DE10252830B3

DE10252830B3 - Autostereoskopischer Adapter

Info

Publication number: DE10252830B3
Application number: DE10252830A
Authority: DE
Inventors: Albert Maly-Motta
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mehrkanaligen autostereoskopischen Adapter für einen Flachbildschirm (1) zur stereoskopischen Bildschirmdarstellung durch adaptive Bildstreifenverkämmung auf dem Flachbildschirm (1), mit einer Linsenrasterscheibe (2), die zur pixelweisen Bildtrennung einen Linsenraster (4) aufweist, wobei die Linsenrasterscheibe (2) lösbar außen auf der Bildschirmoberfläche (5) angeordnet ist und das Linsenraster (4) der Linsenrasterscheibe (2) nach innen in Richtung Bildschirmoberfläche (5) weist. Dadurch wird erreicht, dass durch den Einsatz eines folienartigen Adapters ein 2-D-Flachbildschirm in kürzester Zeit zu einem Monitor zur dreidimensionalen Bilddarstellung angerüstet werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Kalibrierung des erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapters sowie den Verwendungszweck des Adapters zur stereoskopischen Darstellung bewegter Bilder auf einem herkömmlichen 2-D-Flachbildschirm.

Description

Die Erfindung betrifft einen autostereoskopischen Adapter für einen Flachbildschirm, insbesondere für einen LCD-, TFT- oder Plasmabildschirm, zur stereoskopischen Bildschirmdarstellung durch adaptive Bildstreifenverkämmung auf dem Flachbildschirm, wobei der autostereoskopische Adapter eine Linsenrasterscheibe enthält, die zur pixelweisen Bildtrennung ein Linsenraster aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Kalibrierung des erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapters und eine Angabe zur Verwendung des autostereoskopischen Adapters.

Vorrichtungen zur stereoskopischen Bilddarstellung sind dem Grunde nach aus Filmtechnik für 3D-Kinos bekannt, wo mit polarisiertem Licht zur Bildprojektion und einer Polarisationsbrille zur Bildbetrachtung gearbeitet wird. Das Prinzip der sequentiellen Stereo-Bilddarstellung bedingt dagegen eine schnelle, alternierende Wiedergabe von Bildern aus den Sichtwinkeln jeweils des linken und rechten Auges auf einer Darstellungsebene, egal ob auf einer Kinoleinwand oder einem Fernseh- bzw. PC-Bildschirm. Der Betrachter muß dazu die Bilder durch eine elektronisch gesteuerte Verschlussbrille (sog. Liquid-Crystal-Shutter, LCS) sehen, die zwei Flüssigkristallelemente besitzt und mit der Bildsignalquelle derart synchronisiert ist, dass jeweils das linke LC-Element der Brille transparent geschaltet wird, wenn das Bild aus der Perspektive des linken Auges auf dem Bildschirm erscheint, wobei gleichzeitig das rechte LC-Element lichtundurchlässig geschaltet wird. Umgekehrt wird beim Bild für das rechte Auge verfahren. Die Trägheit des menschlichen Auges Lässt die beiden Teilbilder zu einem stereoskopischen Bildeindruck verschmelzen.

Die wichtigsten Anwendungsbereiche der 3D-Technik sind 3D-Fernsehen, 3D-Kino, CAD (Computer Aided Design), CAT (Computer Aided Topographie), zivile und militärische Luftraumüberwachung (Flugsicherung), Medizintechnik (stereoskopische Übertragung von Operationen in Hörsälen, Computer-Tomographie, Ultrasonographie), Chemie (Darstellung von Molekülmodellen), Fahr- und Flugsimulatoren, oder Video-Spiele, um nur einige Beispiele zu nennen. Der Nachteil bei diesen bekannten Verfahren ist vor allem der, dass auf Seiten des Betrachters grundsätzlich Seh-Hilfen eingesetzt werden müssen. Bei der Umsetzung des sequentiellen Verfahrens in der Bildschirmtechnik ist neben der Brille, die in nachteilhafter Weise einen nicht unbedeutenden Teil des Lichtes absorbiert, meist ein spezieller Monitor notwendig. Derartige Monitore müssen eine relativ hohe Bildwechselfrequenz von etwa 120 Hz aufweisen, was aufgrund der Trägheit des Flüssigkristalls von zur Zeit bekannten LCD-Flachbildschirmen nicht erreicht wird. Von daher sind momentan Flachbildschirme nicht zur Darstellung von dreidimensionalen Bildern nach den aus der Kinotechnik bekannten Verfahren geeignet.

Von Bedeutung für die stereoskopische Darstellung von Bildern ist auch das Linsenrasterverfahren, bei dem ein Raster, das die Stereo-Halbbilder für die Augen trennt, mit in das Bild integriert ist. Das Bild enthält dabei in Streifen zerlegte Teilbilder einer 3D-Szene. Die Augen des Betrachters sehen bei Betrachtung durch das Raster jeweils zwei leicht unterschiedliche Bilder, wodurch im Gehirn des Betrachters ein räumlicher Eindruck entsteht. Die Aufrasterung des Bildes in Streifen erfolgte früher mechanisch bzw. optisch, was heute durch dreidimensionale Entwurfssoftware geschieht. Bildquellen können sowohl mit einer Kamera aufgenommene Teilbilder als auch am Computer generiertes virtuelles Material sein. Denkbar ist auch, dass Realaufnahmen im Sukzessiv-Verfahren mit einer auf einem Kreisbogensegment beweglichen Kamera gemacht werden. Bekannt ist das Linsenrasterverfahren vor allem von 3D-Postkarten und Kippbildern, es eignet sich jedoch auch für die Anwendung auf einem Flachbildschirm. Bei dieser Technik ist es bereits möglich, räumliche Bilder ohne die Verwendung von Spezialbrillen darzustellen. Da jedoch das 3D-Verfahren nach diesem auf Linsenraster basierendem, autostereoskopischem Prinzip nur mit einem linken und einem rechten Halbbild arbeitet, also zweikanalig ist, hängt der erzielte dreidimensionale Effekt stark von der Position des Betrachters relativ zum Bildschirm ab. Um diesen Nachteil zu vermeiden kann das sogenannte Headtracking eingesetzt werden. Die Basis für die Technik bildet ein LCD-Monitor, der mittels des Linsenrasterverfahrens auf optischem Wege das Stereobild in Einzelbilder für das linke und rechte Auge trennt. Eine sogenannte Head-Tracking-Kamera misst die Kopfposition des Betrachters und führt das Stereobild entsprechend den Kopfbewegungen nach (siehe Funkschau 15/98). Durch die Notwendigkeit der Head-Tracking-Kamera ist dieses Verfahren jedoch relativ aufwendig in die Realität umzusetzen. Ferner hat sich gezeigt, dass insbesondere die Verringerung der horizontalen Auflösung und auftretende Moiré- und Farbstörungen zu einer deutlichen negativen Beeinflussung der Bildqualität führen.

1 zeigt das Prinzip der autostereoskopischen Bilddarstellung für ein zweikanaliges System nach dem Stand der Technik, bei welchem die adaptive Rechts/Links-Bildstreifenverkämmung auf einem TFT-Flachbildschirm 1 zum Einsatz kommt. Es ist zu erkennen, dass für das rechte Auge ein anderer Pixelbereich (R) auf dem Display 1 zu sehen ist als für das linke (L). Wesentlich ist, dass sich beide Bereiche nicht überschneiden dürfen, stattdessen muss sogar ein gewisser nicht sichtbarer Bereich (mit n gekennzeichnet) als Adaptionsreserve übrig bleiben. Die mit (R) gekennzeichneten Bildstreifen werden dann mit der Bildinformation des rechten Bildes (für das rechte Auge) angesteuert. Entsprechend werden die in den Bildstreifen (L) vorhandenen Pixel mit den Informationen des linken Bildes angesteuert. Die in den Übergangsbereichen (n) liegenden Pixel werden nicht genutzt, also auf „schwarz" geschaltet. Die Zuordnung der rechten und linken Bilder zu den Bildstreifen (R) und (L) nimmt ein 3D-Renderer (nicht explizit dargestellt) vor. Er kennt aufgrund von Kalibrierdaten die jeweilige Position des Betrachters und führt die dafür erforderliche Zuordnung durch. Bei den benutzten Flachbildschirmen sind in der Regel die einzelnen Pixel in nebeneinander angeordnete RGB-Subpixel unterteilt. Dadurch kann man mit einer umsortierten Zugehörigkeit von Farb-Subpixeln zu Bildpixeln eine feine Aufteilung erzielen.

Bei dem in 1 dargestellten System ist deutlich zu erkennen, dass die Linsenrasterscheibe 2 fest in dem Flachbildschirm 1 integriert ist, da die Brennweite der auf der Linsenrasterscheibe 2 aufgebrachten Einzellinsenanordnung 4 gerade so lang ist, um auf die eigentliche bilderzeugende Schicht 5 der Pixel des Flachbildschirmes fokussiert werden zu können.

Es wurde erkannt, dass die lediglich zweikanalige Darstellung zusätzlichen mechanischen und elektronischen Aufwand verlangt, um die enge autostereoskopische Sehzone den Augen des Betrachters nachzuführen. Durch Schrägstellung eines Linsenrasters vor dem Bildschirm können Mehrkanal-Systeme realisiert werden, bei denen 8 bis 20 Teilbilder die Sehzone so weit verbreitern, dass mehrere Betrachter gleichzeitig ohne zusätzlichen Aufwand ein stereoskopisches Bild sehen. Farb- und Moiré-Störungen durch die Mosaik-Struktur des Bildschirmes sind bei dieser sogenannten Multi-Channel-Anordnung ebenfalls verringert. Durch die Schrägstellung des Rasters wird ein einseitiger Verlust der horizontalen Auflösung vermieden; horizontale und vertikale Auflösung verringern sich in gleichem Maß. Das Multi-Channel-Verfahren funktioniert ohne Headtracking und ist auch bei Flachbildschirmen einsetzbar. Die bekannten autostereoskopische Flachbildschirme arbeiten dabei mit einer mikromechanisch, entsprechend der Betrachterposition, nachgeführten Linsenrasterscheibe vor dem Bildschirm. Durch die Schrägstellung des Rasters erfolgt auch die Verschachtelung der Teilbilder in einem anderen Verfahren, bei dem zueinandergehörende rote, blaue und, grüne Subpixel nicht mehr nebeneinander, sondern schräg untereinander liegen. Dadurch kann eine gleichmäßige Verringerung der Auflösung in horizontaler und vertikaler Richtung erreicht werden. Bei einer alternativen Realisierung dieses Verfahrens wird zur Bildtrennung kein Linsenraster sondern ein schräg gestelltes Streifenraster verwendet [ EP 0 791 847 A1 (Linse) und WO 01/56302 A1 (Raster)].

Das Streifenraster eignet sich jedoch nicht für die Entwicklung eines stereoskopischen Adapters, da die Rasterplatte mit äußerster Präzision permanent vor dem LCD justiert werden muß. Durch das Raster entsteht zudem ein Lichtverlust von 7/8 der Gesamthelligkeit, was nur durch spezielle in der Leistung angepaßte Hintergrundbeleuchtung der LCD-Panels ausgeglichen werden kann. Ferner zeigt sich, dass als Linsenraster nur ein speziell berechnetes und hergestelltes Linsenraster eingesetzt werden kann, bei dem die Brennweite der Einzellinsen lang genug sein muss, um durch die obere Abdeckung des Displays auf die eigentliche bilderzeugende Schicht der Pixel des Flachbildschirmes fokussiert werden zu können. Dieses Linsenraster muss des weiteren bereits bei der Herstellung des Monitors eingebaut werden, dadurch eignet sich ein derartiger Monitor lediglich zur Darstellung von 3-D-Bildern, eine herkömmliche 2D-Darstellung ist dann mit diesem Bildschirm nicht mehr möglich.

Die Druckschrift US 5,500,765 A offenbart einen autostereoskopischen Adapter für einen Flachbildschirm, insbesondere einen LCD-, TFT- oder Plasmabildschirm, zur stereoskopischen Bilddarstellung durch adaptive Bildverkämmung auf dem Flachbildschirm, mit einer Linsenrasterscheibe, die zur pixelweisen Bildtrennung ein Linsenraster aufweist, wobei die Linsenrasterscheibe von der Bildschirmoberfläche lösbar/wegschwenkbar angeordnet ist und das Linsenraster der Linsenrasterscheibe nach innen in Richtung der Bildschirmoberfläche weist.

Auch jede der Druckschriften EP 0 860 728 A1 , DE 100 37 437 A1 und GB 2 308 005 A zeigt bereits einen solchen autostereoskopischer Adapter für einen Flachbildschirm bei welchem die Linsenrasterscheibe lösbar außen auf der Bildschirmoberfläche angeordnet ist.

Keine dieser Druckschriften enthält jedoch eine Anpassung der Bildschirmausgabe an die Linsenraster/Bildschirm-Konfiguration durch Ermitteln der relevanten physikalischen Parameter der Linsenraster/Bildschirm-Konfiguration.

Aufgrund der Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur 3D-Bildschirmdarstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur autostereoskopischen Darstellung für einen Flachbildschirm anzugeben, welche ohne eine mechanische Nachführung der Linsenraster und ohne Polarisationsbrille auskommt, wobei die Vorrichtung zur autostereoskopischen Darstellung ohne großen Aufwand in kürzester Zeit bei einem herkömmlichen Flachbildschirm zur dreidimensionalen Bildschirmdarstellung eingesetzt werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung der erfindungsgemäßen autostereoskopischen Vorrichtung sowie die Verwendung der Vorrichtung zur dreidimensionaler Darstellung bewegter Bilder anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem autostereoskopischen Adapter für eine Flachbildschirm, insbesondere für einen LCD-, TFT- oder Plasmabildschirm, zur stereoskopischen Bildschirmdarstellung durch adaptive Bildstreifenverkämmung auf dem Flachbildschirm, mit einer Linsenrasterscheibe, die zur pixelweisen Bildtrennung ein Linsenraster aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Linsenrasterscheibe lösbar außen auf der Bildschirmoberfläche angeordnet ist und das Linsenraster der Linsenrasterscheibe nach innen in Richtung der Bildschirmoberfläche weist.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem hinsichtlich der Kalibrierung des autostereoskopischen Adapters wird ferner durch ein Verfahren zur Kalibrierung erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst: Auf der Außenseite der Bildschirmoberfläche eines Flachbildschirms wird eine Abstandsscheibe und/oder eine Linsenrasterscheibe angebracht; ein geeignetes Testbild wird auf dem Flachbildschirm dargestellt; relevante Parameter der spezifischen Linsenraster/Bildschirm-Kombination werden eingestellt; und die relevanten Parameter der spezifischen Linsenraster/Bildschirm-Kombination werden als Kalibrierparameter abgespeichert.

Des weiteren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung durch eine Verwendung eines autostereoskopischen Adapters erfüllt, wobei die Verwendung gekennzeichnet ist durch eine stereoskopische Bildschirmdarstellung bewegter Bilder auf einem Flachbildschirm, welcher mit dem erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapter ausgestattet ist.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass auf eine einfach zu realisierende Weise ein herkömmlicher Flachbildschirm zur stereoskopischen Bildschirmdarstellung umgerüstet werden kann. Durch die lösbare Anordnung der Linsenrasterscheibe von außen auf der Bildschirmoberfläche ist es nicht mehr erforderlich, dass die Linsenrasterscheibe fest in dem Flachbildschirm fixiert bzw. eingebaut ist. Von daher ist es möglich, einen herkömmlichen Flachbildschirm erfindungsgemäß durch Anordnung der Linsenrasterscheibe als 3D-Flachbildschirm zur stereoskopischen Bildschirmdarstellung zu verwenden, wobei der Bildschirm wieder zur herkömmlichen zweidimensionalen Bilddarstellung durch das Entfernen der Linsenrasterscheibe eingesetzt werden kann. Dadurch, dass das Linsenraster der Linsenrasterscheibe nach innen in Richtung der Bildschirmoberfläche weist, ist es möglich, kommerzielle, für die Drucktechnik hergestellte Rasterplatten einzusetzen, was die Kosten zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung deutlich reduziert. Denkbar ist hierfür beispielsweise ein herkömmliches 40 lpi-Raster von MicroLens (U.S.A.) einzusetzen. Dadurch kann jeder Flachbildschirm in kürzester Zeit durch Vorschalten der Rasterplatte zum 3D-Schirm umgerüstet werden. Durch das nach innen gerichtete Linsenraster bleibt die Oberfläche des Bildschirms plan, was unter anderem die mechanische Empfindlichkeit (Kratzer) reduziert, die Empfindlichkeit gegen störendes Streulicht verringert und eine Entspiegelung der planen Oberfläche durch einen Antireflexbelag oder Mehrschichten-Vergütung erleichtert.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Möglichkeit zur Kalibrierung des vorstehend beschriebenen autostereoskopischen Adapters angegeben. Hierbei handelt es sich um ein einfach zu realisierendes und dabei sehr effektives Verfahren zur Einstellung bzw. Kalibrierung der Linsenrasterscheibe/Bildschirm-Konfiguration. Durch die einfache Kalibrierung, mit der jeder beliebige Flachbildschirm bezüglich des autostereoskopischen Adapters justiert werden kann, ist es denkbar, den erfindungsgemäßen Adapter nicht nur in der Entwurfs-Konstruktion sondern flächendeckend, beispielsweise bei jedem verkauften LCD-Flachbildschirm, einzusetzen.

Die erfindungsgemäße Verwendung gibt eine Möglichkeit an, mit der auch Animationen oder Video- bzw. Filmsequenzen dreidimensional dargestellt werden können, wobei die Umsetzung hierfür besonders einfach und kostengünstig zu realisieren ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind bezüglich des Adapters in den Unteransprüchen 2 bis 8 und bezüglich des Verfahrens in dem Unteranspruch 10 angegeben.

So ist es in einer möglichen Realisierung des erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapters vorgesehen, dass die Linsenrasterscheibe unmittelbar auf der Bildschirmoberfläche angeordnet ist. Dieses hat den Vorteil, dass die Herstellung sowie die Handhabung des Adapters, welcher in dieser Ausführungsform als Einzelkomponente vorliegt, äußerst einfach ist.

Zur Erzielung einer hohen räumlichen Auflösung und Bildschärfe ist die exakte Fokussierung des Linsenrasters auf die Subpixel-Ebene des verwendeten Bildschirms notwendig. Dies ist in bevorzugter Weise durch die Verwendung einer transparenten Abstands-Scheibe vorgesehen, die zwischen der Linsenrasterscheibe und der Bildschirmoberfläche angeordnet wird. Eine derartige Abstandscheibe steht bereits kommerziell zur Verfügung, was die Umsetzung der erfindungsgemäßen Weiterbildung vereinfacht. Anstelle einer Abstandsscheibe wäre auch denkbar, zwischen der Linsenrasterscheibe und der Bildschirmoberfläche ein Luftspalt auszubilden, um derart eine Optimierung des Auflösungsvermögens zu erzielen. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Ausführungsformen denkbar. Die Abstandsscheibe kann dabei, ähnlich wie die Linsenrasterscheibe, lösbar an der Bildschirmoberfläche befestigt sein. Denkbar wäre jedoch auch, die Abstandsscheibe fest im Bildschirm zu integrieren, beispielsweise durch Verkleben der Abstandsscheibe auf der Bildschirmoberflä che. Durch die feste Integration der Abstandsscheibe würde auch der 2D-Betrachtungsmodus des Flachbildschirmes nicht beeinflusst werden.

Besonders bevorzugt weist die Abstandsscheibe eine festgelegte Dicke von etwa 1 mm auf, wodurch zum einen in vorteilhafter Weise das Gewicht des gesamten autostereoskopischen Adapters äußerst gering gehalten wird und zum anderen eine möglichst optimale Bildqualität erzielbar ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Adapters ist vorgesehen, die Abstandsscheibe und die Linsenrasterscheibe sandwichartig als eine von der Bildschirmoberfläche lösbare Einheit auszubilden. Hierdurch ist eine kompakte Bauweise des autostereoskopischen Adapters gegeben, was die Handhabung dieses im täglichen Gebrauch wesentlich vereinfacht.

Als Material für die Linsenrasterscheibe bzw. für die Abstandsscheibe wird ein lichtdurchlässiges und insbesondere mechanisch flexibles Material, wie etwa Cellon oder ein ähnlicher Kunststoff, verwendet. Dadurch ist der erfindungsgemäße Adapter zum einen besonders pflegeleicht und witterungsbeständig und zum anderen kann effektiv verhindert werdern, dass durch die Montage des Adapters auf der Bildschirmoberfläche diese zerkratzt oder andersartig beschädigt wird. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Materialien denkbar.

Zur besonders einfachen Handhabung bei der Montage des erfindungsgemäßen Adapters an der Bildschirmoberfläche ist eine Befestigungsvorrichtung bei einer Ausführungsform vorgesehen. Diese Befestigungsvorrichtung kann eine Klemmvorrichtung sein, in der der Adapter zur sicheren und nachvollziehbaren Montage eingeklemmt werden. Eine derartige Klemmvorrichtung ermöglicht es des weiteren, dass der Adapter mit wenigen Handgriffen von der Bildschirmoberfläche entfernt werden kann, was bei der Umschaltung des 3D-Modus auf den 2D-Modus der Betriebsweise des Monitors erforderlich ist. Selbstverständlich sind aber auch andere Befestigungsvorrichtungen denkbar, um einen Flachbildmonitor mit dem erfindungsgemäßen Adapter nachzurüsten. Der Vollständigkeit halber seien hierbei Spanngummis bzw. Gurte oder Clipeinrichtungen genannt. Dabei kann die Unterkante des Bildschirm- Ausschnitts als Anlagekante für die präzise Winkelstellung des Linsenrasters dienen, wobei Toleranzen über eine Software ausgeglichen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die im 3D-Betrachungsmodus dargestellten Bilder durch eine Transformation der zugehörigen 3D-Koordinaten in den Bildraum des Flachbildschirms umgewandelt werden. Dieses ist im Prinzip bereits aus dem Stand der Technik bekannt, so dass zur Realisierung des erfindungsgemäßen Adapters auf kommerziell erwerbliche Komponenten, wie etwa ein 3D-Renderer, der Bilder als in Streifen zerlegte Teilbilder umwandelt, zurückgegriffen werden kann. Dies führt in besonders vorteilhafter Weise zu einer Kostenreduktion bei der Umsetzung der Erfindung.

Für das Verfahren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kalibrierung der Bildschirm-Linsenrasterscheibe-Konfiguration automatisch mittels einer elektronischen Sensoreinrichtung, insbesondere einer elektrooptischen Sensoreinrichtung erfolgt. So ist denkbar, diesen Sensor in Zukunft in den Monitor zu integrieren. Der Sensor hat die Aufgabe, mittels geeigneter Testbilder eine Kalibrierung der Bildschirm/Raster-Kombination automatisch vorzunehmen. Relevante Parameter sind dabei Winkelstellung der elektronischen Bildstreifenverkämmung zum Ausgleich fertigungstechnischer Toleranzen der Rasterplatte sowie die Anzahl der Teilbilder, die unter den Einzellinsen abgebildet werden können. Letzteres ist abhängig vom Abstand der LCD-Subpixel, dem sogenannten „dot pitch", der bei jedem Bildschirm und -hersteller unterschiedlich sein kann. Je höher die Bildschirmauflösung, desto geringer muß bei gleicher Fläche der dot pitch sein. Ferner ist denkbar, dass eine automatische Einstellung der relevanten Parameter durch Abfragen der automatischen Erkennung des Flachbildschirms, beispielsweise in einer Windows-Datenbank, durchführt wird. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Verfahren denkbar.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 das Prinzip der autostereoskopischen Bilddarstellung für ein zweikanaliges System nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer Oberfläche eines 3-D-Flachbildschirmes aus dem Stand der Technik; und
3 eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapters zur 3-D-Darstellung auf einem Standard-Flachbildschirm.
1 zeigt das Prinzip der autostereoskopischen Bilddarstellung für ein zweikanaliges System nach dem Stand der Technik, bei welchem die adaptive Rechts/Links-Bildstreifenverkämmung auf einem TFT-Flachbildschirm 1 zum Einsatz kommt. Da die Beschreibung der 1 bereits bei der obigen Diskussion der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur 3D-Bildschirmdarstellung erfolgte, wird im folgenden hierauf nicht mehr näher eingegangen.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines 3-D-Flachbildschirmes 1 aus dem Stand der Technik. Das System weist eine Linsenrasterscheibe 2 auf, auf welcher ein spezielles Linsenraster 4 aufgeprägt ist. Die einzelnen Linsen des Linsenrasters 4 dienen dazu, den Strahlengang von der Subpixel-Ebene 5 des Flachbildschirmes 1 auf die Augen des Betrachters auszurichten. Das Problem hierbei ist, dass die Brennweite der einzelnen Linsen des Linsenrasters 4 lang genug ist, um durch die obere Abdeckung bzw. Oberfläche 3 des Flachbildschirmes 1 auf die eigentliche bilderzeugende Schicht 5 der Pixel im Flüssigkristall fokussiert werden zu können. Von daher muss bei dem herkömmlichen System das Linsenraster 4 bzw. die Linsenrasterscheibe 2 speziell berechnet und gefertigt werden, was relativ kostenaufwendig ist. Die Linsenrasterscheibe 2 wird bei dem aus dem Stand der Technik bekannten System in dem Flachbildschirm 1 fest integriert, da die Linsenrasterscheibe 2 die Oberflächenscheibe 3 des Flachbildschirmes 1 ersetzt. Diese Integration der Linsenrasterscheibe 2 in dem Flachbildschirm 1 ist ein relativ aufwendiges Verfahren, was die Herstellungskosten eines derartigen 3-D-Flachbildmonitors deutlich erhöht. Des weiteren kann der derart ausgerüstete Monitor nur zur stereoskopischen Darstellung von Bildern eingesetzt werden, da die Linsenrasterscheibe 2 fest in dem System integriert ist. Der Einsatz des 3-D-Flachbildmonitors für eine (normale) 2-D-Darstellung ist somit nicht möglich.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapters zur 3-D-Darstellung auf einem Standard-Flachbildschirm 1. Bei dieser Darstellung ist der erfindungsgemäße autostereoskopische Adapter 2, 3, 4 auf einem Flachbildschirm 1 zur stereoskopischen Bildschirmdarstellung montiert. Wie bereits bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen zur dreidimensionalen Bilddarstellung erfolgt hierbei die stereoskopische Bildschirmdarstellung durch adaptiven Bildstreifenverkämmung auf dem Flachbildschirm 1, wobei dieses mittels bekannter Verfahren erzeugt wird. Hierzu dient üblicherweise ein 3-D-Renderer (nicht explizit dargestellt), der im 3-D-Betrachtungsmodus die auf dem Flachbildschirm 1 dargestellten Bilder durch Transformation der dazugehörigen 3-D-Koordinaten in den Bildraum des Flachbildschirmes 1 als in Streifen zerlegte Teilbilder umwandelt. Da der 3-D-Renderer oder eine ähnliche Vorrichtung nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung hier nicht näher eingegangen.
Bei dem erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapter ist eine Linsenrasterscheibe 2 außen auf der Bildschirmoberfläche 3 des Flachbildschirmes 1 angeordnet und das Linsenraster 4 der Linsenrasterscheibe 2 zeigt nach innen in Richtung der Bildschirmoberfläche. In einer speziellen Ausführungsform kann als Linsenrasterscheibe 2, welche in dem erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapter eingesetzt wird, beispielsweise ein herkömmliches 40 lpi-Raster von MicroLens (USA) gewählt werden, welches um 180 Grad zum Bildschirm 1 hin gedreht ist. Die einzelnen Linsen des Linsenrasters 4 der Linsenrasterscheibe 2 fokussieren dabei den vom Betrachter kommenden Strahlegang A auf die eigentliche bilderzeugende Schicht 5 der Pixel im Flüssigkristall des Flachbildschirmes 1. Da die Schärfe-Ebene des für die Drucktechnik berechneten Linsenrasters 4 genau auf der Rückseite der Rasterplatte 2 liegt, die Brennweite der Einzellinsen also für die Abbildung durch die Oberflächenabdeckung eines Flachbildschirms 1 hindurch zu kurz wäre, kommt die um 180 Grad gedrehte Anordnung zum Einsatz. In dem erfindungsgemäßen autostereoskopi schen Adapter ist eine Abstandsplatte 6 vorgesehen, welche als Abstandshalter zum Fokussieren der Linsen dient. Diese Abstandsplatte 6 ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine etwa 1 mm dicke durchsichtige Cellonscheibe. Auf die Weise kann man mit einem bereits vorhandenen und billig herzustellenden Raster in Kombination mit einem aus dem Stand der Technik bekannten 3-D-Renderer jeden beliebigen Flachbildschirm 1 in kürzester Zeit durch Vorschalten der Linsenrasterscheibe 2 zu einem 3-D-Flachbildmonitor umbauen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann auch auf die Abstandsscheibe 6 zwischen der Linsenrasterscheibe 2 und der Bildschirmoberfläche 3 verzichtet werden. In diesem Fall wird der zum Fokussieren der einzelnen Linsen der Linsenrasterscheibe 2 benötigte Abstand zu der Oberflächenscheibe 3 des Flachbildschirmes 1 mittels eines Luftspaltes erzielt, welcher beispielsweise durch den Einsatz von geeigneten Abstandsmitteln (nicht explizit dargestellt), wie etwa Unterlegeinrichtungen, erreicht werden.
Wie in 3 gezeigt, ist die Linsenrasterscheibe 2 mit der Abstandsscheibe 6 in dieser bevorzugten Ausführungsform sandwichartig als eine Einheit ausgebildet. Dieses hat den Vorteil, dass der erfindungsgemäße autostereoskopische Adapter besonders kompakt ausgeführt ist, was eine Montage an dem Flachbildschirm 1 wesentlich vereinfacht. Die Montage an dem Bildschirm 1 kann durch eine Befestigungsvorrichtung (nicht explizit dargestellt) erzielt werden. Diese ist beispielsweise eine Klemmvorrichtung zum sicheren Montieren und zum einfachen Lösen des autostereoskopischen Adapters an bzw. von der Bildschirmoberfläche 5. Hierbei sind selbstverständlich jedoch auch andere Ausführungsformen denkbar, wie etwa ein Gummigurt, welcher um den Flachbildschirm 1 herum gebunden wird.
Nachdem der erfindungsgemäße autostereoskopische Adapter an dem Flachbildschirm 1 montiert worden ist, ist eine Kalibrierung der Bildschirm/Adapter Konfiguration erforderlich. Diese kann beispielsweise durch das Anzeigen geeigneter Testbilder und visueller Einstellung der relevanten Parameter der spezifischen Linsenraster/Bildschirm-Kombination erfolgen. Diese relevanten Parameter der spezifischen Linsenraster/Bildschirm-Kombination werden dann als Kalibrierparameter abgespei chert. Selbstverständlich ist hierbei auch eine automatische Kalibrierung der Bildschirm/Adapter Konfiguration denkbar. Derartige Kalibrierverfahren sind dem Grunde nach aus dem Stand der Technik bekannt, wobei ein optisches Sensorelement zur Aufnahme der notwendigen Parameter der spezifischen Linsenraster/Bildschirm-Kombination dienen kann.
Mit dem erfindungsgemäßen autostereoskopischen Adapter ist nicht nur die Darstellung von einzelnen dreidimensionalen Bildern sondern auch das stereoskopische Darstellen bewegter Bilder, wie etwa einer Filmsequenz, möglich, wodurch der autostereoskopischen Adapter insbesondere bei Multimedia-Anwendungen oder bei Computer-Spielen eingesetzt werden kann.

1: Flachbildschirm
2: Linsenrasterscheibe
3: Oberflächenscheibe des Bildschirmes
4: Linsenraster
5: Bilderzeugende Schicht des Bildschirmes
6: Abstandsscheibe
A: Strahlengang zum Betrachter

Claims

Autostereoskopischer Adapter für einen Flachbildschirm (1), insbesondere für einen LCD-, TFT – oder Plasmabildschirm, zur stereoskopischen Bildschirmdarstellung durch adaptive Bildstreifenverkämmung auf dem Flachbildschirm (1), – mit einer Linsenrasterscheibe (2), die zur pixelweisen Bildtrennung ein Linsenraster (4) aufweist, wobei die Linsenrasterscheibe (2) lösbar außen auf der Bildschirmoberfläche (5) angeordnet ist und das Linsenraster (4) der Linsenrasterscheibe (2) nach innen in Richtung der Bildschirmoberfläche (5) weist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine elektronische Sensoreinrichtung, insbesondere eine elektrooptische Sensoreinrichtung, zur automatischen Kalibrierung der Bildschirm/Linsenrasterscheiben-Konfiguration vorhanden ist, – und dass Mittel vorhanden sind die mit Hilfe der elektronischen Sensorvorrichtung, entweder aus einem dargestellten Testbild oder durch Erkennen des Flachbildschirmes, relevanten physikalischen Parameter der Linsenraster/Bildschirm-Kombination ableiten und einem 3D-Render übergeben, damit dieser die Bildstreifenerzeugung an die Bildschirm-/Linsenraster-Konfiguration anpasst.
Adapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenrasterscheibe (2) unmittelbar auf der Bildschirmoberfläche (5) angeordnet ist.
Adapter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine transparente Abstandsscheibe (6), die zwischen der Linsenrasterscheibe (2) und der Bildschirmoberfläche (5) angeordnet ist.
Adapter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsscheibe (6) eine festgelegte Dicke von etwa 1 mm aufweist.
Adapter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsscheibe (6) und die Linsenrasterscheibe (2) sandwichartig als eine von der Bildschirmoberfläche (5) lösbare Einheit ausgebildet sind.
Adapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenrasterscheibe (2) und/oder Abstandsscheibe (6) aus einem mechanisch flexiblen Material, insbesondere aus Cellon oder ähnlichem Kunststoff, gefertigt ist.
Adapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Befestigungsvorrichtung, insbesondere eine Klemmvorrichtung, zum sicheren Montieren und zum einfachen Lösen der Abstandsscheibe (6) und/oder der Linsenrasterscheibe (2) an bzw. von der Bildschirmoberfläche (5).
Adapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im 3D-Betrachtungsmodus die auf dem Flachbildschirm (1) dargestellten Bilder durch Transformation der zugehörigen 3D-Koordinaten in den Bildraum des Flachbildschirmes (1) in einem 3D-Renderer als in Streifen zerlegte Teilbilder vorliegen.
Verfahren zur Kalibrierung eines autostereoskopischen Adapters nach einem der PA'e 1 bis 8, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Anbringen einer Linsenrasterscheibe (2) oder einer Linsenrasterscheibe (2) zusammen mit einer Abstandsscheibe (6), auf der Außenseite der Bildschirmoberfläche (5) eines Flachbildschirmes (1); b) Darstellen eines geeigneten Testbildes auf dem Flachbildschirm (1); c) Einstellen der physikalischen Parameter der Linsenraster/-Bildschirm-Kombination durch entweder eine visuelle Einstellung oder durch eine automatische Einstellung die einen elektronischen Sensor benutzt, aus dem dargestellten Testbild; d) Abspeichern der ermittelten relevanten Parameter der spezifischen Linsenraster/Bildschirm-Kombination als Kalibrierungsparameter zur Anpassung der Bildstreifenerzeugung in einem 3D-Render.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen der relevanten Parameter der spezifischen Linsenraster/Bildschirm-Kombination in Verfahrensschritt c) automatisch mittels einer elektronischen Sensoreinrichtung erfolgt.
Verwendung eines autostereoskopischen Adapters, gekennzeichnet durch eine stereoskopische Bildschirmdarstellung bewegter Bilder auf einem Flachbildschirm (1), welcher mit einem autostereoskopischen Adapter gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 ausgestattet ist.