DE69424741T2

DE69424741T2 - Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige

Info

Publication number: DE69424741T2
Application number: DE69424741T
Authority: DE
Inventors: Koji Akiyama; Hisahito Ogawa; Akifumi Ogiwara; Yukio Tanaka; Hiroshi Tsutsui
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2014-10-27
Also published as: EP0650301B1; EP0650301A3; US6057878A; DE69424741D1; EP0650301A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige zum Aufnehmen zweidimensionaler Bilder eines dreidimensionalen Objekts und zum Anzeigen eines dreidimensionalen Bilds des Objekts.
Eine herkömmliche Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige zum Wiedergeben eines Stereoskopbilds verwendet eine Brille, die zwei unterschiedlich gefärbte Filter oder zwei Polarisationsschirme hat, die so vorgesehen sind, daß ihre Polarisationsrichtungen rechtwinklig sind (JP-A-63- 46093). Bei dieser herkömmlichen Anzeigevorrichtung werden zwei unterschiedliche Bilder vom rechten und linken Auge eines Betrachters wahrgenommen, indem die Differenz zwischen den optischen Merkmalen des rechten und linken Brillenokulars genutzt wird. Der Betrachter stellt die Dreidimensionalität der Bilder durch eine als Binokularparallaxe bezeichnete physiologische Funktion des menschlichen Gehirns her. Beschwerlich ist aber, daß der Betrachter die Brille braucht.
In letzter Zeit wurden andere Vorrichtungen zur dreidimensionalen Bildanzeige ohne Brilleneinsatz vorgeschlagen. Bei einer Anzeigevorrichtung unter Verwendung einer Lentikularlinsenbahn bzw. -folie nimmt der Betrachter zwei unterschiedliche Bilder mit dem rechten und linken Auge wahr, da die Binokularfokusse wegen der Binokularspanne in horizontaler Richtung unterschiedlich sind (JP-A-3-194588). Bilder eines dreidimensionalen Objekts werden durch mehrere Bildaufnahmegeräten aus mehreren Richtungen gleichzeitig aufgenommen. Daten der Bilder werden in einem Speicher gespeichert, und die Bilder werden zur dreidimensionalen Anzeige zu einem Bild neu zusammengesetzt. Allerdings kommen mehr als zwei Bildaufnahmegeräte zum Einsatz, so daß ein großer Speicherbereich zum Speichern der Bilddaten von jedem Bildaufnahmegerät notwendig ist. Außerdem ist eine exklusive Bildsignalverarbeitungsschaltung nötig, um das dreidimensionale Bild aus den mehreren Bildern zusammenzusetzen, die von den Bildaufnahmegeräten aufgenommen werden. Somit ist problematisch, daß das System der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige mit Lentikularlinse kompliziert ist.
In der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige mit Lentikularlinse braucht keine Brille verwendet zu werden, um das dreidimensionale Bild zu betrachten. Allerdings ist ein Sichtwinkel, in dem das Stereoskopbild betrachtet werden kann, durch die Teilung der Lentikularlinse begrenzt. Theoretisch läßt sich der Sichtwinkel erweitern, indem man die Teilung der Lentikularlinse reduziert. Tatsächlich ist aber die Positionierung der Lentikularlinsenfolie an der Bildanzeigeoberfläche schwierig, und die Auflösung des Bildanzeigeteils ist eingeschränkt. Daher beträgt der Sichtwinkel, den man allgemein erhalten kann, nur etwa fünf Grad. Bei der Bildbetrachtung durch die Lentikularlinse gibt es einen Bereich, in dem die vom rechten und linken Auge zu betrachtenden Bilder untereinander ausgetauscht sind. Befindet sich der Betrachter in diesem Bereich, betrachtet er Konvexitäten und Konkavitäten des Objekts auf unnatürliche Weise umgekehrt.
Andererseits gibt es eine holographische Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige, bei der ein Interferenzstreifen von reflektiertem Licht von einem Objekt und Referenzlaserlicht aufgezeichnet werden und eine dreidimensionale Wellenoberfläche durch die Beügung des Interferenzstreifens wiedergegeben wird (JP-A-60-11871). Bei dieser Anzeigevorrichtung läßt sich ein dreidimensionales Bild wiedergeben, das im wesentlichen dem Originalobjekt gleicht. Ein Beispiel für ein holographisches Stereogramm zeigen Fig. 19(a) bis 19(d). Mehrere Normalbilder werden an Photographiepunkten so aufgenommen, daß jeder Punkt von benachbarten Punkten etwas abweicht. Ein Hologramm wird aus einer Anordnung der Bilder zusammengesetzt. Gemäß Fig. 19(a) werden die ursprünglichen ebenen Bilder eines dreidimensionalen Objekts 191, das dreidimensional anzuzeigen ist, von einer Kamera 192 an Photographiepunkten aufgenommen, die in einem vorbestimmten schmalen Abstand auf einer vorbestimmten Photographielinie ausgerichtet sind.
Als nächstes werden die Originalbilder 197 nacheinander auf einen Diffusions-Transmissions- bzw. Streu-Durchlaß- Schirm 195 projiziert. Ein vertikaler schmaler Schlitz 194 ist vor einer Hologrammbahn bzw. -folie 193 angeordnet, die nacheinander bewegt werden kann. Ein Teil der zum Schlitz 194 weisenden Hologrammfolie 193 wird durch das Licht beleuchtet, das den Schirm 195 durchläuft und jeweils den Originalbildern 197 entspricht. Somit werden alle Originalbilder auf der Hologrammfolie 193 aufgezeichnet. Beim Betrachten der Holograxomfolie 193 durch Binokularsehen eines Betrachters sind bei Annäherung des Gesichts des Betrachters an die Hologrammfolie 193 gemäß Fig. 19(c) die jeweils vom rechten und linken Auge wahrgenommenen Bilder auf dem Schirm 195 angezeigte ebene Bilder, wobei die Bilder aber eine Binokularparallaxe haben. Daher sehen die Bilder für den Betrachter wie ein vor und hinter dem Schirm 195 erweitertes Stereoskopbild aus. Betrachtet dagegen der Betrachter das Wiedergabebild an einer von der Hologrammfolie 193 entfernten Position gemäß Fig. 19(d), ist das vom rechten und linken Auge wahrgenommene Bild kein Bild, das durch ein Element der Hologrammfolie 193 wiedergegeben ist, sondern eine Zusammensetzung von Teilen mehrerer Bilder, die durch mehrere Elemente der Hologrammfolie 193 wiedergegeben werden. Über einen zu betrachtenden Teil des Wiedergabebilds von jedem Element der Hologrammfolie entscheiden die Augenpositionen des Betrachters. Ein dem Objekt im wesentlichen gleichendes Bild läßt sich auf der Hologrammfolie betrachten, wenn das Objekt an der Position angeordnet ist.
In dieser Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige mittels Hologramm sind eine kohärente Lichtquelle, z. B. ein Laser, und eine zu entwickelnde photographische Platte notwendig, so daß es schwierig oder unmöglich ist, das Bild in Echtzeit aufzuzeichnen und wiederzugeben. Außerdem ist es schwierig, ein Objekt mit geringem Reflexionsvermögen aufzuzeichnen, so daß das aufzuzeichnende Objekt Einschränkungen unterliegt.
Die EP-A-0590832 und US-A-5223925 offenbaren eine Stereoskopvorrichtung zum Behandeln einer Phasenverteilung für jedes Pixel, d. h., mehrere Bilddaten werden gleichzeitig in einem Speicher gespeichert, und die Bilddaten werden Pixel für Pixel aufgelöst und als ein Vollbild auf dem Schirm des Anzeigegeräts, dessen Anzahl von Pixeln erhöht ist, durch horizontales oder vertikales Abtasten wieder zusammengesetzt.
Die US-A-4853769 offenbart ein einzelnes Bildaufnahmegerät. Eine Bildablenkeinrichtung führt eine Abtastung vor dem Bildaufnahmegerät durch. Die Bilder eines Objekts werden durch das Bildaufnahmegerät so aufgenommen, daß die Positionen des Bildaufnahmegeräts und des Objekts fest sind.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige bereit, die nicht durch das aufzuzeichnende Objekt und die Lichtquelle zur Beleuchtung des Objekts eingeschränkt ist und kein kompliziertes Signalverarbeitungsgerät benötigt. Ferner kann das durch die Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung wiedergegebene dreidimensionale Bild auf natürliche Weise in einem breiten Sichtwinkel ohne Brilleneinsatz betrachtet werden.
Insbesondere stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige gemäß der Festlegung im unabhängigen Anspruch 1 bereit.
Mit einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige gemäß den Ansprüchen werden mehrere zweidimensionale unterschiedliche Bilder nacheinander an unterschiedlichen Positionen in einem vorbestimmten Zeitintervall wiedergegeben. Durch den Nachbildeffekt im menschlichen Gehirn sieht ein Betrachter mindestens zwei unterschiedliche Bilder mit dem rechten und linken Auge. Durch die Binokularparallaxe erzielt der Betrachter ein dreidimensionales Bild.
In der so konfigurierten Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige weist die Bildaufnahmeeinrichtung mehrere Bildaufnahmegeräte auf, die horizontal und/oder vertikal angeordnet sind. Alternativ weist in der so konfigurierten Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige die Bildaufnahmeeinrichtung mehrere Spiegel und ein Bildaufnahmegerät auf, wobei die Spiegel horizontal und/oder vertikal so angeordnet sind, daß Lichtstrahlen vom Objekt, die von den Spiegeln reflektiert werden, das Bildaufnahmegerät erreichen.
Die Durchlaßcharakteristik des Streu-Durchlaß-Schirms ist größer als die Streucharakteristik. Durch eine solche Konfiguration kann das dreidimensionale Bild auf natürliche Weise hinter dem Streu-Durchlaß-Schirm betrachtet werden, da die sichtbaren Bereiche bzw. Flächen der zweidimensionalen Bilder jeweils in vorbestimmten Richtungen abgelenkt werden, die jenen Richtungen entsprechen, in denen die Bilder von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden.
Bevorzugt ist, daß ein Verschluß vor jedem der Spiegel angeordnet ist und der Verschluß zum Öffnen und Schließen der Spiegeloberfläche im vorbestimmten Zeitintervall angesteuert wird. Die vorbestimmten Ablenkrichtung der Bildablenkeinrichtung ist eine Richtung des zum Objekt weisenden Spiegels. Der Verschluß ist ein mechanischer Verschluß oder ein durchlässigkeitsändernder Verschluß. Der durchlässigkeitsändernde Verschluß ist ein Flüssigkristallverschluß unter Verwendung von verdrehungsnematischem Flüssigkristall, ferroelektrischem Flüssigkristall, antiferroelektrischem Flüssigkristall, Flüssigkristall mit dynamischem Streumodus usw. Durch solche Konfigurationen lassen sich mehrere zweidimensionale Bilder nacheinander im vorbestimmten Zeitintervall problemlos aufnehmen.
Ferner ist bevorzugt, daß die Bildwiedergabeeinrichtung eine ist, die aus einem Kathodenstrahlröhrenanzeigegerät, einem Elektrolumineszenzanzeigegerät und einem Flüssigkristallanzeigegerät unter Verwendung von verdrehungsnematischem Flüssigkristall, ferroelektrischem Flüssigkristall, antiferroelektrischem Flüssigkristall, Flüssigkristall mit dynamischem Streumodus usw. ausgewählt ist.
Außerdem ist bevorzugt, daß die Bildablenkeinrichtung ein Drehspiegel ist. Alternativ ist bevorzugt, daß die Bildablenkeinrichtung eine Drehspiegelanordnung ist. Als weitere Alternative ist bevorzugt, daß die Bildablenkeinrichtung ein Gerät ist, das Bilder in mehreren Richtungen durch Ändern einer Brechzahl eines lichtdurchlässigen Mediums ablenkt. Fer ner ist bevorzugt, daß das Gerät ein akustooptisches Element oder ein optisches Flüssigkristallelement ist.
Zudem ist bevorzugt, daß die Ablenkwinkel von N Ausgabebildern so ausgewählt sind, daß die sichtbaren Bereiche bzw. Flächen in (2 N-1) Flächen als Reaktion auf die mehreren Überlappungen der N sichtbaren Flächen aufgeteilt sind, wenn die Anzahl abgelenkter Ausgabebilder N beträgt. Ferner ist bevorzugt, daß die Fläche, in der sich N sichtbare Flächen überlappen, in den aufgeteilten Flächen enthalten ist. Außerdem ist bevorzugt, daß die aufgeteilten Flächen jeweils im wesentlichen die gleiche Flächengröße haben.
Weiterhin ist in der so konfigurierten Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige bevorzugt, daß eine Intensitätsmodulationseinrichtung zum Modulieren der Intensität des durch die Bildwiedergabeeinrichtung wiedergegebenen Bilds zwischen der Bildwiedergabeeinrichtung und der Bildablenkeinrichtung vorgesehen ist. Ferner ist bevorzugt, daß die Intensitätsmodulationseinrichtung ein räumlicher bzw. Raumlichtmodulator mit einer Schreibseite für Lichtinformationen und einer Leseseite für Lichtinformationen in getrennter Form ist und der Raumlichtmodulator die Intensität des geschriebenen Bilds moduliert und zur Leseseite für Lichtinformationen überträgt. Durch eine solche Konfiguration lassen sich sowohl hohe Genauigkeit als auch hohe Luminanz gemeinsam erreichen, was als schwierig galt.
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer Konfiguration einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf ein Bildanzeigeteil der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht der Modelle sichtbarer Flächen, in denen die abgelenkten Bilder hinter dem Schirm in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung betrachtet werden können;
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige verwendeten Bildablenkgeräts, das Bilder durch ein mechanisches System ablenkt;
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige verwendeten Bildablenkgeräts, das Bilder durch ein mechanisches System ablenkt;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform des Bildablenkgeräts der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung, das Bilder in mehreren Richtungen durch Ändern einer Brechzahl eines lichtdurchlässigen Mediums ablenkt;
Fig. 7 ist eine Perspektivansicht einer Konfiguration einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung;
Fig. 8 ist eine Perspektivansicht einer Konfiguration einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer Konfiguration einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung;
Fig. 10 ist eine Perspektivansicht einer Konfiguration einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung;
Fig. 11 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Konfiguration der fünften Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung;
Fig. 12(a) ist eine Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform des in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung verwendeten Bildablenkgeräts;
Fig. 12(b) und 12(c) zeigen jeweils die Beziehungen zwischen Spannungen, die am Bildablenkgerät angelegt werden, und Zeitintervallen;
Fig. 13 ist eine Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform des in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung verwendeten Bildablenkgeräts;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform des in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung verwendeten Bildablenkgeräts;
Fig. 15 ist eine Draufsicht auf eine Konfiguration einer siebenten Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung;
Fig. 16(a) ist eine Draufsicht auf eine Konfiguration eines optischen Systems, das zur Prüfung eines Effekts des stereoskopischen Sehens in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung verwendet wird;
Fig. 16(b) zeigt Signale, die am optischen System von Fig. 16(a) anzulegen sind;
Fig. 17 ist ein Beispiel für ein Zufallspunktmuster, das in einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung verwendet wird;
Fig. 18 ist eine Schnittansicht einer Konfiguration eines Raumlichtmodulators, der in einer Ausführungsform der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung verwendet wird; und
Fig. 19(a) bis 19(d) sind Perspektivansichten zur Erläuterung des holographischen Stereogramms, das in der herkömmlichen Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige verwendet wird.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Anhand von Fig. 1 und 2 wird eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung beschrieben. Fig. 1 zeigt Positionen eines aufzuzeichnenden und anzuzeigenden Objekts 1 sowie mehrerer Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Konfiguration eines Teils zur dreidimensionalen Bildanzeige in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 sind vier Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d, z. B. Videokameras, auf einer waagerechten Linie angeordnet. Jedes der Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d nimmt nacheinander zweidimensionale Bilder des Objekts 1 in einem vorbestimmten Zeitintervall zeitgestaffelt auf und gibt die Bilddaten zu einem Speicher 3 aus. Der Speicher 3 speichert zeitweilig die Bilddaten von jedem der Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d und gibt die Daten nacheinander zum Teil 4 zur dreidimensionalen Bild anzeige aus. Das Teil 4 zur dreidimensionalen Bildanzeige gibt die Bilder in einer vorbestimmten Zeiteinstellung nacheinander wieder, in deren Verlauf der Nachbildeffekt des menschlichen Gehirns anhält (unter 1/30 Sekunde).
Anhand von Fig. 2 wird eine Konfiguration des Teils 4 zur dreidimensionalen Bildanzeige beschrieben. Gemäß Fig. 2 verfügt das Teil 4 zur dreidimensionalen Bildanzeige über ein Bildwiedergabegerät 41, ein Bildablenkgerät 42 und einen Diffusions-Transmissions- bzw. Streu-Durchlaß-Schirm 43. Ein Betrachter 44 sieht das Bild auf dem Bildwiedergabegerät 41 durch das Bildablenkgerät 42 und den Streu-Durchlaß-Schirm 43. Das Bildwiedergabegerät 41 ist zum Beispiel ein herkömmliches Anzeigegerät mit Kathodenstrahlröhre, ein Plasmaanzeigegerät oder ein Flüssigkristallanzeigegerät, das das Bild zweidimensional wiedergibt. Das Bildablenkgerät 42 hat eine Funktion zum Ablenken des auf dem Bildwiedergabegerät 41 wiedergegebenen Bilds in optionaler Richtung.
Werden die zweidimensionalen Bilder des Objekts 1 anschließend nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall zeitgestaffelt von den Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d in den unterschiedlichen Richtungen gemäß Fig. 1 aufgenommen und die Bilder nacheinander auf dem Bildwiedergabegerät 41 synchron zur Zeiteinstellung der Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d ohne Ablenkung der Bilder durch das Bildablenkgerät 42 wiedergegeben oder angezeigt, sieht der Betrachter 44 nacheinander die Bilder mit beiden Augen. Somit nimmt er nur zweidimensionale Bilder des rotierenden Objekts 1 durch den Nachbildeffekt im menschlichen Gehirn wahr, kann aber kein dreidimensionales Bild wahrnehmen.
Andererseits wird jedes Bild auf dem Bildwiedergabegerät 41 durch das Bildablenkgerät 42 in der Aufnahmerichtung des Bilds abgelenkt, wenn das Bild auf dem Bildwiedergabegerät 41 wiedergegeben wird. Zum Beispiels wird das Bild, das vom Bildaufnahmegerät 2a in Fig. 1 aufgenommen wird, in Richtung eines ersten Ausgabebilds 45a in Fig. 2 abgelenkt. Ähnlich werden die von den Bildaufnahmegeräten 2b bis 2d aufgenommenen Bilder in Richtungen eines zweiten, dritten bzw. vierten Ausgabebilds 45b, 45c bzw. 45d abgelenkt. Der im wesentlichen in der Mitte vor dem Schirm 43 stehende Betrachter 44 sieht das dritte Ausgabebild 45c mit dem rechten Auge und das zweite Ausgabebild 45b mit dem linken Auge. Durch den Nachbildeffekt werden diese Ausgabebilder gleichzeitig wahrgenommen. Somit nimmt der Betrachter 44 ein dreidimensionales Bild durch Binokularparallaxe wahr. Bewegt sich der Betrachter 44 nach links von der Mitte vor dem Schirm 43, sieht er das zweite Ausgabebild 45b mit dem rechten Auge und das erste Ausgabebild 45a mit dem linken Auge. Bewegt sich der Betrachter 44 nach rechts von der Mitte vor dem Schirm 43, sieht er das dritte und vierte Ausgabebild 45c, 45d mit dem linken bzw. rechten Auge. Das heißt, der Betrachtungsposition entsprechende Informationen der Bilder erzeugen einen bewegungsgebundenen bzw. kinetischen Parallaxeneffekt, wodurch der Betrachter 44 eine natürlichere Raumperspektive empfindet.
Im folgenden wird anhand von Fig. 3 das Prinzip näher beschrieben, wie das dreidimensionale Bild vom Betrachter wahrgenommen wird. Fig. 3 zeigt die Modelle sichtbarer Bereiche bzw. Flächen, in denen die abgelenkten Bilder hinter dem Schirm 43 betrachtet werden können. Buchstaben A bis D in Fig. 3 bezeichnen jeweils die Richtungen der Ausgabebilder, in denen die Bilder von den Bildaufnahmegeräten aufgenommen werden. Zahlen 50a bis 50d bezeichnen jeweils die sichtbare Fläche, in der das Ausgabebild 45a bis 45d sichtbar ist.
Gemäß Fig. 3 ist die Form der sichtbaren Flächen, in denen die gesamten abgelenkten Bilder hinter dem Schirm gesehen werden können, als Vierseiten- oder Rautenform angenommen. In der Darstellung sind vier sichtbare Flächen gezeigt. Jedes der abgelenkten Bilder läßt sich aus einer Position betrachten, die vom Schirm etwas entfernt in Ablenkrichtung ist. Die Breite der Fläche, in der das abgelenkte Bild sichtbar ist, wird mit zunehmendem Abstand vom Schirm breiter. Andererseits wird die Intensität des Bilds mit zunehmendem Abstand vom Schirm kleiner, so daß die Breite der Fläche als schmaler angesehen wird. Folglich wird die Form der sichtbaren Flächen als Vierseitenform angenommen.
In Fig. 3 bezeichnen Zahlen 51a bis 51 g jeweils die Flächen, die durch Überlappung der sichtbaren Flächen 50a bis 50d aufgeteilt sind. In der Fläche 51a ist nur das erste Ausgabebild 45a sichtbar. In der Fläche 51b können das erste und zweite Ausgabebild 45a und 45b gesehen werden, da sich die sichtbaren Flächen 50a und 50b überlappen. In der Fläche Sld sieht man alle Bilder vom ersten bis zum vierten Bild 45a bis 45d.
Ist der Betrachter dem Schirm zugewandt, sehen sein linkes und rechtes Auge die unterschiedlichen Bilder mit einer Parallaxe, da sich die Bilder nicht überlappen und in der Nähe des Schirms voneinander unabhängig sind. Damit nimmt der Betrachter das dreidimensionale Bild durch Binokularparallaxe wahr. Außerdem ist der räumliche sichtbare Bereich durch Ablenken der Bilder in mehreren Richtungen gemäß Fig. 3 erweitert. Somit lenkt der Rahmen des Schirms nicht die Aufmerksamkeit des Betrachters auf sich. Der Betrachter spürt den Abstand zum Schirm oder seine Position nicht so stark. Als Ergebnis wird ein räumlicher Schirmeffekt erzeugt, und das zweidimensionale Empfinden für die auf dem Schirm erzeugten Bilder geht zurück. Der Betrachter kann die Tiefe der Umgebung bzw. des Raums spüren.
Steht andererseits der Betrachter an einer Position in gewisser Entfernung vom Schirm, sehen seine Augen die überlappenden abgelenkten Bilder als Reaktion auf die Position. Bewegt sich zudem der Betrachter, erscheinen die Bilder mit mehreren unterschiedlichen Überlappungen für sein rechtes und linkes Auge als Reaktion auf die Bewegung. Dadurch kommt der kinetische Parallaxeneffekt zustande. Ist ferner die Parallaxe zwischen den abgelenkt angezeigten Bildern nicht so groß, spürt der Betrachter nicht die Diskontinuität der Bilder. Der Betrachter nimmt ein natürliches dreidimensionales Bild mit einer gleichmäßig gewölbten Oberfläche wahr, die durch mehrere kontinuierlich verbundene, sich überlappende zweidimensionale Bilder erzeugt ist.
Bei Erhöhung der Anzahl der wiederzugebenden Bilder und der Bildaufnahmegeräte zum Aufnehmen der Bilder nacheinander und zeitgestaffelt und bei weiterer Unterteilung der Ablenkrichtungen der Bilder erscheint das dreidimensionale Bild natürlicher. Durch eine höhere Anzahl der wiederzugebenden Bil der sind die vom Betrachter zu betrachtenden Bilder keine diskontinuierlichen ebenen Bilder, sondern natürlichere dreidimensionale Bilder. Dies ähnelt dem Grund, weshalb man ein Polygon bei zunehmender Seitenanzahl des Polygons als glatten Kreis sieht. Verständlich wird die Erscheinung ähnlich wie bei der herkömmlichen holographischen dreidimensionalen Stereogrammbildwiedergabe. Das dreidimensionale Bild läßt sich in einem breiten Bereich hinter dem Schirm betrachten.
Wie erwähnt wurde, erfüllt die Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung ähnlich wie bei der Holographie die Kriterien der Binokularparallaxe, der kinetischen Parallaxe, des räumlichen Schirmeffekts und des Wellenfrontwiedergabeeffekts, die zum Wahrnehmen von Dreidimensionalität notwendig sind.
(A) Binokularparallaxe bedeutet, daß das dreidimensionale Bild durch die Parallaxe zwischen dem vom linken und rechten Auge aufgenommenen Bild wahrgenommen wird.
(B) Kinetische Parallaxe bedeutet, daß die Bildinformationen durch Reagieren auf die Bewegung des Betrachtungspunkts angezeigt werden.
(C) Räumlicher Schirmeffekt bedeutet, daß der Rahmen der Anzeige die Aufmerksamkeit nicht so stark auf sich zieht, indem die sichtbare Fläche im Raum erweitert wird.
(D) Wellenfrontwiedergabeeffekt bedeutet, daß das dreidimensionale Bild durch kontinuierliche Verbindung ebener Bilder erzeugt wird.
Im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige mit Brille oder Lentikularlinse, die nur ein Kriterium der vorgenannten Kriterien nutzt, lassen sich durch die Erfindung natürlichere dreidimensionale Bilder so betrachten, als ob der Betrachter das eigentliche Objekt sieht.
Als nächstes wird das Bildablenkgerät 42 beschrieben. Zum Erhalten der vierseitig geformten sichtbaren Flächen 50a bis 50d von vier abgelenkten Ausgabebildern gemäß Fig. 3 sollte die Durchlaßcharakteristik des Schirms 43 größer als die Streucharakteristik des Schirms 43 sein. Ist die Streucharakteristik des Schirms 43 größer als die Durchlaßcharak teristik, wird das durch das Bildablenkgerät 42 abgelenkte Ausgabebild hinter dem Schirm gleichmäßig und breit gestreut. In diesem Fall lassen sich die durch die Vierseite in Fig. 3 gezeigten sichtbaren Flächen nicht in den Richtungen A bis D so erhalten, daß vier Bilder abgelenkt werden. Die sichtbaren Flächen der Bilder liegen in einer Fläche, in der die Flächen 51a bis 51d völlig kombiniert sind. Auch wenn daher die Bilder hinter dem Schirm betrachtet werden, sieht man nur ein zweidimensionales Bild aus sich überlappenden Bildern, da keines der vorgenannten Kriterien für die Stereoskopbildanzeige erfüllt ist. Auch bei Änderung der Betrachtungsposition ändert sich zudem nicht das zu betrachtende Bild. Ist dagegen die Durchlaßcharakteristik des Schirms größer als die Streucharakteristik, wird das Ausgabebild in einem schmalen Bereich in einer vorbestimmten Ablenkrichtung abgelenkt. Daher läßt sich das dreidimensionale Bild betrachten.
Im folgenden wird die Beziehung zwischen dem Ablenkwinkel der Ausgabebilder und den sichtbaren Flächen beschrieben. Fig. 3 zeigt die sichtbaren Flächen, wenn vier Ausgabebilder in unterschiedlichen Richtungen abgelenkt werden, die den Aufnahmerichtungen der Bilder entsprechen. Werden die Bilder ohne Ablenkung ausgegeben, überlappen sich die sichtbaren Flächen der jeweiligen Ausgabebilder hinter dem Schirm vollständig. Erhöht man andererseits die Ablenkwinkel der Ausgabebilder, überlappen sich die sichtbaren Flächen 50a, 50d des ersten und vierten Ausgabebilds nicht auf der mit der Zahl 51d bezeichneten Fläche. Daher ist die Fläche, in der sich die sichtbaren Flächen 50a bis 50c oder 50b bis 50d überlappen, jene Stelle, an der das angezeigte dreidimensionale Bild am natürlichsten wahrgenommen wird. Werden die Ablenkwinkel viel stärker erhöht, existiert keine Fläche, in der sich die sichtbaren Flächen überlappen. Damit liegen schließlich vier unabhängige sichtbare Flächen vor.
Diese Erläuterung bezieht sich auf das Beispiel von vier Ausgabebildern. Beträgt allgemein die Anzahl abgelenkter Ausgabebilder N, so beträgt die größte Anzahl aufgeteilter Flächen als Reaktion auf die Überlappung der sichtbaren Flächen (2 N-1). Ist z. B. N gleich vier, so beträgt die Anzahl aufge teilter Flächen sieben. Die Fläche, in der sich N sichtbare Flächen überlappen, ist jene Fläche, in der die Zahl am höchsten ist (im vorgenannten Beispiel ist die Zahl vier die höchste).
Zur Realisierung des Wellenfrontwiedergabeeffekts als einem der wichtigen Effekte zum Erzeugen des natürlichen dreidimensionalen Eindrucks in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung ist es erwünscht, daß die Ablenkwinkel von N Ausgabebildern so ausgewählt sind, daß die sichtbaren Flächen in (2 N-1) Flächen als Reaktion auf die Zahl der Überlappungen der N sichtbaren Flächen aufgeteilt sind. Ferner ist erwünscht, daß die Fläche, in der sich die N sichtbaren Flächen überlappen, in den aufgeteilten Flächen enthalten ist.
Sieht zum Beispiel der Betrachter die Ausgabebilder von einem Punkt in gewisser Entfernung vom Schirm gemäß Fig. 3, betrachtet er die abgelenkten Bilder, die sich als Reaktion auf die Position überlappen. Somit werden die mehreren Überlappungen der Ausgabebilder vom rechten und linken Auge unterschiedlich wahrgenommen. Dadurch nimmt der Betrachter das dreidimensionale Bild mit gleichmäßig gewölbter Oberfläche wahr, das durch kontinuierlich verbundene und sich überlappende Bilder erzeugt wird. Ist hierbei die Fläche der maximalen Zahl von Überlappungen in den Überlappungsbereichen vorhanden, funktioniert der Wellenfrontwiedergabeeffekt wirksam, und das natürliche dreidimensionale Bild kann betrachtet werden. Haben die aufgeteilten Flächen im wesentlichen die gleiche Flächengröße, kann der Betrachter die Bildinformationen kontinuierlich ohne unnatürlichen Eindruck auch dann wahrnehmen, wenn er die Augenpositionen bewegt. Damit läßt sich die kinetische Parallaxe wirksam nutzen.
Ist die Anzahl aufgeteilter Flächen als Reaktion auf die Zahl der Überlappungen der sichtbaren Flächen nicht auf (2 N-1) eingestellt, kann der Wellenfrontwiedergabeeffekt nicht wirksam funktionieren. Somit nimmt der Betrachter nur die Duplizierung diskontinuierlicher zweidimensionaler Bilder wahr, wodurch es unmöglich ist, ein dreidimensionales Bild zu sehen.
Im folgenden wird das Bildablenkgerät 42 in Fig. 2 näher beschrieben, das mehrere aufgenommene Bilder in mehreren Richtungen ablenkt. Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige, die mit einem Bildablenkgerät 42 versehen ist, das Bilder durch ein mechanisches System ablenkt.
In Fig. 4 werden nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall durch das Bildwiedergabegerät 41 angezeigte Bilder durch ändern von Reflexpositionen der Bilder über einen beweglichen Spiegel 91 abgelenkt, der in Schwingung versetzt wird, und auf dem Streu-Durchlaß-Schirm 43 angezeigt.
Beispiele für den beweglichen Spiegel 91 sind Galvanospiegel, die elektrisch oder mechanisch betrieben sein können. Gemäß Fig. 5 läßt sich z. B. der gleiche Effekt wie in Fig. 4 erreichen, indem ein in Mikrostreifen unterteilter Kompaktspiegel als beweglicher Spiegel 91 verwendet wird. Außerdem kann die Konfiguration so sein, daß der in Mikrostreifen unterteilte Kompaktspiegel um ein zylindrisches Objektiv angeordnet ist. Durch Drehen dieser Kompaktspiegel lassen sich die Bilder ablenken, so daß dreidimensionale Bilder auf dem Streu-Durchlaß-Schirm 43 usw. angezeigt werden können.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung, die mit einem Bildablenkgerät 42 versehen ist, das Bilder durch Ändern einer Brechzahl eines lichtdurchlässigen Mediums in mehreren Richtungen ablenkt.
Bei Verfahren zum Ändern der Brechzahl eines durchlässigen Mediums läßt sich z. B. ein elektrooptischer Effekt verwenden, um die Brechzahl durch Eingabe eines elektrischen Signals zu ändern, oder ein akustooptischer Effekt kann dies durch Eintrag einer Schallwelle erreichen, und ferner kann ein optischer Effekt die Brechzahl durch Lichtstrahlung ändern. Diese Verfahren sind gegenüber den vorgenannten Verfahren unter Verwendung von Spiegeln bevorzugt, da sie kein mechanisch bewegliches Teil beinhalten. Zusammen mit verbesserter Zuverlässigkeit kann daher eine leichte und kompakte Vorrichtung realisiert werden.
Als Beispiel für ein Element, das eine Brechzahländerung in einem lichtdurchlässigen Medium hat, zeigt Fig. 6 eine Ausführungsform, in der Bilder über Brechzahländerung in einem akustooptischen Element durch einen akustooptischen Effekt abgelenkt werden (im folgenden AO-Gerät genannt). Das Bildablenkgerät 42, das die nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall auf dem Bildwiedergabegerät 41 angezeigten Bilder ablenkt, weist einen Wandler 111 zur Übertragung von Ultraschallsignalen, ein Ultraschallmedium 112, in dem eine Brechzahlverteilung auftritt, und einen Ultraschallabsorber 113 auf. Allgemein werden der Wandler 111, das Ultraschallmedium 112 und der Ultraschallabsorber 113 insgesamt als AO- Gerät bezeichnet.
Verwendet man den Wandler 111, um ein Ultraschallsignal in das Ultraschallmedium 112 einzuleiten, tritt im Ultraschallmedium 112 eine Brechzahländerung in Übereinstimmung mit diesem Signal auf, wodurch die gleiche Funktion wie bei einem Phasenbeugungsgitter erfüllt wird. Hat das Ultraschallmedium 112 eine Brechzahlverteilung in Sägezahnform gemäß Fig. 6, werden Bilder als einfallendes Licht vom Bildwiedergabegerät 41 in einer bestimmten Winkelrichtung entsprechend der Sägezahnwellenform abgelenkt. Da ein Ablenkwinkel θ mit kleinerer Sägezahnteilung größer wird, kann der Ablenkwinkel wesentlich vergrößert werden, indem eine Frequenz des dem Wandler 111 aufgeprägten Ultraschallsignals erhöht wird. Dagegen wird der Ablenkwinkel 6 durch Verringern der Frequenz des Ultraschallsignals kleiner.
Auf diese Weise läßt sich durch Ändern der Frequenz des dem Wandler 111 aufgeprägten Ultraschallsignals eine Sägezahnteilung so steuern, daß die Ablenkrichtung optional bestimmt werden kann.
Indem im Bildwiedergabegerät 41 nur Bilder angezeigt werden, die durch ein spezifisches Bildaufnahmegerät aus einer Richtung aufgenommen werden, ohne das Ultraschallsignal in den Wandler 111 einzugeben, läßt sich ferner auch eine normale zweidimensionale Bildanzeige erreichen.
Außerdem kann durch Verwendung von Material mit großer Brechzahldifferenz für das Ultraschallmedium 112 die Dicke des Ultraschallmediums 112 verringert und das Medium leichter gemacht werden. Bevorzugt ist also die Verwendung eines Materials, das eine große Brechzahldifferenz bewirkt. Beispiele für Materialien mit hoher Brechzahldifferenz sind dichtes Flintglas, Quarzglas, TeO&sub2;, LiNbo&sub3; und Pb&sub2;MoO&sub5;. Außerdem haben diese Materialien ein schnelles Ansprechvermögen bis zu -zig Megahertz und sind nützlich, weil sie eine Lichtdurchlässigkeit von 90 Prozent oder mehr erreichen können. Beispielsweise läßt sich bei Verwendung von LiNbo&sub3; für den Wandler 111 eine Ansteuerung mit mehreren hundert Megahertz realisieren. Für den Ultraschallabsorber 113 ist eine Verwendung von z. B. dichtem Flintglas, Quarzglas, TeO&sub2; und Pb&sub2;MoO&sub5; bevorzugt.
Anhand von Fig. 12(a) bis 12(c), 13, 14(a) und 14(b) wird ein Beispiel für ein System erläutert, in dem Flüssigkristall als lichtdurchlässiges Medium verwendet und eine Brechzahländerung durch Eingabe eines elektrischen Signals bewirkt wird. Beispiele für den Flüssigkristall sind nematischer Flüssigkristall, ferroelektrischer Flüssigkristall, antiferroelektrischer Flüssigkristall, Flüssigkristall mit dynamischem Streumodus, polymerer Dispersionsflüssigkristall usw. Zunächst werden ein Glassubstrat und ein Abstandshalter zum Aufbau prismatischer transparenter Zellen 121 und 125 gemäß Fig. 12(a) verwendet. Auf zwei Seiten der prismatischen Zellen werden transparente Elektroden (z. B. ITO) 122 bis 124 durchgängig ausgebildet. Diese prismatischen Zellen 121 und 125 werden zu einem rechtwinklig strukturierten Bildablenkgerät kombiniert.
Bei Signalen zum Beaufschlagen des vorgenannten Bildablenkgeräts handelt es sich um Frequenz, Phase oder ein Spannungswellenformpaar mit unterschiedlichen Amplituden. Fig. 12(b) zeigt ein Beispiel für ein eingeprägtes Spannungssignal in Zerhackerwellenform, bei der sich die Phasen um 180 Grad voneinander unterscheiden.
Die transparente Elektrode 123 dient als gemeinsame Elektrode, und eine Signalspannung gemäß Fig. 12(b) wird an der transparenten Elektrode 122 angelegt, während eine zweite Signalspannung gemäß Fig. 12(c) an der transparenten Elektrode 124 angelegt wird. Angenommen wird, daß der Lichteintrag von der Seite der transparenten Elektrode 122 erfolgt.
Zur Zeit T0 in Fig. 12(b) wird keine Spannung an der transparenten Elektrode 122 angelegt, während sich die transparente Elektrode 124 im Zustand eingeprägter Spannung befindet. Da hierbei die prismatische Zelle 121 nicht mit Spannung beaufschlagt ist, zeigt eine Brechzahl des Flüssigkristalls keine Änderung. Andererseits sinkt eine Brechzahl der prismatischen Zelle 125 durch die beaufschlagte Spannung von einer Brechzahl bei außerordentlichem Licht (ne) auf eine Brechzahl bei gewöhnlichem Licht (no). Somit wird infolge der Brechzahldifferenz der prismatischen Zellen 121 und 125 das Eingabelicht in Richtung des Ausgabebilds 45a in Fig. 2 abgelenkt.
Da zur Zeit T1 die an den prismatischen Zellen 121 und 125 anliegenden Spannungen gleich und die Brechzahlen der Flüssigkristalle gleich sind, durchdringt das Eingabelicht die prismatischen Zellen 121 und 125 in gleicher Richtung wie die Einfallsrichtung.
Als nächstes wird zur Zeit T2 Spannung der prismatischen Zelle 121 aufgedrückt, wobei sich aber die prismatische Zelle 125 in einem Zustand aufgedrückter Spannung befindet. Anders ausgedrückt handelt es sich dabei um den Umkehrzustand gegenüber der Zeit T0, weshalb das Eingabelicht in Richtung der Ausgabe 45d in Fig. 2 abgelenkt wird.
In der Zeit dazwischen werden Bilder in optionaler Richtung zwischen den Ausgabebildern 45a und 45d in Fig. 2 abgelenkt. Anders ausgedrückt können durch Anlegen der Signalspannungen gemäß Fig. 12(b) an den prismatischen Zellen 121 und 125 gemäß Fig. 12(a) die Eingabebilder in optionaler Richtung gemäß Fig. 2 abgelenkt werden.
Fig. 13 zeigt ein Bildablenkgerät, das durch Kombinieren kleiner ebener Zellenstücke 131 bis 136 gebildet ist, die mit Flüssigkristall gefüllt sind. Transparente Elektroden 137g bis 1371 dienen als gemeinsame Elektroden, und die Signalspannung von Fig. 12(b) wird an transparenten Elektroden 137a, 137c und 137e angelegt. Ferner wird die Signalspannung von Fig. 12(c) an Elektroden 137b, 137d und 137f angelegt, wodurch die Bilder durch die Brechzahldifferenz, die durch die aufgeprägte Signalspannung bewirkt wird, wie beim zuvor erwähnten Bildablenkgerät von Fig. 12(a) abgelenkt werden.
Die kleinen Zellenstücke 131, 133 und 135 sind so kombiniert, daß ihre Längen der Reihe nach kürzer werden, so daß die Form der prismatischen Zelle 121 in Fig. 12(a) ähnelt. Durch Einsatz dieser Art kleiner ebener Zellen wird die Dicke der Zelle konstant, so daß die Feldstärke konstant wird, wenn eine Signalspannung angelegt wird. Daher ist diese Ausführungsform gegenüber der Ausführungsform mit den vorgenannten prismatischen Zellen bevorzugt, da sich die Homogenität der Brechzahländerung verbessert. Zudem ist es möglich, das gleiche Montageverfahren wie bei einer gewöhnlichen Flüssigkristallanzeige zu verwenden. Folglich läßt sich die Produktion vereinfachen, und die Steuerbarkeit der Orientierungsrichtung im Flüssigkristall kann gegenüber der Konfiguration von Fig. 12(a) verbessert sein.
Durch Verdünnen jedes Zellenstücks und durch Erhöhen der Anzahl zu kombinierender Zellen läßt sich die Form der prismatischen Form annähern, wodurch die Bilder präzise abgelenkt werden können.
Fig. 14(a) und 14(b) zeigen eine weitere Ausführungsform eines Bildablenkgeräts. Diese ist so konfiguriert, daß eine vollkommen flache transparente Elektrode 142 sowie transparente Streifenelektroden 143a bis 1431 in einer rechtwinkligen Flüssigkristallzelle 141 ausgebildet sind und das Innere dieser Zelle mit Flüssigkristall gefüllt ist.
An den transparenten Elektroden 143a bis 1431 dieses Bildablenkgeräts wird eine sägezahnförmige Signalspannungswelle gemäß Fig. 14(b) angelegt. Hierbei tritt eine Brechzahlverteilung gemäß der Spannungswellenform in der Flüssigkristallzelle 141 auf, so daß die Bilder mit gleicher Funktion wie bei einem Phasenbeugungsgitter abgelenkt werden können. Anders gesagt werden die Bilder als einfallendes Licht in einer bestimmten Winkelrichtung entsprechend der Sägezahnform abgelenkt. Der Ablenkwinkel läßt sich in einer gewünschten optionalen Richtung bestimmten, indem Amplitude oder Fre quenz der eingeprägten Signalspannung geändert werden. Das Bildablenkgerät von Fig. 14(a) kann unter Verwendung einer Flüssigkristallzelle konfiguriert sein. Daher ist es leicht herzustellen, und Produktionskosten lassen sich senken.
Wie zuvor erwähnt, werden in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung mehrere zweidimensionale Bilder jeweils und nacheinander durch die Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d synchron zur Zeiteinstellung aufgenommen, um die Bilder auf dem Bildwiedergabegerät 41 anzuzeigen oder wiederzugeben. Daher brauchen die Bilddaten mehrerer Bilder nicht gleichzeitig im Speicher gespeichert zu werden. Eine Speicherkapazität zum Speichern von nur einem Bild mit seinen Daten ohne Rücksicht auf die Anzahl der Bildaufnahmegeräte ist ausreichend. Ferner läßt sich die Anzahl der Bildaufnahmegeräte leicht erhöhen, ohne die Speicherkapazität zu erhöhen, so daß natürlichere dreidimensionale Bilder angezeigt oder wiedergegeben werden können.
Außerdem ist es zum Anzeigen der von den Bildaufnahmegeräten aufgenommenen Bilder in Echtzeit nicht erforderlich, ein oder mehrere neue Bilder zur dreidimensionalen Bildanzeige aus mehreren Bildern durch eine exklusive Signalverarbeitungsvorrichtung zusammenzusetzen. Dadurch läßt sich das Gerät oder die Schaltung zur Signalverarbeitung der Erfindung vereinfachen, und die Vorrichtung wird kompakt.
In dieser ersten Ausführungsform werden vier Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d verwendet. Allerdings ist es möglich, das dreidimensionale Bild anzuzeigen oder wiederzugeben, wenn die Anzahl der Bildaufnahmegeräte größer als zwei ist. Ferner ist der Streu-Durchlaß-Schirm 43 hinter dem Bildablenkgerät 42 angeordnet. Möglich ist aber auch, das dreidimensionale Bild anzuzeigen, indem der Streu-Durchlaß-Schirm 43 vor dem Bildablenkgerät 42 angeordnet ist.
Außerdem können zweidimensionale Bilder des Objekts nicht nur von mehreren Bildaufnahmegeräten, sonder auch von einem beweglichen Bildaufnahmegerät aufgenommen werden. Das bewegliche Bildaufnahmegerät nimmt die zweidimensionalen Bilder des Objekts aus mehreren Richtungen auf. Als Beleuchtung für das Objekt kommt natürliches Licht wie Sonnenlicht, eine Glühlampe oder eine Leuchtstofflampe zum Einsatz. In spezifischen Fällen kann aber auch eine Lichtquelle mit einer einzelnen Wellenlänge verwendet werden.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

Anhand von Fig. 7 wird eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung beschrieben. Fig. 7 zeigt Positionen eines aufzuzeichnenden und wiederzugebenden Objekts 1 sowie mehrerer Bildaufnahmegeräte 2a bis 2 h.
Im vorherigen Beispiel von Fig. 1 sind die Bildaufnahmegeräte 2a bis 2d in horizontaler Richtung angeordnet. Damit hat die Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige von Fig. 1 keine Funktion zur dreidimensionalen Anzeige in vertikaler Richtung. Zum Anzeigen des natürlichen dreidimensionalen Bilds in horizontaler und vertikaler Richtung ist bevorzugt, mehrere Bildaufnahmegeräte 2a bis 2 h gemäß Fig. 7 zweidimensional anzuordnen. In Fig. 7 sind acht Bildaufnahmegeräte 2a bis 2 h als 2 · 4-Anordnung vorgesehen. Allerdings ist es möglich, die Bildaufnahmegeräte 2a bis 2 h in gleichmäßigem Abstand oder ungleichmäßigen Abständen anzuordnen. Ferner kann die Anzahl der Bildaufnahmegeräte zum Anordnen einer 5 · 3-, 4 · 8-, 10 · 10-Matrix usw. erhöht werden.
Sind die Bildaufnahmegeräte 2a bis 2 h zweidimensional angeordnet, wird das auf dem Bildwiedergabegerät 41 von Fig. 2 angezeigte Bild in horizontaler und vertikaler Richtung als Reaktion auf die Richtung abgelenkt, in der das Bild aufgenommen wurde. Auch wenn sich daher ein Betrachter zu einer optionalen Position in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bewegt, kann der Betrachter die dreidimensionalen Bilder als Reaktion auf die Bewegung wahrnehmen. Dadurch läßt sich eine im wesentlichen vollkommene dreidimensionale Ansicht unabhängig von der Betrachtungsposition erreichen.

DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM

Anhand von Fig. 8 wird eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung beschrieben. Fig. 8 zeigt Positionen eines aufzuzeichnenden und wiederzugebenden Objekts 1, eines Bildaufnahmegeräts 2 und mehrerer Spiegel 30a bis 30 h.
Gemäß Fig. 8 sind die Spiegel 30a bis 30 h auf runden Linien so angeordnet, daß mehrere Lichtstrahlen von einem dreidimensionalen Objekt 1 durch die Spiegel 30a bis 30 h jeweils zum Bildaufnahmegerät 2 reflektiert werden. In Fig. 8 sind acht Spiegel 30a bis 30h als 2 · 4-Anordnung vorgesehen. Möglich ist aber, die Spiegel 30a bis 30 h in gleichmäßigem Abstand oder in ungleichmäßigen Abständen anzuordnen. Ferner kann die Anzahl der Spiegel zum Anordnen einer 6 · 4-, 5 · 9-, 20 · 20-Matrix usw. erhöht werden.
Vor den Spiegeln 30a bis 30 h sind jeweils außerdem Verschlüsse 31a bis 31h angeordnet. Als Verschluß 31a bis 31h läßt sich ein mechanischer Verschluß zum Öffnen und Schließen der Spiegeloberfläche oder ein durchlässigkeitsändernder Verschluß verwenden. Der durchlässigkeitsändernde Verschluß ist ein Flüssigkristallverschluß unter Verwendung von verdrehungsnematischem Flüssigkristall, ferroelektrischem Flüssigkristall, antiferroelektrischem Flüssigkristall, Flüssigkristall mit dynamischem Streumodus usw.
Werden die Verschlüsse 31a bis 31 h jeweils so gesteuert, daß sie die Durchlässigkeit nacheinander in einer vorbestimmten Zeitperiode ändern, erreichen die Lichtstrahlen vom Objekt 1, die durch die Spiegel 30a bis 30h reflektiert werden, das Bildaufnahmegerät 2 nacheinander mit einer vorbestimmten Zeiteinstellung. Ein vom Lichtstrahl, der durch den Spiegel 30a reflektiert wurde, erhaltenes Bild entspricht hierbei dem Bild, das man durch das Bildaufnahmegerät 2a in Fig. 7 erhält. Ähnlich entsprechen die Bilder, die man von den Lichtstrahlen erhält, die durch die Spiegel 30b bis 30h reflektiert werden, jeweils den Bildern, die man durch die Bildaufnahmegeräte 2b bis 2h in Fig. 7 erhält. Zum Einsatz kommen mehrere Spiegel anstelle von mehreren Bildaufnahmegeräten, wodurch sich die Herstellungskosten der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige stark senken lassen.

VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM

Anhand von Fig. 9 wird eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung beschrieben. Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung, in der ein Intensitätsmodulationsmedium für Bilder zum Einsatz kommt. Gemäß Fig. 9 werden auf einem Bildwiedergabegerät 66 angezeigte Bilder durch eine Fokussierlinse 65 auf einer Seite eines räumlichen bzw. Raumlichtmodulators 64 erzeugt. Der Raumlichtmodulator 64 weist eine Schreibseite für Lichtinformationen und eine Leseseite für Lichtinformationen in getrennter Form auf. Ferner dient er zur Übertragung eingeschriebener Bilder zur Leseseite nach Modulieren ihrer Intensität.
Licht von einer Lichtquelle 61 wird durch eine Kondensorlinse 62 gebündelt und dann durch einen Strahlteiler 63 auf eine Seite des Raumlichtmodulators 64 abgestrahlt. Der davon reflektierte Lichtstrahl wird nochmals durch den Strahlteiler 63 reflektiert und ferner durch eine Projektionslinse 67 auf ein Bildablenkgerät 42 projiziert.
Der Raumlichtmodulator 64 verfügt über eine Schreibschicht für Lichtinformationen und eine Leseschicht für Lichtinformationen in getrennter Form. Kommt hierbei ein hochgenaues Wiedergabeelement für das Bildwiedergabegerät 66 zum Einsatz und wird eine Lichtquelle 61 mit hoher Luminanz verwendet, werden auf das Lichtablenkgerät 42 durch den Raumlichtmodulator 64 projizierte Bilder sehr genau und sehr hell.
Auf diese Weise lassen sich unter Verwendung des Raumlichtmodulators 64 als Intensitätsmodulationsmedium für die Bilder sowohl höhere Genauigkeit als auch höhere Luminanz erreichen, was in der Vergangenheit als schwierig galt. Dadurch zeigen durch die Projektionslinse 67 vergrößerte und projizierte Bilder z. B. keine Verschlechterung der Bildqualität, und es lassen sich klare und helle Bilder erzielen.

FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM

Anhand von Fig. 10 und 11 wird eine fünfte Ausführungsform der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung beschrieben. Fig. 10 und 11 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung, in denen eindimensionale Bildwiedergabegeräte zur Wiedergabe verwendet werden.
In Fig. 10 verfügen eindimensionale Bildwiedergabegeräte 70a bis 70d über mehrere Leucht- bzw. lichtemittierende Dioden in kombinierter Form, eine Kathodenstrahlröhre, eine Elektrolumineszenzplatte oder ein Flüssigkristallwiedergabeelement (verdrehungsnematischer Flüssigkristall, ferroelektrischer Flüssigkristall, antiferroelektrischer Flüssigkristall, Flüssigkristall mit dynamischem Streumodus usw.), wobei die eindimensionalen Bildwiedergabegeräte 70a bis 70d in horizontaler Richtung angeordnet sind. Hierbei werden eindimensionale Muster eines Teils, das jeder Zeile bei zweidimensionalen Bildern entspricht, nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall in den eindimensionalen Wiedergabegeräten 70a bis 70d angezeigt, die dann durch das Bildablenkgerät 42 in horizontaler Richtung synchron zu jedem Lichtemittiermuster abgelenkt und angezeigt werden. Obwohl dies in Fig. 10 und 11 nicht gezeigt ist, kann der Streu-Durchlaß- Schirm 43 von Fig. 2 vor oder hinter dem Bildablenkgerät 42 angeordnet sein.
Hierbei ist ein von einem Betrachter 44 wahrgenommenes Ausgabebild 71a das zweidimensionale Muster, bei dem es sich um das eindimensionale Muster der vertikalen Richtung handelt, das durch den Nachbildeffekt der Augen in horizontaler Richtung erweitert ist. Eine Richtung, in der das Ausgabebild 71a betrachtet wird, wird durch die Position des eindimensionalen Wiedergabegeräts 70a und des Bildablenkgeräts 42 bestimmt. Anders ausgedrückt wird das Ausgabebild 71a in verlängerter Richtung einer Strecke angezeigt, die das eindimensionale Wiedergabegerät 70a und die Mitte des Bildablenkgeräts 42 verbindet.
Der gleiche Schritt kann für die eindimensionalen Wiedergabegeräte 70b bis 70d wiederholt werden. Zunächst wird ein dreidimensionales Objekt aus unterschiedlichen Richtungen in zweidimensionalen Bildern aufgenommen und nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall für jede Zeile angezeigt, wonach die Bilder über das Bildablenkgerät 42 abgelenkt werden, um als Ausgabebilder 71b bis 71d angezeigt zu werden. Hierbei sind die eindimensionalen Wiedergabegeräte 70a bis 70d gegenüber dem Bildablenkgerät 42 so angeordnet, daß die jeweils in den eindimensionalen Wiedergabegeräten 70a bis 70d angezeigten Bilder Richtungen entsprechen, in denen sie aufgenommen wurden.
Sieht der Betrachter 44 diese Ausgabebilder 71a bis 71d, läßt sich ein dreidimensionales Bild gemäß der Beschreibung in Fig. 2 und 3 wegen des gleichen vorgenannten Effekts auf natürliche Weise wahrnehmen. Ferner weist dieses System nur eindimensionale Wiedergabegeräte auf, so daß sich als Vorteil ergibt, daß die Geräte einen einfachen Aufbau und eine kompakte Größe haben können und daß sich auch die Herstellungskosten senken lassen.
In Fig. 10 ist stereoskopisches Sehen in vertikaler Richtung nicht verfügbar, da die eindimensionalen Wiedergabegeräte 70a bis 70d nur in horizontaler Richtung positioniert sind. Zum Erzeugen natürlicher dreidimensionaler Bilder mit der vertikalen Richtung zusätzlich zur horizontalen Richtung zeigt Fig. 11 eine Ausführungsform, in der eindimensionale Wiedergabegeräte 80a bis 80 h zweidimensional angeordnet sind. Obwohl Fig. 11 acht eindimensionale Wiedergabegeräte zeigt, die in einer 2 · 4-Anordnung vorgesehen sind, kann die Anzahl der Geräte erhöht und die Anordnung wahlweise eine 5 · 3-, 4 · 8- oder 10 · 10-Matrix sein. Sind die eindimensionalen Wiedergabegeräte 80a bis 80 h derart zweidimensional angeordnet, werden Bilder in sowohl horizontaler als auch vertikaler Richtung entsprechend jedem Wiedergabegerät und einer Position des Bildablenkgeräts 42 ausgegeben. Anders ausgedrückt entspricht ein Bild des eindimensionalen Wiedergabegeräts 80a einem Ausgabebild 81a, und Bilder der nachfolgenden eindimensionalen Wiedergabegeräte 80b bis 80 h entsprechen jeweils Ausgabebildern 81b bis 81 h. Auch wenn sich daher der Betrachter 44 horizontal oder vertikal in eine optionale Position bewegt, läßt sich ein Stereoskopbild entsprechend dieser Bewegung in Rechts-Links- wie auch Auf-Ab-Richtung wahrnehmen. Unabhängig von der Betrachtungsposition kann daher perfektes stereoskopisches Sehen erreicht werden.

SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung, in der auf einem Kreis positionierte Bildwiedergabegeräte 151 bis 154 mit Verschlüssen 155 bis 158, die in einem vorbestimmten Zeitintervall angesteuert werden, kombiniert sind. Dieses System lenkt mehrere Bilder in mehreren Richtungen ab, indem mehrere Bildwiedergabegeräte 151 bis 154 vorab in gewünschten Ausgaberichtungen positioniert sind.
Obwohl Fig. 15 als Beispiel vier Bildwiedergabegeräte 151 bis 154 zeigt, die in horizontaler Richtung angeordnet sind, reicht es aus, mindestens zwei der Bildwiedergabegeräte 151 bis 154 anzuordnen, wobei dies auch zweidimensional anstatt in horizontaler Richtung sein kann.
Ein auf dem Bildwiedergabegerät 151 angezeigtes Bild ist das durch ein Bildaufnahmegerät 2a in Fig. 1 aufgenommene Bild, wobei durch Bildaufnahmegeräte 2b bis 2d aufgenommene Bilder in der Reihenfolge der Bildwiedergabegeräte 152 bis 154 angezeigt werden.
Beispiele für die Bildwiedergabegeräte 151 bis 154 sind Kathodenstrahlröhren, Plasmaanzeigen und Flüssigkristallanzeigeelemente wie in Fig. 1.
Verschlüsse 155 bis 158 können vom Typ mit mechanischem Schalter oder vom Typ mit Durchlässigkeitsänderung sein. Der durchlässigkeitsändernde Verschluß ist ein Flüssigkristallverschluß, der z. B. verdrehungsnematische Flüssigkristalle, ferroelektrische Flüssigkristalle, Flüssigkristalle mit dynamischem Streumodus usw. nutzt.
Eine Schaltzeit des Verschlusses wird innerhalb einer Zeit (unter 1/30 Sekunde) bestimmt, in der ein Nachbildeffekt des menschlichen Auges bewahrt bleiben kann. Durch Öffnen und Schließen der Verschlüsse 155 bis 158 in vorbestimmten Zeitintervallen werden die auf den Bildwiedergabegeräten 151 bis 154 angezeigten Bilder in ihrer Reihenfolge zum Streu-Durch laß-Schirm 43 in spezifischen Richtungen eingegeben, wodurch ein dreidimensionales Bild auf dem Streu-Durchlaß-Schirm 43 angezeigt wird.
Wie zuvor beschrieben wird, erfüllt eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung vier Faktoren für stereoskopisches Sehen gleichzeitig, d. h. Binokularparallaxe, kinetische Parallaxe, räumlicher Schirmeffekt und dreidimensionaler Wellenfrontwiedergabeeffekt. Im Vergleich dieses Systems mit herkömmlichen Systemen unter Verwendung einer Brille oder Lentikularlinse, bei denen die Systeme lediglich von einem dieser Faktoren für stereoskopisches Sehen abhängig waren, lassen sich daher noch natürlichere dreidimensionale Bilder so wahrnehmen, als wäre das reale Objekt vorhanden und würde betrachtet.
Ein Verfahren zur dreidimensionalen Bildaufnahme der Erfindung verwendet mehrere Bildaufnahmegeräte zum Aufnehmen von Bildern eines Objekts nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall, oder es verwendet mehrere Spiegel als Einrichtung zum Aufteilen des Objekts nacheinander in einem Zeitintervall zwecks Aufnehmen von Bildern mit einem einzelnen Bildaufnahmegerät. Als Ergebnis lassen sich projizierte Bilder des Objekts nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall in jedem Verfahren erhalten.
Beim Anzeigen bestimmter Bilder in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige ist somit ein Speicherteil zum Speichern einer Folge von Bildern nicht mehr notwendig, oder ein spezielles Bildverarbeitungsgerät, z. B. eine Bildverarbeitungsschaltung, die zur Erzeugung von Bildern zur dreidimensionalen Verwendung zweckbestimmt vorgesehen war, ist nicht mehr erforderlich. Auf diese Weise läßt sich ein vereinfachtes billiges System realisieren.
Insbesondere ist der Effekt enorm, wenn mehrere Bilder einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung zugeführt werden, die mit einer Einrichtung zum Wiedergeben mehrerer Bilder in einem vorbestimmten Zeitintervall und einer Einrichtung zum Ablenken dieser Bilder in mehreren Richtungen versehen ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der folgenden Experimente beschrieben.

Experiment 1

Ein optisches System gemäß Fig. 16(a) und 16(b) wird zum Prüfen eines Effekts des stereoskopischen Sehens in einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung verwendet.
Zum Aufnehmen von Bildern eines dreidimensionalen Objekts 161 aus mehreren Richtungen sind vier Festkörper-Abbildungsgeräte (CCD-Kameras) 163a bis 163d kreisförmig in einem Abstand von acht Grad in gleicher Entfernung von 80 cm vom dreidimensionalen Objekt positioniert. Bilder wurden aus mehreren Richtungen nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall aufgenommen, und bei Anzeige dieser Bilder waren Flüssigkristallverschlüsse 162a bis 162d aus ferroelektrischem Flüssigkristall vor den CCD-Kameras 163a bis 163d plaziert, um die Dreidimensionalität zu prüfen.
Ein Projektionssystem mit vier Kathodenstrahlröhren (CRT) 164a bis 164d mit einem Gegenwinkel bzw. Diagonalmaß von sechs Inch war im Abstand von acht Grad so angeordnet, das es dem Bildaufnahmesystem in gleicher Entfernung von 120 cm von einem Schirm entsprach. Ferner waren vier Linsen 165a bis 165d mit 300 mm Brennweite und 82 mm Durchmesser 50 cm vor jeder CRT plaziert. Die Einstellung erfolgte so, daß Bilder, die auf jeder CRT angezeigt wurden, die Bilder auf dem Schirm erzeugten. Hierbei hatte der Schirm ein Diagonalmaß von zwölf Inch. Bilder des dreidimensionalen Objekts, die aus unterschiedlichen Winkelrichtungen durch die CCD-Kameras 163a bis 163d symmetrisch aufgenommen wurden, wurden jeweils direkt in die CRT 164a bis 164d zu ihrer Anzeige auf dem Schirm eingegeben.
Die Flüssigkristallverschlüsse 162a bis 162d dienten so als Verschlüsse, daß sich eine Bewegung der Flüssigkristallmoleküle durch eine Polarität der angelegten Spannung änderte und daß sich durch diesen Effekt die Lichtdurchlässigkeit änderte. Die Ansteuerung der Flüssigkristallverschlüsse erfolgte mit vier Impulsgeneratoren 166a bis 166d, wobei diese mit externen Triggerimpulsen synchronisiert und jeweils in Kaskade verbunden waren.
Zunächst wurde ein Experiment durchgeführt, um einen Effekt der Binokularparallaxe als Faktor für stereoskopisches Sehen mit Hilfe eines Zufallspunkt-Stereogramms gemäß Fig. 17(a) und 17(b) zu untersuchen. Dieses Stereogramm weist schwarze und weiße Zufallspunkte auf, und obwohl ein rechtsäugiges Muster ein Doppel eines linksäugigen Musters ist, ist es so ausgebildet, daß eine quadratische Fläche in der Mitte leicht verschoben ist. Wird also das linksäugige Muster mit dem linken Auge und das rechtsäugige Muster mit dem rechten Auge richtig wahrgenommen, sieht man ein quadratisches Fenster in der Mitte dieses Zufallspunktmusters durch Binokularparallaxeneffekt. Dadurch läßt sich nur der Effekt der Binokularparallaxe untersuchen, wobei ein auf Erfahrung beruhender Faktor des stereoskopischen Sehens ausgeschlossen ist.
Konkret wurde das Experiment wie folgt durchgeführt. Die Zufallsmuster für das linke und rechte Auge von Fig. 17(a) und 17(b) wurden gleichzeitig auf zwei CRT angezeigt, die aus den CRT 164a bis 164d von Fig. 16(a) ausgewählt waren, und diese Bilder wurden hinter einem Streu-Durchlaß-Schirm 43 betrachtet, um eine Betrachtungsposition zu ermitteln, an der das quadratische Fenster korrekt wahrgenommen werden kann. Ergebnisse der Effekte der auf den CRT 164a bis 164d angezeigten Zufallspunktmuster und der Binokularparallaxe sind nachstehend als Bereiche angeführt, in denen das quadratische Fensterteil beobachtet wurde.
1) Rechtsäugiges Muster: CRT 164d. Linksäugiges Muster: CRT 164a.
Betrachtungsposition: 10 cm bis 45 cm hinter der Mittelposition des Schirms. Rechts und links: ± 2 cm.
2) Rechtsäugiges Muster: CRT 164d. Linksäugiges Muster: CRT 164b.
Betrachtungsposition: 10 cm bis 45 cm hinter der Mittelposition des Schirms. Rechts und links: ± 2 cm.
3) Rechtsäugiges Muster: CRT 164c. Linksäugiges Muster: CRT 164b.
Das quadratische Fenster wurde nicht beobachtet.
4) Rechtsäugiges Muster: CRT 164d. Linksäugiges Muster: CRT 164a.
Linksäugiges Muster: CRT 164c.
Das quadratische Fenster wurde nicht beobachtet.
Entsprechend den vorgenannten Ergebnissen zeigt 1), daß eine große Differenz der Ablenkrichtungen zwischen den beiden Bildern vorlag und daß ein breiter Bereich erzeugt wurde, in dem die beiden Bilder unabhängig mit dem rechten Auge und linken Auge hinter dem Schirm ohne Überlappung wahrgenommen wurden.
Andererseits zeigt 2), daß eine kleinere Differenz der Ablenkrichtung zwischen den beiden Bildern im Vergleich zu 1) vorlag, so daß ein Bereich, in dem die beiden Bilder unabhängig wahrgenommen werden konnten, kleiner als der von 1) wurde. Anders ausgedrückt kann das quadratische Fenster auf den beiden Zufallspunktmustern unter der Bedingung betrachtet werden, daß die beiden Muster vom rechten Auge und linken Auge unabhängig erfaßt werden. Daraus läßt sich schlußfolgern, daß ein Bereichsabstand der Betrachtungspositionen als Ergebnis von 1) und 2) dieser Bedingung entspricht.
Ferner zeigt 3) eine noch kleinere Differenz der Ablenkrichtung zwischen den beiden Bildern vergleichen mit 1) und 2). Somit läßt sich aus diesem Ergebnis ableiten, daß nahezu keine Fläche vorhanden war, in der die beiden Bilder mit dem rechten Auge und linken Auge unabhängig wahrgenommen werden konnten.
Das Ergebnis von 4) zeigt, daß das unter 1) betrachtete quadratische Fenster infolge von Bildern, die auf der CRT 164c angezeigt wurden, im gleichen Bereich nicht mehr beobachtet wurde. Vermutlich wurde dies durch die überlappenden Bilder von der CRT 164c verursacht.
Anhand von Fig. 3 wurde beschrieben, daß der Effekt der Binokularparallaxe als Faktor für stereoskopisches Sehen unter der Annahme erhalten werden kann, daß es eine als Raute gezeigte sichtbare Fläche für abgelenkte Ausgabebilder gibt. Aufgrund des tatsächlich durchgeführten Experiment wurde bestätigt, daß die durch Binokularparallaxe bewirkten Betrach tungspositionen vorlagen und daß die überlappende sichtbare Fläche ebenfalls für abgelenkte Ausgabebilder vorhanden war. Gemäß diesen experimentellen Ergebnissen erwies sich ein Modell der Beziehung zwischen Ablenkungswinkel und sichtbarer Fläche als ausreichend.

Experiment 2

Im optischen System von Fig. 16(a) und 16(b) war das verwendete dreidimensionale Objekt 161 eine Puppe mit etwa 15 cm Größe. Bilder dieser Puppe wurden aus vier Richtungen mit den CCD-Kameras 163a bis 163d aufgenommen, die danach auf dem Streu-Durchlaß-Schirm 43 mit Hilfe des Projektionssystem erzeugt wurden. Die auf dem Streu-Durchlaß-Schirm 43 angezeigten Bilder wurden im Hinblick auf solche Effekte wie Dreidimensionalität und Kontinuität der Bilder bei Änderung der Betrachtungsposition untersucht.
Als Beispiel für einen Schirm mit größerer transparenter bzw. Durchlaßcharakteristik als Streucharakteristik wurde eine Polyethylenbahn als Streu-Durchlaß-Schirm 43 in Fig. 16(a) verwendet. In der Fläche, in der der Binokularparallaxeneffekt im Experiment 1 nachgewiesen wurde, zeigte die Puppe als Objekt die Dreidimensionalität so, als ob ein Armteil vorsteht. Bei Bewegung der Betrachtungsposition nach rechts und links im Bereich hinter dieser Fläche wurden ferner die entsprechenden Seiteninformationen kontinuierlich erhalten, wodurch der Effekt einer kinetischen visuellen Differenz bestätigt werden konnte.

Experiment 3

Als nächstes wurde als Beispiel für einen Schirm mit größerer Streucharakteristik als Durchlaßcharakteristik ein Transparentpapier als Streu-Durchlaß-Schirm 43 verwendet. Beim verwendeten dreidimensionalen Objekt 161 handelte es sich um eine Puppe, die die Bilder auf dem Streu-Durchlaß- Schirm 43 über die gleichen Schritte zur Bildaufnahme und -projektion wie im Experiment 2 erzeugte. Beim Betrachten der rekonstruierten Bilder hinter dem Schirm wurden keine stereoskopischen Bilder wahrgenommen. Statt dessen waren die wahrgenommenen Bilder nur ebene Bilder, die jeweils reflektiert und überlappt waren. Auch bei Bewegung der Betrachtungsposition nach rechts und links wurden keine Bilder erhalten, die dieser Positionsänderung entsprachen.
Als Grund dafür gilt folgendes. Da der Streueffekt beim Transparentpapier größer als bei der Polyethylenbahn ist, wurden die Bilder auf nahezu der gesamten Rückfläche des Schirms isotrop zerstreut. Dadurch wurde die sichtbare Fläche mit einem als Raute dargestellten Bereich nicht erhalten, die für die Ablenkrichtungen jedes Bilds im Beispiel von Fig. 3 vorhanden war.
Die Ergebnisse der Experimente 2 und 3 weisen nach, daß im Streu-Durchlaß-Schirm 43 die Durchlaßcharakteristik größer als die Streucharakteristik sein muß:

Experiment 4

Im optischen System von Fig. 16(a) und 16(b) wurde als dreidimensionales Objekt 161 ein prismatischer Sockel verwendet, und die Schritte zur Bildaufnahme und -projektion wurden in einem Zustand durchgeführt, in dem das dreidimensionale Objekt 161 etwa 10 cm näher zur Seite der CCD-Kameras als die übliche Aufnahmeposition plaziert war und der Streu-Durchlaß- Schirm 20 cm näher zur CRT-Seite als die übliche Position angeordnet war. Eine Polyethylenbahn vom Experiment 2 wurde als Streu-Durchlaß-Schirm 43 verwendet. Bei dieser Gelegenheit wurden auf dem Streu-Durchlaß-Schirm 43 erzeugte Bilder hinter dem Schirm betrachtet.
Die betrachteten Bilder waren keine fortlaufenden Bilder, sahen wie vier sich überlappende Bilder aus und konnten nicht stereoskopisch wahrgenommen werden. Dies war Folge der Tatsache, daß aufgrund der Verschiebung des dreidimensionalen Objekts 161 und des Streu-Durchlaß-Schirms 43 aus ihren üblichen Positionen die Aufnahmerichtungen der Bilder jeweils nicht mit den Projektionsrichtungen der Bilder übereinstimmten. Außerdem kann dieses Ergebnis seinen Ursprung darin haben, daß Ablenkrichtungen, in denen ein Wellenfrontrekonstruktionseffekt durch jedes Bild wirksam funktioniert, unbefriedigend sind.
Beschreibungsgemäß wurde im konkreten Experiment nachgewiesen, daß die Ablenkrichtungen der Bilder gegenüber dem dreidimensionalen Objekt wesentlichen Einfluß auf die Dreidimensionalität der rekonstruierten Bilder haben.

Experiment 5

Zur Untersuchung eines stereoskopischen Effekts von Bildern, die in einem vorbestimmten Zeitintervall durch die CCD- Kameras 163a bis 163d von Fig. 16(a) nacheinander aufgenommen und angezeigt werden, wurden Flüssigkristallverschlüsse 162a bis 162d aus ferroelektrischem Flüssigkristall zum Ein- und Ausschalten der Verschlüsse verwendet.
Ein an den Flüssigkristallverschlüssen 162a bis 162d angelegter Treiberimpuls hatte eine Spannung von ±5 V mit einem Einschaltverhältnis von 4 : 1. In der Anlegezeit der Spannung von ±5 V ist der Flüssigkristallverschluß eingeschaltet (offen), und die CCD-Kameras können Bilder aufnehmen. Gemäß Fig. 16(a) wurden vier Bahnen mit Flüssigkristallverschlüssen 162a bis 162d, die vor den CCD-Kameras 163a bis 163d plaziert werden, beaufschlagt, während die Zeitsteuerung dieses Treiberimpulses nacheinander um einen Zeitversatz in einem Impulsgenerator verschoben wurde.
Kontrastkennwerte der Flüssigkristallverschlüsse betrugen etwa 10 : 1. Gemäß einem Impulszeitdiagramm von Fig. 16(b) wurden zwei Experimente für die Anlegezeit einer Impulsspannung von ±5 V durchgeführt, d. h. für zwei Fälle, in denen die Einschaltzeitintervalle der Flüssigkristallverschlüsse 32 ms oder 16 ms betrugen.
Die zum Aufnehmen der Bilder verwendeten CCD-Kameras 163a bis 163d sowie die zur Projektion verwendeten CRT 164a bis 164d waren so angeordnet, daß die Bildaufnahmerichtungen den Projektionsrichtungen wie im Experiment 1 entsprachen. Zusätzlich kam eine Polyethylenbahn als Streu-Durchlaß-Schirm 43 zum Einsatz.
Auf diese Weise wurden aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommene Bilder des dreidimensionalen Objekts auf den CRT 164a bis 164d nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall angezeigt, und auf dem Schirm erzeugte Bilder wurden durch diese Bilder betrachtet, die in einem vorbestimmten Zeitintervall angezeigt wurden, um den stereoskopischen Effekt zu untersuchen.
Ein Zeitintervall, in dem der Flüssigkristallverschluß eingeschaltet war, wurde in Übereinstimmung mit der Bildaufnahmezeit eines Vollbilds in der CCD-Kamera auf 32 ms eingestellt. Bei ihrer nacheinander erfolgenden Anzeige im Zeitintervall flimmerten auf dem Streu-Durchlaß-Schirm 43 in Fig. 16(a) betrachtete Bilder stark, und keine Dreidimensionalität wurde wahrgenommen.
Als nächstes wurde die Einschaltzeit des Verschlusses auf 16 ms eingestellt und die Frequenz verdoppelt. Bei der Anzeige im Zeitintervall flimmerten die Bilder erheblich weniger, und es wurde nahezu der gleiche Grad von Dreidimensionalität wie im Beispiel 2 mit der Puppe als Objekt wahrgenommen. Bestätigt wurde, daß eine Funktion für stereoskopisches Sehen auch bei Anzeige in einem Zeitintervall gewahrt bleibt.

Experiment 6

Eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige der Erfindung gemäß Fig. 4 verfügte über ein Bildwiedergabegerät 41, das aus einer CRT mit 5 Inch Diagonalmaß bestand, einen beweglichen Spiegel 91, der aus einem Galvanospiegel mit 10 Inch Diagonalmaß bestand, und einen Streu-Durchlaß-Schirm 43 mit 15 Inch Diagonalmaß.
Der Galvanospiegel 91 war 15 cm bis 20 cm von der Mitte der CRT 41 entfernt positioniert, und der Streu-Durchlaß- Schirm 43 war 15 cm bis 30 cm von der Mitte des Galvanospiegels 91 entfernt positioniert. Mit der CRT 41 wurden Bilder, die innerhalb von 1J60 Sekunde durch vier in horizontaler Richtung in Fig. 16(a) angeordnete Bildaufnahmegeräte 163a bis 163b aufgenommen wurden, nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall wiedergegeben.
Synchron zu diesen wiedergegebenen Bildern wurde der Galvanospiegel 91 über eine Sägezahnsignalspannung mit einer Frequenz von 60 Hz und einer Amplitude von 0 bis 10 V moduliert, und Reflexpositionen des Galvanospiegels 91 wurden entsprechend der Amplitude der Signalspannung innerhalb die ser periodischen Zeit bestimmt. Anders ausgedrückt wurden vier Bilder, die innerhalb von 1/60 Sekunde in einem Zeitintervall wiedergegeben wurden, in vier Richtungen entsprechend den Reflexpositionen des Galvanospiegels abgelenkt und ausgegeben.
In diesem Fall betrug ein erhaltener Ablenkwinkel maximal -30 Grad bis +30 Grad. Sah sich ein Betrachter 44 die Bilder auf dem Streu-Durchlaß-Schirm 43 an, waren die betrachteten Bilder natürlich und stereoskopisch, und es lag kein Flimmern vor.
Außerdem wurde festgestellt, daß ein Bereich, indem der Betrachter 44 stereoskopisch sehen kann, 10 cm bis 2 cm hinter der vorderen Mittelposition des Streu-Durchlaß-Schirms 43 in Längsrichtung und maximal ±50 cm in einer Position von 2 m Tiefe in horizontaler Richtung lag.
Innerhalb dieses Bereichs konnten Seiten des stereoskopischen Objekts durch Ändern der Betrachtungsposition nach rechts und links betrachtet werden. Auf diese Weise wurden natürliche dreidimensionale Bilder mit räumlicher Tiefenausdehnung betrachtet.

Experiment 7

Eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige gemäß Fig. 10 weist eindimensionale Bildwiedergabegeräte 70a bis 70d auf, die aus 200 kombinierten LED bestehen. Zum Einsatz kam ein Bildablenkgerät 42, das aus einem Galvanospiegel mit einem Diagonalmaß von 10 Inch wie im Experiment 6 bestand. Die eindimensionalen Wiedergabegeräte 70a bis 70d waren kreisförmig im Entfernungsbereich von 5 cm bis 30 cm vom Bildablenkgerät 42 so angeordnet, daß die jeweiligen Entfernungen in der Messung von der Mittelposition des Bildablenkgeräts 42 gleich waren. Obwohl dies in Fig. 10 nicht gezeigt ist, war eine Linse mit 50 mm bis 200 mm Brennweite und 100 mm bis 300 mm Durchmesser zwischen dem Bildablenkgerät 42 und den eindimensionalen Wiedergabegeräten 70a bis 70d angeordnet, um die Größe von Ausgabebildern der eindimensionalen Wiedergabegeräte 70a bis 70d einzustellen.
In den eindimensionalen Wiedergabegeräten 70a bis 70d lagen 200 Muster mit einer Wiedergabe alle 150 us vor, die Komponenten jeder Zeile mit zweidimensionalen Bildern entsprachen, mit denen ein dreidimensionales Objekt aus unterschiedlichen Winkelrichtungen aufgenommen wurde. Der als Bildablenkgerät 42 verwendete Galvanospiegel wurde über eine Sägezahnsignalspannung mit einer Frequenz von 30 Hz und einer Amplitude von 0 bis 10 V moduliert, und Reflexpositionen des. Galvanospiegels wurden entsprechend der Amplitude der Signalspannung in dieser periodischen Zeit bestimmt. Daher wurden 200 Muster, die von den eindimensionalen Wiedergabegeräten 70a bis 70d nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall innerhalb von 1/30 Sekunde angezeigt wurden, in horizontaler Richtung durch Schwingungen des Galvanospiegels abgelenkt und als zweidimensionale Bilder mit einem Auflösungsvermögen von 200 · 200 ausgegeben. Betrachtete ein Betrachter 44 diese Ausgabebilder, waren die wahrgenommenen Bilder natürlich und stereoskopisch, und es war kein Flimmern vorhanden. Außerdem wurde festgestellt, daß ein Bereich, in dem der Betrachter 44 stereoskopisches Sehen wahrnehmen kann, 10 cm bis 2 cm hinter der vorderen Mittelposition des Bildablenkgeräts 42 in Längsrichtung und maximal ±50 cm in einer Position von 2 m Tiefe in horizontaler Richtung betrug. Innerhalb dieses Bereichs konnten Seiten des stereoskopischen Objekts durch Ändern der Betrachtungsposition nach rechts und links betrachtet werden. Auf diese Weise wurden natürliche dreidimensionale Bilder mit räumlicher Tiefenausdehnung betrachtet.

Experiment 8

Experimentell wurde eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige gemäß Fig. 9 hergestellt.
Zunächst zeigt Fig. 18 ein Beispiel für einen Raumlichtmodulator 64 im Zusammenhang mit der Erfindung. Dieses Element weist ein transparentes Substrat 181 (z. B. Glas) auf, auf dem eine transparente Elektrode 182 (z. B. ITO, ZnO, SnO&sub2;), eine photoleitende Schicht 183 (oder eine lichtabfangende Schicht) mit Gleichrichtung, ein in Mikroform aufgetrennter reflektierender Metallfilm 184 (z. B. solche Metalle wie Al, Ti, Cr, Ag oder zwei oder mehr Metallarten in Laminierung) darauf und ein Orientierungsfilm 185 (z. B. hochmolekularer Dünnfilm wie etwa Polyimid) zur Flüssigkristallorientierung angeordnet sind. Ferner ist ein weiteres Substrat 189 (z. B. Glas) mit einer transparenten Elektrode 188 (z. B. ITO, ZnO, SnO&sub2;) hergestellt, auf die ein Orientierungsfilm 187 (z. B. ein hochmolekularer Film wie etwa Polyimid) aufgetragen ist. Schließlich sind diese beiden Substrate mit einem bestimmten Raum dazwischen aufeinandergelegt, wobei dazwischen ferroelektrischer Flüssigkristall 186 injiziert ist.
Zu Materialbeispielen für die photoleitende Schicht 183 gehören Verbindungshalbleiter wie CdS, CdTe, CdSe, ZnS, ZnSe, GaAs, GaN, GaP, GaAlAs, InP; amorphe Halbleiter wie Se, SeTe, AsSe; polykristalline oder amorphe Halbleiter wie Si, Ge, Si1-xCx, Si1-xGex, Ge1-xCx(0 < x < 1); oder (1) Phthalocyaninpigment (als Pc abgekürzt), zum Beispiel Metalle wie Pc, XPc (z. B. X = Cu, Ni, Co, TiO, Mg, Si(OH)&sub2;), AlClPcCl, TiOCIPcCI, ClPcCl, InCIPcCI, InClPc, InBrPcBr; (2) Azofarbstoffe, z. B. Monoazofarbstoff, Diazofarbstoff; (3) Phenylenpigment, z. B. Phenylensäureanhydrid, Phenylensäureimid; (4) Indigoidfarbstoff; (5) Chinacridonpigment; (6) die Klasse der polycyclischen Chinone, z. B. Anthrachinonklasse, Pyrenchinon; (7) Cyaninfarbstoff; (8) Xanthenfarbstoff; (9) Charge- Transfer-Komplexe, z. B. PVK/TNF; (10) eutektischer Komplex aus Pyryliumsalzfarbstoff und Polycarbonatharz; und (11) organische Halbleiter, z. B. Azulensalzverbindungen. Ferner können bei Einsatz von amorphem Si, Ge, Si1-xCx, Si1-xXGex, Ge1-xCx (hierin als a-Si, a-Ge, a-Si1-xCx, a-Si1-xGex, a- Ge1-xCx abgekürzt) für die photoleitende Schicht 183 Wasserstoff oder ein Halogenelement enthalten sein, und Sauerstoff oder Stickstoff können zur Senkung der dielektrischen Konstante und zur Erhöhung des spezifischen Widerstands enthalten sein. Zum Steuern des spezifischen Widerstands können hierbei p-leitende Verunreinigungen, z. B. die Elemente B, Al und G, oder n-leitende Verunreinigungen, z. B. die Elemente P, As und Sb, zugegeben sein. Auf diese Weise lassen sich amorphe Materialien mit zugegebenen Verunreinigungen laminieren, um p/n-, p/i-, i/n- und p/i/n-Übergänge zu bilden, und die dielektrische Konstante sowie der Hintergrundwiderstand oder eine Betriebsspannungspolarität lassen sich durch Ausbilden einer Verarmungsschicht in der photoleitenden Schicht 183 steuern. Nicht nur diese amorphen Materialien, sondern auch zwei oder mehr Arten der vorgenannten Materialien können bei der Laminierung zur Bildung eines Heteroübergangs und zur Herstellung einer Verarmungsschicht in der photoleitenden Schicht 183 zum Einsatz kommen. Eine bevorzugte Dicke der photoleitenden Schicht 183 beträgt 0,1 bis 10 um.
Außerdem ist bevorzugt, daß die Lichtabfangempfindlichkeit der photoleitenden Schicht 183 durch Erzeugen eines photoelektrischen Stroms mit einer Quantenausbeute über 1 durch z. B. Bildung einer p/i/n-Photodiodenstruktur verbessert ist, in der die i-Schicht zu einem Supergitter ausgebildet ist, indem man zwei oder mehr vorgenannte Materialien abwechselnd laminiert.
Anhand eines konkreten Beispiels wird nunmehr ein Herstellungsverfahren für dieses Element beschrieben. Zunächst wurde ein ITO-Dünnfilm als transparente Elektrode 182 durch ein Bedampfungsverfahren auf die Oberseite eines Glassubstrats 181 (40 mm · 40 mm · 0,3 mm) abgeschieden. Die Dicke des ITO-Films betrug 1000 Angström. Anschließend wurde als photoleitende Schicht 183 p-i-n-strukturiertes amorphes Silicium (a-Si:H) durch ein CVD-Plasmaverfahren abgeschieden. Hierbei wurden die Dicken der p-Schicht 183a, i-Schicht 183b und n-Schicht 183 so bestimmt, daß sie 100 nm (1000 Angström), 1450 nm bzw. 450 nm betrugen, was insgesamt 2 um ergab. Verunreinigungen aus B (Bor) wurden der p-Schicht 183a in einer Menge von 40 ppm zugegeben, und P (Phosphor) wurde der n-Schicht 183c in einer Menge von 40 ppm zugegeben. Keine Zugabe erfolgte in der i-Schicht 183b. Anschließend wurde ein reflektierender Metallfilm 184 hergestellt, indem Cr über ein Vakuumbedampfungsverfahren durchgängig aufgebracht und danach mittels Photolithographie in Mikroform unterteilt wurde. Hierbei hatte der reflektierende Metallfilm 184 eine Größe von 20 um · 20 um, und die Breite zwischen Bildern betrug 5 um. Ferner wurde die Anzahl von Bildelementen mit 106 festgelegt (1000 · 1000). Polyamidsäure wurde durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren von oben aufgetragen und zu einem Polyimid-Orientierungsfilm 185 durch Wärmehärten ausgebildet. Die Dicke des Polyimidfilms war mit 10 nm bestimmt. Ein Orientierungsverfahren erfolgte durch Reiben einer Oberfläche des Orientierungsfilms 185 in einer Richtung mit einem Nylontuch. Auf die gleiche Weise wurde auf dem anderen Substrat 189 (Glas) eine transparente ITO-Elektrode 188 hergestellt, und ein Polyimid-Orientierungsfilm 187 wurde für das Orientierungsverfahren ausgebildet. Als nächstes wurden Perlen mit 1 um Durchmesser auf der Oberseite dieses Substrats 189 verteilt, das danach auf das andere Substrat 181 gelegt wurde, wodurch ein Spalt von 1 um zwischen beiden Substraten gebildet wurde. Abschließend wurde dieser Spalt durch Injizieren mit ferroelektrischem Flüssigkristall 186 gefüllt, und es wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt. Mit diesem Verfahren wurde der Raumlichtmodulator 64 fertiggestellt.
Als nächstes wurde das Bildablenkgerät 42 wie in Fig. 6 konfiguriert, wobei ein Ultraschallmedium 112 unter Verwendung von dichtem Flintglas im Bereich von 50 um bis 200 um hergestellt wurde, um eine Größe von 30 Inch zu ergeben. Ferner wurden LiNbO&sub3; für einen Wandler 111 und Quarzglas für einen Ultraschallabsorber 113 verwendet.
Das aus AO-Geräten bestehende Bildablenkgerät 42 wurde mit einem sägezahnförmigen Ultraschallsignal von 0 bis 20 V mit zwei Frequenzen beaufschlagt, die mit 50 MHz und 100 MHz festgelegt waren. Bei beiden Frequenzen wurde eine Amplitudenumkehr der Sägezahnsignalspannung zum Ablenken in vier Richtungen verwendet, die den Aufnahmerichtungen der Bilder gemäß Fig. 4 entsprachen.
Als Ergebnis betrug ein maximaler Ablenkwinkel in horizontaler Richtung -40 Grad bis +40 Grad, und stereoskopisches Sehen war in einer Entfernung von 30 cm bis 4 m von der vorderen Mittelposition des Bildablenkgeräts 42 in Längenrichtung und maximal ±1 m in einer Position von 4 m Tiefe in horizontaler Richtung möglich.
Da außerdem dreidimensionale Bilder mit einem breiten Sichtwinkel auf dem 30 Inch großen Schirm erzeugt wurden, funktionierte ein räumlicher Schirmeffekt vorteilhaft, bei dem ein Bildrahmen auf der Anzeigefläche kaum zu bemerken war, wodurch ein großes und aussagekräftiges stereoskopisches Bild wahrgenommen werden konnte.

Experiment 9

Bei der im Experiment 8 hergestellten dreidimensionalen Anzeigevorrichtung wurde das in diesem Fall verwendete Bildablenkgerät 42 wie in Fig. 12(a) konfiguriert. Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren für das Bildablenkgerät 42 anhand eines konkreten Beispiels beschrieben. Durch ein Bedampfungsverfahren wurde ITO als transparente Elektroden 122 bis 124 auf ein Glassubstrat mit einem Diagonalmaß von 10 Inch abgeschieden. Dieses Glassubstrat und ein Abstandshalter mit 10 um bis 100 um Dicke kamen zur Herstellung von prismatischen Zellen 121 und 125 zum Einsatz.
Obwohl dies nicht in Fig. 12(a) gezeigt ist, erfolgte das gleiche Orientierungsverfahren auf der Oberfläche der transparenten Elektroden 122 bis 124 durch einen Polyimidfilm wie im Herstellungsverfahren des Raumlichtmodulators.
Ein Orientierungsverfahren war als homogene Orientierung ausgewählt, bei der die Orientierungsrichtungen der transparenten Elektroden 122 und 124 parallel zueinander werden. Dies geschah zu Einstellzwecken auf solche Weise, daß bei Beaufschlagung eines nematischen Flüssigkristalls, der als Beispiel für den in die prismatischen Zellen 121 und 125 gefüllten Flüssigkristall zum Einsatz kam, mit einer Signalspannung die Eingabebilder nicht durch die aufgeprägte Spannung intensitätsmoduliert werden sollten, sondern sich statt dessen nur ein optischer Weg der Eingabebilder ändern sollte.
Für die aufgeprägte Signalspannung kam eine Signalwellenform als Zerhackerwelle gemäß Fig. 12(b) mit einer Amplitude von 5 V und einer Frequenz von 8 Hz zum Einsatz, wobei eine Wellenform 1 und eine Wellenform 2 so erzeugt wurden, daß eine Phase gegenüber der anderen Phase um 180 Grad verschoben war.
Als Bildwiedergabegerät 66 wurde eine CRT mit einem Diagonalmaß von 6 Inch verwendet. In dieser CRT 66 wurden Bilder eines dreidimensionalen Objekts 161, die aus vier Richtungen von vier CCD-Kameras 163a bis 163d in Fig. 16(a) aufgenommen wurden, einmalig in einem Vollbildspeicher gespeichert, wonach diese Bilder alle 16 ms als vorbestimmtes Zeitintervall wiedergegeben und in die photoleitende Schicht des Raumlichtmodulators 64 ausgelesen wurden.
Nach Bündeln von Ausleselicht von einer Lichtquelle 61 durch eine Kondensorlinse 62 wurde dieses Licht in die Flüssigkristallseite des Raumlichtmodulators 64 eingegeben, wonach davon reflektiertes Licht durch einen Strahlteiler 63 reflektiert wurde und die Bilder durch eine Projektionslinse 67 auf das Bildablenkgerät 42 projiziert wurden. Ein durch Auflegen einer Polyethylenbahn auf eine Kunststoffplatte mit einem Diagonalmaß von 12 Inch hergestellter Streu-Durchlaß- Schirm 43 wurde in enger Berührung mit dem Bildablenkgerät 42 verwendet.
Unter Verwendung der gleichen Puppe wie im Experiment 2 als dreidimensionales Objekt wurde die hergestellte Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige experimentell betrieben. Beim Betrachten erzielter Bilder ließen sich die gleichen natürlichen stereoskopischen Bilder wie im Experiment 2 als helle Bilder wahrnehmen.

Experiment 10

In der im Beispiel 8 hergestellten dreidimensionalen Anzeigevorrichtung war ein Bildablenkgerät 42 wie in Fig. 13 konfiguriert. Anhand eines konkreten Beispiels wird ein Herstellungsverfahren für das Bildablenkgerät von Fig. 13 erläutert.
Transparente Elektroden aus ITO wurden auf einem Glassubstrat mit 10 Inch Diagonalmaß durch ein Bedampfungsverfahren durchgängig ausgebildet. Von der rechten Seite wurden Streifenrillen mit einer Breite von 10 um bis 100 um durch Ätzen von ITO an einer Position von 2,5 Inch gebildet, wodurch das ITO in zwei Teile getrennt wurde. Zwei Stücke dieses Glassubstrats wurden kombiniert, um eine Platte mit 10 um bis 100 um Dicke aufzubauen, die auf die gleiche Weise wie eine Kombination aus rechtwinkligen Zellen 131 und 132 gemäß Fig. 13 funktionierte. Als nächstes wurde das ITO an einer 5 Inch von der rechten Seite entfernten Position geätzt, und eine Mittelplatte gemäß Fig. 13 wurde hergestellt. Auf die gleiche Weise wurde eine weitere Platte durch ITO-Ätzen an einer 7,5 Inch von der rechten Seite entfernten Position hergestellt, und diese drei Plattenstücke wurden kombiniert, um das Bildablenkgerät von Fig. 13 zu konfigurieren.
Ein Orientierungsverfahren wurde als homogene Orientierung wie im Experiment 9 unter Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls ausgewählt. Transparente Elektroden 137g bis 1371 dienten als gemeinsame Elektroden, während transparente Elektroden 137a, 137c und 137e mit einer Signalspannung gemäß Fig. 12(b) beaufschlagt wurden. Danach wurden transparente Elektroden 137b, 137d und 137f mit einer Signalspannung gemäß Fig. 12(c) beaufschlagt. Eine Wellenform der Signalspannung war die gleiche wie im Experiment 9.
Beim Betrieb der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige wie im Experiment 9 konnte ein helles stereoskopisches Bild betrachtet werden. Außerdem waren die Bilder auch in der Kontur deutlich, da das Bildablenkgerät 42 mit ebenen Platten aufgebaut war.

Experiment 11

Eine dreidimensionale Anzeigevorrichtung wurde durch Konfigurieren eines Bildablenkgeräts 42 gemäß Fig. 14(a) hergestellt. Anhand eines konkreten Beispiels wird ein Herstellungsverfahren für das Bildablenkgerät von Fig. 14(a) erläutert.
Zunächst wurde ITO durch ein Bedampfungsverfahren durchgängig auf einem Glassubstrat mit einem Diagonalmaß von 10 Inch ausgebildet. Auf die gleiche Weise wurde eine weitere Glassubstratplatte mit durchgängig ausgebildetem ITO hergestellt. Transparente Bildelementelektroden 143a bis 1431 wurden durch Ätzen von Streifenrillen in einer Breite von 5 um bis 50 um hergestellt. Die beiden Platten dieser Glassubstrate wurden zu einer Flüssigkristallzelle 141 mit einer Zellendicke von 10 um bis 100 um kombiniert. Zusätzlich wurde ein Orientierungsverfahren als homogene Orientierung wie im Expe riment 9 unter Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls ausgewählt.
Für die aufgeprägte Spannung wurde eine Sägezahnsignalwellenform gemäß Fig. 14(b) oder ein Umkehrsignal davon in einem Amplitudenbereich von 0 bis 10 V unter Verwendung von vier transparenten Bildelementelektroden für eine Wellenform bereitgestellt. Dadurch trat eine Brechzahlverteilung des Flüssigkristalls in der Flüssigkristallzelle 141 auf, und durch die Phasenbeugungsgitterfunktion wurden die Bilder in jede optionale Rechts- und Linksrichtung abgelenkt.
Beim Betrieb der Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige wie im Experiment 9 unter Verwendung des so hergestellten Bildablenkgeräts 42 ließ sich ein helles stereoskopisches Bild betrachten. Außerdem war die bei Änderung der Betrachtungsposition wahrgenommene Kontinuität gleichmäßiger als in den Experimenten 9 oder 10.

Claims

1. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige mit:

einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eindimensionaler oder zweidimensionaler Bilder eines Objekts (1);

einer einzelnen Bildwiedergabeeinrichtung (41); und

einer einzelnen Bildablenkeinrichtung (42) zum Ablenken jeder der durch die Bildwiedergabeeinrichtung wiedergegebenen Bilder in einer vorbestimmten Ablenkrichtung, die der Richtung entspricht, in der das Bild durch die Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wird;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner einen Streu-Durchlaß-Schirm (43) zum Anzeigen der abgelenkten Bilder aufweist;

dadurch, daß die Bildaufnahmeeinrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den folgenden (i) und (ü) besteht:

(i) eine Bildaufnahmeeinrichtung mit mehreren Bildaufnahmegeräten (2a bis 2d oder 2a bis 2 h), die horizontal und/oder vertikal angeordnet sind,

(ii) eine Bildaufnahmeeinrichtung mit mehreren Spiegeln (30a bis 30 h) und einem Bildaufnahmegerät (2), wobei die Spiegel horizontal und/oder vertikal so angeordnet sind, daß Lichtstrahlen vom Objekt jeweils in unterschiedlichen Richtungen durch die Spiegel reflektiert werden, um das Bildaufnahmegerät zu erreichen;

wobei die Bildaufnahmeeinrichtung (i) oder (ii) jeweils die eindimensionalen oder zweidimensionalen Bilder des Objekts (1) nacheinander aus unterschiedlichen Richtungen in einem vorbestimmten Zeitintervall aufnimmt, wobei die Bildwiedergabeeinrichtung (41) die eindimensionalen oder zweidimensionalen Bilder, die nacheinander durch die Bildaufnahmeeinrichtung im vorbestimmten Zeit intervall aufgenommen werden, nacheinander für weniger als 1/30 Sekunde synchron zum vorbestimmten Zeitintervall wiedergibt und anzeigt,

wobei die Bildablenkeinrichtung (42) jedes der angezeigten Bilder in einer vorbestimmten Ablenkrichtung ablenkt, die der Richtung entspricht, in der das Bild aufgenommen wird;

und ferner dadurch gekennzeichnet, daß die abgelenkten Bilder durch den Streu-Durchlaß-Schirm (43) zur Anzeige geführt werden, wobei die Durchlaßcharakteristik des Streu-Durchlaß-Schirms (43) größer als die Streucharakteristik ist.

2. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 1, wobei das Bildaufnahmegerät eine Videokamera (2a bis 2d oder 2a bis 2 h) ist.

3. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 1, wobei ein Verschluß (31a bis 31h) vor jedem der Spiegel (30a bis 30 h) angeordnet ist und der Verschluß zum Öffnen und Schließen der Oberfläche des Spiegels im vorbestimmten Zeitintervall angesteuert wird.

4. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Ablenkrichtung der Bildablenkeinrichtung (42) eine Richtung des zum Objekt weisenden Spiegels (30a bis 30h) ist.

5. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 3, wobei der Verschluß (31a bis 31h) ein mechanischer Verschluß oder ein durchlässigkeitsändernder Verschluß ist.

6. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 5, wobei der durchlässigkeitsändernde Verschluß ein Flüssigkristallverschluß unter Verwendung von verdrehungsnematischem Flüssigkristall, ferroelektrischem Flüssigkristall, antiferroelektrischem Flüssigkristall, Flüssigkristall mit dynamischem Streumodus ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bildwiedergabeeinrichtung eine ist, die ausgewählt ist unter einem Kathodenstrahlröhrenanzeigegerät, einem Plasmaanzeigegerät, einem Elektrolumineszenzanzeigegerät und einem Flüssigkristallanzeigegerät unter Verwendung von verdrehungsnematischem Flüssigkristall, ferroelektrischem Flüssigkristall, antiferroelektrischem Flüssigkristall, Flüssigkristall mit dynamischem Streumodus, einem eindimensionalen Bildwiedergabegerät mit mehreren lichtemittierenden Dioden in kombinierter Form, einem Kathodenstrahlröhren-, einem Elektrolumineszenz- und einem Flüssigkristallwiedergabeelement, das ausgewählt ist unter verdrehungsnematischem Flüssigkristall, ferroelektrischem Flüssigkristall, antiferroelektrischem Flüssigkristall, Flüssigkristall mit dynamischem Streumodus.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bildablenkeinrichtung ein beweglicher Spiegel (91) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bildablenkeinrichtung eine bewegliche Spiegelanordnung (92) ist.

10. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 1, wobei die Bildablenkeinrichtung (42) ein Gerät ist, das Bilder durch Ändern einer Brechzahl eines lichtdurchlässigen Mediums in mehrere Richtungen ablenkt.

11. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 10, wobei das Gerät ein akustooptisches Element oder ein optisches Flüssigkristallelement ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Ablenkwinkel von N Ausgabebildern so ausgewählt sind, daß die für einen Betrachter hinter dem Streu-Durchlaß- Schirm (43) sichtbaren Bereiche in (2N-1) Bereiche als Reaktion auf die mehreren Überlappungen der N sichtbaren Bereiche aufgeteilt sind, wenn die Anzahl abgelenkter Ausgabebilder N ist, wobei N eine Ganzzahl größer 1 ist.

13. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 12, wobei der Bereich, in dem sich die N sichtbaren Bereiche überlappen, in den aufgeteilten Bereichen enthalten ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die aufgeteilten Bereiche jeweils im wesentlichen die gleiche Fläche haben.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine Intensitätsmodulationseinrichtung (64) zum Modulieren der Intensität des durch die Bildwiedergabeeinrichtung wiedergegebenen Bilds zwischen der Bildwiedergabeeinrichtung (66) und der Bildablenkeinrichtung (42) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung zur dreidimensionalen Bildanzeige nach Anspruch 15, wobei die Intensitätsmodulationseinrichtung ein Raumlichtmodulator (64) mit einer Schreibseite für Lichtinformationen und einer Leseseite für Lichtinformationen in getrennter Form ist und der Raumlichtmodulator die Intensität des geschriebenen Bilds moduliert und zur Leseseite für Lichtinformationen überträgt.