NO314862B1 - Automultiskopisk skjerm med bildeelementmatrise og optisk system, samt beslektede mikrolinseanvendelser - Google Patents

Abstract

Ved en automultiskopisk, for eksempel autostereoskopisk skjerm, med en bildeelement-/pixelmatrise (12,14,16,18) og som er tilordnet et linsesystem, har man tatt sikte på å utvide grensene for skjermens automulti-/autostereokopiske kvalitetsegenskaper, og for dette formål omfatter linsesystemet dels en matrise av mikrolinser, én for hvert bildeelement (12, 14 o.s.v.), dels en lentikulær linse/makrolinse (20). med et kurvet fokusplan (20A). Mikrolinsene er innrettet til å. projisere lys fra lysdioder via skjermens bildeelementer i matrisen på den lentikulære linsens (20) kurvede fokusplan (20A).

Description

AUTOMULTISKOPISK SKJERM MED BILDEELEMENTMATRISE OG

OPTISK SYSTEM, SAMT BESLEKTEDE MIKROLINSEANVENDELSER

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en automultiskopisk skjerm som inneholder bildeelementer ordnet i linjer og kolonner til en bildematrise og som for øvrig oppviser trekk i overensstemmelse med den innledende del av patentkrav 1.

Likeledes angår oppfinnelsen spesielle anvendelser av mikrolinser og lignende lysformende organer som er teknisk-funksjonelt ekvivalente dermed og kan fokusere, forme og bøye lys i henhold til ulike, forutbestemte lysstrålemønstre. Til å forme lys finnes det foruten refraksjon og refleksjon, også diffraksjon. Ved diffraksjon utnytter man lysets bølgeegen-skaper til å skape lysmønstre ved interferens. Det finnes diffraktive linser som med fordel vil kunne settes inn i eller i forbindelse med en automultiskopisk skjerm ifølge oppfinnelsen i stedet for eksempelvis mikrolinser.

Optiske systemer som inngår i arrangementer ifølge oppfinnelsen kan således innbefatte refraktive linser eller diffraktive linser (eksempelvis diffraktive linser med dobbelt bølge-lengde som kan ta to bølgelengder og fokusere dem på det samme fokusplan). Diffraktive linser bøyer ikke lys i tradisjonell forstand, men danner interferensmønstre.

Oppfinnelsen omfatter en hvilken som helst automultiskopisk skjerm med bildeelementmatrise, eksempelvis en autostereosko-pisk skjerm, og nevnte optiske system, som kan bestå av et linsesystem, omfatter generelt lysformende organer, herunder mikrolinser. Disse lysformende organers/mikrolinsers nevnte spesialanvendelser utgjør derved anvendelser som kan ansees som spesielle, men beslektet med deres oppgaver i tilknytning til nevnte autoskopiske skjerms bildeelementer.

En LCD-skjerm er en type skjerm ved hvilken oppfinnelsen kan tillempes, for eksempel en autostereoskopisk LCD-skjerm hvor dennes dybde-/romvirkning eller perspektiviske/tredimensjo-nale effekt tilveiebringes ved hjelp av nevnte optiske system i form av et formålstjenlig linsesystem.

Termen "linse" kan derved i denne sammenheng blant annet omfatte gjennomskinnelige, lysbrytende legemer avgrenset av flater hvorav minst én har kurvet utforming, idet det finnes sfæriske/asfæriske linser. Diffraktive linser kan benyttes i de tilfeller hvor det underliggende bildeelement/pixel består av tre distinkte fargekomponenter, rød, grønn og blå. "Opp-løsning" i tilknytning til automulti-/autostereoskopiske skjermer av angjeldende slag er definert som bildepunkters tetthet på skjerm (eller på fotografi).

Automultiskopi/-stereoskopi tilveiebrakt ved hjelp av linser over en flat skjerm representerer kjent teknologi, jfr. WO 99/00993 og U.S. patentskrift nr. 6,064,424, som begge utgjør illustrative og representative eksempler på teknikkens stand-punkt .

WO 99/00993 omhandler en autostereoskopisk skjerm, idet det i denne patentpublikasjon er omtalt et bredt spektrum innen kjent autostereoskopi.

US 6,064,424 omhandler et autostereoskopisk skjermvisningsapparat, og omtaler forsøk hvor man i forbindelse med appara-tets skjerm har søkt å utnytte vertikal oppløsning i horisontal retning ved hjelp av klassisk linseteknikk. Det er ved dette kjente stereoskopiske skjermvisningsapparat ufordelak-tig at det her ikke kan utføres en oppskalering/forstørrelse av et bilde eller deler av bildet.

GB 2 272 555 beskriver en stereoskopisk fremviser hvor den bildedannende anordningen er bygget opp lagvis av først en rekke av linser, så en lysmodulator, så et diffuserende lag og til slutt en andre rekke av linser nærmest observatøren. I tillegg beskriver dokumentet en lyskilderekke før den første rekken av linser. Det diffuserende laget er plassert i fokusplanet til den andre rekken av linser nærmest observatøren, samt ved et bildedannende plan i forhold til den første rekken linser.

EP 0809 124 beskriver en diffraktiv/refraktiv linsematrise. Linsematrisen brukes til a fokusere lys på en fotosensitiv matrise av sensorer. For hvert linseelement er den optiske akse angitt som en funksjon av den radielle posisjonen til linseelementet. Linsene er konkave. WO 99/00993 omhandler en autostereoskopisk skjerm, idet det i denne patentpublikasjon er omtalt et bredt spektrum innen kjent autostereoskopi. Nevnte kjente teknikk hvor det ved hjelp av linser opprettes og opprettholdes autostereoskopi over en flat skjerm, har grunnleggende fysiske begrensninger. På grunn av lysbølgenes egenskaper finnes det en nedre grense for hvilket antall bildeelementer (pixler) som kan plasseres bak en linse av den art som inngår i et typisk autostereoskopisk linsesystem, og dermed også for antall vinkler (i rommet) som kan vises. Dette igjen setter fundamentale begrensninger for hvor god autostereoskopisk gjengivelse og dermed opplevelse som tradisjonelle linsesystemer vil kunne være i stand til å skaffe til veie.

Et linsesystem som kan benyttes som optisk system for nevnte skjerm, kan med fordel utgjøre et spesialtilfelle av et slags optisk system som er vist og beskrevet i flere patentskrifter i tilknytning til såkalte "uendelighetsskjermer" ("infinite display" eller "infinite optical image-forming apparatus"; jfr. eksempelvis US 3,443,858 og 4,653,875).

Slike uendelighetsskjermer oppviser egenskaper som får en avbildning som befinner seg nær en observatør, til å se ut som den er (tilnærmelsesvis) uendelig langt borte. Dette prinsipp brukes blant annet i flysimulatorer tilknyttet det amerikans-ke flyvåpen, for å skape mer virkelighetstro forhold.

Teknisk sett kan en uendelighetsskjerm defineres som en skjerm som fokuserer en avbildning (tilnærmelsesvis) mot "uendeligheten".

Mår en bruker betrakter en slik skjerm rett forfra, vil han/ hun se hele angjeldende avbildning som om den befant seg uendelig langt borte. Dette betyr at dersom man står (tilnær-met) uendelig langt borte fra en slik uendelighetsskjerm vil hele denne skjermen dekkes av kun én farge, som er en funksjon av den vinkel som skjermen betraktes fra. Man kan derfor bygge opp en autostereoskopisk skjerm ved å sammenstille mange slike uendelighetsskjermer som "bildeelementer/pixler" i en større makroskjerm.

Et primært formål med nærværende oppfinnelse har derfor vært å unngå mangler og ulemper ved kjent teknikk, samt utvide grensene for automulti-/autostereoskopiske skjermer med hen-syn på dybdevirkningsgjengivelsen/romvirkningsopplevelsen.

Et ytterligere formål er å oppheve eller i vesentlig grad redusere de ovennevnte begrensende faktorer som virker nega-tivt inn på oppnåelsen av oppfinnelsens egentlige formål, nemlig en vesentlig forbedring av den automulti-/autostereoskopisk opplevelse som et optisk system, eksempelvis et linsesystem, vil kunne gi via skjermen.

Nevnte formål skal ifølge den foreliggende oppfinnelse søkes realisert med optimalt enkle og dessuten relativt billige midler. I tillegg tilsiktes det bibeholdt lang levetid for skjerm, lysformende organer/linser og tilordnete komponenter. Kjente stereoskopiske skjermer og skjermvisningsanordninger og -apparater oppviser visse egenskaper som erfaringsmessig har vist seg å være fordelaktige i mer underordnete henseen-de. Det kan være hensiktsmessig å bibeholde slike fordelaktige trekk ved kjent teknikk, såfremt dette kan ivaretas uten å svekke de primære trekk ved den automulti-/autostereoskopiske skjermen ifølge oppfinnelsen og som sikrer løsning av den definerte oppgave.

Nevnte formål oppnås ved at en automultiskopisk skjerm av den i den innledende del av patentkrav 1 angitte art, i tillegg er utformet og innrettet i overensstemmelse med de angivelser som fremgår av den karakteriserende del av patentkrav 1.

Ifølge oppfinnelsen realiseres ovennevnte hovedsakelige formål ved at nevnte optiske system omfatter dels en matrise av lysformende organer, ett for hvert bildeelement i skjermmat-risen, dels et makrooptisk element med et fokusplan, hvilke lysformende organer er innrettet til å projisere lys fra skjermens bildeelementer på det makrooptiske elements fokusplan.

De begrensninger som knytter seg til hvor god automulti-/autostereoskopisk opplevelse som tradisjonelle optiske systemer/linsesystemer er i stand til å gi, vil ifølge oppfinnelsen kunne skaffes av veie henholdsvis reduseres betydelig ved å projisere hele eller deler av skjermens vertikale opp-løsning over i horisontal retning, slik som nærmere angitt i patentkrav 1.

Dersom man utnytter hele den vertikale oppløsning i horisontalretningen, vil antall unike vinkler i horisontal retning kvadreres, det vi si at 2 x 2 vinkler blir til 4x1 vinkler, 10 x 10 vinkler blir til 100 x 1 og så videre.

Med andre ord kan oppfinnelsen således sies å bestå i å anvende den vertikale oppløsning på eksempelvis en LCD-skjerm (liquid crystal display = skjerm med flytende krystaller; andre skjermer er eksempelvis OLED, "organic light emitting display" eller LEP, "light emitting polymer") i horisontal retning. Øynene i et øyepar befinner seg normalt i et felles horisontalplan, og det er derfor mest hensiktsmessig å sørge for god vinkeloppløsning i den retningen.

Ifølge oppfinnelsen blir dette iverksatt ved å sette inn lysformende organer, fortrinnsvis i form av spesialformede mikrolinser, og plassere dem foran de individuelle bildeelementer (pixlene) på LCD-skjermen. Disse spesialformede mikrolinser strekker, komprimerer og bøyer lyset fra de individuelle bildeelementer. Mikrolinsene sørger derved for en slik lysav-bøyning at for eksempel en 2x2 matrise av bildeelementer (pixler) vil kunne bli omdannet til en 4x1 matrise. En matrise er derved definert som en rektangulær oppstilling av elementer, her bildeelementer, arrangert i rekker og kolonner som kan behandles ifølge reglene i matrisealgebra.

Uttrykt mer generelt resulterer anvendelsen av nevnte mikrolinser ifølge oppfinnelsen i en omforming av en AxB bildeelementmatrise til en (A<*>B)xl bildeelementmatrise, hvilket svarer til en økning av vinkeloppløsningen i horisontal retning. Anvendelsen av mikrolinser ifølge oppfinnelsen kan gi seg utslag i omforming av en flat bildeelementmatrise til en krum bildeelementmatrise som faller sammen med linsesystemets krumme fokusplan som skaper den holografiske effekt, for å redusere det holografiske linsesystemets kompleksitet.

En N x M pixelmatrise vil kunne omformes til en hvilken som helst p x q matrise, hvor p<*>q = N<*>M.

Innenfor oppfinnelsens ramme kan man benytte hele den vertikale oppløsning hos skjermen i horisontalretningen, men det er også mulig og fordelaktig å gjennomføre en delvis benyt-telse av den vertikale oppløsning på en LCD-skjerm i horisontal retning. Det er således for eksempel fullt mulig å omforme en 16x16 matrise til eksempelvis en 32x8 matrise.

Når man først er kommet til den erkjennelse at det i oppfinnelsens sammenheng er generelt fordelaktig å utforme spesial-mikrolinser for hvert individuelt bildeelement i skjermen, åpner dette for muligheter som man ellers ikke ville hatt tilgjengelige.

Siden man først skal bøye og strekke lyset fra de individuelle bildeelementer representerer det ikke noen ekstrakostnad herunder å forme lyset på en slik måte at det projiseres på makrolinsens krumme fokusplan, noe som fører til en langt bedre synsvinkel enn man ellers ville ha oppnådd.

Innen tradisjonell optikk (for eksempel i fotografiapparater) utgjør linsenes fokusplan en viktig problemstilling som må kunne håndteres. En enkel linse har et krumt fokusplan, men

det er i regelen ønskelig at fokusplanet er flatt, fordi fil-men i angjeldende fotoapparater ligger flatt; en LCD-skjerm i en prosjektør er flat, etc. Ved å anvende en serie linser som lyset må bevege seg igjennom, kan man rette ut fokusplanet.

Dette kan i og for seg fungere svært godt, men drar uvegerlig med seg den ulempe at linsesystemets kompleksitet tiltar, og apparatet blir dyrere enn det ville ha blitt med en enkel linse. Ikke minst vil dette forhold gi seg negative utslag ved en holografisk skjerm hvor det vil kunne foreligge behov for flere tusen linsesystemer av denne art.

Ifølge én foretrukket utførelsesform omfatter oppfinnelsesgjenstanden i store trekk seks funksjonelle elementer, (i) skjerm, (ii) bildeelementmatrise (i skjermen), (iii) matrise av lysformende anordninger, i typiske tilfelle bestående av mikrolinser, én for hvert bildeelement, (iv) krumt/flatt fokusplan, (v) lysformende og diffuserende hinne på fokusplanet, og (vi) lentikulær linse (makrolinse) som skaper en så-kalt holografisk effekt. Holografi forklares nærmere i be-skrivelsens spesielle del under henvisning til vedføyde tegninger. Samtlige komponenter er ikke kritiske for gjennomfø-ring av oppfinnelsens oppgave. Således inngår eksempelvis den lysformende og diffuserende hinne på fokusplanet i et eventualtrekk i en kombinasjon av kjente, i og for seg kjente og nye detaljtrekk ved en automulti-/autostereosko-pisk skjerm av angjeldende art.

Mikrolinsene i matrisen (iii) som utgjør de lysformende anordninger, men som kan erstattes med andre, funksjonelt ekvivalente organer/innretninger, projiserer lyset fra bildeelementene i bildeelementmatrisen (ii) på den lentikulære linsens (vi)[det makroopiske elements] kurvede/flate fokusplan (iv). Dette fokusplanet (iv) kan være dekket av nevnte lysformende og diffuserende hinne (v) som diffuserer lyset fra bildeelementene og sprer det i alle retninger mot nevnte lentikulære linse (vi) som sender ut lyset fra de enkelte bildeelementer i den ønskede retning.

Noen uttrykk som går igjen i denne patentfremstilling er definert som følger: Stereoskopi er tidligere definert; autostereoskopi er uttrykk for stereoskopisk effekt som etable-res uten bruk av polariserte briller eller lignende hjelpe-midler.

Ettersom den foreliggende oppfinnelse gir mulighet til et vilkårlig antall unike vinkler, er skjermen snarere knyttet til automultiskopi enn til autostereoskopi.

Skjermoppløsning er tidligere definert og blir i typiske tilfelle oppgitt i megapixler eller i horisontal x vertikal opp-løsning.

Bildeelementstørrelse er størrelsen på et bildeelement (pix-el); i typiske tilfelle svarende til 0,25 mm på en LCD-skjerm.

Vinkeloppløsning angir antall unike vinkler på en automultiskopisk skjerm og oppgis i totalt antall vinkler eller i horisontal x vertikal oppløsning, vinkelstørrelse er størrel-sen på vinkelen mellom to unike bilder fra den automulti-/autostereoskopiske skjermen. En vinkelstørrelse på 0,1° eller mindre vil gi en svært virkelighetstro automulti-/autostereoskopisk opplevelse. Synsvinkel angir vinkelområdet hvor skjermen er automulti-/autostereoskopisk.

Minimum øyedistanse er her definert som avstanden mellom øynene i et øyepar. Hos et voksent menneske svarer denne mini-male øyedistanse til ca. 5 cm, og hos et barn til ca. 3 cm. Skjermavstand er avstanden øyeparet har til skjermen.

Pixelvinkel angir et bildeelements vinkelstørrelse, som matematisk blir definert som atan (pixelstørrelse: skjermavstand). Maksimum pixelvinkel er den største akseptable pixelvinkel, som ikke bør være større enn 0,05°. Øynene er ikke i stand til å oppfatte pixelvinkler (vinkler på bildeelementer) som er mindre enn 0,01°, slik at denne vinkel aldri behøver å underskride denne verdi.

Minimumsavstand angir minste skjermavstand som gir akseptabel pixelvinkel (vinkel på bildeelement). Minimumsavstand er her definert som den avstand man må befinne seg fra en autostereoskopisk skjerm for at pixelvinkeln skal ha maksimumverdi. Befinner man seg i kortere avstand fra skjermen, vil bildet begynne å se grovkornet ut. Minimumsavstand defineres matematisk som pixelstørrelse : tan (maksimal pixelvinkel). Maksimumsavstand svarer til den største skjermavstand hvor det fremdeles er mulig å betrakte skjermen autostereoskopisk, og defineres matematisk som forholdet mellom øyedistanse og tan (vinkelstørrelse).

Rekkevidde er her definert som forholdet mellom maksimumsavstand og minimumsavstand. Som et generelt prinsipp er det ønskelig med så liten rekkevidde som mulig.

I en foretrukket utførelsesform kan nevnte optiske system med fordel bestå av et linsesystem hvis matrise av lysformende organer har form av en mikrolinsematrise, idet nevnte makro-kopiske element har form av en makrolinse/lentikulær linse, som oppviser et kurvet fokusplan. Mikrolinsene er innrettet til å projisere lys fra skjermens bildeelementer på nevnte linses kurvede fokusplan.

I den etterfølgende spesielle beskrivelse hvor det forklares et konkret utførelseseksempel, vil det generelt bli benyttet de mer spesifikke termer, så som mikrolinser i stedet for det mer dekkende uttrykk "lysformende organer", makrolinse i stedet for "makrooptisk element", autostereoskopisk i stedet for "automultiskopisk" og så videre.

Det henvises til medfølgende tegninger som illustrerer representative eksempler på oppfinnelsens utførelse og bruk i form av skjematisk fremstilte, ikke-begrensende utførelsesformer; og hvor: Fig. 1 viser et perspektivisk riss av en spesialformet mikrolinse som brukes i et linsesystem for en autostereosko-pisk LCD-skjerm ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser en forenklet skjematisk fremstilling som søker å anskueliggjøre plassering av mikrolinse foran de individuelle bildeelementer på LCD-skjermen, hvor det blant annet iverk-settes en avbøyning av lys fra lysdioder; Fig. 3 illustrerer en avbøyning av lys fra lysemitterende dioder ved hjelp av mikrolinser på en slik måte at en 2x2 matrise av bildeelementer blir omdannet til en 4x1 matrise; Fig. 4 viser et eksempel på en anvendelse av mikrolinser for å fokusere lyset fra bildeelementene på det krumme fokusplan ved den store linse som skaper den holografiske virkning; Fig. 5 illustrerer skjematisk visse parametre som står i forhold til hverandre, idet parametrene her er bildeelement, skjermavstand, vinkel på bildeelement (pixelvinkel) og stør-relse på bildeelement (pixelstørrelse); Fig. 6 viser en lignende skjematisk fremstilling av parametre som står i forhold til hverandre, nemlig synsområde, maksimumsavstand, synsvinkel, skjerm, minimumsavstand og vin-kelstørrelse; Fig. 7 og 8 tilsikter å illustere forskjellen på et ordinært fotografi (fig. 7) som ser likt ut fra alle synsvinkler og et hologram (fig. 8) som når det snus skaper illusjonen av at avbildningen roterer; Fig. 9 og 10 tilsikter å illustrere forskjellen på et ordinært fotografi (fig. 9) og et hologram (fig. 10) som repre-sentant for en type holografisk system; Fig. 11 illustrerer i sterkt skjematisert fremstilling et linsesystem i forbindelse med en flat skjerm hvor linsene skaper autostereoskopi i overensstemmelse med kjent teknikk; Fig. 12 illustrerer i motsvarende fremstillingsform hvordan hele eller deler av den vertikale oppløsning kan projiseres over i horisontal retning, for å unngå de begrensninger som knytter seg til den flate skjermen og tilordnet linsesystem ifølge fig. 11; og Fig.13 illustrerer til slutt sideordnede linser som tilsikter å flate ut et kurvet fokusplan, hvorved kompleksiteten hos systemet øker, mens et viktig formål for den foreliggende oppfinnelse består i å redusere linsesystemets kompleksitet uten tap av synsvinkel ved å projisere bildeelementene på en enkelt linses krumme fokusplan; Fig. 14A-14C viser skjematisk mikrolinser med innbyrdes avvikende form på linselegemet, henholdsvis utformet med krumning (Fig. 14A) for fokusering av lyset, med helling (Fig. 14B) for avbøyning av lyset, og med krumning og helling (Fig. 14C) for fokusering og avbøyning av lyset [dersom man ønsker ulik avbøyning/helling i X- og Y-retning, må respektive linse utformes motsvarende, det vil si med avvikende avbøyning/helling i nevnte koordinatretninger].

I den etterfølgende spesielle beskrivelse av den automulti-/autostereoskopiske skjermen, de i skjermvisningskonstruk-sjonen inngående komponenter og deres skjematisk anskuelig-gjorte funksjonelle trekk, henvises det først til fig. 1-4, hvor fig. 1 viser et perspektivriss av en spesialutformet mikrolinse 10. I den viste utførelsesform har mikrolinsen 10 uregelmessig form bygget opp av seks ulike flater, fem plane ytre flater med innbyrdes avvikende form og én krum flate 10a hvis motsattvendte plane flate er betegnet med 10b. Denne mikrolinsens 10 geometriske form er uten symmetriplan.

Slike mikrolinser 10 er i et forutbestemt antall plassert foran en (ikke vist) LCD-skjerm individuelle bildeelementer,

én for hvert bildeelement, for å strekke, komprimere og bøye lys som stammer fra individuelle bildeelementer så som vist sterkt skjematisert i fig. 2, hvor pilen A betegner om-dannelsesretningen, og hvor lyset bøyes slik at et kvad-ratisk bildeelement 12 via sin mikrolinse blir omdannet til et langstrakt rektangulært bildeelement 12a med langsidene i høyderetningen i tegningsfiguren.

Fig. 3 illustrerer et til fig. 2 svarende tilfelle, hvor lyset fra lysdiodene (ikke vist) via mikrolinser ifølge oppfinnelsen er avbøyd slik at en matrise på 2x2 bildeelementer /pixler 12, 14, 16, 18 blir omdannet (se pilen A) til en 4x1 pixelmatrise med høye, smale bildeelementer 12a, 14a, 16a, 18a.

Ifølge oppfinnelsen fremstilles og innplasseres spesialformede mikrolinser 10, fig. 1, én for hvert individuelt bildeelement tilknyttet den stereoskopiske skjermvisningstek-nikk. Denne mikrolinseanvendelse legger forholdene til rette og åpner nye muligheter, spesielt i tilknytning til linsenes fokusplan ved relatert optikk.

En enkel linse 20, fig. 4, har et krumt fokusplan 2OA.

Som nevnt innledningsvis er det imidlertid ofte ønskelig at fokusplanet er flatt og plant. Det representerer i og for seg kjent teknikk å rette ut et krumt fokusplan, men kjente fo-ranstaltninger resulterer uvegerlig i komplekse linsesystemer og motsvarende kostbare stereoskopiske apparater etc. Særlig er dette problem akutt ved holografiske skjermer hvor en slik skjermutretting vil betinge tusenvis av slike linsesystemer.

For å løse dette skjermutrettingsproblem uten derved å gi opphav til nye, andre problemer, blir det ifølge oppfinnelsen anordnet mikrolinser 10 for å fokusere lyset fra bildeelementene 12, 14, 16, 18 på den store linsens 20 krumme fokusplan 20A. Derved skapes holografisk effekt, fig. 4.

Makrolinsens (den lentikulære linsens) fokusplan 2OA har en (ikke inntegnet) lysformende, diffuserende hinne som diffuserer lyset fra bildeelementene 12, 14, 16, 18 og sprer det i alle retninger mot den lentikulære linsen 20 som er en stor linse med typisk linseform, det vil si med rett, regulær form dannet av to speilsymmetriske, i motsatte retninger konvekse linselegemehalvparter, hvor nevnte symmetriplan er kvadra-tisk, se fig. 4.

Den store linsen 20 sender mottatt lys ut i den ønskede retning.

Den autostereoskopiske skjermen ifølge oppfinnelsen kan sies å omfatte følgende funksjonelle komponenter ved de fleste ut-føre Isesformer: (i) skjerm, (ii) pixelmatrise [i skjermen (i)], (iii) matrise av lysformende anordninger i form av mikrolinser 10, én for hvert bildeelement/pixel, (iv) kurvet fokusplan (20A), lysformende og diffuserende hinne (uten hen-visningstall) på fokusplanet 20A, samt makrolinsen/den lentikulære linsen 20 som skaper nevnte holografiske virkning. Mikrolinsene (ikke vist i fig. 4) projiserer lyset fra bildeelementene 12, 14, 16, 18 på den lentikulære linsens 20 kurvede fokusplan 2OA (som er dekket av nevnte lysformende, diffuserende hinne - ikke vist).

Denne hinne diffuserer lyset fra nevnte bildeelementer og sprer det i alle retninger mot makrolinsen 20, som sender det mottatte lyset ut i den ønskede retning.

Den foreliggende oppfinnelse har således tilknytning til to beslektede aspekter : (a) anvendelse av mikrolinser 10 for å omforme en AxB bildeelementmatrise til en (A<*>B)xl bildeelementmatrise, i den hensikt å øke vinkeloppløsningen i horisontal retning (den vertikale oppløsning på en LCD-skjerm benyttes i horisontal retning, idet man ikke behøver å anvende hele den vertikale oppløsning i horisontalretningen, idet det er fullt ut mulig å omforme en 16x16 bildeelementmatrise til for eksempel en 32x8 bildeelementmatrise) ; (b) anvendelse av mikrolinser til å omforme en flat/plan bildeelementmatrise til en krum bildeelementmatrise som faller sammen med det krumme fokusplanet til linsen 20 eller linsesystemet som avstedkommer den holografiske virkning, i den hensikt å redusere kompleksiteten hos det holografiske linsesystem.

Ettersom man ved hjelp av en til hvert bildeelement tilordnet, spesialformet mikrolinse allikevel skal strekke og bøye lyset fra de enkelte bildeelementer, representerer det ved oppfinnelsesgjenstanden ikke noen ekstra kostnad samtidig å forme lyset på en slik måte at det projiseres på makrolinsens 20 krumme fokusplan 20A, hvorved man oppnår en langt bedre synsvinkel enn man ellers ville kunne ha fått.

Et fenomen som kalles holografi, for eksempel i forbindelse med en autostereoskopisk skjerm med høy horisontal vinkelopp-løsning, kan forklares slik: Et ordinært fotografi utmerker seg ved å se likt ut uansett fra hvilken vinkel det blir betraktet, se fig. 7. Dette skyldes at hvert punkt på bildet sender ut lys med den samme farge i alle retninger, det vil si at et eksempelvis rødt punkt på fotografiet vil se rødt ut uavhengig av hvor man betrakter det fra, se fig. 9.

I fig. 5 og 6 er sterkt skjematisert fremstilt ett øye 0 henholdsvis to øyne 0 i forhold til et bildeelement 22, fig. 5, hvis pixelstørrelse er betegnet med 24, mens skjermavstanden er angitt ved 26 og pixelvinkelen ved 28.

I fig. 6 betegner henvisningstallet 30 en skjerm hvor synsom-rådet er avgrenset mellom buestykker som representerer henholdsvis maksimumsavstand 34 og minimumsavstand 36 samt i forhold til skjermens 30 symmetriplan "radiale" begrensnings-linjer 38 og 40 for synsvinkelen 42. Vinkelstørrelsen er avmerket ved 44. Synsfeltet er i fig. 6 betegnet med 46.

I et holografisk system, for eksempel i form av et hologram, er det karakteristiske at man ser ulike bilder fra forskjellige vinkler, hvilket skyldes at hvert punkt sender ut ulikt lys i forskjellige retninger, se fig. 10, hvor pilene fra venstre mot høyre vil kunne ha følgende farger: oransje, blå, rød, gul, grønn, sort, rød, mens samtlige piler i fig. 9 angir at punktet har ens farge uansett "utstrålingsvinkel".

I et hologram er fargene fra hvert punkt i alle vinkler satt slik sammen at de simulerer lyset fra gjenstander i rommet. Når man snur på et hologram (fig. 8 og 10) skapes dermed den illusjon at en gjenstand roteres, fig. 8, hvilket gir en opplevelse av dybdevirkning. En tekanne på fotografiet i fig. 7 ser identisk ut uavhengig av betraktningsvinkel, mens den samme kanne i hologrammet i fig. 8 "inntar" ulike posisjoner avhengig av hvilken vinkel hologrammets plan danner med syns-retningen.

Som angitt innledningsvis, oppviser autostereoskopi skapt med linser over en flat skjerm, i og for seg kjent teknologi, fig. 11, til hvilken det knytter seg grunnleggende funksjons-/kvalitetsmessige begrensninger, fordi kjente og tradisjonelle linsesystemer hittil ikke har vært i stand til å skaffe tilveie en tilnærmelsesvis tilfredsstillende autostereosko-pisk opplevelse i fjernsyn, film eller lignende.

Ifølge oppfinnelsen oppheves disse begrensninger ved å sette inn nevnte spesialutformede mikrolinser for å projisere hele eller deler av den vertikale oppløsning på en LCD-skjerm over i horisontal retning. Dersom hele den vertikale oppløsning anvendes i horisontal retning, vil antall unike vinkler i horisontal retning kvadreres, det vil si at 2x2 vinkler blir til 4x1 vinkler, 10x10 vinkler blir til 100x1 vinkler og så videre.

En annen begrensning ved autostereoskopiske systemer er knyttet til hvor stor synsvinkel det er mulig å oppnå med en enkel linse. En linse har normalt et kurvet fokusplan, mens de bakenforliggende bildeelementer vanligvis ligger i et helt flatt plan, for eksempel i en LCD-skjerm, fig. 12. Dette innebærer at det kun er de bildeelementer som sees rett forfra som vil være korrekt i fokus, og dette begrenser synsvinkelen for det holografiske bildet.

Innen optisk teknikk er dette et velkjent problem, som kan løses ved å sette sammen flere linser som flater ut fokusplanet, fig. 13. Ulempen med en slik løsning er at kompleksiteten hos systemene tiltar og dermed prisen.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse reduseres linsesystemets kompleksitet uten tap av synsvinkel ved - så som tidligere beskrevet - å projisere bildeelementene på en enkel linses krumme fokusplan ved hjelp av de angitte mikrolinser. Dette resulterer i et enkelt og billig linsesystem uten dets vanlige begrensning i form av liten synsvinkel.

Fig . 14A til 14C illustrerer skjematisk lysformende organer, her i form av mikrolinser 10A, 10B og 10C, med innbyrdes avvikende utforminger.

I Fig. 14A er mikrolinselegemet utformet med krumning (uten helling) for fokusering av lyset.

I Fig. 14B er linselegemet 10B utformet med helling (uten krumning) for avbøyning av lyset.

I Fig. 14C er linselegemet utformet med så vel krumning som helling for fokusering og avbøyning av lyset.

I samtlige tre tilfelle opptrer krumning og/eller helling kun én koordinatretning X, Y. Dersom man ønsker ulik avbøy-ning/helling i X- og Y-retning, må respektive linselegeme 10A, 105 eller 10C utformes motsvarende, det vil si med innbyrdes avvikende hellinger/krumninger i koordinatretningene.

Claims (2)

1. Anordning ved automultiskopisk skjerm som inneholder bildeelementer ordnet i linjer og kolonner til en bildematrise , og et optisk system hvor det inngår et første linsesystem som omfatter et linseelement (10) for hvert bildeelement (12, 14, 16, 18) i bildematrisen, hvor linseelementene (10) er ordnet i en linsematrise, et andre linsesystem som omfatter makrolinser (20), en gjennomskinnelig diffus hinne eller skjermplate som er anbrakt mellom linsesystemene, hvor første linsesystem er innrettet til å projisere bildeelement fra bildematrisen på den ene side, projek-sjonssiden, av skjermplaten, slik at det der dannes en projisert bildematrise, og hvor andre linsesystem er innrettet for å fremvise projiserte bildeelementer som er synlige på motsatt side, visningssiden, av skjermplaten, karakterisert ved at en gruppe linseelementer (10) i det første linsesystem er innrettet til å projisere bildeelementer (12, 14, 16, 18) fra to eller flere linjer i bildematrisen til én linje i den projiserte bildematrise, slik at de projiserte elementer danner et linjestykke (12a, 14a, 16a, 18a) på skjermplatens projeksjonsside, og hvor sett av linse-grupper er samordnet til å projisere elementer som en kolonne av linjestykker; og ved at hver makrolinse i det andre linsesystem er innrettet til å fremvise minst ett linjestykke som er synlige på skjermplatens vis-ningsside.

2. Anordning ved automultiskopisk skjerm ifølge krav 1, karakterisert ved at makrolinsene har et krumt fokusplan og at den diffuse hinne/skjermplate er plassert og krummet slik at den del skjermplatens vis-ningsflate som fremvises av en bestemt makrolinse, ligger i den lentikulære linses fokusplan (2OA).