionalen Bilder anzeigenden Ebenen zu haben, wobei der gemeinsame Bereich innerhalb des Bereichs liegt, falls das Objekt durch ein einzelnes Auge an der Position des rechten Auges oder des linken Auges betrachtet wird.
Falls es keinen gemeinsamen Bereich gibt, empfindet der Beobachter das Objekt entfernt von den Ebenen.
[A-0018]
[Ausführungsbeispiel 2]
Die 11 bis 16 stellen das Prinzip einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
In der dreidimensionalen Anzeige des zweiten Ausführungsbeispiels, wie in 11 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Ebenen, wie beispielsweise die Ebenen 111 und 112 (die Ebene 111 ist näher an einem Beobachter 110 als die Ebene 112), vor dem Beobachter 110 installiert, und ist, um eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern auf diesen Ebenen anzuzeigen, ein optisches System 113 unter Verwendung von zweidimensionalen Anzeigen und verschiedenen optischen Elementen aufgebaut. Unter den möglichen zweidimensionalen Anzeigen gibt es die Kathodenstrahlröhre, die Flüssigkristallanzeige, die LED-Anzeige, die Plasma-Anzeige, die FED-Anzeige, die Anzeige des Projektionstyps, und die Anzeige des Linienzeichnungstyps. Beispiele der optischen Elemente können eine Linse, einen total reflektierenden Spiegel, einen teilweise reflektierenden Spiegel, einen gekrümmten Spiegel, ein Prisma, einen Polarisator und eine Wellenlängenplatte beinhalten.
Dann wird, wie in 12 gezeigt ist, ein dreidimensionales Objekt 115, welches dem Beobachter 110 zu präsentieren ist, auf die Ebenen 111, 112 projiziert, um Bilder 115, 116 (zweidimensionale Bilder) zu erzeugen.
Die zweidimensionalen Bilder 115, 116 können auf einer Vielzahl von Wegen erzeugt werden, welche eine Technik beinhalten, die zweidimensionale Bilder verwendet, die durch Fotografieren des Objektes 114 mittels einer Kamera entlang der Blickrichtung erzeugt wurden; eine Technik, die eine Vielzahl von aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommenen zweidimensionalen Bildern zusammensetzt; oder synthetisierende und modellbildende Techniken basierend auf Computergrafik.
[A-0019]
Wie in 11 gezeigt ist, werden die zweidimensionalen Bilder 115, 116 auf den Ebenen 111 bzw. 112 so angezeigt, dass sie einander auf der Blickrichtung des Beobachters überlappen (dies kann durch Anordnen der Mitten oder der Schwerpunkte der zweidimensionalen Bilder 115, 116 auf der Blickrichtung erreicht werden).
Ein wichtiger Punkt dieses Ausführungsbeispiels ist, dass die Helligkeit jedes Bildes 115, 116 in Übereinstimmung mit einer zeitlichen Änderung der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 114 geändert wird, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 110 gesehen, konstant gehalten wird. Dies wird durch Heranziehen eines beispielhaften Falls erklärt, indem sich das dreidimensionale Objekt 114 von der Ebene 111 mit Verstreichen von Zeit zu der Ebene 112 bewegt.
Wie in 13 gezeigt ist, ist dann, wenn sich das dreidimensionale Objekt 114 auf der Ebene 111 befindet, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 115 auf der Ebene 111 gleich der des dreidimensionalen Objektes 114 festgelegt, und ist die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 116 auf der Ebene 112 auf Null festgelegt.
Als Nächstes wird, wie in 14 gezeigt ist, dann, wenn sich das dreidimensionale Objekt 114 progressiv geringfügig von dem Beobachter 110 wegbewegt und mit der Zeit von der Ebene 111 in Richtung der Ebene 112 übergeht, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 115 über die Zeit geringfügig gesenkt, in Übereinstimmung mit der Bewegung in der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 114, und wird gleichzeitig die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 116 über die Zeit geringfügig angehoben.
Als Nächstes wird, wie in 15 gezeigt ist, dann, wenn sich das dreidimensionale Objekt 114 weiter von dem Beobachter 110 wegbewegt und über die Zeit von der Ebene 111 weiter zu der Ebene 112 übergeht, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 115 über die Zeit in Übereinstimmung mit der Bewegung in der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 114 weiter gesenkt, und wird gleichzeitig die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 116 über die Zeit weiter angehoben.
Wenn, wie in 16 gezeigt ist, das dreidimensionale Objekt 114 schließlich die Ebene 112 über die Zeit erreicht, wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 116 auf der Ebene 112 über die Zeit geändert, bis sie gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 114 in Übereinstimmung mit der Bewegung in der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 114 wird, und wird gleichzeitig die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 115 auf der Ebene 111 über die Zeit geändert, bis sie Null wird.
[A-0021]
Durch Anzeigen auf diese Weise erhält der Beobachter 110 aufgrund von physiologischen oder mentalen Faktoren des Beobachters oder aufgrund einer optischen Illusion das Gefühl, als ob sich das dreidimensionale Objekt 114 über die Zeit von der Ebene 111 zu der Ebene 112 in der Richtung der Tiefe bewegt, obwohl das, was dem Beobachter tatsächlich gezeigt wird, zweidimensionale Bilder 115, 116 sind.
Während dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschreibt, in dem sich das dreidimensionale Objekt 114 über die Zeit von der Ebene 111 zu der Ebene 112 bewegt, ist offensichtlich, dass eine ähnliche Anzeigewirkung auch in Fällen produziert werden kann, in denen sich das Objekt von einer Zwischentiefenposition zwischen den Ebenen 111 und 112 zu der Ebene 112 bewegt, in denen es sich von der Ebene 111 zu einer Zwischentiefenposition zwischen den Ebenen 111 und 112 bewegt, und in denen es sich von einer Zwischenposition zwischen den Ebenen 111 und 112 zu einer anderen Zwischenposition zwischen den Ebenen 111 und 112 bewegt.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieb, in dem es nur zwei Ebenen gibt, auf welchen zweidimensionale Bilder zu platzieren sind, und sich das dreidimensionale Objekt 114, das dem Beobachter 110 zu präsentieren ist, zwischen den beiden Ebenen bewegt, ist es offensichtlich, dass eine ähnliche Konfiguration verwendet werden kann, und eine ähnliche Wirkung auch dann erwartet werden kann, wenn die Anzahl von zweidimensionalen Bildanzeigeebenen größer als Zwei ist, oder wenn sich das präsentierte dreidimensionale Objekt eine Vielzahl von Ebenen überquerend bewegt.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben hat, in dem sich ein dreidimensionales Objekt 114 zwischen zwei Ebenen bewegt, auf welchen zweidimensionale Bilder angezeigt werden, ist es offensichtlich, dass wenn eine Vielzahl von dreidimensionalen Objekten sich bewegen, d.h., wenn die angezeigten zweidimensionalen Bilder jedes eine Vielzahl von Objektbildern beinhaltet, die sich in unterschiedliche Richtungen bewegen, braucht die Helligkeit der auf den jeweiligen Anzeigeebenen angezeigten Objektbilder nur in Übereinstimmung mit den Bewegungsrichtungen der Objekte und den Geschwindigkeiten ihrer Bewegungen geändert zu werden.
[A-0022]
[Ausführungsbeispiel 3]
Die 17A und 17B stellen die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
In der dreidimensionalen Anzeige des dritten Ausführungsbeispiels werden, wie in 17A gezeigt ist, eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen 2a01, 2a02, ein total reflektierender Spiegel 2a03 (z.B. mit einer Reflektivität/Durchlässigkeit = 100/0), und ein teilweise reflektierender Spiegel 2a04 (z.B. mit einer Reflektivität/Durchlässigkeit = 50/50) verwendet, um ein optisches System aufzubauen, auf welchem eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern, die in den vorangehenden ersten und zweiten Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, zu platzieren sind.
Durch Ändern der Anordnungen dieser Bestandteil-bildenden Komponenten ist es möglich, eine Bildebene 2a05 und eine Bildebene 2a06 an unterschiedlichen Positionen in der Richtung der Tiefe zu platzieren, wobei die Bildebene 2a05 durch Reflektieren des angezeigten Bildes der zweidimensionalen Anzeige 2a01 durch den total reflektierenden Spiegel 2a03 und Hindurchführen desselben durch den teilweise reflektierenden Spiegel 2a04 gebildet wird, und die Bildebene 2a06 durch Reflektieren des angezeigten Bildes der zweidimensionalen Anzeige 2a02 durch den teilweise reflektierenden Spiegel 2a04 gebildet wird.
Dieses optische System verwendet nur Spiegel und hat somit den Vorteil einer geringeren Verschlechterung der Bildqualität.
Die zweidimensionalen Anzeigen 2a01, 2a02 können eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige, eine LED-Anzeige, eine Plasma-Anzeige, eine FED-Anzeige, eine DMD-Anzeige, eine Anzeige des Projektionstyps und eine Anzeige des Linienzeichnungstyps verwenden.
Es ist offensichtlich, dass ein ähnlicher Effekt dieser Erfindung auch dann produziert werden kann, wenn der total reflektierende Spiegel 2a03 dieses Ausführungsbeispiels durch einen teilweise reflektierenden Spiegel ersetzt wird, obwohl dies die Helligkeit des Bildes der zweidimensionalen Anzeige 2a01 verringert.
Während dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben hat, in dem die Reihenfolge von Tiefenpositionen von Bildebenen gleich der Reihenfolge von Tiefenpositionen der zweidimensionalen Anzeigen ist, ist ersichtlich, dass die Reihenfolge von Tiefenpositionen der Bildebenen durch Ändern der Abstände von dem total reflektierenden Spiegel oder dem teilweise reflektierenden Spiegel zu den jeweiligen zweidimensionalen Anzeigen frei geändert werden kann.
[A-0023]
Wie in 17B gezeigt ist, kann ein optisches System zum Anordnen einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern, die in den vorangehenden Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschrieben wurde, durch direktes Anordnen der zweidimensionalen Anzeige 2a01 ohne Verwenden des total reflektierenden Spiegels 2a03 und durch Verwenden des teilweise reflektierenden Spiegels 2a04 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 50/50) aufgebaut werden.
Das heißt, die Bildebene 2a05, welche durch Durchleiten des angezeigten Bildes der zweidimensionalen Anzeige 2a01 durch den teilweise reflektierenden Spiegel 2a04 gebildet wird, und die Bildebene 2a06, welche durch Reflektieren des angezeigten Bildes der zweidimensionalen Anzeige 2a02 durch den teilweise reflektierenden Spiegel 2a04 gebildet wird, an unterschiedlichen Positionen in der Richtung der Tiefe angeordnet sein.
[A-0024]
Während dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben hat, in dem die Reihenfolge von Tiefenpositionen der Bildebenen gleich der Reihenfolge der Tiefenpositionen der zweidimensionalen Anzeigen ist, ist es offensichtlich, dass die Reihenfolge der Tiefenpositionen der Bildebenen durch Ändern der Abstände von dem teilweise reflektierenden Spiegel zu den jeweiligen zweidimensionalen Anzeigen frei geändert werden kann.
Ein Beispiel, welches die Position der Bildebene durch Integrieren einer Linse oder dergleichen in das optische System flexibler ändern kann, ist in den 18A und 18B gezeigt.
Wie in 18A gezeigt ist, wird durch Hinzufügen von konvexen Linsen 2b07, 2b08 zu dem optischen System, welches eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen 2b01, 2b02, einen total reflektierenden Spiegel 2b03 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 100/0) und einem teilweise reflektierenden Spiegel 2b04 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 50/50) umfasst, um die Bildposition zu ändern, ersichtlich, dass die positionelle Beziehung zwischen der Bildebene 2b05 und der Bildebene 2b06, welche durch die Größe der Anzeigen beschränkt war, flexibler festgelegt werden kann.
Es ist offensichtlich, dass eine ähnliche Wirkung dieser Erfindung auch dann erhalten werden kann, wenn der total reflektierende Spiegel 2b03 dieses Ausführungsbeispiels durch einen teilweise reflektierenden Spiegel ersetzt wird, obwohl dies die Helligkeit eines Bildes der zweidimensionalen Anzeige 2b01 verringert.
Während in diesem Ausführungsbeispiel ein Fall beschrieben wurde, in dem die Reihenfolge von Tiefenpositionen von Bildebenen gleich der Reihenfolge von Tiefenpositionen von zweidimensionalen Anzeigen ist, ist es offensichtlich, dass die Reihenfolge von Tiefenpositionen von Bildebenen durch Ändern der Entfernungen von dem total reflektierenden Spiegel oder dem teilweise reflektierenden Spiegel zu den zweidimensionalen Anzeigen oder durch Installieren einer Linse oder dergleichen in dem optischen System frei geändert werden kann.
[A-0025]
Ferner ist es, wie in 8B gezeigt ist, durch Addieren von konvexen Linsen 2b07, 2b08 zu dem optischen System, welches die zweidimensionale Anzeige 2b01 direkt installiert ohne Verwendung des total reflektierenden Spiegels 2b03 und ebenfalls eines teilweise reflektierenden Spiegels 2b04 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 50/50) beinhaltet, um die Bildebene zu ändern, ersichtlich, dass die positionelle Beziehung zwischen der Bildebene 2b05 und der Bildebene 2b06, welche durch die Größe der Anzeigen beschränkt war, flexibler festgelegt werden kann.
Wie bei dem normalen Linsensystem kann es natürlich hinsichtlich von Verzerrungen vorteilhaft sein, eine Kombinationslinse zusätzlich zu konvexen Linsen zu verwenden.
Ferner ist es, obwohl dieses Ausführungsbeispiel einen Fall gezeigt hat, in dem virtuelle Bilder verwendet werden, welche durch Installieren der zweidimensionalen Anzeigen an Positionen innerhalb einer Linsenbrennweite verwendet werden, offensichtlich, dass die Erfindung auch auf einen Fall angewandt werden kann, in dem reale Bilder verwendet werden, welche durch Installieren der zweidimensionalen Anzeigen an Positionen außerhalb der Linsenbrennweite gebildet werden.
Während dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben hat, in dem die Reihenfolge von Tiefenpositionen von Bildebenen gleich der Reihenfolge von Tiefenpositionen der zweidimensionalen Anzeigen ist, ist es offensichtlich, dass die Reihenfolge von Tiefenpositionen von Bildebenen durch Ändern der Entfernungen von dem teilweise reflektierenden Spiegel zu den zweidimensionalen Anzeigen oder durch installieren einer Linse oder dergleichen in dem optischen System frei geändert werden kann.
[A-0026]
19 zeigt ein Beispiel, das eine erhöhte Anzahl von zweidimensionalen Anzeigen verwendet.
In diesem Fall werden eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen 2c01, 2c02, 2c03, 2c04, 2c05, ein total reflektierender Spiegel 2c06 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 100/0) und teilweise reflektierende Spiegel 2c07 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 50/50), 2c08 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 33,3/66,7), 2c09 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 25/75), 2c01 (z.B. Reflektivität/Durchlässigkeit = 20/80) verwendet, um ein optisches System zum Anordnen einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern aufzubauen.
Durch Ändern dieser Anordnungen dieser Bestandteil-bildenden Komponenten ist es möglich, eine Bildebene 2c11 und Bildebenen 2c12-2c15 an unterschiedlichen Positionen in der Richtung der Tiefe zu platzieren, wobei die Bildebene 2c11 durch Reflektieren des angezeigten Bildes der zweidimensionalen Anzeige 2c01 durch den total reflektierenden Spiegel 2c06 und Durchleiten desselben durch die teilweise reflektierenden Spiegel 2c07-2c10 gebildet wird, die Bildebenen 2c12-2c15 durch Reflektieren der angezeigten Bilder der zweidimensionalen Anzeigen 2c02-2c05 durch die teilweise reflektierenden Spiegel 2c07-2c10 und Durchleiten derselben durch die teilweise reflektierenden Spiegel gebildet werden.
Dieses optische System verwendet nur Spiegel und hat somit den Vorteil einer geringeren Verschlechterung der Bildqualität.
Während dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben hat, in dem fünf zweidimensionale Anzeigen vorhanden sind, ist ersichtlich, dass eine ähnliche Konfiguration ausgebildet werden kann, wenn eine unterschiedliche Anzahl von zweidimensionalen Anzeigen verwendet werden.
Auch in diesem Fall ist es offensichtlich, dass das Hinzufügen von Linsensystemen wie in den 17 und 18 gezeigt es leicht macht, die Positionen von Bildebenen zu steuern.
Es ist ebenfalls offensichtlich, dass ein Ersetzen des total reflektierenden Spiegels 2c03 in diesem Ausführungsbeispiel durch einen teilweise reflektierenden Spiegel eine ähnliche Wirkung zu der der Erfindung produzieren wird, obwohl dies die Helligkeit des Bildes der zweidimensionalen Anzeige 2c01 verringert.
Während dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben hat, in dem die Reihenfolge von Tiefenpositionen von Bildebenen gleich der Reihenfolge von Tiefenpositionen der zweidimensionalen Anzeigen ist, ist es ersichtlich, dass die Reihenfolge von Tiefenpositionen der Bildebenen durch Ändern der Entfernungen von dem total reflektierenden Spiegel oder dem teilweise reflektierenden Spiegel zu den jeweiligen zweidimensionalen Anzeigen frei geändert werden kann.
[A-0027]
20 zeigt ein Beispiel eines optischen Systems zum Anordnen einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern, welches durch Verwenden einer Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen des Projektionstyps (z.B. ein Kathodenstrahlröhren-Typ, ein LCD-Typ, ein ILV-Typ und ein DMD-Typ) 2d01, 2d02, 2d03, 2d04, 2d05 und Streuplatten 2d06, 2d07, 2d08, 2d09, 2d10, und durch Projizieren von Bildern aus den Projektoren auf die Streuplatten aufgebaut ist.
Hierbei können die Streuplatten 2d06-2d10 Einrichtungen derart sein, die ein Streuen/eine Übertragung oder eine Reflexion/Übertragung steuern können wie beispielsweise Polymer-gestreute Flüssigkristalleinrichtungen, holographische Polymer-gestreute Flüssigkristalleinrichtungen, oder kombinierte Einrichtungen aus Flüssigkristall und einer Mehrfachlinsenanordnung. Verschlüsse 2d11-2d15 können Einrichtungen derart sein, die die Übertragung/Unterbrechung steuern können, wie beispielsweise Twisted Nematic-Flüssigkristalleinrichtungen, ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtungen oder mechanische Verschlusseinrichtungen.
Die Streuplatten 2d06-2d10 sind an unterschiedlichen Tiefenpositionen angeordnet, die Scharfeinstellebenen der zweidimensionalen Anzeigen des Projektionstyps 2d01-2d05 sind mit diesen Streuplatten 2d06-2d10 ausgerichtet, Bilder werden auf die Streuplatten projiziert, und die Streu-/Übertragungs-Zeiten der Streuplatten 2d06-2d10 sind mit den Übertra gungs-/Unterbrechungs-Zeiten der Verschlüsse 2d11-2d15 synchronisiert, wenn die Streuplatten und die Verschlüsse aktiviert werden. Dies ermöglicht es, die Tiefenpositionen der Bildebenen 2d11-2d15, die auf den Streuplatten 2d06-2d10 ausgebildet sind, auf einer Zeitteilungsbasis zu steuern.
Auf diese Weise stellt die Verwendung von Projektoren einen Vorteil einer verbesserten Ebene der Freiheit des Anzeige-Layouts bereit.
[A-0028]
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben hat, in dem fünf zweidimensionale Anzeigen vorhanden sind, kann eine ähnliche Konfiguration verwendet werden, wenn eine unterschiedliche Anzahl von Anzeigen bereitgestellt sind.
Es ist offensichtlich, dass die Lampen von Projektoren eingeschaltet oder ausgeschaltet werden können, anstelle, dass die Verschlüsse verwendet werden.
Ferner können, obwohl das dritte Ausführungsbeispiel hauptsächlich einen Fall betrifft, in dem sich die Bildebenen nahe, innerhalb oder jenseits der dreidimensionalen Anzeige befinden, diese Bildebenen leicht entfernt von oder vor der dreidimensionalen Anzeige angeordnet werden. Ein solches Beispiel ist in 21 gezeigt.
Zum Beispiel ist leicht ersichtlich, dass durch Anordnen eines Linsensystems 3e03 vor einem optischen System 3e01 wie in 21 gezeigt, die internen Bildebenen 3e02 zu den Positionen der externen Bildebenen 3e04 verschoben werden können.
Dies bietet den Vorteil, dass, weil die Bilder im Raum schwebend reproduziert werden, die Bilder eher dreidimensional für den Beobachter erscheinen, als wenn die Bilder im Inneren oder hinter der Anzeige angeordnet sind.
[A-0029]
[Ausführungsbeispiel 4]
Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Beispiel, in welchem das optische System in den vorangehenden Ausführungsbeispielen 1, 2 zum Anordnen einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern unter Verwendung einer volumetrischen dreidimensionalen Anzeige aufgebaut ist.
Wie in "Three-Dimensional Display" (von Senju Masuda, veröffentlicht von Sangyo Tosho K.K.) beschrieben ist, führt die volumetrische dreidimensionale Anzeige eine dreidimensionale Bildpräsentation durch Stapeln von zweidimensionalen Bildern (gleich wie die zweidimensionalen Bilder in dem Ausführungsbeispiel 1), die in der Tiefenrichtung abgetastet sind, durch.
Die volumetrische dreidimensionale Anzeige beinhaltet einen Typ eines varifokalen Spiegels und einen Typ eines Vibrationsschirms.
Der Typ des varifokalen Spiegels, wie in 22 gezeigt, überträgt ein auf der zweidimensionalen Anzeige 204, wie beispielsweise ein Fernsehgerät, angezeigtes Bild über einen Halbspiegel 201 und einen varifokalen Spiegel 202, um ein dreidimensionales Bild (virtuelles Bild) für einen Beobachter 100 zu bilden.
Der varifokale Spiegel 202, eine Schlüsseleinrichtung in diesem Verfahren, wird durch Aufbringen von Metall, wie beispielsweise Aluminium oder ein mehrschichtiges Dielektrikum auf die Oberfläche eines Tieftöners (ein Tiefton reproduzierender Lautsprecher) zum Ausbilden eines konkaven Spiegels hergestellt. Wenn wie ein normaler Tieftöner in Schwingung versetzt, ändert der konkave Spiegelabschnitt seine Krümmung, um die Brennweite zu ändern.
Daher kann die Position eines virtuellen Bildes oder eines realen Bildes der zweidimensionalen Anzeige 204 durch Ändern der Brennweite geändert werden. Daher ist es durch Anzeigen von in der Tiefenrichtung abgetasteten Bildern (zweidimensionale Bilder, die durch Schneiden eines dreidimensionalen Objektes an in der Tiefenrichtung verschobenen Positionen und Abtasten der geschnittenen Abschnitte erhalten wurden) auf der zweidimensionalen Anzeige 204 in Synchronismus mit der Änderung in der Brennweite des varifokalen Spiegels 202 möglich, ein dreidimensionales Bild auf einer Zeitteilungsbasis zu erzeugen (durch Ziehen eines Vorteils aus dem Nachbildeffekt).
Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung kann diese Erfindung eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern durch Wiederholen einer kurz dauernden Aktivierung der zweidimensionalen Anzeige für eine Anzahl von Malen bereitstellen.
Die Tiefenposition einer Bildebene kann durch die Vibrationsposition des varifokalen Spiegels 202 spezifiziert werden.
Daher kann ein Ändern der Helligkeit der zweidimensionalen Bilder, die in den vorangehenden Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschrieben wurden, und Anzeigen der Bilder auf den Bildebenen die Wirkung dieser Erfindung produzieren.
Zusätzlich zu wenigen beweglichen Teilen hat dieses Verfahren auch einen Vorteil dahingehend, dass es in der Lage ist, leicht eine Vielzahl von Bildebenen zu bilden.
[A-0030]
Die volumetrische dreidimensionale Anzeige vom Typ Vibrationsschirm, wie in 23 gezeigt, beinhaltet: Einen Vibrationsschirm (z.B. eine Diffusionsplatte, eine linsenförmige Platte und eine Fliegenaugenlinse) 301, die in der Richtung der Tiefe vibriert; ein optisches System 302 einschließlich einer Linse; einen Abtaster zum Rasterabtasten eines Laser strahls in der horizontalen und der vertikalen Richtung (ein Horizontal/Vertikal-Abtaster, umfassend zum Beispiel einen Lichtdeflektor unter Verwendung eines Polygonspiegels und eines Galvanometerspiegels) 303; und eine Laserlichtquelle 304.
Dieses Verfahren steuert den Abtaster 303 mit hoher Geschwindigkeit an, wenn sich der Vibrationsschirm 301 an einer gewünschten Tiefenposition befindet, schreibt ein abgetastetes Bild entsprechend zu dieser Tiefenposition auf den Schirm, und wiederholt diesen Prozess durch Ändern der Tiefenposition innerhalb der Nachbildzeit, wodurch ein dreidimensionales Bild reproduziert wird.
Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung kann dieses Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildebenen durch Wiederholen eines Prozesses des Schreibens des Abtastbildes auf den Vibrationsschirm 301 mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Nachbildzeit präsentieren.
Die Tiefenposition der Bildebene kann durch die Position des Vibrationsschirms 303 spezifiziert werden.
Daher kann durch Ändern der Helligkeit der zweidimensionalen Bilder, beschrieben in den vorangehenden Ausführungsbeispielen 1, 2, und Anzeigen der Bilder auf diesen Bildebenen die Wirkung dieser Erfindung produziert werden.
Dieses Verfahren hat die Vorteile dahingehend, dass es in der Lage ist, Verzerrungen auf der Schirmoberfläche leicht zu unterdrücken und leicht eine Vielzahl von Bildebenen zu bilden.
[A-0031]
[Ausführungsbeispiel 5]
Das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine dreidimensionale Anzeige des Rotations-LED-Typs, welche, wie in 24 gezeigt ist, eine LED-Anzeige 401 mit einem LED-Feld, eine Rotationseinrichtung 402 zum Rotieren der LED-Anzeige 401, und eine Video-Liefereinrichtung 403 zum Zuführen eines Videosignals zu der LED-Anzeige 401 beinhaltet.
Dieses Verfahren erfordert das Abtasten eines dreidimensionalen Objektes in Polarkoordinaten mit der Rotationsachse der LED-Anzeige 401 als Zentrum.
Das in den Polarkoordinaten abgetastete zweidimensionale Bild wird auf der LED-Anzeige 401 in Synchronismus mit der Rotation der LED-Anzeige 401 angezeigt, und dieser Prozess wird durch Ändern des Rotationswinkels wiederholt, um ein dreidimensionales Bild darzustellen.
Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung kann dieses Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildebenen durch Umwandeln einer gewünschten zweidimensionalen Bildebene in die Polarkoordinaten, Anzeigen mit hoher Geschwindigkeit, eines Bildes auf LEDs an den umgewandelten Positionskoordinaten innerhalb der Nachbildzeit, und Wiederholen dieses Prozesses unter Änderung des Rotationswinkels präsentieren.
Dann kann durch Ändern der Helligkeit der zweidimensionalen Bilder, beschrieben in den vorangehenden Ausführungsbeispielen 1, 2, und Anzeigen der Bilder auf diesen Bildebenen die Wirkung dieser Erfindung produziert werden.
Dieses Verfahren bietet die Vorteile dahingehend, dass es in der Lage ist, Verzerrungen auf der Schirmoberfläche leicht zu unterdrücken, die LED-Anzeige 401 relativ leicht zu rotieren, und leicht eine Vielzahl von Bildebenen zu bilden.
[A-0032]
[Ausführungsbeispiel 6]
Das sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine dreidimensionale Anzeige des Synthalizer-Typs, welche, wie in 25 gezeigt ist, einen Film beinhaltet, auf dem zweidimensionale Bilder aufgezeichnet sind, oder eine zweidimensionale Anzeige (z.B. eine Kathodenstrahlröhre und eine Flüssigkristallanzeige) 501, ein optisches Umwandlungssystem, wie beispielsweise ein Prisma und ein Spiegel 502, und eine Projektionstrommel 503 beinhaltet. Mit 504 ist eine Lichtquelle bezeichnet, und 505 bezeichnet einen Verschluss.
Die Projektionstrommel 503, eine Schlüsseleinrichtung in diesem Verfahren, ist aus einem transparenten Material (z.B. Glas und Acryl oder andere transparente Kunststoffe) hergestellt und hat eine veränderliche Dicke. Das Bild des Films oder der zweidimensionalen Anzeige 501 wird über die Projektionstrommel projiziert, um ein Bild anzuzeigen.
Dieses Verfahren nutzt den Umstand, dass dann, wenn die Projektionstrommel 503 in Rotation versetzt wird, sich die Trommeldicke ändert und bewirkt, dass sich die Position der Bildebene ändert.
Somit ist es durch Anzeigen von in der Tiefenrichtung abgetasteten Bilder (zweidimensionale Bilder, die durch Schneiden eines dreidimensionalen Objektes an in der Richtung der Tiefe verschobenen Positionen und Abtasten der geschnittenen Abschnitte gehalten wurden) auf der zweidimensionalen Anzeige 501 in Synchronismus mit der Änderung mit der Änderung in der Position der Bildebene möglich, ein dreidimensionales Bild auf einer Zeitteilungsbasis (durch Nutzen des Nachbildeffektes) zu bilden.
Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung kann dieses Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildebenen durch Wiederholen des kurzdauernden Anzeigens des Films oder der zweidimensionalen Anzeige einer Anzahl von Malen innerhalb der Nachbildzeit präsentieren.
Die Tiefenposition der Bildebene kann durch die Dicke der Projektionstrommel spezifiziert werden.
Daher kann durch Ändern der Helligkeit der zweidimensionalen Bilder, beschrieben in den vorangehenden Ausführungsbeispielen 1, 2, und Anzeigen der Bilder auf diesen Bildebenen die Wirkung dieser Erfindung erhalten werden.
Zusätzlich zu wenigen beweglichen Teilen hat dieses Verfahren den Vorteil dahingehend, dass es in der Lage ist, eine Vielzahl von Bildebenen leicht zu bilden.
Die durch den Erfinder realisierte Erfindung wurde im Einzelnen in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben. Es wird angemerkt, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
[A-0033]
Die Vorteile und Wirkungen, die durch die darstellenden, vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele erhalten wurden, können wie folgt kurz zusammengefasst werden.
[A-0034]
Weil eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern, die durch Schneiden eines dreidimensionalen Objektes an in der Richtung der Tiefe verschobenen Positionen und Abtasten der geschnittenen Abschnitte erhalten wurden, auf Ebenen 1-N (N ≥ 2) mit unterschiedlichen Tiefenpositionen ausgehend von einem Beobachter angezeigt werden, und weil die Helligkeit jedes der zweidimensionalen Bilder auf jeweiligen Ebenen unabhängig voneinander geändert wird, ist es möglich, Widersprüche zwischen physiologischen Faktoren der Stereoskopie zu unterdrücken, die Mengen von Informationen zu verringern, und ein elektrisch wiederbeschreibbares dreidimensionales Bild zu reproduzieren.
[B-0019]
[Ausführungsbeispiel 7]
Die 26A und 26B zeigen ein konzeptionelles Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Betreffend Komponenten der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels, die identisch zu den entsprechenden Komponenten der vorangehenden Ausführungsbeispiele 1 bis 6 sind, sind detaillierte Erklärungen ihrer Konstruktionen und Betriebsabläufe weggelassen.
[B-0020]
In der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels, wie in 26A gezeigt ist, wird ein zweidimensionales Bild mit Tiefeninformation, welches durch eine zweidimensionale Bilderzeugungseinrichtung 1102 erzeugt wurde, in eine Vielzahl von Bildern (in diesem Fall fünf Bilder) durch einen Verteiler 1103 für unterschiedliche Tiefenpositionen verteilt. Die Helligkeit für jedes der verteilten zweidimensionalen Bilder mit Tiefeninformation wird durch eine Helligkeitsänderungseinrichtung 1104 in Übereinstimmung mit der Tiefenposition des Bildes geändert. Die Anzeigeelemente werden durch eine Positionsänderungseinrichtung (eine zweidimensionale Bildänderungseinrichtung) 1105 an Positionen derart verschoben, dass die Achsen der Bilder wie von einem Beobachter aus gesehen, einander überlappen, und die in der Helligkeit geänderten Bilder werden auf den zweidimensionalen Anzeigen 1106–1110 angezeigt, wodurch eine dreidimensionale Darstellung bereitgestellt wird.
[B-0021]
27 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Arbeitsweise des Verteilers 1103 zeigt. Ein zwischen einer Bildebene 1202 und einer Bildebene 1203 darzustellendes Bild 1207 wird auf der Bildebene 1202 und der Bildebene 1203 angezeigt. Ein zwischen Bildebenen 1203 und 1204 darzustellendes Bild 1208 wird auf den Bildebenen 1203 und 1204 angezeigt. Zwischen Bildebenen 1204 und 1205 und zwischen Bildebenen 1205 und 1205 darzustellende Bilder werden auf ähnliche Art und Weise angezeigt. Das darzustellende Bild (zum Beispiel das Bild 1207) kann sich an einer beliebigen Position zwischen den Bildebenen 1202 und 1203 befinden. Für das Bild 1209, das eine Bildebene (zum Beispiel die Bildebene 1204) überspannend darzustellen ist, wird ein vor der Bildebene 1204 zu zeigender Teil auf dieselbe Art und Weise wie das Frontbild 1208 angezeigt, und wird ein hinter der Bildebene 1204 zu zeigender Teil auf dieselbe Art und Weise wie das hintere Bild 1210 angezeigt.
[B-0022]
In 26B wird ein zweidimensionales Bild mit Tiefeninformation, welches durch eine zweidimensionale Bilderzeugungseinrichtung 1122 erzeugt wurde, in eine Vielzahl von Bildern (in diesem Fall fünf Bilder) durch einen Verteiler 1123 für unterschiedliche Tiefenpositionen verteilt. Die Helligkeit für jedes der verteilten zweidimensionalen Bilder mit Tiefenposition wird durch eine Helligkeitsänderungseinrichtung 1124 in Übereinstimmung mit der Tiefenposition des Bildes geändert. Anzeigen 1126-1130 werden durch eine Positionsänderungseinrichtung (eine zweidimensionale Bildänderungseinrichtung) 1125 an Positionen derart verschoben, dass die Achsen der Bilder wie von einem Beobachter aus gesehen, einander überlappen, und die in der Helligkeit geänderten Bilder werden auf diesen Anzeigen 1126-1130 angezeigt, wodurch eine dreidimensionale Darstellung bereitgestellt wird.
[B-0023]
Die 28A bis 28C sind konzeptionelle Diagramme, die zeigen, wie ein Bild sich bewegt, in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel.
28A zeigt ein konzeptionelles Diagramm für einen Fall, in dem ein dreidimensionales Bild an etwa einem Zwischenteil zwischen zwei Bildebenen 1301 und 1302 reproduziert wird. Wenn der Beobachter aus einer Betrachtungsposition eines Beobachters 1303 betrachtet, befinden sich die auf den vorderen und hinteren Bildebenen angezeigten Bilder an Bildern 1306 und 1309. Wenn sich die Betrachtungsposition des Beobachters 1303 an eine Betrachtungsposition eines Beobachters 1304 verschiebt, wird das Bild 1306 zu einer Position eines Bildes 1307 bewegt, und wird das Bild 1309 an eine Position eines Bildes 1311 bewegt, weil die Reproduktionsposition des dreidimensionalen Bildes 312 fest sein muss. Wenn sich die Betrachtungsposition zu einer Betrachtungsposition eines Beobachters 1305 verschiebt, werden die Bilder an Positionen von Bildern 1308 bzw. 1310 verschoben.
[B-0024]
28B ist ein konzeptionelles Diagramm für einen Fall, in dem ein dreidimensionales Bild 1313 zwischen zwei Bildebenen 1321 und 1322 an einer Position nahe an der Bildebene 1322 reproduziert wird. Wenn der Beobachter von einer Betrachtungsposition eines Beobachters 1323 aus betrachtet, befinden sich die auf den vorderen und hinteren Bildebenen angezeigten Bilder an Bildern 1326 und 1329.
[B-0025]
Wenn sich der Betrachtungspunkt des Beobachters 1323 an eine Betrachtungsposition eines Beobachters 1324 verschiebt, wird das Bild 1326 an eine Position eines Bildes 1327 verschoben, und wird das Bild 1329 nahezu an seiner Position belassen, weil die Reproduktionsposition des dreidimensionalen Bildes 1313 fest sein muss. Wenn sich der Betrachtungspunkt an einer Betrachtungsposition eines Beobachters 1325 bewegt, wird das Bild 1326 an eine Position eines Bildes 1328 verschoben.
[B-0026]
28C ist ein konzeptionelles Diagramm für einen Fall, in dem ein dreidimensionales Bild 1314 zwischen zwei Bildebenen 1331 und 1332 an einer Position nahe an der Bildebene 1331 reproduziert wird. Wenn der Beobachter von einer Betrachtungsposition eines Beobachters 1333 aus betrachtet, befinden sich die auf den vorderen und hinteren Bildebenen angezeigten Bilder an Bildern 1336, 1337.
[B-0027]
Wenn sich der Betrachtungspunkt des Beobachters 1333 an eine Betrachtungsposition eines Beobachters 1334 verschiebt, wird das Bild 1337 an eine Position eines Bildes 1339 bewegt, und wird das Bild 1336 nahezu an seiner Position belassen, weil die Reproduktionsposition des dreidimensionalen Bildes 1314 fest sein muss. Auf ähnliche Art und Weise wird, wenn sich der Betrachtungspunkt an eine Betrachtungsposition eines Beobachters 1335 bewegt, das Bild 1337 an eine Position eines Bildes 1338 verschoben.
[B-0028]
Durch Kombinieren der Bildbewegungsverfahren der 28A bis 28C in Übereinstimmung mit der Reproduktionsposition eines dreidimensionalen Bildes ist es möglich, ein Doppelbild zu beseitigen, das durch eine positionelle Diskrepanz zwischen den vorderen und hinteren Bildern verursacht wird, und zwar auch dann, wenn sich der Betrachtungspunkt eines Beobachters ändert, und um zu gewährleisten, dass die Positionen von Schwerpunkten und Umrissen der Bilder auf den vorderen und hinteren Bildebenen eng überlappen, so dass der Beobachter die Anzeige als eine Darstellung eines einzelnen Objektes erkennen kann.
[B-0029]
Die 29A und 29B sind konzeptionelle Diagramme, die zeigen, wie die Anzeigeelemente verschoben werden.
Ein Verfahren zum Verschieben bzw. Bewegen eines Bildes ist, wie in den 29A und 29B gezeigt ist, das Verschieben eines auf einer zweidimensionalen Anzeige 401 angezeigten Bildes 1403 in vertikaler oder horizontaler Richtung, oder das Vergrößern oder Verkleinern eines Bildes 1413, das auf einer zweidimensionalen Anzeige 411 angezeigt wird, oder das Kombinieren dieser Verfahren und elektrisches Neuschreiben des Anzeigeelementes. In diesem Fall wird gleichzeitig, wenn eine Figur geringfügig verformt werden muss (wie bei einer trapezförmigen Verformung), wie wenn sich ein Beobachter stark bewegt, das Anzeigeelement auf der Anzeige ebenfalls geändert. Wenn das Ausmaß der Bewegung des Bildes klein ist, ist eine solche Änderung nicht notwendig, solange das angezeigte Objekt für den Beobachter natürlich aussieht.
[B-0030]
Wenn sich der Beobachter bewegt, wird das angezeigte Bild neu zu einem Bild geschrieben, wie es erscheinen wird, wenn es von dem Beobachter aus betrachtet wird, wodurch auch eine Bewegungsparallaxe produziert wird. Wenn sich der Beobachter zum Beispiel nach links bewegt, wird das angezeigte Bild zu einem Bild neu geschrieben, wie es erscheinen wird, wenn es von dem linken Betrachtungspunkt entsprechend zu der Position des Beobachters aus betrachtet wird. Durch Neuschreiben des Bildes in Übereinstimmung mit der Änderung der Position des Beobachters kann die erforderliche Bewegungsparallaxe realisiert werden. Für die vertikale Bewegung des Beobachters wird ebenfalls die entsprechende Bewegungsparallaxe durch ein ähnliches Verfahren produziert.
[B-00311]
Ein anderes Verfahren des Bewegens des Bildes, wie in den 30A, 30B und 31 gezeigt ist, besteht darin, zweidimensionale Anzeigen mechanisch zu bewegen. Das mechanische Bewegungsverfahren beinhaltet: Das Verschieben von zweidimensionalen Anzeigen 1501, 1502, 1503 (30A); in einer dreidimensionalen Anzeige mit Halbspiegeln das Rotieren der Halbspiegel 1514, 1515 (30B); und das Bewegen einer ganzen dreidimensionalen Anzeige 1601 (31).
[B-0032]
Wenn es notwendig ist, eine geringfügige Deformation für eine Figur zu bewirken (wie durch eine trapezoidale Deformation), wird das Anzeigeelement auf der Anzeige ebenfalls gleichzeitig geändert, oder werden Korrekturen auf einem optischen System, wie beispielsweise einem Prisma, durchgeführt. Das optische System für Korrekturen kann ein Prisma, eine Linse oder parallele Platten beinhalten, oder eine Kombination der selben. Wenn das Ausmaß der Bewegung eines Bildes klein ist, braucht eine solche Änderung nicht durchgeführt zu werden, solange das angezeigte Objekt für den Beobachter natürlich aussieht. Das mechanische Bewegen der Anzeigen ändert physikalische Positionen der Anzeigen und kann somit eine Betrachtungszone erweitern. In dem Verfahren des Bewegens der gesamten dreidimensionalen Anzeige kann die Betrachtungszone dadurch erweitert werden, dass bewirkt wird, dass die Bewegung der Position des Beobachters folgt.
[B-0033]
Als ein weiteres Bildbewegungsverfahren ist es möglich, das Anzeigenelement-Bewegungsverfahren mit dem mechanischen Bewegungsverfahren zu kombinieren. In diesem Verfahren wird, um einer großen Bewegung eines Beobachters zu folgen, das Bild durch das mechanische Bewegungsverfahren bewegt, um die Betrachtungszone zu erweitern. Um einer kleinen Bewegung eines Beobachters zu folgen, wird das Anzeigeelement bewegt. Dieses kombinierte Verfahren kann die Bewegungsvorrichtung vereinfachen, verhindern, dass sich der Beobachter unpassend fühlt, und eine rasche Bewegung von Bildern gewährleisten.
[B-0034]
Die Bewegung eines Beobachters kann bevorzugt dadurch erfasst werden, dass die Position des Beobachters relativ zu einer dreidimensionalen Anzeige 701 unter Verwendung eines Infrarotsensors 1702 wie in 32A gezeigt, eines Ultraschall-Entfernungssensors oder eines Laser-Entfernungssensors 1703 wie in 32B gezeigt, und eines optischen Sensors, wie in 32C gezeigt, ermittelt wird. Zum Erfassen der Position eines Menschen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Arten von Sensoren können öffentlich bekannte Technologien verwendet werden. Andere bekannte Technologien können ebenfalls verwendet werden, welche ein Verfahren, das die Position eines Beobachters aus dem durch eine Kamera 1805 bereitgestellten Bildes erfasst, wie in 33A gezeigt ist, und ein Verfahren, das einen von einem Beobachter gehaltenen Magnetsensor 1807 oder einen in der dreidimensionalen Anzeige installierten Magnetsensor 1806 zum Erfassen der Position eines Beobachters verwendet, beinhalten.
[B-0035]
Die vorliegende Erfindung wurde im Einzelnen in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben, und es sollte jedoch bemerkt werden, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
[B-0036]
Die Vorteile dieses Ausführungsbeispiels können kurz wie folgt zusammengefasst werden.

(1) Wenn sich der Betrachtungspunkt eines Beobachters ändert, oder wenn sich der Beobachter bewegt, kann dieses Ausführungsbeispiel positionelle Diskrepanzen zwischen den vorderen und hinteren Anzeigebildern eliminieren oder die Diskrepanzen in einem solchen Ausmaß minimieren, dass das angezeigte Objekt nicht unnatürlich aussieht, wodurch es möglich gemacht wird, ein dreidimensionales Bild mit keiner oder wenig Unschärfe zu reproduzieren, welche andernfalls durch eine abweichende Überlappung der vorderen und hinteren Bilder verursacht werden würde.
(2) Wenn sich der Betrachtungspunkt eines Beobachters ändert, oder wenn sich der Beobachter bewegt, werden die auf jeweiligen Anzeigen angezeigten zweidimensionalen Bilder in Übereinstimmung mit der Bewegung des Betrachtungspunktes des Beobachters geändert. Dies kann die Betrachtungszone erweitern.
(3) Wenn sich der Betrachtungspunkt eines Beobachters ändert, oder wenn sich der Beobachter bewegt, werden die Anzeigen oder die dreidimensionale Anzeige in Übereinstimmung mit der Bewegung des Betrachtungspunktes des Beobachters bewegt. Dies kann die Betrachtungszone erweitern.

[C-0013]
[Ausführungsbeispiel 8]
34 ist ein Blockdiagramm, das ein Konzept einer dreidimensionalen Anzeige gemäß dieser Erfindung zeigt.
Das Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung dieses Ausführungsbeispiel hat ebenfalls eine Vielzahl von Bildebenen (Anzeigeoberflächen), zum Beispiel Bildebenen 2102, 2103, die vor einem Beobachter 2101 aufgestellt sind, wie in 34 gezeigt ist, und eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern werden auf diesen Bildebenen unter Verwendung von zweidimensionalen Anzeigen und eines optischen Systems angezeigt.
Ein den Beobachter 2101 zu präsentierendes dreidimensionales Objekt wird auf die Bildebenen 2102, 2103 entlang der Blickrichtung beider Augen des Beobachters projiziert, um zweidimensionale Bilder zu erzeugen.
Die zweidimensionalen Bilder können durch eine Vielzahl von Verfahren erzeugt werden, welche eines, das zweidimensionale Bilder des Objektes, die durch eine Kamera aus der Blickrichtung aufgenommen wurden, eines, das eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern, die aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen wurden, zusammensetzt, und eines, das eine Zusammensetzungstechnik oder eine modellbildende Technik basierend auf Computergraphik verwendet, beinhalten.
[C-0014]
Mit diesem Ausführungsbeispiel erzeugt, wenn ein darzustellendes Objekt eine Vielzahl von Objekten ist, die sich an unterschiedlichen Tiefenpositionen befinden und einander in der Blickrichtung des Beobachters 2101 überlappen, ein Bildgenerator 2105 für jedes der darzustellenden Objekte zweidimensionale Bilder, die gleichzeitig auf einer Vielzahl von Bildebenen, beispielsweise den Bildebenen 2102, 2103 anzuzeigen sind.
Das heißt, dass in diesem Ausführungsbeispiel für jedes anzuzeigende Objekt zweidimensionale Bilder erzeugt werden, welche ausgehend von dem Objekt auf den Bildebenen 2102, 2103 aus der Blickrichtung beider Augen des Beobachters 2101 projiziert werden.
[C-0015]
In diesem Fall werden zweidimensionale Bilder an gewünschten Tiefenpositionen (zweidimensionale Bilder für jedes der darzustellenden Objekte) durch den in 34 gezeigten Bildgenerator 2105 in der Reihenfolge ausgehend von der nahen Tiefenposition zu der fernen Tiefenposition in Bezug auf den Be obachter, in der umgekehrten Reihenfolge oder in einer zufälligen Reihenfolge erzeugt.
Dann wird die Helligkeit der erzeugten zweidimensionalen Bilder, die auf den Bildebenen 2102, 2103 anzuzeigen sind, durch eine Helligkeitsänderungseinrichtung 2104 auf die Helligkeitswerte entsprechend zu ihren Tiefenpositionen geändert, und werden die so erzeugten zweidimensionalen Bilder auf den Bildebenen 2102, 2103 angezeigt.
[C-0016]
Ein Synchronisator 2106 synchronisiert die Tiefenpositionen, für welche der Bildgenerator 2105 die Bilder erzeugt, mit den Tiefenpositionen, für welche der Synchronisator 2106 die Helligkeit der Bilder ändert. Das heißt, die Bilder und ihre entsprechenden Tiefenpositionen werden synchronisiert.
Der in 34 gezeigte Synchronisator 2106 ist konzeptionell dargestellt, und die Helligkeit kann entweder mechanisch oder mittels Software geändert werden. Es können zwei oder mehr Synchronisatoren 2106 verwendet werden.
Ferner können die Helligkeitsänderungseinrichtung 2104 und der Synchronisator 2106 als eine Einrichtung aufgebaut sein.
[C-0017]
Nachstehend wird ein Verfahren des Anzeigens eines dreidimensionalen Bildes auf der dreidimensionalen Anzeige gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 35 beschrieben.
Schritt 2000: Zweidimensionale Bilder eines Objektes, das jemand an einer vorderen Position wie von einem Beobachter aus gesehen, reproduziert haben will, wie beispielsweise ein dreidimensionales Bild 2204, werden in der Helligkeit durch die Helligkeitsänderungseinrichtung 2104 und den Synchronisa tor 2106 geändert und dann auf Bildebenen 2202, 2203 angezeigt, um das dreidimensionale Bild 2204 zu reproduzieren.
Schritt 2001: Als Nächstes werden zweidimensionale Bilder eines Objektes, das jemand an einer Zwischenposition wie von einem Beobachter aus gesehen, reproduziert haben will, wie beispielsweise ein dreidimensionales Bild 2214, in der Helligkeit geändert und auf Bildebenen 2212, 2213 angezeigt, um das dreidimensionale Bild 2214 zu reproduzieren.
Schritt 2003: Als Nächstes werden zweidimensionale Bilder eines Objektes, das jemand an einer hinteren Position wie von einem Beobachter aus gesehen, reproduziert haben will, wie beispielsweise ein dreidimensionales Bild 2224, in der Helligkeit geändert und auf Bildebenen 2222, 2223 angezeigt, um das dreidimensionale Bild 2224 zu reproduzieren.
Das Ändern der Helligkeit kann durch zwei Verfahren erreicht werden: Eines besteht darin, die Helligkeit in Übereinstimmung mit dem anzuzeigenden dreidimensionalen Bild zu ändern und dann das Bild anzuzeigen, und eines besteht darin, die Helligkeit kontinuierlich zu ändern, während das dreidimensionale Bild angezeigt wird.
Zum Beispiel kann die Helligkeit der vorderen Bildebene von hoch über mittel nach niedrig geändert werden und kann die Helligkeit der hinteren Bildebene von niedrig über Mittel auf hoch geändert werden, so dass die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter gesehen, konstant bleibt, um die Position, an welcher das dreidimensionale Bild reproduziert wird, von vorne nach hinten zu ändern.
Es ist möglich, die Helligkeitsänderungsreihenfolge umzukehren. Ein anderes Verfahren besteht darin, die Helligkeit in Übereinstimmung mit einer beliebigen gewünschten Position, an der ein dreidimensionales Bild zu reproduzieren ist, frei zu ändern.
[C-0018]
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich stark von konventionellen Techniken darin, dass die Schritte 2000, 2001 und 2002 in 35 während der Anzeige des Bildes mit hoher Geschwindigkeit wiederholt werden.
Das Überholen der Schritte 2000, 2001 und 2002 von 35 mit hoher Geschwindigkeit erlaubt es dem Beobachter 2231, die dreidimensionalen Bilder 2234, 2235, 2236 an jeweiligen Positionen reproduziert zu sehen, wie in dem Zustand 2003 gezeigt ist, und darüber hinaus das hintere Bild durch das vordere Bild zu sehen. Hierbei bezeichnen 2232 und 2233 Bildebenen, und repräsentieren 2234, 2235 und 2236 reproduzierte dreidimensionale Bilder.
Die Geschwindigkeit, mit welcher die Schritte 2000, 2001 und 2002 von 35 wiederholt werden, ist innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges festgelegt, zum Beispiel auf 60 Hz oder höher, um ein Anzeigen eines dreidimensionalen Bildes ohne Flimmern zu realisieren.
Das heißt, das Anzeigen von zwei oder mehr überlappenden dreidimensionalen Bildern kann dadurch erreicht werden, dass die Bildanzeigeprozeduren auf einer Zeitteilungsbasis mit hoher Geschwindigkeit derart durchgeführt werden, dass die resultierenden Bilder alle sequentiell innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges angezeigt werden.
Die Anzahl von in der Helligkeit geänderten zweidimensionalen Bilder für unterschiedliche Tiefenpositionen muss größer sein als die maximale Anzahl von in der Helligkeit geänderten Bildern, die erforderlich ist, um die überlappenden Abschnitte der dreidimensionalen Bilder anzuzeigen.
[C-0019]
36 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
In der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels definieren zweidimensionale Anzeigen 2304, 2305 jeweils die vorderen und hinteren Bildebenen, und sind die zweidimensionalen Bilder, die auf den beiden Bildebenen angezeigt werden, auf derselben optischen Achse durch Halbspiegel 2302, 2303 angeordnet.
Die auf den zweidimensionalen Anzeigen 2304, 2305 angezeigten Bilder werden, wie in 35 gezeigt ist, schnell in der Helligkeit geändert und wiederholt dem Beobachter 2301 angezeigt.
Die zweidimensionalen Anzeigen 2304, 2305 können eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige und eine Plasma-Anzeige verwenden, und können, wenn eine höhere Geschwindigkeit erforderlich ist, Anzeigen verwenden, die ferroelektrische Flüssigkristalle oder antiferroelektrische Flüssigkristalle nutzen.
Alternativ ist es möglich, eine Anzeige zu verwenden, die einen schnellen wahlfreien Zugriff auf einzelne Pixel erlaubt, wie beispielsweise eine Anzeige eines Oszilloskops.
In diesem Fall werden die Helligkeitspegel von auf den zweidimensionalen Anzeigen 2304, 2305 angezeigten zweidimensionalen Bildern durch die zweidimensionalen Anzeigen 2304, 2305 selbst geändert.
[C-0021]
[Ausführungsbeispiel 9]
37 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das Bezugszeichen 2401 repräsentiert einen Beobachter, die Bezugszeichen 2402 und 2403 repräsentieren Halbspiegel, und die Bezugszeichen 2404 und 2405 repräsentieren zweidimensionale Anzeigen.
Die dreidimensionale Anzeige dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der dreidimensionalen Anzeige des achten Ausführungsbeispiels darin, dass die Helligkeit von angezeigten Bildern durch strahlabschwächende Filter 2406, 2407 geändert wird.
Die strahlabschwächenden Filter 2406, 2407 gemäß diesem Ausführungsbeispiel können ein Filter, das kontinuierlich seine Lichtintensitätsabschwächung durch mechanische Rotation ändert, ein Filter, das elektrisch die Lichtintensität mittels Flüssigkristallen abschwächt, eine Einrichtung, die Schlitze mit sich ändernden Öffnungsflächen aufweist und die in der Richtung der Rotation angeordnet sind, und welche die Schlitze mechanisch rotiert, um die Helligkeit zu ändern, und eine Einrichtung, welche die Öffnungszeit mittels einem ferroelektrischen Verschluss zum Ändern der Helligkeit sein.
In der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels wird die Abschwächung durch die strahlabschwächenden Filter 2406, 2407 mit den auf den zweidimensionalen Anzeigen 2404, 2405 angezeigten zweidimensionalen Bildern synchronisiert, um ein dreidimensionales Bild anzuzeigen.
[C-0022]
[Ausführungsbeispiel 10]
38 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das Bezugszeichen 2501 repräsentiert einen Beobachter, die Bezugszeichen 2502 und 2503 repräsentieren Halbspiegel, die Bezugszeichen 2504 und 2505 repräsentieren Bildschirme, die Bezugszeichen 2506-2511 repräsentieren zweidimensionale Anzeigen, und die Bezugszeichen 2512-2517 repräsentieren Verschlüsse.
In der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels werden eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen des Projektortyps 2506-2511 verwendet.
Zum Beispiel zeigt eine zweidimensionale Anzeige 2506 ein zweidimensionales Bild für ein vorderes dreidimensionales Bild wie von einem Beobachter gesehen an, zeigt eine zweidimensionale Anzeige 2507 ein zweidimensionales Bild für ein dreidimensionales Zwischenbild an, und zeigt eine zweidimensionale Anzeige 2508 ein zweidimensionales Bild für ein hinteres dreidimensionales Bild an. Die Verschlüsse 2512-2514 werden betätigt, um diese zweidimensionalen Bilder sequentiell auf einer Zeitteilungsbasis auf einen Bildschirm 2504 zu projizieren.
Auf ähnliche Art und Weise zeigt eine zweidimensionale Anzeige 2509 ein zweidimensionales Bild für vorderes dreiäimensionales Bild wie von einem Beobachter gesehen an, zeigt eine zweidimensionale Anzeige 2510 ein zweidimensionales Bild für ein dreidimensionales Zwischenbild an, und zeigt eine zweidimensionale Anzeige 2511 ein zweidimensionales Bild für ein hinteres dreidimensionales Bild an. Die Verschlüsse 2515-2517 werden betätigt, um diese zweidimensionalen Bilder sequentiell auf einer Zeitteilungsbasis auf einem Bildschirm 2505 zu projizieren.
Dann werden die auf den Bildschirmen 2504, 2505 angezeigten zweidimensionalen Bilder durch die Halbspiegel 2502, 2503 auf derselben optischen Achse angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Helligkeit jedes der zweidimensionalen Bilder, die von den zweidimensionalen Anzeigen 2506-2511 projiziert werden, auf einen gewünschten Helligkeitspegel entsprechend zu der Tiefenposition des angezeigten zweidimensionalen Bildes voreingestellt.
[C-0023]
[Ausführungsbeispiel 11]
39 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das Bezugszeichen 2601 repräsentiert einen Beobachter, die Bezugszeichen 2602 und 2603 repräsentieren Halbspiegel, die Bezugszeichen 2604 und 2605 repräsentieren Bildschirme, die Bezugszeichen 2606-2611 repräsentieren zweidimensionale Anzeigen, die Bezugszeichen 2612-2617 repräsentieren Verschlüsse, und die Bezugszeichen 2618-2623 repräsentieren Strahlabschwächungsfilter.
Die dreidimensionale Anzeige dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der dreidimensionalen Anzeige des vorangehenden zehnten Ausführungsbeispiels darin, dass die Helligkeit jedes der auf den zweidimensionalen Anzeigen 2606-2611 angezeigten zweidimensionalen Bilder durch Strahlabschwächungsfilter 2618-2623, die an der Vorderseite der zweidimensionalen Anzeigen 2606-2611 installiert sind, geändert wird.
Wenn zum Beispiel dreidimensionale Bilder an Positionen reproduziert werden, die in der Richtung der Tiefe verschoben sind, unter Verwendung der zweidimensionalen Anzeigen 2606-2608, die zweidimensionale Bilder auf der vorderen Bildebene anzeigen, und der zweidimensionalen Anzeigen 2609-2611, die dreidimensionale Bilder auf der hinteren Bildebene anzeigen, kann die Helligkeit jeder zweidimensionalen Anzeige konstant festgelegt werden, und können daher die Strahlabschwächungsfilter 2618-2623 feste Pegel der Abschwächung haben.
[C-0024]
Wenn drei oder mehr dreidimensionale Bilder an Positionen reproduziert werden, die in der Richtung der Tiefe verschoben sind, können die Strahlabschwächungsfilter 2618-2623 ein Filter, der seine Lichtintensitätsabschwächung durch mechanische Rotation kontinuierlich ändert, ein Filter, der die Lichtintensität mittels Flüssigkristallen elektrisch abschwächt, eine Einrichtung, die Schlitze mit sich ändernden Öffnungsflächen und einer Anordnung in der Richtung der Rotation, und welche mechanisch die Schlitze rotiert, um die Helligkeit zu ändern, und eine Einrichtung, welche die Öffnungszeit mittels einem ferroelektrischen Verschluss zum Ändern der Helligkeit sein.
Die Abschwächung der Strahlabschwächungsfilter 2618-2623 wird mit den zweidimensionalen Bildern, die von den zweidimensionalen Anzeigen 2606-2611 projiziert werden, synchronisiert, um dreidimensionale Bilder zu produzieren.
[C-0025]
[Ausführungsbeispiel 12]
40 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das Bezugszeichen 2701 bezeichnet einen Beobachter, die Bezugszeichen 2702-2707 bezeichnen Halbspiegel, die Bezugszeichen 2708-2713 bezeichnen zweidimensionale Anzeigen, und die Bezugszeichen 2714-2719 bezeichnen Verschlüsse.
In der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels sind die Lichtachsen der zweidimensionalen Anzeigen 2708-2710 mittels den Halbspiegeln 2704, 2705 zueinander ausgerichtet, und werden die auf den zweidimensionalen Anzeigen 2708-2710 angezeigten zweidimensionalen Bilder mittels den Verschlüssen 2714-2716 auf einer Zeitteilungsbasis auf die vordere Bild ebene projiziert. Die Lichtachsen der zweidimensionalen Anzeigen 2711-2713 sind mittels den Halbspiegeln 2706, 2707 zueinander ausgerichtet, und die auf den zweidimensionalen Anzeigen 2711-2713 angezeigten zweidimensionalen Bilder werden mittels den Verschlüssen 2717-2719 auf einer Zeitteilungsbasis auf die hintere Bildebene projiziert.
[C-0026]
Für die zweidimensionalen Anzeigen 2708-2713 können eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige und eine Plasma-Anzeige verwendet werden. Wenn eine schnellere Geschwindigkeit erforderlich ist, kann eine Anzeige, die ferroelektrische Flüssigkristalle oder antiferroelektrische Flüssigkristalle nutzt, verwendet werden.
[C-0027]
Alternativ ist es möglich, eine Anzeige zu verwenden, die einen schnellen wahlfreien Zugriff auf einzelne Pixel erlaubt, wie beispielsweise eine Anzeige eines Oszilloskops.
In diesem Fall werden die Helligkeitspegel von auf den zweidimensionalen Anzeigen 2708-2713 angezeigten zweidimensionalen Bildern durch die zweidimensionalen Anzeigen 2708-2713 selbst geändert.
[C-0028]
[Ausführungsbeispiel 13]
41 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzeptkonfiguration einer dreidimensionalen Anzeige gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das Bezugszeichen 2801 bezeichnet einen Beobachter, die Bezugszeichen 2802-2807 bezeichnen Halbspiegel, die Bezugszeichen 2808-2813 bezeichnen zweidimensionale Anzeigen, die Bezugszeichen 2714- 2719 bezeichnen Verschlüsse, und die Bezugszeichen 2720-2715 bezeichnen Strahlabschwächungsfilter.
Die dreidimensionale Anzeige dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der dreidimensionalen Anzeige des vorangehenden zwölften Ausführungsbeispiels darin, dass die Helligkeit jedes der auf den zweidimensionalen Anzeigen 2808-2813 angezeigten zweidimensionalen Bilder durch die an der Vorderseite der zweidimensionalen Anzeigen 2808-2813 angeordneten Strahlabschwächungsfilter 2720-2725 geändert wird.
Wenn zum Beispiel dreidimensionale Bilder an Positionen reproduziert werden, die in der Richtung der Tiefe verschoben sind, unter Verwendung der zweidimensionalen Anzeigen 2808-2810, die zweidimensionale Bilder auf einer vorderen Ebene anzeigen, und der zweidimensionalen Anzeigen 2811-2813, die zweidimensionale Bilder auf einer hinteren Bildebene anzeigen, kann die Helligkeit jeder zweidimensionalen Anzeige konstant festgelegt werden, und können daher die Strahlabschwächungsfilter 2720-2725 feste Pegel der Abschwächung verwenden.
[C-0029]
Wenn drei oder mehr dreidimensionale Bilder an Positionen reproduziert werden, die in der Richtung der Tiefe verschoben sind, können die Strahlabschwächungsfilter 2720-2725 ein Filter, der seine Lichtintensitätsabschwächung durch mechanische Rotation kontinuierlich ändert, ein Filter, der die Lichtintensität mittels Flüssigkristallen elektrisch abschwächt, eine Einrichtung mit Schlitzen, die sich ändernde Öffnungsbereiche haben und in der Richtung der Rotation angeordnet sind, und welche die Schlitze zum Ändern der Helligkeit mechanisch rotiert, und eine Einrichtung, welche die Öffnungszeit mittels einem ferroelektrischen Verschluss zum Ändern der Helligkeit ändert, sein.
Die Abschwächung der Strahlabschwächungsfilter 2720-2725 wird mit den von den zweidimensionalen Anzeigen 2808-2813 projizierten zweidimensionalen Bildern synchronisiert, um dreidimensionale Bilder zu produzieren.
[C-0030]
Die Erfindung wurde im Einzelnen in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
[C-0031]
Die Vorteile und Wirkungen, die durch die in dieser Spezifikation beschriebenen, darzustellenden Ausführungsbeispiele produziert werden, können kurz wie folgt zusammengefasst werden.
[C-0032]
Mit dieser Erfindung können eine Vielzahl von Objektes, welche unterschiedliche Tiefenpositionen haben und einander in der Blickrichtung eines Beobachters überlappen, durch dreidimensionale Bilder in einer Weise derart dargestellt werden, dass alle dreidimensionalen Bilder von dem Beobachter gesehen werden können, ohne durch die vorderen Bilder versteckt zu werden.
[D-0020]
[Ausführungsbeispiel 14]
Die dreidimensionale Anzeige gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert die Gesamttiefenposition des gesamten dreidimensionalen Objektes zwischen einer Vielzahl von Bildfokussierungsebenen.
42 zeigt die Konzeptkonfiguration der dreidimensionalen Anzeige des vierzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Diese dreidimensionale Anzeige beinhaltet eine zweidimensionale Anzeige 3100, eine Polarisationsänderungseinrichtung 3101, und ein bifokales optisches System des Polarisationstyps 3102.
Das Anzeigelicht eines auf der zweidimensionalen Anzeige 3100 angezeigten zweidimensionalen Bildes wird geteilt und auf zwei Bildfokussierungsebenen (in 42 die Bildfokussierungsebenen 3103 und 3104) des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps 3102 mit einem Helligkeitsverhältnis, das von einer Polarisierungsrichtung von Austrittslicht aus der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 abhängt, angezeigt.
Wenn die Polarisationsrichtung von Austrittslicht mit einer von intrinsischen Polarisationsrichtungen (gleichbedeutend mit zwei unabhängigen Polarisationsrichtungen P11 des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps 3102 übereinstimmt, wird das auf der zweidimensionalen Anzeige 3100 angezeigte zweidimensionale Bild auf zum Beispiel der Bildfokussierungsebene 3103 fokussiert. Wenn die Polarisationsrichtung des Austrittslichts die andere intrinsische Polarisationsrichtung P12 übereinstimmt, wird das auf der zweidimensionalen Anzeige 3100 angezeigte zweidimensionale Bild auf der Bildfokussierungsebene 3104 fokussiert.
Wenn die Polarisationsrichtung eine andere als diese beiden intrinsischen Polarisationsrichtungen (einschließlich einer linearen Polarisation, kreisförmigen Polarisation, elliptischen Polarisation, usw.) ist, werden die Helligkeitspegel der Bildfokussierungsebenen 3103 und 3104 in Übereinstimmung mit einem Verhältnis von Komponenten der Austrittslichts-Polarisationsrichtung wie auf die orthogonalen intrinsischen Polarisationsrichtungen projiziert, festgelegt.
[D-0021]
Unter den zweidimensionalen Anzeigen 3100 sind eine Kathodenstrahlröhrenanzeige, eine Flüssigkristallanzeige, eine LED-Anzeige, eine Plasma-Anzeige, eine FED-Anzeige, eine Anzeige des Projektionstyps, und eine Anzeige des Linienzeichnungstyps.
Ein Beispiel der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 beinhaltet eine Einrichtung, die Flüssigkristalle verwendet, und eine Einrichtung, die PLZT verwendet, welche eine Doppelbrechung aufweist und die Doppelbrechung mittels einem elektrischen Feld steuern kann. Diese Einrichtungen werden später beschrieben.
Ferner beinhaltet ein Beispiel des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps 3102 eine Einrichtung, die Flüssigkristalle verwendet, und eine Einrichtung, welche zwei optische Systeme mit Bildfokussierungsebenen aufweist, die zu denjenigen des Polarisationsstrahlteilers unterschiedlich sind, oder zwei optische Systeme mit Bildfokussierungsebenen, die zu denen des Strahlteilers und des Polarisators unterschiedlich sind. Diese Einrichtungen werden später beschrieben.
[D-0022]
Die grundlegende Arbeitsweise der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend erklärt.
In der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels, wie in 43 gezeigt ist, wird ein einem Beobachter 3105 zu präsentierendes dreidimensionales Objekt 3106 entlang der Blickrichtung beider Augen des Beobachters 3105 auf Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 projiziert, um zweidimensionale Bilder 3107 zu erzeugen, welche dann auf den zweidimensionalen Anzeigen 3100, die in 42 gezeigt sind, angezeigt werden.
Die zweidimensionalen Bilder 3107 können auf eine Vielzahl von Arten erzeugt werden, welche ein Verfahren, das zweidimensionale Bilder des dreidimensionalen Objektes 3106, die durch eine Kamera aus der Richtung der Blickrichtung aufgenommen wurden, verwendet; ein Verfahren, das eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern, die aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen wurden, zusammensetzt; oder ein Verfahren, das Zusammensetzungs- und Modellbildungs-Techniken basierend auf Computergrafik verwendet, beinhalten.
[D-0023]
Jedes Polarisationsänderungselement der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 hat Bezug zu einer oder mehr Gruppen von Pixeln auf der zweidimensionalen Anzeige 3100.
Zum Beispiel ist, wie in 44 gezeigt ist, ein Pixel 3110 der zweidimensionalen Anzeige 3100 auf ein Polarisationsänderungselement 3111 der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 bezogen. Oder es sind, wie in 45 gezeigt ist, eine Vielzahl von Pixeln 120 der zweidimensionalen Anzeige 3100 auf ein Polarisationsänderungselement 3121 der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 bezogen.
[D-0024]
Als Nächstes wird die Austrittslicht-Polarisationsrichtung des Polarisationsänderungselementes (zum Beispiel 3111 von 44 oder 3121 von 45) der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 in Übereinstimmung mit der Tiefenposition dieses Teils des dreidimensionalen Objektes 3106, welcher dem zugeordneten Pixel (zum Beispiel 3110 in 44) oder der zugeordneten Pixel (z.B. 3120 in 45) der zweidimensionalen Anzeige 3100 entspricht, geändert.
Dies bewirkt zweidimensionale Bilder mit Helligkeitspegeln, die der Austrittslicht-Polarisationsrichtung entspricht, die auf den Bildfokussierungsebenen 3103 und 3104 anzuzeigen sind.
Die positionelle Beziehung der Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 wird vorab unter Verwendung eines geeigneten optischen Systems so eingestellt, dass sich die Bilder auf den Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 in der Blickrichtung des Beobachters 3105 überlappen.
Das Überlappen der Bilder auf den Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 in der Blickrichtung des Beobachters 3105 kann dadurch realisiert werden, dass die Mitten oder die Schwerpunkte der zweidimensionalen Bilder 3107 in die Blickrichtung gelegt werden.
[D-0025]
Der wesentliche Punkt der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass durch Ändern der Austrittslicht-Polarisationsrichtung jedes Polarisationsänderungselementes der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 die Helligkeit jedes Teils der Bilder auf den Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 in Übereinstimmung mit der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 3106 geändert wird, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 3105 gesehen, konstant gehalten wird.
Ein beispielhaftes Verfahren des Änderns der Helligkeit wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 46 bis 49 erklärt.
Es wird angenommen, dass sich die Bildfokussierungsebene 3103 näher an den Beobachter 3105 als die Bildfokussierungsebene 3104 befindet, und dass die intrinsischen Polarisationsrichtungen des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps 3102 für die Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 mit p11 und p12 bezeichnet werden.
Wie in 46 gezeigt ist, wird dann, wenn die Austrittslicht-Polarisationsrichtung jedes Polarisationsänderungselementes der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 mit p11 zusammenfällt, die Helligkeit des Bildes auf der Bildfokussierungsebene 3103 gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 3106, und wird die Helligkeit des Bildes auf der Bildfokussierungsebene 3104 Null, so dass folglich das dreidimensionale Objekt 3106 auf der Bildfokussierungsebene 3103 positioniert dargestellt wird.
Als Nächstes verringert sich, wie in 47 gezeigt ist, wenn die Austrittslicht-Polarisationsrichtung jedes Polarisationsänderungselementes der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 gegenüber p11 geneigt wird, die Helligkeit des Bildes auf der Bildfokussierungsebene 3103 geringfügig gegen der von 46, und nimmt die Helligkeit des Bildes auf der Bildfokussierungsebene 3104 zu, so dass folglich das dreidimensionale Objekt 3106 dargestellt wird, das sich geringfügig von der Bildfokussierungsebene 3103 in Richtung der Bildfokussierungsebene 3104 bewegt hat.
[D-0026]
Ferner nimmt, wie in 48 gezeigt ist, wenn die Austrittslicht-Polarisationsrichtung jedes Polarisationsänderungselementes der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 weiter gegenüber der in 47 gezeigten geneigt wird, die Helligkeit des Bildes auf der Bildfokussierungsebene 3103 gegenüber der von 47 weiter ab, und nimmt die Helligkeit des Bildes auf der Bildfokussierungsebene 3104 weiter zu, so dass folglich eine Situation dargestellt wird, in der sich das dreidimensionale Objekt 3106 weiter von der Bildfokussierungsebene 3103 in Richtung zu der Bildfokussierungsebene wegbewegt hat.
Schließlich wird, wie in 49 gezeigt ist, wenn die Austrittslicht-Polarisationsrichtung jedes Polarisationsänderungselementes der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 mit p12 zusammenfällt, die Helligkeit des Bildes auf der Bildfo kussierungsebene 3104 gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 3106, und wird die Helligkeit des Bildes auf der Bildfokussierungsebene 3103 Null, so dass folglich eine Situation dargestellt wird, in der das dreidimensionale Objekt 3106 auf der Bildfokussierungsebene 3104 liegt.
[D-0027]
Mit dem vorstehenden Darstellungsverfahren nimmt der Beobachter 3105 das dreidimensionale Objekt 3106 aufgrund von physiologischen oder mentalen Faktoren des Beobachters oder aufgrund einer optischen Illusion als zwischen den Bildfokussierungsebenen 3103 und 3104 liegend wahr, obwohl die Bilder tatsächlich auf den Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 angezeigt werden.
Weil anders als die konventionelle dreidimensionale Anzeige die dreidimensionale Anzeige dieses Ausführungsbeispiels zumindest zwei Bildanzeigeebenen auf der nahen und der fernen Seite der optischen Illusionsposition hat, ist es möglich, Widersprüche zwischen der binokularen Parallaxe, der Konvergenz und der Fokussierung – das bei der konventionellen dreidimensionalen Anzeige auftretende Problem – zu unterdrücken, wovon wiederum zu erwarten ist, dass Augenbelastungen verringert werden.
Ferner hat, weil anders als bei der konventionellen dreidimensionalen Anzeige das dreidimensionale Objekt selbst an einer Zwischenposition zwischen den Bildebenen für den Beobachter dreidimensional erscheint, dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil dahingehend, dass es in der Lage ist, eine realistische dreidimensionale Bilddarstellung bereitzustellen, die nicht von der Art einer konventionellen Solidität sind, die durch Betrachten von blattweise geteilten Tiefen dargestellt wird.
Die dreidimensionale Anzeige dieses Ausführungsbeispiels hat darüber hinaus den Vorteil dahingehend, dass sie in der Lage ist, die Menge von Daten, die zur dreidimensionalen Darstellung erforderlich sind, signifikant zu reduzieren, weil sie selbst ein zwischen einer Vielzahl von Ebenen angeordnetes dreidimensionales Objekt darstellen kann.
[D-0028]
Weil die dreidimensionale Anzeige dieses Ausführungsbeispiels menschliche, physiologische oder mentale Faktoren oder eine optische Illusion basierend auf Änderung in der Bildhelligkeit nutzt, besteht ein Vorteil dahingehend, dass eine kohärente Lichtquelle, wie beispielsweise ein Laser, nicht erforderlich ist, und dass eine stereoskopische Farbbilddarstellung leicht realisiert werden kann.
Ferner hat, weil die dreidimensionale Anzeige dieses Ausführungsbeispiels keine mechanischen Antriebsteile beinhaltet, diese den Vorteil geringen Gewichts und verbesserter Zuverlässigkeit.
Ferner hat, weil die zweidimensionale Darstellung durch die zweidimensionale Anzeige 3100 und die tiefenweise Darstellung mittels der Polarisationsänderungseinrichtung 3101 erreicht wird, dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil einer einfachen Steuerung.
Ferner kann, weil die Auflösungen von Bildern unterschieden werden können, die Menge von Informationen verringert werden. Das heißt, dass dieses in Anbetracht des Umstandes, dass die Auflösungsanforderung für die Tiefenrichtung niedriger ist als die für die zweidimensionale Richtung, dieses ein wirkungsvolles Verfahren zum Verringerung der Auflösung in der Tiefenrichtung sein kann.
[D-0029]
In der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels ist die Größe der Einrichtung nicht durch die Position, den Abstand und die Größe der Bildfokussierungsebenen beschränkt.
Das heißt, es ist möglich, die Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 an der Vorderseite der dreidimensionalen Anzeige mittels einem optischen System als virtuelle Ebenen, oder auf der Rückseite mittels einem anderen optischen System anzuordnen.
Die Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 können durch ein optisches System in einem größeren Abstand als in diesem Ausführungsbeispiel voneinander beabstandet sein.
Ferner kann auch die Größe der erzeugten Bilder durch ein optisches System größer als in diesem Ausführungsbeispiel gemacht werden.
Somit hat dieses Ausführungsbeispiel verglichen mit einem Verfahren, in welchem Anzeigen tatsächlich angeordnet sind, den Vorteil dahingehend, dass es in der Lage ist, die Gesamtgröße der dreidimensionalen Anzeige zu verringern.
[D-0030]
Die vorstehende Beschreibung betrifft einen Fall, in dem die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder 3107 auf einer Vielzahl von Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 geändert werden, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter gesehen, konstant gehalten wird. Es ist eine in der Computergrafik übliche verwendete Technik, die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 3105 gesehen, in Richtung zu der fernen Seite progressiv zu reduzieren, um das Bild massiv aussehen zu lassen. Es ist offensichtlich, dass die Verwendung dieser Technik auch in diesem Ausführungsbeispiel die dreidimensionale Wirkung weiter steigern kann.
Das sequentielle Ändern der zweidimensionalen Bilder 3107 und der Polarisationsrichtung des Anzeigelichts der zweidimensionalen Bilder 3107 und Werfen desselben auf eine Vielzahl von Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 an unterschiedlichen Tiefenpositionen kann ein dreidimensionales Videobild erzeugen.
Während dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben hat, in dem das darzustellende dreidimensionale Objekt 3106 als zweidimensionale Bilder auf zwei Bildfokussierungsebenen 3103, 3104 angezeigt wird, ist es ersichtlich, dass ähnliche Wirkungen erwartet werden können, falls mehr als zwei Bildfokussierungsebenen verwendet werden.
Dieses Ausführungsbeispiel hat nur die grundlegende Konfiguration beschrieben, und es ist ersichtlich, dass die Abberation durch Hinzufügen von optischen Systemen verringert werden kann.
Ferner hat dieses Ausführungsbeispiel einen Fall beschrieben, in dem ein Beobachter 3105 sich an der vorderseitigen Mitte der dreidimensionalen Anzeige befindet. Falls sich der Beobachter 3105 an anderen Positionen befindet, ist es ersichtlich, dass ähnliche Wirkungen leicht durch Ändern oder Hinzufügen von optischen Systemen produziert werden können.
[D-0031]
[Ausführungsbeispiel 15]
Die dreidimensionale Anzeige gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel darin, dass die dreidimensionale Anzeige die Tiefe des dreidimensionalen Objektes selbst repräsentiert.
50 zeigt die Konzeptkonfiguration der dreidimensionalen Anzeige des fünfzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die dreidimensionale Anzeige beinhaltet, ebenso wie das vier zehnte Ausführungsbeispiel, eine zweidimensionale Anzeige 3200, eine Polarisationsänderungseinrichtung 3201, und ein bifokales optisches System des Polarisationstyps 3202.
In der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels wird ebenfalls das Anzeigelicht eines zweidimensionalen Bildes, das auf der zweidimensionalen Anzeige 3200 angezeigt wird, geteilt und auf zwei Bildfokussierungsebenen (in 50 die Bildfokussierungsebenen 3203 und 3204) des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps 3202 mit einem Helligkeitsverhältnis angezeigt, das von einer Polarisationsrichtung von Austrittslicht aus der Polarisationsänderungseinrichtung 3201 abhängt.
[D-0032]
Die grundlegende Arbeitsweise der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend wie folgt erklärt.
Zunächst werden die zweidimensionalen Bilder 3207 eines darzustellenden dreidimensionalen Objektes auf der zweidimensionalen Anzeige 3200 angezeigt.
Sodann ist, wie in den 44 und 45 gezeigt ist, jedes Polarisationsänderungselement der Polarisationsänderungseinrichtung 3201 auf ein oder mehr Pixel der zweidimensionalen Anzeige 3200 bezogen.
Als Nächstes wird die Austrittslicht-Polarisationsrichtung des bezogenen Polarisationsänderungselementes in Übereinstimmung mit der Tiefenposition dieses Teils des dreidimensionalen Objektes, welcher dem zugeordneten Pixel (beispielsweise 3110 in 44) oder den zugeordneten Pixeln (beispielsweise 3120 in 45) der zweidimensionalen Anzeige 3200 entspricht, geändert.
Dies bewirkt zweidimensionale Bilder mit Helligkeitspegeln, die der auf den Bildfokussierungsebenen 3203 und 3204 anzuzeigenden Austrittslicht-Polarisationsrichtungen entsprechen.
Die positionelle Beziehung der Bildfokussierungsebenen 3203, 3204 wird vorab unter Verwendung eines geeigneten optischen Systems so eingestellt, dass sich die Bilder auf den Bildfokussierungsebenen 3203, 3204 in der Blickrichtung des Beobachters 3205 überlappen.
[D-0033]
Der wesentliche Punkt der dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass durch Ändern der Austrittslicht-Polarisationsrichtung jedes Polarisationsänderungselementes der Polarisationsänderungseinrichtung 3201 die Helligkeit jedes Teils der Bilder auf den Bildfokussierungsebenen 3203, 3204 in Übereinstimmung mit der Tiefenposition jedes Teils des dreidimensionalen Objektes geändert wird, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 3205 gesehen, konstant gehalten wird.
Nachstehend wird ein beispielhaftes Verfahren des Änderns der Helligkeit unter Bezugnahme auf die 51A und 51B erklärt.
51A zeigt ein beispielhaftes Bild, das auf einer Bildfokussierungsebene nahe an dem Beobachter, zum Beispiel der beispielhaften Bildfokussierungsebene 3202 erzeugt ist, und 51B repräsentiert ein beispielhaftes Bild, das auf einer Bildfokussierungsebene entfernt von dem Beobachter, zum Beispiel der Bildfokussierungsebene 3204 erzeugt ist.
Wenn ein Kuchen, wie in den 51A und 51B gezeigt ist, als ein beispielhaftes Objekt herangezogen wird, sind die obere und die untere Oberfläche des Kuchens nahezu flach, mit Ausnahme der auf den Oberseiten eingesteckten Kerzen, ist die Seitenoberfläche rundförmig, und sind die Kerzen nahe des Umfangs der oberen Oberfläche des Kuchens angeordnet.
Wie in den 51A und 51B gezeigt ist, repräsentieren auf der oberen und der unteren Oberfläche die oberen Teile die entfernten Teile des Kuchens. Auf der Seitenoberfläche entspricht der mittlere Teil der Seitenoberfläche der nahen Seite des Kuchens, und wenn man sich ausgehend von der Mitte in Richtung nach links und nach rechts bewegt, verschiebt sich die Oberflächenposition in Richtung zu der fernen Seite. Und der mittlere Teil der versteckten Seitenoberfläche, welche höher als die vordere Seitenoberfläche gezeigt ist, befindet sich auf der fernen Seite.
In diesem Fall muss die Polarisationsrichtung jedes Teils unter Berücksichtigung der beiden intrinsischen Polarisationsrichtungen des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps 3202 so geändert werden, dass die Helligkeitspegel der Bildfokussierungsebenen 3203, 3204 sich wie folgt ändern werden.
[D-0034]
Zunächst wird die Helligkeit auf der oberen und der unteren Oberfläche in Übereinstimmung mit der Tiefenposition progressiv so geändert, dass, wie in 51A gezeigt ist, auf einer Bildfokussierungsebene 3203 nahe an dem Beobachter 3205 ein Abschnitt nahe an dem Beobachter 3205 (ein unterer Teil des zweidimensionalen Bildes 3207) einen höheren Helligkeitspegel hat, und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter (ein oberer Teil des zweidimensionalen Bildes 3207) einen niedrigeren Helligkeitspegel hat.
Ferner wird auf einer Bildfokussierungsebene 3204 entfernt von dem Beobachter 3205 die Helligkeit in Übereinstimmung mit der Tiefenposition progressiv so geändert, dass, wie in 51B gezeigt ist, ein Abschnitt nahe an dem Beobachter 3205 (ein unterer Teil des zweidimensionalen Bildes 3207) einen niedrigeren Helligkeitspegel hat, und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter (ein oberer Teil des zweidimensionalen Bildes 3207) einen höheren Helligkeitspegel hat.
Als Nächstes wird die Helligkeit des rundförmigen Abschnitts ebenfalls in Übereinstimmung mit seiner Tiefenposition progressiv so geändert, dass, auf einer Bildfokussierungsebene nahe an dem Beobachter 3205, ein Abschnitt nahe an dem Beobachter 3205 (um die Mitte liegend) einen höheren Helligkeitspegel hat, und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter (nahe an dem linken und dem rechten Ende) einen niedrigeren Helligkeitspegel hat, wie in 51A gezeigt ist.
Auf einer Bildfokussierungsebene 3204 entfernt von dem Beobachter 3205 wird die Helligkeit progressiv so geändert, dass, wie in 51B gezeigt ist, ein Abschnitt nahe an dem Beobachter 3205 (um die Mitte liegend) einen niedrigeren Helligkeitspegel hat, und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter (nahe an dem linken und dem rechten Ende) einen höheren Helligkeitspegel hat.
In den 51A und 51B ist der Helligkeitspegel, der dargestellt ist, umso höher, je dunkler das Bild schattiert ist.
Mit dem vorstehenden Darstellungsverfahren nimmt der Beobachter 3205 aufgrund von physiologischen oder mentalen Faktoren des Beobachters oder aufgrund einer optischen Illusion derart wahr, als wäre ein rundförmiger Kuchen mit einer nahezu flachen oberen und unteren Oberfläche vorhanden, obwohl das, was dem Beobachter tatsächlich gezeigt wird, zweidimensionale Bilder sind.
Mit dieser dreidimensionalen Anzeige dieses Ausführungsbeispiels ist es möglich, ein dreidimensionales Objekt mit einer kontinuierlichen Tiefe leicht darzustellen.
[D-0035]
[Ausführungsbeispiel 16]
Nachstehend wird ein bifokales optisches System des Polarisationstyps erklärt, das in den dreidimensionalen Anzeigen der vorstehenden Ausführungsbeispiele verwendet werden kann.
52 zeigt Beispiele des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps, das in den dreidimensionalen Anzeigen der vorangehenden Ausführungsbeispiele verwendet werden kann.
Die bifokalen optischen Systeme des Polarisationstyps, die in 52 durch Bezugszeichen 3310-3313 repräsentiert sind, haben jedes eine Festfokuslinse bzw. ein Festbrennweitenobjektiv 3301 und einen doppelbrechenden Bereich 3302.
Die Festfokuslinse 3301 ist zum Beispiel durch eine konvexe Linse aus Glas oder Kunststoff wie in einem bifokalen optischen System des Polarisationstyps 3313 gezeigt; eine konkave Linse aus Glas oder Kunststoff wie in einem bifokalen optischen System des Polarisationstyps 3302 gezeigt; oder ein Linsensystem, das eine konvexe Linse, eine konkave Linse und ein Prisma aus Glas oder Kunststoff kombiniert, oder ein Spiegelsystem, das eine konvexe Linse, eine konkave Linse und ein Prisma kombiniert, wie in bifokalen optischen Systemen des Polarisationstyps 3310 bzw. 3311 gezeigt, ausgebildet.
Der doppelbrechende Bereich 3302 ist zum Beispiel aus einem Medium von Flüssigkristallen oder PLZT, das eine Doppelbrechung hat, erzeugt.
[D-0036]
Hierbei wird angenommen, dass der Brechungsindex der Festfokuslinse 3301 n1 ist, dass die intrinsischen Polarisationsrichtungen in den doppelbrechenden Bereich 3302 p21 und p22 sind, und dass die Brechungsindizes in diesen Polarisationsrichtungen n21 und n22 sind.
Wenn zum Beispiel Licht aus dem doppelbrechenden Bereich 3302 eintritt, wird das einfallende Licht in polarisierte Licht strahlen mit Polarisationsrichtungen von p21 und p22 in Übereinstimmung mit dem Polarisationszustand geteilt. Die polarisierten Strahlen breiten sich in Übereinstimmung mit den Brechungsindizes n21, n22, die sie erfahren, aus, und kontaktieren die Festfokuslinse 3301 des Brechungsindexes von n1.
Wie in 53 gezeigt ist, erzeugen die beiden polarisierten Lichtstrahlen, welche geteilt bleiben, wenn sie austreten, Bilder an unterschiedlichen Positionen in Übereinstimmung mit dem Unterschied im Brechungsindex. Das heißt, dieses optische System arbeitet als ein bifokales optisches System, das Lichtstrahlen in Übereinstimmung mit den Polarisationsrichtungen teilt.
Demgegenüber wird dann, wenn Licht von der Seite der Festfokuslinse 3301 ausgehend eintritt, das Licht in Übereinstimmung mit den Brechungsindizes geteilt, die den intrinsischen Polarisationsrichtungen zugeordnet sind, und erzeugt Bilder auf zwei unterschiedlichen Bildfokussierungsebenen.
[D-0037]
Wie in 52 gezeigt ist, kann dann, wenn der doppelbrechende Bereich 3302 aus Flüssigkristallen besteht, die Hinzufügung einer Ausrichtungsschicht 3303 eine gleichförmige In-Ebenen-Aufteilung des von der Seite des doppelbrechenden Bereichs 3302 aus eintretenden Lichts gewährleisten.
Auch dann, wenn die Ausrichtungsschicht 3303 nur auf einer der doppelbrechenden Bereiche 3302 bereitgestellt ist, wird das einfallende Licht durch seine eigene optische Aktivität aufgrund der Ausrichtung des doppelbrechenden Mediums verdreht. Aufgrund der Brechungsindizes, die die geteilten Lichtstrahlen erfahren, sich nicht ändern, wird die vorstehende Wirkung auch ohne Problem erzeugt werden.
Ein Bereitstellen einer Ausrichtungsschicht auch auf der Seite eines Übergangs zu der Festfokuslinse 3301 ist wirkungs voll, wenn Licht ausgehend von der Seite der Festfokuslinse 3301 eingeworfen wird, oder wenn derartige ausrichtungsabhängige optische Systeme in Serie verbunden sind.
[D-0038]
In den bifokalen optischen Systemen des Polarisationstyps, die in den 52 und 53 gezeigt sind, ist es auch dann, wenn die Festfokuslinse 3301 nicht bereitgestellt ist, offensichtlich, dass wenn eine oder beide Seiten des doppelbrechenden Bereichs 3302 in Form einer Linse oder eines Prismas ausgebildet sind, wie in 54 gezeigt ist, Wirkungen ähnlich zu den in den 52 und 53 gezeigten produziert werden können.
Flüssigkristalle sind als ein doppelbrechendes Medium aufgrund ihrer großen Brechungsanisotropie nützlich. Anwendbare Arten von Flüssigkristallen beinhalten normale nematische Flüssigkristalle, Polymer-verteilte Flüssigkristalle, holographische Polymer-verteilte Flüssigkristalle, Polymer-Flüssigkristalle, smektische Flüssigkristalle, ferroelektrische Flüssigkristalle, und Polymer-stabilisierte ferroelektrische Flüssigkristalle.
Ferner ist es offensichtlich, dass eine Doppelbrechung auch mit anderen Polymer-Materialien als Flüssigkristallen durch Ausrichten der Hauptachsen der Polymer-Materialien während der Ausbildung erhalten werden kann.
[D-0039]
[Ausführungsbeispiel 17]
55 zeigt andere Beispiele des bifokalen optischen Systems des Polarisationstyps, die in den dreidimensionalen Anzeigen der vorangehenden Ausführungsbeispiele verwendet werden können.
Das in 55 gezeigte bifokale optische System des Polarisationstyps umfasst: Einen Polarisationsstrahlteiler 3401 zum Aufteilen eines Strahls auf der Eintrittsseite; zwei optische Systeme 3402, 3403 mit unterschiedlichen Brennweiten; einen Polarisationsstrahlteiler 3404 zum Zusammenfügen bzw. Synthetisieren auf der Ausgangsseite; und Ebenenspiegel 3405, 3406 zum Beugen eines Lichtpfads.
Die beiden optischen Systeme 3402, 3403 sind zum Beispiel durch konvexe Linsen, konkave Linsen, Prismen, konvexe/konkave Spiegel oder ebene Spiegel oder eine Kombination derselben ausgebildet.
In dem bifokalen optischen System des Polarisationstyps, das in 55 gezeigt ist, wird einfallendes Licht durch den Polarisationsstrahlteiler 3401 in zwei intrinsische polarisierte Strahlen p41, p42 mit einem Helligkeitsverhältnis aufgeteilt, das ihren Polarisationsrichtungen entspricht, und dann den optischen Systemen 3402, 3403 zugeführt.
Die optischen Systeme 3402, 3403 haben unterschiedliche Brennweiten, so dass folglich die einfallenden polarisierten Strahlen p41, p42 unterschiedliche Bilderzeugungsentfernungen haben.
Daher erzeugen, wenn beide der polarisierten Strahlen p41, p42 durch den Polarisationsstrahlteiler 3404 zusammengefügt werden, die beiden intrinsischen polarisierten Strahlen p41, p42 Bilder auf unterschiedlichen Bildfokussierungsebenen 3407, 3408.
Auf diese Art und Weise kann das in 55 gezeigte optische System ein bifokales optisches System des Polarisationstyps bilden, das Licht mit einem Helligkeitsverhältnis aufteilen kann, das den Polarisationsrichtungen entspricht.
Hierbei ist es offensichtlich, dass ähnliche Wirkungen produziert werden können, falls ein die in 56 gezeigte Konfi guration beinhaltendes optisches System anstelle des Polarisationsstrahlteilers 3401 verwendet wird.
Das heißt, die Konfiguration von 56 beinhaltet Polarisationsplatten 3411, 3412, deren Polarisationsrichtungen senkrecht zu denen des Strahlteilers 3410 (z.B. ein halbtransparenter Spiegel und ein halbtransparentes Prisma) sind. Diese Konfiguration stellt ähnliche Wirkungen bereit.
Es ist ebenfalls möglich, ein optisches System mit der in 56 gezeigten Konfiguration anstelle des Polarisationsstrahlteilers 3404 zu verwenden.
[D-0040]
[Ausführungsbeispiel 18]
Nachstehend wird die Polarisationsänderungseinrichtung, die in den dreidimensionalen Anzeigen der vorangehenden Ausführungsbeispiele verwendet werden kann, erklärt werden.
Ein gut bekanntes Beispiel einer Einrichtung, die die Polarisationsrichtung von einfallendem Licht ändern kann, wie es die in den dreidimensionalen Anzeigen der vorangehenden Ausführungsbeispiele verwendeten Polarisationsänderungseinrichtungen tun, ist eine Einrichtung, die ein Medium (z.B. Flüssigkristalle und PLZT) verwendet, das in der Lage ist, eine Doppelbrechung mittels einem elektrischen Feld und einer Spannung zu ändern.
Viele Arten von Flüssigkristalle verwendenden Einrichtungen sind in "Liquid Crystals, Basics" und "Liquid Crystals, Applications" (von Okano und Kobayashi, veröffentlicht durch Baifukan) beschrieben.
Hauptbeispiele werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 57 bis 63A und 62B erklärt.
57 zeigt die Konzeptkonfiguration einer Polarisationsänderungseinrichtung des Twisted-Nematic-Typs, die in den dreidimensionalen Anzeigen der vorangehenden Ausführungsbeispiele verwendet werden kann.
Die in 57 gezeigte Polarisationsänderungseinrichtung des Twisted-Nematic-Typs beinhaltet eine transparente leitende Schicht (transparente Elektrode) 3501, eine Ausrichtungsschicht 3502, eine nematische Flüssigkristallregion 3503, eine Ausrichtungsschicht 3504, und eine transparente leitende Schicht (transparente Elektrode) 3505.
Es ist üblich, dass die Orientierungsrichtungen der Ausrichtungsschichten 3502 und 3504 senkrecht zueinander festgelegt sind, und dass ein chirales bzw. optisch aktives Material hinzugefügt ist, so dass die Flüssigkristallmoleküle verdreht werden oder eine Spirale in derselben Richtung beschreiben.
[D-0041]
Wie durch das Bezugszeichen 3510 in 58 angegeben ist, rotieren dann, wenn keine Spannung zwischen die transparenten leitenden Filme 3501 und 3505 angelegt ist, die Kristallmoleküle um 90 Grad, um eine Spirale durch die Orientierungsbeschränkungskraft der Ausrichtungsschichten 3502, 3504 und die Wirkung des optisch aktiven Materials zu beschreiben.
Das linear polarisierte einfallende Licht hat daher seine Polarisationsrichtung durch die optische Aktivität der Flüssigkristalle um nahezu 90 Grad gedreht (eine der Eigenschaften des doppelbrechenden Materials), bevor es die Flüssigkristalle verlässt.
[D0042]
Wenn eine Spannung V5, die ausreichend höher ist als die Schwellenspannung, zwischen die transparenten leitenden Filme 3501 und 3505 angelegt wird, werden die Flüssigkristallmole küle in der Spannungsanlegerichtung ausgerichtet, wie durch das Bezugszeichen 3511 angegeben ist.
Daher tritt das einfallende Licht nahezu ohne Ändern der Polarisationsrichtung aus.
Wenn die zwischen die transparenten leitenden Filme 3501 und 3505 angelegte Spannung V5 oder niedriger ist, wird eine kontinuierliche Änderung in der Polarisationsrichtung in Übereinstimmung mit der angelegten Spannung erhalten.
Auf diese Art und Weise kann die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts durch die zwischen die transparenten leitenden Filme 3501 und 3505 angelegte Spannung geändert werden.
Ferner ist es ebenfalls eine gut gekannte Praxis, diese Bestandteil-bildenden Elemente in einer Matrix anzuordnen und sie unter Verwendung aktiver Ansteuerelemente anzusteuern.
[D-0043]
59 zeigt die Konzeptkonfiguration einer Polarisationsänderungseinrichtung des In-Ebenen-Typs, die in den zweidimensionalen Anzeigen der vorangehenden Ausführungsbeispiele verwendet werden kann.
Die Polarisationsänderungseinrichtung des In-Ebenen-Typs beinhaltet einen transparenten leitenden Film (transparente Elektrode) 3601, eine Ausrichtungsschicht 3602, eine nematische Flüssigkristallregion 3603, eine Ausrichtungsschicht 3604, und einen transparenten leitenden Film (transparente Elektrode) 3605.
Hierbei sind die Orientierungsrichtungen der Ausrichtungsschicht 3602 und der Ausrichtungsschicht 3604 parallel, und liegen die transparenten leitenden Filme 3601 und 3605 in derselben Ebene.
Wie durch das Bezugszeichen 3620 in 60 gezeigt ist, sind dann, wenn keine Spannung zwischen die transparenten leitenden Filme 3601, 3605 angelegt ist, die Flüssigkristallmoleküle in der Orientierungsrichtung durch die Orientierungsbeschränkungskraft der Ausrichtungsschichten 3602, 3604 ausgerichtet.
Wenn, wie durch das Bezugszeichen 3621 in 60 gezeigt ist, eine Spannung V6 ausreichend höher als die Schwellenspannung zwischen die transparenten leitenden Filme 3601 und 3605 angelegt ist, sind die Flüssigkristallmoleküle in der Richtung der Spannungsanlegung ausgerichtet.
Weil die Richtung, in welcher die Flüssigkristallmoleküle mit der Doppelbrechung ausgerichtet sind, auf diese Art und Weise geändert wird, kann der Polarisationszustand des Austrittslichts geändert werden.
Ferner wird, wenn die zwischen die transparenten leitenden Filme 3601 und 3605 angelegte Spannung V6 oder niedriger ist, eine kontinuierliche Änderung in der Polarisationsrichtung in Übereinstimmung mit der angelegten Spannung erhalten.
Es ist ebenfalls eine gut bekannte Praxis, diese Bestandteilbildenden Elemente in einer Matrix anzuordnen und diese unter Verwendung aktiver Ansteuerelemente anzusteuern.
61 zeigt die Konzeptkonfiguration einer Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs, die in den dreidimensionalen Anzeigen der vorangehenden Elemente verwendet werden kann.
Die in 61 gezeigte Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs beinhaltet einen transparenten leitenden Film (transparente Elektrode) 3611, eine Ausrichtungsschicht 3612, eine Flüssigkristall (z.B. nematische Flüssigkristall)-Region 3613, eine Ausrichtungsschicht 3614, und einen transparenten leitenden Film (transparente Elektrode) 3615.
In der in 61 gezeigten Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs, sind, weil homogen ausgerichtete Flüssigkristalle verwendet werden, die Orientierungsrichtungen der Ausrichtungsschichten 3612 und 3614 gleich (parallel) festgelegt.
Ferner wird in der in 61 gezeigten Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs Licht eingeführt, dessen Polarisationsrichtung gegenüber der Orientierungsrichtung der Ausrichtungsschicht abweicht.
Zum Beispiel ist, wie in 62A gezeigt ist, dann, wenn einfallendes Licht linear polarisiert ist, seine Polarisationsrichtung in Richtung einer Zwischenrichtung zwischen 0 und 90° (zum Beispiel 45°) verschoben, wenn das Licht in die in 61 gezeigte Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs geworfen wird.
Ferner wird, wie in den 62B und 62C gezeigt ist, einfallendes Licht, welches kreisförmig polarisiert oder elliptisch polarisiert ist, in die in 61 gezeigte Polarisationsänderungseinrichtung des homogenen Typs eingeleitet.
Wenn wie in 63B gezeigt ist, eine Spannung V7 ausreichend höher als die Schwellenspannung zwischen die transparenten leitenden Filme 3611 und 3615 angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle in der Richtung der Spannungsanlegung ausgerichtet.
Daher tritt das einfallende Licht nahezu ohne Änderung der Polarisationsrichtung aus.
Wenn andererseits keine Spannung zwischen die transparenten leitenden Filme 3611 und 3615 angelegt wird, wie in 63A gezeigt ist, werden die Flüssigkristallmoleküle in der Orientierungsrichtung durch die Orientierungsbeschränkungskraft der Ausrichtungsschichten 3612, 3614 ausgerichtet, und eben falls parallel zu den Ausrichtungsschichten 3612, 3614 ausgerichtet.
Daher tritt das einfallende Licht mit seiner durch die Doppelbrechung der Flüssigkristalle geänderten Polarisationsrichtung aus.
Ferner wird, wenn die zwischen die transparenten leitenden Filme 3611 und 3615 angelegte Spannung V7 oder niedriger ist, eine kontinuierliche Änderung in der Polarisationsrichtung in Übereinstimmung mit der angelegten Spannung erhalten.
Auf diese Art und Weise kann die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts durch die zwischen die transparenten leitenden Filme 3611 und 3615 angelegte Spannung geändert werden.
Ferner ist es ebenfalls eine gut bekannte Praxis, diese Bestandteil-bildenden Elemente in einer Matrix anzuordnen und sie unter Verwendung von aktiven Ansteuerelementen anzusteuern.
Es gibt offensichtlich eine Vielzahl von Vorrichtungen, die andere Flüssigkristalle als nematische Flüssigkristalle verwenden können, wie beispielsweise ferroelektrische Flüssigkristalle, Polymer-verteilte Flüssigkristalle und Polymer-Flüssigkristalle, und ähnliche Wirkungen produzieren können.
Obwohl die Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, wird angemerkt, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
[D-0044]
Die repräsentativen Vorteile dieser Erfindung können kurz wie folgt zusammengefasst werden.
Widersprüche zwischen physiologischen Faktoren, die der Stereoskopie zugeordnet sind, können minimiert werden; die erforderliche Menge von Informationen kann verringert werden; und elektrisch neu schreibbare, dreidimensionale Videos können reproduziert werden.
[E-0007]
[Ausführungsbeispiel 19]
In den folgenden Beispielen wird ein Wort "Ebene", auf welche ein Bild zu legen ist, verwendet. Dies ist hinsichtlich der Bedeutung ähnlich zu einer Bildeben, die in der Optik häufig verwendet wird. Mittel zum Realisieren einer solchen Bildebene können offensichtlich durch Kombinieren vieler optischer Einrichtungen realisiert werden, welche eine Vielzahl von optischen Elementen (z.B. eine Linse, einen total reflektierenden Spiegel, einen teilweise reflektierenden Spiegel, einen gekrümmten Spiegel, ein Prisma, einen Polarisator und einen Wellenlängenplatte) und zweidimensionalen Anzeigen (z.B. eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige, eine LED-Anzeige, eine Plasma-Anzeige, eine FED-Anzeige, eine DMD-Anzeige, eine Anzeige des Projektionstyps und eine Anzeige des Linienzeichnungstyps) beinhalten.
Die folgenden Beispiele betreffen einen Fall, in dem ein darzustellendes dreidimensionales Objekt als zweidimensionale Bilder auf hauptsächlich zwei Ebenen angezeigt wird. Falls die Anzahl von Ebenen auf mehr als zwei erhöht wird, kann offensichtlich eine ähnliche Wirkung erwartet werden.
64 zeigt das Prinzip einer kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß einem neunzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In diesem Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Ebenen 4101, 4102 vor einem Beobachter 4100 aufgestellt (wobei die Ebene 4101 näher an dem Beobachter 4100 platziert ist als die Ebene 4102 zum Beispiel). Um eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern auf diesen Ebenen anzuzeigen, ist ein optisches System 4103 unter Verwendung von zweidimensionalen Anzeigen und einer Vielzahl von optischen Elementen aufgebaut. (Einzelheiten werden in dem zwanzigsten und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben werden.)
Beispielhafte zweidimensionale Anzeigen beinhalten eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige, eine LED-Anzeige, eine Plasma-Anzeige, eine FED-Anzeige, eine DMD-Anzeige, eine Anzeige des Projektionstyps und eine Anzeige des Linienzeichnungstyps. Beispielhafte optische Elemente beinhalten eine Linse, einen total reflektierenden Spiegel, einen teilweise reflektierenden Spiegel, einen gekrümmten Spiegel, ein Prisma, einen Polarisator, und eine Wellenlängenplatte.
Der Beobachter 4100 trägt eine Fixiereinrichtung 4110, um relative Positionen einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern, die auf den Ebenen 4101, 4102 angezeigt werden, in Bezug auf das linke und das rechte Auge des Beobachters 4100 zu fixieren.
[E-0008]
Als Nächstes wird, wie in 65 gezeigt ist, ein den Beobachter 4100 zu präsentierendes dreidimensionales Objekt auf die Ebenen 4101, 4102 wie von einem Punkt auf einer Linie, die das linke und das rechte Auge des Beobachters 4100 verbindet, aus gesehen projiziert, um zweidimensionale Bilder 4105, 4106 zu erzeugen.
Die zweidimensionalen Bilder können auf eine Vielzahl von Weisen erzeugt werden, welche eine Technik, die das Objekt 4104 mittels einer Kamera von dem einen, vorstehend beschriebenen Punkt aus fotografiert; eine Technik, die eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern zusammenfügt, die aus unterschiedlichen Richtungen fotografiert wurden; oder Zusammenfügungs- und Modellbildungs-Techniken basierend auf Computergrafik beinhalten.
Die zweidimensionalen Bilder 4105, 4106 werden auf den Ebenen 4101, 4102 wie in 64 gezeigt so angezeigt, dass sie einander wie von dem einen Punkt aus gesehen, überlappen.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Mitten oder die Schwerpunkte der zweidimensionalen Bilder 4105, 4106 in die Blickrichtung gelegt werden.
[E-0009]
Der wichtige Punkt dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass auf der Vorrichtung mit der vorstehenden Konfiguration die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder in Übereinstimmung mit der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 4104 geändert werden, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 4100 gesehen konstant gehalten wird (d.h. auf eine Weise derart, dass die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 4100 gesehen gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 4104 ist).
Nachstehend wird ein beispielhaftes Verfahren des Änderns des Helligkeitspegels beschrieben.
Die 66 bis 69 sind Schwarz-Weiß-Darstellungen, und aus Gründen der Einfachheit sind Teile mit höheren Helligkeitspegeln dunkler schattiert.
Wenn zum Beispiel das dreidimensionale Objekt 4104 an einer Tiefenposition entsprechend zu der Position auf der Ebene 4101 angezeigt wird, wird die Helligkeit eines zweidimensionalen Bildes 4105 auf der Ebene 4102 gleich der des dreidimensionalen Objektes 4104 festgelegt, und wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4106 auf der Ebene 4102 auf Null festgelegt, wie in 66 gezeigt ist.
Als Nächstes wird dann, wenn sich das dreidimensionale Objekt 4104 geringfügig von dem Beobachter 4100 wegbewegt und an einer Tiefenposition geringfügig entfernt von der Ebene 4101 und näher an der Ebene 4102 gezeigt wird, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4105 geringfügig gesenkt, und wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4106 geringfügig angehoben, wie in 67 gezeigt ist.
Ferner wird, wenn sich das dreidimensionale Objekt 4104 weiter von dem Beobachter 4100 wegbewegt und an einer Tiefenposition weiter entfernt von der Ebene 4101 und näher an der Ebene 4102 gezeigt wird, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4105 weiter gesenkt, und wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4106 weiter angehoben.
Schließlich wird, wenn das dreidimensionale Objekt 4104 an einer Tiefenposition entsprechend zu der Position der Ebene 4102 gezeigt wird, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4106 auf der Ebene 4102 gleich der des dreidimensionalen Objektes 4104 festgelegt, und wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4105 auf der Ebene 4101 auf Null festgelegt, wie in 69 zum Beispiel gezeigt ist.
Das Anzeigen des Objektes auf diese Art und Weise ermöglicht es dem Beobachter 4100, aufgrund von physiologischen oder mentalen Faktoren des Beobachters oder aufgrund einer optischen Illusion so zu empfinden, als ob sich das dreidimensionale Objekt 4104 zwischen den Ebenen 4101 und 4102 befindet, obwohl das, was dem Beobachter tatsächlich gezeigt wird, die zweidimensionalen Bilder 4105, 4106 sind.
Das heißt, dass, wenn zum Beispiel die zweidimensionalen Bilder 4105, 4106 mit nahezu gleicher Helligkeit auf den Ebenen 4101 und 4102 angezeigt wird, das dreidimensionale Objekt 4104 aussieht, als ob es nahe an einem mittleren Punkt zwischen den Tiefenpositionen der Ebenen 4101, 4102 liegt.
[E-0010]
Insbesondere wird, wenn ein Punkt zwischen dem linken und dem rechten Auge als ein Betrachtungspunkt auf einer das linke und das rechte Auge des Beobachters 4100 verbindenden Linie verwendet wird, die Zuverlässigkeit zum Produzieren dieser Wirkung erhöht (oder einfach gesagt, dieser gleiche Effekt kann für eine große Anzahl von Menschen oder die meiste Zeit produziert werden).
Ferner besteht dann, wenn eine Mittenposition zwischen dem linken und dem rechten Auge des Beobachters 4100 als der Betrachtungspunkt verwendet wird, ein Vorteil dahingehend, dass dieselbe Wirkung leichter produziert werden kann, und dass die Größe eines aus den Ebenen 4101, 4102 für beide Augen produzierten Doppelbildes verringert werden kann.
[E-0011]
Die vorstehende Beschreibung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, in welcher die Gesamttiefenposition des dreidimensionalen Objektes 4104 durch Verwenden von zweidimensionalen Bildern auf den Ebenen 4101 und 4102 dargestellt wird. Dieses Ausführungsbeispiel kann offensichtlich ebenfalls als ein Verfahren und eine Vorrichtung angewendet werden, die die Tiefe des dreidimensionalen Objektes selbst darstellt.
In diesem Fall muss der Helligkeitspegel jedes Teils der zweidimensionalen Bilder 4105, 4106 in Übereinstimmung mit der Tiefenposition jedes entsprechenden Teils des dreidimensionalen Objektes 4104 geändert werden, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 4100 gesehen konstant gehalten wird (d.h., auf eine Art und Weise derart, dass die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 4100 gesehen, gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 4104 ist).
Zum Beispiel wird die Helligkeit des auf der Ebene 4101 nahe an dem Beobachter 4100 angezeigten zweidimensionalen Bildes 4105 progressiv in Übereinstimmung mit der Tiefenposition des entsprechenden Teils des Objektes so geändert, dass ein Abschnitt nahe an dem Beobachter 4100 einen höheren Helligkeitspegel hat und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter einen niedrigeren Helligkeitspegel hat.
Die Helligkeit des auf der Ebene 4102 entfernt von dem Beobachter 4100 angezeigten zweidimensionalen Bildes wird progressiv in Übereinstimmung mit der Tiefenposition des entsprechenden Teils des Objektes so geändert, dass ein Abschnitt nahe an dem Beobachter einen niedrigeren Helligkeitspegel hat und ein Abschnitt entfernt von dem Beobachter einen höheren Helligkeitspegel hat.
Das Anzeigen des Objektes auf diese Art und Weise ermöglicht es dem Beobachter 4100, aufgrund von physiologischen oder mentalen Faktoren des Beobachters oder aufgrund einer optischen Illusion so zu empfinden, als ob das dargestellte Objekt einen massiven Körper mit einer gewissen Tiefe hat, obwohl das, was dem Beobachter tatsächlich gezeigt wird, zweidimensionale Bilder sind.
[E-0012]
Anders als die konventionelle Vorrichtung (planare Anzeige) hat dieses Ausführungsbeispiel zumindest zwei Bildanzeigeebenen auf der nahen und der entfernten Seite der Position der optischen Illusion, so dass Widersprüche zwischen der binokularen Parallaxe, der Konvergenz und der Fokussierung – dem bei der konventionellen Vorrichtung auftretenden Problem – signifikant unterdrückt werden kann, wodurch wiederum erwartet wird, dass Augenbelastungen verringert werden.
Was die Fokussierung anbelangt, fällt, weil der Beobachter 4100 zwei oder mehr Ebenen gleichzeitig sieht, der Fokuspunkt mit der Position der optischen Illusion zusammen, an der beide der Bilder mit minimaler Unschärfe gesehen werden können.
Ferner besteht, weil dieses Ausführungsbeispiel ebenfalls ein dreidimensionales Objekt 4104 darstellen kann, das zwischen einer Vielzahl von Ebenen existiert, ein Vorteil dahingehend, dass die Menge von Daten, die für eine dreidimensionale Darstellung erforderlich ist, wesentlich verringert werden kann.
Ferner hat, weil die Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels von dem Beobachter 4100 fest getragen wird, dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil dahingehend, dass es in der Lage ist, zweidimensionale Bilder in Übereinstimmung mit der Bewegung des Beobachters 4100 oder von Augen leicht anzuzeigen.
Obwohl die Kopfseitig angebrachte Anzeige grundlegend eine Anzeige ist, die an dem Kopf des Trägers befestigt ist, kann die Erfindung offensichtlich auch auf eine Vorrichtung angewandt werden, die nicht auf dem Kopf angebracht ist, solange die Vorrichtung so aufgebaut ist, dass die positionelle Beziehung zwischen den Augen des Beobachters und der Ebene nicht geändert wird.
Ferner erfordert, weil dieses Ausführungsbeispiel Gebrauch von menschlichen, physiologischen oder mentalen Faktoren oder einer optischen Illusion basierend nur auf Helligkeitsänderungen von zweidimensionalen Bildern macht, das Ausführungsbeispiel nicht die Verwendung einer kohärenten Lichtquelle, wie beispielsweise eines Lasers, und erleichtert die Darstellung von stereoskopischen Farbbildern.
Ferner kann, da dieses Ausführungsbeispiel keinen mechanischen Antriebsteile beinhaltet, dieses geeignet das Gewicht der Vorrichtung verringern und deren Zuverlässigkeit verbessern.
Dieses Ausführungsbeispiel betrifft hauptsächlich einen Fall, in dem nur zwei Ebenen zum Anzeigen von zweidimensionalen Bildern vorhanden sind, und in dem ein für den Beobachter 4100 darzustellendes dreidimensionales Objekt zwischen den beiden Ebenen liegt. Es ist jedoch ersichtlich, dass eine ähnliche Konfiguration verwendet werden kann, falls mehr Ebenen vorhanden sind oder das darzustellende dreidimensionale Objekt 4104 sich an einer unterschiedlichen Position befindet.
[E-0013]
Dieses Ausführungsbeispiel kann offensichtlich ein Video so anzeigen, dass ein Beobachter die Bewegung eines Objektes in der horizontalen und der vertikalen Richtung sehen kann, solange die zweidimensionalen Anzeigen mit dem Video kompatible Anzeigegeschwindigkeiten haben. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass die Bewegung eines Objektes in der Tiefenrichtung ebenfalls dem Beobachter durch Ändern der Helligkeit einer Vielzahl von Ebenen für jedes Vollbild präsentiert werden kann.
In diesem Fall wird die Helligkeit jedes Teils der zweidimensionalen Bilder 4105, 4106 in Übereinstimmung mit einer zeitlichen Änderung der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 4104 geändert, während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 4100 gesehen konstant gehalten wird (d.h. auf eine Art und Weise derart, dass die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 4100 gesehen, gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 4104 ist).
Das heißt, wenn zum Beispiel das dreidimensionale Objekt 4104 auf der Ebene 4101 liegt, wird die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4105 auf der Ebene 4101 gleich der des dreidimensionalen Objektes 4104 festgelegt, und wird die Hellig keit des zweidimensionalen Bildes 4106 auf der Ebene 4102 auf Null festgelegt.
[E-0014]
Als Nächstes wird dann, wenn sich das dreidimensionale Objekt 4104 progressiv geringfügig weg von dem Beobachter 4100 bewegt und von der Ebene 4101 in Richtung der Ebene 4102 über die Zeit übergeht, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4105 über die Zeit in Übereinstimmung mit der Bewegung des dreidimensionalen Objektes 4104 in der Tiefenrichtung geringfügig gesenkt, und wird gleichzeitig die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4106 über die Zeit geringfügig angehoben.
Als Nächstes wird dann, wenn sich das dreidimensionale Objekt 4104 weiter von dem Beobachter 4100 wegbewegt und aus der Ebene 4101 weiter in Richtung der Ebene 4102 über die Zeit übergeht, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4105 über die Zeit weiter gesenkt, in Übereinstimmung mit der Bewegung des dreidimensionalen Objektes 4104 in der Tiefenrichtung, und wird gleichzeitig die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4105 über die Zeit weiter angehoben.
Als Nächstes wird dann, wenn das dreidimensionale Objekt 4104 schließlich über die Zeit die Ebene 4102 erreicht, die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4106 auf der Ebene 4102 über die Zeit geändert, bis sie gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 4104 wird, in Übereinstimmung mit der Bewegung des dreidimensionalen Objektes 4104 in der Tiefenrichtung, und wird gleichzeitig die Helligkeit des zweidimensionalen Bildes 4105 auf der Ebene 4101 über die Zeit geändert, bis sie Null wird.
Das Anzeigen des Objektes auf diese Art und Weise ermöglicht es dem Beobachter 4100, aufgrund von physiologischen oder mentalen Faktoren des Beobachters oder aufgrund einer optischen Illusion so zu empfinden, als ob sich das dreidimensio nale Objekt 4104 über die Zeit von der Ebene 4101 zu der Ebene 4102 in der Richtung der Tiefe bewegt, obwohl das, was dem Beobachter tatsächlich gezeigt wird, zweidimensionale Bilder 4105, 4106 sind.
Es ist offensichtlich, dass, wegen des Nachbildeffektes, die vorstehend beschriebene Wirkung dieses Ausführungsbeispiels produziert werden kann, solange die zweidimensionalen Bilder innerhalb eines Vollbilds angezeigt werden, unabhängig davon, ob sie gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten angezeigt werden, oder gleichzeitig für eine Dauer und getrennt für eine andere Dauer angezeigt werden.
Ferner hat dieses Ausführungsbeispiel einen Vorteil dahingehend, dass es in der Lage ist, die Menge von Daten, die für die dreidimensionale Darstellung erforderlich ist, signifikant zu reduzieren, weil dieses Ausführungsbeispiel eine stereoskopische Darstellung eines zwischen einer Vielzahl von Ebenen liegenden dreidimensionalen Objektes anzeigen kann.
[Ausführungsbeispiel 20]
70 stellt das Prinzip einer kopfseitig angebrachten Anzeige gemäß einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
In diesem Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Ebenen, zum Beispiel Ebenen 1R1, 1R2, 1L1, 1L2 vor dem linken und dem rechten Auge des Beobachters 4100 angeordnet (die Ebenen 1R1, 1L1 sind näher an dem Beobachter 4100 als die Ebenen 1R2, 1L2 aufgestellt). Um eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern auf diesen Ebenen anzuzeigen, ist ein optisches System 4103 für jedes des linken und des rechten Auges unter Verwendung von zweidimensionalen Anzeigen und einer Vielzahl von optischen Elementen aufgebaut (Einzelheiten werden in dem einundzwanzigsten und nem nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben werden.)
Beispiele der zweidimensionalen Anzeigen beinhalten eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige, eine LED-Anzeige, eine Plasma-Anzeige, eine FED-Anzeige, eine Anzeige des Projektionstyps, und eine Anzeige des Linienzeichnungstyps. Beispiele von optischen Elementen beinhalten eine Linse, einen total reflektierenden Spiegel, einen teilweise reflektierenden Spiegel, einen gekrümmten Spiegel, ein Prisma, einen Polarisator und eine Wellenlängenplatte.
Der Beobachter 4100 trägt eine Fixiereinrichtung 4110, um die relativen Positionen zwischen der Vielzahl von auf diesen Ebenen 1R1, 1R2, 1L1, 1L2 angezeigten zweidimensionalen Bildern und dem linken und dem rechten Auge des Beobachters 4100 zu fixieren.
[E-0015]
Als Nächstes wird, wie in 71 gezeigt ist, ein dem Beobachter 4100 zu präsentierendes dreidimensionales Objekt 4104 auf die Ebenen 1R1, 1R2, 1L1, 1L2, projiziert, wie von einem Punkt auf einer das linke und das rechte Auge des Beobachters 4100 verbindenden Linien aus gesehen, um zweidimensionale Bilder 1R5, 1R6, 1L5, 1L6 zu erzeugen.
Während 71 die Konfiguration für nur das rechte Auge zeigt, kann die Konfiguration für das linke Auge einfach durch Ersetzen des Symbols R durch L erhalten werden.
Die zweidimensionalen Bilder 1R5, 1R6, 1L5, 1L6 können auf eine Vielzahl von Arten erzeugt werden, welche eine Technik, die zweidimensionale Bilder verwendet, die durch Fotografieren des dreidimensionalen Objektes 4104 mittels einer Kamera in der Richtung der Blickrichtung erhalten wurden; eine Technik, die eine Vielzahl von aus unterschiedlichen Richtungen fotografierte zweidimensionalen Bilder zusammenfügt; oder Zusammenfügungs- und Modellbildungs-Techniken basierend auf Computergrafik beinhalten.
Die zweidimensionalen Bilder 1R5, 1R6, 1L5, 1L6 wie in 70 gezeigt, werden auf den Ebenen 1R1, 1L1 und den Ebenen 1R2, 2L2 so angezeigt, dass sie einander wie von einem Punkt auf der Linie, die das linke und das rechte Auge des Beobachters 4100 verbindet, aus gesehen, überlappen.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Mitten oder die Schwerpunkte der zweidimensionalen Bilder 1R5, 1R6, 1L5, 1L6 in die Blickrichtung bzw. auf die Sichtlinie gelegt werden.
[E-0016]
Der wichtige Punkt dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass in der Vorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Helligkeit jedes der zweidimensionalen Bilder 1R5, 1R6, 1L5, 1L6 innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges in Übereinstimmung der Tiefenposition des dreidimensionalen Objektes 4104 geändert wird (vgl. 65), während die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 4100 gesehen konstant gehalten wird (d.h. auf eine Art und Weise derart, dass die Gesamthelligkeit wie durch den Beobachter 4100 gesehen, gleich der Helligkeit des dreidimensionalen Objektes 4104 ist).
Ein beispielhaftes Verfahren des Änderns der Helligkeit wird nachstehend beschrieben.
Die 72 bis 75 zeigen die Konfiguration für nur das rechte Auge, weil dieselbe Konfiguration auch auf das linke Auge Anwendung findet. Weil die 72 bis 75 Schwarz-Weiß-Darstellungen sind, sind Teile mit höheren Helligkeitspegeln der Einfachheit wegen dunkler schattiert.
Wenn zum Beispiel das dreidimensionale Objekt 4104 an einer Tiefenposition entsprechend zu den Positionen der Ebenen 1R1, 1L1 angezeigt wird, werden die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder 1R5, 1L5 auf den Ebenen 1R1, 1L1 gleich dem Helligkeitspegel des dreidimensionalen Objektes 4104 festgelegt, und werden die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder 1R6, 1L6 auf den Ebenen 1R2, 1L2 auf Null festgelegt, wie in 72 gezeigt ist.
Als Nächstes werden dann, wenn sich das dreidimensionale Objekt 4104 geringfügig von dem Beobachter 4100 wegbewegt und an einer Tiefenposition geringfügig entfernt von den Ebenen 1R1 1L1 und näher an den Ebenen 1R2, 1L2 angezeigt wird, die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder 1R5, 1L5 geringfügig gesenkt, und werden die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder 1R6, 1L6 geringfügig angehoben, wie in 73 gezeigt ist.
Als Nächstes werden dann, wenn sich das dreidimensionale Objekt 4104 weiter von dem Beobachter 4100 wegbewegt und an einer Tiefenposition weiter entfernt von den Ebenen 1R1, 1L1 und näher an den Ebenen 1R2, 1L2 angezeigt wird, die Helligkeitspegel der zweidimensionalen bi 1R5, 1L5 weiter gesenkt, und werden die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder 1R6, 1L6 weiter angehoben, wie in 74 gezeigt ist.
Schließlich werden dann, wenn das dreidimensionale Objekt 4104 an einer Tiefenposition entsprechend zu den Ebenen 1R2, 1L2 angezeigt wird, die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder 1R6, 1L6 auf den Ebenen 1R2, 1L2 gleich dem Helligkeitspegel des dreidimensionalen Objektes 4104 festgelegt, und werden die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder 1R5, 1L5 auf den Ebenen 1R1, 1L1 auf Null festgelegt, wie in 75 gezeigt ist.
Das Anzeigen des Objektes auf diese Art und Weise ermöglicht es dem Beobachter 4100, aufgrund von menschlichen, physiologischen oder mentalen Faktoren oder aufgrund einer optischen Illusion so zu empfinden, als ob sich das dreidimensionale Objekt 4104 zwischen den Ebenen 1R1, 1L1 und den Ebenen 1R2, 1L2 befindet, obwohl das, was dem Beobachter tatsächlich gezeigt wird, die zweidimensionalen Bilder 1R5, 1R6, 1L5, 1L6 sind.
Das heißt, dass, wenn zum Beispiel die zweidimensionalen Bilder mit nahezu gleicher Helligkeit auf den Ebenen 1R1, 1L1 und den Ebenen 1R2, 1L2 angezeigt werden, sieht das dreidimensionale Objekt 4104 so aus, als ob es nahe an einem mittleren Punkt zwischen den Tiefenpositionen der Ebenen 1R1, 1L1 und der Ebenen 1R2, 1L2 liegt.
Insbesondere, wenn ein Punkt zwischen dem linken und dem rechten Auge als ein Betrachtungspunkt auf einer das linke und das rechte Auge des Beobachters 4100 verwendet wird, wird die Zuverlässigkeit zum Produzieren dieser Wirkung erhöht (oder einfach ausgedrückt, kann dieselbe Wirkung für eine große Anzahl von Menschen oder die meiste Zeit produziert werden).
Ferner besteht dann, wenn eine Mittenposition zwischen dem linken und dem rechten Auge des Beobachters 4100 als der Betrachtungspunkt verwendet wird, ein Vorteil dahingehend, dass dieselbe Wirkung einfacher produziert werden kann, und dass die Größe eines von den Ebenen 1R1, 1L1 und den Ebenen 1R2, 1L2 für beide Augen produzierten Doppelbildes verringert werden kann.
[E-0017]
Wie bei dem neunzehnten Ausführungsbeispiel kann dieses Ausführungsbeispiel offensichtlich die Tiefe eines dreidimensionalen Objektes selbst ausdrücken.
Anders als die konventionelle Vorrichtung hat dieses Ausführungsbeispiel zumindest zwei Bildanzeigeebenen auf der nahen und der fernen Seite der Position der optischen Illusion, so dass Widersprüche zwischen der binokularen Parallaxe, der Konvergenz und der Fokussierung – das Problem, das bei der konventionellen Vorrichtung auftrat – signifikant unterdrückt werden kann, wodurch wiederum erwartet wird, dass Augenbelastungen verringert werden.
Was die Fokussierung anbelangt, fällt, weil der Beobachter 4100 zwei oder mehr Ebenen gleichzeitig sieht, der Fokuspunkt mit der Position der optischen Illusion zusammen, an der beide der Bilder mit minimaler Unschärfe gesehen werden können.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht, weil die Anzeigen zu jeweils einer für jedes Auge angebracht sind, ein Vortiel dahingehend, dass die zweidimensionalen Bilder in Übereinstimmung mit der Bewegung des Beobachters oder der Augen leicht angezeigt werden können.
Ferner erfordert, weil dieses Ausführungsbeispiel Gebrauch von menschlichen, physiologischen oder mentalen Faktoren oder einer optischen Illusion basierend auf Helligkeitsänderungen von zweidimensionalen Bildern Gebrauch macht, die Erfindung nicht die Verwendung einer kohärenten Lichtquelle, wie beispielsweise eines Lasers, und erleichtert die stereoskopische Farbbilddarstellung.
Ferner kann, da dieses Ausführungsbeispiel keine mechanischen Antriebsteile beinhaltet, diese geeignet das Gewicht der Vorrichtung reduzieren, und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessern.
Dieses Ausführungsbeispiel betrifft hauptsächlich einen Fall, in dem nur zwei Ebenen zum Anzeigen zweidimensionaler Bilder vorhanden sind, und indem ein dem Beobachter 4100 zu präsentierendes dreidimensionales Objekt 4104 zwischen den beiden Ebenen liegt. Es ist jedoch ersichtlich, dass eine ähnliche Konfiguration verwendet werden kann, falls mehr Ebenen vorhanden sind oder das darzustellende dreidimensionale Objekt 4104 sich an einer unterschiedlichen Position befindet.
Wie das neunzehnte Ausführungsbeispiel kann dieses Ausführungsbeispiel offensichtlich ein Video so anzeigen, dass ein Beobachter die Bewegung eines Objektes in der horizontalen und der vertikalen Richtung sehen kann, solange die zweidimensionalen Anzeigen mit dem Video kompatible Anzeigege schwindigkeiten haben. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass die Bewegung eines Objektes in der Tiefenrichtung ebenfalls dem Beobachter präsentiert werden kann, indem die Helligkeit einer Vielzahl von Ebenen für jedes Vollbild geändert wird.
Es ist offensichtlich, dass, aufgrund des Nachbildeffektes, die vorstehend beschriebene Wirkung dieses Ausführungsbeispiels produziert werden kann, solange die zweidimensionalen Bilder innerhalb eines Vollbildes angezeigt werden, unabhängig davon, ob sie gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten angezeigt werden, oder gleichzeitig für eine Dauer und getrennt für eine andere Dauer angezeigt werden.
Ferner hat dieses Ausführungsbeispiel einen Vorteil dahingehend, dass es in der Lage ist, die Menge von Daten, die für die dreidimensionale Darstellung erforderlich sind, signifikant zu verringern, weil dieses Ausführungsbeispiel eine stereoskopische Darstellung eines zwischen einer Vielzahl von Ebener liegenden dreidimensionalen Objektes anzeigen kann.
[Ausführungsbeispiel 21]
Nachstehend wird ein optisches System 4103, das in den vorangehenden Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, beschrieben werden.
76 zeigt ein Beispiel des optischen Systems 4103, das in den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden kann.
Das in 76 gezeigte optische System 4103 verwendet eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen 4201, 4202, einen total reflektierenden Spiegel 4203 (zum Beispiel mit einer Reflektivität/Durchlässigkeit = 100/0), und einen teilweise reflektierenden Spiegel 4204 (zum Beispiel mit einer Reflektivität/Durchlässigkeit = 50/50).
Die Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen 4201, 4202 sind zum Beispiel eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige, eine LED-Anzeige, eine Plasma-Anzeige, eine FED-Anzeige, eine DMD-Anzeige, eine Anzeige des Projektionstyps, und eine Anzeige des Linienzeichnungstyps.
In dem in 76 gezeigten optischen System ist es durch Ändern der Anordnung der Bestandteil-bildenden Elemente möglich, zwei Ebenen 4205, 4206 an unterschiedlichen Positionen in der Richtung der Tiefe zu platzieren, wobei die Ebene 4205 durch Reflektieren eines zweidimensionalen Bildes der zweidimensionalen Anzeige 4201 durch den total reflektierenden Spiegel 4203 und Durchleiten desselben durch den teilweise reflektierenden Spiegel 4204 erzeugt wird, die Ebene 4206 durch Reflektieren eines zweidimensionalen Bildes der zweidimensionalen Anzeige 4202 durch den teilweise reflektierenden Spiegel 4204 erzeugt wird.
In dem in 76 gezeigten optischen System werden nur Spiegel (der total reflektierende Spiegel 4203 und der total reflektierende Spiegel 4204) verwendet, so dass ein Vorteil einer geringeren Verschlechterung der Bildqualität besteht.
[E-0018]
77 stellt ein anderes Beispiel des optischen Systems 4103 dar, das in den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden kann.
Das in 77 gezeigte optische System 4103 macht es durch Einschließen von Linsen 4207, 4208 in das in 76 gezeigte optische System möglich, die Position der Ebenen flexibler zu ändern.
In dem in 77 gezeigten optischen System, welches eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen 4201, 4202, einen total reflektierenden Spiegel 4203 (zum Beispiel mit einer Reflektivität/Durchlässigkeit = 100/0), und einen teilweise re flektierenden Spiegel 4204 (zum Beispiel mit einer Reflektivität/Durchlässigkeit = 50/50), beinhaltet, sind konvexe Linsen 4207, 4208 hinzugefügt, um die Positionen der Bilder zu ändern, so dass folglich eine flexiblere Festlegung der positionellen Beziehung zwischen der Ebene 4205 und der Ebene 4206 möglich ist, welche durch die Größe der Vorrichtung eingeschränkt war.
Wie bei dem normalen Linsensystem kann es natürlich hinsichtlich von Verzerrungen vorteilhaft sein, eine Kombinationslinse zusätzlich zu konvexen Linsen zu verwenden.
Ferner ist es, obwohl dieses Ausführungsbeispiel einen Fall gezeigt hat, in dem virtuelle Bilder verwendet werden, offensichtlich, dass die Erfindung auch auf einen Fall angewandt werden kann, in dem reale Bilder verwendet werden.
[E-0019]
78 zeigt ein weiteres Beispiel des optischen Systems 4103, das in den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden kann.
Das in 78 gezeigte optische System 4103 integriert zusätzliche zweidimensionale Anzeigen in das in 76 gezeigte optische System.
Das heißt, es werden eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen 4211, 4212, 4213, 4214, 4215, ein total reflektierender Spiegel 4216 (z.B. mit Reflektivität/Durchlässigkeit = 100/0) und teilweise reflektierender Spiegel 4217 (z. B. mit Reflektivität/Durchlässigkeit = 50/50), 4218 (z.B. mit Reflektivität/Durchlässigkeit = 33,3/66,7), 4219 (z.B. mit Reflektivität/Durchlässigkeit = 25/75), und 4220 (z.B. mit Reflektivität/Durchlässigkeit = 20/80) verwendet, um ein optisches System aufzubauen.
In dem in 78 gezeigten optischen System 4103 ist es durch Ändern der Anordnungen dieser Bestandteil-bildenden Komponenten möglich, eine Ebene 4221 und Ebenen 4222-4225 an unterschiedlichen Positionen in der Richtung der Tiefe zu platzieren, wobei die Bildebene 4221 durch Reflektieren eines zweidimensionalen Bildes der zweidimensionalen Anzeige 4221 durch den total reflektierenden Spiegel 4216 und Durchleiten desselben durch die teilweise reflektierenden Spiegel 4217-4220 erzeugt wird, die Ebenen 4222-4225 durch Reflektieren von zweidimensionalen Bildern der zweidimensionalen Anzeigen 4212-4215 durch die teilweise reflektierenden Spiegel 4217-4220 und Durchleiten derselben durch diese teilweise reflektierenden Spiegel erzeugt werden.
Dieses in 78 gezeigte optische System 4103 verwendet nur Spiegel und hat folglich den Vorteil einer geringeren Verschlechterung der Bildqualität.
Während 78 einen Fall zeigt, in dem fünf zweidimensionale Anzeigen vorhanden sind, ist ersichtlich, dass eine ähnliche Konfiguration ausgebildet werden kann, wenn eine unterschiedliche Anzahl von zweidimensionalen Anzeigen verwendet wird.
In diesem Fall ist es ebenfalls offensichtlich, dass ein Hinzufügen von Linsensystemen wie in 77 gezeigt, es leicht macht, die Positionen von Ebenen zu steuern.
[E-0020]
79 zeigt ein weiteres Beispiel des optischen Systems 4103, das in den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden kann.
Das in 79 gezeigte optische System 4103 verwendet eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen des Projektortyps 4231, 4232, 4233, 4234, 4235, Verschlüsse 4241, 4242, 4243, 4244, 4245, und Streuplatten 4236, 4237, 4238, 4239, 4240, um zweidimensionale Bilder von den zweidimensionalen Anzeigen des Projektortyps 4231-4235 über die Verschlüsse 4236-4240 auf die Streuplatten 4236-4240 zu projizieren, um die zweidimensionalen Bilder an gewünschten Orten zu produzieren.
Die zweidimensionalen Anzeigen des Projektortyps 4231-4235 sind zum Beispiel vom Kathodenstrahlröhren-Typ, vom LCD-Typ, vom ILV-Typ, vom DMD-Typ, usw.
Die Streuplatten 4236-4240 sind zum Beispiel Einrichtungen derart, die eine Streuung/Übertragung oder eine Reflexion/Übertragung steuern können, wie beispielsweise Polymerverteilte Flüssigkristalleinrichtungen, holographische Polymer-verteilte Flüssigkristalleinrichtungen, oder kombinierte Einrichtungen aus Flüssigkristallen und einer Mehrfachlinsenanordnung. Die Verschlüsse 4241-4245 können Einrichtungen derart sein, die eine Übertragung/Unterbrechung steuern können, wie beispielsweise Twisted-Nematic-Flüssigkristalleinrichtungen, ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtungen oder mechanische Verschlusseinrichtungen.
Die Streuplatten 4236-4240 sind an unterschiedlichen Tiefenpositionen angeordnet, die Fokussierungsebenen der zweidimensionalen Anzeige des Projektortyps 4231-4235 sind zu diesen Streuplatten 4236-4240 ausgerichtet, zweidimensionale Bilder werden auf die Streuplatten projiziert, und die Streu-/Übertragungs-Zeiten der Streuplatten 4236-4240 werden mit den Übertragungs-/Unterbrechungs-Zeiten der Verschlüsse 4241-4245 synchronisiert, wenn die Streuplatten und die Verschlüsse aktiviert werden. Dies ermöglicht es, die Tiefenpositionen der auf den Streuplatten 4236-4240 erzeugten Ebenen 4241-4245 auf einer Zeitteilungsbasis zu steuern.
Wie das in 79 erzeugte optische System 4103 stellt die Verwendung der zweidimensionalen Anzeigen des Projektortyps einen Vorteil eines verbesserten Freiheitsgrades des Anzeige-Layouts bereit.
Obwohl das optische System 4103 von 79 einen Fall betrifft, in dem fünf zweidimensionale Anzeigen des Projektortyps vorhanden sind, ist es ersichtlich, dass eine ähnliche Konfiguration verwendet werden kann, wenn eine unterschiedliche Anzahl von Anzeigen bereitgestellt ist.
Es ist offensichtlich, dass die Lampen der zweidimensionalen Anzeigen des Projektortyps 4231-4235 eingeschaltet oder ausgeschaltet werden können, anstelle die Verschlüsse zu verwenden.
[E-0021]
In den vorangehenden Ausführungsbeispielen wurde hauptsächlich ein Fall beschrieben, in dem die Ebenen nahe, innerhalb oder jenseits der kopfseitig angebrachten Anzeigen angeordnet sind. Die Integration von optischen Einrichtungen ermöglicht es, diese Ebenen leicht entfernt von oder vor den zweidimensionalen Anzeigen anzuordnen.
Ein solches Beispiel ist in 80 gezeigt.
Zum Beispiel kann leicht erkannt werden, dass durch Anordnen eines Linsensystems 4303 vor dem in den vorangehenden Ausführungsbeispielen gezeigten optischen System 4301 die internen Ebenen 4302 an die Positionen von externen Ebenen 4304 bewegt werden können.
Dies bietet den Vorteil dahingehend, dass, weil die dreidimensionalen Bilder im Raum schwebend reproduziert werden, die dreidimensionalen Bilder für den Beobachter wahrscheinlicher dreidimensional erscheinen als dann, wenn sich die dreidimensionalen Bilder innerhalb oder hinter der Anzeige befinden.
Die Erfindung wurde im Einzelnen in Verbindung mit den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, und es wird angemerkt, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
[E-0022]
Die repräsentativen Vorteile dieser Erfindung können kurz wie folgt zusammengefasst werden.
Widersprüche zwischen physiologischen Faktoren, die der Stereoskopie zugeordnet sind, können minimiert werden; die Menge von erforderlichen Informationen kann reduziert werden; und elektrisch neu schreibbare dreidimensionale Videos können reproduziert werden.
[F-0001]
[Ausführungsbeispiel 22]
81A und 81B zeigen das Konzept eines zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
81A stellt eine dreidimensionale Anzeige 5101 dar, welche es einer Vielzahl von Beobachtern 5102, 5103, 5104 erlaubt, gleichzeitig ein dreidimensionales Bild zu betrachten, das auf der dreidimensionalen Anzeige 5101 angezeigt wird, indem Reflektoren 5105, 5106, 5107 in unterschiedlichen Winkeln auf der optischen Achse der dreidimensionalen Anzeige aufgestellt werden, um das dreidimensionale Bild in Richtung zu den Beobachtern hin zu reflektieren. Die Reflektoren 5105, 5106, 5107, die verwendet werden, sind zum Beispiel Halbspiegel oder Prismen, welche eine Reflexion oder eine Brechung und eine Übertragung zur gleichen Zeit durchführen können. Der Reflektor 5107 alleine kann einen total reflektierenden Spiegel verwenden.
81B stellt eine dreidimensionale Anzeige 5111 dar, welche es einer Vielzahl von Beobachtern 5112, 5113, 5114 erlaubt, gleichzeitig ein dreidimensionales Bild zu betrachten, das auf der dreidimensionalen Anzeige 5111 angezeigt wird, indem Reflektoren 51115, 5116, 5117 an unterschiedlichen Winkeln auf der optischen Achse mit der dreidimensionalen Anzeige aufgestellt werden, um das dreidimensionale Bild in Richtung zu den Beobachtern hin zu reflektieren. Optische Systeme 5118, 5119, 5120, die auf die Beobachter verbindenden optischen Achsen angeordnet sind, und die Reflektoren bewirken, dass das auf der dreidimensionalen Anzeige 5111 angezeigte dreidimensionale Bild auf einer Bildebene 5121 fokussiert wird, so dass alle Beobachter das dreidimensionale Bild an derselben Position (der Bildebene 5121) betrachten können. Die verwendeten Reflektoren 5115, 5116, 5117 sind zum Beispiel Halbspiegel oder Prismen, welche eine Reflexion oder Brechung und eine Übertragung zur gleichen Zeit durchführen können. Der Reflektor 5117 alleine kann einen total reflektierenden Spiegel verwenden.
Mit diesem einfachen Verfahren kann eine dreidimensionale Anzeige realisiert werden, die es einer Vielzahl von Beobachtern erlaubt, ein Bild gleichzeitig zu betrachten.
[Ausführungsbeispiel 23]
Die 82A und 82B stellen das Konzept eines dreiundzwanzigsten Ausführungsbeispiels der Erfindung dar.
82A stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welche ein dreidimensionales Bild unter Verwendung zweiter Anzeigen 5201 und 5202 anzeigt, und welche Reflektoren 5206, 5207, 5208 und Reflektoren 5209, 5210, 5211 beinhaltet, die an unterschiedlichen Winkeln auf zwei optischen Achsen der beiden Anzeigen angeordnet sind, um zwei Bilder der beiden Anzeigen entlang derselben optischen Achse in Richtung hin zu jedem einer Vielzahl von Beobachtern 5203, 5204, 5205 zu reflektieren, so dass jeder Beobachter die beiden Bilder einander überlappend betrachten kann, und alle Beobachter dieselben überlappenden Bilder zur gleichen Zeit betrachten können. Die Reflektoren 5206, 5207, 5208, 5209, 5210, 5211 sind zum Beispiel Halb spiegel oder Prismen, welche eine Reflexion oder eine Brechung und einer Übertragung zur gleichen Zeit durchführen können. Der Reflektor 5208 alleine kann einen total reflektierenden Spiegel verwenden.
82B stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welche ein dreidimensionales Bild unter Verwendung zweier Anzeigen 5221 und 5221 anzeigt, und welche Reflektoren 5226, 5227, 5228 und Reflektoren 5229, 5230, 5231 beinhaltet, die an unterschiedlichen Winkeln auf zwei optischen Achsen der beiden Anzeigen angeordnet sind, um zwei Bilder der beiden Anzeigen entlang derselben optischen Achse in Richtung hin zu jedem von einer Vielzahl von Beobachtern 5223, 5224, 5225 zu reflektieren, so dass jeder Beobachter die beiden Bilder einander überlappend betrachten kann, und alle Beobachter dieselben überlappenden Bilder zur gleichen Zeit betrachten können. Optische Systeme 5232, 5233, 5234, die auf die Beobachter verbindenden optischen Achsen angeordnet sind, und die Reflektoren bewirken, dass ein durch die beiden Anzeigen 5221, 5222 angezeigtes dreidimensionales Bild auf einer Bildebene 5235 fokussiert wird, so dass alle Beobachter das dreidimensionale Bild an derselben Position (der Bildebene 5235) betrachten können. Die Reflektoren 5226, 5227, 5228, 5229, 5230, 5231 sind zum Beispiel Halbspiegel oder Prismen, welche eine Reflexion oder eine Brechung und eine Übertragung gleichzeitig durchführen können. Der Reflektor 5228 alleine kann einen total reflektierenden Spiegel verwenden.
Mit diesem einfachen Verfahren kann eine dreidimensionale Anzeige realisiert werden, die es einer Vielzahl von Beobachtern erlaubt, ein Bild gleichzeitig zu betrachten.
[Ausführungsbeispiel 24]
Die 83A und 83B stellen das Konzept eines vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiels der Erfindung dar.
83A zeigt eine dreidimensionale Anzeige 5301, welche Reflektoren 5305, 5306, 5307 beinhaltet, die an unterschiedlichen Winkeln auf einer optischen Achse der dreidimensionalen Anzeige angeordnet sind, um ein dreidimensionales Bild in Richtung hin zu jedem einer Vielzahl von Beobachtern 5302, 5303, 5304 zu reflektieren, so dass alle Beobachter das dreidimensionale Bild gleichzeitig betrachten können. Die Reflektoren 5305, 5306, 5307 können zum Beispiel einen dichromatischen Spiegel, ein dichromatisches Prisma und ein holographisches optisches Element verwenden, weiche die zu reflektierende Wellenlänge begrenzen können und eine Reflexion und einer Übertragung zur gleichen Zeit durchführen können. Der Reflektor 5307 alleine kann einen total reflektierenden Spiegel verwenden. Durch Verschieben der Reflexionswellenlänge jedes Reflektors in einem Ausmaß, das nicht zu einer signifikanten Änderung der Farbe führen wird, können alle Beobachter nahezu dasselbe dreidimensionale Bild betrachten. Eine Farbdarstellung kann durch Stapeln von Reflektoren von drei Primärfarben (R, G, B) (zum Beispiel Stapeln von drei roten, grünen und blauen Reflektoren an der Position des Reflektors 5305) bereitgestellt werden.
83B stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welche ein dreidimensionales Bild durch Verwenden zweier Anzeigen 5311 und 5312 anzeigt, und welche Reflektoren 5316, 5317, 5318 und Reflektoren 5319, 5320, 5321 beinhaltet, die an unterschiedlichen Winkeln auf zwei optischen Achsen der beiden Anzeigen angeordnet sind, um zwei Bilder der beiden Anzeigen entlang derselben optischen Achse in Richtung hin zu einer Vielzahl von Beobachtern 5313, 5314, 5315 zu reflektieren, so dass jeder Beobachter die beiden Bilder einander überlappend betrachten kann, und alle Beobachter ein dreidimensionales Bild zur gleichen Zeit betrachten können. Die Reflektoren 5316, 5317, 5318, 5319, 5320, 5321 können zum Beispiel einen dichromatischen Spiegel, ein dichromatisches Prisma und ein holographisches optisches Element verwenden, welche die zu reflektierende Wellenlänge begrenzen können, und eine Reflexion und eine Übertragung zur gleichen Zeit durchführen können.
Der Reflektor 5318 alleine kann einen total reflektierenden Spiegel verwenden. Durch Verschieben der Reflexionswellenlänge jedes Reflektors in einem Ausmaß, das nicht zu einer signifikanten Änderung der Farbe führen wird, können alle Beobachter nahezu dasselbe dreidimensionale Bild betrachten. Eine Farbdarstellung kann durch Stapeln von Reflektoren von drei Primärfarben (R, G, B) (zum Beispiel Stapeln von drei roten, grünen und blauen Reflektoren an der Position des Reflektors 5316) bereitgestellt werden. Die gepaarten Reflektoren (zum Beispiel der Reflektor 5316 und der Reflektor 5319) können dasselbe Wellenlängenband haben.
Diese Konfiguration ist auch dann möglich, wenn Spiegel sich auf einer optischen Achse überlappen.
[Ausführungsbeispiel 25]
Die 84A und 84B zeigen das Konzept eines fünfundzwanzigsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
84A zeigt eine dreidimensionale Anzeige, welche einen Betrachtungszonenverteiler 5407 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5401 in eine Vielzahl von optischen Achsen und Brechen von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu jedem von einer Vielzahl von Beobachtern 5402, 5403, 5404, 5405, 5406, so dass alle Beobachter gleichzeitig dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können, das auf der dreidimensionalen Anzeige angezeigt wird. Unter beispielhaften Einrichtungen, die für den Betrachtungszonenverteiler 5407 verwendet werden, sind ein holographisches, optisches Element, das eine Vielzahl von Beugungswinkeln aufweist und Lichtstrahlen in unterschiedliche Winkel zur gleichen Zeit beugen kann, eine Prismenanordnung 5421 wie in 84C gezeigt, und eine Beugungsgitteranordnung 5441, wie in 84E gezeigt. Die Prismenanordnung 5421 hat eine Anzahl von kleinen Prismen 5422 mit unterschiedlichen Brechungsrichtungen, um Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu je3dem der Beobachter zu brechen und zu verteilen. Auf vergleichbare Art und Weise hat die Beugungsgitteranordnung 5441 eine Anzahl von kleinen Beugungsgittern 5442 mit unterschiedlichen Gittergrößen, um Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu dem Beobachter zu beugen und zu verteilen.
84B zeigt eine dreidimensionale Anzeige, welche einen Betrachtungszonenverteiler 5417 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5411 in eine Vielzahl von optischen Achsen und Reflektieren von Licht von der dreidimensionalen Anzeige hin zu jedem von einer Vielzahl von Beobachtern 5412, 5413, 5414, 5415, 5416, so dass alle Beobachter gleichzeitig dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können, das auf der dreidimensionalen Anzeige angezeigt wird. Unter beispielhaften Einrichtungen, die für den Betrachtungszonenverteiler 5417 verwendet werden, sind ein holographisches, optisches Element, das eine Vielzahl von Reflexionswinkeln hat und Lichtstrahlen in unterschiedliche Winkel gleichzeitig reflektieren kann, eine Spiegelanordnung 5431, wie in 84D gezeigt, und eine Beugungsgitteranordnung 5441, wie in 84E gezeigt. Die Spiegelanordnung 5431 hat eine Anzahl von kleinen Spiegeln 5432 mit unterschiedlichen Reflexionsrichtungen zum Reflektieren von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu jedem der Beobachter. Auf vergleichbare Art und Weise hat die Beugungsgitteranordnung 5441 eine Anzahl von kleinen Beugungsgittern 5442 mit unterschiedlichen Gittergrößen, um Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu jedem der Beobachter zu reflektieren und zu verteilen.
Diese Anordnung kann eine Betrachtungszone eines Beobachters, während er sich bewegt, oder eine Betrachtungszone für eine Vielzahl von Beobachtern erweitern.
[Ausführungsbeispiel 26]
Die 85A und 85B zeigen das Konzept eines sechsundzwanzigsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
85A zeigt eine dreidimensionale Anzeige, welche einen Betrachtungszonenverteiler 5507 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5501 in eine Vielzahl von optischen Achsen und Beugen von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu einer Vielzahl von Beobachtern 5502, 5503, 5504, 5505, 5506 beinhaltet, so dass alle Beobachter gleichzeitig dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können, das auf der dreidimensionalen Anzeige angezeigt wird. Der Betrachtungszonenverteiler 5507 verwendet eine Vielzahl von holographischen, optischen Elementen, die zusammengestapelt sind, und von denen jedes ein Licht in nur einen Winkel beugen kann. Die holographischen, optischen Elemente 5508, 5509, 5510, 5511, 5512 mit unterschiedlichen Beugungswinkeln sind zusammengestapelt, um Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu den jeweiligen Beobachtern zu beugen.
85B zeigt eine dreidimensionale Anzeige, welche einen Betrachtungszonenverteiler 5527 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5521 in eine Vielzahl von optischen Achsen und Reflektieren von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu jedem einer Vielzahl von Beobachtern 5522, 5523, 5524, 5525, 5526 beinhaltet, so dass alle Beobachter gleichzeitig dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können, das auf der dreidimensionalen Anzeige angezeigt wird. Der Betrachtungszonenverteiler 5527 verwendet eine Vielzahl von holographischen, optischen Elementen, die zusammengestapelt sind, und von denen jedes Licht in nur einem Winkel beugen kann. Die holographischen, optischen Elemente 5528, 5529, 5530, 5531, 5532 mit unterschiedlichen Reflexionswinkeln sind zusammengestapelt, um Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu den jeweiligen Beobachtern zu verteilen.
Diese Anordnung kann eine Betrachtungszone eines Beobachters, während er sich bewegt, oder eine Betrachtungszone für eine Vielzahl von Beobachtern erweitern.
[Ausführungsbeispiel 27]
Die 86A bis 86D zeigen das Konzept eines siebenundzwanzigsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
86A stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welches einen Betrachtungszonenverteiler 5607 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5601 in eine Vielzahl von optischen Achsen auf einer Zeitteilungsbasis und Brechen von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu einer Vielzahl von Beobachtern 5602, 5603, 5604, 5605, 5606 beinhaltet, so dass alle Beobachter dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können. Der einen Betrachtungszonenverteiler 5607 verwendet ein Flüssigkristall-Ablenkungselement, welches ein Flüssigkristall und ein optisches Element, das in Kontakt mit dem Flüssigkristall angeordnet ist, umfasst. Das Flüssigkristall-Ablenkungselement lenkt Licht von der dreidimensionalen Anzeige mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges zwischen den Beobachter 5602 und den Beobachter 5606 ab, um Licht zu einzelnen Beobachtern zu verteilen Wenn das Licht, während es abgelenkt wird, die Richtung eines Beobachters erreicht, wird es vorübergehend an dieser Position gehalten und dann in Richtung hin zu dem nächsten Beobachter abgelenkt. Dieser Prozess wird mit hoher Geschwindigkeit wiederholt, welches es den Beobachtern erlaubt, ein dreidimensionales Bild zu sehen.
86B stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welche einen Betrachtungszonenverteiler 5617 und einen Reflektor 5618 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5611 in eine Vielzahl von optischen Achsen auf einer Zeitteilungsbasis und Reflektieren von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu jedem einer Vielzahl von Beobachtern 5612, 5613, 5614, 5615, 5616 beinhaltet, so dass alle Beobachter dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können. Der einen Betrachtungszonenverteiler 5617 verwendet ein Flüssigkristall-Ablenkungselement, welches ein Flüssigkristall und ein optisches Element, das in Kontakt mit dem Flüssigkristallskristall angeordnet ist, umfasst. Das Flüssigkristall-Ablenkungselement lenkt Licht von der dreidimensionalen Anzeige mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges zwischen den Beobachter 5612 und den Beobachter 5616 ab, um Licht zu einzelnen Beobachtern zu verteilen. Wenn das Licht, während es abgelenkt wird, die Richtung eines Beobachters erreicht, wird es vorübergehend an dieser Position gehalten, und dann in Richtung hin zu dem nächsten Beobachter abgelenkt. Dieser Prozess wird mit hoher Geschwindigkeit wiederholt, welches es den Beobachtern erlaubt, ein dreidimensionales Bild zu sehen. Der Reflektor 5618 verwendet ein reflektierendes Material wie beispielsweise einen Spiegel.
86C stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welche einen Betrachtungszonenverteiler 5627 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5621 in eine Vielzahl von optischen Achsen auf einer Zeitteilungsbasis und Beugen von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu einer Vielzahl von Beobachtern 5622, 5623, 5624, 5625, 5626 beinhaltet, so dass alle Beobachter dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können. Der Betrachtungszonenverteiler 5627 verwendet ein Flüssigkristall-Ablenkungselement, welches ein Flüssigkristall und ein optisches Element, das in Kontakt mit dem Flüssigkristall angeordnet ist, umfasst. Das Flüssigkristall-Ablenkungselement lenkt Licht von der dreidimensionalen Anzeige mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges zwischen den Beobachter 5622 und den Beobachter 5626 ab, um Licht zu einzelnen Beobachtern zu verteilen. Ein Verschluss 5622 wird zur gleichen Zeit betätigt, zu der die Beugungsrichtung des Betrachtungszonenverteilers 5626 mit der Richtung jedes Beobachters ausgerichtet ist, wodurch es den Beobachtern erlaubt wird, ein dreidimensionales Bild zu sehen.
86D stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welche einen Betrachtungszonenverteiler 5637 und einen Reflektor 5638 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5631 in eine Vielzahl von optischen Achsen auf einer Zeitteilungsbasis und Reflektieren von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu jedem von einer Vielzahl von Beobachtern 5632, 5633, 5634, 5635, 5636 beinhaltet, so dass alle Beobachter dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können. Der Betrachtungszonenverteiler 5637 verwendet ein Flüssigkristall-Ablenkungselement, welches ein Flüssigkristall und ein optisches Element, das in Kontakt mit dem Flüssigkristall angeordnet ist, umfasst. Das Flüssigkristall-Ablenkungselement lenkt Licht von der dreidimensionalen Anzeige mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges zwischen den Beobachter 5632 und den Beobachter 5636 ab, um Licht zu einzelnen Beobachtern zu verteilen. Ein Verschluss 5639 wird zur gleichen Zeit betätigt, zu der die Beugungsrichtung des Betrachtungszonenverteilers 5637 mit der Richtung jedes Beobachters ausgerichtet ist, wodurch es den Beobachtern erlaubt wird, ein dreidimensionales Bild zu sehen. Der Reflektor 5638 verwendet ein reflektierendes Material wie beispielsweise einen Spiegel.
Diese Vorrichtung kann ebenfalls zum Erweitern einer Betrachtungszone eines Beobachters verwendet werden, wenn er oder sie sich bewegt.
[Ausführungsbeispiel 28]
Die 87A und 87b zeigen das Konzept eines achtundzwanzigsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
87A stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welche einen Reflektor 5707 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5701 in eine Vielzahl von optischen Achsen auf einer Zeitteilungsbasis und Reflektieren/Beugen von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu jedem von einer Vielzahl von Beobachtern 5702, 5703, 5704, 5705, 5706 beinhaltet, so dass alle Beob achter dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können. Unter Einrichtungen, die für den Reflektor 5707 verwendet werden, sind ein Halbspiegel, ein total reflektierender Spiegel und ein Prisma. Der Reflektor 5707 lenkt Licht von der dreidimensionalen Anzeige mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges zwischen den Beobachter 5702 und den Beobachter 5706 ab, um Licht zu einzelnen Beobachtern zu verteilen. Die Lichtverteilung kann durch Hin- und Herschwenken des Reflektors nach links und nach rechts mit hoher Geschwindigkeit oder durch Rotieren desselben in eine Richtung erreicht werden. Wenn das Licht, während es abgelenkt wird, die Richtung eines Beobachters erreicht, wird es vorübergehend an dieser Position angehalten und dann in Richtung hin zu dem nächsten Beobachter abgelenkt. Dieser Prozess wird mit hoher Geschwindigkeit wiederholt, welches es den Beobachtern erlaubt, ein dreidimensionales Bild zu sehen.
87B stellt eine dreidimensionale Anzeige dar, welche einen Reflektor 5717 zum Verteilen einer optischen Achse ausgehend von der dreidimensionalen Anzeige 5711 in eine Vielzahl von optischen Achsen auf einer Zeitteilungsbasis und Reflektieren/Beugen von Licht von der dreidimensionalen Anzeige in Richtung hin zu einer Vielzahl von Beobachtern 5712, 5713, 5714, 5715, 5716 beinhaltet, so dass alle Beobachter dasselbe dreidimensionale Bild betrachten können. Unter Einrichtungen, die für den Reflektor 5717 verwendet werden, sind ein Halbspiegel, ein total reflektierender Spiegel und ein Prisma. Der Reflektor 5717 lenkt Licht von der dreidimensionalen Anzeige mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Nachbildzeit des menschlichen Auges zwischen den Beobachter 5712 und den Beobachter 5716 ab, um Licht zu einzelnen Beobachtern zu verteilen. Die Lichtverteilung kann durch Hin- und Herverschwenken des Reflektors nach links und nach rechts mit hoher Geschwindigkeit oder durch Rotieren desselben in eine Richtung erreicht werden. Ein Verschluss 5718 wird zur gleichen Zeit betätigt, zu der die Reflexions-/Beugungsrichtung von Licht, während es abgelenkt wird, mit der Richtung jedes Beobachters ausgerichtet ist, wodurch es den Beobachtern erlaubt wird, ein dreidimensionales Bild zu sehen.
Diese Anordnung kann eine Betrachtungszone eines Beobachters, während er sich bewegt, oder eine Betrachtungszone für eine Vielzahl von Beobachtern erweitern.
Die Erfindung wurde im Einzelnen in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsbeispielen beschrieben. Es wird angemerkt, dass die Erfindung nicht nur auf die vorstehend beschriebenen dreidimensionalen Anzeigen angewandt werden kann, sondern auch als eine Einrichtung zum Erweitern einer schmalen Betrachtungszone in allgemeinen dreidimensionalen Anzeigen oder stereoskopischen Anzeigen. Es wird darüber hinaus angemerkt, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.
Die repräsentativen Vorteile dieser Erfindung können kurz wie folgt zusammengefasst werden.
In dreidimensionalen Anzeigen oder stereoskopischen Anzeigen mit schmalen Betrachtungszonen erlaubt es der Betrachtungszonenverteiler, der zum Verteilen einer Betrachtungszone ausgehend von der Anzeige in eine Vielzahl von anderen Richtungen installiert ist, die Erweiterung der Betrachtungszone oder eine Erhöhung der Anzahl von Betrachtungszonen, welches es wiederum für eine Vielzahl von Menschen möglich macht, gleichzeitig das angezeigte Bild zu sehen, oder für einen sich bewegenden Beobachter möglich macht, das Bild zu betrachten.
In einer dreidimensionalen Anzeige, welche ein dreidimensionales Bild durch Anzeigen auf einer Vielzahl von Bildebenen an unterschiedlichen Tiefenpositionen von zweidimensionalen Bildern mit Helligkeitspegeln, deren Verhältnis der Tiefenposition jedes Teils eines darzustellenden Objekts entspricht, erlaubt der Betrachtungszonenverteiler, der zum Verteilen der Betrachtungszone ausgehend von der Anzeige in eine Vielzahl von anderen Richtungen installiert ist, die Erweiterung der Betrachtungszone, während die Fehlausrichtung zwischen den vorderen und den hinteren angezeigten Bildern mit einem geringen Pegel, der für den Beobachter nicht unstimmig erscheint, zu erweitern. Die Bereitstellung des Betrachtungszonenverteilers erlaubt darüber hinaus, dass das dreidimensionale Bild von einer Vielzahl von Beobachtern gleichzeitig betrachtet wird, oder von dem Beobachter gesehen wird, während er sich bewegt.
[F-0002]
[Zentrum der Überlappung zweidimensionaler Bilder]
In den vorangehenden Ausführungsbeispielen tritt das Phänomen dieser Erfindung auf, wenn die Größen von zweidimensionalen Bildern auf der vorderen und der hinteren Ebene so gesteuert werden, dass sich diese zweidimensionalen Bilder überlappen, wie mit der visuellen Sehschärfe des Beobachters von einem Punkt auf einer das linke und das rechte Auge des Beobachters verbindenden Linie aus gesehen. Genauer gesagt, besteht das wesentliche Erfordernis für dieses Phänomen darin, dass die zweidimensionalen Bilder sich in der vertikalen Richtung wie mit der visuellen Sehschärfe des Beobachters von einem Punkt auf einer das linke und das rechte Auge des Beobachters verbindenden Linie aus gesehen überlappen müssen.
Dies wird unter Bezugnahme auf die 88A bis 88C erklärt. Die beste Betrachtungsposition befindet sich an einem mittleren Punkt zwischen dem rechten und dem linken Auge, wie in 88A gezeigt. Dies ist deshalb so, weil das Doppelbild von Randabschnitten wie von beiden Augen gesehen, in diesem Fall am kleinsten ist. Die Betrachtungsposition, aus welcher das Phänomen der Erfindung beobachtet werden kann, liegt zwischen beiden Augen, und die äußerste zulässige Position ist wie in 88B gezeigt. Es gibt jedoch eine Möglichkeit da hingehend, dass dieses Phänomen auch dann noch beobachtet werden kann, wenn sich die Betrachtungsposition nach außerhalb beider Augen um ein kleines Ausmaß, das aus 88B nicht erkennbar ist, bewegt und innerhalb der visuellen Sehschärfe des Beobachters bleibt, wie in 88C gezeigt ist. Wenn sich die Betrachtungsposition weiter weg bewegt, kann dieses Phänomen im Allgemeinen nicht korrekt beobachtet werden, wobei die angezeigten Bilder als zwei getrennte vordere und hintere zweidimensionale Bilder wahrgenommen werden.
[Farbgebung von sich überlappenden zweidimensionalen Bildern]
Mit dieser Erfindung kann die erscheinende Tiefenposition eines wahrgenommenen dreidimensionalen Bildes durch Ändern des Verhältnisses der Helligkeitspegel des vorderen und des hinteren zweidimensionalen Bildes geändert werden. Daher kann, wie in 89 gezeigt ist, die Farbe des vorderen zweidimensionalen Bildes (z.B. Rot in 89) und die Farbe des hinteren zweidimensionalen Bildes (z.B. Grün in 89) auf eine Art und Weise derart voneinander unterschieden werden, dass das dreidimensionale Bild, das von dem Beobachter wahrgenommen wird, wenn er diese sich überlappenden zweidimensionalen Bilder sieht, die beabsichtigte darzustellende Farbe hat (z.B. Gelb in 89).
[Abstand zwischen Ebenen]
Das Phänomen der Erfindung wird produziert, wenn es sich überlappende Abschnitte des vorderen und des hinteren zweidimensionalen Bildes in dem Bild des rechten Auges und dem Bild des linken Auges gibt, wie in 90A gezeigt ist. Daher wird dann, wenn die vordere und die hintere Ebene in einem großen Abstand auseinanderliegen und sich das vordere und das hintere zweidimensionale Bild nicht überlappen und in dem Bild des rechten Auges und dem Bild des linken Auges getrennt sind, wie in 90B gezeigt ist, das interessierende Phänomen nicht erzeugt, und nimmt der Beobachter zwei getrennte vordere und hintere zweidimensionale Bilder wahr.
[F-0003]
Ein anderes Beispiel des Ausführungsbeispiels 28 wird unter Bezugnahme auf die 91A und 91B erklärt. 91A stellt einen beispielhaften Fall dar, in dem ein dreidimensionales virtuelles Bild produziert wird. 91B stellt einen beispielhaften Fall dar, in dem ein dreidimensionales reales Bild erzeugt wird. Dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet eine zweidimensionale Anzeige (zum Beispiel eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristall-Anzeige, eine LED-Anzeige, ein PDP und ein FED), eine varifokale Linse (zum Beispiel des Doppelfrequenz-Typs: Vergleiche die japanische Patentanmeldung 182222/1996 mit dem Titel: "Optical Apparatus"; des Hochspannungs-Flüssigkristall-Typs: Vergleiche die japanische Patentanmeldung 202244/1996 mit dem Titel "Optical Apparatus"; des polarisierenden multifokalen Typs; und des Flüssigkristall-Motortyps: Vergleiche die japanische Patentanmeldung 301600/1997 mit dem Titel "Optical Apparatus"), ein optisches System (zum Beispiel eine konkave Linse, eine konvexe Linse, einen konkaven Spiegel, einen konvexen Spiegel, einen total reflektierenden Spiegel, einen teilweise reflektierenden Spiegel, und ein Prisma).
Die varifokale Linse, eine Schlüsseleinrichtung in diesem Ausführungsbeispiel, kann ihre Brennweite mit hoher Geschwindigkeit ändern, und kann daher ein angezeigtes Bild der zweidimensionalen Anzeige an unterschiedlichen Tiefenpositionen fokussieren. Daher ist es durch Synchronisieren einer Änderung in der Brennweite der varifokalen Linse, die durch eine Ansteuereinrichtung angesteuert wird, mit einem Bildanzeigezeitpunkt der zweidimensionalen Anzeige mittels einer Synchronisationseinrichtung und darüber hinaus durch Schreiben der Bilder an allen Tiefenpositionen innerhalb der Nachbildzeit möglich, eine dreidimensionale Darstellung in einer die Tiefe abtastenden Art und Weise bereitzustellen.
Die Erfindung wurde im Einzelnen in Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, so dass es nun aus dem Vorste henden für den Fachmann ersichtlich sein wird, dass Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung zum Erzeugen eines dreidimensionalen Bilds durch Anzeigen zweidimensionaler Bilder auf einer Vielzahl von sich an verschiedenen Tiefenpositionen befindenden Bildebenen, umfassend die Schritte: Erzeugen zweidimensionaler Bilder eines Objekts, das durch Projizieren entlang der Blickrichtung eines Beobachters darzustellen ist, auf eine Vielzahl von Bildebenen, die sich von dem Beobachter aus gesehen an verschiedenen Tiefenpositionen befinden; und Ändern von Helligkeitspegeln der erzeugten zweidimensionalen Bilder individuell für jede Bildebene, um die erzeugten zweidimensionalen Bilder auf der Vielzahl von Bildebenen anzuzeigen; gekennzeichnet durch die Schritte: Anheben der Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den Bildebenen der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, welche nahe an dem Beobachter sind, und Absenken der Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den von dem Beobachter entfernten Bildebenen angezeigt werden, wenn das darzustellende Objekt an einer Tiefenposition nahe an dem Beobachter angezeigt wird; und Absenken der Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den Bildebenen der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, welche nahe an dem Beobachter sind, und Anheben der Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den von dem Beobachter entfernten Bildebenen angezeigt werden, wenn das darzustellende Objekt an einer Tiefenposition entfernt von dem Beobachter angezeigt wird.
Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung nach Anspruch 1, bei dem die zweidimensionalen Bilder auf der Vielzahl von Bildebenen derart angezeigt werden, dass sich die zweidimensionalen Bilder überlappen, wenn die zweidimensionalen Bilder von einem Punkt auf einer Linie aus betrachtet werden, welche durch das rechte und das linke Auge eines Beobachters verläuft, und dass ein Gesamthelligkeitspegel wie von dem Beobachter gesehen gleich dem Helligkeitspegel des darzustellenden Originalobjekts ist.
Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung nach Anspruch 2, bei dem der Punkt auf der Linie, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters verläuft, ein Punkt zwischen dem rechten und dem linken Auge ist.
Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung nach Anspruch 2, bei dem der Punkt auf der Linie, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters verläuft, der Punkt der Mitte zwischen dem rechten und dem linken Auge ist.
Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung nach Anspruch 1, bei dem die zweidimensionalen Bilder so angeordnet sind, dass sie sich bei Betrachtung von einem Punkt auf der Linie, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters verläuft, überlappen, und die zweidimensionalen Bilder in der horizontalen Richtung jeweils vergrößert oder verkleinert werden.
Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung nach Anspruch 1, bei dem die zweidimensionalen Bilder derart auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, dass sich die zweidimensionalen Bilder überlappen, wenn die zweidimensionalen Bilder von einem Punkt auf der Linie, welche durch das rechte und das linke Auge des Beobachters verläuft, betrachtet werden, und bei dem dann, wenn die Tiefenposition des darzustellenden Objekts von dem Beobachter entfernt ist, ein von dem Beobachter gesehener Gesamthelligkeitspegel niedriger festge legt wird als der Helligkeitspegel des Originalobjekts, wenn die Tiefenposition des Objekts nahe ist.
Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung nach Anspruch 1, bei dem die zweidimensionalen Bilder aufeinander folgend umgeschaltet werden, um ein dreidimensionales Bewegtbild zu erzeugen.
Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung nach Anspruch 7, bei dem dann, wenn die zweidimensionalen Bilder eine Vielzahl von Bildern eines Objekts beinhalten, das sich in einer Tiefenrichtung bewegt, und sich das Objekt zu dem Beobachter hin bewegt, die Helligkeitspegel der Objektbilder, die auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, zu einer Bildebene hin progressiv angehoben werden, die nahe an dem Beobachter ist, und zu einer Bildebene hin progressiv abgesenkt werden, die von dem Beobachter entfernt ist, in Synchronität mit dem aufeinander folgenden Umschalten der zweidimensionalen Bilder, und bei dem dann, wenn die zweidimensionalen Bilder eine Vielzahl von Bildern eines Objekts beinhalten, das sich in einer Tiefenrichtung bewegt, und sich das Objekt von dem Beobachter weg bewegt, die Helligkeitspegel der Objektbilder, die auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, zu einer Objektebene hin progressiv abgesenkt werden, die nahe an dem Beobachter ist, und zu einer Objektebene hin progressiv angehoben werden, die von dem Beobachter entfernt ist, in Synchronität mit dem aufeinander folgenden Umschalten der zweidimensionalen Bilder.
Verfahren für eine dreidimensionale Darstellung nach Anspruch 1, bei dem Tiefenabstände zwischen den Bildebenen innerhalb einem Bereich mit einem gemeinsamen Bereich liegen, in dem Fall, in dem eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern mit einem einzelnen Auge des Beobachters an der Position des rechten und des linken Auges des Beobachters betrachtet wird, wobei die Vielzahl von zweidimensionalen Bildern auf den Bildebenen für dasselbe darzustellende Objekt angezeigt wird.
Dreidimensionale Anzeige zum Erzeugen eines dreidimensionalen Bilds durch Anzeigen zweidimensionaler Bilder auf einer Vielzahl von sich an verschiedenen Tiefenpositionen befindenden Bildebenen, umfassend: eine erste Einrichtung (1102, 1103) zum Erzeugen zweidimensionaler Bilder eines Objekts, das durch Projizieren entlang der Blickrichtung eines Beobachters darzustellen ist, auf eine Vielzahl von Bildebenen, die sich von dem Beobachter aus gesehen an verschiedenen Tiefenpositionen befinden; eine zweite Einrichtung (1106-1110) zum Anzeigen der zweidimensionalen Bilder, die durch die erste Einrichtung auf der Vielzahl von Bildebenen erzeugt wurden, die sich von dem Beobachter aus gesehen an verschiedenen Tiefenpositionen befinden; und eine dritte Einrichtung (1104) zum Ändern von Helligkeitspegeln der zweidimensionalen Bilder, die auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, individuell für jede Bildebene; dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Einrichtung (1104) eine Betriebsart derart umfasst, dass: (a) wenn das darzustellende Objekt an einer Tiefenposition nahe an dem Beobachter anzuzeigen ist, die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den Bildebenen der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, welche nahe an dem Beobachter sind, angehoben werden, und die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den von dem Beobachter entfernten Bildebenen angezeigt werden, abgesenkt werden; und (b) wenn das darzustellende Objekt an einer Tiefenposition entfernt von dem Beobachter anzuzeigen ist, die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den Bildebenen der Vielzahl von Bildebenen angezeigt werden, welche nahe an dem Beobachter sind, abgesenkt werden, und die Helligkeitspegel der zweidimensionalen Bilder, die auf den von dem Beobachter entfernten Bildebenen angezeigt werden, angehoben werden.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst: eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen (2c01-2c05); und teilweise reflektierende Spiegel (2c07-2c10), die mit der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen (2c02-2c05) kombiniert sind, mit Ausnahme einer zweidimensionalen Anzeige (2c01), die sich an der entferntesten Tiefenposition ausgehend von dem Beobachter befindet, wobei die teilweise reflektierenden Spiegel (2c07-2c10) dazu ausgelegt sind, Bilder (2c12-2c15) der zweidimensionalen Anzeigen (2c02-2c05) auf der Blicklinie des Beobachters anzuordnen.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst: eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen (2b01, 2b02); und eine oder mehr Kombinationen von teilweise reflektierenden Spiegeln (2b03, 2b04) und Linsen (2b07, 2b08), wobei die eine oder mehr Kombinationen aus teilweise reflektierendem Spiegel und Linse (2b03 & 2b07) mit der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen (2b01, 2b02) kombiniert sind, mit Ausnahme einer zweidimensionalen Anzeige (2b01), die sich an der entferntesten Tiefenposition ausgehend von dem Beobachter befindet, und wobei die eine oder mehr Kombinationen aus teilweise reflektierendem Spiegel und Linse (2b03 & 2b07) dazu ausgelegt sind, Bilder (2b06, 2b06) der zweidimensionalen Anzeigen auf der Blicklinie des Beobachters anzuordnen.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst: eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen (2c01-2c05); einen voll reflektierenden Spiegel (2c06) oder einen teilweise reflektierenden Spiegel kombiniert mit einer (2c01) der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen, welche sich an der entferntesten Tiefenposition ausgehend von dem Beobachter befindet, wobei der voll reflektierende Spiegel (2c06) oder der teilweise reflektierende Spiegel dazu ausgelegt ist, ein Bild (2c11) der einen zweidimensionalen Anzeige auf der Blicklinie des Beobachters anzuordnen; und teilweise reflektierende Spiegel (2c07-2c10), die mit den zweidimensionalen Anzeigen (2c02-2c05) kombiniert sind, mit Ausnahme der einen zweidimensionalen Anzeige, die sich an der entferntesten Tiefenposition ausgehend von dem Beobachter befindet, wobei die teilweise reflektierenden Spiegel (2c07-2c10) dazu ausgelegt sind, Bilder (2c12-2c15) der zweidimensionalen Anzeigen auf der Blicklinie des Beobachters anzuordnen.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst: eine Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen (2c01-2c05); eine Kombination aus einem voll reflektierenden Spiegel (2c06) und einer Linse (-) oder eine Kombination aus einem teilweise reflektierenden Spiegel und einer Linse, wobei die Kombination mit einer (2c01) der Vielzahl von zweidimensionalen Anzeigen kombiniert ist, welche sich an der entferntesten Tiefenposition ausgehend von dem Beobachter befindet, und wobei die Kombination dazu ausgelegt ist, ein Bild (2c11) der einen zweidimensionalen Anzeige auf der Blicklinie des Beobachters anzuordnen; und Kombinationen aus teilweise reflektierenden Spiegeln (2c07-2c10) und Linsen (-), wobei die Kombinationen mit den zweidimensionalen Anzeigen (2c02-2c05) kombiniert sind, mit Ausnahme einer zweidimensionalen Anzeige (2c01), die sich an der entferntesten Tiefenposition ausgehend von dem Beobachter befindet, und wobei die Kombinationen dazu ausgelegt sind, Bilder (2c12-2c15) der zweidimensionalen Anzeigen auf der Blicklinie des Beobachters anzuordnen.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst: eine Vielzahl von Streuplatten (2d06-2d10), die in der Lage sind, eine Umschaltung zwischen einem Durchlasszustand und einem Streuzustand zu steuern, oder eine Vielzahl von Reflexionsplatten, die in der Lage sind, die Umschaltung zwischen einem Reflexionszustand und einem Durchlasszustand zu steuern, wobei die Streuplatten oder die Reflexionsplatten von dem Beobachter (100) aus gesehen an verschiedenen Tiefenpositionen angeordnet sind; eine Vielzahl von nach dem Projektionsprinzip arbeitenden zweidimensionalen Anzeigen (2d01-2d05) zum Projizieren zweidimensionaler Bilder auf die Vielzahl von Streuplatten oder die Vielzahl von Reflexionsplatten; und eine Vielzahl von Verschlüssen (2d11-2d15), die zwischen der Vielzahl von Streuplatten oder Reflexionsplatten und der Vielzahl von nach dem Projektionsprinzip arbeitenden zweidimensionalen Anzeigen angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Verschlüssen dazu ausgelegt sind, zwischen einem Durchlasszustand und einem Abschaltzustand in Synchronität mit der Umschaltung zwischen dem Durchlasszustand und dem Streuzustand der Vielzahl von Streuplatten (2d06-2d10) oder zwischen dem Reflexionszustand und dem Durchlasszustand der Vielzahl von Reflexionsplatten umzuschalten.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der ein optisches Linsensystem (3e03) zwischen dem Beobachter und der Vielzahl von Bildebenen (3e02), die sich von dem Beobachter aus gesehen an verschiedenen Tiefenpositionen befinden, angeordnet ist.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst: eine zweidimensionale Anzeige (204); ein optisches System (201); und einen varifokalen Spiegel (202).
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst: einen Vibrationsschirm (301), welcher in der Tiefenrichtung vibriert; ein optisches System (302) mit einer Linse; eine Abtasteinrichtung (303) zum Rasterabtasten eines Laserstrahls; und eine Laserstrahlquelle (304).
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst eine LED-Anzeige (401) mit einer LED-Anordnung; eine Parallel-Transport/Dreh-Einrichtung (402) zum parallelen Transportieren/Drehen der LED-Anzeige; und eine Videoliefereinrichtung (403) zum Liefern eines Videosignals an die LED-Anzeige.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) umfasst: einen Film (501) mit einem darauf aufgezeichneten zweidimensionalen Bild, oder eine zweidimensionale Anzeige; ein optisches Bildtransformationssystem (502) mit zumindest einem Prisma oder einem Spiegel; und eine Projektionstrommel (503).
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106)-(1110) umfasst: eine zweidimensionale Anzeige; ein optisches System; eine varifokale Linse mit einer variablen Brennweite; eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern der varifokalen Linse; und eine Synchronisationseinrichtung zum Synchronisieren einer Änderung in der Brennweite der varifokalen Linse mit dem Anzeigen eines Bilds der zweidimensionalen Anzeige.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 10, bei der die zweite Einrichtung (1106-1110) aufeinander folgend die von der ersten Einrichtung erzeugten zweidimensionalen Bilder umschaltet, um ein dreidimensionales Bewegtbild zu erzeugen.
Dreidimensionale Anzeige nach Anspruch 22, bei der: die erste Einrichtung (1102, 1103) dazu ausgelegt ist, zweidimensionale Bilder eines sich in der Tiefenrichtung bewegenden Objekts zu erzeugen; und (a) die dritte Einrichtung (1104) dazu betreibbar ist, progressiv die Helligkeitspegel der auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigten Objektbilder hin zu einer Bildebene nahe an dem Bobachter anzuheben und progressiv die Helligkeitspegel der Objektbilder hin zu einer von dem Beobachter entfernten Bildebene abzusenken, in Synchronität mit der aufeinander folgenden Umschaltung der zweidimensionalen Bilder durch die zweite Einrichtung (1106-1110), wenn sich das Objekt zu dem Beobachter hin bewegt, und (b) die dritte Einrichtung (1104) dazu betreibbar ist, progressiv die Helligkeitspegel der auf der Vielzahl von Bildebenen angezeigten Objektbilder hin zu einer Bildebene nahe an dem Bobachter abzusenken und progressiv die Helligkeitspegel der Objektbilder hin zu einer von dem Beobachter entfernten Bildebene anzuheben, in Synchronität mit der aufeinander folgenden Umschaltung der zweidimensionalen Bilder durch die zweite Einrichtung (1106-1110), wenn sich das Objekt von dem Beobachter weg bewegt.