HU227172B1 - Eljárás és berendezés háromdimenziós képek megjelenítésére - Google Patents

Description

A leírás terjedelme 40 oldal (ezen belül 20 lap ábra)

HU 227 172 Β1

A találmány tárgya eljárás háromdimenziós képek megjelenítésére, amely során egy képernyő több különböző képpontjához rendelt, valamint az egyes képpontokhoz tartozó különböző kibocsátási irányokhoz rendelt különböző nézeteket létrehozó fénysugarakat állítunk elő, és az előállított fénysugarat irányszelektíven átengedő és/vagy visszaverő képernyőre vetítjük. A találmány tárgya a találmány szerinti eljárást végrehajtó berendezés is. Ennek a berendezésnek fényt irányszelektíven átengedő és/vagy visszaverő képernyője, és a képernyőt megvilágító rendszere van. A képernyőt megvilágító rendszer a képernyő több különböző képpontjához rendelt, valamint az egyes képpontokhoz tartozó különböző kibocsátási irányokhoz rendelt különböző nézeteket létrehozó fénysugarakat előállító modulokat tartalmaz. A modulokat megfelelő vezérlőrendszer vezérli.

A fenti elveken alapuló háromdimenziós (3D) képalkotó eljárások részletesebben is le vannak írva a WO 94/23541 számú és a WO98/34411 számú nemzetközi közzétételi iratokban, amelyek tartalmát a jelen találmány megértéséhez ismertnek tételezzük fel. A 3D képek több információt tartalmaznak, mint a 2D képek. 3D kép megjelenítéséhez szükséges előállítani megfelelő számú képpontot (spotot), mozgókép esetén a képváltást is figyelembe véve a megfelelő spot/s arányt. A képpontok (spotok) száma lényegében a képfelbontás és a szögfelbontás (ill. megkülönböztethető nézetek, nézési zónák száma) szorzata. Mozgókép esetén az egy frame alatt szükséges képpontok számát ezenfelül az egy másodperc alatt váltott képek számával (frame/s) is meg kell szorozni, akkor kapjuk meg a másodpercenként előállítandó képpontok számát.

Az alapprobléma, hogyan, miképpen állítható elő a kellő mennyiségű képalkotó pont (spot) időegység alatt (spot/s).

Egyik lehetséges megoldás, ha a többszörözést az idővel végezzük, ebben az esetben gyorsabb eszközökre van szükségünk. Ilyent ír le az US 6,157,424 számú szabadalmi leírás. Ilyen eszköz gyakorlatban még nem áll rendelkezésre, ill. csak néhány nézetet tud megjeleníteni. Ezek az eszközök gyors LCD képernyőt vagy más gyors fényszelepet alkalmaznak, egymás után elhelyezett kettő vagy három síkban.

A második mód a térbeli megosztás, vagyis párhuzamosan és megfelelően szervezetten kell előállítani a kellő számú képpontot. Gyakorlatilag normálsebességű kijelzőket kell alkalmazni, de nagyobb pixelszámmal (nagy felbontás) vagy több normálfelbontású kijelzőt. Ennek a megközelítésnek az a hátránya, hogy térben nagyobb helyet foglal el. Ilyenek a lentikuláris rendszerek, ahol a felbontás rovására különböző irányokat hozunk létre, pl. tíz irány létrehozásához 10*-es felbontású eszköz kell, ahol minden tizedik pixel tartozik egy irányhoz vagy tíz részre osztott ernyő (kijelző). Ezeknek a megoldásoknak különböző változatai váltak ismertté.

A harmadik eset a két módszer kombinációja, ahol a képpont-előállító elem technológiai adottságaihoz és korlátáihoz igazítva optimálisan kihasználjuk az eszközök sebességét és felbontását, pl. 30 nézet előállításához 3x-os sebességű eszközből 10 db-ot, ill. 10*-es felbontást alkalmazunk. A térben megosztott 10x-es képpontmennyiséget 3 különböző - tipikusan különböző irányú -, időben változó megvilágítással különítjük el.

Jelen találmány a fenti követelményeknek megfelelő eljárást és berendezést ír le, elsősorban a reális, létező technológiákkal megvalósítható módon, a második, ill. harmadik esetre alapozva.

A jelen találmány célja egy olyan javított eljárás és berendezés megadása, amivel jó minőségű színes képeket lehet előállítani elég nagy képváltási frekvenciával, tehát ami színes háromdimenziós mozgóképek előállítását is lehetővé teszi. Ennek a feladatnak a megoldásához a találmány lényegében egy újszerű optikai elrendezést javasol.

A fent leírt, ismert 3D képalkotó rendszerek fontos eleme egy viszonylag kis méretű, különböző irányokban különböző intenzitású (és a lehetőség szerint különböző színű) fénysugarakat kibocsátó fényforrás. Ezt a WO 98/3441 számú leírásban egy akusztooptikai deflektorral valósítják meg, ami egy lézersugarat az idő függvényében eltérít és modulál. Ezáltal különböző irányban kilépő, a különböző irányokban másképpen modulált fénysugarak jönnek létre.

A találmány szerint ezeket a fénysugarakat másképpen hozzuk létre, mint az ismert eljárásoknál. A találmány szerint úgy járunk el, hogy kétdimenziós kijelzőn a képernyő különböző kibocsátási irányaihoz rendelt nézetekhez tartozó képpontoknak megfelelő, különböző koordinátájú képpontokban lényegében egyidejűleg lényegében kilépésiirány-információ nélküli fénysugarakat állítunk elő. A kijelző különböző koordinátájú képpontjai által előállított fénysugarakat a fénysugarakat előállító képpontok koordinátáinak függvényében különböző kibocsátási vagy kilépési irányokba egyidejűleg leképezzük.

A találmány egy célszerű megvalósítása során a különböző irányú, a képpontokba bocsátandó fénysugarakat úgy állítjuk elő, hogy képalkotó eszközt megvalósító kétdimenziós kijelzővel a képernyő különböző képpontjaiból a különböző kilépési irányokba kivetítendő képrészletekből összetett képet állítunk elő. Ezt az összetett képet lényegében párhuzamos fénysugarakkal megvilágítva, az egyes képrészletekben kódolt szín- és intenzitásinformációval modulált, lényegében párhuzamos fénysugarakat állítunk elő. Az így előállított, lényegében párhuzamos és az egyes képrészletekben kódolt információval modulált fénysugarakat optikai eltérítőeszközre, előnyösen leképezőlencsére, például nagylátószögű objektívra juttatjuk. Az összetett kép egyes képrészleteivel modulált, lényegében párhuzamos fénysugarakat az optikai eltérítőeszközzel az adott képrészletnek az összetett képen történő elhelyezkedésének és az optikai eltérítőeszköz leképezőtulajdonságainak megfelelően különböző irányokban eltérítve a képernyő megfelelő képpontjaiba vetítjük.

A találmány tárgya még egy olyan, a bevezetőben ismertetett berendezés háromdimenziós képek megje2

HU 227 172 Β1 lenítésére, amelynek a fényt irányszelektíven átengedő és/vagy visszaverő képernyője, és a képernyőt megvilágító rendszere van. A találmány szerinti berendezésben az egyes modulokban kétdimenziós kijelző és a kijelző egyes képpontjait a képernyőre egyidejűleg leképező optika van.

A kétdimenziós kijelzőn a képernyő különböző pontjaihoz rendelt, valamint az egyes képernyőpontokhoz tartozó különböző kilépési irányoknak megfelelő kijelzőképpontok, vagyis pixelek lényegében egyidejűleg, különböző koordinátájú, de lényegében kilépésiirány-információ nélküli fénysugarat állítanak elő.

A kijelzőhöz rendelt leképezőoptika úgy van kialakítva, hogy a kijelző különböző koordinátájú képpontjai által előállított fénysugarakat különböző kibocsátási vagy leképezési irányokba (kilépési irányokba) egyidejűleg képezze le.

Célszerűen a képernyő a beeső fénysugarakat lényegében irányváltoztatás nélkül áteresztőén vagy a fénysugarakat tükörszerűen ill. iránytartóan visszaverően van kialakítva. Egyben a modulok a képernyő képpontjaiból különböző irányban kibocsátott fénysugarakat létrehozó, az egyes képpontokba különböző irányokból különböző intenzitású és/vagy különböző színű fénysugarakat bocsátó eszközként vannak kialakítva. A fénysugarakat a képernyő képpontjaiba bocsátó eszközben a kétdimenziós kijelző a különböző képpontokból a különböző kilépési irányokba kivetítendő képrészletekből összetett képet előállító képalkotó eszközként van kialakítva. A továbbiakban az ilyen összetett képet - mivel azt általában egy modul kijelzője állítja elő - modulképnek is nevezzük. A leképezőoptikának a leképezőoptikára beeső fénysugarakat a beesés koordinátáinak függvényében adott szögben eltérítő optikai eltérítő eszköze, előnyösen optikai lencséje van.

Egyúttal a megvilágító-rendszernek lényegében párhuzamos, a térbeli koordináták függvényében lényegében homogén fénysugarakat előállító eszköze van.

Az optikai rendszerben a modulok és a képernyő egymáshoz képest úgy van elhelyezve, hogy a képalkotó eszközzel előállított összetett kép egyes képrészleteiben ill. pixeleivel kódolt szín- és intenzitásinformációval modulált fénysugarak az optikai eltérítőeszköz által a különböző eltérítési irányokban a képernyőnek a vonatkozó modulok és a képernyő kölcsönös helyzetének megfelelő képpontjaiba vannak eltérítve.

A képernyő pedig a szomszédos modulokból az egyazon képpontra kibocsátott fénysugarak által meghatározott síkban, a fénysugarak által bezárt szögnek megfelelő fényszórással rendelkezik.

Előnyösen a képalkotó elem egy mikrodisplay kijelző. Az integrált áramköri technológia lehetővé tette a fenti eszközöknek egyre kisebb méretben - gyakorlatilag az IC-k nagyságában -, jellemzően 10-15 mikronos pixelmérettel, egyre nagyobb felbontásban és egyre olcsóbban történő előállítását. Ezzel reálisan megoldhatóvá vált a javasolt, nagyszámú párhuzamosan működő mikrodisplay kijelzőkön alapuló rendszer/berendezés megvalósítása.

A javasolt egyik legelőnyösebb kiviteli alaknál is a kétdimenziós kijelző egy ferroelektromos folyadékkristályos mikrokijelző (FLC microdisplay). Ezek kis méretben, színes kivitelben és nagy számban hozzáférhetők. Azonban ezek mérete általában még mindig nagyobb a képernyő képpontjainak karakterisztikus távolságánál. Ezért a találmány egy célszerű megvalósításánál azt javasoljuk, hogy a kétdimenziós kijelzők száma kevesebb legyen, mint a képernyő képpontjainak száma. További problémát jelent, hogy a kijelzők hasznos felülete mindig kisebb, mint azok teljes területe. Bizonyos optikai elrendezéseknél a kijelzők fizikai mérete meghatározza a kilépési irányok számát, azaz a készülék szögfelbontását. Ennek növelésére a berendezés egyik megvalósításában a kétdimenziós kijelzők több egymással párhuzamos sorban, egymáshoz képest a sorokkal párhuzamos irányban eltolva vannak elhelyezve. Ezzel megvalósítható egy virtuálisan egybefüggő hosszú kijelző, amivel nagy szögfelbontású, jó mélységélességű térbeli képminőség érhető el, és a kijelzők vízszintes felbontása is teljesen kihasználható.

Szintén célszerűnek bizonyult, ha a berendezésben több lényegében párhuzamos fénysugarakat előállító eszköz van, amelyek közös fényforrással rendelkeznek, előnyösen bármilyen nagy fényerejű, tükrös izzólámpa vagy fém-halogén lámpa. Ekkor a közös fényforrás fénye optikai szállal van az egyes optikai eltérítőeszközökhöz hozzávezetve. Ez jelentősen egyszerűsíti a megvilágító-rendszer felépítését, a fény szétosztását nagyszámú modulhoz, valamint a fényforrás az optikáktól távolabb helyezhető el, és hűtése is jobban megoldható.

A háromdimenziós kép bármely irányból való folytonos megjelenését szolgálja az a megoldás, hogy a képernyő az irányszelektíven átbocsátott és/vagy visszavert fénysugarakon adott kibocsátási szöggel történő szórást létrehozó optikai lemez. Az optikai lemezen a szórást célszerűen lencserendszer vagy holografikus réteg biztosítja.

Bizonyos alkalmazásoknál az is megvalósítható, hogy a képernyő retroreflektív felületet alkosson. Ez az elrendezés olyankor előnyös, ha a háromdimenziós képet szemlélő személy viszonylag szűk intervallumban mozog, és a különböző nézeteket abban az intervallumban kell csak létrehozni. Például ha a képernyő egy, a modulok által képezett körívvel lényegében koncentrikus köríven helyezkedik el, akkor a háromdimenziós látvány nagyjából csak a körívek központja körüli tartományban lesz látható, de ott nagyon jó irányfelbontással, tehát kis elmozdulások mellett is érzékelhető látványváltozással.

A találmány a térbeli párhuzamos megjelenítő elven működő rendszerek elvi hátrányát azzal küszöböli ki, hogy a végleges 3D (összetett) képhez képest jelentősen kisebb képpont-előállító eszközöket alkalmaz megfelelő geometriában. Ezzel elkerülhetőek a sub-pixel struktúrák, amik rossz kitöltésre vezetnek (úgynevezett stadionkijelző- v. kerítés-effektus, felbontáscsökkenés stb.). Ehelyett a találmány szerinti képszer3

HU 227 172 Β1 vezési eljárásnál fény halad át fénysugáron minden zavar nélkül, és indul ki ugyanabból a (kép)pontból.

A hagyományos displayrendszereknél technológiai korlátot jelent a nagy fényerő elérése: a legnagyobb fényerejű projektoroknál az LCD panelra koncentrálható fényintenzitás szab határt az elérhető fényerőnek, ill. kisebb teljesítményű projektorokban is nagy teljesítményű fényforrásokat kell alkalmazni az átlagos megvilágításban is látható kép előállításhoz, annak minden ismert következményével, pl. hűtés stb.

A találmány szerinti, nagyszámú mikrodisplay kijelzőre épülő berendezésnél további előnyként átléphető a fenti akadály. Nagy fényerejű összetett 3D képet tudunk úgy előállítani, hogy a korlátozott fényteherbírású LCD panelek a számukkal arányosan kisebb, pl. 100 paneles rendszer esetén csupán századrésznyi fényintenzitást kell átengedjenek/visszaverjenek. Másrészről mód van a hagyományos készülékekhez hasonló fényerejű képek előállítására, a párhuzamos, elosztott struktúra révén sok, kisebb fényerejű, de hatékony fényforrás, pl. LED-ek alkalmazásával.

Előnyösen a találmány szerinti berendezésnek több lényegében párhuzamos fénysugarat előállító eszköze van, amelyeknek vagy külön fényforrásai (LED-ek, LED mátrixok), vagy közös fényforrása van. A közös fényforrás fénye pl. optikai szállal, soklábú randomizált fejű szálköteggel vagy más fényvezetővel van elosztva és a mikrodisplay kijelzőt tartalmazó optikai modulokhoz/egységekhez vezetve. A közös fényforrás, pl. fémhalogén lámpa színvezérlését ismert módon vagy színkoronggal, vagy színszűrőkkel RGB csatornákra szétválasztva shutterekkel végezzük.

A találmányt a továbbiakban a mellékelt ábrák segítségével részletesebben is elmagyarázzuk, ahol az és 2. ábra a találmány szerinti 3D képalkotási eljárás és berendezés alapelvét szemlélteti, a

3. ábra a találmány szerinti 3D képalkotó rendszer alapelemeinek vázlata, egyben az optikai leképezőrendszer alapelvét szemléltető funkcionális vázlat,

4. ábra az 1-3. ábrákon látható képernyő felnagyított keresztmetszete, a fényszórást szemléltető vázlattal, az

5. ábra a 3. ábrán látható modulokkal ellátott berendezés által létrehozott fénysugarak útját mutatja be, a berendezést adott helyről néző személyek esetén, a

6. ábra a találmány szerinti berendezés képalkotási elvét szemlélteti,

7a. ábra a 4. ábra szerinti képernyő távlati nézete részben szemből és felülről, a

7b. és 7c. ábra a találmány szerinti 3D képalkotó rendszer két különböző megvalósítása közötti különbséget szemléltető nézet, a

8. ábra a találmány szerinti berendezés egyik kiviteli alakjánál az alkatrészek térbeli elrendezését szemléltető távlati nézet, a

9. ábra a 3. ábra szerinti képalkotó rendszer oldalnézetben, a

10. ábra a 8. ábrához hasonló nézetben a találmányszerinti berendezés egy további kiviteli alakja, a

11. ábra a 9. ábrához hasonló nézetben mutatja a

10. ábra szerinti elrendezés optikai rendszerét, a

12. ábra a képalkotó rendszer egy módosított változatának elvi vázlata, amely több képalkotó eszköz egy kijelzővel történő megvalósítását szemlélteti, a

13. ábra a 12. ábra szerint előállított képalkotó eszközök optikai rendszerét szemlélteti, a

14. ábra a 13. ábra szerinti optikai rendszer egy változata, a

15. ábra a 13. ábra szerinti optikai rendszer egy további változata, a

16. ábra több képalkotó eszköz egy kijelzővel történő megvalósításának egy további változatát szemlélteti, ahol a felosztás nem térben, hanem időben történik, a

17. ábra az egyes képalkotó eszközök egymáshoz képest több sorban történő elhelyezkedését szemlélteti, a

18. ábra az egyes modulok és a képernyő egymáshoz képest optikailag szimmetrikus elhelyezését szemlélteti, a

19. ábra az egyes modulok és a képernyő egymáshoz képest optikailag szimmetrikus elhelyezésének és a képernyő kialakításának egy további változatát szemlélteti, a

20. ábra az egyes modulok és a képernyő egymáshoz képest optikailag szimmetrikus elhelyezésének és a képernyő kialakításának egy további változatát szemlélteti, a

21. ábra az egyes modulok és a képernyő egymáshoz képest optikailag aszimmetrikus módon történő elhelyezésének egyik további változatát szemlélteti, a

22. ábra az egyes modulokban alkalmazott optikai elrendezés elvét szemlélteti, a

23. ábra a képalkotó eszközök megvalósításának egy optimalizált változata, a

24. ábra a 23. ábra szerinti elrendezés felülnézete, a

25. ábra a modulokban alkalmazott optikai rendszer egy további megvalósítása, az optikai tengelyre merőleges nézetben, a

26. ábra a 25. ábra szerinti optikai rendszer egy módosított változata, a

27. ábra a 25. ábra szerinti optikai rendszer egy változatának távlati, elvi képe, a

28. ábra a képernyő egy további kiviteli alakjának elve, a hozzá tartozó modulelrendezéssel, a

29. ábra a 28. ábra szerinti elrendezés egyik gyakorlati alkalmazásának szemléltetése, a

30. ábra a képernyő egy lehetséges kivitelének távlati képe és metszete két nézetben, a

31. ábra a képernyő egy változatát mutatja keresztmetszetben, a

HU 227 172 Β1

32. ábra a 31. ábra szerinti nézetben a képernyő egy további változatát mutatja, a

33. ábra a 30. ábra szerinti nézetben a képernyő egy további lehetséges kivitelét szemlélteti, a

34. ábra a 33. ábra szerinti képernyő metszete, a

35. ábra a 33. ábra szerinti képernyő metszete, egy kiegészítő ernyővel ellátva, a

36. ábra a 33. ábra szerinti képernyő metszete, egy másféle kiegészítő ernyővel ellátva, a

37. ábra a 33. ábra szerinti képernyő metszete, egy, a 35. ábra szerinti kiegészítő képernyő funkcióit ellátó felületi kialakítással, a

38. ábra a találmány szerinti berendezés egy további kiviteli alakjának távlati képe, a

39. ábra a 38. ábra szerinti berendezés egyik alkalmazási módját szemlélteti, a

40. ábra a 38. ábra szerinti berendezés egy másfajta alkalmazási módját szemlélteti, a

41. ábra a 38. ábra szerinti berendezés elvi felépítését szemléltető részben kivágott nézet, a

42. ábra a berendezésben alkalmazott modulok konkrét megvalósításának egy további változata, a 22. ábrához hasonló vázlatban, a

43. ábra a 42. ábrán szemléltetett modulban alkalmazott LED megvilágítóegység távlati képe, és a

44. ábra a 43. ábrán látható megvilágítóegység fénypontjainak szervezését mutatja, és végül a

45. ábra a találmány szerinti berendezést működtető vezérlőrendszer funkcionális felépítését szemlélteti.

Hivatkozva az 1-3. ábrákra, a találmány szerinti eljárás lényegét a találmány szerinti berendezés ismertetésén keresztül magyarázzuk el. A berendezés arra szolgál, hogy háromdimenziós, tehát térbeli érzetet nyújtó képet adjon. Ezt a berendezés úgy valósítja meg, hogy a berendezés képernyője különböző kilépési irányokba különböző fénysugarakat bocsát ki, amint azt alább a 6. ábrával szemléletesen is elmagyarázzuk. Erre a célra a berendezésnek a fényt irányszelektíven átengedő és/vagy visszaverő 20 képernyője van. A 20 képernyő irányszelektivitása alatt azt értjük, hogy a 20 képernyőre beeső L_d fénysugár beesési szögének függvényében lép ki a 20 képernyőről a kilépő L_e fénysugár, vagyis egy adott beesési irányhoz egy jól meghatározott kilépési irány tartozik. Más szavakkal, a belépő L_d fénysugár iránya egyértelműen meghatározza a kilépő L_e fénysugár irányát, szemben a diffúz karakterisztikájú képernyőkkel, ahol egy beeső fénysugár hatására egy viszonylag nagy térszögben lépnek ki további fénysugarak, és egy adott irányban kilépő fénysugárból nem állapítható meg, hogy milyen irányban beeső gerjesztősugár tartozott hozzá.

A 20 képernyőn P képpontok vannak, amelyek nem feltétlenül vannak fizikailag is megkülönböztetve, vagyis azok helyét adott esetben csak a beeső és kilépő fénysugarak határozzák meg. Az is elképzelhető azonban, hogy a P képpontok helye a 20 képernyőn fizikailag is rögzített, például megfelelő apertúrákkal. Ilyenkor a P képpontok fizikailag is elkülönülhetnek, amit a 4. ábrán a P képpontok közötti 21 határvonallal jelöltünk. A leggyakoribb esetben, mint az itt leírt példáknál is, a 20 képernyő irányszelektivitása úgy valósul meg, hogy a 20 képernyő a P képpontokba beeső L_d fénysugarakat a lényegében irányváltoztatás nélkül átereszti vagy az L_d fénysugarakat tükörszerűen visszaveri.

A 20 képernyő P képpontjai különböző irányokban különböző intenzitású és/vagy színű fényt képesek kibocsátani. A 20 képernyőnek ez a tulajdonsága teszi lehetővé, hogy a berendezés háromdimenziós megjelenítőként működhessen. Az 1-3. ábrák egy olyan kiviteli alakot szemléltet, ahol az L_d fénysugarak gyakorlatilag nem változtatnak irányt a 20 képernyőn történő áthaladáskor, és onnan L_e fénysugarakként lépnek ki, az a kilépési szögtartományon belül. Hangsúlyozandó, hogy az ábrákon látható elrendezés geometriai arányai nem egyeznek meg a berendezés valódi méreteivel, a rajzok csupán a működési elv magyarázatára szolgálnak.

A leírás következő részében a következő konvenciót alkalmazzuk:

Feltételezzük, hogy a berendezésben q számú modul van, az 1 ...q-dik közül egy tetszőleges modult a j köztes indexszel jelzünk. Egy-egy modul n különböző irányban képes fényt kibocsátani, a tetszőleges köztes irány jelölése i, m vagy g. A 20 képernyőn p számú P képpont van, a köztes index k. Egy-egy P képpontból a fény n* számú kilépési irányba léphet ki, és így egy P képponthoz, vagyis az egész 20 képernyőhöz n* számú kilépési irány tartozhat. Az itt alkalmazott köztes index i*, m* vagy g*. Az L fénysugaraknál az alsó index (s, c, d, e) a fénysugárnak az optikai rendszerben adott funkciójára utal, a felső indexek sorban a vonatkozó modulra, a modulhoz képest történő kilépési irányra és az érintett, képernyőn lévő P képpontokra vonatkoznak. Tehát az L_eJ’9’^k+1 fénysugár a 20 képernyőt elhagyó (abból kilépő), a j-dik modulból a g-dik irányba kibocsátott, a k+1-edik P képpontot érintő (jelen esetben abból kilépő) fénysugarat jelöli.

A berendezésnek emellett a 20 képernyőt megvilágító rendszere van. Ez a rendszer a 20 képernyő több különböző P képpontjához rendelt, valamint az egyes P képpontokhoz tartozó különböző kibocsátási E irányokhoz rendelt különböző nézeteket létrehozó L_d és L_e fénysugarakat előállító modulokat tartalmaz. Például a 3. ábrán látható kiviteli alaknál a 45 modulok képezik a fénykibocsátó eszközöket, és a j-dik 45j modulból kibocsátott L_d ¹-Ldⁿ fénysugarak a 20 képernyő különböző Pk_₂, ...,P_k+2 képpontjain haladnak át. Látszik az is, hogy egyúttal mindegyik L_d ¹-Ldⁿ fénysugár folytatásaként a 20 képernyőből kilépő Lej’¹’^k_2, Lej’''^k_1, Lej’^m’^k, Lei’9’^k+1, Lei’ⁿ’^k+2 fénysugarak különböző kilépési E-|-E_n. irányokban haladnak. Ugyanakkor egy adott képpontba más modulokból is eljut fénysugár, például a 3. ábrán látszik, hogy a P_k+1 képpontba a j—1-edik

HU 227 172 Β1

45j_-] modulból induló L_d ¹ fénysugár is beesik, és onnan más E irányban lép ki, mint a j-dik 45j modulból indult Ld9 fénysugár. Tehát, más szavakkal, az egyes 45 modulok a P képpontokból különböző E-|—En* irányban kibocsátott Le fénysugarakat létrehozó, az egyes P képpontokba különböző irányokból különböző intenzitású és/vagy színű Ld¹-Ldⁿ fénysugarakat kibocsátó eszközként vannak kialakítva. A jobb áttekinthetőség végett a 3. ábrán n=5, vagyis egy modul öt különböző irányban bocsát ki fényt, ami öt különböző P képpontba jut.

A berendezés egyes moduljait megfelelő vezérlőrendszer vezérli, a későbbiekben kifejtett elvek szerint.

A 45 modulok, vagy fénykibocsátó eszközök funkcióját a korábbi megoldásoknál egy fénykibocsátó 10 felületen elhelyezett S fényforrások látták el (lásd az

1. és 2. ábrát). Ezeknek az S fényforrásoknak az a funkciójuk, hogy a 20 képernyő P képpontjaiból az a kilépési szögtartományba eső különböző kilépési irányokban az egyes kilépési irányokba az adott P képpontból megfelelő intenzitású és/vagy színű fényt bocsássanak ki. Például amint az 1. ábrán látható, a P₃ képpontba az S-), S₂, S₃, ..., S_n fényforrás bocsát egyegy L_d fénysugarat, és a P₃ képpontból kilépő L_e fénysugarak irányát az egyes S-|—S_n fényforrások és a P₃ képpont kölcsönös helyzete fogja meghatározni.

A jelen találmány lényege tulajdonképpen ezeknek az S fényforrásoknak egy lehetséges megvalósítása, pontosabban egy olyan optikai elrendezés megadása, ami az ideálisan zérus kiterjedésű S fényforrások által ellátott funkciókat képes megvalósítani.

Amint a hivatkozott iratoknál is, a találmány ismertetését a P képpontokból és az S fényforrásokból csak egy tetszőlegesen kiválasztott vízszintes sor ábrázolásával szemléltetjük. Belátható, hogy természetesen a valódi kép létrehozásánál több sor vízszintes képpont van, és ugyanúgy a képalkotó eszközökből kilépő fénysugarak is több vízszintes sorban lépnek ki, amely fénysugarakat az optikai rendszer azután a képernyő megfelelő vízszintes soraira képez le.

A 20 képernyő több különböző P képpontjához rendelt, valamint az egyes P képpontokhoz tartozó különböző kilépési vagy kibocsátási E-|-E_n* irányokhoz rendelt nézeteket létrehozó L_e fénysugarakat a találmány szerinti berendezésnél következő módon állítjuk elő.

Az egyes modulokban kétdimenziós kijelző, jelen esetben egy mikro- 50 kijelző (úgynevezett mikrodisplay) van elhelyezve. Ez a mikro- 50 kijelző tipikusan egy LCD panel. A modulokban az 50 kijelző egyes C_d képpontjait a 20 képernyőre egyidejűleg leképező optika van, vagyis az optika a teljes 50 kijelzőt egyszerre képezi le a 20 képernyőre. A kétdimenziós 50 kijelzőn a 20 képernyő különböző kibocsátási E-|-E_n. irányaihoz tartozó különböző P képpontoknak megfelelő kijelző- C_d képpontok vagy pixelek lényegében egyidejűleg, különböző koordinátájú, de lényegében kilépésiirány-információ nélküli L_c fénysugarat előállító C_d képpontonként vannak előállítva. Ez úgy valósul meg, hogy a 45 modul leképezőoptikája az L_d fénysugarakat a D-]—D_n eltérítési irányokba téríti el. Az eltérítési

D-]—D_n irányokban haladó fénysugarak gyakorlatilag irányváltoztatás nélkül haladnak át a 20 képernyőn, vagyis az egyes kilépési E irányokat valójában a 45 modulból kilépő L_d fénysugarak eltérítési D irányai határozzák meg. Látszik, hogy például a j-dik 50j kijelzőből kilépő L_c ¹-Lcⁿ fénysugarak egymással lényegében párhuzamosak, tehát az 50j kijelzőt elhagyva az Lc¹-Lcⁿ sugarak még nincsenek a megfelelő szögbe, tehát az egyes E kilépési irányoknak megfelelő D eltérítési irányba eltérítve. Ezt majd az 50 kijelzőket követő optika fogja elvégezni, mivel ez az egyes 50 kijelzőkhöz rendelt leképezőoptika az 50 kijelző különböző koordinátájú Cd képpontjai által lényegében egy időben előállított L_c fénysugarakat különböző kilépési vagy leképezési E-|-E_n. irányokba egyidejűleg leképezőén van kialakítva.

Pontosabban, az egyes kétdimenziós 50 kijelzők olyan képalkotó eszközök, amelyek a különböző P képpontokból a kilépési E irányokba kivetítendő képrészletekből álló összetett képet állítanak elő. Ugyanakkor a leképezőoptikának a leképezőoptikára beeső L_c fénysugarakat a beesés koordinátáinak függvényében adott szögben eltérítő optikai eltérítőeszköze van. Az ábrázolt kiviteli alaknál a leképezőoptikát a 40 optikai lencsék alkotják. Ugyanakkor a megvilágító-rendszernek lényegében párhuzamos és lényegében modulálatlan L_c fénysugarakat előállító eszköze van. Ez az eszköz a 3. ábrán látható kivitelnél a 60 kollimátor. A berendezésnek a képalkotó eszközt, vagyis az 50 kijelzőket a lényegében párhuzamos L_c fénysugarakkal az optikai eltérítőeszközre, jelen esetben a 40 optikai lencsére vetítő optikai rendszere van. Amint azt alább kifejtjük, az optikai rendszerben az optikai eltérítőeszköz, vagyis itt a 40 optikai lencse és a 20 képernyő egymáshoz képest úgy van elhelyezve, hogy az L_c fénysugarak az optikai eltérítőeszköz, vagyis a 40 optikai lencse által eltérítési D irányokban a megfelelő P képpontokba vannak eltérítve. Az egyes eltérítési D irányok lényegében a különböző kilépési E irányoknak felelnek meg. Az L_c fénysugarak pedig az 50 kijelző által megtestesített képalkotó eszközzel előállított összetett kép egyes képrészleteiben, vagyis az egyes pixelekben kódolt információval vannak modulálva.

Más szavakkal, az L_d fénysugarakat a P képpontokba bocsátó 45 modulnak a különböző P képpontokból a különböző kilépési irányokba kivetítendő képrészletekből összetett képet előállító képalkotó eszköze van. Ez a képalkotó eszköz a 3. ábrán látható 50 kijelző (mikrodisplay), amin a későbbiekben kifejtendő módon hozzunk létre egy összetett képet.

A berendezésnek tehát egy lényeges eleme a beeső L_c fénysugarakat a beesés koordinátáinak függvényében adott szögben eltérítő optikai eltérítőeszköz. Ez az eltérítőeszköz ennél a kiviteli alaknál a 40 optikai lencse, amit a valóságban természetesen több lencséből, a tömeggyárthatóság szempontjait figyelembe véve előnyösen műanyag, aszferikus, esetleg diffraktív felületet hordozó lencsékből álló rendszer valósít meg. A berendezés része még egy lényegében párhuzamos és lényegében modulálatlan L_c fénysugarakat előállító

HU 227 172 Β1 eszköz. Ez az eszköz a 3. ábrán látható változatnál egy 60 kollimátor, ami a pontszerű 70 fényforrásból kilépő divergens L_s fénysugarakból állítja elő a kollimált L_c fénysugarakat. A „lényegében párhuzamos” kifejezés alatt azt értjük, hogy a 60 kollimátor és a 40 optikai lencse között az optikai rendszernek nincsen fókusza, de az L_c fénysugarak kismértékű szét- vagy összetartása lehetséges. A „térbeli koordináták szerint homogén” kifejezés alatt azt értjük, hogy az L_c fénysugarak a térbeli koordináták szerint lényegében modulálatlanok, más szavakkal azok intenzitása és rendszerint a színe is gyakorlatilag egyenlő, annak megfelelően, hogy az L_c fénysugarak intenzitás- és színmodulációját majd az 50 kijelző fogja végezni, amikor az L_c fénysugarak azon áthaladnak.

Amint a 3. ábrán látszik, a 70 fényforrások fényét a közös 80 fényforrás biztosítja, amit a 76 optikai szálkötegből kiválasztott 75 optikai szálakkal osztunk el az egyes 70 fényforrásokhoz. Természetesen az is megoldható, hogy az egyes 70 fényforrások saját fénnyel rendelkezzenek. A közös 80 fényforrásként például olyan fém-halogén lámpát lehet alkalmazni, mint például OSRAM HTI sorozat tagjai.

A találmány szerinti berendezés olyan optikai rendszert tartalmaz, ami az egyes képalkotó eszközök, vagyis az 50 kijelzők által előállított képet a lényegében párhuzamos L_c fénysugarakkal az optikai eltérítőeszközre, vagyis a 40 optikai lencsére vetíti. Az optikai rendszerben az optikai eltérítőeszköz, vagyis a 40 optikai lencse és a 20 képernyő egymáshoz képest úgy van elhelyezve, hogy a 40 optikai lencse mint optikai eltérítőeszköz által az 50 kijelzővel mint képalkotó eszközzel előállított összetett kép egyes képrészleteiben kódolt információval modulált L_d fénysugarak a különböző irányokban a 20 képernyő megfelelő P képpontjaiba legyenek eltérítve. Lényegében tehát az L_d fénysugarak a képalkotó eszközként működő 50 kijelző által előállított összetett kép egyes pixeleivel kódolt, vagyis a pixelek által hordozott információval vannak modulálva. Az optikai eltérítőeszköz pedig, vagyis a 40 optikai lencse az L_d fénysugarakat a különböző eltérítési D irányokban a vonatkozó 45 modulok és a 20 képernyő kölcsönös helyzetének megfelelő P képpontokba téríti el. Rendszerint a 45 modulok periodikusan eltolva, optikailag egyenértékű vagy optikailag szimmetrikus pozícióban vannak elhelyezve egymáshoz és a képernyőhöz képest. Az optikailag egyenértékű kifejezés alatt azt értjük, hogy az egyes 45 modulok egyrészt egymással egyforma optikai rendszert tartalmaznak, másrészt a képernyőhöz képest szabályos periodicitással vannak eltolva, esetleg elforgatva.

Belátható, hogy az optikai eltérítőeszköz, vagyis a 40 optikai lencse itt olyan eltérítőeszközként működik, amely a beeső L_c fénysugarakat a beesés koordinátáinak függvényében téríti el egy adott szögben. Amint azt a 3. ábrán is szemléltetjük, az 50j kijelző (SLM) bal szélén, a C_dJ·¹ képponton áthaladó LC¹ fénysugár más eltérítési D1 irányba térül el, mint az 50j kijelző (SLM) középső részén, a C_dj’^m képponton áthaladó Lc^m fénysugár, ami a kilépési Em irányban halad át a 20 képernyőn, annak megfelelően, hogy az kilépési E_m irányt az eltérítési D_m irány határozza meg. Egyben az is jól látszik a 3. ábrán (ugyanígy az 1. és 2. ábrán is), hogy a különböző irányú eltérítések miatt a közös 40j optikai lencse által különböző D-]—D_n irányokban eltérített L_d fénysugarak különböző P képpontokon haladnak át, jelen esetben a D_m irányban haladó L_d ^m fénysugár a Pk képponton, míg a D-| irányban haladó Ld¹ fénysugár a Pk_₂ képponton. Ezekből az is világosan látszik, hogy az egyes 50 kijelzők olyan összetett képet állítanak elő, ami tulajdonképpen nem egyezik egyetlen valós képpel sem, amit végül a berendezés valamilyen irányban kivetít, hiszen az 50 kijelző két szomszédos képpontján áthaladó fénysugarak nem feltétlenül kerülnek két szomszédos P képpontra a 20 képernyőn is. Ha ez így is van, a leképezőrendszer miatt gyakorlatilag két különböző E irányban lépnek ki a 20 képernyőről, tehát különböző kilépési irányoknak megfelelő információval kell azokat kódolni az 50 kijelzőn. Valójában tehát a 20 képernyőt egy tartományból, mégpedig a kilépési E iránnyal ellentétes irányok valamelyikéből nézve, a 20 képernyőn megjelenő kép különböző P képpontjaihoz tartozó, a megfigyelő szemébe jutó L_e fénysugarak rendszerint különböző 50 kijelzőkön haladnak át és lesznek modulálva. Tekintve, hogy a kilépési E irányok által megszabott a kilépési szögtartományon belül gyakorlatilag minden irányban lép ki fény, ebből a szögtartományból nézve a 20 képernyőt, minden P képpontból érkezik a szemlélő szemébe fénysugár (lásd az 5. ábrát is). Ennek megfelelően az a kilépési szögtartomány gyakorlatilag egyezik a látószögtartománnyal, vagyis azzal a szögtartománnyal, amelyen belül tartózkodva a 20 képernyő felé forduló személy szemébe jutnak fénysugarak a P képpontokból, vagyis amely tartományból nézve a 20 képernyő képes valamilyen képet megjeleníteni a szemlélő számára.

A képalkotás elvét alább részletesebben is elmagyarázzuk:

Az a kilépési szögtartományban az egyes L_e fénysugarak jól meghatározott kilépési E irányokban haladnak tovább. Ezekkel a kilépési E irányokkal ellentétes irányokból nézve a 20 képernyőn az egyes P képpontokban valamilyen kilépő fénysugarat, és ennek következtében a teljes 20 képernyőn a P képpontokból összeálló képet lehet látni. Megjegyezzük, hogy a szemlélő számára megjelenő képen adott esetben a képernyő síkja és a rajta levő P képpontok lényegében nem is érzékelhetőek, és a szemlélőben nem olyan érzés jelenik meg, hogy egy látványnak a kétdimenziós vetületét látja, hanem valódi térérzete lesz.

Például a 3. ábrán látszik, hogy az kilépési E, irányba lépnek ki az L_ej^_1’'’^k+2, Lej’'’^k_1 fénysugarak, a Pk+2, P_k_-i képpontokból. Bár ezt a 3. ábrán nem ábrázoltuk, az összes P képpontból kilép egy L_e fénysugár minden E irányba, tehát a P_k+1, P_k, P_k_₂ képpontokból is lépnek ki fénysugarak az E, irányba.

Ennek megfelelően a kilépési E, iránnyal ellentétes irányból nézve a 20 képernyőt, a szemlélő a P_k+2, P_k+1, P_k, P_k_i, P_k_2 képpontokból érkező, meghatározott színű és intenzitású fényt fog látni, és ezért észlelni fogja

HU 227 172 Β1 a P_k+2..... P_k-₂ képpontok által alkotott képet is.

Ugyanígy, a 3. ábrán az is látható, hogy a kilépési E-| irányba lépnek ki az Ι_θΗ·¹·^κ+1, Lej’¹’^k_2 fénysugarak, a Pk+1, P_k_2 képpontokból. Hasonlóan, a többi P_k+2, P_k, P_k_i képpontokból is lépnek ki a kilépési E-| irányba fénysugarak, ezeket a jobb áttekinthetőség miatt nem ábrázoltuk. Ezért a kilépési E.| iránnyal ellentétes irányból nézve a 20 képernyőt, a szemlélő a P_k+2, P_k+1, P_k, P_k_i, P_k_₂ képpontokban is meghatározott színű és intenzitású fényt fog látni, azaz észlelni fogja a P_k+2, ..., P_k_₂ képpontokból álló képet. Azonban, amint az a következők alapján belátható, az E-| iránnyal ellentétes irányból látható kép általában nem lesz azonos a kilépési Ej iránnyal ellentétes irányból látható képpel, vagyis a 20 képernyő képes arra, hogy különböző irányokból más-más látható képet nyújtson. Látszik ugyanis, hogy pl. a P_k+1 képpontból kilépő L_eF9’^k+1 fénysugár az 50j kijelző g-dik CdA9 képpontjával van modulálva, míg a szintén a Pk+i képpontból kilépő Lej-LL^k+1 fénysugár az 50j_1 kijelző első C_dH4 képpontjával van modulálva. Ennek megfelelően a 20 képernyő képes arra, hogy különböző irányokban másmás képet jelenítsen meg, vagyis képes háromdimenziós képek megjelenítésére.

Az 5. ábrán szemléletesen látszik, hogy a 20 képernyő mögött elhelyezkedő nagyszámú 45 modulok és a 20 képernyő adott fényszórása biztosítják azt, hogy a szemlélő E_1L, E_1R, E_2L, E_2R szemébe minden P képpontból érkezik egy fénysugár, vagyis a szemlélő a látószög-tartományon belül folytonos képet érzékel. Amint az ábra jobb oldalán külön feltüntettük, a P képpontból lép ki különböző irányokba az L_e9^_1, Le9, Le9⁺¹ fénysugár, amelyek gyakorlatilag kollimált, divergencia nélküli sugárként esnek be a 20 képernyőre. Ezeket a fénysugarakat a 20 képernyő δχ szöggel szórja, tehát enyhén divergenssé teszi. Ezért a szemlélő E_2L szemébe annak ellenére jut fény, hogy eredetileg az L_e9^_1, Le9 fénysugarak iránya elkerülte volna a szemlélő szemét. Látszik, hogy a szemlélő E2L szemébe beeső Le^s9 fénysugár látszólag az Le⁵9' virtuális fénysugár folytatása, amely utóbbi maga mintha két 45 modul közül indulna és haladna át a P képponton. Tehát az Le9~¹, Le9, L_e9⁺¹ fénysugarak között nincsen „lyuk”, a vizuálisan észlelhető kép nem hézagos, a teljes nézési tartomány folyamatosan le van fedve.

Megfigyelhető az is, hogy az egyes nézési irányokhoz tartozó teljes nézeti képet nem egyetlen modul hozza létre, hanem több. Az egy optikai egység által egy adott nézethez tartozó teljes kép előállítása más rendszereknél zavaró, ugrásszerű változásokra vezet, ami a nézőpont változtatásával járó szükségszerű nézetikép-váltás esetén figyelhető meg. Ezzel szemben a találmány szerinti elrendezésben bármely, a szemlélő E_1l, E_1r szemeivel jelképezett pontból látható képet több modul hozza létre, például a gyakorlatban a vízszintes parallaxist megvalósító elrendezésnél egy-egy nézeti képet nagyszámú, az egyes modulokhoz tartozó függőleges 25 csík alkot (lásd a 7b. ábrát is). A 25 csíkok összeérnek. Ez a képszervezés biztosítja, hogy a szemlélő elmozdulásakor a nézőpont változása esetén, például az F nyíl irányában mozogva, a folyamatosan változó helyzetű E_2L szemmel látható képet alkotó L_e9~¹, Le9, Le9⁺¹ fénysugarak, ill. a modulok Ld9^_1, Ld9, Ld9⁺¹ fénysugarai folyamatosan cserélődnek, és így hozzák létre a folytonosan változó látványt, annak megfelelően, hogy az Ld9-¹, L_d9, L_d9+1 fénysugarakat is más-más 45 modul hozza létre. Szintén jól látszik az is, hogy a szemlélő E_R jobb és E_L bal szemébe más-más 45 modul sugara jut az egyes P_k_-|, P_k, P_k+i, P_k+2 stb. képpontokból. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy ugyanaz a képernyőpont más információt juttathat a bal és jobb szembe.

Ugyanez a hatás még szemléletesebben látszik a 6. ábrán. Ezen azt mutatjuk be, hogy a találmány szerinti berendezés hogyan jelenít meg különböző térbeli alakzatokat. A 6. ábrán példaképpen két pontszerű sötét O₁ és O₂ tárgyat és két pontszerű világos O₃ és O₄ tárgyat jelenít meg a 20 berendezés, amit két szemlélő térhatásúan lát. Az ábrán az áttekinthetőség kedvéért a 45 moduloknak elsősorban azokat a fénysugarait tüntettük fel, amik ténylegesen a szemlélők szemébe jutnak, de hangsúlyozandó, hogy egyébként minden modulból és minden kilépési irányba lépnek ki fénysugarak. Tehát a berendezés a szemlélők helyzetétől független, a látószögtartományon belül minden irányból nézve valódi 3D képet nyújt. Az egyszerű sztereoszkópikus (jobb és bal szemet kiszolgáló), vagy a multiview (ugrásszerűen néhány képet váltó) rendszerekkel ellentétben a berendezés tökéletes mozgási parallaxist biztosít, a folytonos térbeli látványt akár több szemlélő is körbejárhatja a látószögtartományon belül, a szemlélők benézhetnek az objektumok mögé, ahol takart részletek is feltűnhetnek.

A 6. ábrán az például az látszik, hogy az első szemlélő mindkét E_1R és E_1L szemével észlelni fogja a sötét Oi tárgyat, de a jobb E-|_R szemébe ehhez a 45,_₈ modul juttat a szemébe egy fénysugarat, míg a bal E_1L szemébe a 45, modul. A szemlélő ezért világosan észlelni fogja, hogy a tárgyról a két szemébe egymáshoz képest különböző szögben érkezik a fény, és ezért érzékelni fogja az O₁ tárgy távolságát is. Az O₂ tárgyat az első szemlélő szintén érzékeli, sőt, azt is, hogy számára az O₂ tárgy az O-| tárgy mögött helyezkedik el, mivel az O₂ tárgyról csak a bal E_1L szemével szerez információt, mégpedig a 45,_₂ modul által a bal E_1L szem irányába kibocsátott fény alapján. Ugyanakkor a második szemlélő számára az Oi és az O₂ tárgyak jól érzékelhetően egymás mellett fognak megjelenni, a jobb E_2R és bal E_2L szemébe a 45_i+17 és 45_i+16 modulokból, illetve a 45_i+8 modulból érkező fénysugarak alapján. A második szemlélő bal E_2L szeme az O₁ tárgyat már nem látja, mert annak az irányából érkező fénysugarat már nem tudja egyik modul sem előállítani. Ezzel szemben mindkét szemlélő látni fogja ugyanilyen elvek alapján a pontszerű O₃ és O₄ tárgyakat. Például a világos O₄ tárgyat az első szemlélő mindkét szeme érzékeli, a 45_i+3 és a 45,, valamint a 45,_₈ és a 45_i__{1 1} modulokból kilépő fény alapján. Látható, hogy a különböző irányokba különböző intenzitásokkal kibocsátható fénysugaraknak köszönhetően például ugyanaz a 45, modul az első

HU 227 172 Β1 szemlélő jobb E_1R szeme felé más színű tárgyat képes megjeleníteni, mint a szemlélő bal Ei_L szeme felé. A második szemlélő jobb E_2R szeme például nem érzékeli az 0₄ tárgyat, annak megfelelően, hogy azt takarja az 0₂ tárgy. A második szemlélő az 0₄ tárgyat csak a bal E_2L szemével észleli. Belátható, hogy ilyen pontszerű tárgyakból akárhányat képes a berendezés megjeleníteni, és ezért véges kiterjedésű testek ábrázolására is ugyanúgy alkalmas, mivel ezek mindig ábrázolhatok pontok halmazaként. Az is látszik, hogy a berendezéssel a 20 képernyő előtti és mögötti tárgyak egyaránt megjeleníthetők. A berendezés által előállított fénysugarak ugyanis pontosan olyanok, ténylegesen a megjeleníteni kívánt tárgyból indultak volna ki, és a berendezés valójában nem is veszi figyelembe, hogy a szemlélő hol helyezkedik el, a szemlélő elhelyezkedésétől függetlenül a kilépési szögtartományon belül minden irányban valódi kép jelenik meg. Ismét hangsúlyozzuk, hogy a berendezés olyan irányban is bocsát ki folyamatosan fénysugarakat, amerre valójában nincs is néző. Ezeket a sugarakat jelképezik a 6. ábrán az L_e fénysugarak.

A fentiek alapján tehát látszik, hogy a találmányi eljárás értelmében úgy jelenítünk meg háromdimenziós képeket, hogy a 20 képernyő több különböző P képpontjához rendelt, valamint az egyes P képpontokhoz tartozó különböző kibocsátási E irányokhoz rendelt különböző nézeteket létrehozó L_d fénysugarakat, pontosabban az L_d fénysugarak folytatásaként az L_e fénysugarakat állítunk elő. Az előállított L_d fénysugarakat irányszelektíven átengedő és/vagy visszaverő 20 képernyőre vetítjük. Az eljárás során a kétdimenziós 50 kijelzőkön a 20 képernyő különböző kibocsátási E irányaihoz rendelt nézetekhez tartozó P képpontoknak megfelelő, különböző koordinátájú C_d képpontokban lényegében egyidejűleg lényegében kilépésiirány-információ nélküli L_c fénysugarakat állítunk elő. Az 50 kijelzők különböző koordinátájú C_d képpontjai által előállított L_c fénysugarakat az adott C_d képpontok koordinátáinak függvényében különböző eltérítési D irányokba egyidejűleg leképezzük.

Rendszerint a P képpontokból különböző E irányokban kibocsátott L_e fénysugarakat úgy hozzuk létre, hogy a 20 képernyő egyes P képpontjaiba különböző irányokból különböző intenzitású és/vagy színű L_d fénysugarakat bocsátunk, és az L_d fénysugarakat lényegében irányváltoztatás nélkül engedjük át a 20 képernyőn. Belátható, hogy a találmány szerinti eljárás úgy is megvalósítható, vagy az L_d fénysugarakat a 20 képernyőről lényegében tükörszerűen visszaverjük, amint azt például a 39. ábrán szemléltetjük. A „tükörszerűen kifejezés úgy értendő, hogy a 20 képernyőre adott szögben beeső L_d fénysugár gyakorlatilag ugyanakkora kilépési szöggel verődik vissza, úgy, ahogy fénysugarak általában egy szokásos síktükörről vagy retroreflektorról visszaverődnek. Hangsúlyozzuk, hogy itt a „tükörszerűen” kifejezés alatt azt is értjük, amikor a visszaverődés legalább egy dimenzió mentén tekintve retroreflektív, vagyis ahol a beeső és a kilépő sugarak irányát jellemző irányvektorokat összehasonlítva, a beeső sugár irányvektorának a képernyő felületére merőleges komponensén kívül legalább az egyik további komponense nem vált előjelet. Szokásos síktükörnél a képernyő felületére merőleges beesési és kilépési sík is ugyanaz, és a beeső irányt jellemző vektornak a képernyő síkjába eső komponensei változatlanok maradnak. Retroreflektornál a beeső irányt jellemző vektornak a képernyő síkjába eső mindkét komponense előjelet vált. Ha a képernyő csak az egyik irányban retroreflektív, akkor csak az ebbe az irányba eső komponens vált előjelet.

Tehát a különböző irányú, a P képpontokba bocsátandó L_d fénysugarakat úgy állítjuk elő, hogy képalkotó eszközzel, vagyis az 50 kijelzővel a különböző P képpontokból a különböző E kilépési irányokba kivetítendő képrészletekből összetett képet állítunk elő. Ezt az összetett képet az 50 kijelzőket 100 vezérlő áramkörök megfelelő bemeneti adatokkal való ellátásán át érjük el (lásd a 8. és 10. ábrát). Tipikusan a bemeneti adatok előállítását, tehát a háromdimenziós képek egy-egy irányhoz tartozó képeit létrehozó képrészleteket egy alkalmas program osztja szét az egyes 50 kijelzők vezérlőjéhez, amint azt a 45. ábrán szemléltetjük. Az 50 kijelzőkön létrehozott összetett képet lényegében párhuzamos L_c fénysugarakkal világítjuk meg, és ezzel állítjuk elő az egyes képrészletekben kódolt információval modulált, lényegében párhuzamos L_c fénysugarakat. Az így előállított, lényegében párhuzamos és immár a megfelelő képinformációval modulált L_c fénysugarakat az optikai eltérítőeszközre, jelen esetben a leképező 40 optikai lencsére vetítjük. Az 50 kijelzőkön beállított összetett kép egyes képrészleteivel modulált, lényegében párhuzamos L_c fénysugarakat az optikai eltérítőeszközzel, vagyis a 40 optikai lencsével az adott képrészletnek az összetett képen történő elhelyezkedésének és a 40 optikai lencse leképezőtulajdonságainak megfelelően különböző D irányokban eltérítve, a vonatkozó 50 kijelzőt és 40 optikai lencsét tartalmazó 45 modul és a képernyő kölcsönös helyzetének megfelelő P képpontokba vetítjük.

Előnyösen a képalkotó elem, vagyis az 50 kijelző egy mikrodisplay, a legcélszerűbb megvalósításnál egy ferroelektromos folyadékkristályos mikrokijelző (úgynevezett FLC microdisplay), különösen egy ICFLC (integrált áramkör ferroelektromos folyadékkristály). Használható még más hagyományos folyadékkristályos kijelző is, mint a SONY LCX sorozat, vagy transzmissziós, ill. reflexiós panel, mint a MicroDisplay Corp. MD640G1 vagy Displaytech, Inc. LightCaster® SXGA Display Panel. További lehetőség a más technológiákon alapuló fényszelep mátrixok alkalmazása.

Megjegyezzük, hogy elvileg megvalósítható az is, hogy egy képalkotó eszközzel annyi iránynak megfelelő képrészletet állítunk elő, ahány különböző kilépési iránya van az egyes P képpontoknak. Ekkor lényegében egy sorban annyi képalkotó eszközt, vagyis 50 kijelzőt kell alkalmazni, ahány P képpont van a 20 képernyő egy sorában, mivel a 20 képernyő egy sorából összesen a képpontok és az irányok számának szorzatával azonos számú fénysugarat kell kibocsátani. Ez az

HU 227 172 Β1

1. ábrán látható megoldás a gyakorlatban csak nehezen kivitelezhető, mivel a P képpontokat a legtöbb esetben viszonylag közel egymáshoz kell kialakítani, és ebből következően ugyanilyen közel kellene egymáshoz elhelyezni az 50 kijelzőket is.

Ennek bizonyos alkalmazásoknál lehet realitása, például „óriásposzter”, stadionkijelző stb. jellegű nagyfelületű megjelenítőknél, amelyet olyan nagy távolságból szoktak szemlélni, hogy az egyes képpontok közötti távolság már jelentős, akár több cm is lehet.

A kisebb méretű berendezéseknél a gyakorlati megoldás általában az, hogy egy képalkotó eszközzel az egyes P képpontokhoz tartozó kilépési E irányok számának többszörösével egyenlő számú iránynak megfelelő képrészletet állítsunk elő, és kevesebb képalkotó eszközt alkalmazzunk, mint ahány P képpont van, lásd a 2. ábrát. Ilyenkor egy képalkotó eszközzel több P képponthoz állítunk elő a kívánt számú kilépési E irányoknak megfelelő képrészleteket. A 3. ábrán is lényegében ilyen elrendezés látható, és megfigyelhető, hogy a P képpontok sűrűbben helyezkednek el, mint a 40 optikai lencsék és a hozzájuk tartozó 50 kijelzők. Más szavakkal, ez azt jelenti, hogy egy 50 kijelzőnek több P képpontot is ki kell „szolgálnia”, rendszerint azonos vagy legalább hasonló E irányok szerint ahhoz, hogy minden egyes P képpontból megfelelő számú kilépési E irányba lépjenek ki L_e fénysugarak. Az 1. és

2. ábra összevetéséből látszik, hogy a fénykibocsátó 10 felületet eltávolítva a 20 képernyőtől, vagyis megnövelve közöttük a d távolságot, az S fényforrások közötti Xs távolság nagyobb lehet, mint a P képpontok közötti Xp távolság. Ez a megoldás lehetővé teszi azt, hogy az egyes 50 kijelzők mérete nagyobb legyen, mint a P képpontok közötti távolság. Ez a megoldás egyébként részletesen is le van írva a WO98/34411 számú nemzetközi közzétételi iratban.

Belátható, hogy p számú P képpont esetén, ha q számú 45 modul van, és egy modulból n számú eltérítési irányba lépnek ki L_d fénysugarak, akkor egy képpontból n* számú L_e fénysugár léphet ki, ahol n*=qn/p, mivel pn*=qn. Ebből az következik, hogy a kilépési irányok n* számának, vagyis változatlan látószögtartomány mellett a szögfelbontás növeléséhez vagy a modulok számát kell növelni (adott berendezésszélesség mellett nagyobb sűrűséggel kell azokat elhelyezni), vagy a képernyőképpontok számát csökkenteni, vagy a modulok irányfelbontását növelni. A modulok számának növelése elé a méretük támaszt akadályt, a P képpontok számának csökkentése pedig az észlelt kép felbontását rontaná. Ezért a 45 modulokban minél nagyobb pixelszámú kijelzőket kell alkalmazni. Mozgóképek esetén a képlet módosul, mert az egy képpontból kilépő fénysugarak számát adott időegység alatt kell biztosítani. Ekkor a következő képlet lesz érvényes:

n* f*=(qn/p) f, ahol az f* a frame-frekvencia, ami általában legalább 30 1/s, míg fa kijelző képváltási frekvenciája. Tekintve, hogy ez utóbbi elég nagy is lehet, ilyen módon csökkenthető például a q, vagyis gyors kijelzőkből kevesebb is elég. Ilyen jellegű megoldást mutat a 11. ábra is.

A 3. ábrán jól látszik, hogy a 40 optikai lencsével eltérített L_d fénysugarak általában egy közös fókuszponton haladnak át. Ezek a fókuszpontok lényegében úgy tekinthetők, mintha egy 10’ virtuális fénykibocsátó felületet alkotnának, amelyeken elhelyezett S’ virtuális fényforrások hozzák létre a különböző irányú és intenzitású L_d fénysugarakat.

A 4. ábrán látható 20 képernyő, ahogy azt a WO98/34411 számú nemzetközi közzétételi irat is leírja, bizonyos szórást ad a kilépő L_e fénysugaraknak, például úgy, hogy a 20 képernyő egy holografikus szóróernyő. A 20 képernyő a P képpontokból kilépő lényegében kollimált fénysugaraknak egy néhány foknál nem nagyobb δ_χ divergenciát biztosít, hogy a szomszédos 45 modulokból érkezett L_di, L_d ^l+1 sugarak, azaz lényegében a szomszédos kilépési irányokhoz tartozó Le', Le^l+1 sugarak között átfedés legyen. Az átfedés, pontosabban a szomszédos Le', L_e ^l+1 sugarak hézagmentes érintkezése akkor megfelelő, ha a divergencia δ_χ szöge a kilépő sugarak közötti γ szöggel egyezik, amint ez könnyen belátható. Az 7a-7c. ábrák ezt szemléltetik, továbbá hogy a függőleges parallaxis nélküli elrendezéseknél vízszintes irányú divergencia δ_χ szög mellett szükség van viszonylag nagy mértékű függőleges irányú divergencia ö_y szögre is, különben a kép csak egy szűk vízszintes sávból lenne látható.

A 7a. ábrán látszik, hogy a 20 képernyő egy olyan optikai lemez, ami az irányszelektíven átbocsátott és/vagy visszavert fénysugarakon adott szórási δ_χ, ö_y szöggel történő szórást hoz létre. Elvileg az sem kizárt, hogy a 20 képernyő úgy van kialakítva, hogy a szükséges szórás több felületen, például a be- és/vagy kilépő felületein létrejöjjön, illetve a szórást a ráhelyezett további szóróernyő is biztosíthatja. Előnyös lehet további, a 20 képernyőre helyezett mechanikai védelmet, optikai korrekciót megvalósító lemezek alkalmazása is, mint például kontraszt növelését szolgáló szűrő vagy antireflexiós rétegek használata.

Elvileg a 10 fénykibocsátó felület nemcsak vízszintesen, de függőlegesen is kiterjedhet, vagyis függőlegesen is felosztható S fényforrásokra. A 45 modulok ilyenkor nemcsak egy függőleges parallaxishoz tartozó nézetet létrehozó vízszintes elrendezésben helyezkednek el (mint a 7b. ábrán), hanem a különböző függőleges pozíciókban elhelyezett vízszintes modulsorok különböző függőleges parallaxisokhoz tartozó nézeteket hoznak létre. Ilyenkor az egyes L_e fénysugarak nem egy 25 csíkot, hanem egy 125 négyzetet világítanak be (lásd a 7c. ábrát): ebben az esetben nemcsak az oldalirányban, hanem a fel-lefelé mozgó szemlélő is változó látványt érzékel a 20 képernyő felől. Ezt azonban műszakilag nagyon nehéz kivitelezni. Ezért a gyakorlatban egyszerűbb, ha a függőleges irányú valódi háromdimenziós hatásról lemondva, a 20 képernyőből kilépő sugarakat az 5. ábrához hasonló módon úgy alakítjuk, hogy a kilépő fénysugarak egy függőleges irányban széles, de vízszintes irányban keskeny 25 csíkban lépjenek ki (lásd a 7b. ábrát is). Ezt a megoldást is részletesen ismerteti a WO 94/23541 sz. irat.

HU 227 172 Β1

A 8. ábrán a vízszintest parallaxist megvalósító (elvében a 7a. ábrán ábrázolt) 3D megjelenítőberendezés egyik célszerű kiviteli formája és egyes alkatrészeinek térbeli elhelyezkedése látható. A későbbiekben kifejtendő okok miatt a 40 optikai lencséből, 50 kijelzőből és 60 kollimátorból álló modulok két vízszintes sorban vannak elhelyezve. A két sor egymáshoz képest egy fél peridódussal el van tolva. Azonban a leképező 40 optikai lencséket tartalmazó optikai rendszerek úgy vannak kialakítva, hogy az alsó és felső sor moduljai ugyanazokra a vízszintes 22, 23 képernyősorokra képezzék le a modulokból kilépő, lényegében az L_e fénysugaraknak megfelelő 24_e fénysugarakat. A rajzon csak a legalsó 23 képernyősort és legfelső 22 képernyősort jelöltük, de természetesen a 20 képernyő megfelelő számú, pl. 480 db vízszintes sort tartalmaz. Például a 8. ábrán látható, hogy az alsó sor első moduljából kilépő 24_e ^f1 és 24e^a1 fénysugarak ugyanarra a 22, 23 képernyősorra esnek, mint a második sor első moduljából (tehát a teljes modulsorozat második moduljából) kilépő 24e^f2 és 24e^a2 fénysugarak. A két sor modulból érkező 24e fénysugarak függőleges irányban jelentkező, az alsó és a felső modulsor távolságából adódó kismértékű szögeltérése azért nem okoz zavart a képérzékelésben, mert amint azt a 7a. és 7b. ábrán is szemléltettük, a 24_e fénysugarak függőleges irányban amúgy is nagyon nagy, kb. 100 fokos ö_y szögben szórva vannak. Ezért a modulsorokból kilépő sugarak függőleges eltérése a gyakorlatban elhanyagolható. A rajzon csak a legalsó 23 és legfelső 22 képernyősort jelöltük, de természetesen a 20 képernyő megfelelő számú, pl. 480 db vízszintes sort tartalmaz. A 8. ábrán látható egy modul optikai rendszere függőleges metszetben. Bár a leképezés látszólag hasonló a 3. ábrán szemléltetett vízszintes metszethez, az a lényeges különbség, hogy itt az 50 kijelző egy oszlopához tartozó kijelző- C_d ¹-C_d ^z képpontok ugyanahhoz a képhez, vagyis egy adott irányban látható nézethez tartoznak. Más szavakkal, az 50 kijelzőn függőlegesen megjelenő képcsík a valóságban is a 20 képernyőn - egy adott irányból - együttesen látható képcsíkként jelentkezik.

Ha a függőleges irányban is térhatású képet kell előállítani, akkor függőleges irányban is annyi modulsorra van szükség, ahány kilépési irány szükséges. Ilyenkor az 50 kijelzőn a pixeloszlopok szervezése ugyanolyan elvek alapján történik, mint a kijelző C_d képpontjaiból álló sorok szervezése, vagyis egy pixeloszlop egyes képpontjai más-más függőleges kilépési irányhoz tartoznak, és a 20 képernyőről az adott vízszintes szórás mellett, a függőlegesen szomszédos modulok közötti szögnek megfelelő függőleges szórás után kilépő fénysugarak divergenciája is jelentősen kisebb (lásd a 7c. ábrát). Éppen annyi, hogy az egy közös képpontból függőlegesen szomszédos irányokba kilépő fénysugarak között ne legyen hézag, és a szemlélő szemébe bármilyen helyzetben jusson fénysugár.

A 10. ábrán a 8. ábrán látható berendezés egy olyan változatát mutatjuk be, amiben csak egy sor 45 modul van, de egyébként a működési elv hasonló. Az egy sorban elhelyezett 45 modulokhoz általában kisebb vízszintes méretű kijelzőket kell alkalmazni, a kellő szögfelbontás elérésére a modulsort (tkp. a virtuális fénykibocsátó felületet) a 20 képernyőtől célszerű nagyobb távolságra elhelyezni, ami nagyobb felbontású 50 kijelzőket, és ahhoz illeszkedő méretben nagy felbontású leképezőlencséket igényel, ugyanakkor az elrendezés mind optikailag, mind a vezérlés szempontjából egyszerűbb. A 10. ábra a berendezést továbbá egy másik lehetséges megvilágítórendszer-változattal mutatja be, amely külön 70 fényforrásokat, célszerűen RGB színekben világító 71 LED-eket, valamint a kilépő fénysugarak homogenizálására és párhuzamosítására optikai előtétet, célszerűen mikrolencse mátrixot vagy belső reflexiós fénykoncentráló elemet alkalmaz (ez utóbbi a 10. ábrán nincs feltüntetve). A 71 LED-ek egy közös 69 hordozón vannak. A 71 LED-ek működtetését 100 vezérlő áramkörök biztosítják.

A 11. ábrán példaként LED-et és belső reflexiós fénykoncentráló elemet, egy táguló gúla alakú 65 tükördobozt tartalmazó modul optikai rendszere látható függőleges metszetben.

Láttuk, hogy az S fényforrások száma, elhelyezésének periódusa a berendezés szögfelbontását alapvetően meghatározza. Ha növeljük az S fényforrások számát, miközben kicsi fizikai méretben valósítjuk meg őket, jó szögfelbontású, nagy mélységélességű térbeli képet kaphatunk. Az alábbiakban erre adunk útmutatást néhány változat bemutatásával.

A 12-15. ábrák azt szemléltetik, hogy több 50-,—50₄ kijelzőt, végső soron több S fényforrást is megvalósíthat egy nagyobb méretű 53 kijelző. Például ha a 20 képernyőn kisebb felbontás is elegendő, egy 1600x1024 pixeles 53 kijelzőn kialakítható négy darab 640x480 pixeles, külön kezelhető 50-,-50₄ kijelző is. Ebben az esetben az egyes kisebb 50-,-50₄ kijelzőkön átmenő optikai tengelyt szokásos optikai eszközökkel, például 41 prizmákkal lehet egymástól eltávolítani, és így az egyes 50-,—50₄ kijelzők által előállított képeket különálló leképező 40 optikai lencsékkel egymástól függetlenül lehet kivetíteni. Hasonló megoldást nyújthatnak 43 és 44 ferde hasábok (lásd a 14. és 15. ábrát), ha az optikai tengelyt csak kismértékben kell oldalirányban eltolni, akár vízszintes, akár függőleges irányban.

A fentiekből következik, hogy a vízszintes irány mentén minél nagyobb számú kijelzőképpont-oszlopra van szükség, mivel a háromdimenziós irányfelbontást az egy képernyőképpontból kilépő fénysugarak száma határozza meg. Ha a vízszintes képernyősorokban x számú képpont van, és mindegyikből n irányban léphet ki L_e fénysugár, akkor vízszintesen x * n számú kijelzőképpontra van szükség. Más szavakkal, annál több irányban lehet fénysugarakat kibocsátani egy képpontból adott vízszintes képfelbontás mellett, minél nagyobb számú kijelzőképpontot tudunk elhelyezni és leképezni egy adott vízszintes képernyősorra.

A 16. ábra azt szemlélteti, hogy elvileg egy gyors képváltási frekvenciát nyújtó 52 kijelző a spot/s követelménynek megfelelően helyettesíthet több lassabb kijelzőt is. Ilyenkor a 70-,-70₃ fényforrások váltakozva, az

HU 227 172 Β1 kijelző képváltási frekvenciájával szinkronizálva világítanak, és ennek megfelelően az 52 kijelző ciklikusan a virtuális S.|-S₃ fényforrásokat szolgálja ki. A virtuális S-|—S₃ fényforrások térben is elkülönítve jelennek meg, a külön 6O₃—60₃ kollimátorokkal ellátott 70-,—70₃ fényforrások szög szerinti elkülönítésének megfelelően. A gyors 52 kijelzőt a fénykibocsátó 10 felület megfelelő pontjaira fókuszáló optikát lehet egy közös 40 optikai lencsével megvalósítani, mint a 11. ábrán, de az is megvalósítható, hogy az egymástól független, több leképezőrendszerből álljon.

A 17. ábrán azt mutatjuk be, hogy a vízszintesen elérhető kijelzőképpontok számát lehet és célszerű növelni. Ilyen esetekben előnyös a kétdimenziós 50 kijelzőket több egymással párhuzamos sorban, egymáshoz képest a sorokkal párhuzamos irányban eltolva elhelyezni. A w_n hasznos szélesség és a w_g teljes szélesség arányától, valamint az egyes kijelzők magasságától függően két vagy három, vagy akár több sorban is elhelyezhetők az 50 kijelzők annak érdekében, hogy a sorokkal párhuzamosan, tipikusan vízszintesen, minél nagyobb számú kijelzőképpont álljon rendelkezésre. Értelemszerűen az egyes sorok közötti vízszintes w eltolást úgy kell megválasztani, hogy az egyes 50 kijelzők központi optikai tengelye szabályos periódusonként legyen eltolva a vízszintes irány mentén. Ezzel biztosítható, hogy a 40 optikai lencsék által oldalirányban eltérített fénysugarak a megfelelő képernyőn levő P képpontokba jussanak, és az egyes P képpontokból kilépő L_e fénysugarak kilépő szögei is szabályos eloszlást mutassanak.

Rendszerint, de nem szükségképpen a w eltolást az 50 kijelzők w_g teljes szélességének és a képzett sorok számának hányadosával egyenlőnek választják. Általában a kétsoros elrendezés az optimális, mivel így az egyes 50 kijelzők vezérlő kivezetéseit felfelé és lefelé állítva az 50 kijelzők a legsűrűbben helyezhetők el, megközelítve az ideálisan egybefüggő, hosszú vízszintes kijelzőt.

A 3. ábrán egy olyan elrendezés látható, ahol az egyes 45 modulok a 20 képernyő mentén gyakorlatilag egy egyenes mentén, a 20 képernyővel párhuzamosan vannak eltolva, de egyébként ugyanolyan szögben állnak a 20 képernyőhöz képest, és optikailag teljesen ekvivalensek. Ezzel szemben a 18-21. ábrákon azt szemléltetjük, hogy az egyes 45 modulok és a 20 képernyő egymáshoz képest különböző geometriai elrendezésekben is szerepelhetnek.

Ennek a gyakorlati megvalósítás szempontjából különösen előnyös, optikailag uniformis elrendezésnek az elvét mutatja a 18. ábra. Az egyes 45 modulok optikailag ekvivalensek, ugyanazon paraméterekkel rendelkező leképezőoptikát tartalmazzák, ami lehetővé teszi a tömeggyárthatóságot, a 45 modulok egymással felcserélhetőek. Minthogy egy egyenes mentén, a 20 képernyővel párhuzamosan vannak eltolva, de azonos szögben állnak a 20 képernyőhöz képest nem lép fel optikai trapéz torzítás, és a 45 modulok optikailag szimmetrikus elrendezése megkönnyíti a közös képalkotást. Az elrendezés a 45 modulok számának megválasztásával szabadon bővíthető, így könnyen megvalósítható mind 4:3, mind 16:9 vagy más tetszőleges képarányú megjelenítőkészülék.

A szélső, képernyőn levő P képpontokba jutó fénysugarak úgy is előállíthatok, hogy a 20 képernyő és a 45 modulok által közrezárt teret oldalirányban M tükörrel határoljuk, és a 20 képernyő P képpontjaiba térítjük vissza azokat az L_d sugarakat, amik egyébként már nem a 20 képernyőre esnének. A visszavert sugarak tekinthetők úgy, mintha azokat a virtuális 45_v modulok bocsátották volna ki. Megmutatható, hogy a belső 45 modulokból pontosan annyi L_d fénysugár esik már a 20 képernyőn kívülre, amennyit egyébként az ilyen virtuális 45_v modulokkal kell előállítani a szélső P képpontok számára. Ezért az M tükröt a 20 képernyő szélére helyezve, a belső modulokból a képernyőn kívülre tartó fénysugarak teljes mértékben hasznosíthatók, és az összes 45 modulok teljes szélessége nem haladja meg a 20 képernyő szélességét, vagyis a berendezés viszonylag kompakt méretű maradhat.

A 19. ábra ugyancsak optikailag szimmetrikus elrendezésre mutat példát. A párhuzamos egyenes menti eltolást hengerszimmetrikus transzformációval helyettesítve a 45 modulok, és a 20 képernyő is ívelt vonal mentén helyezkedik el. Például szimmetriaokok miatt előnyös, ha a 20 képernyő egy, a 45 modulok által képezett körívvel lényegében koncentrikus köríven helyezkedik el, ezt szemlélteti a 20. ábrán látható elrendezés is. A 20 képernyő lehet hengerfelület vagy vetítés szempontjából előnyös gömbfelület. A 20 képernyőfelületre illeszkedő körív sugara lehet nagyobb, egyenlő vagy kisebb, mint a 45 modulok által képezett körív sugara. A sugarak aránya meghatározza a kerület mentén elhelyezhető adott méretű modulok számát, a képernyőfelülettől adódó távolságát, azaz a rendszer szögfelbontásának és képfelbontásának a viszonyát. Az elrendezés kiterjeszthető a teljes körívre, azaz 360° tartományra, így a szemlélőt körbeölelő teljes látószögű térbeli látvány állítható elő, célszerűen virtuális valóság rendszerek vagy szimulátorok számára. Nagyméretű rendszerekben, mint pl. repülőgép-szimulátorok, a modulokat előnyösen projektorokkal lehet megvalósítani. A 20 képernyő lehet reflektív vagy retroreflektív, ez utóbbit a 28. és 33-34. ábrák kapcsán részletesebben is elmagyarázzuk.

Megvalósítható az is, hogy íves elrendezésben a 20 képernyő áteresztő legyen, amint azt a 20. ábra szemlélteti. Mivel az ívelt 20 képernyő domború felülete felé eső kilépési tartomány jóval nagyobb, mint a homorú oldal felé eső, és a körív mentén elrendezett 45 modulokat is célszerű közös tartományra, a körív középpontja felé tájolni, ebben az esetben a 45 modulokat és a 20 képernyőt a körív azonos oldalán kell elrendezni, előnyösen a 45 modulokat kívül, nagyobb sugarú köríven, a 20 képernyőt beljebb, kisebb sugarú köríven. A 35 szemlélő továbbra is a kör középpontja körüli 34 tartományon észleli nagy látószögben az őt körülölelő homorú ernyőn a 3D látványt. Látszik, hogy a centrális 45_c modulok optikailag egyenértékű helyzetben vannak a perifériális 45_p modulokkal, a körkörös

HU 227 172 Β1 elrendezésnek köszönhetően. A 45 modulok és a 20 képernyő elvileg akár egy teljes körívet is alkothatnak, ahol a 20 képernyő egy hengerfelület vagy gömbfelület.

A 21. ábra egy optikailag aszimmetrikus modul-képernyő elrendezést mutat, ahol a képernyő és a modulok lényegében egy-egy egyenes mentén helyezkednek el, de a modulok optikai leképezése nem egyforma, a szélek felé haladva a 20 képernyővel bezárt szögük is különbözik, és a 20 képernyő P képpontjainak egyenletes elosztása miatt a leképezésük is aszimmetrikus, rendszerint trapéz torzítást mutat. Szoftver által vezérelt előtorzítással kompenzált módon a közös képalkotás megvalósítható, de a képek pixeles jellege miatt a szomszédos modulok képeinek egymáshoz illesztésénél zavaró effektusok léphetnek fel.

A 22. ábrán egy 45 modul optikai rendszerének gyakorlati megvalósítását szemléltetjük. A fényforrás egy optikai szál 77 vége. Az onnan kilépő fénysugarakat az első aszferikus 72 lencse kollimálja párhuzamos nyalábbá. Az 50 kijelzőn áthaladó fénynyalábot a második aszferikus 73 lencse fókuszálja a 74 apertúra nyílására. A 74 apertúrával végzett térszűrés után a széttartó fénysugarak nyalábszögét a 78 szórólencsével növeljük meg. A 78 szórólencse egy konvex-konkáv lencse, aminek a domború oldala van a fényforrás felé az optikai tengelyen, törésmutatója célszerűen eltér a 73 lencse törésmutatójától a színkorrigálás érdekében.

A 23. ábra szemből mutat egy olyan nagyméretű 55 kijelzőt, aminek az egybefüggő hosszú és keskeny hasznos felületén hosszában egymás mellett vannak kialakítva a különböző kilépési irányba kivetítendő képrészleteket tartalmazó összetett képek. Az egyes képek úgy tekinthetők, mintha azokat egy-egy 50’ virtuális kijelző állította volna elő. Ez a megvalósítás lehetővé teszi, hogy az 50’ virtuális kijelzők teljesen szorosan egymás mellett helyezkedjenek el. A 24. ábra az 55 kijelzőt felülnézetben mutatja, az egyes 50’ virtuális kijelzők, vagyis az 55 kijelző egymás melletti képeit leképező 40 optikai lencsékkel együtt, amelyek egy közös 42 optikai lemezbe vannak integrálva.

A 25-26. ábrák a 45 modulok optikai rendszerének a lehetséges kialakítását szemléltetik, ha az 56 kijelzők nem transzmissziós, hanem reflexiós üzeműek.

Célszerű lehet itt 56 kijelzőként olyan mikromechanikai kijelzők alkalmazása, ahol integrált áramköri technológiával mozgatható tükrözőlapkák, illetve optikai rácsként viselkedő csíkszerű struktúrák mozgatásával térítik el a fényt. Ilyen például a Texas Instruments DMD chip mikrotükör mátrixa. A 25. ábrán látható sugármenet szerint a 60 kollimátorról az 57 osztóprizmán keresztül vetődik a fény az 56 kijelzőre, és onnan visszaverődve az 57 osztóprizmára, ez utóbbin át halad tovább a 40 optikai lencséhez. Az osztóprizma előnyösen önmagában ismert polarizációs osztóprizma a reflexiós LC mikrokijelzőkhöz, vagy totál-reflexiós (TIR) prizma a mikromechanikai kijelzőkhöz.

A 26. ábra egy olyan változatot mutat, ahol az 57 osztóprizma szerepét az 58 féligáteresztő lemez veszi át. Mindkét változat megépíthető úgy is, hogy az összes modulhoz egy közös, hosszú 55 kijelző és egyetlen hosszú 57’ osztóprizma tartozik. Ez utóbbi változat látható a 27. ábrán. Hasonlóan a 23. ábrán látható 55 kijelzőhöz, a kijelző lehet egyetlen hosszú hasznos felület, amin csak logikailag vannak elkülönítve az egyes modulokhoz tartozó kijelzők, de az is elképzelhető (amint az a 27. ábrán is érzékelhető), hogy egyetlen közös 59 alaplapon helyezkednek el az egyes modulok fizikailag elkülönülő 56 kijelzői.

A 28. ábrán a 45 modulok és a 20 képernyő olyan elhelyezését szemléltetik, ahol a 20. ábrához hasonlóan, a 20 képernyő és a 45 modulok koncentrikus körívek mentén helyezkednek el. Lényeges azonban, hogy itt a 20 képernyő retroreflektív, vagyis a beeső fénysugarak ugyanabban az irányban verődnek vissza. Pontosabban a 20 képernyőnek ez a tulajdonsága csak a vízszintes irány mentén valósul meg, más szóval a 28. ábra síkjában. A függőleges irányban a visszaverődés a 20 képernyőről normális tükörszerű, vagyis a függőleges síkban a beesési szög azonos a kilépési szöggel, de a fénysugár irányának a függőleges sík mentén vett komponense változatlan marad. Erre azért van szükség, mert egyébként a fénysugár mindig pontosan a 45 modulokba verődne vissza, és nem jutna a szemlélő szemébe.

A 28. ábrán látható elrendezésnek az a lényeges tulajdonsága, hogy az ívelt, vízszintesen retroreflektív 20 képernyő miatt az egyes 45 modulokból kibocsátott széttartó fénysugarak visszaverődve ismét összetartanak, és csak egy viszonylag szűk 34 tartományban, nagyjából a 35 szemlélő feje körüli térrészben lesz a 20 képernyő teljes felülete látható, pontosabban csak ebben a tartományban jön létre olyan háromdimenziós látvány, ami lényegében a teljes 20 képernyő által határolt térrészre kiterjed. Belátható az is, hogy ennek a 34 tartománynak a közepe gyakorlatilag a modulok és a 20 képernyő által képezett koncentrikus körök közös középpontja. Ebben a szűk 34 tartományban viszont a 3D kép irányfelbontása nagy lesz, mivel kis elmozdulás után is már más kilépési irányba kilépő fénysugarat észlelhetünk egy-egy képponthoz. Más szavakkal, a berendezés által nyújtott különböző irányú nézetek ezt a szűk tartományt osztják fel egymás között, tehát az egyes kilépési irányok közötti különbség kicsi lesz. Ez azt jelenti, hogy az érzékelt 3D hatás nagyon valósághű lesz, de nincsen szükség arra, hogy a nagyfelületű 20 képernyő egy-egy képpontjához nagyon sok kilépési irányt kelljen rendelni, ami nagyszámú modult vagy nagy felbontású kijelzőket igényelne az egyes modulokban. Az is belátható, hogy a 20 képernyőhöz közelítve, a 20 képernyő által érzékeltetett kilépési tartomány beszűkül, pl. ha a 35 szemlélő a 35’ pozícióba kerül, mert ott már csak a 45_c modul által előállított fénysugarak jutnak a 35 szemlélő szemébe, a szélső 45_p modul által kibocsátott fénysugarak már elkerülik a szemlélőt.

A 20 képernyő azért retroreflektív, mert a 45 modulok felé néző felületét függőlegesen futó derékszögű 26 prizmák borítják, amelyek vízszintes síkban vett keresztmetszetét a 28. ábra kinagyított részlete mutatja.

HU 227 172 Β1

Az ilyen kialakítású felület önmagában ismert módon adott irányban - a prizmák hosszanti élére merőleges síkban vett irányokban - retroreflektív, vagyis ebben a síkban a kilépő fénysugár a belépővel párhuzamosan, ellenkező irányban lép ki.

A 29. ábrán a 28. ábra szerinti elrendezés egy gyakorlati hasznosítása látható, egy repülőgép-szimulátor. A 20 képernyőn a repülőből látható táj háromdimenziós képe jelenik meg, de ez a kép csak a repülő 36 pilótafülkéjében ülő 37 pilóta számára lesz látható. A pilóta által látható képet előállító fénysugarakat előállító 45 modulokat a 36 pilótafülke mögött és felett elhelyezett egy vagy több 46 vetítőegység tartalmazza.

A 30. ábrán a 20 képernyő egy lehetséges megvalósításának térbeli szerkezete, illetve a jobb szemléltetés kedvéért 30a vízszintes és 30b függőleges keresztmetszete látható. A 20 képernyő egyik felületét nagyobb, másik felületét kisebb görbületi sugarú hengerlencsékből álló úgynevezett lentikuláris lencsesor alkotja. A nagyobb görbületi sugarú 31 hengerlencsék az L_e fénysugarak kismértékű, kb. 1-2 fokos szórását biztosítják a vízszintes síkban, amint azt a 7a. ábrán a δ_χ szöggel jelöltük. A kisebb görbületi sugarú 32 hengerlencsék az L_e fénysugarak nagyobb mértékű, kb. 100 fokos szórását biztosítják a függőleges síkban, amint azt a 7a. ábrán a 5_y szög szemlélteti. A 20 képernyő ismert technológiával, például fröccsöntéssel olcsón előállítható optikai minőségű műanyagból. A szórás reflexiós 20 képernyőnél (lásd a 31. ábrát) és transzmissziós képernyőnél egyaránt megvalósítható egy vagy több rétegben kialakított struktúrában egyaránt. Reflexiós képernyőnél elég a kívánthoz képest feleakkora szórást létrehozó hengerlencsék kialakítása, mivel a visszaverődés miatt a fénysugarak kétszer haladnak át a 20 képernyőn, és a második áthaladás után a kívánt szórás létrejön. Elvileg az is megvalósítható, hogy a 20 képernyő ugyanazon felületén legyen kialakítva a függőleges és vízszintes szórást létrehozó optikai felület.

A 32. ábra a 20 képernyő olyan változatát mutatja be, ahol a hengerlencsék helyett a fénysugarak megfelelő szórását a 33 holografikus réteg végzi. A 33 holografikus réteg egyszerre hozhatja létre a függőleges és a vízszintes szórást, akár különböző mértékben is.

A 33. és 34. ábrán azt szemléltetjük, hogy (egyik dimenzió szerint) retroreflektív 20 képernyő úgy hozható létre, hogy azon derékszögű 26 prizmákat alakítunk ki (lásd a 28. ábrát is). A retroreflektív hatás a 26 prizmák 27 hosszanti élére merőleges síkban alakul ki. A 27 hosszanti éllel párhuzamos síkokban haladó fénysugarak, pontosabban a fénysugaraknak az ilyen síkokba eső komponensei egyszerű tükörként verődnek vissza a 20 képernyőről. A 35. és 36. ábra azt szemlélteti, hogy a szükséges fényszórást a retroreflektív 20 képernyő előtt elhelyezett, a 20 képernyőn elhelyezett 30 szóróernyő vagy a 33 holografikus réteg biztosítja. A 37. ábra egy olyan változatot mutat, ahol a 33 holografikus réteg a retroreflektív felületen közvetlenül van kialakítva megfelelő technológiával, például replikálással.

A 38. ábrán a találmány szerinti háromdimenziós kijelzőberendezésnek egy viszonylag egyszerű kiviteli alakját mutatjuk. Ez a berendezés csak 3D állóképeket állít elő, és mint ilyen, például reklámcélokra kiválóan alkalmas. A berendezés 47 kivetítője tartalmazza a (38. ábrán külön nem ábrázolt) modulokat, amelyek a 47 kivetítőtől általában külön elhelyezett 20 képernyő felé bocsátják ki az L_d fénysugarakat, a fentiekben leírt elvek szerint. Szükség esetén a 47 kivetítő két oldalán M tükrök is lehetnek, amivel a 47 kivetítő szélessége csökkenthető, a 19. ábra kapcsán ismertetett elv alapján. A 38. ábrán látható berendezés 47 kivetítőjének belső szerkezetét a 41. ábra szemlélteti, azzal a különbséggel, hogy a 38. ábrán csak egy sorban helyezkednek el a modulok, míg a 41. ábra egy kétsoros elrendezést mutat.

A 47 kivetítő és a 20 képernyő lehet reflexiós elrendezésű (lásd a 39. ábrát), vagyis a 47 kivetítő például a 90 mennyezetre rögzíthető, és a 20 képernyő a helyiség (nem ábrázolt) falára tehető. Ez az elrendezés azért előnyös, mert a 47 kivetítő messze helyezhető a 20 képernyőtől. Ilyen elrendezéssel nagyon jó szögfelbontású, nagy mélységélességű 3D képek hozhatók létre. Belátható ugyanis, hogy a 3D kép irányfelbontását, vagyis a szomszédos kilépési irányok közötti szöget a 20 képernyő és a 45 modulok közötti távolság, illetve az egyes modulok közötti távolság fogja meghatározni. Reflexiós elrendezésben 20 képernyőt szemlélők a 47 kivetítőhöz képest a 20 képernyő előtt vannak, a 47 kivetítő síkja alatt, és így viszonylag kis térfogatú helyiségben is aránylag nagy felületű 20 képernyőt lehet kialakítani. A berendezés a 20 képernyő előtt és mögött megjelenő 3D látványt nyújt, és így kisméretű helyiségek optikailag megnövelhetők.

Az is megvalósítható, hogy a 20 képernyő transzmissziós kialakítású, vagyis a 47 kivetítőből kilépő L_d fénysugarak áthaladnak a 20 képernyőn, és a 20 képernyő túloldalán kilépő L_e fénysugarak jutnak a néző szemébe. Ezt az elrendezést a 40. ábra szemlélteti. Ilyenkor a 46 kijelzőnek nem kell feltétlenül magasabban lennie, mint a szemlélők, azokkal egy szintben vagy azoknál alacsonyabban is elhelyezhető. Ennek az elrendezésnek az az előnye, hogy a 47 kivetítő lehet egy másik helyiségben is, a nézők a 47 kivetítőt nem látják.

A 41. ábrán az állóképet megjelenítő 3D berendezés szerkezete látható. Tekintve, hogy csak állóképet kell megjeleníteni, a 47 kivetítőben a kétdimenziós kijelzők szerepét egy állandó képet megjelenítő eszköz, például egy 150 diafilm vagy más, adott esetben reflexiós képhordozó veszi át. A 150 diafilmen megfelelő geometriában, például a 41. ábrán látható kétsoros elrendezésben vannak kialakítva az összetett 155 képek, amiket a 40 optikai lencsék képeznek le a 47 kivetítőtől közelebb vagy távolabb elhelyezett 20 képernyőre. Szükség esetén a képernyő szélső képpontjainak megfelelő nézeteit előállító modulokat az M tükörrel lehet pótolni, ahogy azt a 19. ábra segítségével elmagyaráztuk. A 150 diafilmen a 155 képeket 180 fénycsövek vagy a mozgóképes berendezésnél ismertetett izzólámpák

HU 227 172 Β1 vagy LED-ek világítják meg hátulról, opcionálisan egy homogenizáló 185 diffúz lapon keresztül. A 150 diafilm gyorsan és kényelmesen kicserélhető, ha a 47 kivetítővel más képet kell megjeleníteni. Alkalmazható a folytonosan változó reklámtábláknál ismert periodikus cserét automatikusan végrehajtó mechanika egy változata is. Az egyes összetett 155 képeket megfelelő módszerekkel, például digitális képalkotási technikával lehet létrehozni a 150 diafilmen. A diafilm azért alkalmas kétdimenziós kijelzőként, mert jó felbontással, kisméretű színes képeket lehet rajta kialakítani, és lényegében modellezi a 23. ábrán bemutatott ideális nagyméretű kijelző egybefüggő hosszú és keskeny hasznos felületét.

A 41. ábrán látható 3D kijelzőberendezés olcsón és egyszerűen állítható elő, és kiváló minőségű 3D érzetet keltő képek megjelenítésére alkalmas.

Megjegyezzük, hogy a 185 diffúz lapon keresztül megvilágítva a 150 diafilmet nemcsak a 155 kép síkjára merőleges fénysugarak haladnak át a 155 képen, hanem más irányúak is. A viszonylag kis numerikus apertúrájú leképezőoptika azonban csak egy kis kúpszögben belépő sugarak leképezésére képes, a többi, ferdébb fénysugár az optikai rendszerben elveszik. Más szavakkal, a leképező 40 optikai lencsék gyakorlatilag csak a 150 diafilmen egymással nagyjából párhuzamosan haladó fénysugarakat hasznosítják. Erre az esetre is érvényes tehát, hogy a 47 kivetítőben a képalkotó eszközt - jelen esetben tehát a 155 képeket hordozó 150 diafilmet - lényegében párhuzamos fénysugarakkal az optikai eltérítőeszközre, vagyis a leképező 40 optikai lencsére vetítő optikai rendszer van. A fentiekből adódóan a rendszer a 155 képeken áthaladó fényt viszonylag rosszul hasznosítja, de ezt ellensúlyozza az, hogy megjelenített 3D kép fényességét az egyes 155 képek összesített fényteljesítménye adja.

A 42. ábrán látható a 45 modulokban alkalmazott optikai leképezőrendszer egy másik változata. Az 50 kijelző számára a hátsó megvilágítást a 170 LED csip mátrix biztosítja. A minél nagyobb fényerő elérése érdekében a lehető legtöbb fényforrást kell az 50 kijelző mögött elhelyezni. Ez úgy érhető el, hogy az integrált áramköri technológiából ismert módon magukat a tokozás nélküli LED csipeket kell közös 175 hordozóra (substrate) rögzíteni és egymáshoz ill. a megfelelően kialakított kivezetésre kötni vékony, rendszerint arany fémszállal (bonding). A csipeket így 0,4-0,5 mm-enként lehet elhelyezni, egy átlagos méretű kijelző mögött akár 100 darabot is. Ezzel rendkívüli felületi fényességű, tökéletesen homogén, jó színkeverést és telítettséget nyújtó, bár pazarló fényforrást valósíthatunk meg. A 170 LED csip mátrixból kilépő divergens nyaláb szélső sugarai a kis numerikus 74 apertúrájú 73 és 78 lencséken történő áthaladás során elnyelődnek, gyakorlatilag csak a 170 LED csip mátrix felületére merőlegesen kilépő fény hasznosul a rendszerben. A 170 LED csip mátrix többszínű is lehet, pl. a szokásos RGB színekben világító 171 LED-ek lehetnek rajta megfelelő csoportosításban, amit a 43. és a 44. ábra szemléltet.

A jobb fényhasznosítás érdekében, a nagy szögben kiinduló sugarak kollimálására a 170 LED csip mátrix és az 50 kijelző között nyalábformáló kollimáló optika, előnyösen a csip mátrixszal egybevágó mikrolencse mátrix vagy belső reflexiós fényintegráló-párhuzamosító elem, előnyösen táguló csonka gúla alakú tükördoboz (lásd a 10. ábrát) vagy kúposán táguló műanyag ill. üvegelem. Ezzel lehetővé válik a csípek számának csökkentése, illetve standard RGB csipLED-ek, például Samsung, Mari gyártmányú eszköz használata.

A 44. ábrán látható RGB színekben világító LED-es megvilágító esetén az 50 kijelző monokróm, és az egymást követő színes képeket az R, G, és B színekhez tartozó 171 LED-ek ciklikus bekapcsolásával hozzák létre, például úgy, hogy egy kb. 1/30 s tartamú frame-en belül mindegyik színt egyszer bekapcsolják. Értelemszerűen ehhez megfelelő képváltási frekvenciájú 50 kijelző szükséges, jelen esetben tehát kb. 90 1/s frekvenciával kell a képeket megjeleníteni az 50 kijelzőn. Ezzel elkerülhetővé válik színes LCD-k használata a 45 modulokban. Ugyanis a színes LCD megjelenítőkben vagy nagy pixelszámú, de harmadfelbontású pixeltripletenként RGB szűrős színes paneleket, vagy pedig három (RGB) önálló panelt alkalmaznak. Párhuzamosan működő LCD alapuló berendezés esetében a panelek megháromszorozása nem gazdaságos. A kijelző felbontásának csökkentése viszont az eltérítési irányok csökkentését, vagyis az irányfelbontás romlását okozza. Ezért a javasolt berendezésben a nagy sebességű ferroelektromos folyadékkristály (FLC) panelek felhasználásával időszekvenciális színvezérlést valósíthatunk meg, és például 3x képváltási frekvenciával egymás után váltjuk az RGB képeket. Ez további előnyként a pixelesnél jobb színkeverést eredményez.

A berendezés vezérlőegységének egy lehetséges megoldását mutatja a 45. ábra. A műsorszórás, távközlés és számítógépes technológiák konvergenciája korában az információs rendszerek alapvető funkciói: az átvitel, tárolás, feldolgozás lényegében függetlenek attól, hogy a digitális jelek hangi, képi, vagy számítógépes adatokat hordoznak. A korszerű, rendszerbe integrálható készüléket is eszerint kell felkészíteni, hogy bármilyen 3D (képi vagy geometriai modell) információt hordozó jelsorozatot kezelni tudjon lehetőleg a hardver változtatása nélkül. A monitorok, televíziók, más kijelzőeszközök rendszerint céláramkörökkel kezelik le a különböző szabványú bemeneti jeleket.

Célszerűen a találmány szerinti berendezés vezérlőegysége ezért lényegében 200 számítógépként, például személyi számítógépként (PC) van kialakítva, úgy hogy adott formátum vagy protokoll szerinti, digitális vagy analóg formában érkező 3D adatot a bemeneti interfész (bővítő)-kártyákon keresztül szabványos számítógépes 210 buszra, például PCI-buszra juttatja. Ez a felépítés módot ad akár utólagosan is újabb fizikai bemenetek kialakítására.

A rendszer bemeneti adatai különféle forrásokból származhatnak. A 45. ábrán példaképpen tüntettünk fel egy 260 hálózati csatolót, egy 270 vezetékes modemet és egy 280 rádió/TV vevőegységet, amelyek egyaránt a 210 buszra csatlakoznak.

HU 227 172 Β1

A berendezéshez 255 bemeneti egységen keresztül 250 kamera csatlakoztatható, amely önkalibráláshoz, szemkövetéshez (head-tracking), környezeti fények feltérképezéséhez szolgáltat adatokat.

A bejövő 3D adat akár a 203 szoftver vezérelte feldolgozás után, akár közvetlenül az ugyanerre a 210 buszra kapcsolódó 240 3D egységre jut, ami fizikailag szintén (PCI) bővítőkártyaként van kialakítva. A kártya előnyösen nagy komplexitású programozható logikai IC-ket tartalmaz (FPGA).

A 240 3D egység (3D Engine) feladata, hogy a megkapott, azonosított képekből valós időben előállítsa, és továbbítsa minden egyes 45₁ ...45_q modulnak a megfelelő összetett (modul) képet.

A 200 számítógép funkciói a 100 vezérlő áramkörökkel is megvalósíthatók (lásd a 8. és 10. ábrát), de általában a 100 vezérlő áramkörök maguk csak a 240 3D egység adatait fogadják, és annak alapján vezérlik a 45 modulokat.

A 240 3D egység a különböző bemeneti adatok szerint különböző üzemmódokban működik:

- Sík kép megjelenítése. A felismert hagyományos szabványú 2D képek adott képpontjának szín- és intenzitásértékével feltölti a 20 képernyő megfelelő P képpontjának valamennyi irányát (ill. az azt) létrehozó 45₁...45_q modulok 50 kijelzőinek megfelelő pixeleit.

- Bármilyen forrásból származó (számítógép által generált vagy természetes látvány lefényképezéséből, lefilmezéséből eredő) tömörítetlen vagy kitömörített különböző nézési irányoknak megfelelő nézeti képek feldolgozása. A szükséges geometriai adatok felhasználásával a nézeti képek képrészleteinek egymás közti átrendezésével létrehozza az összetett (modul) képeket.

- A berendezés által megjeleníthető nézési iránynál kevesebb számú nézettel megadott kép feldolgozása. Például egy képről rendelkezésre álló öt különböző irányú nézetből állítjuk elő az összes, a berendezés által megjeleníthető nézetet. Bár a lényegében folytonos 3D látvány rekonstruálásához elvileg nagyon nagy számú nézeti kép szükséges, de ezek előállítása rendszerint nem gazdaságos, különösen nem valós képfelvételek esetén. Az egység megfelelő algoritmusok segítségével kiszámolja a kellő számú köztes nézetet. Ilyen jellegű megoldások ismertek pl. az US 5,949,420 számú szabadalmi leírásból. A számítás például a képrészletek elmozdulása alapján végezhető. Ezekből a kiszámított, szükséges számú köztes nézetekből (és rendszerint a kiindulási nézetekből is) az előzővel megegyező módon történő átrendezéssel létrehozza az összetett (modul) képeket.

- Egyéb platformok, például DICOM, 3Dfx, VRML, különböző 3D CAD geometriai modellek által szolgáltatott adatokból megfelelő számú 3D nézetek előállítása. Példaként feltüntettük a 230 3Dfx modult, amit külön bővítőkártyaként, önmagában ismert módon csatlakoztathatunk a

200 számítógép 210 buszára. Az így leírt 3D objektumokról a számítógépen telepíthető, önmagában ismert felépítésű 203 3D szoftver állítja elő a kellő számú és geometriájú nézeti képet, amit a 240 3D egység a továbbiakban a fentiekkel azonos módon kezel.

Ilyen módon elérhető, hogy a berendezés kompatibilitása bármely platformhoz elsősorban szoftver kérdése. Az új szabványok kialakításánál a 3D információt, mint kiegészítő adatot a középső nézeti képhez csatolva a 2D készülékek is kompatibilisek maradnak, és megjeleníthetnek 3D jeleket, természetesen csak valamelyik sík, nézeti képpel. Egy speciális alkalmazásnál a berendezés hardvere valós időben kiszámolhatja bármely köztes nézet adatát, így tehát mód van arra is, hogy a szemlélő két szemének pozíciójának megfelelően optimalizáljuk a szemlélő által látott nézeti képet, tehát csak két nézetnek megfelelő képet vetítünk ki a szemlélő szemei irányába. A szomszédos nézetek, tehát a képernyő szórása miatt esetleg már látszódó szomszédos nézeti képek átlapolódását kikapcsolva, rendkívül nagy mélységélességű 3D látványt lehet létrehozni (Hi-depth mode). A találmány szerinti rendszer jellegéből következik, hogy a szemkövetést és ezt az optimalizálást több néző esetében is megvalósíthatjuk egyidejűleg. A szemkövetéshez a vezérlőadatokat a 250 kamera vagy más célhardver szolgáltathatja.

További lehetőségként kihasználható, hogy amikor a berendezés hardvere valós időben kiszámol bármely nézetet, beavatkozzon a kép összeállításába, módosítsa azt. Ilyen lehet a környezet fényeinek, a környezeti megvilágításnak a figyelembevétele. Nem egyszerűen a fényerő állítását, hanem a tárgyakon adott pontokon megcsillanó fényeket, elmozduló árnyékokat lehet pótolni, pontosan azt, aminek a hiánya miatt felismerjük, hogy csak mesterséges képről van szó. Ezzel rendkívül plasztikus valós hatású látványt lehet teremteni (Reality mode).

A háromdimenziós kép sokkal több információt tartalmaz, mint egy sík kép. A 3D adatok átvitelénél, tárolásánál ezért célszerű adattömörítési eljárásokat alkalmazni. A nézeti képek hasonlósága hatékony tömörítési eljárásokat tesz lehetővé. Önmagában a már ismertetett, geometriai összefüggéseket kihasználó, kisszámú nézeti kép kezelésén/szaporításán alapuló algoritmus is hatékony adatcsökkentési eljárás, de a további elérhető tömörítés érdekében érdemes a már ismert képtömörítési eljárásokat a nézeti képeken is alkalmazni. A 220 kitömörítőegység ilyen többcsatornás, például MPEG2, MPEG4, Wavelet vagy más ismert szabvány szerint működő egység, amely a bejövő tömörített adatfolyamok képtartalmát kitömörítve, a képeket a 3D egység bemenetére juttatja.

A 200 számítógép mindezek mellett természetesen vezérli a berendezés valamennyi funkcióját a 80 fényforrás 85 tápegységének bekapcsolásától a hűtés felügyeletén keresztül a képernyőmenüig. Adott esetben a berendezés számítógépes hálózaton keresztül vagy telefonvonalon internetre kapcsolódva IP-n keresztül vezérelten végrehajthatja az öndiagnosztikát és bizonyos szervizbeavatkozásokat, beállításokat.

Claims (31)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Berendezés háromdimenziós képek megjelenítésére, amelynek

   a) fényt irányszelektíven átengedő és/vagy visszaverő képernyője, és

   b) a képernyőt megvilágító rendszere van, amely rendszer

   c) a képernyő több különböző pontjához rendelt, valamint az egyes képernyőpontokhoz tartozó különböző kilépési irányokhoz rendelt fénysugarakat előállító modulokat tartalmaz, valamint

   d) a képernyő (20) szomszédos kilépési irányok közötti szögnek megfelelő fényszórással rendelkezik,

   e) a modulokat vezérlő vezérlőrendszere van, azzal jellemezve, hogy

   f) az egyes modulokban kétdimenziós kijelző és

   g) a kijelző egyes képpontjait a képernyőre egyidejűleg leképező optika van, ahol

   h) a kétdimenziós kijelzőn a képernyő különböző pontjaihoz rendelt, valamint az egyes képernyőpontokhoz tartozó különböző kilépési irányoknak megfelelő kijelzőképpontok lényegében egyidejűleg, különböző koordinátájú, de lényegében kilépésiirány-információ nélküli fénysugarat állítanak elő, és

   i) a kijelzőhöz rendelt leképezőoptika a kijelző különböző koordinátájú képpontjai által előállított fénysugarakat különböző kibocsátási vagy leképezési irányokba egyidejűleg képezi le.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy

   a) a képernyő (20) a beeső fénysugarakat (L_d) lényegében irányváltoztatás nélkül áteresztőén vagy a fénysugarakat (L_d) tükörszerűen vagy retroreflektív módon visszaverően van kialakítva,

   b) a modulok a képpontokból (P) különböző irányban kibocsátott fénysugarakat (L_e) létrehozó, az egyes képpontokba (P) különböző irányokból különböző intenzitású és/vagy színű fénysugarakat (L_d) bocsátó modulként (45) vannak kialakítva, ahol a fénysugarakat (L_d) a képpontokba (P) bocsátó modulban (45)

   c) a kétdimenziós kijelző (50) a különböző képpontokból (P) a különböző kilépési irányokba (E) kibocsátandó fénysugarakat különböző pixelekkel előállító eszközként van kialakítva, és a leképezőoptikának

   d) a leképezőoptikára beeső fénysugarakat (L_c) a beesés koordinátáinak függvényében adott szögben eltérítő optikai eltérítőeszköze, előnyösen optikai lencséje (40), és

   e) a képalkotó eszközt lényegében párhuzamos, térbeli koordináták függvényében lényegében homogén fénysugarakat (L_c) előállító eszköze van, továbbá

   f) a modulok (45) periodikusan eltolva, optikailag egyenértékű pozícióban vannak elhelyezve egymáshoz és a képernyőhöz képest úgy, hogy

   g) a képalkotó eszközzel előállított összetett kép egyes pixeleivel kódolt, előnyösen szín- és intenzitásinformációval modulált fénysugarak (L_d) az optikai eltérítőeszköz által a különböző eltérítési irányokban a vonatkozó modulok (45) és a képernyő (20) kölcsönös helyzetének megfelelő képpontokba (P) vannak eltérítve.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kétdimenziós kijelző egy folyadékkristályos mikrokijelző, különösen transzmissziós v. reflexiós LC mikrodisplay vagy mikromechanikai eszköz, különösen mikrotükör mátrix ill. aktív optikai rács vagy más fényszelep mátrix.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kétdimenziós kijelzők függőleges parallaxis információ nélküli összetett képet állítanak elő, a modulok (45) vízszintesen sorban vannak elrendezve, továbbá a képernyő (20) vízszintes szórása megegyezik a szomszédos modulokból (45) egyazon képpontra (P) kibocsátott fénysugarak (L_d) által bezárt szöggel, függőlegesen pedig a kívánt függőleges nézési tartománynak megfelelő.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a modulok (45) több egymással párhuzamos sorban, egymáshoz képest a sorokkal párhuzamos irányban eltolva vannak elhelyezve.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a képalkotó eszközöket megvilágító rendszernek több lényegében párhuzamos fénysugarakat előállító eszköze van, amelyeket közös fényforrás (80) világít meg.
7. 7. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a közös fényforrás (80) fényének modulálását megvalósító eszköze van, célszerűen forgó színszűrő korong, vagy más fényzár, és a közös fényforrás (80) fénye fényvezetővel vagy optikai szállal (75) van az egyes modulokhoz (45) hozzávezetve.
8. 8. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy több fényforrása van, célszerűen LED, különösen többszínű LED-ekkel ellátott LED csip mátrix (170), vagy több különálló LED, amelyek az egyes modulokhoz (45) vannak hozzárendelve.
9. 9. A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a LED-ek nyalábalakító optikai előtéttel, előnyösen mikrolencse mátrixszal vagy reflexiós fényintegráló/koncentráló elemmel vannak ellátva.
10. 10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a képernyő az irányszelektíven átbocsátott és/vagy visszavert fénysugarakon (L_e) a szomszédos modulok (45) és a képpont (P) által meghatározott síkban, a szomszédos modulokból (45) az egyazon képpontból (P) kilépő fénysugarak (L_e) által bezárt szögnek megfelelő szögű fényszórást létrehozó optikai lemez.
11. 11. A 10. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az optikai lemezen a szórást lencserendszer vagy holografikus réteg biztosítja.
12. 12. A 4-11. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a szórást létrehozó képernyőnek vízszintes irányban lényegében retroreflektí17

    HU 227 172 Β1 ven tükröző, különösen függőleges prizma (26) struktúrájú felülete van.
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a modulok a képernyővel párhuzamos egyenes szakasz mentén vannak elhelyezve.
14. 14. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a modulok egy körív mentén vannak elhelyezve, és a képernyő egy, a modulok által képezett körívvel lényegében koncentrikus hengerfelületet vagy gömbfelületet alkot.
15. 15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a berendezés vezérlőrendszere lényegében számítógépként van kialakítva úgy, hogy

    a) a berendezés önmagában ismert szabványok szerinti hálózati elemként működtethető, amely berendezés

    b) a különböző szabványú bemeneti jeleket számítógépes buszra konvertálva dolgozza fel.
16. 16. A 15. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a vezérlőrendszer autonóm üzemmódban eltárol, és feldolgoz képeket előnyösen képtömörítés, nézőpozíció szerinti képoptimalizálás, a környezeti megvilágítás szerint módosított reális megjelenítés céljából.
17. 17. Eljárás háromdimenziós képek megjelenítésére, amelynek során

    a) egy képernyő (20) több különböző képpontjához (P) rendelt, valamint az egyes képpontokhoz (P) tartozó különböző kilépési irányokhoz (E) rendelt különböző nézeteket létrehozó fénysugarakat (L_e) állítunk elő, és

    b) az előállított fénysugarat irányszelektíven átengedő és/vagy visszaverő, a szomszédos kilépési irányok közötti szögnek megfelelő fényszórással rendelkező képernyőre vetítjük, azzal jellemezve, hogy

    c) kétdimenziós kijelzőn (50) a képernyő megfelelő pontjainak (P) különböző kilépési irányaihoz (E) rendelt, különböző koordinátájú pixelekben (C_d) lényegében egyidejűleg, lényegében nézésiirány-információ nélküli fénysugarakat (L_c) állítunk elő, és

    d) a kijelző (50) különböző koordinátájú pixelei (C_d) által előállított fénysugarakat (L_c) a fénysugarakat (L_c) előállító pixelek (C_d) koordinátáinak függvényében különböző eltérítési irányokba (D) egyidejűleg leképezzük.
18. 18. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a különböző nézeteket létrehozó fénysugarakat (L_e) úgy állítjuk elő, hogy

    a) egy képernyő (20) képpontjaiból (P) különböző kilépési irányokba (E) különböző intenzitású és/vagy színű fényt (L_e) bocsátunk ki, ahol

    b) a képpontokból (P) különböző irányban (E) kibocsátott fénysugarakat (L_e) úgy hozzuk létre, hogy a képernyő (20) egyes képpontjaiba (P) különböző irányokból különböző intenzitású és/vagy színű fénysugarakat (L_d) bocsátunk, és a fénysugarakat (L_d) a megfelelő optikai szórás végrehajtásával lényegében irányváltoztatás nélkül átengedjük át a képernyőn (20) vagy a fénysugarakat (L_d) a képernyőről (20) lényegében iránytartóan visszaverjük, továbbá

    c) a különböző irányú, a képpontokba (P) bocsátandó fénysugarakat (L_d) úgy állítjuk elő, hogy képalkotó eszközzel a képernyő különböző képpontjaiból (P) a különböző kilépési irányokba (E) kivetítendő képrészletekből összetett képet állítunk elő,

    d) az összetett képet lényegében párhuzamos fénysugarakkal (L_c) megvilágítva, az egyes képrészletekben kódolt intenzitás- és színinformációval modulált, lényegében párhuzamos fénysugarakat (L_c) állítunk elő, és

    e) az így előállított lényegében párhuzamos, a térbeli koordináták függvényében modulált fénysugarakat (L_c) optikai eltérítőeszközre, előnyösen leképező optikai lencsére (40) vetítjük, és

    e) az összetett kép egyes képrészleteivel modulált lényegében párhuzamos fénysugarakat (L_c) az optikai lencsével (40) az adott képrészletnek az összetett képen történő elhelyezkedésének és az optikai lencse (40) leképezőtulajdonságainak megfelelő különböző irányokban eltérítve, a vonatkozó [az adott optikai lencsét (40) magában foglaló] modulok (45) és a képernyő (20) kölcsönös helyzetének megfelelő képpontokba (P) vetítjük.
19. 19. A 17. vagy 18. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a képalkotó eszközök száma és a pixeleik (C_d) számának a szorzata megegyezik a képpontok (P) száma és a képpontokhoz (P) tartozó kilépési irányok (E) számának a szorzatával.
20. 20. A 17-19. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a létrehozandó háromdimenziós kép egy-egy adott irányból látható adott nézetét egyszerre több képalkotó eszközzel hozzuk létre.
21. 21. A 17-20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes képalkotó eszközök által képezett több függőleges képcsíkból szervezett, függőleges parallaxis információ nélküli 3D képet állítunk elő.
22. 22. A 17-21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy képalkotó eszközzel az egyes képpontokhoz tartozó nézési irányok számának többszörösével egyenlő számú iránynak megfelelő képrészletet állítunk elő, és egy képernyősorhoz kevesebb képalkotó eszközt rendelünk, mint ahány képpont van úgy, hogy egy képalkotó eszközzel több képponthoz állítunk elő lényegében azonos vagy szomszédos nézési irányoknak megfelelő képrészletet.
23. 23. A 17-21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy képalkotó eszközzel annyi iránynak megfelelő képrészletet állítunk elő, ahány különböző nézési iránya van az egyes képpontoknak, és egy vízszintes képernyősorhoz lényegében annyi képalkotó eszközt alkalmazunk, ahány képpont van az adott képernyősorban.
24. 24. A 17-23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a képalkotó eszközök pixelei önálló fénykibocsátó tulajdonsággal rendelkeznek.

    HU 227 172 Β1
25. 25. A 17-23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes képalkotó eszközöket LED csip mátrixszal (70, 170) világítjuk meg.
26. 26. A 17-23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy több képalkotó eszközt közös fényforrással (80) világítunk meg.
27. 27. A 16-23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a képernyőn irányszelektíven átbocsátóit és/vagy a képernyőről visszavert fénysugarakon a szomszédos kijelzőből (50) az egyazon képpontból (P) kilépő fénysugarak (L_e) által meghatározott síkban a kilépő fénysugarak (L_e) által bezárt szögnek (γ) megfelelő szöggel (δ_χ) történő szórást hozunk létre.
28. 28. Berendezés háromdimenziós képek megjelenítésére, amelynek

    a) fényt irányszelektíven átengedő és/vagy visszaverő képernyője, és

    b) a képernyőt megvilágító rendszere van, amely rendszer

    c) a képernyő több különböző pontjához rendelt, valamint az egyes képernyőpontokhoz tartozó különböző kilépési irányokhoz rendelt fénysugarakat előállító modulokat tartalmaz, valamint

    d) a képernyő (20) szomszédos kilépési irányok közötti szögnek (γ) megfelelő szögű (δ_χ) fényszórással rendelkezik, azzal jellemezve, hogy

    f) az egyes modulokban kétdimenziós kép (155) és

    g) a kép egyes képpontjait a képernyőre egyidejűleg leképező optika van, ahol

    h) a kétdimenziós képen a képernyő különböző pontjaihoz rendelt, valamint az egyes képernyőpontokhoz tartozó különböző kilépési irányoknak megfelelő kép-képpontok lényegében egyidejűleg, különböző koordinátájú, de lényegében kilépésiirány-információ nélküli fénysugarat állítanak elő, és

    i) a képhez rendelt leképezőoptika a kép különböző koordinátájú képpontjai által előállított fénysugarakat különböző kibocsátási vagy leképezési irányokba egyidejűleg képezi le.
29. 29. A 28. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy képet (155) diafilm (150) vagy más képhordozó média hordozza.
30. 30. A 28. vagy 29. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy több, az egyes modulokhoz hozzárendelt fényforrása van, célszerűen LED, izzólámpa vagy a képeket megvilágító közös fényforrással, előnyösen fénycsővel (180) rendelkezik.
31. 31. A 28-30. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a képekhez rendelt leképező optikai lencse (40) egy egységet alkotó optikai lemezként, előnyösen lencse mátrixként van kialakítva.