PL181803B1

PL181803B1 - Sposób i urzadzenie do otrzymywania obrazu trójwymiarowego PL

Info

Publication number: PL181803B1
Application number: PL95321264A
Authority: PL
Inventors: Sheldon S Zelitt
Original assignee: Visualabs Inc
Priority date: 1995-01-04
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 2001-09-28
Also published as: AU4295396A; JP3231330B2; CN1175309A; NZ334276A; JP2002044685A; DE69515522T2; CZ288672B6; KR19980701263A; MX9705051A; EP0801763B1; US5790086A; JPH10512060A; DE69515522D1; CN1125362C; BR9510228A; EP0801763A2; EP0957386A1; EP0957385A1; JP2002049005A; CZ207797A3

Abstract

1. Sposób otrzymywania obrazu trójwymiarowego z obrazu z lozonego z pojedynczych pikseli wyswietlanego dwuwymiarowym urzadzeniem, skladajacym sie z matrycy elementów optycznych odpowiednio ustawionych przed pikselami oraz elementów zmie- niajacych efektywna dlugosc ogniskowej kazdego elementu optycz- nego, która powoduje zmiane pozornej odleglosci od patrzacego usytuowanego przed urzadzeniem, na którym pojawiaja sie poszcze- gólne piksele, znamienny tym, ze zmienia sie jednokierunkowo dlugosc ogniskowej kazdego elementu optycznego wzdluz po- wierzchni zorientowanych w zasadzie równolegle do obrazu, przy czym najpierw przemieszcza sie polozenie punktu w obrebie kazde- go piksela, w którym wysylane jest swiatlo z obrazu dwuwymiaro- wego a nastepnie przesyla sie swiatlo do elementów optycznych, tak, ze wiazka swiatla pada na element optyczny w miejscu okreslajacym pozorna glebokosc piksela. 6. Urzadzenie do otrzymywania obrazu trójwymiarowego utworzonego przez piksele, wyposazone w matryce elementów optycznych ustawionych przed pikselami oraz elementy do indywi- dualnego dynamicznego zmieniania efektywnej dlugosci ogniskowej kazdego z elementów optycznych z wytworzeniem zmiany postrze- ganej odleglosci od ogladajacego, usytuowanego przed urzadzeniem, na którym pojawiaja sie wszystkie poszczególne piksele tworzac obraz trójwymiarowy, znamienne tym, ze kazdy element optyczny (2) ma dlugosc ogniskowej zmienna stopniowo wzdluz powierzchni polozonych równolegle do obrazu i posiada elementy (18, 65) przesuwajace w niewielkim zakresie w obrebie piksela polozenie punktu (Sb, 6b, 7b), z którego emitowane jest swiatlo, zgodnie z zaprogramowana glebokoscia promienia swietlnego (5, 6, 7) i zmie- niajace dlugosc ogniskowej oraz pozorne polozenie wynikowego punktu swietlnego (5a, 6a, 7a) od ogladajacego. Fi g. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do otrzymywania obrazu trójwymiarowego stosowane w technice prezentacji obrazów trójwymiarowych, zwłaszcza nie wymagającej użycia specjalnego sprzętu, takiego jak hełm lub okulary.

Przedstawianie w pełni trójwymiarowych obrazów stanowiło poważny cel prac technologicznych przez większą część dwudziestego wieku. Już w 1908 r. Gabriel Lippman wynalazł metodę wytwarzania prawdziwych obrazów trójwymiarowych wykorzystującą płytę fotograficzną eksponowaną poprzez soczewkowatą powierzchnię składającą się z małych niezmiennych soczewek, tworzącą owadzie oko. Technika ta stała się znana jako fotografia integralna, a pokazywanie wytworzonego obrazu dokonywane było przy pomocy tego samego rodzaju soczewkowatej powierzchni ze stałymi soczewkami. To osiągnięcie Lippmana i jego dalsze rozwinięcia w ciągu wielu lat (np. patent USA nr 3 878 329) nie doprowadziły jednak do opracowania technologii pozwalającej na łatwe otrzymywanie obrazów, na zastosowania do prezentacji ruchomej, czy też do prostego uzyskiwania obrazów wytworzonych elektronicznie, a więc w sposób dominujący w końcowym okresie naszego wieku.

Z czasem rozwinięcia sposobu przedstawiania obrazów trójwymiarowych poprzez ich podział na elementy doprowadziły do wielu rozwiązań technicznych, które opierają się na różnych realizacjach powierzchni składających się z elementów optycznych, a służą do otrzymywania obrazów przestrzennych ze specjalnie przygotowanego pojedynczego obrazu (por., np., patent USA nr 4 957 311 lub patent USA nr 4 729 017, jako przykłady ostatnio opracowanych rozwiązań). Większość tych technik ma cały szereg wad, wśród których należy wymienić poważne ograniczenia co do pozycji oglądającego w stosunku do ekranu, obniżenie jakości obrazu wynikające z rozdzielenia otrzymywanej intensywności obrazu pomiędzy dwa oddzielne obrazy, a także, w wielu przypadkach, widoczność paralaksy tylko w jednym kierunku.

Inne poprzednio znane w tej dziedzinie techniki służące do wytwarzania prawdziwych obrazów trójwymiarowych obejmują takie rozwiązania jak na przykład oświetlanie pewnej objętości fizykalnej, a więc mechaniczne przesuwanie promienia laserowego po obracającym się śrubowym ekranie lub po rozproszonym obłoku pary, lub sekwencyjne wzbudzanie kolejnych z wielu wewnętrznych ekranów fosforycznych w lampie z promieniowaniem katodowym, albo też mechaniczne odwracanie zginalnego lustra o pewnej krzywiźnie w celu otrzymania zmiennoogniskowej wersji konwencjonalnego urządzenia do kształtowania obrazu. Wszystkie te techniki okazały się kłopotliwe, trudne zarówno w procesie wytwarzania, jak i przy oglądaniu, i w ogólności nie nadające się w prosty sposób do wprowadzenia na rynek produktów konsumpcyjnych.

W tym samym okresie pojawiło się wiele technologii związanych z odpowiednimi urządzeniami stosowanymi przez oglądających, w tym okulary wykorzystujące dwubarwne lub poprzecznie polaryzowane filtry do oddzielenia równocześnie pokazywanych dualnych obrazów, jak również hełmy do projekcji rzeczywistości wirtualnej, wszystkie one nastawione na uzyskanie przestrzenności, to jest postrzegania głębokości obrazu, poprzez powiązanie osobnych obrazów lewego i prawego oka. Niektóre z nich pozwoliły na uzyskiwanie obrazów przestrzennych o zaskakującej jakości, jakkolwiek zazwyczaj okupione to było niewygodą

181 803 użytkownika, zmęczeniem wzroku, poziomem jasności obrazu, oraz przyznaniem, że dla części potencjalnych odbiorców nie jest możliwe swobodne ani wygodne korzystanie z tych urządzeń do tworzenia obrazów przestrzennych. W dodatku do tego wszystkiego pojawiły się ostatnio wyniki badań okulistycznych i neurologicznych sugerujące ujemne i potencjalnie długotrwałe skutki intensywnego korzystania z systemów projekcji przestrzennej, zarówno tych noszonych przez użytkownika, jak i innych rodzajów takich systemów.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do otrzymywania udoskonalonych obrazów trójwymiarowych, o zwartej i prostej budowie, nie wymagającego używania żadnych okularów, hełmów rzeczywistości wirtualnej, ani innego wyposażenia użytkownika.

Sposób według wynalazku polega na wytwarzaniu obrazu trójwymiarowego z obrazu złożonego z pojedynczych pikseli wyświetlanego dwuwymiarowym urządzeniem, składającym się z matrycy elementów optycznych odpowiednio ustawionych przed pikselami oraz elementów zmieniających efektywną długość ogniskowej każdego elementu optycznego, która powoduje zmianę pozornej odległości od patrzącego usytuowanego przed urządzeniem, na którym pojawiają się poszczególne piksele. Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że zmienia się jednokierunkowo długość ogniskowej każdego elementu optycznego wzdłuż powierzchni zorientowanych w zasadzie równolegle do obrazu, przy czym najpierw przemieszcza się położenie punktu w obrębie każdego piksela, w którym wysłane jest światło z obrazu dwuwymiarowego, a następnie przesyła się światło do elementów optycznych tak, że wiązka światła pada na element optyczny w miejscu określającym pozorną głębokość piksela.

Korzystnie stosuje się elementy optyczne załamujące światło, a światło wnika przez powierzchnię załamującą odpowiedniego elementu załamującego światło.

Korzystnie stosuje się elementy optyczne będące zwierciadłami, a światło pada na powierzchnię odbijającą odpowiedniego elementu zwierciadlanego. Korzystnie również miejsce, z którego światło jest wysyłane z obrazu dwuwymiarowego przesuwa się liniowo albo miejsce, z którego światło jest wysyłane z obrazu dwuwymiarowego, przesuwa się wzdłuż promienia.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do otrzymywania obrazu trójwymiarowego utworzonego przez piksele, wyposażone w matrycę elementów optycznych ustawionych przed pikselami oraz elementy do indywidualnego dynamicznego zmieniania efektywnej długości ogniskowej każdego z elementów optycznych z wytworzeniem zmiany postrzeganej odległości wzrokowej od oglądającego, usytuowanego przed urządzeniem, na którym pojawiają się wszystkie poszczególne piksele, tworząc obraz trójwymiarowy, charakteryzujące się tym, że każdy element optyczny ma długość ogniskowej zmienną stopniowo wzdłuż powierzchni położonych równolegle do obrazu i posiada elementy przesuwające w niewielkim zakresie w obrębie piksela położenie punktu, z którego emitowane jest światło zgodnie z zaprogramowaną głębokością promienia świetlnego i zmieniające długość ogniskowej oraz pozorne położenie wynikowego punktu świetlnego od oglądającego.

Korzystnie urządzenie zawiera elementy optyczne będące elementami załamującymi światło, a powierzchnia wnikania światła jest powierzchnią załamującą Korzystniej powierzchnie załamujące elementów optycznych mają zmienny kształt, odpowiadający zmiennej długości ogniskowej. W innym korzystnym rozwiązaniu elementy optyczne załamujące światło są z materiału o zmiennym współczynniku załamania światłą przy czym współczynnik ten jest zmienny jednokierunkowo wzdłuż elementu załamującego.

Długość ogniskowej elementu optycznego korzystnie jest zmienna liniowo lub nieliniowo w stosunku do przesunięcia punktu wnikania promienia świetlnego.

W innym korzystnym rozwiązaniu według wynalazku elementem optycznym jest element optyczny załamujący światło o długości ogniskowej zmiennej wzdłuż promienia w stosunku do swej osi optycznej, a elementy przesuwające są elementami przesuwającymi wzdłuż promienia położenie punktu, z którego emitowane jest światło.

Korzystnie każdy element załamujący światło jest wydłużony, zaś długość jego ogniskowej jest zmienna wzdłuż długości elementu równolegle do pikselą przy czym elementy przesuwające są elementami przesuwającymi liniowo położenie punktu, z którego emitowane jest światło. Jako źródło światła urządzenie zawiera urządzenie oparte bądź na ciekłych

181 803 kryształach, bądź na elektroluminescencji, bądź też na wyświetlaczu plazmowym Korzy śmie urządzenie zawiera lampę katodową, na niej zaś dużą liczbę podłużnych pikseli fosforycznych, a elementy przesuwające liniowo położenie punktu w obrębie piksela, z którego emitowane jest światło, zawierają elementy przesuwające strumień elektronów wzdłuż każdego z fosforycznych pikseli. Najkorzystniej strumień elektronowy ma prostokątny przekrój poprzeczny lub owalny przekrój poprzeczny. Korzystniej piksele ułożone są w rzędach, a urządzenie jest odbiornikiem telewizyjnym wyposażonym w elementy wyodrębniające składową głębokościową dla każdego piksela z odbieranego sygnału oraz elementy dodawania składowej głębokościowej i sterowania piksel po pikselu wysokością schodkowej rastrowej linii przesuwu.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma nieznaczne szpary pomiędzy poszczególnymi elementami optycznymi, a szpary między tymi elementami optycznymi są wypełnione czarnym nieprzeźroczystym materiałem.

Korzystnie elementy optyczne stanowią płytę wytłoczoną z materiału plastycznego lub są umieszczone na arkuszu materiału plastycznego formowanego wtryskowo. Korzystnie również każdy element optyczny zawiera co najmniej dwa pojedyncze elementy składowe, korzystniej gdy co najmniej dwa elementy składowe mają postać co najmniej dwóch sklejonych płyt wytłoczonych z materiału plastycznego i są ze sobą połączone wzdłuż brzegów. Korzystnie urządzenie jest przeglądarką lub projektorem do przeźroczy z błony fotograficznej, zaś elementy przesuwające zawierają maskę przykładaną do każdego piksela przeźrocza, tak, by otrzymać ustalony punkt przeźrocza.

Korzystnie elementy optyczne są zwierciadłami, a powierzchnia wnikania światła jest powierzchnią odbijającą, korzystniej każdy element optyczny zawiera zwierciadło płaskie oraz. zwierciadło wklęsłe, a najkorzystniej gdy każde zwierciadło płaskie jest jedną powierzchnią złożonego elementu, którego druga powierzchnia tworzy zwierciadło wklęsłe odpowiadające sąsiedniemu pikselowi.

Urządzenie jest monitorem komputerowym, sterowanym elektronicznie układem napędu magnetowidowego, wyposażonym w elementy do wyodrębniania składnika głębi odpowiadającego każdemu pikselowi z danych otrzymywanych z komputera oraz elementy dodawania składowej głębokościowej i sterowania piksel po pikselu wysokością schodkowej rastrowej linii przesuwu.

W odmianie według wynalazku urządzenie do otrzymywania obrazu trójwymiarowego utworzonego przez piksele, wyposażone jest w matrycę elementów optycznych o ustalonej ogniskowej z wytworzeniem różnicy postrzeganej odległości od oglądającego, usytuowanego przed obrazem, ustawionych przed pikselami, przy czym matryca ta jest na stałe przyłożona do obrazu, a każdy element optyczny jest mikrosoczewką o ustalonej ogniskowej, ukształtowaną na stałe z termoplastycznego lub wytłaczanego plastiku. Każda mikrosoczewką odpowiada pikselowi na obrazie i ma długość ogniskowej odpowiadającą głębokości pozornego obrazu.

Wynalazek obejmuje jednak również inne kształty elementów optycznych i rodzajów przemieszczeń. I tak, na przykład, elementy optyczne mogą być koliste o długości ogniskowej zmiennej wzdłuż promienia w stosunku do centralnej osi optycznej. W takim przypadku światło wnika w postaci pierścieniowych pasm, które są przemieszczane promieniście.

Poza tym, podczas gdy zmienność charakterystyk optycznych w obrębie elementu optycznego na piksela została przedstawiona tutaj jako wynikająca ze zmiennego kształtu powierzchni elementu optycznego, dokonaliśmy z powodzeniem eksperymentów laboratoryjnych z uzyskiwaniem takiej właśnie zmienności charakterystyk optycznych przez użycie materiałów optycznych o gradiencie objętościowym własności optycznych, w których współczynnik załamania zmienia się wzdłuż przekroju elementu.

We wszystkich tych realizacjach obraz trójwymiarowy może być oglądany bezpośrednio, albo też wykorzystany jako źródło obrazu rzeczywistego przez dowolny znany system projekcji obrazów rzeczywistych.

Przedstawiany obraz według wynalazku ma charakter optycznie prawidłowy, oko oglądającego ogniskuje się bliżej dla jego bliższych części, zaś dalej - dla jego odleglejszych części.

181 803

Sposób i urządzenie według wynalazku zostały przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. l(a) pokazuje jedną z realizacji elementu optycznego z poziomu jednostkowego elementu obrazu [piksela], widzianą w widoku skośnym od tyłu, fig. l(b) pokazuje inną realizację tego samego rodzaju zespołu optycznego na poziomie piksela, składającego się z trzech elementów optycznych, fig. 2 pokazuje sposób, w jaki zmieniając punkt wniknięcia sterowanego promienia świetlnego przez tylną (wejściową) ścianę elementu optycznego z poziomu piksela można zmieniać odległość w przestrzeni dzielącą od oglądającego obraz tego punktu, fig. 3(a) pokazuje jak takie zmienne oświetlenie wejściowe urządzenia optycznego z poziomu piksela może być przykładowo zrealizowane przy pomocy lampy katodowej, fig. 3(b) pokazuje inny widok zmiennego oświetlenia wejściowego i wzajemne położenie urządzeń optycznych z poziomu pikseli oraz pikseli w warstwie fosforycznej lampy katodowej, fig. 3(c) pokazuje związek między rozmiarami oraz stosunkiem wysokości i szerokości sterowanego świetlnego promienia wejściowego a tymi samymi charakterystykami urządzenia optycznego z poziomu pikseli, fig. 4(a) pokazuje jak matryca urządzeń optycznych z poziomu pikseli jest ustawiona przed źródłem oświetlenia takim jak lampa katodowa w monitorze komputerowym, telewizorze lub innym urządzeniu projekcyjnym o płaskim ekranie, fig. 4(b) pokazuje drugi z preferowanych sposobów ułożenia urządzeń z poziomu pikseli, który można stosować do tego samego celu, fig. 5 pokazuje sposób w jaki sygnał głębokościowy jest dodany do poziomych linii rastrowych, wzdłuż których przesuwany jest punkt świetlny w telewizorze lub monitorze komputerowym przy tworzeniu obrazu, fig. 6 pokazuje jak pewien konkretny, punkt wniknięcia światła do urządzenia optycznego z poziomu pikseli może być zmieniany przy pomocy obrazu filmowego lub jakiejś innej formy wyświetlonych przeźroczy będącej źródłem oświetlenia, fig. 7 pokazuje jak matryca urządzeń optycznych z poziomu pikseli może być użyta do oglądania ciągłej sekwencji obrazów filmowych w celu pokazywania kolejnych klatek filmu w postaci ruchomych obrazów trójwymiarowych, fig. 8 pokazuje zastosowanie technik pokazywania głębi na poziomie pikseli, opracowanych w ramach przedmiotowych rozwiązań, do projekcji trójwymiarowej obrazów drukowanych, fig. 9 pokazuje alternatywną konstrukcję optyczną na poziomie pikseli, w której pozycja światła wejściowego zmienia się wzdłuż promienia, a nie liniowo, fig. 10 pokazuje alternatywny sposób zmieniania odległości wizualnej między oglądającym a źródłem światła emitowanego przez pojedyncze piksele, fig. 11 pokazuje jak układ z fig. 10 jest realizowany w praktyce, fig. 12(a) pokazuje typowy funkcjonalny schemat obwodów zwykłego odbiornika telewizyjnego do sterowania odchylenia pionowego przesuwającego się promienia elektronowego w lampie katodowej, fig. 12(b) pokazuje ten sam schemat z dodaniem obwodów potrzebnych do dekodowania składnika głębokościowego z wizyjnego sygnału trójwymiarowego i odpowiedniego zmodyfikowania zachowania pionowego odchylania przesuwającego się promienia elektronowego, tak, by uzyskać efekt trójwymiarowości.

Figura 1 (a) pokazuje w wielkim powiększeniu jedną z możliwych realizacji elementu optycznego 2 użytego do zmieniania odległości wizualnej między widzem a punktem, w którym pojawi się sterowany promień światła wnikający do elementu. Dla ustalenia uwagi - jakkolwiek wymiary takiego elementu optycznego mogą być bardzo różne - proponuje się, żeby jego wymiary odpowiadały wymiarom jednostkowego elementu obrazu pokazywanego, a przeto, dla kineskopu telewizyjnego, szerokość elementu optycznego będzie na ogół rzędu 1 mm, a wysokość 3 mm. Elementy optyczne o wymiarach tak małych jak 0,5 mm na 1,5 mm były demonstrowane dla przypadku monitora komputerowego przeznaczonego do oglądania z bliska, jak również o wymiarach tak dużych jak 5 mm (szerokość) na 15 mm (wysokość), kiedy chodziło o zastosowanie do tablicy świetlnej o dużych rozmiarach, przeznaczonej do oglądania z dużej odległości.

Materiały, z których te elementy optyczne z poziomu pikseli były dotychczas wykonywane to albo stopione szkło krzemowe (współczynnik załamania 1,498043), albo jeden z dwóch plastików, to znaczy metakrylat polimetylu (współczynnik załamania 1,498) bądź metakrylat metylu (współczynnik załamania 1,558). Nie należy jednak wnosić, że są to jedyne, lub nawet preferowane, materiały optyczne z których przedmiotowe elementy optyczne mogą być wytwarzane.

181 803

Na figurze l(a) element optyczny z poziomu pikseli jest pokazany skośnie od tyłu i, jak można zaobserwować, podczas gdy przednia powierzchnia 1 tego elementu optycznego jest na całej wysokości wypukła, to tylna powierzchnia tego elementu zmienia swój kształt stopniowo od wypukłego na górze do wklęsłego na dole. Używano z powodzeniem zarówno liniowych, jak i nieliniowych funkcji zmian własności optycznych. Wiązka światła jest kierowana poprzez element optyczny w kierunku osi optycznej 3, i, jak to można zaobserwować, powierzchnie załamujące elementu, przez które przechodzi wiązka światła zmieniają się w miarę jak punkt wnikania wiązki do elementu jest przesuwany od góry do dołu urządzenia.

Jakkolwiek realizacja pokazana na fig. 1 (a) ma jedną niezmienną i jedną zmienną powierzchnię, możliwe są różne warianty tego rozwiązania, w szczególności takie, w których obie powierzchnie są zmienne, lub takie, w których mamy więcej niż dwie optycznie załamujące powierzchnie. Figura l(b) pokazuje, na przykład, inną realizację, w której elementy optyczne z poziomu pikseli są złożonymi zespołami optycznymi składającymi się z trzech pojedynczych elementów z elementem składowym 21. Testy laboratoryjne sugerują, że złożone elementy optyczne mogą dostarczać obrazy o lepszej jakości i lepszym kącie widzenia niż urządzenia z pojedynczymi elementami optycznymi, i faktycznie najlepsza jak dotąd realizacja przedmiotowej technologii wykorzystuje elementy potrójne. Ponieważ jednak elementy optyczne na poziomie pikseli działają w podobny sposób niezależnie od liczby ich części składowych, w opisie wynalazku odwoływać się będziemy, dla uproszczenia opisu, do elementu pojedynczego, który w konkretnej realizacji może składać się z większej liczby części.

Figura 2 pokazuje, w postaci skrótowej, dla większej jasności przekazu, oczy widza 4 w pewnej odległości od elementu optycznego z poziomu pikseli 2. Wiązka światła może być wprowadzona od tyłu elementu optycznego 2 w różnych punktach, z których trzy są pokazane jako promienie świetlne 5, 6 i 7. Ponieważ długość ogniskowej elementu optycznego 2 zmienia się w zależności od punktu wniknięcia wiązki światła, fig. 2 pokazuje, że wynikowy punkt świetlny będzie widziany przez oglądającego w pozornych położeniach wynikowych punktu świetlnego 5a, 6a i 7a, odpowiadających poszczególnym uprzednio opisanym i ponumerowanym punktom wniknięcia promienia świetlnego. Jakkolwiek pozorne położenia wynikowe punktu świetlnego 5a, 6a i 7a są w rzeczywistości odległe w pionie względem siebie, to przesunięcie pionowe nie jest do wykrycia przez obserwatora, który widzi tylko pozorne przesunięcie głębokościowe.

Figura 3(a) pokazuje jak w jednej z preferowanych realizacji przedmiotowego wynalazku każdy element optyczny z poziomu pikseli może być umieszczony na powierzchni lampy katodowej użytej jako źródło światła. Na figurze 3a element optyczny 2 jest bezpośrednio przyłożony do szklanego przodu 8 lampy katodowej, za którym znajduje się, typowo, warstwa fosforyczna 9, która świeci pod wpływem strumienia elektronów, pokazanego na rysunku w różnych położeniach, 5b, 6b i 7b. Dla każdego z tych trzech przykładowych położeń strumienia elektronów, i w ogólności dla dowolnego innego położenia strumienia w obrębie obrysu urządzenia optycznego z poziomu pikseli, punkt świetlny będzie wnikał w określonym miejscu - punkcie - tylnej ściany elementu optycznego. Pionowe położenie strumienia elektronowego może być zmieniane przy pomocy zwykłych cewek używanych zazwyczaj do elektromagnetycznego sterowania strumieniem elektronowym w lampach katodowych z wykorzystaniem specjalnego sygnału, jakkolwiek eksperymenty laboratoryjne sugerują, że obrazy pokazywane z dużą prędkością zmian klatek, a więc znacznie powyżej 100 klatek na sekundę mogą wymagać cewek sterujących strumieniem, które są skonstruowane w taki sposób, by być lepiej przystosowanymi do wyższych częstotliwości odchylania występujących w takich sytuacjach. Należy jednak zapewnić, by rozłożenie warstwy fosforycznej odpowiadało ułożeniu elementów optycznych z poziomu pikseli, zarówno co do długości, jak i rozłożenia przestrzennego, to znaczy, że musi istnieć możliwość oświetlenia elementu optycznego przez znajdującą się poza nim warstwę fosforyczną na całej przewidzianej do tego powierzchni wejściowej.

Figura 3(b) pokazuje takie ułożenie przy pomocy skośnego widoku od tyłu elementu optycznego z poziomu pikseli 2. Na tym diagramie sąsiadujące piksele fosforyczne 35, których pokazano 9, będą miały trzy różne barwy, jak to jest tradycyjnie w lampie katodowej do

181 803 kolorowej projekcji i będą w zasadzie miały kształt prostokąta. Proszę zauważyć, że wielkość i stosunek wysokości do szerokości każdego piksela fosforycznego odpowiadają w zasadzie tym samym charakterystykom ściany wejściowej elementu optycznego, znajdującej się naprzeciw pikseli fosforycznych. Jak to można zaobserwować na przykładzie piksela fosforycznego zaznaczonego przez zacieniowanie, strumień elektronowy padający na ten piksel fosforyczny może być skierowany na dowolny punkt wzdłuż długości tego piksela, co zilustrowano przy pomocy tych samych co poprzednio przykładów strumienia elektronowego, 5b, 6b i 7b. W wyniku tego punkt, w którym piksel fosforyczny emituje światło przesuwa się nieznacznie w obrębie piksela.

Figura 3(c) pokazuje wagę charakterystyk - wielkościowej i proporcji wysokości do szerokości - strumienia światłą który wnika do elementu optycznego 2 z poziomu pikseli, pokazanego tutaj z tyłu. Wizualne przedstawienie głębokości przy pomocy lampy telewizyjnej jest podobniejsze w sensie wymagań rozdzielczości do przedstawiania w tej technice barwy niż do przedstawiania zróżnicowanej jasności, a więc składnika czarno-białego. Należy przez to rozumieć fakt, że większość rozróżnianych szczegółów obrazu typu wideo jest przekazywana przy pomocy składnika jasnościowego obrazu, o względnie wysokiej rozdzielczości, na którym dopiero składnik barwny o niższej rozdzielczości jest pokazywany. Stosowanie znacznie niższej rozdzielczości w zakresie barwy jest możliwe, ponieważ oko jest o wiele mniej wymagające przy postrzeganiu barwy niż przy postrzeganiu szczegółu. Nasze badania laboratoryjne sugerują że oko jest podobnie wymagające w sensie postrzegania głębi w obrazie telewizyjnym.

Po stwierdzeniu tego powtórzmy, że pokazywanie postrzegałnej głębi jest wynikiem fizykalnego ruchu strumienia światłą który wnika do liniowego elementu optycznego z poziomu pikseli i jest rzeczą oczywistą że im większy jest zakres takich przesunięć wejściowego strumienia światłą tym większa możliwość wpłynięcia na obserwowalną głębokość.

Na figurze 3(c) element optyczny z poziomu pikseli, 2, ma około trzy razy większą wysokość niż szerokość. Osiowy wejściowy strumień światła 66ą pokazany tutaj w przekroju poprzecznym, jest kołowy i ma średnicę równą w przybliżeniu szerokości elementu optycznego 2. Osiowy wejściowy strumień światła 66b jest również kołowy w przekroju poprzecznym, ale jego średnica wynosi około jednej piątej wysokości elementu optycznego 2. Z jednej strony, pozwala to strumieniowi 66b na wykonywanie większego zakresu ruchów niż w przypadku strumienia 66ą dając możliwość uzyskania większego zakresu postrzegania głębi w otrzymywanym obrazie, ale z drugiej strony, dzieje się to kosztem powierzchni oświetlonej przez strumień, tj. powierzchni jego przekroju poprzecznego, która wynosi około 36% powierzchni dla strumienia 66a. W celu utrzymania porównywalnej jasności w otrzymywanym obrazie należałoby stosować intensywność strumienia 66b około 2,7 razy większą od intensywności strumienia 66ą które to zwiększenie intensywności jest całkowicie możliwe do osiągnięcia.

Strumień 66c ma tę samą szerokość co element optyczny z poziomu pikseli, 2, ale jego przekrój poprzeczny jest poziomym owalem o tej samej wysokości co dla strumienia 66b, a więc równej jednej piątej wysokości elementu optycznego 2. Otrzymana powierzchnia owalna przekroju strumienia oświetlającego daje mniejszą jasność niż dla kołowego strumienia 66ą ale prawie dwa razy większą niż w przypadku strumienia kołowego o mniejszej powierzchni przekroju, 66b. To rozwiązanie jest wysoce funkcjonalne i ustępuje tylko rozwiązaniu z doskonale prostokątną powierzchnią przekroju poprzecznego strumienia światłą 66d. Jest to w istocie kształt przekroju strumienia świetlnego używany przez nas w naszej ostatniej i najbardziej preferowanej realizacji wynalazku.

Figura 4(a) pokazuje jak elementy optyczne z poziomu pikseli 2 są ułożone w matrycę złożoną z rzędów, z których dwanaście uwidoczniono dla ilustracji, i jak te elementy są ustawione przed źródłem światłą tutaj będącym lampą katodową 10, zgodnie z jedną z preferowanych realizacji. W miarę jak sterowany strumień elektronowy przesuwa się wzdłuż rzędu elementów optycznych z poziomu pikseli, jego przesunięcie pionowe jest zmieniane kolejno dla poszczególnych pikseli, dając w wyniku poziomą linię skanowania, pokazaną dla ilustracji jako 15, zarówno jako linia kropkowana za matrycą pikseli, jak i - dla większej klarowno

181 803 ści - jako linia ciągła w elipsie po lewej stronie rysunku. Widzimy zatem, że pozioma rastrowa linia przesuwu, która zazwyczaj przy wizualizacji w lampach katodowych jest prosta, tutaj jest nieznacznie poprzesuwana, w stosunku do położenia środkowego tej linii, dla każdego piksela osobno. W ten sposób tworzony jest obraz, który ukazuje się widzowi w różnych odległościach, piksel po pikselu i zawiera istotną rozdzielczość odnoszącą się do postrzegania głębi.

Doświadczenie pokazuje, że niewielkie szpary między poszczególnymi elementami optycznymi z poziomu pikseli pozwalają na zmniejszenie optycznych przesłuchów pomiędzy tymi elementami, a zatem dają poprawę klarowności obrazu, i że taka separacja elementów optycznych może być dodatkowo wzmocniona przez wypełnienie przestrzeni między elementami przy pomocy czarnego nieprzezroczystego materiału. Szerokości szpar rzędu 0,25 mm okazały się całkiem zadowalające, ale także i szpary o tak małej szerokości jak 0,10 mm zostały przebadane i funkcjonowały doskonale jako izolatory optyczne, zwłaszcza jeśli zostały wypełnione nieprzezroczystym materiałem, wspomnianym uprzednio.

Matryce elementów optycznych z poziomu pikseli zostały zbudowane w ten sposób, że poszczególne elementy były ręcznie przytwierdzane do powierzchni czołowej odpowiedniej lampy katodowej przy użyciu optycznie neutralnego kleju. Proces taki jest, oczywiście, żmudny i może prowadzić do niedokładności wynikających z poziomu precyzji ręcznych operacji mechanicznych. Matryce elementów optycznych żostały jednakże również z powodzeniem wyprodukowane przez sporządzenie najpierw metalowego wzoru całkowitej matrycy w postaci negatywu, a następnie wytłoczenie wykorzystywanych matryc elementów optycznych z materiału termoplastycznego, tak, że otrzymano wytłoczoną replikę - pozytyw - wzoru, która została już w całości przymocowana do czołowej powierzchni lampy katodowej. Odtwarzanie wysoce skomplikowanych powierzchni przez tłoczenie stało się w ostatnich latach domeną szczególnie rozwiniętej działalności twórczej z powodu wymagań technicznych stawianych tłoczeniu takich informacyjnie bogatych i pełnych szczegółów nośników jak dyski laserowe i kompaktowe, które to nośniki są obecnie powielane z wielką dokładnością przy niskim koszcie, z niedrogich materiałów plastycznych. Przewiduje się, że preferowana technika produkcji masowej matryc elementów optycznych z poziomu pikseli będzie nadal odwoływała się do procesu wytłaczania z materiałów termoplastycznych. Udało się nam także otrzymać w laboratorium matryce elementów optycznych z poziomu pikseli przy użyciu techniki formowania wtryskowego. Do chwili obecnej udało się utworzyć matrycę z trzech warstw elementów optycznych z poziomu pikseli, przy czym każda warstwa składa się z innych rodzajów elementów. W niektórych preferowanych realizacjach te poszczególne warstwy są sklejane w celu zapewnienia odpowiedniego ustawienią ale w innych realizacjach warstwy były zamocowane na brzegach i nie sklejane między sobą.

Przy umieszczaniu elementów optycznych z poziomu pikseli na powierzchni lampy katodowej lub innego urządzenia dostarczającego światła najistotniejsze jest precyzyjne dopasowanie tych elementów do odpowiadających im pikseli źródła. Pionowe błędy ułożenia powodują że uzyskiwane obrazy mają stałą tendencję co do pokazywanej głębokości, podczas gdy poziome błędy - ograniczają zakres oglądalności bocznej zapewnianej przez urządzenie do projekcji trójwymiarowej. Podobnie, optyczny związek między pikselami źródła światła a powierzchnią wejściową elementów optycznych z poziomu pikseli może być poprawiony przez zmniejszenie odległości fizycznej między świecącą warstwą fosforyczną a powierzchnią wejściową elementów optycznych. W przypadku zastosowania lampy katodowej oznacza to, że szkło czołowej powierzchni lampy, do której przyłożone są elementy optyczne, powinno być możliwie cienkie - przy zachowaniu wymagań mechanicznych. W dużych monitorach katodowych powierzchnia czołowa może osiągać grubość 8 mm, ale nam udało się z powodzeniem wypróbować użycie elementów optycznych ze specjalnie skonstruowaną lampą której ściana czołowa miała grubość 2 mm. W jednej z udanych realizacji z lampą katodową wytworzyliśmy lampę, w której elementy optyczne z poziomu pikseli zostały w istocie ukształtowane z czołowej powierzchni lampy.

Figury 3(b) i 4(a) pokazują zasadniczo prostokątny układ pikseli na lampie tworzącej obraz 35 oraz liniowych elementów optycznych z poziomu pikseli, 2, tak, że odpowiednie matryce składają się z prostych rzędów i piksele z rzędów położonych powyżej i poniżej two

181 803 rzą równe kolumny. Ten układ pikseli i elementów optycznych prowadzi do otrzymania wysoce zadowalających obrazów trójwymiarowych, ale nie należy zakładać, że jest to jedyny układ dopuszczony w ramach wynalazku.

Figura 4(b) pokazuje drugi z preferowanych układów pikseli 35, w którym poziome grupy trzech pikseli są pionowo przesunięte w stosunku do takich samych grup znajdujących się po stronie lewej i prawej, tworząc razem układ dachówkowy grup składających się z trzech pikseli. Zgodnie z realizacją uzyskaną w laboratorium, grupy trójpikselowe składają się z piksela czerwonego 35r, zielonego 35g oraz niebieskiego 35b. Tak jak w zwykłej lampie telewizyjnej do otrzymywania obrazów dwuwymiarowych barwy obrazu są wynikiem względnej jasności grup lub triad pikseli w tych samych trzech barwach. Możliwe jest różne ułożenie barw w każdej z triad, ale konkretny układ pokazany na fig. 4(b) jest tym, który został w praktyce zrealizowany w naszym laboratorium.

Figura 5 pokazuje nieznaczną modyfikację poziomych linii przesuwu w obrazie rastrowym, takim, jaki występuje w zwykłych odbiornikach telewizyjnych, przy pomocy sygnału głębokościowego. W konwencjonalnych lampach katodowych odbiorników telewizyjnych lub monitorów komputerowych - symbolicznie pokazanych po prawej stronie u góry na fig. 5 każdy z poszczególnych obrazów tworzących ruchomy ciąg jest tworzony przez promień elektronowy przesuwający się poziomo linia za linią w dół po całym ekranie, co jest z kolei przedstawione na fig. 5 przy pomocy czterech przykładowych rastrowych linii przesuwu 17. To wysoce regularne przeczesywanie ekranu jest sterowane w ramach elektroniki telewizora lub monitora komputerowego przez generator poziomych linii przesuwu 16 i żadne zmiany w składowych jasności lub barwy sygnału nie prowadzą do zmian w regularności przeczesywania ekranu od góry do dołu przez poziome linie przesuwu.

Przedmiotowy wynalazek narzuca pewną zmienność na tę regularność w postaci nieznacznych przesunięć w stosunku do prostej poziomej linii przesuwu, które to przesunięcia wywołują efekt głębokości. Wspomniana zmienność jest fizykalnie realizowana poprzez użycie elementu przemieszczającego. 18, którym w przykładzie wykonania jest generator sygnału głębokościowego, zaś generowany przezeń sygnał głębokościowy jest dodawany przy pomocy sumatora 19 do poziomych prostych linii przesuwu, tak, aby otrzymać niewielkie odchylenia w położeniu pionowym poziomych linii przesuwu, co powoduje, że otrzymane linie przypominają pokazane na rysunku symbolicznie linie 20. Generator sygnału głębokościowego wyobrażony na fig. 5 wyłącznie symbolicznie w sytuacji odbiornika telewizyjnego jest konwencjonalnym dekoderem sygnału wizyjnego, który obecnie odzyskuje informację o jasności, barwie i takcie czasowym z otrzymywanego sygnału wizyjnego, a który w ramach wynalazku jest ulepszony zgodnie z opisem podanym poniżej w celu odzyskania informacji o głębi obrazu, zakodowanej dodatkowo w sygnale wizyjnym w sposób analogiczny do innych składników. Podobnie, w przypadku komputera, generator składowej głębokościowej jest sterowaną programowo kartą wizyjną, taką jak karta VGA, która obecnie dostarcza informację o jasności, barwie i takcie czasowym do monitora komputera, a która w ramach wynalazku będzie także dostarczała programowo opracowanej informacji o głębi obrazu do monitora.

Figura 6 pokazuje sposób, w jaki błona przeźrocza 14 może zostać użyta do dostarczenia sterowanego świetlnego sygnału wejściowego urządzenia optycznego z poziomu pikseli 2 w innej preferowanej realizacji wynalazku. W tym przykładzie część błony przeźrocza, która jest umieszczona za pokazanym elementem optycznym jest nieprzezroczysta z wyjątkiem jednego punktu przezroczystego, który ma pozwolić światłu paść na urządzenie optyczne w wybranym punkcie. Taśma błony filmowej jest, jak zwykle, oświetlana od tyłu, ale tylko strumień światła 5c może przejść przez przezroczysty punkt na błonie, aby następnie przejść przez element optyczny 2. Jak widać, pokazana tutaj sytuacja jest analogiczna do pokazanej na fig. 3, na którym sterowany promień elektronowy w lampie katodowej był używany do wybierania pozycji strumienia oświetlającego. Stosowane błony przeźroczy mogą być dowolnej wielkości, i wykonano konkretne realizacje używające przeźroczy do rozmiarów ok. 20 cm na 25,5 cm.

Figura 7 pokazuje sposób, w jaki matryca 11 elementów optycznych z poziomu pikseli 2 - z których dwanaście jest uwidocznionych dla ilustracji - może być wykorzystana do przed

181 803 stawiania obrazów ze specjalnie przygotowanej taśmy filmowej 13. Matryca optyczna 11 jest przytrzymywana przez ramkę 12. Obraz z taśmy filmowej 13 jest, jak zwykle, oświetlany od tyłu i otrzymywany w ten sposób obraz jest ogniskowany przy pomocy standardowego systemu soczewek do projekcji 22 wzdłuż osi optycznej 23. Obraz trójwymiarowy, który jest otrzymywany, może być oglądany bezpośrednio, albo też może być wykorzystywany jako źródło obrazu dla projektora trójwymiarowych obrazów jednego ze znanych rodzajów. Dodajmy, że obrazy trójwymiarowe mogą być oglądane jako przedstawienia nieruchome, lub w ciągu czasowym, jako rzeczywisty film trójwymiarowy, przy tych samych częstościach klatek, co standardowe filmy. W tej realizacji pojedyncze punkty - piksele - z taśmy filmowej 13 mogą być znacznie mniejsze niż te, których używa się w technice telewizyjnej, jako, że piksele wynikowe mają być powiększone w projekcji, zaś przewaga błony fotograficznej nad przedstawianiem typu telewizyjnego w sensie rozdzielczości pozwala łatwo na osiągnięcie tego zmniejszenia rozmiarów pikseli.

Figura 8 pokazuje zastosowanie techniki pikselowej uwidaczniania głębi obrazu, opracowane w trakcie prac nad wynalazkiem, do otrzymywania trójwymiarowych projekcji obrazów drukowanych. Obraz 32 jest zwykłą dwuwymiarową fotografią lub drukiem. Matryca 33 złożona z mikrosoczewek odpowiadających pikselom (pokazanych tutaj w przesadnym powiększeniu dla jasności) przetwarza obraz w ten sposób, że ponieważ każda z miniaturowych soczewek ma inną długość ogniskowej, to odpowiedni piksel pojawia się w innej pozornej odległości od oglądającego. Przy znacznym powiększeniu, 34, można stwierdzić, że każda z mikrosoczewek ma specyficzny kształt, a zatem i własności optyczne, tak, by zapewniać dla każdego piksela odpowiednią percepcję głębi przez oglądającego. Jakkolwiek w naszym laboratorium używaliśmy jak dotąd mikrosoczewek o średnicach rzędu. 1 mm, prowadzono eksperymenty z soczewkami o średnicach rzędu ułamków milimetra, z których to eksperymentów wynika, że matryce soczewek o takich rozmiarach są całkowicie realizowalne i że ich zastosowanie prowadzić będzie do otrzymania obrazów trójwymiarowych o doskonałej rozdzielczości.

Przewiduje się, że w produkcji masowej opisane tutaj techniki generowania sygnału głębokościowego zostaną użyte do wytworzenia wzorca dv tłoczenia, który z kolei posłuży do produkcji z odpowiedniego (np. termoplastycznego) materiału dużych ilości tanich matryc mikrosoczewek dla danego obrazu, w sposób zbliżony do wytwarzania zawierających dane powierzchni kompakt dysków lub masowo powielanych hologramów odblaskowych, jakie pojawiają się zazwyczaj na kartach kredytowych. Technika taka niesie ze sobą możliwość rozpowszechniania na wielką skalę niedrogich trójwymiarowych obrazów, które mogłyby pojawiać się w prasie i innych mediach drukowanych. Jakkolwiek matryca mikrosoczewek 33 jest pokazana jako prostokątna, okazuje się, że inne kształty matryc, jak na przykład koncentryczne okręgi mikrosoczewek, również działają zupełnie dobrze.

Figura 9 pokazuje alternatywny sposób zmieniania położenia punktów świetlnych wprowadzanych do elementów optycznych z poziomu pikseli o odmiennym kształcie. W tej alternatywnej realizacji struktura optyczna z poziomu pikseli 39 charakteryzuje się odpowiednią optyczną funkcją przejścia, zapewniającą, że długość ogniskowej zwiększa się wzdłuż promienia w kierunku od osi elementu optycznego 39 i jest symetryczna względem jego osi 43. Strumień światła o przekroju poprzecznym w kształcie okręgu [lub pierścienia] jest wprowadzany do struktury optycznej, a promień tego strumienia może zmieniać się od zera do maksymalnego efektywnego promienia elementu optycznego. Trzy z możliwych ukształtowań strumienia świetlnego tego rodzaju, 40, 41 i 42, są pokazane na rysunku, dając w widoku z przodu trzy pierścienie światła, odpowiednio 40a, 41 a i 42a, przy czym każdy z nich spowoduje powstanie - zgodnie z konkretną optyczną funkcją przejścia elementów optycznych - piksela znajdującego się w innej pozornej odległości od oglądającego.

Figura 10 pokazuje, w postaci uproszczonej dla większej czytelności wyjaśnienia, jeszcze jeden alternatywny sposób zmieniania odległości wzrokowej między oglądającym a fragmentem obrazu pochodzącym od pojedynczego wyświetlanego piksela. Na tym rysunku oczy oglądającego 4 znajdują się w pewnej odległości od przedniej ściany urządzenia optycznego z poziomu pikseli. Osiowy strumień światła może padać na skośnie ustawione zwiercia

181 803 dło 76 w różnych punktach, z których trzy zostały przedstawione na rysunku wraz z odpowiadającymi im promieniami świetlnymi 5, 6 i 7. Zwierciadło 76 odbija wejściowe strumienie światła w kierunku pochyłej części wklęsłego zwierciadła 77, które, zgodnie z własnościami zwierciadeł wklęsłych w zakresie przekształcania obrazu, wysyła pozorne położenie wynikowego punktu świetlnego 5a, 6a i 7a, odpowiadające uprzednio ponumerowanym promieniom wejściowym, o pozornie różnej odległości źródła od oglądającego. Zwierciadło wklęsłe może mieć funkcję krzywizny w postaci dowolnej powierzchni stożkowej i w naszym laboratorium z powodzeniem używaliśmy wszystkich rodzajów krzywizn - parabolicznych, hiperbolicznych i sferycznych. Wyniki przeprowadzonych eksperymentów sugerują, że w tej realizacji zarówno zwierciadła płaskie jak i wklęsłe powinny odbijać z pierwszej powierzchni.

Figura 11 pokazuje jak w jednej z preferowanych realizacji układu przedstawionego na fig. 10, kombinacja lustra płaskiego 76 i wklęsłego 77 jest na poziomie pikseli ułożona wprost na powierzchni lampy katodowej, użytej jako źródło światła. Na tym rysunku pokazano jak zwierciadło wklęsłe 77 odpowiadające jednemu pikselowi jest połączone ze zwierciadłem płaskim 76 odpowiadającym pikselowi sąsiedniemu (położonemu bezpośrednio ponad nim), tworząc w ten sposób element 78, przytwierdzony do szklanej powierzchni 8 przedniej ściany lampy katodowej, poza którą zwykle stosowane warstwy fosforyczne 9 świecą, przekazując wygenerowane światło na lustra, gdy padnie na nie osiowy strumień elektronowy, przedstawiony na rysunku w trzech różnych położeniach, 5b, 6b i 7b. Dla każdego z tych trzech przykładowych położeń, i dla każdego możliwego położenia strumienia elektronowego w obrębie urządzenia optycznego z poziomu pikseli, odpowiedni punkt świetlny zostanie wprowadzony w określonym miejscu urządzenia i wobec tego ukaźe się oglądającemu także w określonym punkcie. Tak samo jak i w przypadku realizacji niniejszego wynalazku z wykorzystaniem elementów optycznych załamujących światło, można z powodzeniem używać źródeł światła innych niż lampa katodowa.

Figura 12(a) pokazuje w formie schematu funkcjonalnego układy elektroniczne istniejące zazwyczaj w standardowym odbiorniku telewizyjnym, przeznaczone do sterowania odchyleniem pionowym przesuwającego się promienia elektronowego w lampie katodowej, z użyciem terminologii typowej dla przemysłu odbiorników telewizyjnych. Podczas gdy niektóre z pokazanych szczegółów mogą się zmieniać w zależności od marki i modelu, zasadnicze cechy pozostająbez zmian.

W przedstawionym diagramie pokazującym standardowy zarys schematu odbiornika telewizyjnego zasadniczym przedmiotem uwagi jest generowanie ruchu przesuwnego strumienia elektronowego, który byłby zgodny i zsynchronizowany z odbieranym sygnałem wizyjnym. Sygnał ten jest odbierany przez tuner 49 i wzmacniany przez wzmacniacz wizyjny 50, następnie przesyłany do detektora wizyjnego 51, gdzie sygnał wizyjny jest rozdzielany. Sygnał wychodzący z detektora wizyjnego 51 jest wzmacniany we wzmacniaczu wyjścia detektora 52, dalej jeszcze wzmocniony w pierwszym wzmacniaczu wizyjnym 53 i przepuszczony przez linię opóźniającą 54.

W standardowym sygnale wizyjnym mamy trzy zasadnicze składowe: jasność (to znaczy czarno-białą część sygnału), barwę (kolor) oraz takt czasowy, którego zadaniem jest zapewnienie, że wszystko dzieje się zgodnie z prawidłowo ustawionym planem. Z tych trzech składowych - informacja synchronizująca jest oddzielona od sygnału wzmacnianego w separatorze synchronizacji 55, a informacja dotycząca synchronizacji pionowej jest następnie odwrócona w inwerterze synchronizacji pionowej 56 i wprowadzona do generatora pionowego przesuwu 64. Wyjście z tego generatora przesuwu jest wejściem cewek elektromagnetycznych w lampie katodowej, znanych jako jarzmo odchylające stanowiące w przykładzie element przesuwający 65. To właśnie jarzmo odchylające powoduje, że strumień elektronowy przesuwa się gładko wzdłuż prostej linii po ekranie lampy katodowej.

Jak to już opisano poprzednio, w lampie telewizji trójwymiarowej wprowadza się nieznaczne odchylenia od tej prostej linii rastrowej przesuwu strumienia elektronowego, te zaś odchylenia, za pośrednictwem elementów optycznych z poziomu pikseli, wytwarzają efekt trójwymiarowości. Figura 12(b) pokazuje w postaci analogicznego schematu dodatkowe układy elektroniczne, które muszą być dołączone do układów tradycyjnego odbiornika tele

181 803 wizyjnego, aby można było wyodrębnić składnik głębokościowy z odpowiednio zakodowanego sygnału wizyjnego, a następnie przetransformować ten składnik głębokościowy sygnału w nieznaczne modyfikacje drogi przesuwu promienia elektronowego. Na przedstawionym diagramie bloki funkcjonalne położone poza linią przerywaną odpowiadają układom konwencjonalnego odbiornika telewizyjnego, pokazanego uprzednio na fig. 12(a), zaś bloki położone wewnątrz linii przerywanej reprezentują funkcje dodatkowe potrzebne do wyodrębnienia składnika głębokościowego i wytworzenia efektu trójwymiarowości.

Sygnał głębi jest zakodowany w całkowitym sygnale wizyjnym NTSC w sposób w zasadzie identyczny z tym, w jaki jest zakodowana barwa (sygnał koloru), choć na innych częstotliwościach. Ponieważ proces kodowania jest ten sam, sygnał zawierający składnik głębi może być wzmacniany do poziomu wystarczającego do wyodrębnienia przy pomocy takiego samego wzmacniacza, jaki jest używany w zwykłym odbiorniku telewizyjnym do wzmacniania sygnału barwy przed wyodrębnieniem, oznaczonego tutaj jako pierwszy wzmacniacz barwy 57.

Ten wzmocniony składnik głębi w sygnale jest wyodrębniony z całości sygnału wizyjnego przy pomocy procesu, który jest identyczny z tym, jakiego się używa do wyodrębniania zakodowanego koloru z tego samego sygnału. W tym procesie sygnał odniesienia jest generowany przez odbiornik telewizyjny na częstotliwości, na której powinien znajdować się składnik głębokościowy. Sygnał ten jest porównywany z sygnałem, który faktycznie występuje na rozpatrywanej częstotliwości i odstępstwa od sygnału odniesienia są interpretowane jako właściwy sygnał głębokościowy. Sygnał odniesienia jest generowany przez generator bramki impulsów głębi 59, a następnie ograniczany do żądanego poziomu przez ogranicznik bramki impulsów głębi 58. Całkowicie ukształtowany sygnał odniesienia jest synchronizowany według odbieranego zakodowanego sygnału głębi przez ten sam separator synchronizacji 55, jaki jest używany do synchronizacji poziomego przesuwu strumienia elektronowego w standardowym odbiorniku telewizyjnym.

Kiedy wzmocniony zakodowany sygnał głębi z pierwszego wzmacniacza koloru 57 i sygnał odniesienia z ogranicznika bramki impulsów głębi 58 są porównywane, wyniki tego porównania są wzmacniane przez wzmacniacz synchronizacji głębi 63. Ten wzmocniony sygnał zawiera zarówno składnik barwy jak i głębi, a więc tylko sygnał otaczający częstotliwość 2,379 MHz, tj. częstotliwość składowej głębi, jest wyodrębniany przez separator 62. W ten sposób otrzymujemy wyodrębniony sygnał głębi, który jest następnie wzmacniany do użytecznego poziomu przez wzmacniacz wyjścia 61.

Po wyodrębnieniu składnika głębi ze złożonego sygnału wizyjnego, układ musi zmodyfikować gładki poziomy ruch strumienia elektronów przesuwającego się po ekranie telewizyjnym, aby umożliwić pokazanie głębi w obrazie wynikowym. W celu modyfikacji tego ruchu poziomego wyodrębniony i wzmocniony sygnał głębi jest dodawany w sumatorze głębi 60 do standardowego sygnału synchronizacji pionowej, generowanego normalnie w zwykłych odbiornikach telewizyjnych, jak to pokazano już na fig. 12(a). Zmodyfikowany sygnał synchronizacji pionowej, który pojawia się na wyjściu z sumatora głębi 60, jest teraz wykorzystywany do otrzymania pionowego przesuwu wiązki elektronowej w generatorze ruchu pionowego 64, który, jak w normalnym telewizorze, steruje elementem przesuwającym 65, którym w przykładzie są jarzma odchylania sterujące z kolei ruchami przesuwającego się promienia elektronowego. Ostatecznym wynikiem jest poruszający się promień elektronowy, który jest odchylany w nieznacznym stopniu w górę i w dół od swojej ustalonej linii środkowej, aby wytworzyć efekt trójwymiarowości w obrazie wideo poprzez niewielkie zmiany punktu wniknięcia światła do elementów optycznych z poziomu pikseli, opisanych uprzednio.

181 803

Fig 3(b)

181 803

181 803 .·_Λ®_Λ®_Λ·_Α®_Λ·^®_Α®_Λ®_Λ®^®_Λ®.

Θ ® ® Φ Φ ® ® ® ® ® © ®] ι © ® ® e®©® © ο®©< ®®®®Φ®®®®®®® »®®ΦΦ®ΦΦ®®ΦΦ4 • ® · ® Φ ® © ® ® Φ Φ Φ ’ ©_·JB Φ® © Φ® Φ Φ© < ®_Α®_Λ®_Λ·*®_Λ®_Λ®_Φ_Λ®^·_Α®*®.

181 803

40α

181 803

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 6,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania obrazu trójwymiarowego z obrazu złożonego z pojedynczych pikseli wyświetlanego dwuwymiarowym urządzeniem, składającym się z matrycy elementów optycznych odpowiednio ustawionych przed pikselami oraz elementów zmieniających efektywną długość ogniskowej każdego elementu optycznego, która powoduje zmianę pozornej odległości od patrzącego usytuowanego przed urządzeniem, na którym pojawiają się poszczególne piksele, znamienny tym, że zmienia się jednokierunkowo długość ogniskowej każdego elementu optycznego wzdłuż powierzchni zorientowanych w zasadzie równolegle do obrazu, przy czym najpierw przemieszcza się położenie punktu w obrębie każdego piksela, w którym wysyłane jest światło z obrazu dwuwymiarowego a następnie przesyła się światło do elementów optycznych, tak, że wiązka światła pada na element optyczny w miejscu określającym pozorną głębokość piksela.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się elementy optyczne załamujące światło, a światło wnika przez powierzchnię załamującą odpowiedniego elementu załamującego światło.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się elementy optyczne będące zwierciadłami, a światło pada na powierzchnię odbijającą odpowiedniego elementu zwierciadlanego.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że przesuwa się liniowo miejsce, z którego światło jest wysyłane z obrazu dwuwymiarowego.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że przesuwa się wzdłuż promienia miejsce, z którego światło jest wysyłane z obrazu dwuwymiarowego.
6. Urządzenie do otrzymywania obrazu trójwymiarowego utworzonego przez piksele, wyposażone w matrycę elementów optycznych ustawionych przed pikselami oraz elementy do indywidualnego dynamicznego zmieniania efektywnej długości ogniskowej każdego z elementów optycznych z wytworzeniem zmiany postrzeganej odległości od oglądającego, usytuowanego przed urządzeniem, na którym pojawiają się wszystkie poszczególne piksele tworząc obraz trójwymiarowy, znamienne tym, że każdy element optyczny (2) ma długość ogniskowej zmienną stopniowo wzdłuż powierzchni położonych równolegle do obrazu i posiada elementy (18, 65) przesuwające w niewielkim zakresie w obrębie piksela położenie punktu (5b, 6b, 7b), z którego emitowane jest światło, zgodnie z zaprogramowaną głębokością promienia świetlnego (5, 6, 7) i zmieniające długość ogniskowej oraz pozorne położenie wynikowego punktu świetlnego (5a, 6a, 7a) od oglądającego.
7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że elementy optyczne (2) są elementami załamującymi światło, a powierzchnia wnikania światła jest powierzchnią załamującą.
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że powierzchnie załamujące elementów optycznych (2) mają zmienny kształt odpowiadający zmiennej długości ogniskowej.
9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że elementy optyczne załamujące światło (2) są z materiału o zmiennym współczynniku załamania światła, przy czym współczynnik ten jest zmienny jednokierunkowo wzdłuż elementu załamującego.
10. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8 albo 9, znamienne tym, że długość ogniskowej elementu optycznego (2) jest zmienna liniowo w stosunku do przesunięcia punktu wnikania promienia świetlnego (5,6,7).
11. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8 albo 9, znamienne tym, że długość ogniskowej elementu optycznego (2) jest zmienna nieliniowo w stosunku do przesunięcia punktu wnikania promienia świetlnego (5,6,7).
12. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8 albo 9, znamienne tym, że elementem optycznym (2) jest element optyczny załamujący światło (39) o długości ogniskowej zmiennej wzdłuż promienia w stosunku do swej osi optycznej, a elementy przesuwające (18, 65) są

181 803 elementami przesuwającymi wzdłuż promienia położenie punktu (40a, 40b, 40c), z którego emitowane jest światło.
13. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8 albo 9, znamienne tym, że każdy element optyczny załamujący światło (2) jest wydłużony, zaś długość jego ogniskowej jest zmienna wzdłuż długości elementu równolegle do piksela, przy czym elementy przesuwające (18), (65) są elementami przesuwającymi liniowo położenie punktu, z którego emitowane jest światło.
14. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7 albo 8 albo 9, znamienne tym, że zawiera jako źródło światła urządzenie oparte bądź na ciekłych kryształach, bądź na elektroluminescencji, bądź też na wyświetlaczu plazmowym.
15. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że zawiera lampę katodową (10), na niej zaś dużą liczbę podłużnych pikseli fosforycznych, a elementy przesuwające liniowo położenie punktu w obrębie piksela, z którego emitowane jest światło, zawierają elementy przesuwające strumień elektronów wzdłuż każdego z fosforycznych pikseli.
16. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że strumień elektronów (66d) ma prostokątny przekrój poprzeczny.
17. Urządzenie według zastrz.15, znamienne tym, że strumień elektronów (66c) ma owalny przekrój poprzeczny.
18. Urządzenie według zastrz 15 albo 16 albo 17, znamienne tym, że piksele są ułożone w rzędach, a urządzenie jest odbiornikiem telewizyjnym wyposażonym w elementy wyodrębniające składową głębokościową (58, 59, 61, 62, 63) dla każdego piksela z odbieranego sygnału oraz elementy dodawania składowej głębokościowej (60) i sterowania piksel po pikselu wysokością schodkowej rastrowej linii przesuwu (20).
19. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że ma nieznaczne szpary pomiędzy poszczególnymi elementami optycznymi (2).
20. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że szpary między elementami optycznymi (2) są wypełnione czarnym nieprzezroczystym materiałem.
21. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że elementy optyczne (2) stanowią płytę wytłoczoną z materiału plastycznego.
22. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że elementy optyczne (2) są umieszczone na arkuszu materiału plastycznego formowanego wtryskowo.
23. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że każdy element optyczny (2) zawiera co najmniej dwa pojedyncze elementy składowe (21).
24. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że co najmniej dwa elementy składowe (21) mają postać co najmniej dwóch sklejonych płyt wytłoczonych z materiału plastycznego.
25. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że co najmniej dwa elementy składowe (21) mają postać co najmniej dwóch płyt wytłoczonych z materiału plastycznego połączonych ze sobą wzdłuż brzegów.
26. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że jest przeglądarką lub projektorem do przeźroczy z błony fotograficznej (14), zaś elementy przesuwające (18, 65) zawierają maskę przykładaną do każdego piksela przeźrocza, tak, by otrzymać ustalony punkt przeźrocza (5c).
27. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że elementy optyczne (2) są zwierciadłami (76,77), a powierzchnia wnikania światła jest powierzchnią odbijającą.
28. Urządzenie według zastrz. 27, znamienne tym, że każdy element optyczny (2) zawiera zwierciadło płaskie (76) oraz zwierciadło wklęsłe (77).
29. Urządzenie według zastrz. 28, znamienne tym, że każde zwierciadło płaskie (76) jest jedną powierzchnią złożonego elementu (78), którego druga powierzchnia tworzy zwierciadło wklęsłe (77) odpowiadające sąsiedniemu pikselowi.
30. Urządzenie według zastrz. 15 albo 16 albo 17, znamienne tym, że jest monitorem komputerowym, sterowanym układem elektronicznym napędu magnetowidowego, wyposażonym w elementy do wyodrębniania składnika głębi odpowiadającego każdemu pikselowi

181 803 z danych otrzymywanych z komputera oraz elementy (19) dodawania składowej głębokościowej (60) i sterowania piksel po pikselu wysokością schodkowej rastrowej linii przesuwu (20).
31. Urządzenie do otrzymywania obrazu trójwymiarowego utworzonego przez piksele, wyposażone w matrycę elementów optycznych o ustalonej ogniskowej, z wytworzeniem różnicy postrzeganej odległości od oglądającego, usytuowanego przed obrazem, ustawionych przed pikselami, znamienne tym, że matryca ta jest na stałe przyłożona do obrazu, a każdy element optyczny (2) jest mikrosoczewką o ustalonej ogniskowej, ukształtowaną na stałe z termoplastycznego lub wytłaczanego plastiku, przy czym każda mikrosoczewką odpowiada pikselowi na obrazie i ma długość ogniskowej odpowiadającą głębokości pozornego obrazu.

* * *