WO1998033085A1 - Pantalla para la reproduccion de imagenes en tres dimensiones - Google Patents

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WO1998033085A1
WO1998033085A1 PCT/ES1997/000010 ES9700010W WO9833085A1 WO 1998033085 A1 WO1998033085 A1 WO 1998033085A1 ES 9700010 W ES9700010 W ES 9700010W WO 9833085 A1 WO9833085 A1 WO 9833085A1
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Dominguez Montes Juan
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Definitions

  • the present invention relates to an intelligent screen for the reproduction of images in three dimensions, and more specifically to a system capable of reproducing images in three dimensions, that is, stereoscopic, three-dimensional or integral, without glasses, or any other device. before the eyes of the observer.
  • holographic systems Regardless of the systems developed since 1947 based on the formation of images through interference of coherent beams of light called holographic systems, the rest of the systems among which is described in the present invention will be classified into one of the following groups: stereoscopic, three-dimensional and integral.
  • stereoscopic is used here to designate systems that use only two different images in reproduction, one for each eye.
  • the three-dimensional term is used to designate the systems that employ in the reproduction, a number superior to two of images and that allow the observation with parallax within a wide horizontal angle of view without needing to bother the observers putting any artifice before the eyes .
  • integral is used to designate systems that employ a large number of images in reproduction allowing observation with horizontal and vertical parallax within a wide viewing angle.
  • the first solution was proposed by D'Almeida in 1858. Its solution was to place a rotating shutter in front of the observer, so that it interrupted the passage of light to one eye or another alternately, the glasses should be synchronized with the projector that successively projected the images of the left and right eye. Noise, mechanical complication and electrical risk caused this procedure to be abandoned.
  • An updated version of this procedure is to place a liquid crystal in front of each eye that prevents the passage of light to one eye while allowing the other and in synchronism with that alternation the images are projected.
  • the method was patented by Anderton in 1891 and did not become commercially practicable until 45 years later when E.H. Land invented the polaroid in the US
  • the polaroid is a sheet of relatively cheap polarized plastic material.
  • the procedure consists in projecting the image of one eye through a linearly polarized filter in a direction perpendicular to the filter used for the other eye.
  • the images projected on a metallic screen that diffuses the light without depolarizing are observed by each viewer with a filter in each polarized eye in directions parallel to the filters of the projectors.
  • the screen essentially consists of a series of opaque slats separated by a distance equal to its width and mounted in front of a diffusing surface. This device is called a trace.
  • the images corresponding to the right and left eye are projected on the screen from projectors separated by a suitable distance and the trail cuts the images into vertical strips.
  • the spectators must sit in a position such that the trail hides one image from one eye and allows the observation of the other.
  • This system has several drawbacks, among which it is worth highlighting its low light output and that observers must keep their heads absolutely still.
  • the maximum orthoscopic viewing angle is limited by the opening angle of the converging cylindrical components of the frame. In reproduction rooms with viewing angles greater than the previous one, these systems are not satisfactory.
  • the amount of information handled by these three-dimensional systems depends on the number of images reproduced. Since the maximum viewing angle is limited, the maximum number of images depends on the minimum angle that each of them occupies. This number is limited by the optical quality of the component cylindrical elements of the frame and in practice it is insufficient for quality reproductions with remote observers.
  • the angle of orthoscopic vision is not limited, being able to reach 180 °; nor the number of images that can be used. For these reasons the system is suitable for playback rooms with any angle and any viewing distance.
  • the author of this invention describes in his PCT / ES96 / 00092, a device for reproducing three-dimensional images without the use of lenticular frames.
  • the different images are reproduced by transparency sequentially and appear supported on a liquid crystal that is observed through a special illumination.
  • European patent 0.576.106 Al of Eichenland describes a configuration device analogous to that of David Ezra.
  • its lighting and targeting system can be used for a large number of observers. It also uses a very small number of two-dimensional images and this is possible because the focusing system manages to direct the corresponding image to the left eye, to all the left eyes of the observers and similarly for the image corresponding to the right eye.
  • the size of the reproduced image is that of the electronic reproduction element itself.
  • German patents 4,123,895 of D. Dieter and European patent 0.114.406 of Meacham, G.B. Kirby, describe another device for reproducing three-dimensional images without the use of lenticular frames that achieves three-dimensional reproduction for a large number of observers and a reduced number of images.
  • the different images are projected sequentially on a conventional diffusing surface and are observed through a shutter panel preferably made of liquid crystal that is sufficiently separated from the observer so as not to cause discomfort.
  • the invention of integral photography is due to M.G. Lippman in 1908.
  • the device he devised consists of a sheet composed of a huge number of converging lenses. A different image is captured behind each of these lenses. The vision of these images through the same lenses reproduces the scene with both horizontal and vertical parallax in pseudoscopic form. A second capture of this pseudoscopic scene would allow the orthoscopic vision of the first scene. In this device it is advisable that the lenses and the film are part of the same set so that they are held rigidly together throughout the process and thus avoid difficult adjustments.
  • This system suffers from the logical inconveniences derived from the fact that the lenses used are very small and consequently the size of the images captured by each one of them as well. It is also necessary to control the aperture of each lens so that it does not flood the field of acquisition or reproduction of neighboring lenses. For all the above the designs have been complex and virtually impossible to market even for static images.
  • the device described in this invention solves these drawbacks.
  • This invention takes advantage of the ability of integral devices to send a different image to each eye but unlike traditional integral devices the image sent to all left eyes of all eyes. observers can be the same and in the same way the image sent to all the right eyes, thus achieving that the amount of information that is necessary to capture, process and then provide in the reproduction is very small.
  • the integral reproduction device designed in this way will consist of a panel of conventional projection lenses and two lenticular frames perpendicular to each other, or a panel of rectangular lenses adjacent to each other whose projection is performed without the need for a lenticular type optical support .
  • an electronic image reproduction element is located behind each projection objective and the image is projected in front of the objective grid. That is, the image that is observed is formed by projection on a double lenticular frame or in the air.
  • the image is formed by projection and therefore cannot be observed directly on the electronic image player as in the devices mentioned in the background designed by Ezra and Eicheland.
  • the device object of this invention is constituted by the same elements as those described above in the aforementioned patents and patent application of the same author but differs from these in the way of reproducing the two-dimensional images on the electronic reproduction element. In the previous devices a different image is reproduced behind each projection lens. In the device object of this invention, only the information corresponding to very few images is reproduced, two if the system is stereoscopic and one or several tens if the system is designed as three-dimensional or integral to allow observers to move their heads without needing Know the position of it at all times.
  • each two-dimensional image occupies the entire electronic reproduction element.
  • all images are reproduced simultaneously in each electronic reproduction element for which each image occupies a number of different places than those occupied by the other images.
  • reproduction devices must fulfill is that of sending a different image to each eye of each observer.
  • the observation angle is the angle under which the optical centers of the observer's eyes are seen furthest from said focusing plane from the geometric center of this plane.
  • the angle of reproduction is the angle at which the optical centers of two contiguous projection lenses are seen from the geometric center of the anterior focusing plane. It can be demonstrated mathematically without difficulty that when the observation angle is greater than the reproduction angle, the projection objective panel is capable of directing a different image to each eye of any observer regardless of the size of the entrance pupil of each projection objective that it can have a width equal to the distance between optical centers of two contiguous projection lenses.
  • the design conditions allow the focusing plane to be placed anywhere, either in front of or behind the projector lens panel.
  • the observation angle is determined by the distance to this plane from the farthest observer and by the distance between your eyes.
  • the maximum size of the electronic reproduction element behind each projector lens will be limited by this distance between the optical centers of the adjacent projection lenses.
  • This size of the electronic reproduction element should be sufficient to contain at least a number of horizontal and vertical pixels equal to the number of possible eyes in both directions.
  • the size of the electronic reproduction element should be increased, for which the distance between the focusing plane and the projection objective panel must be increased.
  • the device will be able to direct a different image to any of the eyes of each observer.
  • each projection lens will form an image on the plane occupied by the electronic reproduction element for each light source. That is, as many images from this single source as objectives will be formed.
  • the electronic reproduction element illuminates a sector that occupies the same space as in the previous process occupied the image of the point light source and if an observer locates the optical center of one from your eyes in the place that formerly occupied the geometric center of the light source you will see the entire illuminated target panel.
  • each electronic reproduction element instead of the simple uniformly illuminated space above, its illumination and color are modulated with the information that would correspond to the piece of image that that eye should observe, in the place occupied by the corresponding rectangular objective, the observer will see by that eye a single image reproduced on the entire objective panel.
  • the device object of this invention has the advantage that:.
  • the size of the reproduced image is independent of the size of the electronic playback element
  • the number of different two-dimensional images to reproduce is not limited by the performance of the reproductive element
  • the electronic element can reproduce the images by diffusion or by transparency, being able to use any type of electronic reproduction device, either reproduce by transparency or diffusion.
  • the device described here in addition to what was said in the previous paragraph, can be used for any number of observers.
  • the device described here in addition to what has been said above, offers the advantage of being much simpler in its geometric configuration.
  • the process by which the information of each image is directed to the places located in the electronic reproduction elements in correspondence with the situation of the eyes of the observers is carried out by a computer.
  • the previous computer must know the coordinates that place each of the observer's eyes in space.
  • This initial data entry could be done manually, however, optionally in the device object of this invention, two cameras located at the top of the rectangular lens panel can be used. One on the left and one on the right.
  • a single light source is placed at a time, in the place that an observer's eye will occupy.
  • the cameras will be able to determine the x and y coordinates, and by means of the parallax between the images of the two cameras the z coordinate.
  • a simple calculation will determine the x 'e y' coordinates, corresponding in each of the electronic reproduction elements of each projection target and each light source.
  • the computer will be able to send the information of the left eye to the places already determined (x 'e y') in each electronic reproduction element and corresponding to all possible left eyes of all the observers, similarly it will proceed for the corresponding image to the right eye
  • Different environmental parameters such as vibrations, temperature and atmospheric pressure can alter the geometry of the projection lens panel to produce a mismatch of sufficient magnitude so that the light rays do not go to the places previously introduced in the computer as occupied by the eyes of the observers.
  • four cameras may optionally be placed in the space occupied by the observers. These cameras direct their field of vision towards the panel of projection lenses.
  • the system consisting of a panel of projection lenses and an electronic image player will send as a control signal the signal corresponding to a uniformly illuminated image to each of these cameras as if they were the eyes of an observer.
  • the projection lens panel always remains perfectly adjusted whatever the environmental and usage conditions.
  • the device object of this invention solves this mismatch of two different ways. In the first place and since in the device object of this invention the different two-dimensional images are reproduced each of them in a different place from the electronic reproduction element, it does not need high refresh rate performance.
  • the first solution is to make a three-dimensional or integral system.
  • These systems allow the observer to move within an angle of vision. Assuming that the observer can only move in a space, for example in a movie theater limited by the width of his chair, the viewing angle can be covered with about ten different two-dimensional images for a three-dimensional system and with approximately double For an integral system.
  • the entire space can be covered from the left end to the right end within which each observer can move freely in his armchair.
  • a three-dimensional or integral reproduction system analogous to that described in the German Dieter patent is achieved in terms of the number of images required in reproduction but with the advantage over that of not requiring high refresh rates or installation in the room projection of a shutter panel for each observer.
  • the three-dimensional and integral systems described in this invention offer the possibility of reproducing a different parallax for each observation distance, thus avoiding the deformation in depth or third dimension mentioned in the foregoing. tes.
  • the second solution is to keep the computer informed in real time of the location of the observer's head.
  • the computer once informed that an observer has moved his head changes depending on this movement in each electronic player element of each projector lens, the place where the left and right images corresponding to said observer are reproduced.
  • the size of the reproduced image, in the device described in this invention since it is a conventional projection, does not depend on the size of the electronic reproduction element and therefore can be any.
  • the device object of this invention is capable of reproducing images in three dimensions for any number of observers and whatever their location without requiring the use of any device before their eyes and has a panel of projection lenses whose distance between centers Optics of two contiguous horizontal objectives is determined by the horizontal reproduction angle necessary to provide a different image to each eye of each observer and the distance between two vertical projection lenses is determined by the vertical reproduction angle, this panel being able to perform with objectives conventional in which case the projection is performed on a double lenticular frame, or with objectives whose entrance pupil is shaped rectangular, the vertical and horizontal sides of the adjacent rectangles being in contact with each other and without gaps between them, in which case the projection is carried out directly in the air without any material support, characterized in that behind each objective an electronic element of reproduction, governed by sufficient computer means to send the signal with the information of the different images simultaneously to all the places specially located in this electronic element, such that the projection objectives, arranged to focus all the images in the same plane, send the light beams, with the information of each image, to the points where it is possible to place
  • two cameras can be placed in the upper left and right vertices of the objective panel and whose field of vision covers all the space occupied by observers and
  • FIGS 1, 2 and 3 show integral reproduction devices claimed in other previous patents of the same author.
  • FIG 4 the image formation of a light source in a system as described in figures 1 and 2 is shown.
  • Figure 8 a second generalization of Figure 7 is shown. Several light sources are used.
  • Figure 10 shows the cameras used to inform the computer in real time of the mismatches produced in the objective panel.
  • Figures 1, 2 and 3 are not the subject of this invention and serve as an introduction to show the operation of the reproduction devices integral based on angular differentiation of images.
  • Figures 1 and 2 show the device operating with lenticular frames and Figure 3 without lenticular frames.
  • Figure 1 shows the three set of essential and necessary elements to show the operation of the system.
  • a series of n x m Pij projectors grouped in m rows and n columns with their corresponding Oij objectives.
  • the optical centers of the horizontal objectives are equidistant from each other, similarly the optical centers of the vertical objectives. These objectives are found at the vertices of a rectangular grid.
  • Each projector is powered by an F.A. via a manually operated Eij switch. A different image is placed on each projector that can be photographed or electronically supported.
  • each projector has been equipped with a liquid crystal Fij fed each of them from a single computer, COMP.
  • the signal with the information content of each image is called Sij.
  • optical system composed of two parallel lenticular frames is shown. Although in this figure these frames have been drawn convergent, they can be both divergent or one convergent and another divergent.
  • the first lenticular plot 2.2.1. of vertical cylindrical elements has a horizontal aperture determined by an angle of the same value as the angle under which the inner edges of the pupils of two adjacent horizontal targets are seen, being determined by two lines that pass through the geometric center of the plot and each of them by the inner edge of the pupils of two contiguous projection targets simulated in a horizontal line;
  • the second lenticular plot 2.2.2. of horizontal cylindrical elements has a vertical opening determined by the angle under which the inner edges of the pupils of two adjacent vertical targets are seen, this being determined by two lines that pass through the geometric center of the frame and each of them by the inner edge of the pupils of two adjacent projection targets located in a vertical line.
  • This transparent surface is the place where all the projected images are focused through each of the Pij projectors. In this figure two different points of observation are also represented 1.4.1. and 1.4.2.
  • Figure 2 shows the projection through the Pij projector of the Fij image. For this, only the Eij switch must be activated.
  • the image formed in Fij by the Sikh signal from the computer is projected and focused on the transparent surface 1.3.1. From the observation point 1.4.1. only the rectangle named in Figure Iij 1 will be seen from that image. Analogously from point 1.4.2. the rectangle Iij2 will be seen.
  • the optical effect is the same as that which would produce the projection from an objective whose optical projection system or its entrance pupil had the shape of a rectangle whose width was equal to the distance between two optical centers of two contiguous horizontal projection objectives and of height equal to the distance between the optical centers of two adjacent vertical lenses and at the same time the lenticular frames were suppressed.
  • the relationship between the width and height of the rectangles Iijl and Iij2, is the same as the ratio between the distance between the optical centers of two contiguous horizontal projection lenses and the distance between the optical centers of two contiguous vertical projection objectives.
  • Both rectangles Iijl and Iij2, of the projected image correspond to two pieces, also rectangular, of the Fij image on the electronic reproduction support.
  • Figure 3 shows an integral reproduction system without the use of lenticular frames. It details the three set of essential and necessary elements to explain the operation of an integral reproduction system.
  • the optical centers of the rectangular lenses are equidistant from each other, similarly the optical centers of the vertical lenses. These optical centers are located at the vertices of a rectangular grid.
  • each projector lens there is a different image that can be supported on a photographic film or on an electronic support.
  • behind each projector lens there is an electronic element that generates Fij diffusion images, each powered by a single COMP computer.
  • This transparent surface is the place where the images generated in the electronic reproduction element are focused through the rectangular objectives.
  • the reproduction angle r formed by two lines has also been represented, which both pass through the geometric center of the focusing plane 1.3.1. each of them passes through the midpoints of the R1R3 and R2R4 segments, which determine the left and right edges of the projection Rij lens.
  • This figure also shows two different points of observation 1.4.1. and 1.4.2. corresponding to the right and left eyes of an observer located at a distance dO of the plane 1.3.1. of targeting
  • the angle of observation corresponding to said observer has been called O in said figure and is the angle formed by two lines that pass both through the geometric center of the focusing plane and each of them through the optical center of each of the eyes of the observer.
  • the design condition as explained above is that the observation angle O must be greater than or equal to that of reproduction r, a necessary and sufficient condition for every observer to see a different image with each eye. This condition is met for all observers if it is fulfilled for the observer with the lowest observation angle that will be the furthest from the focus plane.
  • the device object of this invention can be constituted by a series of conventional projection objectives and a double lenticular frame as shown in figures 1 and 2, or by a series of objectives whose entrance pupil is rectangular in shape with the vertical and horizontal sides being of the contiguous objectives in contact with each other and without a gap between them as shown in figure 3. Only for simplicity has this figure 3 been chosen as the basis for the explanation of the rest of the operation but it should be understood that it could also be done with figures 1 or 2.
  • the device object of this invention also coincides with those described in Figures 1, 2 and 3 in which an element capable of generating images electronically is placed behind each projection objective regardless of whether, by transparency and uniform illumination, or by diffusion such as CRT, plasma, projectors on translucent or opaque diffuser screen, etc.
  • Figure 4 shows the formation of the Fijl image behind each of the projector objectives of a single point light source 1.4.1. that acts as the object of these converging optical systems.
  • Each projection lens together with the double lenticular weave create an image of this object, the geometric center of this image is determined by the intersection of the line that joins the light spot 1.4.1. and the optical center of the projection lens with the plane occupied by the electronic image player element.
  • Figure 5 shows the formation of the Fijl image behind each of the rectangular projector lenses of a single light source 1.4.1. which acts as the object of these converging optical systems.
  • Each rectangular projection lens creates an image of this object, the geometric center of this image is determined by the intersection of the line that joins the light spot 1.4.1. and the optical center of the projection lens with the plane occupied by the electronic image player element.
  • Figure 6 shows the inverse process to that shown in Figure 5.
  • the Fijl sectors that now act as the object of the projection objectives occupy the same geometric positions on the electronic reproduction element Fij as in Figure 5 occupied the Fijl images .
  • the system directs all the light rays emitted by the electronic reproduction element through the projection lenses to the focal point 1.4.1. which occupies the same place that formerly occupied the light source 1.4.1. in figure 5.
  • Figure 7 is a first generalization of Figure 6. This figure shows the formation in the space of two luminous points 1.4.1. and 1.4.2. which may correspond to the left and right eyes of an observer. For this, an analogous process is followed for section 1.4.2. which was followed in figure 5 with the focal point 1.4.1.
  • Figure 8 is a second generalization of Figure 6. This figure shows the formation in space of a set greater than two of luminous points, each pair being able to represent the mimicry of a pair of eyes belonging to a different observer . Operating in this reverse way the panel of rectangular lenses is capable of generating as many specific images as there are eyes, whatever their number. To perform this operation, the computer only needs to govern the simulation of each of the rectangular Fijk sectors.
  • the computer modulates the light emission of said sectors with the color and luminosity corresponding to the luminosity and color that each Rij sector would have if the image corresponding to the left eye of the observer was formed on the projectors objective panel, All observers will see through their left eye precisely this single image.
  • Figure 9 shows the DE1 and DE2 cameras located on the upper left and right edges of the rectangular lens panel that are used to supply the data to the computer with the viewer's eye simated.
  • the field of vision of these cameras covers all the space occupied by the observers.
  • each of these cameras forms an image for each of the possible situations of a point light source.
  • the point light source When entering data into the computer, the point light source must be simulated in the place of one of the observer's eyes. With the situation of the image of this light source in each of the DE1 and DE2 cameras, the computer will know the parallax and therefore the situation in the observation space of said source. A very simple calculation will allow you to know the status of the image of said source in each of the liquid crystals components of the panel. In the same way, the rest of the locations of all the eyes of all the observers will proceed. Once this operation is completed, the computer will have stored the coordinates in each electronic reproduction element of all possible eye locations of all observers. Yes the eyes of these observers remain motionless, the computer by controlling the images of the light-emitting sectors of each reproductive element will be able to make each eye of each observer see the image that corresponds to it.
  • Figure 10 shows four CC1, CC2, CC3 and CC4 cameras located approximately at the four extreme edges of the observation space in front of the panel of projection rectangles.
  • the field of vision of each of these cameras covers the surface occupied by the panel, of projection rectangles.
  • the computer When entering data through cameras DE1 and DE2, the computer is also informed of the situation in the observation space of the optical centers of the objectives of said cameras. During playback, the computer will send a uniformly illuminated image to each of these cameras. For this purpose, it illuminates the four rectangles CC'l, CC'2, CC'3 and CC'4 uniformly on each Fij reproduction element.
  • the rectangle panel is reproducing images these four cameras inform the computer in real time of the imbalances that occur in each rectangular projector component of the panel.
  • the computer will modify the situation of the images corresponding to these cameras in each of the mismatched projectors objectives, returning the panel to the initial simulation. Knowing the modification executed in each image of each camera in the liquid crystal of the mismatched projector will modify in the same proportion the sublimation of the rest of the images corresponding to all eyes. In this way the rectangle panel remains always adjusted and the images sent always focus on the places occupied by the eyes.
  • Figure 11 shows the use of the device object of this invention in three-dimensional reproduction.
  • the device object of this invention has been used in stereoscopic reproduction systems, that is, with only two images.
  • observers although they may be located anywhere previously informed to the computer in the "data entry" operation, must remain motionless in that location.
  • the device object of this invention can also be used for three-dimensional reproduction with a viewing angle that may be limited by the space within which the observer can move freely.
  • Figure 12 shows different panels of rectangles corresponding to three different observation distances dOl the furthest, d02 the intermediate and d03 the closest. In all three cases, the angle at which each image rectangle is seen from the geometric center of the focusing plane 1.3.1. is the same. With this design, deformation in the third dimension suffered by stereoscopic systems is avoided.
  • the device must be designed with the new angle of observation that results from this new distance.
  • Figure 13 shows a diagram of the operation of the device object of this invention functioning as integral reproduction systems.
  • the field of view of each observer has been represented by a panel of squares vlv2, v3v4 vk-lvk, in which each inner square represents a different image.
  • the images reproduced in the places determined by the square panels v'lv'2, v'3v'4 .... v'k-lv'k will appear on the electronic reproduction medium.
  • Figure 14 shows different square panels corresponding to three different observation distances dOl the furthest, d02 the intermediate and d03 the closest. In all three cases the angle at which each square of image is seen from the geometric center of the focusing plane 1.3.1. is the same. With this design, deformation in the third dimension suffered by stereoscopic systems is avoided.

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Abstract

El dispositivo descrito en esta invención es capaz de reproducir imágenes en tres dimensiones, es decir, estereoscópicas, tridimensionales o integrales sin necesitar gafas ni ningún otro artificio ante los ojos del observador. Consta de un panel óptico compuesto de múltiples objetivos de proyección detrás de cada uno de ellos está situado un reproductor electrónico de imágenes gobernado por un ordenador. El ordenador conoce la posición de cada observador y opcionalmente las deformaciones geométricas que se puedan producir en el panel de objetivos y de acuerdo con esto envía una señal al reproductor electrónico de imágenes. Como resultado el dispositivo envía una imagen distinta a cada uno de los ojos de cada observador cualquiera que sea el número y situación de éstos. El elemento electrónico puede reproducir por transparencia o por difusión y no necesita tener alta velocidad de refresco porque ésta es independiente del número de imágenes bidimensionales empleadas en la reproducción.

Description

PANTALLA PARA LA REPRODUCCIÓN DE IMÁGENES EN TRES
DIMENSIONES
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una pantalla inteligente para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, y mas concretamente a un sistema capaz de reproducir imágenes en tres dimensiones, es decir, estereoscópicas, tridimensionales o integrales, sin necesidad de gafas, ni ningún otro artificio ante los ojos del observador.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Con independencia de los sistemas desarrollados a partir de 1947 basados en la formación de las imágenes a través de interferencia de haces de luz coherente denominados sistemas holográficos al resto de los sistemas entre los que se encuentra el descrito en la presente invención se clasificarán en uno de los siguientes grupos: estereoscópicos, tridimensionales e Integrales.
El término estereoscópico se emplea aquí para designar los sistemas que se emplean solo dos imágenes distintas en la reproducción, una para cada ojo.
El término tridimensional se utiliza para designar los sistemas que emplean en la reproducción, un número superior a dos de imágenes y que permiten la observación con paralaje dentro de un amplio ángulo de visión horizontal sin necesidad de molestar a los observadores anteponiéndoles ningún artificio ante los ojos.
El término integral se utiliza para designar los sistemas que emplean un gran número de imágenes en la reproducción permitiendo la observación con paralaje horizontal y vertical dentro de un amplio ángulo de visión.
La mayoría de los sistemas hasta hoy comercializados en proyección cinematográfica pertenecen al grupo de los anteriormente denominados estereoscópicos.
En estos sistemas se captan dos únicas imágenes desde dos objetivos cuyos centros ópticos están separados entre sí aproximadamente la misma distancia media que separa los centros ópticos de los ojos en los seres humanos.
Evidentemente si en la reproducción se hace llegar la imagen captada por el objetivo izquierdo al ojo izquierdo y la otra imagen al derecho, el observador verá la imagen reproducida en sus tres dimensiones.
Han sido muchos los procedimientos empleados para conseguir hacer llegar cada una de las imágenes a un ojo diferente.
La primera solución fue propuesta por D'Almeida en 1858. Su solución consistía en situar un obturador giratorio ante el observador, de tal manera que interrumpiera el paso de la luz a un ojo u otro alternativamente, los anteojos deberían estar sincronizados con el proyector que sucesivamente proyectaba las imágenes del ojo izquierdo y derecho. El ruido, la complicación mecánica y el riesgo eléctrico hicieron que este procedimiento fuera abandonado.
Una versión actualizada de este procedimiento consiste en situar delante de cada ojo un cristal líquido que impide el paso de la luz a un ojo mientras lo permite al otro y en sincronismo con esa alternancia se proyectan las imágenes.
En 1891 Ducos du Hauron sugirió el método anaglífico de separación de imágenes. Las imágenes se imprimen o proyectan en colores complementarios y se observan con los filtros de los mismos colores invertidos. Si la imagen del ojo izquierdo es azul, verde y la derecha roja, el ojo izquierdo del observador verá ésta a través de un filtro rojo y viceversa. Los inconvenientes más importantes de este procedimiento son que, solo es posible proyectar imágenes en blanco y negro y que del hecho de que cada ojo vea una imagen de diferente color se produce el denominado fenómeno de confusión de retina que en muchas personas produce dolor de cabeza y en algunas otras, náuseas. La proyección con luz polarizada elimina estos inconvenientes.
El método fue patentado por Anderton en 1891 y no se hizo comercialmen- te practicable hasta 45 años más tarde cuando E.H. Land inventó el polaroid en EE.UU. El polaroid es una hoja de material plástico polarizado relativamente barata. El procedimiento consiste en proyectar la imagen de un ojo a través de un filtro polarizado linealmente en una dirección perpendicular al filtro utilizado para el otro ojo. Las imágenes proyectadas sobre una pantalla metalizada que difunde la luz sin despolarizar son observadas por cada espectador con un filtro en cada ojo polarizado en direcciones paralelas a los filtros de los proyectores.
Los más grandes inconvenientes de este método son que la extinción de la imagen indebida no es total y que si el observador inclina la cabeza, al girar al mismo tiempo los planos de polarización de sus filtros el sistema pierde su eficacia.
Este último inconveniente se ha podido resolver modernamente utilizando filtros polarizados circularmente, reservando la polarización levógira para un ojo y las dextrógira para el otro.
Un intento de liberar a los espectadores de tener que soportar gafas con filtros polarizados, coloreados o de obturación se inició por Ivés en EE.UU., se continuó por Gabor en Gran Bretaña y se completaron muchas investigaciones y experimentos en la Unión Soviética.
Todos estos intentos giran alrededor de una pantalla especial que recibe las dos imágenes y las canaliza separadamente a cada ojo del observador. La pantalla en esencia está formada por una serie de tablillas opacas separadas una distancia igual a su anchura y montadas delante de una superficie difusora. Este dispositivo se llama rastro. Las imágenes correspondientes al ojo derecho e izquierdo son proyectadas en la pantalla desde unos proyectores separados por una distancia adecuada y el rastro corta las imágenes en tiras verticales. Los espectadores deben sentarse en una posición tal que el rastro oculte una imagen a un ojo y permita la observación de la otra. Este sistema tiene varios inconvenientes entre los que conviene destacar su bajo rendimiento luminoso y que los observadores deben mantener la cabeza absolutamente inmóvil.
Se han propuesto algunas variantes a este sistema pero no parece que ninguna pueda triunfar comercialmente.
Con independencia de cual sea el procedimiento empleado para hacer llegar a cada ojo una imagen diferente existe un inconveniente adicional, común a todos los sistemas estereoscópicos, derivado del hecho de que todos los observadores perciben la misma paralaje independientemente del lugar de observación ocupado. En la visión de una escena real la paralaje es menor para los observadores lejanos que para los cercanos. Como en el sistema estereoscópico solo es posible dar un único valor de paralaje para todos los observadores, que corresponderá a una distancia determinada de observación, los observadores más alejados, verán los objetos desproporcionadamente profundos y contrariamente los observadores más cercanos.
Como resumen de los sistemas estereoscópicos se puede decir que los dos inconvenientes comunes a todos ellos son:
- La necesidad de molestar a los observadores bien anteponiéndoles filtros o algún otro artefacto ante sus ojos o bien inmovilizándoles la cabeza.
- La imposibilidad de reproducir con una paralaje ajustada a cada distancia de observación. Esto provoca una deformación en la tercera dimensión o profundidad de la imagen reproducida que es función de dicha distancia.
Más tarde surgieron los sistemas tridimensionales que evitan en parte estos inconvenientes.
La mayoría de los sistemas tridimensionales realizan la captación a través de una serie de objetivos convencionales situados en distintas posiciones espaciales dispuestos según una línea o curva horizontal.
El sistema de reproducción es diferente según los distintos autores. Ivés en el procedimiento descrito en la patente EE.UU. 1.918.705, emplea una o dos tramas de lentes cilindricas convergentes verticales según se trate de proyección frontal o trasera y una superficie difusora paralela a dichas tramas.
En este sistema el máximo ángulo de visión ortoscópica viene limitado por el ángulo de abertura de los elementos cilindricos convergentes componentes de la trama. En Salas de reproducción con ángulos de visión mayores al anterior estos sistemas no resultan satisfactorios.
La cantidad de información manejada por estos sistemas tridimensionales depende del número de imágenes reproducidas. Como el máximo ángulo de visión está acotado, el número máximo de imágenes depende del mínimo ángulo que cada una de ellas ocupe. Este número está limitado por la calidad óptica de los elementos cilindricos componentes de la trama y en la práctica resulta insuficiente para reproducciones de calidad con observadores alejados.
En el sistema tridimensional descrito por el autor de esta invención en las patentes EE.UU. 5.004.335, 5.013.147. , 5.357.368, se emplean dos tramas de lentes cilindricas convergentes o divergentes.
En este sistema el ángulo de visión ortoscópica no está acotado, pudiendo llegar a 180°; ni tampoco el número de imágenes que puedan emplearse. Por estos motivos el sistema es apto para salas de reproducción con cualquier ángulo y cualquier distancia de observación.
No obstante, cuando se utilizan los ángulos y las distancias de observación requeridos por las salas de reproducción habituales, el número de imágenes necesarios en la reproducción y en consecuencia la cantidad de información a captar y procesar resultan enormemente elevadas.
El autor de esta invención describe en su PCT/ES96/00092, un dispositivo de reproducción de imágenes tridimensionales sin la utilización de tramas lenticulares.
Las distintas imágenes se reproducen por transparencia secuencialmente y aparecen soportadas en un cristal líquido que se observa a través de una iluminación especial.
Este dispositivo parece adecuado para reproducciones en tamaño de pantalla análogas a la de los televisores domésticos. Sus inconvenientes son el alto número de imágenes necesarias en las reproducciones de ángulos de visión aceptable y por tanto la gran cantidad de información que es necesario tratar y representar secuencialmente en el cristal líquido. Los cristales líquidos actualmente comercializados difícilmente podrán responder a la velocidad de refresco requerida.
Para vencer las dificultades presentadas por la gran cantidad de información que es necesario tratar y reproducir secuencialmente por transparencia se han diseñado algunos dispositivos de configuración análoga a la anterior, es decir, que reproducen las distintas imágenes bidimensionales por transparencia, la iluminan con un sistema de iluminación especial y que además focalizan el haz luminoso con ayuda de un sistema óptico convergente sobre los ojos de los observadores.
La patente inglesa 2.272.597 de David Ezra, describe un dispositivo de configuración análoga al anterior cuya finalidad es la reproducción estereoscópi- ca, ya que emplea solo dos o tres imágenes distintas, para un único observador. El elemento reproductor de imágenes por transparencia solo necesita unas prestaciones suficientes como para la reproducción secuencial de dos o tres imágenes.
La patente europea 0.576.106 Al de Eichenland, describe un dispositivo de configuración análoga al de David Ezra. No obstante, su sistema de iluminación y focalización puede emplearse para un amplio número de observadores. También emplea un número muy reducido de imágenes bidimensionales y esto es posible porque el sistema de focalización consigue dirigir la imagen correspon- diente al ojo izquierdo, a todos los ojos izquierdos de los observadores y análogamente para la imagen correspondiente al ojo derecho.
En estos tres últimos dispositivos todas las imágenes se reproducen secuencialmente por transparencia y en su totalidad sobre un único elemento electrónico de reproducción, con lo cual, adolecen de los siguientes inconvenientes:
- El tamaño de la imagen reproducida es el del propio elemento electrónico de reproducción.
- El número de distintas imágenes bidimensionales a reproducir está limitado por las prestaciones del elemento electrónico de reproducción por transparencia.
- No pueden utilizarse otros elementos de reproducción basados en otros procedimientos distintos a la simple transparencia tales como Tubos de Rayos Catódicos (TRC), plasma, etc.
Las patentes alemana 4.123.895 de D. Dieter y la europea 0.114.406 de Meacham, G.B. Kirby , describen otro dispositivo de reproducción de imágenes tridimensionales sin la utilización de tramas lenticulares que consigue la reproducción tridimensional para un gran número de observadores y un número reducido de imágenes.
Las distintas imágenes se proyectan secuencialmente sobre una superficie difusora convencional y se observan a través de un panel de obturación realizado preferiblemente en cristal líquido que se sitúa suficientemente separado del observador para no producirle molestia.
Las dificultades de realización de este sistema derivan de las pequeñas velocidades de refresco de los cristales líquidos actualmente comercializados y de los inconvenientes que supone situar un panel de cristal líquido delante de cada observador.
Los sistemas de reproducción que además de la paralaje horizontal, como hacen los tridimensionales, reproducen también la paralaje vertical se denominan integrales.
La invención de la fotografía integral de debe a M.G. Lippman en 1908.
El dispositivo que ideó consta de una hoja compuesta de un enorme número de lentes convergente. Detrás de cada una de estas lentes se capta una imagen diferente. La visión de estas imágenes a través de las mismas lentes reproduce la escena tanto con paralaje horizontal como vertical en forma pseudoscópica. Una segunda captación de esta escena pseudoscópica permitiría la visión ortoscópica de la primera escena. En este dispositivo es aconsejable que las lentes y la película formen parte de un mismo conjunto para que se mantengan rígidamente unidas en todo el proceso y así evitar ajustes difíciles.
Este sistema adolece de los lógicos inconvenientes derivados de que las lentes utilizadas son pequeñísimas y en consecuencia el tamaño de las imágenes captadas por cada una de ellas también. Es necesario además controlar la abertura de cada lente para que no inunde el campo de captación o reproducción de las lentes vecinas. Por todo lo anterior los diseños han resultado complejos y prácticamente de imposible comercialización aún para imágenes estáticas.
El autor de este trabajo propuso en las patentes EE.UU. 5.013.147, PCT 90/00014 y solicitud de patente PCT/ES96/00092 un sistema de reproducción integral basado, primero, en la captación de la escena a través de una serie de objetivos convencionales situados en los vértices de un retículo rectangular y más tarde en la proyección desde el mismo número de objetivos proyectores de estas imágenes bidimensionales sobre dos tramas lenticulares compuesta de elementos ópticos cilindricos convergentes o divergentes perpendiculares entre sí.
El número de imágenes necesarias y en consecuencia la cantidad de información a tratar también resultan demasiado elevadas.
En la solicitud de Patente Española n° 9700076, del mismo autor, se describe un sistema de reproducción integral basado, primero, en la captación de la escena a través de una serie de objetivos convencionales situados en los vértices de un retículo rectangular y más tarde en la proyección desde el mismo número de objetivos proyectores de estas imágenes bidimensionales directamente sin ningún soporte óptico sobre el que se focalizan las distintas imágenes. Para ello, es necesario que las pupilas de entrada de los objetivos de proyección tengan forma rectangular, estando los lados de los rectángulos contiguos en contacto entre sí y sin hueco entre ellos.
Igual que en el procedimiento anterior el número de imágenes necesarias y en consecuencia, la cantidad de información que es necesario tratar, resultan demasiado elevadas. No obstante, estos dos últimos sistemas servirán de base para explicar el dispositivo objeto de esta invención.
Aunque el examen de los inconvenientes en los distintos sistemas se ha realizado examinando los problemas surgidos en la reproducción lógicamente la captación se hace tanto más compleja cuanto mayor es el número de imágenes empleadas. En los sistemas tridimensionales e integrales aptos para reproducciones con un gran número de observadores se requiere la captación de un tan alto número de imágenes que obligan a la realización de un dispositivo de captación enormemente complejo y voluminoso imposible en la mayoría de los casos de responder a las necesidades de filmación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El dispositivo que se describe en ésta invención resuelve estos inconvenientes.
Es bien sabido que un sistema de reproducción integral tiene la capacidad de hacer llegar a cada ojo de cada observador una imagen diferente, cualquiera que sea la ubicación de éste, superando a los sistemas tridimensionales que envían la misma imagen para todos los ojos situados en la misma vertical.
Esta invención aprovecha la capacidad de los dispositivos integrales para enviar una imagen distinta a cada ojo pero a diferencia de los dispositivos integrales tradicionales la imagen enviada a todos los ojos izquierdos de todos los observadores puede ser la misma y del mismo modo la imagen enviada a todos los ojos derechos, consiguiéndose así que la cantidad de información que es necesario captar, procesar y luego suministrar en la reproducción sea muy pequeña.
Para explicar como conseguir este objetivo se empezará diseñando un sistema de reproducción integral de manera análoga a como lo hace el autor de esta invención en la patente EE.U.U.5. 013.147 y PCT 9000014. En estos trabajos el dispositivo de captación de la escena consta de una serie de objetivos convencionales situados en los vértices de un retículo rectangular. La reproducción se consigue en las mencionadas patentes, proyectando desde el mismo número de objetivos proyectores, como antes el de objetivos captores, las imágenes bidimensionales captadas, sobre dos tramas lenticulares perpendiculares entre sí. Cada trama puede estar compuesta de elementos ópticos cilindricos convergente o divergentes. La condición de diseño obliga que se cumpla que el ángulo que mide la abertura de los elementos cilindricos debe tener el mismo valor que el ángulo bajo el cual se ven los bordes interiores de dos objetivos de proyección contiguos, tanto en la dirección horizontal como en la vertical, desde el centro geométrico de la trama lenticular.
La reproducción se consigue en la citada solicitud de Patente Española n° 9700076, con un panel de objetivos proyectores análogo al anterior , pero elimina las tramas lenticulares para lo cual es necesario que la distancia entre los bordes interiores de cada dos objetivos de proyección contiguos sea nula tanto en la dirección horizontal como en la dirección vertical.
El dispositivo de reproducción integral diseñado de esta manera estará constituido por un panel de objetivos convencionales de proyección y dos tramas lenticulares perpendiculares entre sí, o bien por un panel de objetivos rectangulares adyacentes entre sí cuya proyección se realiza sin necesitar un soporte óptico de tipo lenticular.
En ambos casos, detrás de cada objetivo de proyección se sitúa un elemento electrónico de reproducción de imágenes y delante del retículo de objetivos se forma la imagen por proyección. Es decir, que la imagen que se observa se forma por proyección sobre una doble trama lenticular o en el aire. En el dispositivo objeto de esta invención al igual que en estos dispositivos se forma la imagen por proyección y por tanto no puede observarse directamente sobre el reproductor electrónico de imágenes como ocurre en los dispositivos mencionados en los antecedentes diseñados por Ezra y Eicheland.
El dispositivo objeto de esta invención está constituido por los mismos elementos que los anteriores descritos en las patentes y solicitud de patente anteriormente mencionadas del mismo autor pero se diferencia de estos en la forma de reproducir las imágenes bidimensionales sobre el elemento electrónico de reproducción. En los anteriores dispositivos se reproduce una imagen distinta detrás de cada objetivo de proyección. En el dispositivo objeto de esta invención, solo se reproduce la información correspondiente a muy pocas imágenes, dos si el sistema es estereoscópico y una o varias decenas si el sistema se diseña como tridimensional o integral para permitir a los observadores mover la cabeza sin necesidad de conocer la posición de ésta en cada momento.
En los sistemas anteriores cada imagen bidimensional ocupa la totalidad del elemento electrónico de reproducción. En el sistema descrito en ésta invención todas las imágenes se reproducen simultáneamente en cada elemento electrónico de reproducción para lo cual cada imagen ocupa una serie de lugares distintos a los ocupados por las otras imágenes.
La condición que deben cumplir estos dispositivos de reproducción es la de hacer llegar una imagen distinta a cada ojo de cada observador.
Para que esta condición se cumpla es necesario y suficiente que el ángulo de observación sea igual o superior al ángulo de reproducción.
Si se supone un mismo plano de focalización para todos los objetivos de proyección componentes del panel, el ángulo de observación es el ángulo bajo el cual se ven los centros ópticos de los ojos del observador más alejado de dicho plano de focalización desde el centro geométrico de éste plano. El ángulo de reproducción es el ángulo bajo el cual se ven los centros ópticos de dos objetivos de proyección contiguos desde el centro geométrico del plano de focalización anterior. Puede demostrarse matemáticamente sin dificultad que cuando el ángulo de observación es superior al de reproducción, el panel de objetivos de proyección es capaz de dirigir una imagen distinta a cada ojo de cualquier observador independientemente del tamaño de la pupila de entrada de cada objetivo de proyección que puede llegar a tener un ancho igual a la distancia entre centro ópticos de dos objetivos de proyección contiguos.
Las condiciones de diseño permiten situar el plano de focalización en cualquier lugar, ya sea delante o detrás del panel de objetivos proyectores.
Una vez elegido el lugar que deberá ocupar el plano de proyección o focalización, queda determinado el ángulo de observación por la distancia a este plano del observador más alejado y por la distancia entre sus ojos.
Determinado el ángulo de observación, el ángulo de reproducción, como máximo podrá alcanzar ese mismo valor. En general se puede elegir para el ángulo de reproducción este máximo.
Con este valor de ángulo de reproducción y la distancia del plano de focalización al panel de objetivos de proyección queda determinada la distancia entre centros ópticos de dos objetivos de proyección contiguos.
El tamaño máximo del elemento electrónico de reproducción situado detrás de cada objetivo proyector vendrá limitado por esta distancia entre los centros ópticos de los objetivos de proyección contiguos.
Este tamaño del elemento electrónico de reproducción deberá ser suficiente como para contener al menos un número de pixeles horizontales y verticales igual al número de posibles ojos en ambas direcciones.
Si esta condición no se cumpliera habría que aumentar el tamaño del elemento electrónico de reproducción para lo cual se deberá aumentar la distancia entre el plano de focalización y el panel de objetivos de proyección.
Una vez conseguido que el panel de objetivos de proyección y elementos electrónicos de reproducción cumpla el requisito anterior, el dispositivo será capaz de dirigir una imagen diferente a cualquiera de los ojos de cada observador.
Para explicar esta capacidad se empezará situando una fuente de luz puntual en cualquier lugar de la sala de observación. Cada uno de los objetivos proyectores componentes del panel formará sobre el plano donde se sitúa el elemento electrónico de reproducción la imagen de esta fuente luminosa en un lugar determinado por la intersección con dicho plano de la línea recta que pasa por el centro geométrico de la fuente luminosa y el centro óptico del objetivo de proyección.
Así pues cada objetivo de proyección formará una imagen sobre el plano ocupado por el elemento electrónico de reproducción por cada fuente de luz. Es decir, se formarán tantas imágenes de esta única fuente como objetivos.
Si ahora se realiza el proceso inverso, es decir, se supone que el elemento electrónico de reproducción ilumina un sector que ocupa el mismo espacio que en el proceso anterior ocupaba la imagen de la fuente luminosa puntual y si un observador sitúa el centro óptico de uno de sus ojos en el lugar que antes ocupaba el centro geométrico de la fuente luminosa verá todo el panel de objetivos iluminado.
Si además en cada elemento electrónico de reproducción en lugar del simple espacio uniformemente iluminado anterior se modula su iluminación y color con la información que correspondería al trozo de imagen que ese ojo debería observar, en el lugar ocupado por el objetivo rectangular correspondiente, el observador verá por ese ojo una única imagen reproducida sobre la totalidad del panel de objetivos.
De la misma manera se podría actuar con el otro ojo del observador, pudiéndose de esta manera dirigir la misma o distinta imagen a cada uno de los ojos conteniendo los elementos electrónicos de reproducción solamente la información correspondiente a una o dos imágenes. El proceso anterior se podrá repetir para todos los ojos de todos los observadores porque el panel de objetivos se ha diseñado con capacidad suficiente para discriminar los ojos de cada observador. No obstante, aunque detrás de cada objetivo se deberá situar un elemento electrónico de reproducción con definición suficiente para reproducir la información en un número de lugares igual al número de ojos distintos posibles en la sala, la cantidad de información es solo la correspondiente a dos imágenes, porque el conjunto de lugares geométricos correspondientes a los ojos izquierdos contienen solamente la información correspondiente a la imagen captada desde ese lugar y análogamente para el ojo derecho.
Frente a los sistemas mencionados en los antecedentes diseñados por Exra y Eicheland, el dispositivo objeto de esta invención tiene la ventaja de que: . el tamaño de la imagen reproducida es independiente del tamaño del elemento electrónico de reproducción,
el número de distintas imágenes bidimensionales a reproducir no está limitado por las prestaciones del elemento reproductor
. el elemento electrónico puede reproducir las imágenes por difusión o por transparencia, pudiéndose emplear cualquier tipo de dispositivo electrónico de reproducción, bien reproduzca por transparencia o por difusión.
Frente al sistema descrito por Ezra, el dispositivo aquí descrito, además de lo dicho en el párrafo anterior, puede emplearse para cualquier número de observadores.
Frente al sistema descrito por Eicheland, el dispositivo aquí descrito, además de lo dicho anteriormente, ofrece la ventaja de ser mucho más simple en su configuración geométrica.
El proceso por el cual la información de cada imagen se dirige a los lugares situados en los elementos electrónicos de reproducción en correspondencia con la situación de los ojos de los observadores lo realiza un ordenador. El ordenador anterior debe conocer las coordenadas que sitúan en el espacio cada uno de los ojos de los observadores.
Esta entrada inicial de datos se podría realizar de forma manual, sin embargo opcionalmente en el dispositivo objeto de esta invención se pueden emplear dos cámaras situadas en la parte superior del panel de objetivos rectangulares. Una a la izquierda y otra a la derecha.
El campo de visión de dichas cámaras cubrirá todo el espacio que pueden ocupar los observadores.
En la operación de entrada de datos se sitúa, una única fuente luminosa cada vez, en el lugar que ocupará el ojo de un observador. Las cámaras podrán determinar las coordenadas x e y, y mediante la paralaje entre las imágenes de las dos cámaras la coordenada z. Un sencillo cálculo determinará las coordenadas x' e y' , correspondientes en cada uno de los elementos electrónicos de reproducción de cada objetivo de proyección y cada fuente luminosa.
Con estos datos el ordenador podrá enviar la información del ojo izquierdo a los lugares ya determinados ( x' e y') en cada elemento electrónico de reproducción y correspondiente a todos los posibles ojos izquierdos de todos los observadores, análogamente se procederá para la imagen correspondiente al ojo derecho.
En todas las operaciones efectuadas anteriormente se ha supuesto implícitamente que el panel de objetivos rectangulares no sufre ninguna alteración geométrica a lo largo del tiempo porque no se ven alterados por el cambio de las condiciones ambientales y que los observadores se mantienen completamente inmóviles con sus ojos en los lugares de los que se ha informado previamente al ordenador. Pero en la realidad ninguna de estas suposiciones se cumplen.
Los diferentes parámetros ambientales como vibraciones, temperatura y presión atmosférica pueden alterar la geometría del panel de objetivos proyectores para producir un desajuste de magnitud suficiente como para que los rayos luminosos no se dirijan a los lugares previamente introducidos en el ordenador como ocupados por los ojos de los observadores.
Cuando se considere necesario conseguir un ajuste permanentemente actualizado, es decir, en tiempo real, opcionalmente se podrán situar cuatro cámaras en el espacio ocupado por los observadores. Estas cámaras dirigen su campo de visión hacia el panel de objetivos proyectores. El sistema compuesto de panel de objetivos proyectores y reproductor electrónico de imágenes enviarán como señal de control la señal correspondiente a una imagen uniformemente iluminada a cada una de estas cámaras como si estas fueran los ojos de un observador.
Cuando se produzca una alteración ambiental de magnitud suficiente, algún rectángulo proyector deja de iluminar alguna cámara. El ordenador después de informado de esta perturbación cambiará las coordenadas x' e y' del lugar geométrico correspondiente al objetivo de esa cámara en el reproductor electrónico de imágenes hasta conseguir nuevamente iluminar la cámara. Después de conocer las nuevas coordenadas rectificará proporcionalmente la situación de las coordenadas correspondientes a todos los ojos de ese objetivo rectangular y de la misma manera actuará con las posibles perturbaciones del resto de objetivos proyectores rectangulares.
Con esta operación se consigue que el panel de objetivos proyectores permanezca siempre perfectamente ajustado cualesquiera que sean las condiciones ambientales y de uso.
Con esta corrección queda garantizada la reproducción de una imagen distinta para cada una de las situaciones de los ojos que previamente se ha introducido como dato en el ordenador.
Aún suponiendo que se trate de una sala de proyección donde cada observador permanece sentado en su butaca es imposible imaginar que la cabeza de estos se mantiene permanentemente inmóvil. Cualquier movimiento del observador desajustaría el sistema e impedirá la visión correcta.
El dispositivo objeto de esta invención resuelve este desajuste de dos maneras distintas. En primer lugar y dado que en el dispositivo objeto de esta invención las distintas imágenes bidimensionales son reproducidas cada una de ellas en un lugar distinto del elemento electrónico de reproducción, éste no necesita altas prestaciones de velocidad de refresco.
Esto no es posible en los dispositivos mencionados en los antecedentes, en los cuales las imágenes se reproducen secuencialmente en el mismo lugar ya que ocupan todo el espacio del elemento reproductor que obligatoriamente tiene que reproducir por transparencia.
La primera solución consiste en realizar un sistema tridimensional o integral. Estos sistemas como se ha explicado permiten al observador moverse dentro de un ángulo denominado de visión. Suponiendo que el observador solo puede moverse en un espacio, por ejemplo en una sala cinematográfica limitado por el propio ancho de su butaca, el ángulo de visión puede ser cubierto con una decena aproximadamente de imágenes bidimensionales distintas para un sistema tridimensional y con aproximadamente el doble para un sistema integral.
Con este reducido número de imágenes se podrá cubrir todo el espacio desde el extremo izquierdo al extremo derecho dentro del cual cada observador puede moverse libremente en su butaca.
Las mismas imágenes que cubren el ángulo de visión para un observador sirven para cubrir a todos los observadores.
Se consigue aquí un sistema de reproducción tridimensional o integral análogo al descrito en la patente alemana de Dieter en cuanto a número de imágenes necesarias en la reproducción pero con la ventaja frente a aquel de no necesitar altas velocidades de refresco ni la instalación en la sala de proyección de un panel de obturación para cada observador.
Frente al sistema estereoscópico explicado en primer lugar, los sistemas tridimensional e integrales descritos en esta invención ofrecen la posibilidad de reproducir una paralaje distinta para cada distancia de observación con lo que se evita la deformación en profundidad o tercera dimensión citada en los anteceden- tes.
La segunda solución consiste en mantener al ordenador informado en tiempo real de la ubicación de la cabeza de los observadores.
De esta manera aunque los observadores pueden moverse libremente, el sistema continúa siendo estereoscópico, es decir puede seguir utilizando la información correspondiente a dos únicas imágenes. Los distintos procedimiento que permiten al ordenador estar informado de la situación de las cabezas no son objeto de esta invención.
El ordenador una vez informado que un observador ha movido su cabeza cambia en función de este movimiento en cada elemento electrónico reproductor de cada objetivo proyector, el lugar donde se reproducen las imágenes izquierda y derecha correspondiente a dicho observador.
Dado que la máxima velocidad a la que un observador puede moverse es limitada, la velocidad de refresco de estos elementos electrónicos de reproducción no es necesario que sea superior a la convencional para realizar dicho cambio en un tiempo útil.
El tamaño de la imagen reproducida, en el dispositivo descrito en esta invención ya que se trata de una proyección convencional, no depende del tamaño del elemento electrónico de reproducción y por tanto puede ser cualquiera.
El dispositivo objeto de esta invención es capaz de reproducir imágenes en tres dimensiones para cualquier número de observadores y cualquiera que sea la ubicación de éstos sin que necesiten el empleo de ningún artificio ante sus ojos y dispone de un panel de objetivos proyectores cuya distancia entre centros ópticos de dos objetivos horizontales contiguos queda determinada por el ángulo de reproducción horizontal necesario para proporcionar una imagen distinta a cada ojo de cada observador y la distancia entre dos objetivos verticales de proyección queda determinada por el ángulo de reproducción vertical, pudiendo este panel realizarse con objetivos convencionales en cuyo caso la proyección se realiza sobre una doble trama lenticular, o con objetivos cuya pupila de entrada tiene forma rectangular, estando los lados verticales y horizontales de los rectángulos contiguos en contacto entre sí y sin huecos entre ellos, en cuyo caso la proyección se realiza directamente en el aire sin ningún soporte material, caracterizado porque detrás de cada objetivo se sitúa un elemento electrónico de reproducción, gobernado por medios informáticos suficientes para enviar la señal con la información de las distintas imágenes simultáneamente a todos los lugares especialmente situados en este elemento electrónico, de tal manera que los objetivos de proyección, dispuestos para focalizar todas las imágenes en un mismo plano, envíen los haces de luz, con la información de cada imagen, a los puntos donde es posible situar o está situado el ojo del observador, para lo cual, el ordenador es informado de la situación de estos ojos en tiempo real o previamente para lo que
. opcionalmente puede disponerse de dos cámaras situadas en los vértices superior izquierdo y derecho del panel de objetivos y cuyo campo de visión cubre todo el espacio ocupado por los observadores y
opcionalmente a través de cuatro cámaras situadas en el espacio de observación y cuyo campo de visión es el panel de objetivos rectangulares, es también informado de las deformaciones geométricas que puedan producirse en el panel pudiendo el ordenador corregir estas y realizar el calibrado del panel en tiempo real.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS.
Con objeto de explicar la invención de manera sencilla se han preparado 10 figuras.
Las figuras 1, 2 y 3, muestran dispositivos de reproducción integral reivindicados en otras patentes anteriores del mismo autor.
En la figura 4, se muestra la formación de la imagen de una fuente luminosa en un sistema como el descrito en las figuras 1 y 2.
En la figura 5, se muestra la formación de la imagen de una fuente luminosa en un sistema como el descrito en la figura 3.
En la figura 6, se muestra el proceso inverso al mostrado en la figura
5.
En la figura 7, se muestra una generalización del proceso mostrado en la figura 6. Se utilizan dos fuentes luminosas.
En la figura 8, se muestra una segunda generalización de la figura 7. Se utilizan varias fuentes luminosas.
En la figura 9, se muestran dos cámaras para la introducción de los datos al ordenador con la situación de los ojos de los observadores.
En la figura 10, se muestran las cámaras que sirven para informar al ordenador en tiempo real de los desajustes producidos en el panel de objetivos.
En la figura 11 , se muestra una aplicación del dispositivo objeto de ésta invención en la reproducción tridimensional de imágenes.
En la figura 12, se muestra la variación de los paneles de rectángulos en función de la distancia de observación para evitar la deformación en la tercera dimensión.
En la figura 13, se muestra una aplicación del dispositivo objeto de ésta invención en la reproducción integral de imágenes.
En la figura 14, se muestra la variación de los paneles de cuadrados en función de la distancia de observación para evitar la deformación en la tercera dimensión.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FIGURAS
Las figura 1, 2 y 3 no son objeto de esta invención y sirven de introducción para mostrar el funcionamiento de los dispositivos de reproducción integral basados en la diferenciación angular de imágenes. La figura 1 y 2, muestran el dispositivo funcionando con tramas lenticulares y la figura 3 sin tramas lenticulares.
La figura 1, muestra los tres conjunto de elementos esenciales y necesarios para mostrar el funcionamiento del sistema. En primer lugar, una serie de n x m proyectores Pij agrupados en m filas y n columnas con sus correspondientes objetivos Oij. Los centros ópticos de los objetivos horizontales equidistan entre sí, análogamente los centros ópticos de los objetivos verticales. Estos objetivos se encuentran en los vértices de un retículo rectangular. Cada proyector se alimenta de una fuente de energía F.A. a través de un interruptor accionable de forma manual Eij. En cada proyector se sitúa una imagen distinta que puede estar soportada fotográfica o electrónicamente.
En esta figura se ha dotado a cada proyector de un cristal líquido Fij alimentado cada uno de ellos desde un ordenador único, COMP. La señal con el contenido de información de cada imagen se denomina Sij .
En segundo lugar, se muestra el sistema óptico compuesto de dos tramas lenticulares paralelas. Aunque en esta figura estas tramas se han dibujado convergentes, pueden ser ambas divergentes o una convergente y otra divergente.
La primera trama lenticular 2.2.1. , de elementos cilindricos verticales tiene una abertura horizontal determinada por un ángulo del mismo valor que el ángulo bajo el cual se ven los bordes interiores de las pupilas de dos objetivos horizontales contiguos, estando este determinado por dos líneas que pasan por el centro geométrico de la trama y cada una de ellas por el borde interior de las pupilas de dos objetivos proyectores contiguos simados en una línea horizontal; la segunda trama lenticular 2.2.2. , de elementos cilindricos horizontales tiene una abertura vertical determinada por el ángulo bajo el cual se ven los bordes interiores de las pupilas de dos objetivos verticales contiguos, estando éste determinado por dos líneas que pasan por el centro geométrico de la trama y cada una de ellas por el borde interior de las pupilas de dos objetivos proyectores contiguos situados en una línea vertical.
En tercer lugar se encuentra la superficie transparente de focalización 1.3.1. , situada a una distancia B de los proyectores y a la distancia focal f 1 y f2 respectiva de las tramas 2.2.1. y 2.2.2. Esta superficie transparente es el lugar donde se focalizan todas las imágenes proyectadas a través de cada uno de los proyectores Pij. En dicha figura aparecen también representados dos puntos diferentes de observación 1.4.1. y 1.4.2.
La figura 2, muestra la proyección a través del proyector Pij de la imagen Fij . Para esto se deberá activar únicamente el interruptor Eij . La imagen formada en Fij por la señal Sij proveniente del ordenador es proyectada y focalizada en la superficie transparente 1.3.1. Desde el punto de observación 1.4.1. se verá de esa imagen solamente el rectángulo denominado en la figura Iij 1. Análogamente desde el punto 1.4.2. se verá el rectángulo Iij2. El efecto óptico es el mismo que el que produciría la proyección desde un objetivo cuyo sistema óptico de proyección o su pupila de entrada tuviera la forma de un rectángulo cuyo ancho fuera igual a la distancia entre dos centros ópticos de dos objetivos horizontales de proyección contiguos y de altura igual a la distancia entre los centros ópticos de dos objetivos verticales contiguos y al mismo tiempo se suprimieran las tramas lenticulares.
La relación entre el ancho y el alto de los rectángulos Iijl e Iij2, es la misma que el cociente entre la distancia entre los centros ópticos de dos objetivos horizontales de proyección contiguos y la distancia entre los centros ópticos de dos objetivos verticales de proyección contiguos. Ambos rectángulos Iijl e Iij2, de la imagen proyectada, se corresponden con dos trozos, también rectangulares, de la imagen Fij sobre el soporte electrónico de reproducción.
En esta imagen Fij generada sobre el elemento electrónico de reproducción existen dos rectángulos Fijl e I'ij2, que pueden fácilmente determinarse por las leyes clásicas de la óptica geométrica, los cuales contienen la información que se proyecta en los rectángulos Iijl e Iij2.
La figura 3, muestra un sistema de reproducción integral sin el empleo de tramas lenticulares. En ella se detallan los tres conjunto de elementos esenciales y necesarios para explicar el funcionamiento de un sistema de reproducción integral. En primer lugar una serie de n x m objetivos proyectores rectangulares Rij agrupados en m filas y n columnas cuya forma rectangular R1R2R3R4 es la misma para todos ellos. Los centros ópticos de los objetivos rectangulares equidistan entre sí, análogamente los centro ópticos de los objetivos verticales. Estos centros ópticos se encuentran en los vértices de un retículo rectangular. En segundo lugar, detrás de cada objetivo proyector se sitúa una imagen distinta que puede estar soportada en un film fotográfico o en un soporte electrónico. En esta figura detrás de cada objetivo proyector se ha situado un elemento electrónico generador de imágenes por difusión Fij alimentado cada uno de ellos desde un ordenador único COMP. En tercer lugar se encuentra la superficie transparente de focalización 1.3.1. situada a una distancia B de los objetivos proyectores Rij.
Esta superficie transparente es el lugar donde se focalizan, a través de los objetivos rectangulares, las imágenes generadas en el elemento electrónico de reproducción.
Se ha representado también el ángulo r de reproducción formado por dos rectas que pasando ambas por el centro geométrico del plano de focalización 1.3.1. cada una de ellas pasa por los puntos medios de los segmentos R1R3 y R2R4, que determinan los bordes izquierdo y derecho del objetivo Rij de proyección. En dicha figura aparecen también dos puntos distintos de observación 1.4.1. y 1.4.2. correspondientes a los ojos derecho e izquierdo de un observador situado a una distancia dO del plano 1.3.1. de focalización. El ángulo de observación correspondiente a dicho observador se le ha denominado O en dicha figura y es el ángulo formado por dos rectas que pasan ambas por el centro geométrico del plano de focalización y cada una de ellas por el centro óptico de cada uno de los ojos del observador.
La condición de diseño como ya se ha explicado anteriormente es que el ángulo de observación O debe ser mayor o igual que el de reproducción r, condición necesaria y suficiente para que todo observador vea una imagen distinta con cada ojo. Esta condición se cumple para todos los observadores si se cumpla para el observador con menor ángulo de observación que será el más alejado del plano de focalización.
Cuando los dispositivos mostrados en la figura 1, 2 y 3 operan como reproductores integrales de imágenes detrás de cada objetivo de proyección Oij se sitúa una imagen Fij distinta. Si los puntos de observación 1.4.1. y 1.4.2. se corresponden con dos ojos de un único observador por cada uno de ellos se verá una imagen distinta. En primer lugar de la imagen Fij proyectada por un objetivo cualquiera Oij, cada ojo ve un rectángulo distinto Iijl e Iij2 que por la condición anterior de diseño corresponden con los trozos de la imagen Fij, Fijl e Fij 2 sobre el soporte electrónico que no tienen partes comunes. En segundo lugar, la misma condición de diseño exige que por el lugar ocupado por el rectángulo Iijl el observador 1 vea un rectángulo perteneciente a la imagen Fij pero el observador 2 verá a través del mismo rectángulo un trozo de imagen perteneciente a otra imagen distinta a la Fij.
El dispositivo objeto de esta invención puede estar constituido por una serie de objetivos proyectores convencionales y una doble trama lenticular como se muestra en las figuras 1 y 2, o por una serie de objetivos cuya pupila de entrada tiene forma rectangular estando los lados verticales y horizontales de los objetivos contiguos en contacto entre sí y sin hueco entre ellos como se muestra en la figura 3. Solo por sencillez se ha elegido esta figura 3 como base para la explicación del resto del funcionamiento pero debe entenderse que podría igualmente hacerse con las figuras 1 o 2.
También coincide el dispositivo objeto de esta invención con los descritos en las figuras 1, 2 y 3 en que detrás de cada objetivo de proyección se sitúa un elemento capaz de generar imágenes electrónicamente no importando si, por transparencia y una iluminación uniforme, o por difusión tales como TRC, plasma, proyectores sobre pantalla difusora traslúcida u opaca, etc.
Sin embargo, la diferencia estriba en el método de formación de imágenes sobre el soporte electrónico reproductor. En los sistemas tradicionales detrás de cada objetivo de proyección se sitúa una imagen distinta captada desde una situación espacial distinta. En el sistema objeto de esta invención esto no ocurre como se explica a continuación.
La figura 4, muestra la formación de la imagen Fijl detrás de cada uno de los objetivos proyectores de una única fuente luminosa puntual 1.4.1. que actúa como objeto de estos sistemas ópticos convergentes. Cada objetivo de proyección junto con la doble trama lenticular crean una imagen de este objeto, el centro geométrico de esta imagen está determinado por la intersección de la línea que une el punto luminoso 1.4.1. y el centro óptico del objetivo de proyección con el plano ocupado por el elemento electrónico reproductor de imágenes.
La figura 5, muestra la formación de la imagen Fijl detrás de cada uno de los objetivos proyectores rectangulares de una única fuente luminosa 1.4.1. que actúa como objeto de estos sistemas ópticos convergentes. Cada objetivo de proyección rectangular crea una imagen de este objeto, el centro geométrico de esta imagen está determinado por la intersección de la línea que une el punto luminoso 1.4.1. y el centro óptico del objetivo de proyección con el plano ocupado por el elemento electrónico reproductor de imágenes.
La figura 6 muestra el proceso inverso al mostrado en la figura 5. En esta figura los sectores Fijl que ahora actúan como objeto de los objetivos proyectores ocupan las mismas posiciones geométricas sobre el elemento electrónico de reproducción Fij que en la figura 5 ocupaban las imágenes Fijl. El sistema dirige todos los rayos luminosos emitidos por el elemento electrónico de reproducción a través de los objetivos proyectores al punto de focalización 1.4.1. que ocupa el mismo lugar que antes ocupaba la fuente luminosa 1.4.1. en la figura 5.
La figura 7, es una primera generalización de la figura 6. En esta figura se muestra la formación en el espacio de dos puntos luminosos 1.4.1. y 1.4.2. que pueden corresponder con los ojos izquierdo y derecho de un observador. Para ello se sigue un proceso análogo para el punto 1.4.2. que se siguió en la figura 5 con el punto de focalización 1.4.1.
Conviene hacer observar que los sectores rectangulares Fijl e Fij2, correspondientes a cada una de las fuentes anteriores sobre el elemento electrónico de reproducción no tendrán zonas comunes dado que se cumple para todo observador la condición de diseño que obliga a que el ángulo de observación sea mayor o igual que el de reproducción. La figura 8, es una segunda generalización de la figura 6. En esta figura se muestra la formación en el espacio de un conjunto superior a dos de puntos luminosos pudiendo representar cada par de ellos la simación de una pareja de ojos pertenecientes a un observador distinto. Operando de esta manera inversa el panel de objetivos rectangulares es capaz de generar tantas imágenes puntuales como ojos haya cualquiera que sea el número de estos. Para realizar dicha operación el ordenador solo necesita gobernar la simación de cada uno de los sectores rectangulares Fijk.
Si además de gobernar dicha situación el ordenador modula la emisión luminosa de dichos sectores con el color y la luminosidad correspondiente a la luminosidad y color que cada sector Rij tendría si sobre el panel de objetivos proyectores se formara la imagen correspondiente al ojo izquierdo del observador, todos los observadores verán por su ojo izquierdo precisamente esta única imagen.
La figura 9, muestra las cámaras DE1 y DE2 simadas en los bordes superior izquierdo y derecho del panel de objetivos rectangulares que sirven para suministrar los datos al ordenador con la simación de los ojos del observador. El campo de visión de dichas cámaras cubre todo el espacio ocupado por los observadores.
De manera análoga a la mostrada en la figura 4 para cada objetivo de proyección rectangular cada una de estas cámaras forma una imagen por cada una de las posibles situaciones de una fuente luminosa puntual.
En la entrada de datos al ordenador se deberá simar la fuente luminosa puntoal en el lugar que ocupará uno de los ojos del observador. Con la situación de la imagen de esta fuente luminosa en cada una de las cámaras DE1 y DE2 el ordenador conocerá la paralaje y por tanto la situación en el espacio de observa- ción de dicha fuente. Un cálculo muy sencillo le permitirá conocer la situación de la imagen de dicha fuente en cada uno de los cristales líquidos componentes del panel. De manera análoga se procederá para el resto de las ubicaciones de todos los ojos de todos los observadores. Finalizada esta operación, el ordenador habrá almacenado las coordenadas en cada elemento electrónico de reproducción de todas las posibles ubicaciones de los ojos de todos los observadores. Si los ojos de estos observadores permanecen inmóviles, el ordenador mediante el control de las imágenes de los sectores emisores de luz de cada elemento reproductor podrá conseguir que cada ojo de cada observador vea la imagen que le corresponde.
La figura 10, muestra cuatro cámaras CC1,CC2,CC3 y CC4 situadas aproximadamente en los cuatro bordes extremos del espacio de observación frente al panel de rectángulos proyectores. El campo de visión de cada una de estas cámaras cubre la superficie ocupada por el panel, de rectángulos proyectores. En la entrada de datos a través de las cámaras DE1 y DE2 también se informa al ordenador de la situación en el espacio de observación de los centro ópticos de los objetivos de dichas cámaras. En la reproducción el ordenador enviará una imagen uniformemente iluminada a cada una de estas cámaras. Para ello ilumina uniformemente los cuatro rectángulos CC'l, CC'2, CC'3 y CC'4 sobre cada elemento de reproducción Fij . Cuando el panel de rectángulos está reproduciendo imágenes estas cuatro cámaras informan al ordenador en tiempo real de los desequilibrios que se producen en cada proyector rectangular componente del panel. El ordenador modificará la situación de las imágenes correspondientes a estas cámaras en cada uno de los objetivos proyectores desajustados devolviendo el panel a la simación inicial. Conociendo la modificación ejecutada en cada imagen de cada cámara en el cristal líquido del proyector desajustado modificará en la misma proporción la simación del resto de las imágenes correspondientes a todos los ojos. De esta forma el panel de rectángulos permanece siempre ajustado y las imágenes enviadas se focalizan siempre en los lugares ocupados por los ojos.
La figura 11, muestra la utilización del dispositivo objeto de esta invención en reproducción tridimensional. En las figuras previas el dispositivo objeto de esta invención se ha empleado en sistemas de reproducción estereoscópica es decir, con dos únicas imágenes. En estas reproducciones los observadores aunque pueden estar ubicados en cualquier lugar de los que previamente se ha informado al ordenador en la operación "entrada de datos" deberán permanecer inmóviles en dicha ubicación. No obstante, el dispositivo objeto de esta invención puede utilizarse también para la reproducción tridimensional con un ángulo de visión que puede estar limitado por el espacio dentro del cual el observador puede moverse libremente. Con esta limitación el número de imágenes necesarias es reducido y del mismo orden que el empleado en la patente de Dieter , pero con la ventaja frente a ésta de no necesitar la instalación de un panel de cristal líquido delante de cada observador y de que la velocidad de refresco de los elementos electrónicos de reproducción necesarios para la fabricación del dispositivo objeto de esta invención tampoco necesita ser superior a la convencional. La manera de conseguir un sistema de reproducción tridimensional con el dispositivo objeto de esta invención es proporcionar a cada observador tantas imágenes como las que se necesitarían para cubrir el espacio libre de observación. Este limitado número de imágenes bastaría para proporcionar una visión tridimensional para todos los observadores simultáneamente.
En la figura 11 se ha representado el campo de visión de cada observador por un panel de rectángulos tlt2, t3t4, tk-l,tk, en el que cada rectángulo interior representa una imagen distinta. Análogamente sobre el soporte electrónico de reproducción aparecerán las imágenes reproducidas en los lugares determinados por los paneles de rectángulos t'lt'2, t'3t'4 t'k-1, tk.
Cuando se quiere eliminar la deformación en la tercera dimensión motivada por reproducir la misma paralaje para todos los observadores se emplean paneles de rectángulos distintos para cada observador y función de la distancia de observación.
La figura 12, muestra diferentes paneles de rectángulos correspondientes a tres distancias de observación distintas dOl la más alejada, d02 la intermedia y d03 la más próxima. En los tres casos el ángulo bajo el cual se ve cada rectángulo de imagen desde el centro geométrico del plano de focalización 1.3.1. es el mismo. Con este diseño se evita la deformación en la tercera dimensión que padecen los sistemas estereoscópicos.
Si la separación entre estas imágenes se hace menor que la separación entre los ojos del observador habrá que diseñar el dispositivo con el nuevo ángulo de observación que resulte de esta nueva distancia.
Si el sistema de reproducción que se trata de conseguir es un sistema integral se operará de manera análoga a la consecución del sistema tridimensional. En la figura 13, se muestra un esquema del funcionamiento del dispositivo objeto de esta invención funcionando como sistemas de reproducción integral. En esta figura 12, se ha representado el campo de visión de cada observador por un panel de cuadrados vlv2, v3v4 vk-lvk, en el que cada cuadrado interior representa una imagen distinta. Análogamente sobre el soporte electrónico de reproducción aparecerán las imágenes reproducidas en los lugares determinados por los paneles de cuadrados v'lv'2, v'3v'4 ....v'k-lv'k.
La figura 14, muestra diferentes paneles de cuadrados correspondientes a tres distancias de observación distintas dOl la más alejada, d02 la intermedia y d03 la más próxima. En los tres casos el ángulo bajo el cual se ve cada cuadrado de imagen desde el centro geométrico del plano de focalización 1.3.1. es el mismo. Con este diseño se evita la deformación en la tercera dimensión que padecen los sistemas estereoscópicos.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
I a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, capaz de reproducir dichas imágenes en tres dimensiones para cualquier número de observadores y cualquiera que sea la ubicación de éstos sin que necesiten el empleo de ningún artificio ante sus ojos, que dispone de un panel de objetivos proyectores cuya distancia entre centros ópticos de dos objetivos horizontales contiguos queda determinada por el ángulo de reproducción horizontal necesario para proporcionar una imagen distinta a cada ojo de cada observador y que la distancia entre dos objetivos verticales de proyección queda determinada por el ángulo de reproducción vertical, pudiendo este panel realizarse con objetivos convencionales en cuyo caso la proyección se realiza sobre una doble trama lenticular, o con objetivos cuya pupila de entrada tiene forma rectangular, estando los lados verticales y horizontales de los rectángulos contiguos en contacto entre sí y sin huecos entre ellos, en cuyo caso la proyección se realiza directamente en el aire sin ningún soporte material, caracterizado porque detrás de cada objetivo se sitúa un elemento electrónico de reproducción, gobernado por medios informáticos suficientes para enviar la señal con la información de las distintas imágenes simultáneamente a todos los lugares especialmente situados en este elemento electrónico, de tal manera que los objetivos de proyección, dispuestos para focalizar todas las imágenes en un mismo plano, envíen los haces de luz, con la información de cada imagen, a los puntos donde es posible simar o está simado el ojo del observador, para lo cual, el ordenador es informado de la simación de estos ojos en tiempo real o previamente y para lo que opcionalmente puede disponerse de dos cámaras simadas en los vértices superior izquierdo y derecho del panel de objetivos y cuyo campo de visión cubre todo el espacio ocupado por los observadores y opcionalmente a través de cuatro cámaras simadas en el espacio de observación y cuyo campo de visión es el panel de objetivos rectangulares, es también informado de las deformaciones geométricas que puedan producirse en el panel pudiendo el ordenador corregir estas y realizar el calibrado del panel en tiempo real.
2a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicación I a, caracterizado porque el elemento electrónico de reproducción genera las imágenes sobre una superficie difusora como puede ser un Tubo de Rayos Catódicos (TRC), plasma, pantalla difusora de proyección traslúcida u opaca, o los extremos de elementos conductores, amplificadores o generadores de luz.
3a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicación Ia, caracterizado porque, el elemento electrónico de reproducción genera las imágenes por transparencia y en paralelo a éste se sitúa una superficie difusora uniformemente iluminada.
4a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de imágenes empleadas es solamente dos, una para cada ojo.
5a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones I a, 2a y 3a, caracterizado porque el número de diferentes imágenes es el necesario para conseguir un ángulo de visión suficiente para cubrir el espacio horizontal en el que cualquier observador puede moverse libremente.
6a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones Ia, 2a y 3a, caracterizado porque el número de imágenes diferentes empleadas es el necesario para conseguir los ángulos de visión suficientes para cubrir el espacio horizontal y vertical dentro del cual cualquier observador puede moverse libremente.
7a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones Ia, 2a, 3a, 5a y 6a, caracterizado porque la separación posicional entre las distintas imágenes reproducidas es la misma para todos los observadores.
8a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones Ia, 2a, 3a, 5a y 6a, caracterizado porque la separación angular entre las distintas imágenes reproducidas es la misma para todos los observadores. REIVINDICACIOES MODIFICADAS [ recibidas por la Oficina Internacional el 23 septiembre 1997 (23.09.97); reivindicaciones 1-3 modificadas; otras reivindicaciones no cambian (3 páginas)]
R E I V I N D I C A C I O N E S
I a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, capaz de reproducir dichas imágenes en tres dimensiones para cualquier número 5 de observadores y cualquiera que sea la ubicación de éstos sin que necesiten el empleo de ningún artificio ante sus ojos, esta pantalla está gobernada por un ordenador que es informado de la simación de los ojos de cada observador bien en tiempo real o previamente, para lo que opcionalmente pueden disponerse dos cámaras simadas en los vértices superior izquierdo y derecho de dicha pantalla,
10 caracterizado por un panel de objetivos proyectores cuya distancia entre centros ópticos de dos objetivos horizontales contiguos queda determinada por el ángulo de reproducción horizontal necesario para proporcionar una imagen distinta a cada ojo de cada observador y que la distancia entre dos objetivos verticales de proyección queda determinada por el ángulo de reproducción vertical, pudiendo
15 este panel realizarse con objetivos convencionales es decir, con pupila de entrada circular y de diámetro inferior al tamaño del propio objetivo en cuyo caso la focalización se realiza sobre un plano de proyección donde se sitúa una doble trama lenticular con los ejes de los cilindros perpendiculares entre sí y aperturas horizontal y vertical suficientes para que la imagen se vea completa, o con
20 objetivos cuya pupila de entrada tiene forma rectangular, estando los lados verticales y horizontales de los rectángulos contiguos en contacto entre sí y sin hueco entre ellos, en cuyo caso la focalización se realiza sobre el mismo plano de proyección anterior donde no se encuentra ningún soporte material, simándose detrás de cada objetivo proyector un elemento electrónico de reproducción,
25 gobernado por medios informáticos suficientes para enviar la señal con la información del color e intensidad luminosa de las distintas imágenes directa y simultáneamente a tantos lugares distintos por elemento como el número de posibles puntos de observación, en cada uno de estos lugares sólo se reproduce un trozo parcial, de forma rectangular, de la imagen completa, estos trozos
30 rectangulares actúan como objeto de los objetivos, por ello están especialmente simados en este elemento electrónico para que los objetivos de proyección, que focalizan todos estos trozos de imágenes en un mismo plano de proyección, paralelo al plano que contiene el elemento electrónico de reproducción anterior, envíen los haces de luz con la información de cada trozo rectangular de imagen a
35 los puntos donde es posible situar o está simado el ojo de un observador, desde
RTICULO 1 donde se observará una imagen completa, situada en el plano de proyección, formada por el conjunto de rectángulos de imagen focalizados sobre dicho plano, y correspondientes a la imagen que deberá verse desde ese punto de observación, para lo cual, el ordenador es informado opcionalmente a través de cuatro cámaras situadas en el espacio de observación y cuyo campo de visión es el panel de objetivos, de las deformaciones geométricas que puedan producirse en el panel pudiendo el ordenador corregir estas y realizar el calibrado del panel en tiempo real.
2a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicación I a, caracterizado porque el elemento electrónico de reproducción genera la luz modulada en intensidad y color de tantos trozos rectangulares de imágenes como posibles puntos de observación sobre una superficie difusora como puede ser un Tubo de Rayos Catódicos (TRC), plasma, difusora de proyección traslúcida u opaca, o los extremos de elementos conductores, amplificadores o generadores de luz.
3a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicación Ia, caracterizado porque el elemento electrónico de reproducción genera por transparencia la modulación en intensidad y color de tantos trozos rectangulares de imágenes como posibles puntos de observación y en paralelo a éste se sitúa una superficie difusora uniformemente iluminada.
4a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de imágenes empleadas es solamente dos, una para cada ojo.
5a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones Ia, 2a y 3a, caracterizado porque el número de diferentes imágenes es el necesario para conseguir un ángulo de visión suficiente para cubrir el espacio horizontal en el que cualquier observador puede moverse libremente.
6a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones Ia, 2a y 3a, caracterizado porque el número de imágenes diferentes empleadas es el necesario para conseguir los ángulos de visión suficientes para cubrir el espacio horizontal y vertical dentro del cual cualquier observador puede moverse libremente.
7a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones Ia, 2a, 3a, 5a y 6a, caracterizado porque la separación posicional entre las distintas imágenes reproducidas es la misma para todos los observadores.
8a.- Pantalla para la reproducción de imágenes en tres dimensiones, según reivindicaciones Ia, 2a, 3a, 5a y 6a, caracterizado porque la separación angular entre las distintas imágenes reproducidas es la misma para todos los observadores.
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