WO1996027144A1 - Autostereoscopic video terminal - Google Patents

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WO1996027144A1
WO1996027144A1 PCT/DE1996/000349 DE9600349W WO9627144A1 WO 1996027144 A1 WO1996027144 A1 WO 1996027144A1 DE 9600349 W DE9600349 W DE 9600349W WO 9627144 A1 WO9627144 A1 WO 9627144A1
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viewer
image
diffuser layer
projector
grid
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Application number
PCT/DE1996/000349
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German (de)
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Inventor
Reinhard BÖRNER
Original Assignee
HEINRICH-HERTZ-INSTITUT FüR NACHRICHTENTECHNIK BERLIN GMBH
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Publication date
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00Stereoscopic photography
    • G03B35/18Stereoscopic photography by simultaneous viewing
    • G03B35/24Stereoscopic photography by simultaneous viewing using apertured or refractive resolving means on screens or between screen and eye
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
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    • H04N13/30Image reproducers
    • H04N13/398Synchronisation thereof; Control thereof

Definitions

  • the invention relates to an autostereoscopic screen device
  • a first projector for projecting an image intended for the left eye of a viewer and a second projector arranged next to the first projector for projecting an image intended for the right eye of the viewer onto a diffuser layer arranged in front of the projectors
  • a strip grid arranged parallel to the diffuser layer on the projector side and having a plurality of essentially vertical, opaque, opaque blackening strips arranged next to one another to produce a rasterized stereoscopic image on the diffuser layer consisting of essentially vertical strips alternately intended for the left and right eyes,
  • an image separating device arranged on the observer side parallel to the diffuser layer for imaging the stripes intended for the left and right eyes horizontally in the direction of different points each lying within a viewing zone that enables a spatial visual impression.
  • Two projectors are provided, which are arranged next to one another and of which one projects an image intended for the left eye of the viewer and the other projects an image intended for the right eye of the viewer onto a diffuser layer located in front of the two projectors.
  • the two images can be recorded, for example, with two cameras which are arranged next to one another and thus deliver images offset from one another laterally. This corresponds to the natural human perspective, since humans also perceive with their two eyes two laterally offset images, which are fused into a spatial visual impression in the brain.
  • the purpose of the diffuser layer is to make the projected images visible to the viewer. This is done in that the light rays emanating from the projectors are diffusely reflected or transmitted when they hit the diffuser layer and thereby also reach the eye of the viewer behind the diffuser layer.
  • the diffuser layer thus serves as a ground glass and is illuminated from the background by the projectors.
  • a stripe grid is arranged parallel to the diffuser layer between the projectors and the diffuser layer. This strip grid has the task of breaking down the images emanating from the two projectors into fields and superimposing one field of the images emanating from the two projectors into a stereo image.
  • the stripe grid consists of several equidistant, perpendicular, opaque blackening stripes, which hide or pass vertical stripes from the beam path of the projectors.
  • the distance between the projectors and the stripe grid on the one hand and the stripe grid and the diffuser layer on the other hand is now selected so that the stripes of the image intended for the left eye pass through the hidden stripes of the image intended for the left eye and vice versa in the hidden stripes of the image intended for the right eye are the transmitted stripes of the image intended for the left eye.
  • the stereo image appearing on the diffuser layer thus consists of vertical, parallel strips alternately intended for the left and right eyes of the viewer, which belong to two interlaced stereo partial images, one of which is for the left eye and the other for the right eye of the Viewer is determined.
  • an image separation device is arranged parallel to the diffuser layer, which has the task of optically separating the strips intended for the left and right eyes and feeding them separately to the two eyes.
  • the image separating device consists of a second strip grid, which also consists of vertical, equidistant, opaque blackening strips. Image separation is necessary because the human brain can only merge the image intended for the left eye and the image intended for the right eye into a spatial visual impression if these are fed to the two eyes separately.
  • the stripes imaged on the diffuser layer are imaged horizontally in different directions by the stripe grid on the observer side, the image angle determining which eye the stripes are intended for.
  • the light rays emanating from the stripes intended for the left eye and passing through the viewer-side stripe grid intersect at a first intersection point, while the light rays originating from the stripes intended for the right eye and passing through the viewer-side stripe grid intersect at a second intersection point.
  • the image separation is optimal and the viewer perceives only the stripes intended for this eye with each eye.
  • the image separation and thus the spatial image impression remains until the distance to the position of the optimal image separation is approximately equal to the distance between the eyes. If the viewer moves farther away, the images intended for the left and right eyes are no longer fed separately to the correct eye and the viewer no longer receives a spatial image impression. Movement of the viewer in the vertical direction has no influence on the image separation, since the strips are only imaged or deflected in the horizontal direction by the image separation device.
  • a viewing zone can thus be defined, within which the viewer perceives the two images separately and thus sees them stereoscopically and receives a spatial visual impression.
  • the object of the invention to provide a device of the type described above which enables the viewer to move as far as possible.
  • an adjusting device for displacing the image separating device and / or the projector-side strip grid in the frontal direction relative to the diffuser layer and / or plane-parallel in the horizontal direction.
  • the invention includes the technical teaching that the projector-side strip grid and / or the image separating device can be displaced for tracking the viewing zone when the viewer moves, a plane-parallel displacement in a substantially horizontal direction and for adaptation to adapt to a lateral movement of the viewer a movement at right angles to the diffuser layer a displacement also takes place at right angles and relative to the diffuser layer.
  • the image separating device consists of a plurality of cylindrical lenses arranged next to one another and running essentially perpendicularly with their optical axes, which together form a lens grid. With this lenticular grid, the stripes appearing on the diffuser layer are imaged in different directions depending on their position on the diffuser layer.
  • the image separation device also consists of a stripe grid which has a plurality of vertically running, opaque blackening stripes arranged next to one another, which each pass or hide vertical stripes from the beam path between the diffuser layer and the viewer.
  • the stripes appearing on the diffuser layer - as in the case of the lenticular grid - are depicted in different directions depending on their position on the diffuser layer.
  • the projectors can be arranged at a relatively short distance from the diffuser layer, which advantageously enables a small size.
  • the spatial position of the viewing zone is determined by the geometry of the arrangement, that is to say, for example, by the position of the stripe grid, the width of the stripes, the distance between the projector and the diffuser layer and the lateral distance between the two projectors.
  • the viewing zone is therefore shifted according to the invention by changing the geometry of the arrangement in such a way that the viewer is always within the viewing zone.
  • the adjusting device is used, which enables a change in the geometry of the arrangement, by the projector-side strip grid and / or the Image separation device is displaced in the frontal direction relative to the diffuser layer and / or plane-parallel in the horizontal direction.
  • One possibility provides for a plane-parallel displacement of the projector-side and / or the viewer-side strip grid in the horizontal direction in order to adapt to a lateral movement of the viewer.
  • a shift in the horizontal direction therefore means a plane-parallel shift parallel to the connecting line of the two projectors, while a shift in the frontal direction means a shift at right angles to the connecting line of the two projectors and at right angles to the diffuser layer.
  • the horizontal displacement path ⁇ Y R required for tracking ("tracking") the stripe grid is proportional to the distance ⁇ Y B traveled by the viewer in the horizontal direction.
  • ⁇ Y * - ⁇ Y ß with i distance diffuser layer-viewer-side stripe grid I distance observer-diffuser layer ⁇ Y R required displacement path of the viewer-side stripe grid in the horizontal direction
  • the shifting of the viewer-side strip grid takes place here in the same direction as the movement of the viewer, i.e. when the viewer moves to the left, the viewer's strip grid must also be moved to the left accordingly.
  • the tracking path ⁇ Y R of the grid on the viewer side is also small, which on the one hand enables short setting times and on the other hand small sizes of the display device.
  • the displacement path of the stripe grid on the projector side is opposite to the movement of the viewer, ie if the viewer moves to the right, the stripe grid on the projector side must be to the left be moved so that the viewer is still within the viewing zone.
  • the displacement path required for tracking the viewing zone is small, since the distance i between the diffuser layer and the projector-side strip pattern is significantly smaller than the distance c between the projector and the diffuser layer.
  • Another possibility for tracking the viewing zone when the viewer moves is to change the distance between the diffuser layer and the viewer-side or the projector-side strip grid in order to shift the viewing zone in the frontal direction. So there is an adaptation to a movement ⁇ l of the viewer at right angles to the screen level.
  • the shifting of the stripe grid on the viewer side occurs in the same direction as the movement of the viewer, i.e. with increasing
  • the distance i between the diffuser layer and the strip grid on the observer side must also be increased.
  • the displacement path of the stripe grid is again significantly shorter than the displacement path of the viewer, since the distance i between the diffuser layer and the viewer-side strip grid is significantly smaller than the distance I between the viewer and the diffuser layer. If the stripe grid on the projector side is shifted perpendicular to the screen, the width of the stripes on the diffuser layer is changed. Two closely adjacent and mutually displaceable masks can be used for this.
  • the actuating device can be operated manually. This can be done, for example, by means of two knurled screws, one of which displaces the viewer-side image separating device in the horizontal direction in a plane-parallel manner by means of a toothed rack.
  • the other knurled screw uses a second rack to set the distance between the diffuser layer and the strip grid on the observer side.
  • the position of the strip grid / image separating device is set automatically.
  • a detection device is provided which determines the position of the viewer.
  • a computing unit which calculates the position of the projector-side and / or the viewer-side strip grid / the viewer-side image separating device from the position of the viewer according to the above formulas.
  • the adjusting device which shifts the strip raster / image separating device, is then controlled by means of a control unit.
  • the detection device has at least one range finder for measuring the distance from the viewer.
  • the position of the viewer can be precisely determined by triangulation if the rangefinders are arranged at a distance from one another.
  • the measurement of the first range finder thus limits the position of the viewer to a spherical shell enveloping the range finder.
  • the measurement of the second range finder then limits the position of the viewer to the cutting lines of two spherical shells, and the measurement of the third range finder finally provides the exact position of the viewer as the intersection of three spherical shells.
  • a camera that continuously records an image of the viewing space.
  • a pattern recognition unit searches for predetermined patterns that are characteristic of the appearance of a person.
  • An image of a human eye for example, is suitable for this, since - apart from color differences - the eye appears relatively similar to most people as an approximately circular dark area (pupil) in a circular ring (iris) against a light background.
  • the pattern recognition unit determines the position of the pattern in the image and uses it to calculate the distance to the viewer. If, for example, two eyes are detected in the image of the viewing space and these eyes lie close together in the image, the distance to the viewer is great.
  • the strip grids consist essentially of translucent, preferably glass plates, on the surfaces of which parallel, opaque blackening strips are applied. As a result, the strip grids can be produced inexpensively on the one hand and on the other hand with high accuracy using generally known printing processes.
  • the plates also act as a mechanical support for the strips. On the one hand, this prevents deformation of the stripe structure and, on the other hand, makes handling of the stripe grid easier.
  • the strips on the projector-side panel are preferably applied on the side facing the projector. This prevents the light emanating from the projector from being repeatedly reflected inside the plate, which would lead to a blurring of the image.
  • the strips are preferably applied to the viewer-side plate on the side facing the viewer. This prevents light from penetrating into the plate from the viewing space and being reflected several times there, which could also lead to image disturbances.
  • the diffuser layer like an image separating device with a lenticular grid — also consists of a translucent plate, the materials of these three plates each having the same refractive index.
  • the thickness of the projector-side plate is essentially equal to the sum of the thicknesses of the diffuser plate and the viewer-side plate.
  • the directional selectivity - that is, the channel separation - of the screen is advantageously increased.
  • the smallest possible size is desirable. Since the size is essentially due to the
  • the distance between the projectors and the stripe grid on the projector side is determined, it is provided in one embodiment of the invention to fold the beam path of the projectors. This is done by means of several deflecting mirrors, which deflect the light beams emanating from the projectors several times before they hit the strip grid on the projector side.
  • the optically effective distance of the projectors from the projector-side strip grid is substantially greater than the actual spatial distance, so that the projectors can be arranged at an advantageously small distance from the projector-side strip grid.
  • the diffuser layer When the light rays emanating from the projectors hit the diffuser layer, the light is scattered in all directions. However, the intensity of the scattered light is not equally distributed over all directions, but has a maximum in the direction of the extension of the incident light beam. How strong this maximum is in relation to the intensity occurring in other radiation directions depends on the quality of the diffuser layer. The better the diffuser layer, the closer the radiation characteristics come to a uniform distribution.
  • a point located in the middle of the screen therefore appears bright to an observer in the middle of the screen, since the observer is on the extension of the light rays emanating from the projectors and thus in the maximum of the radiation characteristic.
  • a point located in the edge areas of the screen appears dark to a viewer in the middle of the screen, since in this case the lengthening of the light rays emanating from the projectors deviates from the viewer's perspective.
  • the directional characteristic of the screen is therefore given by the angle and the direction of the light rays incident on the diffuser layer and emanating from the two projectors. If there is a large distance between the projectors and the diffuser layer, the light rays strike the diffuser layer approximately at right angles, so that the radiation characteristics are distributed approximately equally. However, this is generally not the case because of the striving for small sizes and thus a small distance between the projectors and the diffuser layer, so that the screen for the The viewer appears unevenly bright, ie darker in the edge areas and lighter in the middle.
  • an optical lens is therefore provided which is directly adjacent to or integrated in the diffuser layer and which, owing to its radiation characteristic, enables a uniform impression of brightness over the entire screen.
  • a Fresnel lens arranged parallel to the diffuser layer is preferably used for this purpose.
  • the display device according to the invention can be used particularly advantageously in the medical field.
  • an enlarged representation of the surgical field is often necessary because of the high precision requirements.
  • the operating field can be recorded by two cameras in almost any magnification and displayed on the autostereoscopic screen according to the invention while maintaining the spatial visual impression.
  • the screen can be arranged in an " ergonomically adapted position. This counteracts fatigue of the surgeons and thus reduces the risk of surgery.
  • Figure 1 an embodiment of the invention in perspective
  • Figure 2 the embodiment of Figure 1 in top view
  • Figure 3 the detection device of Figure 1 in detail as a block diagram.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the invention with a stereo projector 1, a diffuser layer 4, a stripe grid 3 on the projector side and an image separation device 5 on the viewer side, a detection device 7 for Determining the position of a viewer 6 and an adjusting device for displacing the strip grid plate 3 and / or the image separating device 5.
  • the stereo projector 1 consists of two structurally identical projectors 1.1, 1.2, each with a lens, which are arranged next to one another and thus provide laterally offset images, one of which is intended for the left eye and the other for the right eye of the viewer 6.
  • the images for the two projectors 1.1, 1.2 are recorded with two cameras, which are also arranged next to one another and thus take images of the same object that are laterally offset from one another, which corresponds to human vision, since humans also perceive images offset from one another with their two eyes which are then merged into a spatial visual impression in the brain.
  • the strip grid 3 is arranged parallel to the diffuser layer 4 on the projector side at a distance of approximately 19 mm.
  • the strip grid 3 consists of an approximately 3 mm thick, flat glass plate, on the surface of which vertical, equidistant, opaque blackening strips 2 with a width of approximately 0.75 mm are applied, between which 0.25 mm wide slots remain free .
  • the stripe grid 3 generates a stereo image from the image intended for the left eye and from the image intended for the right eye. This is done in that the blackening strips 2 of the strip grid 3 respectively hide or pass vertical strips from the beam path of the two images. Since the two projectors 1.1, 1.2 are laterally offset from one another, the let-through stripes of the image intended for the left eye now appear exactly in the hidden stripes of the image intended for the right eye. Vertical stripes alternately intended for the left and right eyes therefore appear on the diffuser layer 4.
  • the geometric dimensions - for example the distance between the projector and diffuser layer and the passage width of the stripe grid - are chosen so that the stripes intended for the two eyes do not overlap. This ensures that the left and right right eye certain image information can then be separated.
  • the diffuser layer 4 is applied to a flat, transparent glass plate, which has the task of mechanically fixing the diffuser layer 4.
  • the image separating device 5 On the side facing away from the projectors 1.1, 1.2, the image separating device 5, which is also provided with a further strip grid, is arranged parallel to the diffuser layer 4 and is identical in construction to the projector-side strip grid 3 and the blackening strips 8 likewise run vertically.
  • This image separating device 5 images the strips appearing on the diffuser layer 4 in a directionally selective manner.
  • the stripes intended for the left eye are thus depicted in a horizontal plane in a different direction than the stripes intended for the right eye.
  • the light rays emanating from the stripes intended for the left eye intersect at a certain distance from the diffuser layer 4 and in a certain lateral position.
  • the light rays emanating from the strips intended for the right eye intersect at the same distance from the diffuser layer 4, but in a different lateral position.
  • the geometry of the arrangement is now dimensioned such that the distance between these intersections is approximately equal to the human eye distance. If the viewer 6 is at these two intersection points with his two eyes, he perceives the images intended for the two eyes separately and thus receives a spatial visual impression. The image separation is optimal at this point.
  • the separation of the two images - the channel separation - initially remains as long as the distance of the viewer 6 to the point of optimal image separation is less than approximately the distance between the eyes. If the viewer 6 moves further, he no longer perceives the images separately with his two eyes and therefore no longer receives a spatial visual impression.
  • a viewing zone can thus be defined, within which the viewer 6 perceives the images intended for the two eyes separately and can thus see them stereoscopically.
  • the freedom of movement of the viewer 6 is restricted by the spatial extent of this viewing zone. It is therefore provided that the viewer-side image separating device 5 is displaced by means of an adjusting device when the viewer 6 moves so that the viewer 6 is always within the viewing zone.
  • the adjusting device essentially consists of a cross table on which the viewer-side image separating device 5 is slidably mounted.
  • the image separating device 5 can be shifted plane-parallel both in the horizontal direction and parallel to the surface normal, that is to say in the frontal direction.
  • the plane-parallel displacement in the horizontal direction takes place in order to adapt to a movement of the viewer 6 parallel to the diffuser layer 4, while the displacement takes place parallel to the surface normal to adapt to a movement of the observer 6 at right angles to the diffuser layer 4.
  • the cross table has a frame 9 on which the projector-side strip grid plate 2 and the glass plate carrying the diffuser layer 4 are fixed vertically rigid. Between the side parts of the frame 9 run two guide rods 10, on which a guide carriage 11 is slidably mounted in the horizontal direction. On the upper side of the guide carriage 11 there are also two guide rods which run at right angles to the diffuser layer 4 and on which the viewer-side image separating device 5 is arranged such that it can be displaced frontally. The viewer-side image separating device 5 can thus be moved in two directions perpendicular to one another.
  • the guide rods each have a worm thread, so that when the guide rods are rotated about their axis, the guide carriage 11 or the image separating device 5 are displaced.
  • an electric motor is installed in the frame 9 and in the guide carriage 11, which by rotating the guide rods 10 can position the image separation device 5.
  • a rotary encoder is flanged onto the shaft of the electric motors, which measures the angle of rotation of the electric motor shaft and generates a corresponding digital signal.
  • the position of the viewer 6 is determined by a detection device 7. From the position of the viewer 6, a computing unit calculates the position of the viewer-side image separating device 5, which is to be set so that the viewer 6 is within the viewing zone offering a spatial visual impression and thus the viewing zone the two eyes perceive certain image information separately. The adjusting device is then controlled accordingly by a control unit and shifts the viewer-side image separating device 5 into the desired position.
  • the detection device • 7, the computing unit and the control unit are shown in detail in FIG. 3 as a block diagram.
  • Figure 2 shows the embodiment of Figure 2 in supervision.
  • the two projectors 1.1, 1.2 are arranged next to one another and thus deliver images offset from one another laterally.
  • the basic width, ie the distance between the optical axes of the two projectors 1.1, 1.2, is b 65 mm.
  • the images emanating from the two projectors 1.1, 1.2 appear as interleaved strips behind the strip grid 3 on the diffuser layer 4 as vertical strips, the strips being alternately intended for the left and right eyes of the viewer 6.
  • the image separating device 5 which consists of a second glass plate and a strip grid, which is also applied to its surface on the observer side and also consists of vertically running, opaque blackening strips 8.
  • the stripe grid of the viewer-side image separating device 5 has the same optical properties as the stripe grid 3 on the projector side.
  • the stripe grid on the viewer side supplies the stripes on the diffuser layer 4 for the left eye and the stripes intended for the right eye of the viewer 6 to the two eyes of the viewer 6 separately.
  • Figure 3 shows the detection device of Figure 1 in detail as a block diagram.
  • a camera 12 of the detection device 7 (cf. FIG. 1) is permanently installed on the top of the screen device and continuously takes up the viewing space.
  • the camera 12 is arranged in such a way that its optical axis runs in the center parallel to the optical axes of the two projectors.
  • the camera signal is digitized by an A / D converter 13 and fed to a signal processing unit 14 as a digital image pattern.
  • the signal processing unit 14 has the task of detecting a possible observer in the image of the observer space, determining its spatial position and calculating the required setting of the stripe grid 21 of the observer-side image separation device 5 (cf. FIG. 1).
  • the signal processing unit 14 searches in the digitized image for a predetermined optical pattern which is characteristic of the appearance of a human viewer.
  • a pattern recognition unit 15 which reads a digitized image of the search pattern from a pattern memory 18 and checks its occurrence in the image of the viewing space.
  • Pattern recognition unit 15 also has a pattern that is geometrically similar to the search pattern. This ensures that the search pattern is detected regardless of the size in the image, which is necessary since the size of the viewer on the image depends on the distance to the camera 12.
  • An image of a human eye is used as the search pattern. This is advantageous because human eyes with a small deviation correspond to a uniform pattern. An eye appears as an essentially circular dark area on a relatively bright, approximately oval background. This ensures that the pattern recognition unit 15 detects the respective viewer regardless of their individual appearance.
  • the pattern recognition unit 15 does not find the search pattern in the image of the viewer room, it is assumed that there is no viewer in front of the screen, and the setting of the stripe grid 21 on the viewer side remains unchanged.
  • the pattern recognition unit 15 determines the position x. ,, Y., or x 2 , Y 2 of the two eyes of the viewer in the digitized image.
  • these eyes are first divided into pairs of eyes. This is important because otherwise the left eye of one viewer together with the right eye of the other viewer could be used as a basis for calculation, which would lead to nonsensical results.
  • a first computing unit 16 calculates the distance between the camera 12 and the viewer and from this the distance I of the viewer to the screen from the distance between the eyes of the viewer appearing in the image and the focal length f of the lens of the camera 12.
  • the lateral position Y B of the viewer is then calculated from the position of the two eyes Y 1 , Y 2 in the horizontal direction and from the distance I from the viewer.
  • the position data I, Y B of the viewer are fed to a second arithmetic unit 17, which uses this to determine the setting required for stereoscopic vision of the stripe grid 21 of the viewer-side image separating device 5 - that is, its distance i from the focusing screen and the lateral position Y R.
  • the viewer room is divided into room zones and the required setting of the stripe grid 21 of the viewer-side image separating device 5 is determined for each room zone. This can be done, for example, in experiments in which an observer is placed one after the other in all room zones and the optimal setting is determined for each room zone.
  • the computing unit 17 has a table which assigns the position data i, Y R of the strip grid 21 on the viewer side to each spatial zone. The computing unit 17 thus determines the spatial zone in which the viewer is located from the position data I, Y B of the viewer and then reads the associated position data for the stripe grid 21 from the table.
  • This position data is then fed to the control unit 19, which controls the adjusting device 20 accordingly, as a result of which the strip grid 21 is shifted into the determined position.
  • the other possibilities for tracking the viewing zone be it by moving the image separating device 5 also in the lateral direction and / or the projector-side strip grid 3 in this or that direction, are integrated in the detection device 7 according to FIG. 3 in terms of measurement and control technology.
  • the embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

Abstract

The invention concerns an autostereoscopic video terminal which comprises: a first projector (1.1) for projecting an image intended for the left eye; a second projector (1.2) disposed adjacent the first projector (1.1) for projecting an image intended for the right eye of the viewer (6) onto a diffuser layer (4) disposed in front of the projectors (1.1, 1.2); a strip raster (3) disposed on the projector side parallel to the diffuser layer (4) and comprising a plurality of substantially vertical blackening strips (2), which are impermeable to light and disposed adjacent one another, for generating on the diffuser layer (4) a rastered stereo image consisting of substantially vertical strips intended alternately for the left and right eyes; and an image-separation device (5) disposed on the viewer side, parallel to the diffuser layer (4), for displaying the strips intended for the left and right eyes in the direction of different points each lying in a viewing zone which permits a three-dimensional viewing impression. The autostereoscopic video terminal is equipped with an adjusting device, which can be actuated manually or operates automatically, for displacing the image-separating device (5) and/or the strip raster (2) on the projector side in the frontal direction relative to the diffuser layer (4) and/or in a plane-parallel manner in the horizontal direction. Displacements of this type track the viewing zone of lateral movements of the viewer (6).

Description

Autostereoskopisches BildschirmgerätAutostereoscopic display device
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein autostereoskopisches Bildschirmgerät mitThe invention relates to an autostereoscopic screen device
- einem ersten Projektor zur Projektion eines für das linke Auge eines Betrachters bestimmten Bildes und einem neben dem ersten Projektor angeordneten zweiten Projektor zur Projektion eines für das rechte Auge des Betrachters bestimmten Bildes auf eine vor den Projektoren angeordnete Diffusorschicht,a first projector for projecting an image intended for the left eye of a viewer and a second projector arranged next to the first projector for projecting an image intended for the right eye of the viewer onto a diffuser layer arranged in front of the projectors,
- einem projektorseitig parallel zur Diffusorschicht angeordneten, mehrere und im wesentlichen senkrechte, lichtundurchlässige, nebeneinander angeordnete Schwärzungsstreifen aufweisenden Streifenraster zur Erzeugung eines gerasterten, aus im wesentlichen senkrechten, abwechselnd für das linke und rechte Auge bestimmten Streifen bestehenden Stereobildes auf der Diffusorschicht,a strip grid arranged parallel to the diffuser layer on the projector side and having a plurality of essentially vertical, opaque, opaque blackening strips arranged next to one another to produce a rasterized stereoscopic image on the diffuser layer consisting of essentially vertical strips alternately intended for the left and right eyes,
- einer betrachterseitig parallel zur Diffusorschicht angeordneten Bildtrennvorrichtung zur Abbildung der für das linke und das rechte Auge bestimmten Streifen horizontal in Richtung unterschiedlicher, jeweils innerhalb einer einen räumlichen Seheindruck ermöglichenden Betrachtungs¬ zone liegender Punkte.an image separating device arranged on the observer side parallel to the diffuser layer for imaging the stripes intended for the left and right eyes horizontally in the direction of different points each lying within a viewing zone that enables a spatial visual impression.
In VALYUS, N.A.: STEREOSCOPY, The Focal Press, LONDON and NEW YORK, 1966, S. 244 f. ist ein Bildschirmgerät beschrieben, das ein stereoskopisches Betrachten von Bildern ermöglicht.In VALYUS, N.A .: STEREOSCOPY, The Focal Press, LONDON and NEW YORK, 1966, pp. 244 f. describes a screen device that enables stereoscopic viewing of images.
Dabei sind zwei Projektoren vorgesehen, die nebeneinander angeordnet sind und von denen der eine ein für das linke Auge des Betrachters bestimmtes Bild und der andere ein für das rechte Auge des Betrachters bestimmtes Bild auf eine vor den beiden Projektoren befindliche Diffusorschicht projiziert.Two projectors are provided, which are arranged next to one another and of which one projects an image intended for the left eye of the viewer and the other projects an image intended for the right eye of the viewer onto a diffuser layer located in front of the two projectors.
Die beiden Bilder können beispielsweise mit zwei Kameras aufgenommen werden, die nebeneinander angeordnet sind und so seitlich gegeneinander versetzte Bilder liefern. Dies entspricht der natürlichen menschlichen Perspektive, da der Mensch mit seinen beiden Augen ebenfalls zwei seitlich gegeneinander versetzte Bilder wahrnimmt, die im Gehirn zu einem räumlichen Seheindruck verschmolzen werden. Die Diffusorschicht hat die Aufgabe, dem Betrachter die projizierten Bilder sichtbar zu machen. Dies geschieht dadurch, daß die von den Projektoren ausgehenden Lichtstrahlen beim Auftreffen auf die Diffusorschicht diffus reflektiert bzw. transmittiert werden und dadurch auch das Auge des hinter der Diffusorschicht befindlichen Betrachters erreichen. Die Diffusorschicht dient also als Mattscheibe und wird von den Projektoren aus dem Hintergrund beleuchtet.The two images can be recorded, for example, with two cameras which are arranged next to one another and thus deliver images offset from one another laterally. This corresponds to the natural human perspective, since humans also perceive with their two eyes two laterally offset images, which are fused into a spatial visual impression in the brain. The purpose of the diffuser layer is to make the projected images visible to the viewer. This is done in that the light rays emanating from the projectors are diffusely reflected or transmitted when they hit the diffuser layer and thereby also reach the eye of the viewer behind the diffuser layer. The diffuser layer thus serves as a ground glass and is illuminated from the background by the projectors.
Zwischen den Projektoren und der Diffusorschicht ist ein Streifenraster parallel zur Diffusorschicht angeordnet. Dieses Streifenraster hat die Aufgabe, die von den beiden Projektoren ausgehenden Bilder in Halbbilder zu zerlegen und je ein Halbbild der von den beiden Projektoren ausgehenden Bilder zu einem Stereobild zu überlagern.A stripe grid is arranged parallel to the diffuser layer between the projectors and the diffuser layer. This strip grid has the task of breaking down the images emanating from the two projectors into fields and superimposing one field of the images emanating from the two projectors into a stereo image.
Das Streifenraster besteht aus mehreren äquidistanten, senkrecht verlaufenden, lichtundurchlässigen Schwärzungsstreifen, die aus dem Strahlengang der Projektoren jeweils senkrechte Streifen ausblenden bzw. durchlassen. Der Abstand zwischen den Projektoren und dem Streifenraster einerseits und dem Streifenraster und der Diffusorschicht andererseits ist nun so gewählt, daß in den ausgeblendeten Streifen des für das linke Auge bestimmten Bildes die durchgelassenen Streifen des für das rechte Auge bestimmten Bildes liegen und umgekehrt in den ausgeblendeten Streifen des für das rechte Auge bestimmten Bildes die durchgelassenen Streifen des für das linke Auge bestimmten Bildes. Das auf der Diffusorschicht erscheinende Stereobild besteht also aus abwechselnd für das linke und das rechte Auge des Betrachters bestimmten senkrechten, parallelen Streifen, die zu zwei ineinandergerasterten Stereo-Teilbildern gehören, von denen das eine für das linke Auge und das andere für das rechte Auge des Betrachters bestimmt ist.The stripe grid consists of several equidistant, perpendicular, opaque blackening stripes, which hide or pass vertical stripes from the beam path of the projectors. The distance between the projectors and the stripe grid on the one hand and the stripe grid and the diffuser layer on the other hand is now selected so that the stripes of the image intended for the left eye pass through the hidden stripes of the image intended for the left eye and vice versa in the hidden stripes of the image intended for the right eye are the transmitted stripes of the image intended for the left eye. The stereo image appearing on the diffuser layer thus consists of vertical, parallel strips alternately intended for the left and right eyes of the viewer, which belong to two interlaced stereo partial images, one of which is for the left eye and the other for the right eye of the Viewer is determined.
Auf der dem Betrachter zugewandten Seite ist parallel zur Diffusorschicht eine Bildtrennvorrichtung angeordnet, die die Aufgabe hat, die für das linke und das rechte Auge bestimmten Streifen optisch zu trennen und den beiden Augen getrennt zuzuführen. Die Bildtrennvorrichtung besteht hierbei aus einem zweiten, ebenfalls aus senkrechten, äquidistanten, lichtundurchlässigen Schwärzungsstreifen bestehenden Streifenraster. Die Bildtrennung ist erforderlich, da das menschliche Gehirn das für das linke Auge bestimmte Bild und das für das rechte Auge bestimmte Bild nur dann zu einem räumlichen Seheindruck verschmelzen kann, wenn diese den beiden Augen getrennt zugeführt werden.On the side facing the viewer, an image separation device is arranged parallel to the diffuser layer, which has the task of optically separating the strips intended for the left and right eyes and feeding them separately to the two eyes. The image separating device consists of a second strip grid, which also consists of vertical, equidistant, opaque blackening strips. Image separation is necessary because the human brain can only merge the image intended for the left eye and the image intended for the right eye into a spatial visual impression if these are fed to the two eyes separately.
Die auf der Diffusorschicht abgebildeten Streifen werden durch das betrachterseitige Streifenraster horizontal in unterschiedliche Richtungen abgebildet, wobei für den Abbildungswinkel maßgebend ist, für welches Auge die Streifen bestimmt sind.The stripes imaged on the diffuser layer are imaged horizontally in different directions by the stripe grid on the observer side, the image angle determining which eye the stripes are intended for.
Die von den für das linke Auge bestimmten Streifen ausgehenden und das betrachterseitige Streifenraster passierenden Lichtstrahlen schneiden sich in einem ersten Schnittpunkt, während die Lichtstrahlen, die von den für das rechte Auge bestimmten Streifen ausgehen und das betrachterseitige Streifenraster passieren, sich in einem zweiten Schnittpunkt schneiden.The light rays emanating from the stripes intended for the left eye and passing through the viewer-side stripe grid intersect at a first intersection point, while the light rays originating from the stripes intended for the right eye and passing through the viewer-side stripe grid intersect at a second intersection point.
Die geometrischen Abmessungen der Anordnung - also beispielsweise der Abstand zwischen Projektor und Streifenraster oder die Breite der Streifen - sind nun so bemessen, daß der Abstand dieser beiden Schnittpunkte ungefähr gleich dem Abstand der Augen beim Menschen ist. Das bedeutet, daß ein Betrachter die für das linke und das rechte Auge bestimmten Bilder getrennt wahrnimmt, wenn das linke Auge im ersten Schnittpunkt und das rechte Auge im zweiten Schnittpunkt liegt. In diesem Fall erhält der Betrachter einen räumlichen Seheindruck.The geometric dimensions of the arrangement - for example the distance between the projector and the strip grid or the width of the strips - are now dimensioned such that the distance between these two intersection points is approximately equal to the distance between the eyes in humans. This means that a viewer perceives the images intended for the left and right eyes separately if the left eye is at the first intersection and the right eye is at the second intersection. In this case, the viewer gets a spatial visual impression.
In dieser Position ist die Bildtrennung optimal und der Betrachter nimmt mit jedem Auge ausschließlich die für dieses Auge bestimmten Streifen wahr. Bei einer Bewegung des Betrachters frontal oder lateral aus dieser Position bleibt die Bildtrennung und damit der räumliche Bildeindruck solange erhalten, bis die Distanz zu der Position der optimalen Bildtrennung ungefähr gleich dem Augenabstand ist. Entfernt sich der Betrachter weiter, so werden die für das linke und das rechte Auge bestimmten Bilder nicht mehr dem jeweils richtigen Auge getrennt zugeführt und der Betrachter erhält keinen räumlichen Bildeindruck mehr. Eine Bewegung des Betrachers in senkrechter Richtung bleibt ohne Einfluß auf die Bildtrennung, da die Streifen durch die Bildtrennvorrichtung ausschließlich in horizontaler Richtung abgebildet bzw. abgelenkt werden.In this position, the image separation is optimal and the viewer perceives only the stripes intended for this eye with each eye. When the viewer moves frontally or laterally from this position, the image separation and thus the spatial image impression remains until the distance to the position of the optimal image separation is approximately equal to the distance between the eyes. If the viewer moves farther away, the images intended for the left and right eyes are no longer fed separately to the correct eye and the viewer no longer receives a spatial image impression. Movement of the viewer in the vertical direction has no influence on the image separation, since the strips are only imaged or deflected in the horizontal direction by the image separation device.
Es läßt sich also eine Betrachtungszone definieren, innerhalb derer der Betrachter die beiden Bilder getrennt wahrnimmt und somit stereoskopisch sieht und einen räumlichen Seheindruck erhält.A viewing zone can thus be defined, within which the viewer perceives the two images separately and thus sees them stereoscopically and receives a spatial visual impression.
Es ist aber ein Nachteil dieser vorbekannten Anordnung, daß die Bewegungsfreiheit des Betrachters durch die räumliche Ausdehnung der Betrachtungszone begrenzt ist.However, it is a disadvantage of this known arrangement that the viewer's freedom of movement is limited by the spatial extent of the viewing zone.
Es ist deshalb insbesondere die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, die eine weitgehende Bewegungsfreiheit des Betrachters ermöglicht.It is therefore, in particular, the object of the invention to provide a device of the type described above which enables the viewer to move as far as possible.
Die Aufgabe wird bei einem autostereoskopischen Bildschirmgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch eine Stellvorrichtung zur Verschiebung der Bildtrennvorrichtung und/oder des projektorseitigen Streifenrasters in frontaler Richtung relativ zur Diffusorschicht und/oder planparallel in horizontaler Richtung gelöst.In an autostereoscopic screen device of the type mentioned at the outset, the object is achieved according to the invention by an adjusting device for displacing the image separating device and / or the projector-side strip grid in the frontal direction relative to the diffuser layer and / or plane-parallel in the horizontal direction.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß zur Nachführung der Betrachtungszone bei einer Bewegung des Betrachters das projektorseitige Streifenraster und/oder die Bildtrennvorrichtung verschiebbar ist, wobei zur Anpassung an eine laterale Bewegung des Betrachters eine planparallele Verschiebung in im wesentlichen horizontaler Richtung und zur Anpassung an eine Bewegung rechtwinklig zur Diffusorschicht eine Verschiebung ebenfalls rechtwinklig und relativ zur Diffusorschicht erfolgt.The invention includes the technical teaching that the projector-side strip grid and / or the image separating device can be displaced for tracking the viewing zone when the viewer moves, a plane-parallel displacement in a substantially horizontal direction and for adaptation to adapt to a lateral movement of the viewer a movement at right angles to the diffuser layer a displacement also takes place at right angles and relative to the diffuser layer.
In einer Ausführungsform besteht die Bildtrennvorrichtung aus mehreren nebeneinander angeordneten und mit ihren optischen Achsen im wesentlichen senkrecht verlaufenden Zylinderlinsen, die zusammen ein Linseπraster bilden. Durch dieses Linsenraster werden die auf der Diffusorschicht erscheinenden Streifen in Abhängigkeit von ihrer Position auf der Diffusorschicht in der Horizontalen in unterschiedliche Richtung abgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Bildtrennvorrichtung ebenfalls aus einem Streifenraster, das mehrere senkrecht verlaufende, nebeneinander angeordnete lichtundurchlässige Schwärzungsstreifen aufweist, die aus dem Strahlengang zwischen Diffusorschicht und Betrachter jeweils senkrechte Streifen durchlassen bzw. ausblenden. Dadurch werden die auf der Diffusorschicht erscheinenden Streifen - wie bei dem Linsenraster - in Abhängigkeit von ihrer Position auf der Diffusorschicht in der Horizontalen in unterschiedliche Richtungen abgebildet.In one embodiment, the image separating device consists of a plurality of cylindrical lenses arranged next to one another and running essentially perpendicularly with their optical axes, which together form a lens grid. With this lenticular grid, the stripes appearing on the diffuser layer are imaged in different directions depending on their position on the diffuser layer. In a preferred embodiment, the image separation device also consists of a stripe grid which has a plurality of vertically running, opaque blackening stripes arranged next to one another, which each pass or hide vertical stripes from the beam path between the diffuser layer and the viewer. As a result, the stripes appearing on the diffuser layer - as in the case of the lenticular grid - are depicted in different directions depending on their position on the diffuser layer.
Die Verwendung eines Streifenrasters als Bildtrennvorrichtung anstelle eines Linsenrasters bietet den Vorteil, daß bei einer Verschiebung der Bildtrennvorrichtung keine Defokussierung auftritt, wie es bei einem Linsenraster der Fall ist.The use of a stripe grid as an image separating device instead of a lens grid offers the advantage that no defocusing occurs when the image separating device is shifted, as is the case with a lens grid.
Darüber hinaus können die Projektoren bei Verwendung zweier Streifenraster für Aufrasterung und Bildtrennung in relativ geringem Abstand zur Diffusorschicht angeordnet werden, was vorteilhaft eine geringe Baugröße ermöglicht.In addition, when using two strip grids for rastering and image separation, the projectors can be arranged at a relatively short distance from the diffuser layer, which advantageously enables a small size.
Bei einem autostereoskopischen Bildschirmgerät ist, wie weiter oben schon beschrieben, ein stereoskopisches Sehen für den Betrachter nur in einer räumlich begrenzten Betrachtungszone möglich, innerhalb derer die für das linke und das rechte Auge bestimmten Bildinformationen den beiden Augen getrennt zugeführt werden.In the case of an autostereoscopic screen device, as already described above, stereoscopic vision is only possible for the viewer in a spatially limited viewing zone, within which the image information intended for the left and the right eye is supplied to the two eyes separately.
Die räumliche Lage der Betrachtungszone ist durch die Geometrie der Anordnung bestimmt, also beispielsweise durch die Position der Streifenraster, die Breite der Streifen, den Abstand zwischen Projektor und Diffusorschicht und den lateralen Abstand der beiden Projektoren zueinander.The spatial position of the viewing zone is determined by the geometry of the arrangement, that is to say, for example, by the position of the stripe grid, the width of the stripes, the distance between the projector and the diffuser layer and the lateral distance between the two projectors.
Um eine weitgehende Bewegungsfreiheit des Betrachters zu ermöglichen, wird deshalb gemäß der Erfindung die Betrachtungszone durch eine Änderung der Geometrie der Anordnung jeweils so verschoben, daß sich der Betrachter stets innerhalb der Betrachtungszone befindet.In order to enable the viewer to move as far as possible, the viewing zone is therefore shifted according to the invention by changing the geometry of the arrangement in such a way that the viewer is always within the viewing zone.
Hierzu dient die Stellvorrichtung, die eine Änderung der Geometrie der Anordnung ermöglicht, indem das projektorseitige Streifenraster und/oder die Bildtrennvorrichtung in frontaler Richtung relativ zur Diffusorschicht und/oder planparallel in horizontaler Richtung verschoben wird.For this purpose, the adjusting device is used, which enables a change in the geometry of the arrangement, by the projector-side strip grid and / or the Image separation device is displaced in the frontal direction relative to the diffuser layer and / or plane-parallel in the horizontal direction.
Die quantitativen Verhältnisse werden im folgenden für die bevorzugte Ausführungsform mit einem Streifenraster als Bildtrennvorrichtung beschrieben. Für ein Linsenraster als Bildtrennvorrichtung lassen sich diese Verhältnisse in analoger Weise bestimmen.The quantitative ratios are described below for the preferred embodiment with a stripe grid as the image separating device. For a lenticular screen as an image separating device, these relationships can be determined in an analogous manner.
Wie bereits erwähnt ist, bestehen zwei mögliche Verschiebungsrichtungen zur Nachführung der Betrachtungszone bei einer Bewegung des Betrachters, die jeweils allein oder in Kombination genutzt werden können.As already mentioned, there are two possible directions of displacement for tracking the viewing zone when the viewer moves, which can be used individually or in combination.
Eine Möglichkeit sieht zur Anpassung an eine laterale Bewegung des Betrachters eine planparallele Verschiebung des projektorseitigen und/oder des betrachterseitigen Streifenrasters in horizontaler Richtung vor.One possibility provides for a plane-parallel displacement of the projector-side and / or the viewer-side strip grid in the horizontal direction in order to adapt to a lateral movement of the viewer.
Die Angabe einer Richtung bezieht sich hierbei und im folgenden auf die Verbindungslinie der beiden Projektoren als räumliches Bezugssystem. Eine Verschiebung in horizontaler Richtung bedeutet demnach eine planparallele Verschiebung parallel zur Verbindungslinie der beiden Projektoren, während eine Verschiebung in frontaler Richtung eine Verschiebung rechtwinklig zur Verbindungslinie der beiden Projektoren und rechtwinklig zur Diffusorschicht bedeutet.The indication of a direction refers here and in the following to the connecting line of the two projectors as a spatial reference system. A shift in the horizontal direction therefore means a plane-parallel shift parallel to the connecting line of the two projectors, while a shift in the frontal direction means a shift at right angles to the connecting line of the two projectors and at right angles to the diffuser layer.
Der zum Nachführen ("Tracken") des Streifenrasters erforderliche horizontale Verschiebungsweg ΔYR ist dabei proportional dem in horizontaler Richtung zurückgelegten Weg ΔYB des Betrachters.The horizontal displacement path ΔY R required for tracking ("tracking") the stripe grid is proportional to the distance ΔY B traveled by the viewer in the horizontal direction.
Hierbei ist jedoch zu unterscheiden zwischen einem Nachführen des projektorseitigen Streifenrasters .und einem Nachführen des betrachterseitigen Streifenrasters.However, a distinction must be made between tracking the projector-side stripe grid and tracking the viewer-side stripe grid.
Für das planparalle Verschieben des betrachterseitigen Streifenrasters in horizontaler Richtung gilt:The following applies to the plane-parallel displacement of the strip grid on the observer side in the horizontal direction:
ΔY* = -ΔYß mit i Abstand Diffusorschicht-betrachterseitiges Streifenraster I Abstand Betrachter-Diffusorschicht ΔYR erforderlicher Verschiebungsweg des betrachterseitigen Streifenrasters in horizontaler RichtungΔY * = -ΔY ß with i distance diffuser layer-viewer-side stripe grid I distance observer-diffuser layer ΔY R required displacement path of the viewer-side stripe grid in the horizontal direction
ΔYB Verschiebung des Betrachters in horizontaler RichtungΔY B displacement of the viewer in the horizontal direction
Die Verschiebung des betrachterseitigen Streifenraster erfolgt hier gleichsinnig zur Bewegung des Betrachters, d.h. bei einer Bewegung des Betrachters nach links muß auch das betrachterseitige Streifenraster entsprechend nach links bewegt werden.The shifting of the viewer-side strip grid takes place here in the same direction as the movement of the viewer, i.e. when the viewer moves to the left, the viewer's strip grid must also be moved to the left accordingly.
Da der Abstand i zwischen Diffusorschicht und betrachterseitigem Streifenraster in aller Regel wesentlich geringer ist als der Abstand I zwischen Betrachter und Diffusorschicht, ist auch der Nachführweg ΔYR des betrachterseitigen Rasters gering, was zum einen kurze Einstellzeiten und zum anderen geringe Baugrößen des Bildschirmgeräts ermöglicht.Since the distance i between the diffuser layer and the stripe grid on the viewer side is generally much smaller than the distance I between the viewer and the diffuser layer, the tracking path ΔY R of the grid on the viewer side is also small, which on the one hand enables short setting times and on the other hand small sizes of the display device.
Für das planparallele Verschieben des projektorseitigen Streifenrasters in horizontaler Richtung gilt:The following applies to the plane-parallel displacement of the stripe grid on the projector side in the horizontal direction:
c- g \c- g \
ΔYΛ = -- ΔY„ i - l )ΔY Λ = - ΔY „i - l)
mit i Abstand Diffusorschicht-betrachterseitiges Streifenrasterwith i distance diffuser layer-viewer-side strip grid
I Abstand Betrachter-Diffusorschicht c Abstand Projektor-Diffusorschicht g Abstand Diffusorschicht-projektorseitiges StreifenrasterI Distance between viewer and diffuser layer c Distance between projector and diffuser layer g Distance between diffuser layer and projector-side strip pattern
ΔYR erforderlicher Verschiebungsweg des betrachterseitigen Streifenrasters in horizontaler RichtungΔY R required displacement path of the strip grid on the observer side in the horizontal direction
ΔYB Verschiebung des Betrachters in horizontaler RichtungΔY B displacement of the viewer in the horizontal direction
Hierbei ist der Verschiebungsweg des projektorseitigen Streifenrasters gegensinnig zur Bewegung des Betrachters, d.h. bei einer Bewegung des Betrachters nach rechts muß das projektorseitige Streifenraster nach links verschoben werden, damit sich der Betrachter weiterhin innerhalb der Betrachtungszone befindet.Here, the displacement path of the stripe grid on the projector side is opposite to the movement of the viewer, ie if the viewer moves to the right, the stripe grid on the projector side must be to the left be moved so that the viewer is still within the viewing zone.
Auch hier ist der zum Nachführen der Betrachtungszone erforderliche Verschiebungsweg gering, da der Abstand i zwischen Diffusorschicht und projektorseitigem Streifenraster wesentlich kleiner ist als der Abstand c zwischen Projektor und Diffusorschicht.Here, too, the displacement path required for tracking the viewing zone is small, since the distance i between the diffuser layer and the projector-side strip pattern is significantly smaller than the distance c between the projector and the diffuser layer.
Eine weitere Möglichkeit zur Nachführung der Betrachtungszone bei einer Bewegung des Betrachters sieht vor, den Abstand zwischen der Diffusorschicht und dem betrachterseitigen oder dem projektorseitigen Streifeπraster zu verändern, um die Betrachtungszone in frontaler Richtung zu verschieben. Es findet hierbei also eine Anpassung an eine Bewegung Δl des Betrachters rechtwinklig zur Bildschirmebene statt.Another possibility for tracking the viewing zone when the viewer moves is to change the distance between the diffuser layer and the viewer-side or the projector-side strip grid in order to shift the viewing zone in the frontal direction. So there is an adaptation to a movement Δl of the viewer at right angles to the screen level.
Für das Verschieben des betrachterseitigen Streifenrasters rechtwinklig zur Bildschirmebene gilt dann:The following then applies for shifting the viewer-side strip grid at right angles to the screen level:
ΔX --Δ/ /ΔX --Δ / /
mit i Abstand Diffusorschicht-betrachterseitiges Streifenraster Δi Verschiebungsweg des betrachterseitigen Rasters I Abstand Betrachter-Diffusorschicht Δl Verschiebung des Betrachter rechtwinklig zum Bildschirmwith i distance diffuser layer-viewer-side strip grid Δi displacement path of the viewer-side grid I distance viewer-diffuser layer Δl displacement of the viewer at right angles to the screen
Die Verschiebung des betrachterseitigen Streifenrasters erfolgt hierbei gleichsinnig zur Bewegung des Betrachters, d.h. bei zunehmenderThe shifting of the stripe grid on the viewer side occurs in the same direction as the movement of the viewer, i.e. with increasing
Entfernung des Betrachters von der Diffusorschicht ist auch der Abstand i zwischen Diffusorschicht und betrachterseitigem Streifenraster zu vergrößern.Distance of the observer from the diffuser layer, the distance i between the diffuser layer and the strip grid on the observer side must also be increased.
Auch hierbei ist der Verschiebungsweg des Streifenrasters wieder wesentlich kürzer als der Verschiebungsweg des Betrachters, da der Abstand i zwischen Diffusorschicht und betrachterseitigem Streifenraster wesentlich kleiner ist als der Abstand I zwischen Betrachter und Diffusorschicht. Bei einer Verschiebung des projektorseitigen Streifenrasters rechtwinklig zum Bildschirm wird die Breite der Streifen auf der Diffusorschicht verändert. Hierzu können zwei eng benachbarte und gegeneinander verschiebbare Masken dienen.Here, too, the displacement path of the stripe grid is again significantly shorter than the displacement path of the viewer, since the distance i between the diffuser layer and the viewer-side strip grid is significantly smaller than the distance I between the viewer and the diffuser layer. If the stripe grid on the projector side is shifted perpendicular to the screen, the width of the stripes on the diffuser layer is changed. Two closely adjacent and mutually displaceable masks can be used for this.
Für die zur Kompensation einer Bewegung Δl des Betrachters erforderliche Änderung Δq der Breite q der Streifen gilt:The following applies to the change Δq in the width q of the stripes required to compensate for a movement Δl of the viewer:
Figure imgf000011_0001
mit q Breite der Streifen
Figure imgf000011_0001
with q width of the stripes
Δq Änderung der StreifenbreiteΔq change in strip width
I Abstand Betrachter-DiffusorschichtI distance observer-diffuser layer
Δl Bewegung des Betrachters rechtwinklig zum Bildschirm i Abstand Diffusorschicht-betrachterseitiges StreifenrasterΔl movement of the viewer at right angles to the screen i distance diffuser layer-viewer-side strip grid
Für den zur Einstellung der gewünschten Streifenbreite q erforderlichenFor the one required to set the desired strip width q
Abstand g des projektorseitigen Streifenrasters von der Diffusorschicht folgt daraus: q - e g = c- q + aThe distance g of the stripe grid on the projector side from the diffuser layer follows from this: q - e g = c- q + a
mit a Kanalbreite der Projektoren c Abstand Projektor-Diffusorschicht e Durchlaßbreite des projektorseitigen Streifenrasters g Abstand Diffusorschicht-projektorseitiges Streifenraster q Breite der Streifenwith a channel width of the projectors c distance projector-diffuser layer e passage width of the projector-side strip grid g distance diffuser-layer projector side strip grid q width of the strips
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Stellvorrichtung manuell bedienbar. Dies kann beispielsweise mittels zweier Rändelschrauben geschehen, von denen die eine die betrachterseitige Bildtrennvorrichtung mittels einer Zahnstange planparallel in horizontaler Richtung verschiebt. Die andere Rändelschraube stellt mittels einer zweiten Zahnstange den Abstand zwischen der Diffusorschicht und dem betrachterseitigen Streifenraster ein. In einer Variante der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung erfolgt die Einstellung der Position der Streifenraster/Bildtrennvorrichtung automatisch. Hierzu ist eine Detektionsvorrichtung vorgesehen, die die Position des Betrachters bestimmt. Weiterhin ist eine Recheneinheit vorgesehen, die aus der Position des Betrachters gemäß vorstehenden Formeln die Position des projektorseitigen und/oder des betrachterseitigen Streifenrasters/der betrachterseitigen Bildtrennvorrichtung berechnet. Die Stellvorrichtung, die die Streifenraster/Bildtrennvorrichtung verschiebt, wird dann mittels einer Steuereinheit angesteuert.In one embodiment of the invention, the actuating device can be operated manually. This can be done, for example, by means of two knurled screws, one of which displaces the viewer-side image separating device in the horizontal direction in a plane-parallel manner by means of a toothed rack. The other knurled screw uses a second rack to set the distance between the diffuser layer and the strip grid on the observer side. In a variant of the invention of its own protection worthy of protection, the position of the strip grid / image separating device is set automatically. For this purpose, a detection device is provided which determines the position of the viewer. Furthermore, a computing unit is provided which calculates the position of the projector-side and / or the viewer-side strip grid / the viewer-side image separating device from the position of the viewer according to the above formulas. The adjusting device, which shifts the strip raster / image separating device, is then controlled by means of a control unit.
In einer Ausführungsform dieser Variante weist die Detektionsvorrichtung mindestens einen Entfernungsmesser zur Messung des Abstandes zum Betrachter auf. Bei Verwendung von drei Entfernungsmessern kann die Position des Betrachters durch Triangulation genau bestimmt werden, wenn die Entfernungsmesser zueinander beabstandet angeordnet sind. So grenzt die Messung des ersten Entfernungsmessers die Position des Betrachters auf eine den Entfernungsmesser umhüllende Kugelschale ein. Die Messung des zweiten Entfernungsmesser grenzt die Position des Betrachters dann auf die Schnittlinien zweier Kugelschalen ein und die Messung des dritten Entfernungsmessers schließlich liefert die exakte Position des Betrachters als Schnittpunkt dreier Kugelschalen.In one embodiment of this variant, the detection device has at least one range finder for measuring the distance from the viewer. When using three rangefinders, the position of the viewer can be precisely determined by triangulation if the rangefinders are arranged at a distance from one another. The measurement of the first range finder thus limits the position of the viewer to a spherical shell enveloping the range finder. The measurement of the second range finder then limits the position of the viewer to the cutting lines of two spherical shells, and the measurement of the third range finder finally provides the exact position of the viewer as the intersection of three spherical shells.
In einer anderen Ausführungsform dieser Variante ist eine Kamera vorgesehen, die fortwährend ein Bild des Betrachterraums aufnimmt. In diesem Bild sucht dann eine Mustererkennungseinheit nach vorgegebenen, für das Erscheinungsbild eines Menschen charakteristischen Mustern. Hierfür eignet sich beispielsweise ein Abbild eines menschlichen Auges, da das Auge - abgesehen von Farbunterschieden - bei den meisten Menschen relativ ähnlich als annähernd kreisrunde dunkle Fläche (Pupille) in einem Kreisring (Iris) vor einem hellen Hintergrund erscheint. Die Mustererkennungseinheit bestimmt dann die Position der Muster in dem Bild und berechnet daraus die Entfernung zum Betrachter. Werden beispielsweise in dem Bild des Betrachterraums zwei Augen detektiert und liegen diese Augen in dem Bild nah beieinander, so ist die Entfernung zum Betrachter groß. Ist der Abstand zwischen den Augen in dem Bild dagegen groß, so befindet sich der Betrachter näher am Bildschirm. Weiterhin kann aus der Position der Augen in dem Bild die laterale Position des Betrachter berechnet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die Streifenraster im wesentlichen aus lichtdurchlässigen, vorzugsweise aus Glas bestehenden Platten, auf deren Oberflächen parallele, lichtundurchlässige Schwärzungsstreifen aufgebracht sind. Hierdurch lassen sich die Streifenraster einerseits kostengünstig und andererseits mit hoher Genauigkeit mit allgemein bekannten Druckverfahren fertigen.In another embodiment of this variant, a camera is provided that continuously records an image of the viewing space. In this picture, a pattern recognition unit then searches for predetermined patterns that are characteristic of the appearance of a person. An image of a human eye, for example, is suitable for this, since - apart from color differences - the eye appears relatively similar to most people as an approximately circular dark area (pupil) in a circular ring (iris) against a light background. The pattern recognition unit then determines the position of the pattern in the image and uses it to calculate the distance to the viewer. If, for example, two eyes are detected in the image of the viewing space and these eyes lie close together in the image, the distance to the viewer is great. On the other hand, if the distance between the eyes in the picture is large, the viewer is closer to the screen. Furthermore, the lateral position of the viewer can be calculated from the position of the eyes in the image. In one embodiment of the invention, the strip grids consist essentially of translucent, preferably glass plates, on the surfaces of which parallel, opaque blackening strips are applied. As a result, the strip grids can be produced inexpensively on the one hand and on the other hand with high accuracy using generally known printing processes.
Darüber hinaus wirken die Platten als mechanischer Träger für die Streifen. Dadurch wird zum einen eine Verformung der Streifenstruktur verhindert und zum anderen die Handhabung der Streifenraster erleichtert.The plates also act as a mechanical support for the strips. On the one hand, this prevents deformation of the stripe structure and, on the other hand, makes handling of the stripe grid easier.
Die Streifen sind bei der projektorseitigen Platte vorzugsweise auf der dem Projektor zugewandten Seite aufgebracht. Hierdurch wird verhindert, daß von dem Projektor ausgehendes Licht im Inneren der Platte mehrfach gespiegelt wird, was zu einer Verschleierung des Bildes führen würde.The strips on the projector-side panel are preferably applied on the side facing the projector. This prevents the light emanating from the projector from being repeatedly reflected inside the plate, which would lead to a blurring of the image.
Auf der betrachterseitigen Platte sind die Streifen vorzugsweise auf der dem Betrachter zugewandten Seite aufgebracht. Hierdurch wird verhindert, daß Licht aus dem Betrachterraum in die Platte eindringt und dort mehrfach gespiegelt wird, was ebenfalls zu Bildstörungen führen könnte.The strips are preferably applied to the viewer-side plate on the side facing the viewer. This prevents light from penetrating into the plate from the viewing space and being reflected several times there, which could also lead to image disturbances.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht auch die Diffusorschicht - wie auch eine Bildtrennvorrichtung mit Linsenraster - aus einer lichtdurchlässigen Platte, wobei die Materialien dieser jeweils drei Platten denselben Brechungsindex aufweisen. Die Dicke der projektorseitigen Platte ist dabei im wesentlichen gleich der Summe der Dicken der Diffusorplatte und der be¬ trachterseitigen Platte.In one embodiment of the invention, the diffuser layer — like an image separating device with a lenticular grid — also consists of a translucent plate, the materials of these three plates each having the same refractive index. The thickness of the projector-side plate is essentially equal to the sum of the thicknesses of the diffuser plate and the viewer-side plate.
Dadurch wird zum einen erreicht, daß sich die optischen Fehler der von unterschiedlichen Bildschirmorten herrührenden Strahlen kompensieren. Zum anderen wird so die Richtungsselektivität - also die Kanaltrennung - des Bild¬ schirms vorteilhaft erhöht.On the one hand, this means that the optical errors of the rays originating from different screen locations are compensated for. On the other hand, the directional selectivity - that is, the channel separation - of the screen is advantageously increased.
Für eine einfache Handhabbarkeit von autostereoskopischen Bildschirmgeräten der vorstehend beschriebenen Art ist eine möglichst geringe Baugröße wünschenswert. Da die Baugröße wesentlich durch denFor a simple handling of autostereoscopic display devices of the type described above, the smallest possible size is desirable. Since the size is essentially due to the
Abstand zwischen den Projektoren und dem projektorseitigen Streifenraster bestimmt wird, ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, den Strahlengang der Projektoren zu falten. Dies geschieht durch mehrere Umlenkspiegel, die die von den Projektoren ausgehenden Lichtstrahlen vor dem Auftreffen auf das projektorseitige Streifenraster mehrfach umlenken. Durch diese mehrfache Umlenkung ist der optisch wirksame Abstand der Projektoren von dem projektorseitigen Streifenraster, also die Länge des Strahlweges, wesentlich größer als der tatsächliche räumliche Abstand, so daß die Projektoren mit vorteilhaft geringem Abstand von dem projektorseitigen Streifenraster angeordnet werden können.Distance between the projectors and the stripe grid on the projector side is determined, it is provided in one embodiment of the invention to fold the beam path of the projectors. This is done by means of several deflecting mirrors, which deflect the light beams emanating from the projectors several times before they hit the strip grid on the projector side. As a result of this multiple deflection, the optically effective distance of the projectors from the projector-side strip grid, that is to say the length of the beam path, is substantially greater than the actual spatial distance, so that the projectors can be arranged at an advantageously small distance from the projector-side strip grid.
Beim Auftreffen der von den Projektoren ausgehenden Lichtstrahlen auf die Diffusorschicht wird das Licht in alle Richtungen gestreut. Die Intensität des gestreuten Lichts ist jedoch nicht über alle Richtungen gleich verteilt, sondern weist in Richtung der Verlängerung des auftreffenden Lichtstrahls ein Maximum auf. Wie stark dieses Maximum gegenüber der in anderen Abstrahlrichtungen auftretenden Intensität ausgeprägt ist, hängt von der Qualität der Diffusorschicht ab. Je besser die Diffusorschicht, desto näher kommt die Abstrahlcharakteristik einer Gleichverteilung.When the light rays emanating from the projectors hit the diffuser layer, the light is scattered in all directions. However, the intensity of the scattered light is not equally distributed over all directions, but has a maximum in the direction of the extension of the incident light beam. How strong this maximum is in relation to the intensity occurring in other radiation directions depends on the quality of the diffuser layer. The better the diffuser layer, the closer the radiation characteristics come to a uniform distribution.
Ein in der Mitte des Bildschirms gelegener Punkt erscheint deshalb für einen mittig vor dem Bildschirm befindlichen Betrachter hell, da sich der Betrachter auf der Verlängerung der von den Projektoren ausgehenden Lichtstrahlen und damit im Maximum der Abstrahlcharakteristik befindet. Ein in den Randbereichen des Bildschirms gelegener Punkt erscheint dagegen für einen mittig vor dem Bildschirm befindlichen Betrachter dunkel, da die Verlängerung der von den Projektoren ausgehenden Lichtstrahlen in diesem Fall von der Perspektive des Betrachters abweicht.A point located in the middle of the screen therefore appears bright to an observer in the middle of the screen, since the observer is on the extension of the light rays emanating from the projectors and thus in the maximum of the radiation characteristic. A point located in the edge areas of the screen, on the other hand, appears dark to a viewer in the middle of the screen, since in this case the lengthening of the light rays emanating from the projectors deviates from the viewer's perspective.
Die Richtcharakteristik des Bildschirms ist also gegeben durch den Winkel und die Richtung der auf die Diffusorschicht auftreffenden und von den beiden Projektoren ausgehenden Lichtstrahlen. Bei einem großen Abstand zwischen Projektoren und Diffusorschicht treffen die Lichtstrahlen annähernd rechtwinklig auf die Diffusorschicht, so daß die Abstrahlcharakeristik annähernd gleich verteilt ist. Dies ist jedoch wegen des Strebens nach geringen Baugrößen und damit geringem Abstand zwischen Projektoren und Diffusorschicht in der Regel nicht der Fall, so daß der Bildschirm für den Betrachter ungleichmäßig hell, d.h. in den Randbereichen dunkler und in der Mitte heller erscheint.The directional characteristic of the screen is therefore given by the angle and the direction of the light rays incident on the diffuser layer and emanating from the two projectors. If there is a large distance between the projectors and the diffuser layer, the light rays strike the diffuser layer approximately at right angles, so that the radiation characteristics are distributed approximately equally. However, this is generally not the case because of the striving for small sizes and thus a small distance between the projectors and the diffuser layer, so that the screen for the The viewer appears unevenly bright, ie darker in the edge areas and lighter in the middle.
In einer Variante der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung ist deshalb eine unmittelbar zur Diffusorschicht benachbarte oder in diese integrierte optische Linse vorgesehen, die aufgrund ihrer Abstrahlcharakteristik einen gleichmäßigen Helligkeitseindruck über den gesamten Bildschirm ermöglicht. Vorzugsweise wird hierzu eine betrachterseitig parallel zur Diffusorschicht angeordnete Fresnellinse verwendet.In a variant of the invention of its own protection worthy of protection, an optical lens is therefore provided which is directly adjacent to or integrated in the diffuser layer and which, owing to its radiation characteristic, enables a uniform impression of brightness over the entire screen. A Fresnel lens arranged parallel to the diffuser layer is preferably used for this purpose.
Das erfϊndungsgemäße Bildschirmgerät ist besonders vorteilhaft im medizinischen Bereich anzuwenden. So ist bei medizinischen Operationen wegen der hohen Präzisionsanforderungen oftmals eine vergrößerte Darstellung des Operationsfeldes erforderlich. Das Operationsfeld kann dabei durch zwei Kameras in nahezu beliebiger Vergrößerung aufgenommen und über den erfindungsgemäßen autostereoskopischen Bildschirm unter Aufrechterhaltung des räumlichen Seheindrucks wiedergegeben werden. Der Bildschirm läßt sich dabei in einer" ergonomisch angepaßten Position anordnen. Dadurch wird einer Ermüdung der Chirurgen entgegengewirkt und damit das Operationsrisiko verringert.The display device according to the invention can be used particularly advantageously in the medical field. In medical operations, an enlarged representation of the surgical field is often necessary because of the high precision requirements. The operating field can be recorded by two cameras in almost any magnification and displayed on the autostereoscopic screen according to the invention while maintaining the spatial visual impression. The screen can be arranged in an " ergonomically adapted position. This counteracts fatigue of the surgeons and thus reduces the risk of surgery.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are explained in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 : ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Darstellung, Figur 2: das Ausführungsbeispiel aus Figur 1 in der Aufsicht sowie Figur 3: die Detektionsvorrichtung aus Figur 1 detailliert als Blockschaltbild.Figure 1: an embodiment of the invention in perspective, Figure 2: the embodiment of Figure 1 in top view and Figure 3: the detection device of Figure 1 in detail as a block diagram.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Stereoprojektor 1 , einer Diffusorschicht 4, einem projektorseitigen Streifenraster 3 und einer betrachterseitigen Bildtrennvorrichtung 5, einer Detektionsvorrichtung 7 zur Bestimmung der Position eines Betrachters 6 sowie einer Stellvorrichtung zur Verschiebung der Streifenrasterplatte 3 und/oder der Bildtrennvorrichtung 5.FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the invention with a stereo projector 1, a diffuser layer 4, a stripe grid 3 on the projector side and an image separation device 5 on the viewer side, a detection device 7 for Determining the position of a viewer 6 and an adjusting device for displacing the strip grid plate 3 and / or the image separating device 5.
Der Stereoprojektor 1 besteht aus zwei baugleichen Projektoren 1.1 , 1.2 mit je einem Objektiv, die nebeneinander angeordnet sind und so seitlich gegeneinander versetzte Bilder liefern, von denen das eine für das linke Auge und das andere für das rechte Auge des Betrachters 6 bestimmt ist.The stereo projector 1 consists of two structurally identical projectors 1.1, 1.2, each with a lens, which are arranged next to one another and thus provide laterally offset images, one of which is intended for the left eye and the other for the right eye of the viewer 6.
Die Bilder für die beiden Projektoren 1.1, 1.2 werden mit zwei Kameras aufgenommen, die ebenfalls nebeneinander angeordnet sind und so von demselben Objekt seitlich gegeneinander versetzte Bilder aufnehmen, was der menschlichen Sehweise entspricht, da auch der Mensch mit seinen beiden Augen seitlich gegeneinander versetzte Bilder wahrnimmt, die dann im Gehirn zu einem räumlich Seheindruck verschmolzen werden.The images for the two projectors 1.1, 1.2 are recorded with two cameras, which are also arranged next to one another and thus take images of the same object that are laterally offset from one another, which corresponds to human vision, since humans also perceive images offset from one another with their two eyes which are then merged into a spatial visual impression in the brain.
Parallel zur Diffusorschicht 4 ist projektorseitig in einem Abstand von ca. 19 mm das Streifenraster 3 angeordnet.The strip grid 3 is arranged parallel to the diffuser layer 4 on the projector side at a distance of approximately 19 mm.
Das Streifenraster 3 besteht aus einer ca. 3 mm dicken, planen Glasplatte, auf deren Oberfläche projektorseitig senkrechte, äquidistante, lichtundurchlässige Schwärzungsstreifen 2 mit einer Breite von ca. 0,75 mm aufgebracht sind, zwischen denen jeweils 0,25 mm breite Schlitze frei bleiben.The strip grid 3 consists of an approximately 3 mm thick, flat glass plate, on the surface of which vertical, equidistant, opaque blackening strips 2 with a width of approximately 0.75 mm are applied, between which 0.25 mm wide slots remain free .
Das Streifenraster 3 erzeugt aus dem für das linke Auge bestimmten Bild und aus dem für das rechte Auge bestimmten Bild ein Stereobild. Dies geschieht dadurch, daß die Schwärzungsstreifen 2 des Streifenrasters 3 aus dem Strahlengang der beiden Bilder jeweils senkrechte Streifen ausblenden bzw. durchlassen. Da die beiden Projektoren 1.1, 1.2 seitlich gegeneinander versetzt sind, erscheinen nun die durchgelassenen Streifen des für das linke Auge bestimmten Bildes genau in den ausgeblendeten Streifen des für das rechte Auge bestimmten Bildes. Auf der Diffusorschicht 4 erscheinen also abwechselnd für das linke und rechte Auge bestimmte senkrechte Streifen. Die geometrischen Abmessungen - also beispielsweise der Abstand Projektor-Diffusorschicht und die Durchlaßbreite des Streifenrasters - sind dabei so gewählt, daß die für die beiden Augen bestimmten Streifen nicht überlappen. Hierdurch wird sichergestellt, daß die für das linke und das rechte Auge bestimmten Bildiπformationen anschließend getrennt werden können.The stripe grid 3 generates a stereo image from the image intended for the left eye and from the image intended for the right eye. This is done in that the blackening strips 2 of the strip grid 3 respectively hide or pass vertical strips from the beam path of the two images. Since the two projectors 1.1, 1.2 are laterally offset from one another, the let-through stripes of the image intended for the left eye now appear exactly in the hidden stripes of the image intended for the right eye. Vertical stripes alternately intended for the left and right eyes therefore appear on the diffuser layer 4. The geometric dimensions - for example the distance between the projector and diffuser layer and the passage width of the stripe grid - are chosen so that the stripes intended for the two eyes do not overlap. This ensures that the left and right right eye certain image information can then be separated.
Auf der Diffusorschicht 4 erscheinen also zwei ineinandergerasterte, jeweils aus senkrechten, parallelen Streifen bestehende Stereo-Teilbilder. Die Diffusorschicht 4 ist auf eine plane, durchsichtige Glasplatte aufgebracht, die die Aufgabe hat, die Diffusorschicht 4 mechanisch zu fixieren.Two stereo partial images, each consisting of vertical, parallel strips, appear on the diffuser layer 4. The diffuser layer 4 is applied to a flat, transparent glass plate, which has the task of mechanically fixing the diffuser layer 4.
Auf der den Projektoren 1.1, 1.2 abgewandten Seite ist parallel zur Diffusorschicht 4 die ebenfalls mit einem weiteren Streifenraster versehbare Bildtrennvorrichtung 5 angeordnet, die mit dem projektorseitigen Strei¬ fenraster 3 baugleich ist und deren Schwärzungsstreifen 8 ebenfalls senkrecht verlaufen.On the side facing away from the projectors 1.1, 1.2, the image separating device 5, which is also provided with a further strip grid, is arranged parallel to the diffuser layer 4 and is identical in construction to the projector-side strip grid 3 and the blackening strips 8 likewise run vertically.
Diese Bildtrennvorrichtung 5 bildet die auf der Diffusorschicht 4 erscheinenden Streifen richtungsselektiv ab. Die für das linke Auge bestimmten Streifen werden also in einer horizontalen Ebene in eine andere Richtung abgebildet als die für das rechte Auge bestimmten Streifen.This image separating device 5 images the strips appearing on the diffuser layer 4 in a directionally selective manner. The stripes intended for the left eye are thus depicted in a horizontal plane in a different direction than the stripes intended for the right eye.
Die Lichtstrahlen, die von den für das linke Auge bestimmten Streifen ausgehen, schneiden sich in einer bestimmten Entfernung von der Diffusorschicht 4 und in einer bestimmten lateralen Position. Die von den für das rechte Auge bestimmten Streifen ausgehenden Lichtstrahlen schneiden sich in der gleichen Entfernung von der Diffusorschicht 4, allerdings in einer anderen lateralen Position. Die Geometrie der Anordnung ist nun so bemessen, daß der Abstand dieser Schnittpunkte ungefähr gleich dem Augenabstand beim Menschen ist. Befindet sich der Betrachter 6 mit seinen beiden Augen in diesen beiden Schnittpunkten, so nimmt er die für die beiden Augen bestimmten Bilder getrennt wahr und erhält somit einen räumlichen Seheindruck. Die Bildtrennung ist in diesem Punkt optimal.The light rays emanating from the stripes intended for the left eye intersect at a certain distance from the diffuser layer 4 and in a certain lateral position. The light rays emanating from the strips intended for the right eye intersect at the same distance from the diffuser layer 4, but in a different lateral position. The geometry of the arrangement is now dimensioned such that the distance between these intersections is approximately equal to the human eye distance. If the viewer 6 is at these two intersection points with his two eyes, he perceives the images intended for the two eyes separately and thus receives a spatial visual impression. The image separation is optimal at this point.
Entfernt sich der Betrachter 6 aus dieser Position, so bleibt die Trennung der beiden Bilder - die Kanaltrennung - zunächst erhalten, solange der Abstand des Betrachters 6 zum Punkt der optimalen Bildtrennung kleiner ist als ungefähr der Abstand der Augen. Bewegt sich der Betrachter 6 weiter, so nimmt er mit seinen beiden Augen die Bilder nicht mehr getrennt wahr und erhält somit keinen räumlichen Seheindruck mehr. Es läßt sich also eine Betrachtungszone definieren, innerhalb derer der Betrachter 6 die für die beiden Augen bestimmten Bilder getrennt wahrnimmt und somit stereoskopisch sehen kann.If the viewer 6 moves away from this position, the separation of the two images - the channel separation - initially remains as long as the distance of the viewer 6 to the point of optimal image separation is less than approximately the distance between the eyes. If the viewer 6 moves further, he no longer perceives the images separately with his two eyes and therefore no longer receives a spatial visual impression. A viewing zone can thus be defined, within which the viewer 6 perceives the images intended for the two eyes separately and can thus see them stereoscopically.
Die Bewegungsfreiheit des Betrachters 6 ist durch die räumliche Ausdehnung dieser Betrachtungszone eingeschränkt. Es ist deshalb vorgesehen, die betrachterseitige Bildtrennvorrichtung 5 mittels einer Stellvorrichtung bei einer Bewegung des Betrachters 6 so zu verschieben, daß dieser sich stets innerhalb der Betrachtungszone befindet.The freedom of movement of the viewer 6 is restricted by the spatial extent of this viewing zone. It is therefore provided that the viewer-side image separating device 5 is displaced by means of an adjusting device when the viewer 6 moves so that the viewer 6 is always within the viewing zone.
Die Stellvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Kreuztisch, auf dem die betrachterseitige Bildtrennvorrichtung 5 verschiebbar gelagert ist. Die Verschiebung der Bildtrennvorrichtung 5 kann dabei sowohl in horizontaler Richtung planparallel erfolgen als auch parallel zur Flächennormalen, also in frontaler Richtung.The adjusting device essentially consists of a cross table on which the viewer-side image separating device 5 is slidably mounted. The image separating device 5 can be shifted plane-parallel both in the horizontal direction and parallel to the surface normal, that is to say in the frontal direction.
Die planparallele Verschiebung in horizontaler Richtung erfolgt dabei zur Anpassung an eine Bewegung des Betrachters 6 parallel zur Diffusorschicht 4, während die Verschiebung parallel zur Flächennormale zur Anpassung an eine Bewegung des Betrachters 6 rechtwinklig zur Diffusorschicht 4 erfolgt.The plane-parallel displacement in the horizontal direction takes place in order to adapt to a movement of the viewer 6 parallel to the diffuser layer 4, while the displacement takes place parallel to the surface normal to adapt to a movement of the observer 6 at right angles to the diffuser layer 4.
Der Kreuztisch weist einen Rahmen 9 auf, auf dem die projektorseitige Streifenrasterplatte 2 und die die Diffusorschicht 4 tragende Glasplatte senkrecht starr befestigt ist. Zwischen den Seitenteilen des Rahmens 9 verlaufen zwei Führungsstangen 10, auf denen ein Führungsschlitten 11 in horizontaler Richtung verschiebbar angebracht ist. An der Oberseite des Führungsschlittens 11 befinden sich ebenfalls zwei Führungsstangen, die rechtwinklig zur Diffusorschicht 4 verlaufen und auf denen die betrachterseitige Bildtrennvorrichtung 5 frontal verschiebbar angeordnet ist. Die betrachterseitige Bildtrennvorrichtung 5 läßt sich also in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschieben.The cross table has a frame 9 on which the projector-side strip grid plate 2 and the glass plate carrying the diffuser layer 4 are fixed vertically rigid. Between the side parts of the frame 9 run two guide rods 10, on which a guide carriage 11 is slidably mounted in the horizontal direction. On the upper side of the guide carriage 11 there are also two guide rods which run at right angles to the diffuser layer 4 and on which the viewer-side image separating device 5 is arranged such that it can be displaced frontally. The viewer-side image separating device 5 can thus be moved in two directions perpendicular to one another.
Die Führungsstangen weisen jeweils ein Schneckengewinde auf, so daß bei einer Drehung der Führungsstangen um ihre Achse der Führungsschlitten 11 bzw. die Bildtrennvorrichtung 5 verschoben werden. Zum Antrieb der Führungsstangen ist in den Rahmen 9 und in den Führungsschlitten 11 jeweils ein Elektromotor eingebaut, der durch Drehung der Führungsstangen 10 die Bildtrennvorrichtung 5 positionieren kann. Auf die Welle der Elektromotoren ist jeweils ein Drehwinkelgeber aufgeflanscht, der den Drehwinkel der Elektromotorenwelle mißt und ein entsprechendes Digitalsignal erzeugt.The guide rods each have a worm thread, so that when the guide rods are rotated about their axis, the guide carriage 11 or the image separating device 5 are displaced. To drive the guide rods, an electric motor is installed in the frame 9 and in the guide carriage 11, which by rotating the guide rods 10 can position the image separation device 5. A rotary encoder is flanged onto the shaft of the electric motors, which measures the angle of rotation of the electric motor shaft and generates a corresponding digital signal.
Die Bestimmung der Position des Betrachters 6 erfolgt durch eine Detektionsvorrichtung 7. Aus der Position des Betrachters 6 berechnet eine Recheneinheit die Position der betrachterseitigen Bildtrennvorrichtung 5, die einzustellen ist, damit sich der Betrachter 6 innerhalb der einen räumlichen Seheindruck bietenden Betrachtungszone befindet und somit die für die beiden Augen bestimmten Bildinformationen getrennt wahrnimmt. Die Stellvorrichtung wird dann von einer Steuereinheit entsprechend angesteuert und verschiebt die betrachterseitige Bildtrennvorrichtung 5 in die gewünschte Position. Die Detektionsvorrichtung 7, die Recheneinheit sowie die Steuereinheit sind in Figur 3 detailliert als Blockschaltbild dargestellt.The position of the viewer 6 is determined by a detection device 7. From the position of the viewer 6, a computing unit calculates the position of the viewer-side image separating device 5, which is to be set so that the viewer 6 is within the viewing zone offering a spatial visual impression and thus the viewing zone the two eyes perceive certain image information separately. The adjusting device is then controlled accordingly by a control unit and shifts the viewer-side image separating device 5 into the desired position. The detection device 7, the computing unit and the control unit are shown in detail in FIG. 3 as a block diagram.
Figur 2 zeigt das Ausführungsbeispiel aus Figur 2 in der Aufsicht.Figure 2 shows the embodiment of Figure 2 in supervision.
Die beiden Projektoren 1.1, 1.2 sind nebeneinander angeordnet und liefern so seitlich gegeneinander versetzte Bilder. Die Basisbreite, also der Abstand zwischen den optischen Achsen der beiden Projektoren 1.1, 1.2, beträgt b = 65 mm. Die Kanalbreite a, also die Blendenöffnung der Objektive, beträgt bei beiden Projektoren 1.1, 1.2 jeweils 32,5 mm.The two projectors 1.1, 1.2 are arranged next to one another and thus deliver images offset from one another laterally. The basic width, ie the distance between the optical axes of the two projectors 1.1, 1.2, is b = 65 mm. The channel width a, ie the aperture of the lenses, is 32.5 mm in each case for both projectors 1.1, 1.2.
Die beiden Projektoren 1.1 , 1.2 projizieren ein für das linke Auge bzw. ein für das rechte Auge des Betrachters 6 bestimmtes Bild auf eine in einem Abstand c = 2500 mm vor den Projektoren 1.1 , 1.2 rechtwinklig zur optischen Achse angeordnete Diffusorschicht 4.The two projectors 1.1, 1.2 project an image intended for the left eye or for the right eye of the viewer 6 onto a diffuser layer 4 arranged at a distance c = 2500 mm in front of the projectors 1.1, 1.2 at right angles to the optical axis.
Zwischen den Projektoren 1.1, 1.2 und der Diffusorschicht 4 ist parallel zur Diffusorschicht 4 eine Glasplatte mit dem Streifenraster 3 angeordnet, das auf der projektorseitigen Oberfläche der Glasplatte in einem Abstand von g = 19,23 mm zur Diffusorschicht 4 aufgebracht ist und aus äquidistanten, senkrecht verlaufenden, lichtundurchlässigen Schwärzungsstreifen 2 besteht. Die Breite der Schwärzungsstreifen 2 beträgt jeweils h = 0,75 mm, während die Breite der zwischen den Schwärzungsstreifen 2 freibleibenden Schlitze e = 0,25 mm beträgt. Die von den beiden Projektoren 1.1, 1.2 ausgehenden Bilder erscheinen als ineinander gerasterte Streifen hinter dem Streifenraster 3 auf der Diffusorschicht 4 als senkrechte Streifen, wobei die Streifen abwechselnd für das linke und das rechte Auge des Betrachters 6 bestimmt sind.Between the projectors 1.1, 1.2 and the diffuser layer 4, a glass plate with the stripe grid 3 is arranged parallel to the diffuser layer 4, which is applied to the projector-side surface of the glass plate at a distance of g = 19.23 mm from the diffuser layer 4 and from equidistant, perpendicular extending, opaque blackening strip 2 exists. The width of the blackening strips 2 is in each case h = 0.75 mm, while the width of the slots remaining free between the blackening strips 2 is e = 0.25 mm. The images emanating from the two projectors 1.1, 1.2 appear as interleaved strips behind the strip grid 3 on the diffuser layer 4 as vertical strips, the strips being alternately intended for the left and right eyes of the viewer 6.
Aus der Blendenöffnung a der Objektive, dem Abstand c zwischen Projektor 1.1, 1.2 und Diffusorschicht 4, dem Abstand g zwischen Diffusorschicht 4 und projektorseitigem Streifenraster 3 sowie der Durchlaßbreite e ergibt sich eine Breite der auf der Diffusorschicht 4 erscheinenden Streifen von q = 0,5 mm.The aperture a of the lenses, the distance c between the projector 1.1, 1.2 and the diffuser layer 4, the distance g between the diffuser layer 4 and the projector-side strip pattern 3 and the passage width e result in a width of the strips appearing on the diffuser layer 4 of q = 0.5 mm.
Hinter der Diffusorschicht 4 befindet sich parallel zur Diffusorschicht 4 die Bildtrennvorrichtung 5, die aus einer zweiten Glasplatte und einem auf ihrer betrachterseitigen Oberfläche aufgebrachten, ebenfalls aus senkrecht ver¬ laufenden, lichtundurchlässigen Schwärzungsstreifen 8 bestehendes Streifenraster besteht.Behind the diffuser layer 4, parallel to the diffuser layer 4, is the image separating device 5, which consists of a second glass plate and a strip grid, which is also applied to its surface on the observer side and also consists of vertically running, opaque blackening strips 8.
Das Streifenraster der betrachterseitigen Bildtrennvorrichtung 5 hat mit einer Breite der Schwärzungsstreifen 8 von p = 0,75 mm und einer Durchlaßbreite von k = 0,25 mm die gleichen optischen Eigenschaften wie das projektorseitige Streifenraster 3.With a width of the blackening strips 8 of p = 0.75 mm and a passage width of k = 0.25 mm, the stripe grid of the viewer-side image separating device 5 has the same optical properties as the stripe grid 3 on the projector side.
Der Abstand zwischen dem Streifenraster der betrachterseitigen Bildtrennvorrichtung 5 und der Diffusorschicht 4 ist zur Anpassung an eine Bewegung des Betrachters 6 einstellbar und beträgt in der hier dargestellten Einstellung i = 19,2 mm.The distance between the strip grid of the viewer-side image separating device 5 and the diffuser layer 4 can be adjusted to adapt to a movement of the viewer 6 and is i = 19.2 mm in the setting shown here.
Das betrachterseitige Streifenraster führt die auf der Diffusorschicht 4 für das linke Auge und die für das rechte Auge des Betrachters 6 bestimmten Streifen den beiden Augen des Betrachters 6 getrennt zu.The stripe grid on the viewer side supplies the stripes on the diffuser layer 4 for the left eye and the stripes intended for the right eye of the viewer 6 to the two eyes of the viewer 6 separately.
Der Betrachter 6 befindet sich hierbei in einem Abstand von I = 2500 mm vor der Diffusorschicht 4 und in einem Abstand y zur optischen Achse. In dieser Position nimmt der Betrachter 6 mit dem linken Auge ausschließlich das für das linke Auge bestimmte Bild und mit dem rechten Auge ausschließlich das für das rechte Auge bestimmte Bild wahr. Entfernt sich der Betrachter 6 aus dieser Position, so bleibt die Bildtrennung und damit der räumliche Seheindruck zunächst erhalten, bis der Abstand des Betrachters zum Punkt der optimalen Bildtrennung ungefähr gleich dem Augenabstand o ist.The viewer 6 is here at a distance of I = 2500 mm in front of the diffuser layer 4 and at a distance y from the optical axis. In this position, the viewer 6 perceives only the image intended for the left eye with the left eye and only the image intended for the right eye with the right eye. If the viewer 6 moves away from this position, the image separation and thus the spatial remains First get visual impression until the distance of the viewer to the point of optimal image separation is approximately equal to the eye distance o.
Die Kanalbreite beträgt hierbei n = 32,5 mm. Befindet sich der Betrachter 6 mit einem Auge innerhalb dieser Kanalbreite, dann ist die Kanaltrennung 100%, d.h. der Betrachter 6 sieht dann mit diesem Auge ausschließlich die für dieses Auge bestimmten Streifen.The channel width is n = 32.5 mm. If the viewer 6 is within this channel width with one eye, the channel separation is 100%, i.e. the viewer 6 then sees with this eye only the strips intended for this eye.
Für das andere Auge des Betrachters gelten die in Fig. 2 dargestellten Verhältnisse spiegelbildlich zur Längsachse.For the other eye of the viewer, the relationships shown in FIG. 2 apply in mirror image to the longitudinal axis.
Figur 3 zeigt die Detektionsvorrichtung aus Figur 1 detailliert als Blockschaltbild.Figure 3 shows the detection device of Figure 1 in detail as a block diagram.
An der Oberseite des Bildschirmgeräts ist eine Kamera 12 der Detektionseinrichtung 7 (vgl. Fig. 1 ) fest installiert, die fortwährend den Betrachterraum aufnimmt. Die Kamera 12 ist so angeordnet, daß ihre optische Achse mittig parallel zu den optischen Achsen der beiden Pro¬ jektoren verläuft. Das Kamerasignal wird von einem A/D-Wandler 13 digitalisiert und als digitales Bildmuster einer Signalverarbeitungseinheit 14 zugeführt.A camera 12 of the detection device 7 (cf. FIG. 1) is permanently installed on the top of the screen device and continuously takes up the viewing space. The camera 12 is arranged in such a way that its optical axis runs in the center parallel to the optical axes of the two projectors. The camera signal is digitized by an A / D converter 13 and fed to a signal processing unit 14 as a digital image pattern.
Die Signalverarbeitungseinheit 14 hat die Aufgabe, in dem Bild des Betrachterraums einen etwaigen Betrachter zu detektieren, dessen räumliche Position zu bestimmen und die erforderliche Einstellung des Streifenrasters 21 der betrachterseitigen Bildtrennvorrichtung 5 (vgl. Fig. 1 ) zu berechnen.The signal processing unit 14 has the task of detecting a possible observer in the image of the observer space, determining its spatial position and calculating the required setting of the stripe grid 21 of the observer-side image separation device 5 (cf. FIG. 1).
Hierzu sucht die Signalverarbeitungseinheit 14 in dem digitalisierten Bild nach einem vorgegebenen, für das Erscheinungsbild eines menschlichen Betrachters charakteristischen optischen Muster.For this purpose, the signal processing unit 14 searches in the digitized image for a predetermined optical pattern which is characteristic of the appearance of a human viewer.
Dies geschieht durch eine Mustererkennungseinheit 15, die aus einem Musterspeicher 18 ein digitalisiertes Bild des Suchmusters ausliest und dessen Auftreten in dem Bild des Betrachterraums überprüft.This is done by a pattern recognition unit 15, which reads a digitized image of the search pattern from a pattern memory 18 and checks its occurrence in the image of the viewing space.
Für die Detektioπ des Suchmusters ist keine vollständige Übereinstimmung des Suchmusters mit dem entsprechenden Ausschnitt des Bildes des Betrachterraums erforderlich, vielmehr detektiert dieFor the detection of the search pattern, there is no complete match of the search pattern with the corresponding section of the image of the Observer space required, rather detects the
Mustererkennungseinheit 15 auch ein solches Muster, das dem Suchmuster geometrisch ähnlich ist. Dadurch wird erreicht, daß das Suchmuster unabhängig von der Größe in dem Bild detektiert wird, was erforderlich ist, da die Größe des Betrachters auf dem Bild von der Entfernung zur Kamera 12 abhängt.Pattern recognition unit 15 also has a pattern that is geometrically similar to the search pattern. This ensures that the search pattern is detected regardless of the size in the image, which is necessary since the size of the viewer on the image depends on the distance to the camera 12.
Als Suchmuster wird hierbei ein Bild eines menschlichen Auges verwendet. Dies ist vorteilhaft, da menschliche Augen mit geringen Abweichungen einem einheitlichen Muster entsprechen. So erscheint ein Auge als im wesentlichen kreisrunde Dunkelfläche auf einem relativ hellen, näherungsweise ovalen Hintergrund. Dadurch wird sichergestellt, daß die Mustererkennungseinheit 15 den jeweiligen Betrachter unabhängig von dessen individuellem Erscheinungsbild detektiert.An image of a human eye is used as the search pattern. This is advantageous because human eyes with a small deviation correspond to a uniform pattern. An eye appears as an essentially circular dark area on a relatively bright, approximately oval background. This ensures that the pattern recognition unit 15 detects the respective viewer regardless of their individual appearance.
Findet die Mustererkennungseinheit 15 das Suchmuster nicht in dem Bild des Betrachterraums, so wird angenommen, daß sich kein Betrachter vor dem Bildschirm befindet, und die Einstellung des betrachterseitigen Streifenrasters 21 bleibt unverändert.If the pattern recognition unit 15 does not find the search pattern in the image of the viewer room, it is assumed that there is no viewer in front of the screen, and the setting of the stripe grid 21 on the viewer side remains unchanged.
Wird das Suchmuster jedoch in dem Bild des Betrachterraums detektiert, so bestimmt die Mustererkennungseinheit 15 die Position x.,, Y., bzw. x2, Y2 der beiden Augen des Betrachters in dem digitalisierten Bild.However, if the search pattern is detected in the image of the viewer space, the pattern recognition unit 15 determines the position x. ,, Y., or x 2 , Y 2 of the two eyes of the viewer in the digitized image.
Werden in dem Bild die Augen mehrerer Betrachter detektiert, so werden diese Augen zunächst in Augenpaare eingeteilt. Dies ist wichtig, da andernfalls das linke Auge des einen Betrachters zusammen mit dem rechten Auge des anderen Betrachters als Berechnungsgrundlage verwendet werden könnte, was zu unsinnigen Ergebnissen führen würde.If the eyes of several observers are detected in the image, these eyes are first divided into pairs of eyes. This is important because otherwise the left eye of one viewer together with the right eye of the other viewer could be used as a basis for calculation, which would lead to nonsensical results.
Bei mehreren detektierten Augenpaaren wird dasjenige Augenpaar zur Berechnung der Einstellung des Streifenrasters 21 herangezogen, das in der Bildmitte liegt. Dadurch wird erreicht, daß bei mehreren Betrachtern vor dem Bildschirmgerät die Einstellung für denjenigen Betrachter passend erfolgt, der sich zentral vor dem Bildschirm befindet. - 21 -If several pairs of eyes are detected, that pair of eyes that is in the center of the image is used to calculate the setting of the stripe grid 21. This ensures that if there are several viewers in front of the screen device, the setting is made appropriately for the viewer who is centrally in front of the screen. - 21 -
Bei allen Menschen ist der Abstand der Augen zueinander im wesentlichen der gleiche und beträgt ca. 6,5 cm. Ist der Betrachter nun weit entfernt vom Bildschirmgerät, so erscheinen dessen Augen in dem Bild, das von der Kamera 12 aufgenommen wird, in nur geringem Abstand. Ist der Betrachter dagegen sehr nah am Bildschirmgerät, so erscheinen die Augen in dem Bild vergleichsweise weit voneinander entfernt. Aus dem im Bild erscheinenden Abstand der Augen des Betrachters sowie aus der Brennweite f des Objektivs der Kamera 12 errechnet eine erste Recheneinheit 16 die Entfernung zwischen der Kamera 12 und dem Betrachter und daraus den Abstand I des Betrachters zum Bildschirm.The distance between the eyes is essentially the same for all people and is approximately 6.5 cm. If the viewer is now far away from the screen device, his eyes appear only a short distance in the image recorded by the camera 12. On the other hand, if the viewer is very close to the screen device, the eyes appear comparatively far apart in the image. A first computing unit 16 calculates the distance between the camera 12 and the viewer and from this the distance I of the viewer to the screen from the distance between the eyes of the viewer appearing in the image and the focal length f of the lens of the camera 12.
Aus der Position der beiden Augen Y.,, Y2 in waagerechter Richtung und aus dem Abstand I zum Betrachter wird dann die laterale Position YB des Betrachters errechnet.The lateral position Y B of the viewer is then calculated from the position of the two eyes Y 1 , Y 2 in the horizontal direction and from the distance I from the viewer.
Die Positionsdaten I, YB des Betrachters werden einer zweiten Recheneinheit 17 zugeführt, die daraus die für ein stereoskopisches Sehen erforderliche Einstellung das Streifenrasters 21 der betrachterseitigen Bildtrennvorrichtung 5 - also dessen Abstand i zur Mattscheibe und die laterale Position YR - bestimmt.The position data I, Y B of the viewer are fed to a second arithmetic unit 17, which uses this to determine the setting required for stereoscopic vision of the stripe grid 21 of the viewer-side image separating device 5 - that is, its distance i from the focusing screen and the lateral position Y R.
Hierzu wird der Betrachterraum in Raumzonen eingeteilt und für jede Raumzone die erforderliche Einstellung des Streifenrasters 21 der betrachterseitigen Bildtrennvorrichtung 5 ermittelt. Dies kann beispielsweise in Versuchen geschehen, in denen ein Betrachter nacheinander in allen Raumzonen plaziert wird und für jede Raumzone die optimale Einstellung ermittelt wird.For this purpose, the viewer room is divided into room zones and the required setting of the stripe grid 21 of the viewer-side image separating device 5 is determined for each room zone. This can be done, for example, in experiments in which an observer is placed one after the other in all room zones and the optimal setting is determined for each room zone.
Die Recheneinheit 17 weist eine Tabelle auf, die jeder Raumzone die Positionsdaten i, YR des betrachterseitigen Streifenrasters 21 zuordnet. Die Recheneinheit 17 bestimmt also aus den Positionsdaten I, YB des Betrachters die Raumzone, in der sich der Betrachter befindet und liest dann aus der Tabelle die zugehörigen Positionsdaten für das Streifenraster 21 aus.The computing unit 17 has a table which assigns the position data i, Y R of the strip grid 21 on the viewer side to each spatial zone. The computing unit 17 thus determines the spatial zone in which the viewer is located from the position data I, Y B of the viewer and then reads the associated position data for the stripe grid 21 from the table.
Diese Positionsdaten werden dann der Steuereinheit 19 zugeführt, die die Stellvorrichtung 20 entsprechend ansteuert, wodurch das Streifenraster 21 in die ermittelte Position verschoben wird. Die anderen Möglichkeiten zur Nachführung der Betrachtungszone, sei es durch Verschiebung der Bildtrennvorrichtung 5 auch in seitlicher Richtung und/oder des projektorseitigen Streifenrasters 3 in dieser oder jener Richtung, sind in der Detektionseinrichtung 7 gemäß Fig. 3 meß- und regelungstechnisch integriert.This position data is then fed to the control unit 19, which controls the adjusting device 20 accordingly, as a result of which the strip grid 21 is shifted into the determined position. The other possibilities for tracking the viewing zone, be it by moving the image separating device 5 also in the lateral direction and / or the projector-side strip grid 3 in this or that direction, are integrated in the detection device 7 according to FIG. 3 in terms of measurement and control technology.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. The embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Autostereoskopisches Bildschirmgerät mit1. Autostereoscopic display device with
- einem ersten Projektor (1.1 ) zur Projektion eines für das linke Auge eines Betrachters (6) bestimmten Bildes und einem neben dem ersten Projektor- A first projector (1.1) for projecting an image intended for the left eye of a viewer (6) and one next to the first projector
(1.1) angeordneten zweiten Projektor (1.2) zur Projektion eines für das rechte Auge des Betrachters (6) bestimmten Bildes auf eine vor den Projektoren (1.1 , 1.2) angeordnete Diffusorschicht (4),(1.1) arranged second projector (1.2) for projecting an image intended for the right eye of the viewer (6) onto a diffuser layer (4) arranged in front of the projectors (1.1, 1.2),
- einem projektorseitig parallel zur Diffusorschicht (4) angeordneten, mehrere und im wesentlichen senkrechte, lichtundurchlässige, nebeneinander angeordnete Schwärzungsstreifen (2) aufweisenden Streifenraster (3) zur Erzeugung eines gerasterten, aus im wesentlichen senkrechten, abwechselnd für das linke und rechte Auge bestimmten Streifen bestehenden Stereobildes auf der Diffusorschicht (4), - einer betrachterseitig parallel zur Diffusorschicht (4) angeordneten Bildtrennvorrichtung (5) zur Abbildung der für das linke und das rechte Auge bestimmten Streifen horizontal in Richtung unterschiedlicher, jeweils innerhalb einer einen räumlichen Seheindruck ermöglichenden Betrachtungs¬ zone liegender Punkte, gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung zur Verschiebung der Bildtrennvorrichtung (5) und/oder des projektorseitigen Streifenrasters (3) in frontaler Richtung relativ zur Diffusorschicht (4) und/oder planparallel in horizontaler Richtung.- A projector side parallel to the diffuser layer (4), several and essentially vertical, opaque, side by side arranged blackening strips (2) having strip grid (3) for generating a screened, consisting of essentially vertical, alternately intended for the left and right eye strips Stereo image on the diffuser layer (4), - an image separating device (5) arranged parallel to the diffuser layer (4) on the observer side for imaging the stripes intended for the left and right eyes horizontally in the direction of different viewing zones, each within a spatial visual impression Points, characterized by an adjusting device for displacing the image separating device (5) and / or the projector-side strip grid (3) in the frontal direction relative to the diffuser layer (4) and / or plane-parallel in the horizontal direction.
2. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bildtrennvorrichtung (5) ein aus mehreren nebeneinander angeordneten und mit ihren optischen Achsen im wesentlichen senkrecht verlaufenden Zylinderlinsen bestehendes Linsenraster aufweist.2. Autostereoscopic screen device according to claim 1, characterized in that the image separating device (5) has a lens grid consisting of a plurality of juxtaposed and with their optical axes substantially perpendicular cylindrical lenses.
3. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bildtrennvorrichtung (5) ein aus mehreren, im wesentlichen senkrechten, lichtundurchlässigen, nebeneinander angeordneten Schwärzungsstreifen (8) bestehendes, betrachterseitig angeordnetes Streifenraster aufweist. 3. Autostereoscopic screen device according to claim 1, characterized in that the image separating device (5) has a consisting of several, substantially vertical, opaque, side by side blackening strips (8) existing, arranged on the viewer side grid.
4. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung manuell bedienbar ist.4. Autostereoscopic screen device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating device can be operated manually.
5. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch5. Autostereoscopic screen device according to one of the preceding claims, characterized by
- eine Detektionsvorrichtung (7) zur Bestimmung der Position des Betrachters (6),- a detection device (7) for determining the position of the viewer (6),
- eine Recheneinheit (17) zur Berechnung der einzustellenden Position der Bildtrennvorrichtung (5) und/oder des projektorseitigen Streifenrasters (3) aus der Position des Betrachters (6), so daß sich der Betrachter (6) innerhalb der Betrachtungszone befindet,- a computing unit (17) for calculating the position of the image separating device (5) and / or the stripe grid (3) on the projector side from the position of the viewer (6), so that the viewer (6) is within the viewing zone,
- eine Steuereinheit (19) zur Ansteuerung der Stellvorrichtung (20) in Abhängigkeit von der durch die Recheneinheit (17) berechneten Position der Bildtrennvorrichtung (5).- A control unit (19) for controlling the actuating device (20) as a function of the position of the image separating device (5) calculated by the computing unit (17).
6. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsvorrichtung (7) mindestens einen Entfernungsmesser zur Bestimmung der Position des Betrachters (6) aufweist.6. Autostereoscopic display device according to claim 5, characterized in that the detection device (7) has at least one range finder for determining the position of the viewer (6).
7. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,7. Autostereoscopic screen device according to claim 5, characterized in that
- daß die Detektionsvorrichtung (7) eine Kamera zur Aufnahme eines Bildes des Betrachterraumes aufweist,- That the detection device (7) has a camera for recording an image of the viewing space,
- daß eine Mustererkennungseinheit (15) vorgesehen ist zur Detektion vorgegebener, für das Erscheinungsbild eines Betrachters (6) charakteristischer Bildmuster in dem Bild des Betrachterraums.- That a pattern recognition unit (15) is provided for the detection of predetermined, for the appearance of a viewer (6) characteristic image pattern in the image of the viewing space.
8. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwärzungsstreifen (2) des projektorseitigen Streifenrasters (3) auf eine erste und die Schwärzungsstreifen (8) des betrachterseitigen Streifenrasters auf eine zweite, jeweils im wesentlichen plane, aus durchsichtigem Material bestehende Platte aufgebracht sind. 8. Autostereoscopic display device according to one of claims 1 or 3 to 7, characterized in that the blackening strips (2) of the projector-side strip grid (3) on a first and the blackening strips (8) of the viewer-side strip grid on a second, each essentially flat, plate made of transparent material are applied.
9. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwärzungsstreifen (2) auf der projektorseitigen Platte zur Reduzierung von Reflexionen des durchprojizierten Lichts auf der den Projektoren (1.1 , 1.2) zugewandten Seite aufgebracht sind.9. Autostereoscopic display device according to claim 8, characterized in that the blackening strips (2) on the projector-side plate to reduce reflections of the light projected on the projectors (1.1, 1.2) facing side are applied.
10. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwärzungsstreifen (8) auf der betrachterseitigen Platte zur Reduzierung von Störlicht aus dem Betrachterraum auf der dem Betrachter (6) zugewandten Seite aufgebracht sind.10. Autostereoscopic screen device according to claim 8 or 9, characterized in that the blackening strips (8) are applied to the viewer-side plate to reduce stray light from the viewing area on the side facing the viewer (6).
11. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,11. Autostereoscopic display device according to one of the preceding claims 8 to 10, characterized in that
- daß der Brechungsindex der Materialien der beiden Platten und der Diffusorschicht (4) im wesentlichen gleich ist, - daß die Dicke der projektorseitigen Platte im wesentlichen gleich der Summe aus der Dicke der Diffusorschicht (4) und der Dicke der betrachterseitigen Platte ist.- That the refractive index of the materials of the two plates and the diffuser layer (4) is substantially the same - that the thickness of the projector-side plate is substantially equal to the sum of the thickness of the diffuser layer (4) and the thickness of the observer-side plate.
12. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Faltung des Strahlengangs vor jedem Projektor (1.1 , 1.2) mehrere Umlenkspiegel angeordnet sind.12. Autostereoscopic display device according to one of the preceding claims, characterized in that several deflecting mirrors are arranged in front of each projector (1.1, 1.2) for folding the beam path.
13. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung eines über die gesamte Fläche der Diffusorschicht (4) einheitlichen Helligkeitseindrucks eine in die Diffusorschicht (4) integrierte oder parallel zu dieser angeordnete Linse vorgesehen ist.13. Autostereoscopic display device according to one of the preceding claims, characterized in that in order to achieve a uniform brightness impression over the entire surface of the diffuser layer (4), a lens integrated into the diffuser layer (4) or arranged parallel to it is provided.
14. Autostereoskopisches Bildschirmgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine Fresnellinse ist.14. Autostereoscopic display device according to claim 13, characterized in that the lens is a Fresnel lens.
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