ES2227200T3 - Metodo y aparato para presentar imagenes 3d. - Google Patents
Metodo y aparato para presentar imagenes 3d.Info
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Abstract
Un aparato para presentar imágenes 3D, comprendiendo el aparato a. una pantalla (20) para transmitir y/o reflejar luz selectivamente, de tal manera que la dirección de un haz de luz (Le) que sale de la pantalla (20) dependa del ángulo de incidencia bajo el cual dicho haz (Ld) llega a la pantalla, b. un sistema de iluminación de la pantalla, comprendiendo el sistema de iluminación de la pantalla c. módulos (45) para generar haces de luz (Ld), siendo proyectados los haces de luz (Ld) hacia múltiples puntos diferentes (P) de la pantalla (20) y saliendo de dichos puntos (P) de la pantalla en direcciones de emisión diferentes (E), y, además, d. proporcionando la pantalla divergencia a la luz transmitida o reflejada de acuerdo con el ángulo entre direcciones de misión contiguas, y comprendiendo, además, el aparato e. un sistema de control para controlar los módulos.
Description
Método y aparato para presentar imágenes 3D.
La invención se refiere a un método para
presentar imágenes 3D, en el curso del cual se generan haces de luz
asociados a múltiples puntos diferentes de una pantalla y haces de
luz que crean diferentes vistas asociadas a diferentes direcciones
de emisión de los puntos individuales de la pantalla, y los haces de
luz así generados son proyectados sobre una pantalla de transmisión
y/o reflexión direccionalmente selectiva. El objeto de la invención
se refiere también al aparato que pone en práctica el método de la
invención. El aparato comprende una pantalla para transmitir y/o
reflejar luz selectivamente en dirección y a un sistema de
iluminación de la pantalla. El sistema de iluminación de la pantalla
comprende módulos para generar haces de luz, estando los haces de
luz asociados a múltiples puntos diferentes de la pantalla y a
direcciones de emisión diferentes de los puntos de la pantalla. Los
módulos son controlados por un sistema de control apropiado.
Métodos de formación de imágenes tridimensionales
(3D) basados en los principios anteriores se describen con detalle
en los documentos Nos. WO 94/23541 y WO 98/34411, cuyo contenido se
presupone conocido para entender la presente invención. Las imágenes
3D contienen más información que las imágenes 2D. Para presentar una
imagen 3D se tiene que generar un número apropiado de puntos
(manchas) de pantalla, y, en el caso de una imagen en movimiento,
teniendo en cuenta el cambio de los cuadros, se tiene que generar
también una relación apropiada de manchas/s. El número de puntos
(manchas) de pantalla es básicamente el producto de la resolución de
la imagen y la resolución angular (es decir, el número de vistas o
zonas de visión distinguibles). Además, en el caso de una imagen en
movimiento, el número de puntos de pantalla requeridos dentro de un
solo cuadro ha de ser multiplicado por el número de cuadros
cambiados en un segundo (cuadros/s), dando así el número de puntos
de pantalla que han de generarse cada segundo.
El problema básico es cómo generar el número
requerido de puntos (manchas) de pantalla de formación de imagen
dentro de una unidad de tiempo dada (manchas/s):
Una posible solución es realizar la
multiplicación por el tiempo, en cuyo caso se necesitan dispositivos
más rápidos, tal como se describe en la patente US No. 6,157,424.
Tal dispositivo no está aún disponible en la práctica o es capaz
solamente de presentar un número limitado de vistas. Estos
dispositivos aplican pantallas LCD rápidas u otras válvulas de luz
rápidas colocadas en dos o tres planos subsiguientes.
La segunda solución es una división espacial, es
decir, el número de puntos de pantalla requeridos son generados en
paralelo y apropiadamente organizados. En la práctica, se tienen que
utilizar presentaciones de más velocidad, pero con un mayor número
de pixeles (alta resolución) o bien más presentaciones con una
resolución normal. La desventaja de este enfoque es que requiere más
espacio. Estos son sistemas lenticulares en donde se crean
direcciones diferentes a expensas de la resolución; por ejemplo,
para crear diez direcciones se necesita un dispositivo con una
resolución 10 veces mayor, en el que cada décimo punto de pantalla
esté asociado a una cierta dirección, o, alternativamente, se divide
una pantalla (presentación) en diez partes. Se conocen ahora
diferentes versiones de estas soluciones.
La tercera posibilidad consiste en combinar los
dos métodos, haciendo un uso óptimo de la velocidad y la resolución
de los dispositivos y teniendo en cuenta las características y
limitaciones tecnológicas del elemento generador de puntos de
pantalla; por ejemplo, para generar 30 vistas se aplican diez
unidades de dispositivos de triple velocidad o con una resolución
diez veces mayor. El número diez veces mayor de puntos de pantalla
espacialmente separados se divide en el tiempo por tres fuentes de
luz diferentes - típicamente desde direcciones diferentes.
La presente invención describe un método y un
aparato que satisfacen los requisitos anteriores, con un método que
puede materializarse con tecnologías reales existentes basándose en
las soluciones segunda y tercera.
La finalidad de la presente invención consiste en
proporcionar un método y un aparato mejorados que puedan producir
imágenes en color de alta calidad con una frecuencia de cuadros
adecuadamente alta, es decir que haga posible producir también
imágenes en color 3D en movimiento. Para resolver este problema, la
invención requiere básicamente una nueva disposición óptica.
Un elemento importante de los sistemas conocidos
de formación de imágenes 3D descritos anteriormente es una fuente de
luz relativamente pequeña que emite haces de luz de intensidad
variable (y, preferiblemente, de colores diferentes) en direcciones
diferentes. En el documento No. WO 98/34411 esto puede crearse por
medio de un deflector acusto-óptico que desvía y modula un haz de
láser en función del tiempo. Así, se generan y se emiten haces de
luz en direcciones diferentes, y estos haces de luz son modulados de
manera diferente en direcciones diferentes. Como alternativa, el
documento WO 98/34411 revela que la fuente de luz puede ser como la
descrita en el preámbulo de la reivindicación 1.
La presente invención consiste en un aparato y un
método para presentar imágenes 3D según se definen en las
reivindicaciones adjuntas.
A título de ejemplo solamente, se describirá
ahora una realización de la invención haciendo referencia a los
dibujos que se acompañan, en los que:
Las Figuras 1 y 2 demuestran el principio básico
del aparato y el método de presentación de imágenes 3D de la
invención;
la Figura 3 es el esquema de los elementos
básicos del sistema de formación de imágenes de la invención, así
como un esquema funcional que demuestra el principio básico del
sistema de lente óptica;
la Figura 4 es la sección transversal ampliada de
la pantalla de las Figuras 1 a 3 con el esquema que demuestra la
divergencia de la luz;
la Figura 5 muestra el modo en que se producen
haces de luz por el aparato con los módulos de la Figura 3 en el
caso de observadores que contemplen el aparato desde una posición
dada:
la Figura 6 muestra el principio de presentación
de imágenes del aparato de acuerdo con la invención;
la Figura 7a es una perspectiva parcial en vista
frontal y superior de la pantalla de la Figura 4;
las Figuras 7b y 7c demuestran la diferencia
entre dos realizaciones diferentes del sistema de presentación de
imágenes 3D de acuerdo con la invención, en vistas similares a la
Figura 7a,
la Figura 8 ilustra la disposición tridimensional
de las partes para una realización del aparato de la invención;
la Figura 9 es una vista lateral del sistema de
formación de imágenes de la Figura 3;
la Figura 10, similar a la Figura 8, ilustra otra
realización del aparato de la invención;
la Figura 11 muestra el sistema óptico de la
disposición de la Figura 10 en una vista similar a la Figura 9;
la Figura 12 representa un esquema teórico de una
versión modificada del sistema de formación de imágenes que ilustra
varios medios generadores de imágenes con una presentación;
la Figura 13 ilustra el sistema óptico de los
medios generadores de imágenes creados de acuerdo con la Figura
12;
la Figura 14 es una versión del sistema óptico de
la Figura 13;
la Figura 15 es otra versión del sistema óptico
de la Figura 13;
la Figura 16 ilustra una versión más de varios
medios generadores de imagen equipados con una sola presentación, en
donde la distribución no es espacial, sino en una secuencia de
tiempo;
la Figura 17 ilustra la posición relativa de los
medios generadores de imagen individuales uno hacia otro cuando
están colocados en varias filas;
la Figura 18 ilustra la disposición ópticamente
simétrica de los módulos individuales y la pantalla;
la Figura 19 ilustra otra versión de la
disposición ópticamente simétrica de los módulos individuales y la
pantalla;
la Figura 20 ilustra otra versión de la
disposición ópticamente simétrica de los módulos individuales y la
pantalla;
la Figura 21 ilustra otra versión de la
disposición ópticamente simétrica de los módulos individuales y la
pantalla;
la Figura 22 ilustra el principio de la
disposición óptica aplicado en los módulos individuales;
la Figura 23 es una versión mejorada de la
realización de los medios generadores de imagen;
la Figura 24 es una vista en planta de la
disposición de la Figura 23;
la Figura 25 ilustra otra realización del sistema
óptico utilizado en los módulos, mostrada en una vista perpendicular
al eje óptico;
la Figura 26 es una versión modificada del
sistema óptico de la Figura 25;
la Figura 27 es una vista teórica en perspectiva
de una versión del sistema óptico de la Figura 25;
la Figura 28 ilustra el principio de otra versión
de la pantalla con la disposición de módulos relacionada y mostrando
la estructura de la pantalla;
la Figura 29 ilustra una aplicación práctica de
la disposición de la Figura 28;
la Figura 30 es una vista en perspectiva y en
sección transversal de una posible realización de la pantalla tomada
desde dos ángulos;
la Figura 31 muestra la sección transversal de
otra realización de la pantalla;
la Figura 32 muestra otra realización de la
pantalla en la misma vista que la Figura 31;
la Figura 33 ilustra otra posible realización de
la pantalla en la misma vista que la Figura 30;
la Figura 34 es la sección de la pantalla de la
Figura 33;
la Figura 35 es la sección de la pantalla de la
Figura 33 con una pantalla adicional;
la Figura 36 es la sección de la pantalla de la
Figura 33 con otro tipo de pantalla adicional;
la Figura 37 es la sección de la pantalla de la
Figura 33 con una configuración de superficie que realiza las
funciones de la pantalla accesoria de la Figura 35;
la Figura 38 es la vista en perspectiva de otra
realización del aparato de la invención;
la Figura 39 ilustra un modo de aplicación para
el aparato de la Figura 38;
la Figura 40 ilustra otro modo de aplicación para
el aparato de la Figura 38;
la Figura 41 es una vista parcialmente recortada
que ilustra la estructura básica del aparato de la Figura 38;
la Figura 42 es otra versión para la
materialización concreta de los módulos utilizados en el aparato con
un esquema similar al de la Figura 22;
la Figura 43 es la vista en perspectiva de la
unidad de iluminación LED utilizada en el módulo mostrado en la
Figura 42;
la Figura 44 muestra la organización de las
manchas luminosas de la unidad de iluminación de la Figura 43; y,
finalmente,
la Figura 45 demuestra la construcción funcional
del sistema de control que controla el funcionamiento del aparato de
presentación de la invención.
Con referencia a las Figuras 1 a 3, explicaremos
los principios de la invención a través de la presentación del
aparato. El aparato es para proporcionar imágenes tridimensionales
con un sentido de espacio. Esto se logra por medio de la pantalla
del aparato, que emite haces de luz diferentes en direcciones de
emisión diferentes, según se explica en detalle con referencia a la
Figura 6. A este fin, el aparato tiene una pantalla 20 que transmite
y/o refleja luz selectivamente en dirección. Por selectividad en
dirección de la pantalla queremos dar a entender que el haz de luz
saliente L_{e} sale de la pantalla 20 dependiendo del ángulo de
incidencia del haz de luz desviado L_{d} que llega a la pantalla
20, es decir que un ángulo de emisión bien definido está asociado a
un ángulo de incidencia dado. En otras palabras, la dirección del
haz de luz incidente L_{d} determina explícitamente la dirección
del haz de luz saliente L_{e}, lo cual contrasta con pantallas
difusas en donde, después de la incidencia de un haz de luz, salen
otros haces de luz con un ángulo espacial relativamente grande y la
dirección del haz de excitación incidente no puede ser determinada a
partir de un haz de luz saliente en una dirección dada.
Hay puntos de pantalla P en la pantalla 20 que no
se distinguen necesariamente en el aspecto físico, es decir que su
posición viene determinada por los haces de luz incidente y
emergente en un caso dado. Sin embargo, es igualmente viable que se
fije también físicamente la posición de los puntos de pantalla P en
la pantalla 20, por ejemplo con aberturas apropiadas. En tales
casos, los puntos de pantalla P pueden estar también separados
físicamente por una línea límite 21 entre los puntos de pantalla P,
como en la Figura 4. En la mayoría de los casos, al igual que en los
ejemplos descritos, la selectividad en dirección de la pantalla 20
se materializa de modo que dicha pantalla 20 transmite los haces de
luz L_{d} que llegan a los puntos de pantalla P sin cambiar su
dirección o bien refleja los haces de luz L_{d} como un
espejo.
Los puntos P de la pantalla 20 pueden emitir
colores de diferente intensidad y/o color en direcciones diferentes.
Esta característica de la pantalla 20 facilita que el aparato
funcione como una presentación tridimensional. Las Figuras 1 a 3
demuestran una realización en la que los haces de luz L_{d}
prácticamente no cambian su dirección cuando atraviesan la pantalla
20 y salen como haces de luz L_{e} dentro del intervalo angular de
emisión \alpha. Ha de resaltarse que las proporciones geométricas
de la disposición de las Figuras no se corresponden con el tamaño
real del aparato, sirviendo los dibujos solamente para explicar el
principio de trabajo.
En la parte siguiente de la descripción se usa el
siguiente convenio sobre las anotaciones:
- Supongamos que hay un número q de módulos en el aparato, en donde marcamos un módulo arbitrario con un índice intermedio j de uno de los 1...q módulos. Un módulo puede emitir luz en n direcciones diferentes, y las anotaciones para las direcciones arbitrarias intermedias son i, m o g. Hay un número p de puntos P en la pantalla 20, y el índice intermedio es k. Puede salir luz de un punto de pantalla P en n* direcciones de emisión, y de este modo n* direcciones de emisión pueden asociarse a un punto de pantalla P, esto es, a la pantalla completa 20. Los índices intermedios utilizados aquí son i*, m* o g*. En el caso de haces de luz, el índice inferior (s,c,d,e) se refiere a la función del haz de luz en el sistema óptico, en donde L_{s} representa haces de luz emitidos por la fuente de luz, L_{c} representa haces de luz colimados, L_{d} representa haces de luz desviados y L_{e} representa los haces de luz finalmente emitidos desde la pantalla 20 hacia el observador. Los índices superiores se refieren al módulo en línea, la dirección de emisión relacionada con el módulo y el punto de pantalla implicado P de la pantalla. Por tanto, un haz de luz L_{e}^{j,g,k+1} indica que el haz de luz sale de la pantalla 20, emitido en la dirección g desde el módulo j, tocando (en este caso saliendo de) el k+1-ésimo punto de pantalla P.
Además, el aparato tiene un sistema de
iluminación de la pantalla. Este sistema contiene módulos para
generar haces de luz L_{d}. Los haces de luz L_{e} está
asociados a múltiples puntos diferentes de la pantalla 20 y están
también asociados a diferentes direcciones de emisión E de los
puntos de pantalla P. Por ejemplo, en la realización de la Figura 3,
esencialmente el dispositivo 45 constituye un módulo y los haces de
luz L_{d}^{1}-L_{d}^{n} emitidos por el
j-ésimo dispositivo 45j atraviesan los puntos de pantalla diferentes
P_{k-2},..., P_{k+2} de la pantalla 20. Es
visible también que, como continuación de cada haz de luz
L_{d}^{1}-L_{d}^{n}, salen haces de luz
L_{e}^{j,1,k-2},
L_{e}^{j,i,k-1}, L_{e}^{j,m,k},
L_{e}^{j,g,k+1}, L_{e}^{j,n,k+2} de la pantalla 20,
propagándose en direcciones de emisión
E_{1}-E_{n*} diferentes. Al mismo tiempo, la luz
alcanza el mismo punto de la pantalla desde otros módulos, por
ejemplo en la Figura 3, en donde el haz de luz L_{d}^{1} que
sale del j-1-ésimo módulo 45_{j-1}
alcanza también el punto de pantalla P_{k+1} y sale en una
dirección E diferente de la del haz de luz L_{d}^{g} que viene
del dispositivo 45_{j} del j-ésimo módulo. Así, en otras palabras,
los módulos individuales se materializan como medios para generar
haces de luz L_{e} que son emitidos en direcciones diferentes
E_{1}-E_{n*} desde los puntos de pantalla P y
para proyectar haces de luz
L_{d}^{1}-L_{d}^{n} con intensidad y/o
color diferentes hacia los puntos de pantalla individuales P desde
direcciones diferentes. Para una mejor comprensión, en la Figura 3
n=5, es decir que un módulo emite luz en cinco direcciones
diferentes que alcanzan cinco puntos de pantalla diferentes P. Los
módulos individuales del aparato son controlados por el sistema de
control apropiado de acuerdo con los principios que se explican más
adelante.
La función de los módulos, esto es, los
dispositivos 45, que actúan como medios para generar haces de luz,
ha sido desarrollada en soluciones conocidas por fuentes de luz S
posicionadas en la superficie emisora de luz 10 en versiones
anteriores (véanse las Figuras 1 y 2). La función de estas fuentes
de luz S es emitir luz desde los puntos P de la pantalla 20 en
direcciones de emisión diferentes dentro del intervalo angular de
emisión \alpha, con intensidad y/o color apropiados desde los
puntos de pantalla dados P hacia las diferentes direcciones de
emisión. Las fuentes de luz S emiten luz dentro de un intervalo
angular \beta. Este intervalo angular \beta corresponde
esencialmente al intervalo angular de emisión \alpha de la
pantalla 20. Como se ve en la Figura 1, la fuente de luz S_{1},
S_{2}, S_{3},..., S_{n} emite un haz de luz L_{d} hacia el
punto de pantalla P_{3} y la dirección de los haces de luz L_{e}
que salen del punto de pantalla P_{3} vendrá determinada por la
posición mutua de las fuentes de luz individuales
S_{1}-S_{n} y el punto de pantalla P_{3}.
La esencia de la presente invención es realmente
una posible materialización de estas fuentes de luz S o, más
exactamente, la previsión de una disposición óptica que pueda
materializar las funciones proporcionadas por fuentes de luz S con
una anchura idealmente igual a cero.
Como en el caso de los documentos citados,
demostraremos el funcionamiento de la invención representando una
línea horizontal arbitrariamente seleccionada de puntos de pantalla
P y fuentes de luz S. Se entiende que hay varias líneas de puntos
de pantalla horizontales cuando se crea la imagen real, y
análogamente los haces de luz que salen de los medios generadores de
imagen salen también en varias líneas horizontales. El sistema
óptico forma entonces las imágenes de los haces de luz en las líneas
horizontales apropiadas de la pantalla.
Los haces de luz L_{e} que crean las vistas
asociadas a las diferentes direcciones de emisión
E_{1}-E_{n*} desde los diferentes puntos de
pantalla y asociadas a diferentes puntos P de la pantalla 20 del
aparato de la invención son generados de la manera siguiente:
Hay presentaciones bidimensionales, en este caso
una micropresentación 50 en los módulos individuales. Esta
micropresentación 50 es típicamente un panel LCD. Hay una lente en
los módulos que forman imágenes de los pixeles C_{d} de la
presentación 50 sobre la pantalla 20 simultáneamente, es decir que
la lente forma imágenes de toda la presentación 50 en la pantalla 20
simultáneamente. En la presentación bidimensional 50 los pixeles
C_{d} se asocian a los diferentes puntos de pantalla P y se
asocian también a las diferentes direcciones de emisión
E^{1}-E^{n*} de la pantalla 20. Los pixeles
C_{d} generan los haces de luz L_{c} en forma esencialmente
simultánea, con coordenadas diferentes, pero sustancialmente sin
ninguna información concerniente a su dirección de emisión. La
dirección de emisión asociada a los haces de luz L_{c} se
materializa solamente cuando la óptica de formación de imagen 40
del módulo 45 desvía los haces de luz L_{d} en direcciones de
desviación D^{1}-D^{n}. Los haces de luz
L_{d} que se propagan en las direcciones de desviación
D^{1}-D^{n} pasan por la pantalla 20
sustancialmente sin cambiar su dirección, de modo que las
direcciones de emisión individuales E son realmente determinadas por
las direcciones de desviación D de los haces de luz L_{d} que
salen del módulo 45. Es visible que los haces de luz que salen de
la j-ésima presentación 50j son sustancialmente paralelos, es decir
que los haces de luz L_{c}^{1}-L_{c}^{n} que
vienen de la presentación 50j no está en el ángulo apropiado, es
decir que no están desviados hacia la dirección de desviación D,
estando ellos mismos asociados a direcciones de emisión E. La
desviación es realizada primero por la óptica después de la
presentación 50, debido a que las ópticas de formación de imagen 40
asociadas a las presentaciones individuales 50 están diseñadas para
formar en esencia simultáneamente las imágenes de los haces de luz
L_{c} generados por los pixeles C_{d} con coordenadas
diferentes en direcciones de emisión
E^{1}-E^{n*} o direcciones de formación de
imagen diferentes.
Para ser más precisos, las presentaciones
bidimensionales individuales 50 se consideran como medios
generadores de imagen que generan imágenes completas de detalles que
han de proyectarse en las direcciones de emisión E desde los
diferentes puntos de pantalla P. Al mismo tiempo, la óptica de
formación de imagen funciona como un dispositivo de desviación
óptica que desvía los haces de luz L_{c} incidente sobre la óptica
de formación de imagen, en un ángulo dado dependiendo de las
coordenadas de incidencia. En el caso de la realización mostrada la
óptica de formación de imagen consiste en lentes ópticas 40. Al
mismo tiempo, el sistema de iluminación tiene medios para generar
haces de luz L_{c} sustancialmente paralelos y sustancialmente no
modulados. Estos medios para generar los haces de luz paralelos y no
modulados son el colimador 60 en el caso de la realización de la
Figura 3. El aparato tiene un sistema óptico que proyecta los medios
generadores de imagen - la presentación 50 - con haces de luz
sustancialmente paralelos L_{c} hacia unos medios de desviación
óptica, en este caso una lente óptica 40. Como se explica más
adelante, los medios de desviación óptica, es decir, la lente óptica
40 en el sistema óptico, y la pantalla 20 están posicionados en
forma mutuamente relacionada de modo que los haces de luz L_{c}
sean desviados en las direcciones de desviación D hacia los puntos
de pantalla apropiados P por los medios de desviación óptica, es
decir, la lente óptica 40. Las direcciones de desviación
individuales D son prácticamente análogas a las diferentes
direcciones de emisión E. Los haces de luz L_{c} son modulados por
la información codificada en los detalles, es decir, los pixeles
C_{d} de la imagen compuesta producida por los medios generadores
de imagen, es decir, la presentación 50.
En otras palabras, los medios 45 generadores de
haces de luz que proyectan haces de luz L_{d} hacia los puntos de
pantalla P tienen unos medios generadores de imagen que producen una
imagen compuesta a partir de los detalles de imagen que han de ser
proyectados desde los diferentes puntos de pantalla P en las
diferentes direcciones de emisión E. Estos medios generadores de
imagen son la micropresentación 50 de la Figura 3, en donde se crea
una imagen compuesta de una manera que se elabora más adelante.
Por tanto, un elemento esencial del aparato es el
dispositivo de desviación óptica que desvía los haces de luz
incidentes L_{c} en un ángulo dado dependiendo de las coordenadas
de incidencia. Este dispositivo de desviación es una lente óptica 40
en este diseño, la cual está realizada en realidad por un sistema de
lentes preferiblemente de plástico con superficies asféricas o
posiblemente difractivas, con la vista puesta en la posibilidad de
una producción en masa. Otra parte del aparato está constituida por
los medios para generar haces de luz L_{c} sustancialmente
paralelos y sustancialmente no modulados. Es decir, como se ha
mencionado anteriormente, en el caso de la realización de la Figura
3 un colimador 60 que produce haces de luz colimados L_{c} a
partir de haces de luz divergentes L_{s} que salen de una fuente
de luz puntual 70. La expresión "sustancialmente paralelo"
significa que el sistema óptico no tiene foco entre el colimador 60
y la lente óptica 40, pero es posible una diminuta divergencia o
convergencia de los haces de luz L_{c}. Por la expresión
"homogéneo en función de las coordenadas espaciales" se quiere
dar a entender que los haces de luz L_{c} están sustancialmente
sin modular en función de sus coordenadas tridimensionales. En
otras palabras, su intensidad y usualmente el color son
prácticamente iguales, de acuerdo con el hecho de que la modulación
en intensidad y en color de los haces de luz L_{c} será realizada
primero por la presentación 50 cuando los haces de luz L_{c} pasen
a través de ella.
Como se muestra en la Figura 3, la luz de las
fuentes de luz 70 es proporcionada por la fuente de luz común 80,
que es distribuida a las fuentes de luz individuales 70 por los
cables de fibra óptica 75 seleccionados del mazo 76 de cables de
fibra óptica. Naturalmente, es posible también que las fuentes de
luz individuales 70 tengan su propia luz. Pueden aplicarse lámparas
de halogenuro como fuente de luz común 80, por ejemplo las de la
serie OSRAM HTI.
El aparato según la invención comprende un
sistema óptico que proyecta la imagen producida por los dispositivos
de presentación individuales (es decir, la presentación 50) hacia
los medios de desviación óptica (es decir, la lente óptica 40) con
haces de luz sustancialmente paralelos L_{c}. En el sistema
óptico, los medios de deflexión ópticos, es decir, la lente óptica
40, y la pantalla 20 están posicionados en forma mutuamente
relacionada de modo que los haces de luz L_{d} sean desviados
desde direcciones de desviación diferentes D hacia los puntos de
pantalla apropiados P de la presentación 20, en donde, como se
muestra anteriormente, los haces de luz L_{d} son modulados
primero con la información codificada en los detalles individuales
de la imagen compleja por la presentación 50 en calidad de medio
generador de imagen y, en segundo lugar, los haces de luz L_{d}
son desviados por la lente óptica 40 en calidad de medio de
desviación óptico. Así, los haces de luz L_{d} son modulados por
la información codificada con los pixeles individuales (es decir,
por la información llevada por los pixeles) de la imagen generada
por las presentaciones 50 en calidad de medios generadores de
imagen. Los medios de desviación ópticos, es decir, la lente óptica
40, desvía los haces de luz L_{d} en las diferentes direcciones
de desviación D hacia los puntos de pantalla P correspondientes a la
posición mutua de los módulos apropiados 45 y la pantalla 20. Los
módulos 45 son desplazados periódicamente en posición y llevados a
posiciones ópticamente iguales u ópticamente simétricas de unos con
relación a otros y con relación a la pantalla. El término
"ópticamente igual" significa que los módulos individuales 45
incluyen sistemas ópticos idénticos y son desplazados o a veces
girados con relación a la pantalla con periodicidad regular.
Puede percibirse que los medios de desviación
ópticos, la lente óptica 40, actúan como unos medios de desviación
que desvían los haces de luz incidentes L_{c} con un ángulo dado,
dependiendo de las coordenadas de la incidencia. Como se ilustra en
la Figura 3, el haz de luz L_{c}^{1} que atraviesa el pixel
C_{d}^{j,1} en el borde izquierdo del SLM 50j será desviado en
una dirección de desviación D_{1} que es diferente de la
dirección de desviación D_{m} del haz de luz L_{c}^{m} que
atraviesa el pixel C_{d}^{j,m} en la parte media del SLM 50j,
que atraviesa la pantalla 20 en la dirección de emisión E_{m}, de
acuerdo con el hecho de que la dirección de emisión E_{m} viene
determinada por la dirección de desviación D_{m}. Es evidente
también por la Figura 3 (véanse igualmente las Figuras 1 y 2) que,
debido a las diferentes direcciones de desviación, los haces de luz
L_{d} desviados hacia diferentes direcciones de desviación
D_{1}-D_{m} por la lente óptica común 40j
atraviesan puntos de pantalla diferentes P. En este caso, esto
significa que el haz de luz L_{d}^{m} que se propaga en la
dirección D_{m} atraviesa el punto de pantalla P_{k} y el haz
de luz L_{d}^{1} que avanza en la dirección D_{1} atraviesa el
punto de pantalla D_{k-2}. Es también evidente
por lo anterior que las presentaciones individuales 50 generan una
imagen compuesta que no es idéntica a ninguna imagen real que el
aparato proyecte en cualquier dirección, debido a que los haces de
luz que atraviesan puntos de pantalla adyacentes de la presentación
50 no llegan necesariamente también a dos puntos adyacentes P de la
pantalla 20. Incluso si ocurre esto, debido al sistema de formación
de imagen, tales haces de luz adyacentes saldrán prácticamente de la
pantalla 20 en dos direcciones diferentes E, por lo que tienen que
ser codificados sobre la presentación 50 con información
correspondiente a diferentes direcciones de emisión E. Realmente,
observando la pantalla 20 desde una región, concretamente desde una
de las direcciones opuestas a la dirección de emisión E, los haces
de luz L_{e} que alcanzan el ojo del observador y que están
asociados a puntos diferentes P de la pantalla 20 atraviesan
usualmente presentaciones diferentes 50 y son modulados por éstas.
Se considera que dentro del intervalo angular de emisión \alpha,
determinado por las direcciones de emisión E, se emite luz en
prácticamente todas las direcciones. Por tanto, cuando se ve la
pantalla 20 desde esta región, los haces de luz alcanzan el ojo del
observador desde todos los puntos de pantalla P (véase también la
Figura 5). Así, el intervalo angular de emisión \alpha es
prácticamente idéntico a la región angular de visión completa, es
decir, a la región angular dentro de la cual los haces de luz
procedentes de puntos de pantalla P alcanzan los ojos del observador
que mira a la pantalla 20, o más simplemente ésta es la región desde
la cual el observador es capaz de percibir alguna especie de imagen
en la pantalla 20.
En lo que sigue se explican con más detalle los
principios de formación de imagen:
En el intervalo angular de emisión \alpha los
haces de luz individuales L_{e} se propagan en direcciones de
emisión bien determinadas E. Viendo la pantalla 20 desde una
dirección opuesta a estas direcciones de emisión E, pueden verse
haces de luz que salen de los puntos de pantalla individuales P y,
por tanto, se percibe una imagen completa en la totalidad de la
pantalla 20, estando esta imagen completa compuesta de los puntos de
pantalla P. Hay que hacer notar que en la imagen que aparece para el
observador puede no percibirse necesariamente la superficie de la
pantalla y de los propios puntos de pantalla P, y la imagen
percibida no será vista por el observador como una proyección de una
vista bidimensional, sino que es más probable que el observador
perciba espacio real.
Por ejemplo, en la Figura 3 se representa el
hecho de que los haces de luz L_{e}^{j-1,i,k+2},
L_{e}^{j,i,k-1} procedentes de los puntos de
pantalla P_{k+2}, P_{k-1} salen en la dirección
de emisión E_{i}. Aunque no se muestra, un haz de luz L_{e} sale
de cada uno de los puntos de pantalla P en todas las direcciones E,
de modo que hay también haces de luz que salen de los puntos de
pantalla P_{k+1}, P_{k}, P_{k-2} en la
dirección E_{i}.
Por consiguiente, viendo la pantalla 20 desde una
dirección opuesta a la dirección de emisión E_{i}, el obervador
verá luz de color e intensidad específicos que llega desde los
puntos de pantalla P_{k+2}, P_{k+1}, P_{k},
P_{k-1}, P_{k-2} y así el
observador percibirá la imagen creada por los puntos de pantalla
P_{k+2},...,P_{k-2}. De la misma manera, puede
observarse también en la Figura 3 que los haces de luz
L_{e}^{j-1,1,k-1},
L_{e}^{j,1,k-2} salen en la dirección de emisión
E_{1} desde los puntos de pantalla P_{k+1}, P_{k+2}.
Análogamente, salen también haces de luz de los demás puntos de
pantalla P_{k+2}, P_{k}, P_{k-1} en la
dirección de emisión E_{1}; para una mejor contemplación de la
Figura, estos no se muestran. Así, viendo la pantalla 20 desde una
dirección opuesta a la dirección de emisión E_{i}, el observador
verá luz de color e intensidad específicos en los puntos de
pantalla P_{k+2}, P_{k+1}, P_{k}, P_{k-1},
P_{k-2}, es decir que el observador percibirá la
imagen generada por los puntos de pantalla
P_{k+2},...,P_{k-2}. Sin embargo, se ve
fácilmente por lo siguiente que la imagen percibible desde una
dirección opuesta a la dirección de emisión E_{1} será usualmente
diferente de la imagen percibible desde una dirección opuesta a la
dirección de emisión E_{i}. Esto significa que la pantalla 20 es
capaz de proporcionar imágenes percibibles diferentes desde
direcciones diferentes. Puede verse que el haz de luz
L_{e}^{j-1,g,k+2} que sale del punto de pantalla
P_{k+1} es modulado por el pixel C_{d}^{g} de la presentación
50j, mientras que el haz de luz
L_{e}^{j-1,1,k+1}, que sale también del punto
de pantalla P_{k+1}, es modulado por el primer pixel
C_{d}^{j-1,1} de la presentación
50_{j-1}. Por consiguiente, la pantalla 20 es
capaz de producir imágenes diferentes desde direcciones diferentes,
lo que significa que puede presentar imágenes tridimensionales.
Se muestra perfectamente en la Figura 5 que el
gran número de módulos 45 detrás de la pantalla 20 y la divergencia
dada de la pantalla 20 aseguran que llegue un haz de luz a los ojos
del observador desde todos los puntos de pantalla P, lo que da como
resultado que el observador perciba una imagen continua dentro de la
región angular. Como se muestra por separado en el lado derecho de
la Figura 5, los haces de luz L_{e}^{g-1},
L_{e}^{g}, L_{e}^{g+1} - que alcanzan la pantalla 20 como
haces colimados no divergentes - salen del punto de pantalla P en
direcciones diferentes. Estos haces son dispersados por la pantalla
20 con el ángulo \delta_{x}, haciendo que sean ligeramente
divergentes. De esta manera, la luz alcanza los ojos E_{2L} del
observador incluso aunque la dirección de los haces de luz
L_{e}^{g-1}, L_{e}^{g} no hubieran dado
originalmente en los ojos del observador. Puede verse que el haz de
luz L_{e}^{\delta g} que alcanza los ojos E_{2L} del obervador
parece ser la continuación del haz de luz virtual L_{e}^{\delta
g'}, el cual a su vez parece partir de entre dos módulos 45 y
atravesar el punto de pantalla P. De esta forma, no existen
"intersticios" entre los haces de luz
L_{e}^{g-1}, L_{e}^{g}, L_{e}^{g+1}, la
imagen visualmente percibida no está estropeada con partes sin
iluminar y la región de visión está continuamente cubierta.
Se ve también que la vista completa asociada con
las direcciones de visión individuales no es producida por un
módulo, sino por varios módulos. Con otros sistemas la creación de
la vista completa perteneciente a una determinada vista por parte de
una unidad óptica conduce a bruscos cambios perturbadores que pueden
ser observables en casos de cambios inevitables en la imagen cuando
se cambia el punto de visión. Por el contrario, en la disposición
descrita en la invención, la imagen vista desde cualquier punto
representado por los ojos E_{1L}, E_{1R} del observador es
creada por varios módulos. Por ejemplo, con una disposición que
proporcione paralaje horizontal en la práctica, cada imagen asociada
a una dirección de visión es creada por un gran número de tiras
verticales 25, estando las tiras 25 asociadas a los módulos
individuales (véase también la Figura 7b). Las tiras 25 limitan una
con otra. Esta disposición de imagen asegura que, si el observador
cambia de posición y su punto de visión cambia, por ejemplo
moviéndose en la dirección de la flecha F, los haces de luz
L_{e}^{g-1}, L_{e}^{g1}, L_{e}^{g+1} y
los haces de luz L_{d}^{g-1}, L_{d}^{g},
L_{d}^{g+1} de los módulos son cambiados continuamente, creando
la imagen percibida por el ojo E_{2L}, cuya posición está
cambiando continuamente. De esta manera, se crea una imagen
continuamente cambiante de acuerdo con el hecho de que los haces de
luz L_{d}^{g-1}, L_{d}^{g}, L_{d}^{g+1}
son creados por módulos diferentes 45. Se muestra también claramente
que los haces de módulos diferentes 45 llegan al ojo derecho E_{R}
y al ojo izquierdo E_{L} del observador desde los puntos de
pantalla individuales P_{k-1}, P_{k},
P_{k+2}, P_{k+2}, etc. Esto significa básicamente que el mismo
punto de pantalla es capaz de transmitir información diferente para
los ojos izquierdo y derecho.
El mismo efecto se representa en la Figura 6 en
una forma aún más detallada. En esta Figura mostramos el modo en que
el aparato descrito en la invención presenta figuras dimensionales
diferentes. Como ejemplo, en la Figura 6 el aparato presenta dos
objetos puntuales oscuros O_{1} y O_{2} que son percibidos como
trimensionales por dos observadores. Para una mejor comprensión,
hemos indicado principalmente los haces de luz de los módulos 45 que
realmente han alcanzado los ojos de los observadores, pero tiene que
resaltarse que hay haces de luz que salen de todos los módulos en
todas las direcciones de emisión. Por tanto, el aparato es
independiente de los observadores y proporciona una imagen 3D real
cuando se la ve desde cualquier dirección dentro del campo de
visión. En contraste con los sistemas simplemente estereoscópicos
(que manipulan el ojo izquierdo y el ojo derecho) o los sistemas
multivisión (que cambian imágenes bruscamente), el aparato ofrece un
paralaje de movimiento perfecto, la imagen continua puede ser
"paseada" por varios observadores dentro del campo de visión, y
los observadores pueden mirar detrás de los objetos, en donde pueden
aparecer también detalles ocultos.
En la Figura 6, por ejemplo, se muestra que el
primer observador percibirá el objeto oscuro O_{1} con ambos ojos
E_{1R} y R_{1L}, pero para conseguir esto el módulo
45_{i-8} transmite un haz de luz al ojo derecho
E_{1R}, mientras que el haz de luz para el ojo izquierdo E_{1L}
es transmitido por el módulo 45_{i}. De este modo, el observador
percibirá claramente que la luz del objeto alcanza sus dos ojos
desde ángulos diferentes y también percibirá la distancia al objeto
O_{1}. No sólo el primer observador percibe también el objeto
O_{2}, sino que puede darse cuenta también de que, para él, el
objeto O_{2} está detrás del objeto O_{1}, debido a que el
observador solamente recibe información acerca del objeto O_{2} a
través de su ojo izquierdo E_{1L} mediante la luz transmitida por
el módulo 45_{i-2} en la dirección del ojo
izquierdo E_{1L}. A mismo tiempo, para el segundo observador los
objetos O_{1} y O_{2} aparecerán como dos objetos distintos de
acuerdo con los haces de luz que llegan a sus ojos E_{2R} y
E_{2L} desde los módulos 45_{i+17} y 45_{i16} y desde el
módulo 45_{i+8}. El ojo izquierdo E_{2L} del mismo observador no
puede ver el objeto O_{1} debido a que los haces de luz que
llegan desde su dirección no pueden ser producidos por ninguno de
los módulos. Por otra parte, sobre la base de los mismos principios,
ambos observadores verán los objetos puntuales O_{3} y O_{4}.
Por ejemplo, el objeto claro O_{4} será percibido por ambos ojos
del mismo obervador sobre la base de luz que sale de los módulos
45_{i+3} y 45_{i}, y de los módulos 45_{i-8}
y 45_{i-11}. Se hace notar que, debido a haces de
luz que pueden ser emitidos en direcciones diferentes y con
intensidad diferente, el mismo módulo 45_{i}, por ejemplo, es
capaz de presentar un objeto de color diferente para que el ojo
derecho E_{1R} y el ojo izquierdo E_{1L} del primer observador.
El ojo derecho E_{2R} del segundo observador no percibe el objeto
O_{4} debido a que éste se encuentra obstruido por el objeto
O_{2}. El segundo observador puede ver solamente el objeto
O_{4} con su ojo izquierdo E_{2L}. Puede percibirse que el
aparato es capaz de presentar cualquier número de objetos puntuales
de esta clase, y de esta manera es adecuado también para presentar
objetos de dimensiones finitas, ya que estos objetos pueden ser
presentados todos como conjuntos de puntos. Podemos ver también que
con ayuda del aparato se pueden presentar igualmente objetos
situados delante y detrás de la pantalla 20. Los haces de luz
producidos por el aparato son exactamente los mismos que si hubieran
partido del objeto a presentar, y el aparato no toma en
consideración la posición del observador, y presenta una imagen real
en todas las direcciones dentro del intervalo angular de emisión,
con independencia de la posición del obervador. Se resalta aquí
nuevamente que el aparato emite continuamente haces de luz en
direcciones en las que no hay en absoluto observadores. Tales haces
de luz están representados en la Figura 6 como haces de luz
L_{e}.
Es evidente por lo anterior que, de acuerdo con
el método de la invención, se presentan imágenes tridimensionales
generando haces de luz L_{d} (o, más precisamente, haces de luz
L_{e} como continuación de estos haces de luz L_{d}), creando
los haces de luz L_{d} vistas diferentes asociadas a diferentes
direcciones de emisión E de los puntos de pantalla individuales P.
Los haces de luz L_{d} son proyectados sobre una pantalla 20 de
transmisión y/o recepción selectivas en dirección. Durante el método
se generan de manera sustancialmente simultánea haces de luz L_{c}
con los pixeles C_{d} de una presentación bidimensional 50. Estos
haces de luz L_{c} no tienen sustancialmente información alguna
sobre su dirección de emisión E. Los pixeles C_{d} tienen
coordenadas diferentes. Los haces de luz L_{c} están asociados a
los diferentes puntos P de la pantalla 20 y corresponden a las
diferentes direcciones de emisión de los puntos de pantalla D. Los
haces de luces L_{c} generados por los pixeles C_{d} con
coordenadas diferentes son transformados en imágenes de manera
sustancialmente simultánea en diferentes direcciones de desviación
D. La formación de imágenes se realiza en función de las coordenadas
de los pixeles C_{d} que generan los haces de luz L_{c}.
Los haces de luz L_{e} emitidos en diferentes
direcciones de emisión E desde los puntos de pantalla P son creados
normalmente enviando haces de luz L_{d} con color y/o intensidad
diferentes desde direcciones diferentes hasta los puntos
individuales P de la pantalla 20 y dejando los haces de luz L_{d}
a través de la pantalla 20 sin cambiar realmente su dirección.
Puede percibirse que el procedimiento descrito en la invención puede
ser realizado también por la reflexión a manera de espejo de los
haces de luz L_{d} desde la pantalla 20, como se muestra, por
ejemplo, en la Figura 39. Por el término "a manera de espejo"
se quiere dar a entender que el haz de luz L_{d} que incide sobre
la pantalla 20 bajo cierto ángulo será reflejado bajo un ángulo
sustancialmente idéntico, del mismo modo que los haces de luz son
reflejados generalmente por un espejo plano normal o un
retrorreflector. Además, se resalta que con el término "a manera
de espejo" se cubre también el caso en que la reflexión es
retrorreflectiva a lo largo de al menos una dimensión. Esto
significa que, no considerando la componente del vector de dirección
del haz de luz de entrada, que es ortogonal a la superficie de la
pantalla, al menos una componente adicional no cambiará de signo
cuando se comparen los vectores de dirección que caracterizan la
dirección de los haces de luz de entrada y de salida. Con un espejo
normal los planos de incidencia y de salida ortogonales a la
superficie de la pantalla son los mismos, y ambas componentes del
vector que caracteriza la dirección de entrada, las cuales son
paralelas a la superficie de la pantalla, permanecen inalteradas.
Con un retrorreflector, ambas componentes del vector que
caracteriza la dirección de entrada, las cuales son paralelas a la
superficie de la pantalla, cambian de signo. Si la pantalla es
solamente retrorreflectiva en una dirección, sólo una de las
componentes que son paralelas a la pantalla cambiará de signo.
Así, los haces de luz L_{d} con direcciones
diferentes que han de ser emitidos hacia los puntos de pantalla P
son producidos creando una imagen compuesta a partir de los detalles
de imagen proyectados hacia las diferentes direcciones de emisión E
desde los diferentes puntos de pantalla P con ayuda de los medios
generadores de imagen, es decir, la presentación 50. Esta imagen
compuesta se materializa haciendo que los circuitos excitadores 100
de la presentación 50 sean provistos de datos de entrada apropiados
(véanse las Figuras 8 y 10). Un programa adecuado crea los datos de
entrada, es decir que distribuye los detalles de imagen a los
excitadores de las presentaciones individuales 50, como se muestra
en la Figura 4. Los detalles de imagen constituyen las imágenes que
se asocian a una dirección de visión particular de la imagen
tridimensional. La imagen creada en la presentación 50 es iluminada
por haces de luz sustancialmente paralelos L_{c}. De esta manera,
se generan haces de luz sustancialmente paralelos L_{c} que son
modulados con la información codificada en los detalles de imagen
individuales. Estos haces de luz sustancialmente paralelos L_{c},
que están ahora modulados con la información de imagen apropiada,
son proyectados sobre los medios de desviación ópticos, los cuales
consisten en la lente óptica 40 de formación de imagen en nuestro
caso. Los haces de luz sustancialmente paralelos L_{c}, que están
modulados ahora con los detalles de la imagen compuesta, son
proyectados con los medios de desviación ópticos (es decir, la lente
óptica 40) hacia los puntos de pantalla apropiados P. Esta
proyección es realizada desviando los haces de luz L_{c} en
direcciones de desviación diferentes D. Las direcciones de
desviación D se determinan de acuerdo con la posición de los
detalles de imagen relevantes en la imagen compuesta y las
propiedades de formación de imagen de los medios de desviación
ópticos. Los puntos de pantalla apropiados son definidos así por la
posición mutua de los módulos relevantes 45 y la pantalla 20. Los
módulos 45 comprenden los medios de desviación ópticos relevantes,
concretamente la lente óptica 40.
Preferiblemente, el elemento de presentación, es
decir, la presentación 50, es una micropresentación, idealmente una
presentación de cristal líquido ferroeléctrico (micropresentación
FLC), especialmente un ICFLC (cristal líquido ferroeléctrico de
circuito integrado). Pueden utilizarse también otras presentaciones
de cristal líquido tradicionales, tales como la serie SONY LCX, o
paneles de transmisión o reflexión, tales como el panel de
presentación MD640G1 de MicroDisplay Corp. o el panel de
presentación LightCaster® SXGA de Displaytech, Inc. Otra
posibilidad es la aplicación de matrices de válvulas de luz basadas
en otras tecnologías.
Tiene que mencionarse que es teóricamente posible
generar con los medios generadores de imagen tantos detalles de
imagen que correspondan a un número de direcciones que sea igual al
número de direcciones de emisión de los puntos de pantalla
individuales P. En este caso, son necesarios tantos medios
generadores de imagen, es decir, presentaciones P como el número de
puntos de pantalla P en cada línea de la pantalla 20, debido a que
el número total de haces de luz emitidos desde una línea de la
pantalla 20 ha de ser igual al producto del número de puntos de
pantalla y direcciones de emisión. Esta solución, que se ilustra en
la Figura 1, puede realizarse solamente en la práctica con
dificultad, debido a que en la mayoría de los casos los puntos de
pantalla P tienen que formarse relativamente cerca unos de otros y,
por consiguiente, las presentaciones 50 tendrían también que ser
posicionadas de una manera que la distancia entre ellas sea igual
que la distancia entre los puntos de pantalla P.
Sin embargo, pueden ser factibles, con ciertas
presentaciones, aplicaciones con una gran superficie, tales como
carteleras, marcadores, etc. que son vistos usualmente desde una
distancia mayor, y así la distancia entre los puntos de pantalla
puede ser también significativa, incluso de varios centímetros.
La solución práctica generalmente aplicada con
dispositivos más pequeños es que un medio generador de imagen
produzca un número de detalles de imagen que corresponda a un número
de direcciones que sea igual al múltiplo del número de direcciones
de emisión E asociadas a los puntos de pantalla individuales P. De
esta manera, se aplican menos medios generadores de imagen que el
número de puntos de pantalla P (véase la Figura 2). De este modo,
utilizamos los medios generadores de imagen para generar detalles de
imagen correspondientes al número deseado de direcciones de emisión
E para varios puntos de pantalla P. Esta disposición se muestra
realmente en la Figura 3. Puede observarse que los puntos de
pantalla P están posicionados más próximos que la lente óptica
asociada 40 y las presentaciones 50. En otras palabras, una
presentación 50 tiene que "servir" a varios puntos de pantalla
P, usualmente sobre la base de direcciones idénticas o similares, a
fin de que un número suficiente de haces de luz L_{e} salgan de
cada punto de pantalla P en un número apropiado de direcciones de
emisión E. Cuando se comparan las Figuras 1 y 2, puede verse que, si
la superficie emisora de luz 10 está situada más lejos de la
pantalla 20, es decir que se incrementa la distancia entre ellas,
la distancia X_{s} entre las fuentes de luz S puede ser mayor que
la distancia X_{p} entre los puntos de pantalla P. Debido a esta
solución, el tamaño de la presentación 50 puede ser mayor que la
distancia X_{p} entre los puntos de pantalla P. Esta solución se
describe también con detalle en el documento No. WO 98/34411.
Aparentemente, si hay un número p de puntos de
pantalla P y hay un número q de módulos 45, y hay haces de luz
L_{d} que están saliendo de cada módulo en n direcciones de
desviación D, entonces un número n* de haces de luz L_{e} puede
salir de un punto de pantalla P, en donde n* = qn/p, ya que pn* =
qn. Como resultado de esto, si deseamos aumentar el número n* de
direcciones de emisión, es decir, la resolución angular, cuando no
hay cambio en el ángulo de visión, tenemos que incrementar el número
de módulos (si se da la anchura del dispositivo, tenemos que
posicionar los dispositivos más juntos) o reducir el número de
puntos de pantalla o aumentar la resolución de dirección de los
módulos. El aumento del número de módulos puede venir limitado por
su tamaño, y la reducción del número de puntos de pantalla
disminuiría la resolución de la imagen percibida. Así, en los
módulos 45 tienen que aplicarse presentaciones con el mayor número
posible de pixeles. Con imágenes en movimiento la fórmula es
diferente debido a que el número de haces de luz que salen de cada
punto de pantalla tiene que ser proporcionado dentro de un tiempo
unitario establecido. En este caso, se aplica la fórmula
siguiente:
n*f* = (qn/p)f, en donde f* es la
frecuencia de cuadros, que es usualmente de 30 l/s, mientras que f
es la frecuencia de cuadros de la presentación. Dado que esta
última puede ser razonablemente alta, q puede ser reducido de esta
manera, lo que significa que se requiere un número menor de
presentaciones rápidas. Una solución de este tipo se muestra en la
Figura 11.
Se muestra claramente en la Figura 3 que los
haces de luz L_{d} desviados por la lente óptica 40 atraviesan
normalmente un punto focal común. Estos puntos focales pueden
considerarse realmente como si estuvieran formando una superficie
emisora de luz virtual 10' con fuentes de luz virtuales S' que
producen los haces de luz L_{d} con dirección e intensidad
diferentes.
La pantalla 20 mostrada en la Figura 4, como se
describe en el documento No. WO 98/34411, proporciona a los haces
de luz salientes Le con cierta divergencia, por ejemplo aplicando
una pantalla de difusión holográfica como pantalla 20. La pantalla
20 proporciona a los haces de salida sustancialmente colimados que
abandonan los puntos de pantalla P una divergencia \deltax, con un
máximo de unos pocos grados, de modo que no hay un solapamiento
entre los haces de luz L_{d}^{i}, L_{d}^{i+1} que llegan de
los módulos 45, los cuales son prácticamente los mismos que los
haces de luz L_{e}^{i}, L_{e}^{i+1} pertenecientes a
direcciones de emisión adyacentes. Aparentemente, el solapamiento,
es decir, el estrecho contacto de los haces de luz adyacentes
L_{e}^{i}, L_{e}^{i+1} es apropiado cuando el ángulo de
divergencia \deltax es igual que el ángulo \gamma entre los
haces de luz emitidos. Esto se muestra en las Figuras
7a-c. Las Figuras 7a-c ilustran
también que con disposiciones sin paralaje vertical, cuando hay una
divergencia horizontal \deltax, se necesita una divergencia
vertical \deltay relativamente grande, ya que, en caso contrario,
la imagen podría ser percibida solamente desde una estrecha franja
horizontal.
En la Figura 7a se muestra que la pantalla 20 es
una placa óptica que produce una divergencia bajo ángulos de
divergencia \deltax, \deltay en los haces de luz transmitidos
y/o reflejados selectivamente en dirección. Teóricamente, es posible
formar la pantalla 20 de una manera tal que la divergencia necesaria
sea generada en más superficies, por ejemplo en sus superficies de
entrada y/o salida, o que la divergencia pueda ser proporcionada por
una pantalla de difusión adicional posicionada sobre la pantalla 20.
La aplicación de más placas que proporcionen protección mecánica o
corrección óptica puede ser beneficiosa, tal como ocurre con el uso
de filtros para mejorar el contraste y un revestimiento
antirreflexión.
En teoría, la superficie emisora de luz 10 puede
extenderse no sólo horizontalmente, sino también verticalmente, lo
que significa que puede ser dividida también verticalmente en puntos
emisores de luz S. En este caso, los módulos 45 no sólo están
colocados en una posición horizontal creando una vista asociada a un
paralaje vertical (como en la Figura 7b), sino que las líneas de
módulos horizontales colocados en diferentes posiciones verticales
crean vistas pertenecientes a paralajes verticales. En este caso,
los haces de luz individuales L_{e} no iluminan una franja 25,
sino un cuadrado 125 (véase la Figura 7c): De este modo, se
percibirá una vista cambiante desde la pantalla 20 no sólo por un
observador que se mueva horizontalmente, sino también cuando el
observador se esté moviendo hacia arriba y hacia abajo. Sin embargo,
esto es muy difícil de materializar técnicamente. Por tanto, en la
práctica es más sencillo que descartemos el efecto tridimensional
vertical real y, análogamente a la disposición mostrada en la Figura
5, se formen los haces que salen de la pantalla 20 de modo que los
haces de luz emitidos salgan en una franja 25 virtualmente ancha,
pero horizontalmente estrecha (véase también la Figura 7b). Esta
solución se describe también con detalle en el documento No. WO
94/23541.
La Figura 8 muestra una realización práctica del
aparato de presentación 3D que materializa el paralaje horizontal
(representado conceptualmente en la Figura 7a), y la disposición
espacial de sus partes. Por razones que se explicarán más adelante,
los módulos que comprenden la lente óptica 40, la presentación 50 y
el colimador 60 están posicionados en dos líneas horizontales. Las
dos líneas están desplazadas en un semiperíodo una con relación a
otra. Sin embargo, los sistemas ópticos que contienen la lente
óptica 40 de formación de imagen están formados de modo que los
módulos de las líneas inferiores y superiores formen la imagen de
los haces de luz 24_{e} procedentes de los módulos 45, los cuales
corresponden principalmente a los haces de luz L_{e}, es decir, a
las mismas líneas de pantalla horizontales 22, 23. En la Figura
solamente se muestran las líneas de pantalla inferiores 23 y las
líneas de pantalla superiores 22, pero, naturalmente, la pantalla
20 contiene un número apropiado (por ejemplo, 480) de líneas
horizontales. Por ejemplo, en la Figura 8 se muestra que los haces
de luz 24_{e}^{f1} y 24_{e}^{a1} del primer módulo de la
línea inferior inciden sobre la misma línea de pantalla 22, 23 que
los haces de luz 24_{e}^{f2} y 24_{e}^{a2} del primer
módulo de la segunda línea (el segundo módulo de la serie completa
de módulos). La diferencia vertical a pequeña escala en ángulos
entre los dos haces de luz 24_{e} de los dos módulos, la cual
surge de la distancia entre las dos líneas de módulos, no causa
ninguna perturbación en la percepción de la imagen, puesto que, como
se mostró en las Figuras 7 y 7b, los haces 24_{e} están ya
difundidos verticalmente bajo un ángulo grande (aproximadamente 100
grados). Por tanto, la desviación vertical de los haces debido a la
diferencia entre las líneas de módulos es prácticamente
despreciable.
En la Figura 9 se puede ver el sistema óptico de
un módulo en sección transversal vertical. Aunque la formación de
imagen puede parecer similar a la sección transversal horizontal
mostrada en la Figura 3, la diferencia significativa es que los
pixeles C_{d1}-C_{dz} pertenecientes a una
columna de presentación 50 pertenecen a la misma imagen, es decir,
la vista que puede percibirse desde una dirección particular. En
otras palabras, la franja vertical de la pantalla que aparece en la
presentación 50 parecerá también en realidad en la pantalla 20 como
una franja de pantalla simultáneamente visible que está asociada a
una vista tomada desde una determinada dirección.
Si ha de presentarse una imagen que proporcione
también verticalmente una vista espacial (3D), se necesitan tantas
líneas de módulos como el número de las direcciones de emisión
requeridas. En este caso, la disposición de las columnas de pixeles
en la presentación 50 se realiza sobre la base de los mismos
principios que la disposición de las líneas de los pixeles C_{d},
es decir que los pixeles individuales de una columna de pixeles
pertenecen a diferentes direcciones de emisión verticales. Asimismo,
además de su divergencia horizontal, la divergencia vertical de los
haces de luz que salen de la pantalla 20 después de la difusión
vertical por efecto de la pantalla 20 es significativamente menor
(véase la Figura 7c), correspondiendo al ángulo entre los módulos
verticalmente adyacentes. Esta divergencia es tan pequeña que no
existe intersticio alguno entre los haces de luz que salen en
direcciones verticalmente adyacentes, y los ojos de un observador en
cualquier posición percibirán un haz de luz.
En la Figura 10 se muestra una versión del
dispositivo de la Figura 8 que incluye solamente una línea de
módulos 45, pero, por lo demás, el principio de trabajo es el mismo.
Usualmente, se tienen que utilizar presentaciones con una dimensión
horizontal más pequeña para módulos 45 que están dispuestos en una
línea. Con el fin de obtener la resolución angular deseada, la línea
de los módulos (que, de hecho, constituye la superficie emisora de
luz virtual 10') ha de colocarse más lejos de la pantalla 20, lo que
requiere presentaciones 50 con gran resolución y también lentes de
formación de imagen en tamaños y alta resolución correspondientes.
Al mismo tiempo, esta disposición es más sencilla ópticamente y
desde un punto de vista de control.
La Figura 10 muestra el aparato con una versión
de otro posible sistema de iluminación que aplica fuentes de luz
separadas 70, preferiblemente LEDs 71 que iluminan en colores RGB
(rojo-verde-azul), y un adaptador
óptico para la homogeneización o colimación de los haces de luz,
preferiblemente una matriz de microlentes o un elemento concentrador
de luz de reflexión interna (este último no se indica en la Figura
10). Los LEDs 71 están sobre un substrato común 69.
Como ejemplo, puede verse en la Figura 11 el
sistema óptico de un módulo en sección transversal vertical,
incluyendo un LED 70 y un elemento concentrador de luz de reflexión
interna, concretamente una caja de espejos 65 de forma
piramidal.
Como se muestra anteriormente, el número de
fuentes de luz S y su periodicidad definen fundamentalmente la
resolución angular del aparato. Si aumentamos el número de fuentes
de luz S al tiempo que las materializamos con un pequeño tamaño
fijo, se puede generar una imagen espacial (3D) con una buena
resolución angular y una gran profundidad de campo. En las partes
siguientes se muestran ejemplos para demostrar el principio del
aparato.
Las Figuras 12-15 muestran que
una presentación 53 con mayor tamaño puede generar varias
presentaciones 50_{1}-50_{4} o, finalmente,
varias fuentes de luz S. Por ejemplo, si es suficiente una menor
resolución en la pantalla 20, se pueden formar cuatro presentaciones
50_{1}-50_{4} de 640x480 pixeles, controladas
por separado, sobre una presentación 53 de 1600x1024 pixeles. En tal
caso, los ejes ópticos que atraviesan las presentaciones
50_{1}-50_{4} de menor tamaño pueden ser
separados uno de otro con ayuda de dispositivos ópticos conocidos,
tales como prismas 41, y las imágenes proporcionadas por las
presentaciones individuales 50_{1}-50_{4} pueden
ser proyectadas independientemente una de otra con ayuda de lentes
formadoras de imagen separadas 40. Los prismas oblicuos 43 y 44
(véanse las Figuras 14 y 15) pueden ofrecer una solución similar si
el eje óptico sólo necesita ser desplazado marginalmente en la
dirección lateral, bien horizontal o bien verticalmente. Se concluye
de lo anterior que a lo largo de la dirección horizontal se
requieren tantos pixeles como sean posibles, ya que la resolución de
dirección tridimensional viene determinada por el número de haces de
luz que salen de los pixeles individuales. Si hay x puntos de
pantalla en la línea de pantalla horizontal y un número n de haces
de luz L_{e} pueden salir de cada uno de ellos, entonces se
requiere horizontalmente un número x * n de pixeles. En otras
palabras, cuanto mayor sea el número de pixeles que seamos capaces
de posicionar y transformar en imagen sobre una línea de pantalla
horizontal dada, tanto mayor será el número de direcciones en las
que pueden emitirse haces de luz desde cada punto de pantalla si la
resolución de imagen horizontal (el número de puntos de pantalla P
sobre una línea de pantalla horizontal) es fija.
La Figura 16 muestra que, teóricamente, una
presentación 50 que ofrece una más rápida frecuencia de cuadros
puede reemplazar más presentaciones más lentas 50 sobre la base de
los requisitos de manchas/s. En tales casos, las fuentes de luz
70_{1}-70_{3} iluminan alternativamente y en
forma sincronizada con la frecuencia de cuadros de la presentación
52 y, por consiguiente, la presentación 52 "sirve" cíclicamente
a las fuentes de luz virtuales S'_{1}-S'_{3}.
Las fuentes de luz virtuales S'_{1}-S'_{3}
aparecen espacialmente separadas de acuerdo con la distinción
basada en el ángulo entre las fuentes de luz
70_{1}-70_{3} con colimadores separados
60_{1}-60_{3}. La presentación rápida 52,
enfocando la lente sobre los puntos apropiados de la superficie
emisora de luz 10', puede ser materializada por una lente de
formación de imagen común 46, como se muestra en la Figura 11, pero
puede materializarse también combinando varios sistemas de formación
de imagen independientes.
En la Figura 17 demostramos que es posible e
incluso deseable aumentar el número de pixeles de presentación
disponibles horizontalmente. En tales casos, las presentaciones
bidemensionales 50 deberán colocarse preferiblemente en varias
líneas paralelas desplazadas una con relación a otra en la dirección
paralela a la dirección de las líneas. Dependiendo de la relación de
la anchura neta w_{n} y la anchura total w_{g}, y de la altura h
de las presentaciones individuales, las presentaciones 50 pueden
ser colocadas en dos, tres o más líneas de modo que haya más pixeles
disponibles en paralelo con las líneas, típicamente en la dirección
horizontal. Se sigue de lo anterior que el desplazamiento horizontal
w ha de elegirse de una manera tal que el eje óptico central de las
presentaciones individuales 50 deberá ser desplazado en períodos
regulares a lo largo de la dirección horizontal. De esta manera,
puede asegurarse que los haces de luz lateralmente desviados por la
lente 40 lleguen a los puntos de pantalla apropiados P y que los
ángulos de emisión de los haces de luz L_{e} que salen de los
puntos de pantalla individuales P muestren una distribución
regular.
Usualmente, aunque no necesariamente, el
desplazamiento w se elige de modo que sea igual al cociente de la
anchura total w_{g} de la pantalla 50 y el número de líneas
creadas. Usualmente, la disposición de dos líneas es óptima debido a
que, si se ajustan hacia arriba y hacia abajo las salidas de control
54 de las presentaciones individuales 50, estas presentaciones 50
pueden ser posicionadas tan cerca que casi puede conseguirse una
presentación horizontal larga idealmente continua.
La Figura 3 ilustra una disposición en la los
módulos individuales 45 a lo largo de pantalla 20 están
prácticamente desplazados a lo largo de una línea recta paralela a
la pantalla 20, pero, por lo demás están bajo el mismo ángulo en
comparación con la pantalla 20 y son completamente equivalentes en
el aspecto óptico. En contraste con esto, demostramos en las Figuras
18-21 que los módulos individuales 45 y la pantalla
20 pueden agruparse también en disposiciones geométricas
diferentes.
La Figura 18 representa el principio de esta
disposición ópticamente uniforme, que es especialmente ventajosa
desde el punto de vista de su implementación práctica. Los módulos
individuales 45 son ópticamente equivalentes, es decir que contienen
la misma lente de formación de imagen 40. Esto hace más fácil la
producción en masa de los módulos 45 y les hace intercambiables.
Dado que están desplazados paralelamente a la pantalla 20 a lo largo
de una línea recta, pero están bajo el mismo ángulo con la pantalla
20, no existe ninguna distorsión óptica de piedra angular
relacionada con la pantalla 20 y la disposición ópticamente
simétrica de los módulos 45 facilita la formación de imagen
colectiva. La disposición puede ser expandida libremente
seleccionando el número de módulos 45 y, por tanto, se pueden
implementar presentaciones 4:3, 16:9 u otras con proporciones
opcionales.
Los haces de luz que llegan a los pixeles
marginales P pueden ser generados también cerrando el espacio
lateralmente entre la pantalla y los módulos 45 con un espejo M y
haciendo retornar a los puntos P de la pantalla 20 los haces L_{d}
que, en caso contrario, no alcanzarían la pantalla 20. Los haces
reflejados pueden considerarse como si hubieran sido emitidos por
los módulos virtuales 45_{v}. Puede demostrarse que el número de
haces de luz L_{d} que inciden fuera de la pantalla 20 desde los
módulos interiores 45 es el mismo que habría de ser generado para
los puntos de pantalla marginales P con tales módulos virtuales
45_{v}. Por tanto, colocando el espejo M en el borde de la
pantalla 20 se pueden utilizar completamente los haces de luz que
se dirigen hacia fuera de la pantalla de los módulos interiores y la
anchura total de todos los módulos 45 no excede de la anchura de la
pantalla 20, es decir que el aparato puede permanecer relativamente
compacto en tamaño.
La Figura 19 demuestra también un ejemplo de una
disposición ópticamente simétrica. Sustituyendo el desplazamiento a
lo largo de una línea recta paralela por una transformación
cilíndricamente simétrica, los módulos 45 y la pantalla 20 se
disponen a lo largo de una curva. Por ejemplo, debido a razones de
simetría, es ventajoso disponer la pantalla 20 sobre un arco de
círculo concéntrico con uno constituido por los módulos 45, tal como
se demuestra con la disposición de la Figura 20. La pantalla 20
puede ser una superficie cilíndrica o una superficie esférica, lo
que es ventajoso desde el punto de vista de proyección. El radio de
la pantalla 20 de forma de arco de círculo puede ser mayor, igual o
menor que el radio del arco de círculo formado por los módulos 45.
La proporción de los radios determina el número de módulos que
tienen un tamaño dado a lo largo de la circunferencia, y su
distancia a la superficie de la pantalla, es decir, la relación de
la resolución angular y la resolución de imagen del sistema. La
disposición puede extenderse hasta el arco de círculo completo, es
decir, hasta un intervalo de 360º, creando de esta manera una vista
tridimensional para el observador con un ángulo de visión completo,
convenientemente para sistemas de realidad virtual o simuladores. En
sistemas de gran escala, tales como simuladores de vuelo, los
módulos pueden materializarse ventajosamente con proyectores. La
pantalla 20 puede ser reflectiva o retrorreflectiva, lo cual se
explica con detalle en relación con las Figuras 28 y
33-34.
La pantalla 20 puede hacerse transmisiva en la
disposición de forma de arco tal como se demuestra en la Figura 20.
Dado que el intervalo de los ángulos de emisión hacia la superficie
convexa de la pantalla 20 de forma de arco es mucho mayor que hacia
el lado cóncavo, se prefiere también orientar los módulos 45 a lo
largo del arco de círculo hacia la región común, es decir que el
centro del arco de círculo, los módulos 45 y la pantalla 20 se
disponen preferiblemente en el mismo lado del arco de círculo. Los
módulos 45 están preferiblemente sobre un arco de círculo con un
radio mayor, y la pantalla está sobre el arco de círculo con un
radio menor. El observador 35 seguirá observando la imagen 3D sobre
la pantalla circunyacente en un ángulo amplio en el intervalo 34. Es
visible que los módulos centrales 45c están en una posición
ópticamente equivalente a la de los módulos periféricos 45p debido a
la disposición circular. Los módulos 45 y la pantalla 20 pueden
crear teóricamente un arco de círculo completo, en donde la pantalla
20 es una superficie cilíndrica o una superficie esférica.
La Figura 21 muestra una disposición
módulo-pantalla ópticamente simétrica, en donde la
pantalla y los módulos están sustancialmente alineados a lo largo de
una línea recta, pero la formación de imagen óptica de los módulos
no es la misma; su ángulo con la pantalla 20 difiere a los bordes y
su formación de imagen es también asimétrica debido a la
distribución uniforme de los pixeles P de la pantalla 20, mostrando
usualmente una distorsión de piedra angular. La formación de imagen
colectiva puede materializarse cuando la imagen es previamente
distorsionada por software, de modo que la distorsión óptica sea
compensada por el software de esta manera. Sin embargo, debido al
carácter de los pixeles de las imágenes, se pueden presentar efectos
perturbadores cuando se combinen las imágenes de los módulos
adyacentes.
Demostramos la implementación práctica del
sistema óptico de un módulo 45 en la Figura 22. La fuente de luz es
el extremo 77 de una fibra óptica 75. Los haces de luz emergentes
L_{c} son colimados por la primera lente asférica 72 en forma de
un haz paralelo. El haz que atraviesa la presentación 50 es enfocado
por la segunda lente asférica 73 hacia la apertura de lente 74.
Después del filtrado especial por la apertura de lente 74, el ángulo
de los haces divergentes es incrementado por una lente de
dispersión 78. La lente de dispersión 78 es una lente
convexo-cóncava cuyo lado convexo está hacia la
fuente de luz sobre el eje óptico y cuyo coeficiente de refracción
difiere convenientemente del de la lente 73 para corrección de
color. Este sistema óptico está diseñado de modo que los haces de
luz incidentes L_{c} distribuidos de manera esencialmente
uniformes sean desviados esencialmente de manera uniforme dentro del
intervalo angular \beta. Sin embargo, la diferencia de los ángulos
de desviación entre haces centrales necesita ser relativamente
mayor, mientras que las diferencias de los ángulos de desviación
entre haces periféricos son relativamente menores. Esto es
necesario para que los haces de luz desviados L_{d} definan
puntos de pantalla uniformemente distribuidos P sobre la pantalla 20
o iluminen correctamente los puntos de pantalla físicamente
predeterminados P.
La Figura 23 muestra la vista frontal de una
presentación 55 de tamaño grande que tiene las imágenes completas
que contienen los detalles de imagen a proyectar en las diferentes
direcciones de emisión colocados uno junto a otro a lo largo de su
área efectiva larga y estrecha. Las imágenes individuales pueden
considerarse como si hubieran sido creadas por una presentación
virtual 50'. Esta solución permite que las presentaciones visuales
50' se coloquen apretadamente una a continuación de otra. La Figura
24 muestra una vista superior de la presentación 55 junto con las
lentes 40, las cuales están integradas en una placa óptica colectiva
42. Las lentes 40 realizan la formación de imagen de las
presentaciones virtuales individuales 50', es decir, la formación
de las imágenes adyacentes generadas por la presentación 55.
Las Figuras 25-26 demuestran la
posible configuración del sistema óptico de los módulos 45 si las
pantallas 56 no funcionan en un modo de transmisión, sino en un modo
de reflexión. Es conveniente aquí utilizar para la presentación 56
unas pantallas micromecánicas del tipo en el que la luz es desviada
por placas reflectoras hechas funcionar por tecnología de circuitos
integrados o moviendo estructuras a manera de banda que se comportan
como rejillas ópticas. Una solución de esta clase es la matriz de
microespejos del chip DMD de Texas Instruments. De acuerdo con la
trayectoria de los haces en la Figura 25, la luz es proyectada sobre
la presentación 56 a través de un prisma divisor 57 desde el
colimador 60 y reflejada desde éste hasta el prisma de divisor 57
hacia la lente óptica 40. Preferiblemente, el prisma divisor 57 es
un prisma divisor de polarización conocido para micropresentaciones
LC o un prisma totalmente reflectante (TIR) para presentaciones
micromecánicas.
La Figura 26 muestra una variedad en la que el
cometido del prisma divisor 57 es asumido por la placa
semitransparente 58. Ambas versiones pueden construirse utilizando
una presentación larga común 55 y un solo prisma divisor largo 57'.
La última versión se muestra en la Figura 27. Análogamente a la
presentación 55 de la Figura 23, la presentación 55' puede tener una
sola área efectiva común, en la que las presentaciones de los
módulos individuales no sólo están lógicamente separadas, sino que
es también visible (como puede verse en la Figura 27) que las
presentaciones físicamente separadas 56' de los módulos individuales
están fijadas sobre un único tablero base común 59.
La Figura 28 demuestra la posición de los módulos
45 y la pantalla 20, en donde, análogamente a la Figura 20, la
pantalla 20 y los módulos 45 están situados a lo largo de arcos de
círculo concéntricos. Sin embargo, es importante que la pantalla 20
es aquí retrorreflectiva, es decir que los haces de luz incidentes
son reflejados hacia la misma dirección. Para ser más precisos, esta
característica de la pantalla 20 se materializa sólo
horizontalmente, en otras palabras en el plano de la Figura 28. La
reflexión vertical desde la pantalla 20 es del tipo de espejo
normal, es decir que el ángulo de incidencia es igual que el ángulo
de emergencia, pero la componente del haz de luz a lo largo del
plano vertical se mantiene constante. Esto se requiere debido a que,
en caso contrario, el haz de luz sería reflejado siempre hacia los
módulos 45 y no alcanzaría los ojos del observador.
Una importante característica de la disposición
de la Figura 28 es que, debido a la pantalla arqueada
horizontalmente retrorreflectiva 20, los haces de luz divergentes
emitidos desde los módulos individuales 45 convergen de nuevo cuando
se reflejan y toda la superficie de la pantalla 20 será visible en
un intervalo relativamente estrecho 34, alrededor del área en torno
a la cabeza del observador 35. Para ser más precisos, una vista
tridimensional, que prácticamente cubre el área de toda la pantalla
20, es generada solamente en este intervalo 34. Es visible también
que el centro de este intervalo 34 es prácticamente el centro común
de los círculos concéntricos creados por los módulos y la pantalla
20. Sin embargo, en este estrecho intervalo 34 la resolución de
dirección (la resolución angular) de la imagen 3D será alta debido a
que solamente con un pequeño movimiento lateral se pueden observar
haces de luz emergentes en direcciones diferentes desde los puntos
de pantalla individuales. En otras palabras, las diferentes vistas
angulares proporcionadas por el aparato dividen este estrecho
intervalo entre ellas, y así las diferencias entre las direcciones
de emisión serán pequeñas. Esto significa que el efecto 3D observado
será muy realista, pero no hay necesidad de asociar muchas
direcciones de emisión a los puntos individuales de la pantalla 20,
los cuales, en caso contrario, requerirían un número grande de
módulos o presentaciones de alta resolución en los módulos
individuales. Es visible también que, a medida que el observador se
mueve acercándose más a la pantalla 20, la región cubierta por el
intervalo angular de emisión de la pantalla 20 se hace más estrecha.
Por ejemplo, si el observador 35 se mueve hasta la posición 35',
solamente los haces de luz generados por el módulo 45_{c} alcanza
los ojos del observador 35, mientras que los haces de luz del módulo
marginal 45_{p} evitan al observador.
La pantalla 20 es retrorreflectiva debido a que
la superficie de la misma que mira hacia los módulos 45 está
cubierta con prismas 26 en ángulo recto, verticalmente alineados,
cuya sección transversal horizontal se ilustra en el detalle
ampliado de la Figura 28. Una superficie con tal realización es
retrorreflectiva en una dirección dada, de una manera en sí conocida
(estas direcciones están en un plano perpendicular al eje
longitudinal del prisma). Esto significa que los haces de luz
emitidos en estos planos salen paralelos a los haces de luz
incidentes, pero en las direcciones opuestas.
La Figura 29 representa una aplicación práctica
de la disposición de la Figura 28 - un simulador de vuelo. La vista
tridimensional del paisaje visto por el piloto aparece sobre la
pantalla 20, pero esta vista será visible solamente para el piloto
37 situado en la cabina 36, que simula la cabina de un aeroplano
real. Una o más unidades de proyección 46 detrás y por encima de la
cabina 36 contienen los módulos 45 que producen los haces de luz que
generan la vista para el piloto 37.
La Figura 30 muestra la estructura tridimensional
de una posible realización de la pantalla 20, así como las secciones
transversales horizontal 30a y vertical 30b para una mejor
demostración. Se proporciona una serie de lentes llamadas
lenticulares, es decir, lentes cilíndricas con un radio de curvatura
mayor en una superficie y un radio de curvatura menor en otra
superficie de la pantalla 20. Las lentes cilíndricas 31 con radio
de curvatura mayor proporcionan la difusión horizontal menor, de
aproximadamente 1-2 grados, de los haces de luz
L_{e}, según se ilustra por el ángulo \deltax en la Figura 5 y
en la Figura 7a. Las lentes cilíndricas 32 con radio de curvatura
menor proporcionan la difusión vertical mayor, de aproximadamente
100 grados, de los haces de luz L_{e}, según se ilustra por el
ángulo \deltay en la Figura 7a. La pantalla 20 puede hacerse de
un plástico de calidad óptica y de bajo coste con una tecnología
conocida, por ejemplo moldeo por inyección. Puede conseguirse
difusión tanto con una pantalla de reflexión 20 (véase la Figura 31)
como con una pantalla de transmisión en una estructura de una o
varias capas. En el caso de una pantalla de reflexión es suficiente
producir lentes cilíndricas que creen la mitad de la difusión
deseada, puesto que, debido a la reflexión, los haces de luz pasan
dos veces por la pantalla 20 y se consigue la difusión después de la
segunda pasada. Teóricamente, es posible también producir la
superficie óptica creando la difusión tanto horizontal como vertical
sobre la misma superficie de la pantalla 20.
La Figura 32 ilustra una versión de la pantalla
20 en la que una capa holográfica 33, en lugar de lentes
cilíndricas, consigue la difusión deseada de los haces de luz. La
capa holográfica 33 puede crear difusión vertical y horizontal al
mismo tiempo, incluso en grados diferentes.
En las Figuras 33 y 34 demostramos que una
pantalla 20, que es retrorreflectiva (en una dimensión), puede ser
producida creando prismas 26 en ángulo recto sobre la pantalla 20
(véase también la Figura 28). El efecto retrorreflectivo se
establece en el plano perpendicular al borde longitudinal 27 de los
prismas 26. Los haces de luz en planos paralelos al borde
longitudinal 27, o, más exactamente, las componentes de haces de luz
que inciden en estos planos, son reflejados desde la pantalla 20
como un sencillo espejo. Las Figuras 35 y 36 demuestran que la
pantalla de difusión 30 o la capa holográfica 33 colocada delante de
la pantalla retrorreflectiva 20 proporciona la divergencia requerida
de los haces de luz emitidos L_{e}. La Figura 37 muestra una
versión en la que la capa holográfica 33 es puesta directamente
sobre la superficie retrorreflectiva con una tecnología apropiada,
por ejemplo por replicación.
Presentamos una realización relativamente
sencilla del aparato de presentación 3D de la invención en la Figura
38. Este aparato produce solamente imágenes fijas 3D y, como tal, es
excelente, por ejemplo, para fines publicitarios. El proyector 47
del aparato contiene los módulos (éstos no están representados en la
Figura 38) que emiten los haces de luz L_{d} de acuerdo con los
principios anteriormente descritos hacia la pantalla 20, la cual
está usualmente posicionada por separado del proyector 47. Puede
haber espejos M en ambos lados del proyector 47, si se requiere, con
ayuda de los cuales se puede reducir la anchura del proyector 47 de
acuerdo con el principio descrito en relación con la Figura 19. La
estructura interior del proyector 47 del aparato de la Figura 38 se
muestra en la Figura 41, con la diferencia de que la Figura 38
contiene una sola línea de módulos, mientras que la Figura 41
ilustra una disposición de doble línea.
El protector 47 y la pantalla 20 pueden estar en
una disposición de reflexión (véase la Figura 39), es decir que el
proyector 47 puede estar fijo sobre el techo 90 y la pantalla 20
puede estar instalada sobre una pared (no mostrado en la imagen) de
la habitación. Esta disposición es ventajosa debido a que el
proyector 47 puede posicionarse lejos de la pantalla 20. La
disposición puede proporcionar imágenes 3D con una buena resolución
angular y una amplia profundidad de campo. En efecto, es concebible
que la resolución de dirección de las imágenes 3D, es decir, el
ángulo entre las direcciones de emisión adyacentes, venga
determinada por la distancia entre la pantalla 20 y los módulos 45,
así como por la distancia entre los módulos individuales 45. Los
observadores que miran a una pantalla 20 en disposición de reflexión
están delante de la pantalla 20 en comparación con el proyector 47 y
debajo de su plano, por lo que se puede utilizar también una
pantalla 20 de tamaño relativamente grande en una habitación
relativamente pequeña. El aparato proporciona una vista 3D delante
y detrás de la pantalla 20 y de este modo las habitaciones pueden
ser ópticamente agrandadas.
La pantalla 20 puede estar hecha también en una
versión de transmisión, es decir que los haces de luz L_{d} que
salen del proyector 47 atraviesan la pantalla 20 y los haces de luz
L_{e} que salen del otro lado de la pantalla alcanzan los ojos
del observador. Esta disposición se muestra en la Figura 40. En este
caso, el proyector 47 no necesita ser posicionado a mayor altura que
los observadores, sino que puede ser colocado al mismo nivel o en
posición más baja. La ventaja de esta disposición es que el
proyector 47 puede estar en otra habitación, ya que los
observadores no ven el proyector 47.
La Figura 41 muestra la estructura del aparato 3D
de presentación de imágenes fijas. Dado que solamente pueden
proyectarse imágenes fijas, el cometido de las presentaciones
bidimensionales en el proyector 47 es asumido por un dispositivo que
proyecta una imagen constante, por ejemplo una película de
diapositivas 150, o, en un caso dado, un soporte de imagen en modo
de reflexión. Las imágenes compuestas 155 son reproducidas por
lentes 40 sobre la pantalla 20, la cual puede estar más cerca o más
lejos del proyector 47. Las imágenes compuestas 155 están
posicionadas con la geometría apropiada en la película de
diapositivas 150, por ejemplo en una disposición de doble línea
según se muestra en la Figura 41. Unos espejos M pueden sustituir a
los módulos, creando las vistas apropiadas de los puntos de borde de
la pantalla, si se requiere, tal como se explica en relación con la
Figura 19. Las imágenes 155 de la película de diapositivas 150 son
iluminadas desde la parte trasera por tubos de luz 180 o bombillas
incandescentes conocidas por los aparatos cinematográficos o por
LEDs con una placa difusa de homogeneización opcional 185. La
película de diapositivas 150 puede ser reemplazada rápida y
fácilmente si ha de presentarse otra imagen con el proyector 47.
Puede aplicarse también una versión del mecanismo automático que
efectúa sustituciones periódicas como las conocidas con tableros de
anuncios alternantes. Las complejas imágenes individuales 155 pueden
ser creadas en la película de diapositivas 150 con los métodos
apropiados, por ejemplo con tecnología digital de formación de
imágenes. La película de diapositivas es adecuada para actuar como
una presentación bidimensional debido a que pueden crearse imágenes
en color de pequeño tamaño con alta resolución y ello esencialmente
simula el área efectiva larga y estrecha de la presentación ideal de
tamaño grande mostrada en la Figura 23. El aparato de presentación
3D mostrado en la Figura 41 puede fabricarse de manera sencilla y a
bajo coste, y es capaz de presentar imágenes de excelente calidad
con
sensación 3D.
sensación 3D.
Se hace notar que, cuando la película de
diapositivas 150 es iluminada a través de la hoja difusa 185, no
solamente los haces de luz perpendiculares al plano de la imagen 155
atraviesan la película 150, sino que lo hacen también otros haces de
luz con otras direcciones. La óptica 40 de formación de imagen con
una apertura numérica relativamente pequeña puede formar solamente
la imagen de los haces que entran con un bajo ángulo de cono,
mientras que los otros haces de luz más oblicuos se pierden en el
sistema óptico. En otras palabras, las lentes 40 de formación de
imagen prácticamente hacen uso de los haces de luz aproximadamente
paralelos en la película de diapositivas 150. Por tanto, es también
cierto en este caso que en el proyector 47 hay un sistema óptico que
proyecta las imágenes generadas por los medios generadores de imagen
- la película de diapositivas 150 con las imágenes 155 en este caso
- hacia los medios de desviación ópticos, es decir, la lente óptica
40 de formación de imagen, con haces de luz esencialmente
paralelos. Basándose en lo anterior, el sistema utiliza de manera
relativamente ineficaz la luz que pasa por las imágenes 155, pero
esto es compensado por el hecho de que el brillo de la imagen 3D
presentada viene determinado por la salida de luz acumulada de las
imágenes 155.
La Figura 42 muestra otra versión del sistema
óptico de formación de imagen usado en los módulos 45. La matriz LED
170 proporciona la iluminación posterior para la presentación 50.
Para archivar el brillo máximo se ha de colocar el mayor número
posible de fuentes de luz detrás de la presentación 50. Esto puede
conseguirse fijando los chips LED no encapsulados sobre un substrato
común por un método conocido de la tecnología de circuitos
integrados y cableándolos unos con otros o con la salida
apropiadamente diseñada mediante un fino hilo metálico, usualmente
de oro (pegadura). De este modo, los chips pueden colocarse cada
0,4-0,5 mm, incluso un centenar de ellos detrás de
una pantalla de tamaño medio. De esta manera, se proporciona una
fuente de luz perfectamente homogénea, aunque costosa, con brillo
superficial extraordinario y con un buen mezclado y saturación de
color. Los haces marginales del haz divergente que sale de la matriz
170 de chips LED son absorbidos mientras pasan por las lentes 73 y
78 de pequeña apertura numérica y sustancialmente la luz que emerge
perpendicular a la superficie de la matriz 170 de chips LED es
utilizada en el sistema. La matriz 170 de chips LED puede ser de
múltiples colores, por ejemplo los LEDs 171 de los colores RGB
(rojo-verde-azul) usuales pueden
estar en la agrupación apropiada según se muestra en las Figuras 43
y 44.
Para una mejor utilización de la luz, puede
disponerse una lente colimadora formadora de haz entre la matriz 170
de chips LED y la presentación 50 para colimar los haces de salida
emitidos en un amplio ángulo. Esta lente colimadora formadora de haz
puede materializarse convenientemente como una matriz de microlentes
o un componente interno integrador de luz o paralelizador de luz de
reflexión, con un tamaño idéntico al de la matriz de chips.
Convenientemente, este componente formador de haz puede ser una caja
expandible de espejos de forma de pirámide truncada (véase la
Figura 10) o un componente de plástico o vidrio cónicamente
expandible. De esta manera, se puede reducir el número de chips y se
pueden utilizar LEDs de chips RGB estándar, por ejemplo un
dispositivo hecho por Samsung o Marl.
En el caso del iluminador LED de colores RGB
mostrado en la Figura 44, la presentación 50 es monocromática y las
consecutivas imágenes en color son creadas por la conmutación
cíclica de los LEDs 170 pertenecientes a los colores R, G, B. Esto
puede hacerse de modo que cada color sea conectado una vez dentro de
un cuadro de 1/30 s de longitud. Evidentemente, esto requiere la
presentación 50 de frecuencia de cuadros apropiada, es decir que en
este caso las imágenes han de presentarse sobre la presentación 50 a
una frecuencia de aproximadamente 90 1/s. De esta manera, puede
evitarse la aplicación de LCDs de color en los módulos 45. De una
manera conocida, en paneles de color se utilizan grandes números de
pixeles, con filtros RGB en tripletes de pixeles de tercera
resolución, o, alternativamente, se utilizan tres paneles
individuales (RGB) en las presentaciones LCD de color. En el caso de
un aparato de presentación que opere con LCDs paralelos, no es
económica una triplicación adicional de los paneles. Sin embargo, la
reducción de la resolución de la presentación da como resultado la
reducción de las direcciones de desviación, esto es, el deterioro de
la resolución de dirección. Por tanto, se puede materializar un
control de color secuencial en el tiempo utilizando paneles de
cristal líquido ferroeléctrico (FLC) de alta velocidad y encuadrando
las imágenes RGB una después de otra con una frecuencia de encuadre
3x. Como ventaja adicional, esto da como resultado un mejor mezclado
de color que la presentación con mezclado de color al nivel de los
pixeles.
La presentación 50 puede ser materializada
también por una presentación LED u OLED (LED orgánico). En este
caso, no hay necesidad de una fuente de luz separada y una
presentación. La propia presentación LED u OLED combina las
funciones de la fuente de luz y los medios generadores de imagen.
Además de los haces de luz emitidos en una dirección paralela, habrá
también otros haces, pero, como se ha mencionado antes, la óptica de
desviación formará solamente la imagen de los haces sustancialmente
paralelos sobre la pantalla.
La Figura 45 muestra una disposición esquemática
del sistema de control del aparato. En la era de la convergencia de
las tecnologías de radiodifusión, telecomunicación y ordenadores las
funciones básicas de los sistemas de información, trasferencia,
almacenamiento y procesamiento de datos, son esencialmente
independientes de si las señales digitales llevan datos de audio,
visuales o de ordenador. Un aparato módem que pueda integrarse en un
sistema tiene también que estar preparado de manera correspondiente
para que pueda manipular cualquier señal que lleve información 3D
(modelo visual o geométrico), posiblemente sin modificación del
hardware. Los monitores, televisiones y otros dispositivos de
presentación manipulan generalmente señales de entrada de normas
diferentes con circuitos dedicados.
Por tanto, la unidad de control del aparato de la
invención se configura básicamente como un ordenador 200, por
ejemplo un ordenador personal (PC), de modo que convierta los datos
3D digitales o analógicos de entrada de acuerdo con un formato o
protocolo dado en un bus de ordenador estándar 210, por ejemplo un
bus PCI a través de tarjetas de interfaz (expansión) de entrada.
Esta configuración hace posible la creación subsiguiente de nuevas
entradas físicas.
Los datos de entrada del sistema pueden
originarse en fuentes diferentes. Como ejemplo, ilustramos un
interfaz de red 260, un módem de cableado 270 y una unidad receptora
de radio/TV 280 en la Figura 45, todos los cuales se conectan al bus
210.
Puede conectarse una cámara 250 al equipo a
través de una unidad de entrada 255 que proporciona datos para
autocalibración, seguimiento de cabezas y medición de las
condiciones de luz ambientales.
Después del procesamiento por el software 203, o
bien directamente, los datos 3D entrantes alcanzan la unidad 3D 240
conectada al mismo bus 210, la cual está configurada físicamente
también como una unidad de expansión (PCI). La tarjeta contiene
convenientemente ICs lógicos programables de gran complejidad
(FPGA). La tarea de la unidad 3D 240 (motor 3D) es producir la
imagen compleja apropiada (módulo) en tiempo real y transferirla a
los módulos individuales 45_{1}...45_{q}.
Las funciones del ordenador 200 pueden
materializarse también con circuitos de control 100 (véanse las
Figuras 8 y 10), pero los propios circuitos de control 100 reciben
generalmente sólo los datos de la unidad 3D 240 y controlan los
módulos 45 sobre esa base.
La unidad 3D 240 funciona en modos diferentes de
acuerdo con las diferentes entradas de datos:
- -
- Presentación de imagen plana. Llena los pixeles apropiados de las presentaciones 50 de los módulos 45_{1}...45_{q}, de modo que los pixeles apropiados P de la pantalla 20 emiten haces de luz en todas las direcciones con el valor de color y de intensidad del punto de pantalla dado de las imágenes 2D estándar tradicionales reconocidas.
- -
- El procesamiento de imágenes con vistas correspondientes a direcciones de observación diferentes de cualquier fuente (generadas por ordenador o el fotografiado o filmado de vistas naturales). Las imágenes pueden estar son comprimir o descomprimidas. Usando los datos geométricos necesarios, esto crea las imágenes compuestas (módulos) reorganizando entre ellas los detalles de las imágenes de vistas diferentes.
- -
- El procesamiento de una imagen provista de menos vistas que el aparato es capaz de presentar. Por ejemplo, todas las vistas que el aparato puede presentar se compilan a partir de solamente cinco aspectos disponibles de una imagen. Aunque en teoría se requiere un gran número de imágenes espaciales para reconstruir una vista 3D esencialmente continua. Pero la generación de todas las vistas de diferentes direcciones de observación no es usualmente económica, especialmente en el caso de una formación de imagen real. Por tanto, la unidad 3D 240 calcula el número adecuado de vistas intermedias con los algoritmos apropiados. Tales soluciones son conocidas, por ejemplo, por la descripción de la patente US 5,949,420. La unidad crea las imágenes compuestas (módulo) con la misma reorganización que se ha mencionado anteriormente a partir del número calculado requerido de vistas intermedias (y generalmente a partir también de las vistas iniciales).
- -
- La producción de un número adecuado de vistas 3D a partir de datos de otras plataformas, tales como DICOM, 3Dfx, VRML y otros modelos geométricos 3D CAD. Se muestra un módulo 3Dfx 230 como ejemplo, el cual puede conectarse al bus 210 del ordenador 200 de una manera conocida como tarjeta de expansión separada. Puede instalarse un software 3D 203 de una estructura conocida que cree la imagen vista de número y geometría adecuados a partir del objeto 3D descrito. La unidad 3D 240 manipula esto de manera similar a lo anterior.
Así, la compatibilidad del aparato con cualquier
plataforma es principalmente cuestión del software. Cuando se fijan
las nuevas normas, la información 3D puede unirse como datos
suplementarios a la imagen con una dirección de visión central. De
esta manera, los dispositivos 2D siguen siendo compatibles y pueden
presentar señales 3D, naturalmente con sólo una imagen vista
plana.
En una aplicación especial, el hardware del
aparato puede calcular los datos de cualquier vista intermedia en
tiempo real. Por tanto, es posible optimizar la imagen percibida por
el observador de acuerdo con la posición de los dos ojos del
observador. Esto significa que solamente se proyectan dos vistas de
la imagen hacia los ojos del observador. Las vistas adyacentes, es
decir, el solapamiento de las imágenes de vistas adyacentes, que
pueden ser ya visibles debido a la difusión de la pantalla, son
desconectadas. De esta manera, se pueden crear imágenes con una
profundidad de campo muy buena (imagen 3D en modo de alta
profundidad). Se sigue de las características del sistema de la
invención que el seguimiento de los ojos y la optimización del
observador anteriormente mencionado pueden materializarse
simultáneamente para varios observadores. Los datos de control para
el seguimiento de los ojos son proporcionados por la cámara 250 u
otro hardware dedicado.
Otra posibilidad de aplicación es cuando el
hardware del aparato calcula cualquier vista en tiempo real y puede
intervenir en la construcción de la imagen y modificarla. Esta
opción puede ser la consideración de las luces y la iluminación
ambientales. No sólo puede ajustarse el brillo, sino que también
pueden añadirse sombras de emborronado a los haces de luz que
parpadean en puntos dados de los objetos. Estos son exactamente los
efectos cuya falta hace que el observador reconozca que la imagen
percibida es solamente una imagen artificial. Por tanto, la adición
de esta opción puede crear una vista realista extremadamente
plástica (modo de realidad).
Las imágenes tridimensionales contienen mucha más
información que una imagen plana. Se sugiere utilizar métodos de
compresión de datos cuando se transfieran o almacenen datos 3D. La
similitud de las vistas direccionales de las imágenes permite el uso
de eficaces métodos de compresión. El algoritmo ya descrito antes,
concretamente el algoritmo basado en la gestión/aumento de un
pequeño número de las vistas direccionales de las imágenes,
utilizando relaciones geométricas, es un proceso efectivo para
reducir datos en sí mismo. Sin embargo, es valioso utilizar los
métodos de compresión de imagen ya conocidos con las vistas
direccionales de las imágenes a fin de conseguir una mejor
compresión. La unidad de descompresión 220 es una unidad multicanal
que opera de acuerdo con una norma conocida, por ejemplo tal como
MPEG2, MEPG4, ondita, etc. La unidad de descompresión 220
descomprime el contenido de imagen del flujo de datos comprimido de
entrada y envía las imágenes a la entrada de la unidad 3D 240.
Además, el ordenador 200 controla, naturalmente,
todas las funciones del aparato desde la conexión de la alimentación
de potencia 85 de la fuente de luz 80 hasta el menú de presentación,
pasando por el control de la refrigeración. El aparato puede
realizar autodiágnosticos y puede llevar a cabo ciertas
correcciones y ajustes de mantenimiento controlados a través de un
IP conectado a Internet, bien por una línea telefónica o por una
red de ordenadores, si se requiere.
Claims (31)
1. Un aparato para presentar imágenes 3D,
comprendiendo el aparato
a, una pantalla (20) para transmitir y/o reflejar
luz selectivamente, de tal manera que la dirección de un haz de luz
(L_{e}) que sale de la pantalla (20) dependa del ángulo de
incidencia bajo el cual dicho haz (L_{d}) llega a la
pantalla,
b, un sistema de iluminación de la pantalla,
comprendiendo el sistema de iluminación de la pantalla
c, módulos (45) para generar haces de luz
(L_{d}), siendo proyectados los haces de luz (L_{d}) hacia
múltiples puntos diferentes (P) de la pantalla (20) y saliendo de
dichos puntos (P) de la pantalla en direcciones de emisión
diferentes (E), y, además,
d, proporcionando la pantalla divergencia a la
luz transmitida o reflejada de acuerdo con el ángulo entre
direcciones de misión contiguas, y comprendiendo, además, el
aparato
e, un sistema de control para controlar los
módulos (45),
f, comprendiendo, además, cada módulo (45) una
presentación bidimensional (50), y
g, una óptica (40) de formación de imagen para
formar simultáneamente la imagen de los pixeles individuales
(C_{d}) de la presentación sobre la pantalla (20),
caracterizado porque
h, los pixeles (C_{d}) de la presentación
bidimensional (50) asociados con los diferentes puntos (P) de la
pantalla (20) y correspondientes a las direcciones de emisión
diferentes (E) asociadas con los diferentes puntos (P) de la
pantalla generan de manera sustancialmente simultánea unos haces de
luz (L_{c}) con coordenadas diferentes, pero sustancialmente sin
información de dirección de emisión, e
i, la óptica (40) de formación de imagen asociada
con la presentación (50) forma de manera sustancialmente simultánea
la imagen de los haces de luz (L_{c}) generados por los pixeles
de presentación (C_{d}) con coordenadas diferentes sobre la
pantalla (20), y simultáneamente funciona como un dispositivo de
desviación óptico que desvía los haces de luz (L_{c}) incidente
sobre la óptica (40) de formación de imagen bajo un ángulo dado
dependiendo de las coordenadas de incidencia, formando así dichos
haces de luz (L_{d}) que son proyectados hacia múltiples puntos
diferentes (P) de la pantalla (20).
2. El aparato de la reivindicación 1,
caracterizado porque
a, la pantalla (20) transmite los haces de luz
entrantes (L_{d}) sustancialmente sin cambiar su dirección o
refleja los haces de luz de una manera semejante a un espejo o
retrorreflectivamente,
b, los módulos están materializados como medios
para generar haces de luz (L_{e}) que son emitidos en direcciones
diferentes desde los puntos de pantalla (P) y para proyectar haces
de luz (L_{d}) con intensidad y/o color diferentes hacia los
puntos de pantalla individuales (P) desde direcciones diferentes
(D), en donde en los medios para proyectar haces de luz (L_{d})
hacia los puntos de pantalla (P)
c, la presentación bidimensional (50) está
materializada como un medio generador de imagen para generar haces
de luz (L_{c}) destinados a ser proyectados hacia direcciones
diferentes, en donde los haces de luz (L_{c}) asociados a las
diferentes direcciones de proyección son generados con pixeles
diferentes (C_{d}) de la presentación bidimensional (50),
d, comprendiendo preferiblemente la óptica de
formación de imagen una lente óptica,
y, además, el sistema de iluminación de la
pantalla comprende
e, medios para generar haces de luz (L_{c})
sustancialmente paralelos y - en función de las coordenadas
espaciales - sustancialmente homogéneos para iluminar los medios
generadores de imagen, y, además,
f, los módulos (45) están posicionados en
posiciones ópticamente equivalentes, periódicamente desplazadas una
con relación a otra y con relación a la pantalla (20), de modo
que
g, los haces de luz (L_{c}) son desviados por
los medios de desviación ópticos hacia las diferentes direcciones de
desviación (D) y hacia los puntos de pantalla apropiados (P) de
acuerdo con la posición mutua de los módulos relevantes (45) y la
pantalla (20), siendo codificados los haces de luz (L_{c}) con
los pixeles de una imagen compuesta - preferiblemente por modulación
con información de color y de intensidad -, en donde la imagen
compuesta es generada por los medios generadores de imagen.
3. El aparato de la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la presentación bidimensional (50) es
una micropresentación de cristal líquido, particularmente una
micropresentación LC en modo de transmisión o de reflexión, una
presentación LED u OLED o un dispositivo micromecánico,
particularmente una matriz de microespejos, una rejilla óptica
activa u otra matriz de válvulas de luz.
4. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las
presentaciones bidimensionales (50) crean una imagen compuesta sin
información de paralaje vertical y los módulos (45) están
dispuestos en líneas horizontales, y, además, la divergencia
horizontal (\deltax) de la pantalla (20) corresponde al ángulo
entre los haces de luz (L_{d}) proyectado sobre el mismo punto (P)
de la pantalla desde módulos contiguos (45), y la divergencia
vertical (\deltay) de la pantalla (20) corresponde al intervalo de
visión vertical deseado.
5. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los módulos
(45) están dispuestos en múltiples líneas paralelas y desplazados
uno con relación a otro en una dirección paralela a las líneas.
6. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el sistema de
iluminación de los medios generadores de imagen comprende medios
múltiples para generar haces de luz sustancialmente paralelos
(L_{c}), siendo iluminados los medios para generar haces de luz
paralelos por una fuente de luz común (80).
7. El aparato de la reivindicación 6,
caracterizado porque comprende medios para modular la luz de
la fuente de luz común (80), preferiblemente un disco filtro de
color rotativo u otro obturador de luz, y la luz de la fuente de
luz común (80) es guiada hacia los módulos individuales (45) con una
guía de luz o una fibra óptica (75).
8. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende
múltiples fuentes de luz (70), preferiblemente LEDs,
particularmente una matriz (170) de chips LED provista de LEDs
multicolores o múltiples LEDs separados, que están asociados a los
módulos individuales.
9. El aparato de la reivindicación 8,
caracterizado porque los LEDs están provistos de un adaptador
conformador de haz, preferiblemente una matriz de microlentes o un
elemento reflectante (65) de integración/concentración de luz.
10. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la pantalla
(20) es una placa óptica para proporcionar divergencia a los haces
de luz (L_{d}) transmitidos y/o reflejados selectivamente en
dirección, correspondiendo el ángulo de la divergencia (\deltax)
al ángulo entre los haces de luz (L_{d}) que se originan en
módulos contiguos (45) y que se emiten desde el mismo punto de
pantalla (P) en el plano definido por los módulos contiguos (45) y
el punto de pantalla (P).
11. El aparato de la reivindicación 10,
caracterizado porque la divergencia de la placa óptica se
proporciona con un sistema de lentes (30) o con una capa holográfica
(33).
12. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque la pantalla
(20) que proporciona la divergencia tiene una superficie
horizontalmente retrorreflectiva, en particular una superficie con
una estructura de prisma verticalmente orientado.
13. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque los módulos
(45) están dispuestos a lo largo de una sección recta paralela a la
pantalla (20).
14. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque los módulos
(45) están dispuestos a lo largo de una sección de un círculo, y la
pantalla (20) es una superficie cilíndrica o esférica
sustancialmente concéntrica con el círculo de los módulos (45).
15. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque los medios de
control están materializados como un ordenador de modo que
a, el aparato funciona como un dispositivo de red
de acuerdo con normas en sí conocidas, en donde el aparato
b, procesa las señales de entrada de acuerdo con
normas diferentes, convertidas sobre un bus de datos de
ordenador.
16. El aparato de la reivindicación 15,
caracterizado porque los medios de control almacenan y
procesan imágenes en forma autónoma, preferiblemente con fines de
compresión de imagen, optimización de acuerdo con la posición de
visión y presentación realista modificada de acuerdo con la
iluminación circundante.
17. Un método para presentar imágenes 3D, que
comprende los pasos de
a, generar haces de luz (L_{d}) asociados con
múltiples puntos diferentes (P) de una pantalla (20), creando los
haces de luz (L_{d}) vistas diferentes asociadas a diferentes
direcciones de emisión (E) de los puntos individuales (P) de la
pantalla, y
b, proyectar los haces de luz (L_{d}) sobre
dicha pantalla (20), transmitiendo y/o reflejando luz la pantalla
(20) en forma selectiva de tal manera que la dirección de un haz de
luz (L_{e}) que sale de pantalla dependa del ángulo de incidencia
bajo el cual dicho haz (L_{d}) llega a la pantalla (20),
proporcionando, además, dicha pantalla una divergencia (\deltax)
correspondiente al ángulo entre dos direcciones de emisión
contiguas (E),
caracterizado por
c, generar de manera sustancialmente simultánea
haces de luz (L_{c}) sustancialmente sin información de dirección
de emisión con pixeles (C_{d}) de una presentación bidimensional
(50), teniendo los pixeles (C_{d}) coordenadas diferentes, estando
asociados los haces de luz (L_{c}) con los diferentes puntos (P)
de la pantalla (20) y correspondiendo a las diferentes direcciones
de emisión (E) de los puntos (P) de la pantalla, y
d, formar de manera sustancialmente simultánea la
imagen de los haces de luz (L_{c}) generados por los pixeles de
presentación (C_{d}) con coordenadas diferentes sobre la pantalla
(20) de tal manera que la formación de imagen funcione
simultáneamente para desviar los haces de luz (L_{c}) generados
por los pixeles de presentación (C_{d}) en direcciones de
desviación diferentes (D) en función de las coordenadas de los
pixeles (C_{d}), formando así dichos haces de luz (L_{d})
asociados con múltiples puntos diferentes (P) de la pantalla (20) y
proyectándolos hacia dichos múltiples puntos diferentes (P) de la
pantalla (20).
18. El método de la reivindicación 17,
caracterizado porque los haces de luz (L_{e}) que crean las
vistas diferentes son generados con los pasos siguientes:
a, se emite luz con intensidad y/o color
diferentes en diferentes direcciones de emisión (E) desde los
puntos (P) de la pantalla (20), en donde
b, los haces de luz (L_{e}) emitidos desde los
puntos (P) de la pantalla en direcciones diferentes son generados
proyectando haces de luz (L_{d}) con intensidad y/o color
diferentes hacia los puntos individuales (P) de la pantalla desde
direcciones diferentes, y transmitiendo los haces de luz (L_{d})
sustancialmente sin cambiar su dirección o reflejando los haces de
luz (L_{d}) desde la pantalla (20) manteniendo sustancialmente la
dirección, al tiempo que se proporciona la divergencia apropiada
(\deltax, \deltay) a los haces de luz, y, además,
c, los haces de luz (L_{d}) proyectados en
direcciones diferentes (D) hacia los puntos (P) de la pantalla son
creados generando una imagen compuesta, comprendiendo la imagen
compuesta detalles de imagen, correspondiendo los detalles de imagen
a las imágenes a proyectar en direcciones diferentes desde los
diferentes puntos (p) de la pantalla, y
d, se iluminan las imágenes compuestas con haces
de luz sustancialmente paralelos (L_{c}), generando haces de luz
sustancialmente paralelos (L_{c}) que son modulados con la
información de intensidad y/o de color de los detalles de imagen
individuales, y
e, se proyectan los haces de luz sustancialmente
paralelos (L_{c}), que son así modulados en función de las
coordenadas espaciales, sobre una óptica (40) de formación de imagen
que funciona simultáneamente como un medio de desviación óptico,
y
f, se proyectan con la óptica (40) de formación
de imagen los haces de luz sustancialmente paralelos (L_{c}), que
son modulados con los detalles de la imagen compuesta, hacia los
puntos apropiados (P) de la pantalla desviando los haces de luz
(L_{c}) en direcciones diferentes (D) de acuerdo con la posición
de los detalles de imagen relevantes en la imagen compuesta, y de
acuerdo con las propiedades de formación de imagen de la óptica (40)
de formación de imagen, siendo definidos los puntos apropiados (P)
de la pantalla por la posición mutua de los medios de desviación
ópticos relevantes y la pantalla (20).
19. El método de la reivindicación 17 ó 18,
caracterizado porque el producto del número de medios
generadores de imagen y el número de sus pixeles (C) es igual al
producto del número de puntos (P) de la pantalla y el número de
direcciones de emisión (E) asociadas con los puntos (P) de la
pantalla.
20. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 19, caracterizado por generar una vista
de la imagen 3D que se vea desde cada dirección única con ayuda de
varios medios generadores de imagen.
21. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 20, caracterizado por generar una
imagen 3D sin paralaje vertical a partir de múltiples franjas de
imagen verticales (25), siendo generadas las franjas de imagen (25)
por los medios generadores de imagen individuales.
22. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 21, caracterizado por generar con un
medio generador de imagen múltiples detalles de imagen
correspondientes a un múltiplo del número de direcciones de visión
asociadas a los puntos de pantalla individuales (P), y asociar menos
medios generadores de imagen que el número de puntos de pantalla
(P), de modo que con un medio generador de imagen se generen
detalles de imagen que se asocian a direcciones de visión
sustancialmente iguales o contiguas de varios puntos (P) de la
pantalla.
23. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 21, caracterizado por generar con un
medio generador de imagen detalles de imagen correspondientes al
número de direcciones de visión diferentes de cada punto (P) de la
pantalla, y utilizar tantos medios generadores de imagen asociados a
una línea de pantalla horizontal como el número de puntos de
pantalla (P) en esa línea de la pantalla.
24. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 23, caracterizado por utilizar pixeles
(C) con propiedades de emisión de luz independientes en los medios
generadores de imagen.
25. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 23, caracterizado por iluminar los
medios generadores de imagen con fuentes de luz separadas (70).
26. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 23, caracterizado por iluminar
múltiples medios generadores de imagen con una fuente de luz común
(80).
27. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 23, caracterizado por crear una
divergencia (\deltax) de los haces de luz (L_{e}), siendo los
haces de luz (L_{e}) transmitidos selectivamente en dirección a
través de la pantalla y/o reflejados desde la pantalla,
correspondiendo el ángulo de la divergencia (\deltax) al ángulo
entre los haces de luz (L_{e}) emitidos desde el mismo punto de
la pantalla en el plano determinado los haces de luz emitidos desde
ese punto (P) de la pantalla.
28. Un aparato para presentar imágenes 3D,
comprendiendo el aparato
a, una pantalla (20) para transmitir y/o reflejar
luz en forma selectiva en dirección de tal manera que la dirección
de un haz de luz (L_{e}) que sale de la pantalla dependa del
ángulo de incidencia bajo el cual dicho haz llega a la pantalla,
b, un sistema de iluminación de la pantalla,
comprendiendo el sistema
c, módulos (45) para generar haces de luz
(L_{d}), siendo proyectados los haces de luz hacia múltiples
puntos diferentes (P) de la pantalla (20) y saliendo de dichos
puntos (P) de la pantalla en direcciones de emisión diferentes (E),
y, además,
d, proporcionando la pantalla (20) divergencia a
la luz transmitida o reflejada de acuerdo con el ángulo entre
direcciones de emisión contiguas (E),
f, comprendiendo, además, cada módulo (45) una
imagen bidimensional (155), y
g, una óptica (40) de formación de imagen para
formar simultáneamente la imagen de los puntos de imagen
individuales de la imagen (155) sobre la pantalla (20),
caracterizado porque
h, los puntos de imagen de la imagen
bidimensional (155) asociada con los diferentes puntos (P) de la
pantalla (20) y correspondientes a las diferentes direcciones de
emisión (E) asociadas con los diferentes puntos (P) de la pantalla
generan de manera sustancialmente simultánea haces de luz (L_{c})
con coordenadas diferentes, pero sustancialmente sin información de
dirección de emisión, e
i, la óptica (40) de formación de imagen asociada
con la imagen (155) forma de manera sustancialmente simultánea la
imagen de los haces de luz (L_{c}) generados por los puntos de
imagen con coordenadas diferentes sobre la pantalla (20), y funciona
simultáneamente como un dispositivo de desviación óptico que desvía
los haces de luz (L_{c}) incidentes sobre la óptica (40) de
formación de imagen bajo un ángulo dado dependiente de las
coordenadas de incidencia, formando así dichos haces de luz
(L_{d}) que son proyectados hacia múltiples puntos diferentes (P)
de la pantalla (20).
29. El aparato de la reivindicación 28,
caracterizado porque la imagen (155) está contenida en una
película de dispositivas (tira de transparencias) u otro medio
portador de imagen.
30. El aparato de la reivindicación 28 ó 20,
caracterizado porque comprende múltiples fuentes de luz
asociadas a los módulos individuales (45), preferiblemente LED o
lámparas de incandescencia, o porque comprende una fuente de luz
común que ilumina las imágenes, preferiblemente un tubo de luz
(180).
31. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 28 a 30, caracterizado porque la óptica (40)
de formación de imagen asociada con las imágenes (155) se
materializa como una placa óptica (42) incorporada en una sola
unidad, preferiblemente como una matriz de lentes.
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