DE102005001503A1

DE102005001503A1 - Sweet-Spot-Einheit

Info

Publication number: DE102005001503A1
Application number: DE102005001503A
Authority: DE
Inventors: Alexander Schwerdtner
Original assignee: SeeReal Technologies GmbH
Current assignee: SeeReal Technologies GmbH
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-27
Also published as: WO2006072234A2; KR101278373B1; JP2008527429A; CN101103636B; CN101103636A; WO2006072234A3; US20080136901A1; KR20070101876A; DE112006000555A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sweet-Spot-Einheit, welche Licht an vorgebbaren Orten im Raum in Sweet-Spots fokussiert. Die Einheit enthält eine steuerbare optische Matrix (BM) mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter steuerbarer Pixel sowie eine fein strukturierte optische Maske (LM), welche eine durch Abbildungselemente (L1, L2, ...) definierte Rasterstruktur (r) aufweist. Für die Generierung von Sweet-Spots auf beliebige und vorgebbar viele Orte sind jedem Abbildungselement p Pixel (1, ..., p) gesteuert zugeordnet, wobei die reale Geometrie der Rasterstruktur (r*) der optischen Maske (LM*) infolge fehlerhaft geformter Abbildungselemente (L1*, L2*, ...) von der regelmäßigen Struktur (r) abweicht. Erfindungsgemäß sind für die Generierung der Sweet-Spots jeweils die Position der Pixel (1*, ..., p*) so ausgewählt und angesteuert, dass sie im Abgleich der unregelmäßigen Struktur (r*) der optischen Maske (LM*) die Sweet-Spots wiederum unverzerrt gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sweet-Spot-Einheit, die mit mindestens einer ausgedehnten steuerbaren optischen Matrix und einer optischen Maske Licht an vorgebbaren Orten im Raum in Sweet-Spots fokussiert.
Sweet-Spots bezeichnen die Bereiche übersprechungsfreien autostereoskopischen Sehens.
Sweet-Spot-Einheiten werden vorteilhaft zur Projektion ausgedehnter Bilder oder Videosequenzen an vorgegebene Orte im Raum verwendet, von denen aus sie durch Steuerung ihrer Größe mit einem oder beiden Augen betrachtet werden können.
Bei autostereoskopischen Displays durchdringt das Licht der Sweet-Spot-Einheit großflächig das in der Ausbreitungsrichtung des Lichts nachfolgende eigentliche Informationspanel. Das Panel moduliert das Licht alternierend mit dem rechten oder linken Bildinhalt. Dabei wird das Licht für die linken Sweet-Spots mit den linken Bildern und für die rechten Sweet-Spots mit den rechten Bildern moduliert und auf die linken beziehungsweise rechten Augen der Betrachter fokussiert.
Dabei darf weder Übersprechen auf das jeweils andere Auge noch eine Störung der Homogenität der Bilder auf dem Informationspanel auftreten, wenn das Panel aus den Sweet-Spots heraus betrachtet wird.
Die Bilder oder Videosequenzen können dabei in transmissiver Form beispielsweise als durchstrahltes Panel oder auch in reflektiver Form vorliegen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind gerichtete Backlights, wo Personen unterschiedliche Informationen einsehen können, wie etwa der Fahrer eines Autos, dem Information über die Strecke eingeblendet wird, während sein Beifahrer einen Film sieht. Backlights in autostereoskopischen Displays können zeitsequentiell linke und rechte Bildinhalte den linken und rechten Augen von Betrachtern zuführen.
Die optischen Masken haben die Aufgabe, die großflächigen steuerbaren optischen Matrizen in ihren Pixelkonfiguationen zu Sweet-Spots abzubilden.
Die Masken enthalten Arrays von Abbildungselementen, etwa von Mikrolinsen, oder sind streifenförmig wie Lentikulare ausgebildet. Sie können auch als holografische optische Elemente (HOE), schaltbare Elemente wie Linsen mit Veränderung der Brennweite oder der optischen Achsen, oder als Kombinationen der einzelnen optischen Elemente untereinander oder miteinander ausgeführt sein.
Vorteilhaft grenzen die Abbildungselemente möglichst nahtlos aneinander an. Dadurch werden Übergänge bei der Abbildung der ausgedehnten Lichtquelle unterdrückt und erlauben nach Modulation mit Information aus den Sweet-Spots eine stereoskopische Darstellung einzusehen.
Die optische Matrix ist das steuernde Element, das Ort, Anzahl und Ausdehnungen der Sweet-Spots einstellt und besteht vorteilhaft aus einer Vielzahl regelmäßig, meist matrix- oder linienförmig angeordneter einzeln steuerbarer Pixelelemente.
Eine steuerbare optische Matrix wird hier als Oberbegriff für eine selbstleuchtende, transmissive oder transflexive Lichtmodulatormatrix verwendet, deren Elemente die Intensität einzeln ansteuerbar beeinflussen und in der Regel monochrom sind. Für Farbdarstellungen der Bilder sind die informationstragenden Medien, wie Panel, entweder mit Farbfiltern ausgestattet oder sie werden sequentiell monochromatisch mit Grundfarben aus der optischen Matrix moduliert. Eine steuerbare optische Matrix bildet in der Regel den aktiven Teil der Sweet-Spot-Einheit zur Ansteuerung willkürlich vorgegebener Sweet-Spots in ihrer Anzahl, Position und Größe.
Als steuerbare optische Matrix eignen sich TFTs, CRTs, LEDs, OLEDs, aber auch Micro-Mirror-Devices, Phasenmodulatoren und andere. Derartige Komponenten sind oft als reguläre Pixelanordnungen ausgeführt. Diese bestehen bei Farbdisplays meist aus Farb-Subpixeln. Diese Unterteilung in Subpixel verwenden gelegentlich auch Monochrom-Displays. Im Weiteren wird unter Pixel die kleinste ansteuerbare und meist monochrome Einheit, also auch das Subpixel, verstanden.
Im einfachsten Fall kann die steuerbare optische Matrix einzelne Lichtquellen enthalten und die optische Maske eine einzelne Linse sein. Derartige Anordnungen weisen jedoch erhebliche Abbildungsfehler auf, die bei autostereoskopischen Systemen zu Übersprechen auf die falschen Augen der Betrachter führen. Außerdem sind sie sehr voluminös und haben aufgrund der notwendig großen Brennweite der Einzellinse eine erhebliche Tiefe, die der angestrebten Flachheit von Displays entgegensteht.
Der Einsatz von parallelen Optiken als steuerbare optische Matrix und als optische Maske verringert die Abbildungsfehler, die Bautiefe und das Gewicht des Displays sowie vereinfacht die Ansteuerung und ermöglicht die Korrektur von Bildfehlern zur Vermeidung von Übersprechen und die Homogenisierung der betrachteten Bilder und Bildfolgen.
Die optischen Masken sind oft durch Lentikulare realisiert und weisen in der Regel einen sehr kleinen Pitch auf. Für Sweet-Spot-Einheiten sind Pitch und Position der Abbildungselemente in Bezug auf die steuerbare optische Matrix genau definiert und ein Vielfaches des Pixel-Pitchs einer steuerbaren optischen Matrix. Lentikular-Pitch und Pixel-Position bezüglich der optischen Maske sind also fest zugeordnet und aufeinander abgestimmt.
Für eine exakte Abbildung sind zu jedem Abbildungselement somit präzise zugeordnete Pixel der steuerbaren optischen Matrix erforderlich.
Hierdurch entstehen sehr hohe Anforderungen an die Zuordnung und Ausrichtung der steuerbaren optischen Matrix und der optischen Maske.
Da die Technologie zur Herstellung einer Matrix ausgereift ist, können Abweichungen im Vergleich zu den optischen Masken vernachlässigt werden. Steuerbare optische Matrizen werden innerhalb dieser Erfindungsbeschreibung als ideal und fehlerfrei betrachtet.
Form- und Strukturabweichungen der optischen Masken haben ihre Ursache vor allem in der Fertigungstechnologie, da die Masken in der Regel in Replikationstechnik gefertigt werden. Dabei werden beispielsweise Glas-Substrate mit einer dünnen Polymerschicht versehen, die zu einem Lentikular geprägt und mit UV-Licht ausgehärtet wird. Man kann auch das gesamte Lentikular aus Polymer fertigen.
Besonders problematisch wird der Einsatz von Folien, die in geprägter Form das Lentikular enthalten. Gerade dieser Einsatz ist aber wegen seiner preisgünstigen Herstellung interessant.
Während die Technologie zur Herstellung optischer Matrizen, beispielsweise als Anordnung von leuchtenden Pixel, weitgehend ausgereift ist und nahezu ideale Positionen der Pixel liefert, weisen optischen Masken neben den bekannten Bildfehlern vor allem Abweichungen in den Positionen und Pitches der Abbildungselemente auf, die Ursache von Fehlern bei der Bildung der Sweet-Spots sind.
Zur Erreichung einer qualitativ hochwertigen optischen Abbildung ist es notwendig, dass die Abbildungselemente, im Beispiel die Lentikel eines Lentikulars, präzise den Pixeln der steuerbaren optischen Matrix zugeordnet sind.
In allen bisher bekannten Lösungen ist es daher in der Regel notwendig, dass das Lentikular einen, verglichen mit dem Pixel-Pitch der steuerbaren optischen Matrix, gleichmäßigen Pitch und eine definierte Position bezüglich aller Lentikel aufweist. Diese Toleranzanforderungen bei der Herstellung jeder optischen Maske sind nur mit erheblichem Aufwand zu erreichen. Neben der Formabweichung der Lentikel, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, verschlechtern vor allem die Lageabweichungen der Lentikel die Qualität der optischen Abbildung. Die einzelnen Lentikel bilden dann ihre Sweet-Spot-Anteile ungenau im Raum ab. Der Betrachter nimmt Übersprechen und Inhomogenitäten nachteilig bei der Betrachtung der Stereo-Bilder wahr.
Verdrehungen oder Versatz des Lentikulars können zwar durch entsprechende Justage kompensiert werden, allerdings für jede einzelne optische Maske. Dies ist jedoch bei Pitch-Abweichungen innerhalb der optischen Maske nicht möglich. Besonders fehleranfällig hinsichtlich der Zuordnung der optischen Matrix und der optischen Maske ist der Einsatz von Folien, die sich nur schwerlich exakt positionieren lassen.
Die Problematik der Zuordnung eines matrixförmigen Bildes zu einem Linsenraster ist aus dem Bereich der Linsenrasterbilder (Lenticular-prints) seit langem bekannt. Sie betrifft zwar nicht die Sweet-Spot-Einheit, enthält aber Elemente der Zuordnung von Bildpunkten zu einem Lentikular. Die grundlegende Aufgabe ist hier nicht die Generierung von Sweet-Spots aus großflächigen Lichtquellen, sondern die Bildtrennung. In der Regel handelt es sich um fächerartige Abbildungen mehrerer Bilder, die sich geordnet unter jedem Lentikel befinden. Derartige Linsenrasterbilder erfordern bei der Herstellung einen Justiervorgang, der das Linsenraster genau passend zum Druckbild orientiert. Dieser oft manuell durchgeführte Zuordnungsprozess wird mittels Hilfsraster, Linienbildern, Testbildstreifen oder dergleichen vereinfacht und automatisiert. Dennoch bleibt der Vorgang aufwändig.

Beispielgebend legt DE 1 597 168 ein repräsentatives Verfahren offen, um mittels Testbildstreifen eine manuelle Zuordnung und Justage zu erleichtern.

EP 0 570 807 B1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten einer Linsenrasteranordnung mit einem separaten Bildbogen, wobei eine Videokamera und Moiré-Techniken zum Einsatz kommen.

In EP 0 801 324 B1 , ist eine Vorrichtung beschrieben, in der die Vergrößerung und Ausrichtung eines integralen, zusammengesetzten Bildes auf ein Linsensubstrat mit Hilfe von Referenzmustern gesteuert wird, welche die notwendigen Messdaten enthalten, um die Größe, Drehung und die Position des Bildes so zu verändern, dass das Bild einer regulären Linsenanordnung angepasst werden kann.

WO9924862A1 = EP1 029 253 B1 beschreibt ein Verfahren und Mittel zur automatisierten Herstellung eines stereoskopischen Linsenrasterbildes, ohne dass hochgenaue Anordnungen von Linsenelementen verwendet werden müssen, wobei sichergestellt wird, dass die Genauigkeit des gedruckten Bildes der Geometrie des Linsenschirms angepasst ist.

Gemäß einem Aspekt des Dokuments ist ein Mittel zur Herstellung eines Linsenrasterbildes vorgesehen, das ein System zum Erfassen der Position von zumindest einer Referenzlinie aufweist, die im Zusammenhang mit und/oder einer Kante eines bildtragenden Substrats steht, wodurch bei der Durchführung des Verfahrens ein Element des Bildes auf dem Substrat relativ zu der zumindest einen Linie und/oder einen Kante positioniert wird.

Das Dokument beschreibt ein weiteres Verfahren mit einem lichtdurchstrahlten Hilfsraster, welcher in der Brennebene des Linsenschirms angeordnet ist. Dieser liefert Moiré-Muster, welche zum Beispiel von einem Charge Coupled Device (CCD-Detektor) und EDV-Mitteln aufgefangen werden. Mit Hilfe dieser digitalen Muster erfolgt das Berechnen einer Abweichungsmatrix (orig. error-map) entsprechend der ungleichmäßigen Anordnung der Linsenelemente zur Referenzanordnung des Linsenrasters, wobei für den Inhalt des Bildes eine entsprechende Verschiebung an jedem einzelnen Punkt vorgesehen ist, um die Abweichung der Linsenelemente von der regulären Referenzanordnung zu kompensieren.

GB 2 352 514 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Position eines Linsenschirms (Array) in Bezug zu einem LCD, um ein autostereoskopisches Bild bereitzustellen. Hierbei wird das Array mit einem gerichteten Lichtstrahl gescannt, wobei eine beobachtete Phasenverschiebung der Feststellung der Achsabweichung des Lentikulars im Zuge des Druckvorgangs dient, wodurch eine exaktere Drehausrichtung des Arrays zum Bild ermöglicht wird.

Getrackte autostereoskopische Displays korrigieren nicht die Pitchabweichungen innerhalb des Lentikulars, sondern die Lentikulare folgen als Ganzes der Betrachterposition. Diese Verfahren sind daher für die vorliegende Erfindung nicht zutreffend. Eine Ausnahme bilden jene nichtmechanischen Verfahren, die Manipulationen der Pixel-Zuordnungen zu den Lentikularen verwenden.

Diese Methodik der Benutzernachführung in autostereoskopischen Displays wird beispielhaft in WO 9827451 beschrieben, wobei Barriere-, Linsenraster-, oder Prismenmaskenverfahren unter Verwendung von Flachdisplays zum Einsatz kommen.

Bei einer seitlichen Bewegung des Betrachters vor dem Bildschirm werden gemäß der Betrachter-Position (z. B. mittels Head-Tracking) die Intensitäten der horizontalen R-, G- oder B-Subpixel direkt oder mittelbar benachbarten Pixeln zugeordnet. Dadurch werden proportional zur seitlichen Bewegung die Bildinhalte farbpunktweise, also subpixelweise, auf dem Bildschirm verschoben, ohne dass der Schirm selbst oder ein Barrieregitter oder Zylinderlinsen bewegt werden oder mit anderen optischen Mitteln eine seitliche Bewegung erfolgt.

Das Verfahren ist auch auf mehr als drei Subpixel pro Pixel ausgedehnt.

In einer Ausführung mit einem üblichen Display, bei dem in einer Zeile jeweils drei Farb-Subpixel in den Farben Rot, Grün und Blau periodisch aufeinander folgen, werden für einen Bildpunkt jeweils vier Farb-Subpixel angesteuert.

EP 0 691 000 B1 beschreibt ein autostereoskopisches Multi-User-Display, das auf einer Sweet-Spot-Einheit beruht. Es umfasst in Lichtrichtung gesehen eine Beleuchtungsmatrix, gefolgt von einer Abbildungsmatrix. Die Beleuchtungsmatrix kann in Transmission zusammen mit einem üblichen Backlight oder in Emission aktiv betrieben werden. Die matrixförmig angeordneten Öffnungen der Beleuchtungsmatrix werden durch eine Abbildungsmatrix zu Sweet-Spots an vorgegebenen Orten, den rechten oder linken Augen von Betrachtern, abgebildet, wobei diese Positionen durch einen Positionsfinder ermittelt werden. Jedem Abbildungselement der Abbildungsmatrix, die ein Lentikular sein kann, ist eine Anzahl Öffnungen in seinen Positionen im Raum exakt zugeordnet. Öffnungen und Abbildungselemente müssen also genau zueinander justiert sein.

Das Licht der großflächigen Abbildungsmatrix durchsetzt auf seinem Weg zu den Sweet-Spots das Informationspanel, welches das Licht mit dem linken oder rechten Bild zeitsequentiell moduliert.

An die Beleuchtungs- und Abbildungsmatrix werden somit hohe Anforderungen gestellt. Die beiden Elemente sind maßgeblich für die vom Betrachter empfundene Qualität des Bildes, vor allem das Übersprechen und die Bildhomogenität, verantwortlich. Neben der hohen Formtreue der optischen Elemente ist vor allem die exakte Zuordnung der Beleuchtungs- und Abbildungsmatrix entscheidend, also die exakte Positionierung der Pixel der Beleuchtungsmatrix zu den Abbildungselementen, im Beispiel den Lentikeln.

Insbesondere für eine großflächige Sweet-Spot-Einheit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine großflächige Lichtquelle zu realisieren, um durch verfügbare oder technologisch und wirtschaftlich realisierbare Mittel Sweet-Spots auf beliebig vorgegebene Orte in einem gewissen Raumbereich in hoher Qualität zu fokussieren.

Hohe Qualität wird für die vorliegende Erfindung so definiert, dass die großflächige Lichtquelle in räumlich vorgegebene begrenzte Sweet-Spots fokussiert wird, von denen aus die großflächige Lichtquelle homogen erscheint. Insbesondere soll Übersprechen von Sweet-Spots, die sequentiell für die rechten oder linken Augen der Betrachter bestimmt sind, nicht auf das jeweilige andere Auge der Betrachter stattfinden.

Einflüsse, die von der Abbildungsqualität der optischen Matrix, etwa von Bildfehlern, oder von der Qualität der optischen Matrix, etwa von der Anordnung oder Strukturierung der Pixel herrühren, zählen nicht dazu.

Für autostereoskopische Displays ist zwischen der Sweet-Spot-Einheit und dem Betrachter ein transmissives Informationspanel positioniert, das das Licht moduliert und mit der Positionierung der Sweet-Spots auf rechte oder linke Betrachteraugen sequentiell und synchron die rechten oder linken Bildinhalte darbietet.

Anstelle des transmissiven Displays kann auch ein reflektives Display zum Einsatz kommen. Die Anwendung der Sweet-Spot-Einheit ist auch nicht auf autostereoskopische Displays beschränkt, sondern kann unterschiedlichen Betrachtern unterschiedliche Informationen darbieten, wie beispielsweise zwei Piloten eines Flugzeugs.

Die Erfindung hat das wesentliche Ziel, wirtschaftlich günstige toleranzbehaftete optische Masken und deren effektive Zuordnung zu den steuerbaren optischen Matrizen zu ermöglichen. Insbesondere werden optische Masken mit Pitch- und Positions-Abweichungen, vor allem folienbasierte Lentikulare, sowie Verwendung von dejustierten optischen Masken und steuerbaren optischen Matrizen für den Einsatz zur Lösung gebracht.

Zur Erreichung diese Zieles ist es die erste Aufgabe der Erfindung, zu sichern, dass die Pixel der steuerbaren optischen Matrix auf die Geometrie der zum Einsatz kommenden optischen Maske im Sinne der definierten hohen Qualität abgestimmt wird, obwohl die reale Rasterstruktur der optischen Maske von der regelmäßigen, idealen, Struktur abweicht.

Vor allem aus wirtschaftlichen Gründen sollen die hohen Anforderungen an die Strukturgenauigkeit der optischen Masken verringert werden, ohne dass die definierte hohe Qualität der Sweet-Spot-Einheit merklich vermindert wird. Es werden also eine optische Maske mit Abweichungen der Abbildungselemente in Pitch und Position angenommen, wie dies beispielsweise bei folienbasierten oder anderen Lentikularen aber auch bei schlechter lateraler Justierung auftreten kann.

Eine Justage im Sinne von Verschiebung und/oder Verdrehung der gesamten optischen Maske relativ zur steuerbaren optischen Matrix kann höchstens zu einer Verbesserung im Sinne einer Optimierung führen, nicht aber zur definierten hohen Qualität der Sweet-Spot-Einheit. Zum Beispiel können über das Display hinweg sich ändernde Positionsabweichungen auf diese Weise nicht kompensiert werden. Im Falle einer Verklebung oder sonstigen Fixierung von optischer Maske und steuerbarer optischer Matrix zueinander entfällt ohnehin diese Korrekturmöglichkeit.

Zusammenfassend soll es möglich sein, eine Sweet-Spot-Einheit mit der definierten hohen Qualität kostengünstig und prozeßsicher herzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen.

Die Sweet-Spot-Einheit, insbesondere für autostereoskopische Displays, enthält mindestens eine steuerbare optische Matrix mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter transmissiver oder selbstleuchtender Pixel. Die Pixel, unter die auch Subpixel subsummiert werden, sind in der Regel monochrom und matrixförmig angeordnet.

Ferner enthält die Sweet-Spot-Einheit eine fein strukturierte optische Maske, welche eine Vielzahl aneinandergrenzender Abbildungselemente aufweist, die häufig vertikal streifenförmig und als Lentikel eines Lentikulars ausgebildet sind. Die Abbildungselemente können auch matrixförmig oder in anderer Form regulär angeordnet sein. Die Geometrie der Abbildungselemente legt eine definierte Rasterstruktur fest, welche beispielsweise durch die Begrenzungslinien oder die Scheitelpunkte bzw. -linien der Abbildungselemente definiert sein kann.

Für die Sweet-Spot-Einheit sind jedem Abbildungselement längs eines zeilenweisen horizontalen Schnittes p ansteuerbare Pixel zugeordnet, welche in der Betrachterebene Sweet-Spots generieren. Für streifenförmige Abbildungselemente, insbesondere Lentikulare mit vertikalen Lentikeln, bilden die Sweet-Spots Streifen an vorgegebenen Orten vorzugsweise mit einer Breite, die dem Augenabstand eines Betrachters entspricht.

Für matrixförmige Abbildungselemente, beispielsweise Micro-Lens-Arrays oder für zwei gekreuzt angeordnete Lentikulare entstehen im Raum Sweet-Spots, die sowohl in horizontaler und als auch in vertikaler Richtung begrenzt sind.

Verglichen mit der hohen Genauigkeit von Position und Pitch der steuerbaren optischen Matrix weicht die Geometrie der Rasterstruktur der optischen Maske in der Regel ab. Dies kann seine Ursache in ungenauer Positionierung und Pitch der Abbildungselemente oder in der Position beider Komponenten zueinander haben. Derartige Positionsfehler entstehen durch Verschiebung oder Verdrehung.

Nachfolgend wird auf einen zeilenweisen, also horizontalen Abgleich der Pixel der steuerbaren optischen Matrix mit den Abbildungselementen der optischen Maske sowie auf eine horizontale Benutzernachführung Bezug genommen. Sweet-Spots, die sowohl in horizontaler und als auch in vertikaler Richtung generiert sind, können analog betrachtet werden.

Der zeilenweisen Zuordnung der Pixel beziehungsweise Subpixel zu der optischen Maske geht die Vermessung der toleranzbehafteten Abbildungselemente hinsichtlich Positionen und Pitch voraus.

Hierzu weist die Sweet-Spot-Einheit Mittel zur Speicherung der unregelmäßigen Rasterstruktur der optischen Maske auf. Beispielsweise sind die Positionen der Abbildungselemente für eine Vielzahl von Pixel-Zeilen gespeichert.

Entsprechend der einzustellenden Sweet-Spot-Position werden die Pixel der steuerbaren optischen Matrix zeilenweise für die jeweiligen Abbildungselemente der optischen Maske gewählt. Aus den einzustellenden Sweet-Spot-Positionen durch einen Positionsfinder erfolgt dann die Ermittlung der zugehörigen Pixel bzw. Subpixel sowie deren Anzahl und Intensitätswerte.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass den unregelmäßigen Abbildungselementen zeilenweise Pixel der steuerbaren optischen Matrix so zugeordnet sind, dass am Ort der Zeile die Pixelposition relativ zum Abbildungselement dem Ort des Sweet-Spots entspricht.

Die verschoben angesteuerten Pixel gewährleisten im Abgleich der unregelmäßigen Struktur wiederum die unverzerrte und somit hochwertige definierte Qualität der optischen Abbildung.

Dabei genügt es, bei Verwendung von Lentikularen die relative Position der Pixel bezüglich der Mittellinie beziehungsweise des Vertex der betrachteten Linse einzuhalten. Oft genügt es auch, eine Linsenkante als Bezug zu wählen. Bei anderen, beispielsweise holografischen Abbildungselementen, wird man eine Symmetrielinie als Bezugslinie wählen.

Die Positionen für die Sweet-Spots liefert ein Positionsfinder, der zum Nachführen die Augenpositionen der Betrachter ermittelt. In der Regel ist ein Positionsfinder ausreichend. Für eine gerichtete Beleuchtung oder zur Erzeugung ausgedehnter Sweet-Spots, also von Bereichen übersprechungsfreien autostereoskopischen Sehens, ist es bei getrackten autostereoskopischen Displays erforderlich, eine gerichtete Abbildung in Richtung eines oder mehrerer Betrachter zu erzeugen. Im Zuge einer Benutzernachführung, dem Tracking, werden bei größeren seitlichen Bewegungen des Betrachters die Pixel in den Zeilen um eine oder mehrere Pixelbreiten seitlich verschoben. Die Größe der seitlichen Verschiebung der Pixel zur Generierung der Sweet-Spots ist etwa proportional der seitlichen Positionsänderung des Betrachters. Während die Pixel an ihre Position im Display gebunden sind, verschieben sich die aktivierten Pixel zur Generierung der Sweet-Spots entlang der Displayzeile entsprechend der seitlichen Bewegung des Betrachters.

Im Gegensatz dazu verwenden die bekannten Verfahren feste Zuordnungen von Pixeln der optischen Matrix zu den Abbildungselementen der optischen Maske. Da im technologischen Prozess diese idealisierenden Zuordnungen – ideale optische Maske und fehlerfreie Achsausrichtung – in aller Regel verletzt werden, entstehen die bekannten Fehler für Sweet-Spots. So werden beispielsweise Sweet-Spot-Anteile, die von verschiedenen Abbildungselementen stammen, nicht mehr zur Deckung gebracht. Der Betrachter nimmt entsprechende Bereiche auf der optischen Maske oder dem Informationspanel abgedunkelt wahr.

Bei Farbsubpixel-weise organisierten Pixeln erfolgt die Ansteuerung zunächst durch Auswahl des zugehörigen zusammengesetzten Pixels, dem die Auswahl des Subpixels entsprechend der Farbposition folgt. Bei RGB-organisierten monochromen Pixeln wird das mittlere Subpixel beispielsweise durch die Farbe Grün angesprochen. Bei größeren Sweet-Spots werden entsprechend mehr Subpixel bzw. Pixel auf- bzw. eingeschaltet.

Die Subpixel und Pixel können zur Sicherung der Homogenität des betrachteten Informationspanels unterschiedliche Werte in Transmissivität oder Intensität annehmen. Zur Steuerung der Gesamtintensität können auch alle Werte der Subpixel oder Pixel einheitlich herauf- oder herabgesetzt werden.

Ein Sonderfall sind Subpixel oder Pixel im binären Modus, die also mit einer Ein/Aus-Schaltung gesteuert sind. Derartige binär steuerbare optische Matrizen, wie beispielsweise Ferroelektrische Flüssigkristall-Displays, zeichnen sich gegenüber solchen mit mehrstufigen Intensitätswerten oft durch eine sehr kurze Schaltzeit aus. Ist dennoch eine Intensitätssteuerung der Subpixel erwünscht, so sind vorzugsweise die Intensitätswerte der Subpixel durch eine sequentielle Ansteuerung im binären Ein/Aus-Modus approximiert.

Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft insbesondere jene Pixel, welche im Grenzbereich der Zuordnung zu benachbarten Abbildungselementen liegen. Dieser Fall liegt insbesondere dann vor, wenn eine eindeutige Zuordnung bestimmter Pixelelemente zu einem Abbildungselement aufgrund der Betrachterposition, der unregelmäßigen Struktur und/oder einer Achsabweichung zur steuerbaren Matrix nicht oder nicht hinreichend präzise vorliegt.

Erfindungsgemäß sind im Grenzbereich der Zuordnung der Pixel zu benachbarten Abbildungselementen die Intensitäten der Pixel überlagert. Vorzugsweise sind die Intensitäten der Pixel nach dem Anteil der zugeordneten Flächen überlagert, wobei die Zuordnung zu den Abbildungselementen und den Sweet-Spots anhand einer idealisierten Überdeckung erfolgt. Eine Wichtung der Pixel nach Intensität kann auch zur Unterdrückung von Abbildungsfehlern auf Sweet-Spots vorgenommen werden.

Vorteilhaft erfolgt die erfindungsgemäße Kompensation erstens für uneinheitliche Verschiebungen der Abbildungselemente gegenüber einem idealen Raster. Zweitens für den Fall, dass die optische Maske und die steuerbare optische Matrix beispielsweise durch Verkleben zueinander fixiert sind, und es nicht gelungen ist, die optische Maske zur steuerbaren optischen Maske achsgerecht auszurichten. Dieser Fall tritt insbesondere dann ein, wenn die optische Maske mit der steuerbaren Maske direkt oder mit einer Hilfskonstruktion fest verbunden ist, so dass nachträgliche Lage- und Achskorrekturen nur beschränkt möglich sind. Generell wird ein Wichten der Pixelintensitäten zum Verbessern der definierten hohen Abbildungsqualität in die Sweet-Spots vorgesehen.

Die Bilder oder Videosequenzen können dabei in transmissiver Form beispielsweise als durchstrahltes Panel oder auch in reflektiver Form vorliegen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind gerichtete Backlights, wo Personen unterschiedliche Informationen einsehen können, wie etwa dem Fahrer eines Autos, dem Information über die Strecke eingeblendet wird, während sein Beifahrer einen Film sieht. Backlights in stereoskopischen Displays können sequentiell linke und rechte Bilder dem entsprechenden Augen von Betrachtern zuführen.

Die Sweet-Spot-Einheit erlaubt durch die erfindungsgemäße, hier zeilenweise erläuterte Zuordnung von Pixeln beziehungsweise Subpixeln zu den Abbildungselementen gemäß der einzustellenden Sweet-Spot-Positionen und -Größen sowohl bei der Fertigung der optischen Maske, insbesondere durch Lentikular-Folien, wie auch bei der Justage der optischen Maske eine prozesssichere und wirtschaftliche Fertigung.

Es ist ersichtlich, dass ohne Einschränkungen an die hochwertige Qualität der optischen Abbildung eine kostengünstige und prozeßsichere Montage des optischen Gesamtsystems erreicht werden kann.

Weitere Aspekte und Detaillierungen der Erfindung werden in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, insbesondere anhand autostereoskopischer Displays, und anhand der beigefügten Figuren weiterführend erläutert.

Es zeigen

1 eine erfindungsgemäße Sweet-Spot-Einheit mit einer optischen Maske und einer steuerbaren optischen Matrix;

2 eine erfindungsgemäße Sweet-Spot-Einheit mit einer optischen Maske und einer steuerbaren optischen Matrix mit detaillierten Subpixeln;

3a eine optische Maske mit real ungleichmäßigen Abbildungselementen;

3b eine optische Maske mit einer rotatorischen Achsabweichung zu einer steuerbaren optischen Matrix; und

4 eine erfindungsgemäße Sweet-Spot-Einheit in einem autostereoskopischen Display.

1 zeigt in einer Draufsicht eine zweigeteilte schematische Darstellung. Die Figur zeigt eine Sweet-Spot-Einheit mit einer optischen Maske und einer steuerbaren optischen Matrix.
Der linke Bereich der Darstellung zeigt eine steuerbare optische Matrix BM und eine in Ausbreitungsrichtung des Lichts nachfolgend angeordnete optische Maske LM. Die steuerbare optische Matrix BM enthält eine Vielzahl von Pixeln bzw. Subpixeln, welche dem exakt positionierten Abbildungselement L1 in idealer Weise zugeordnet sind.
Die optische Maske LM ist hier ein Lentikular und besteht aus einer Vielzahl vertikal angeordneter aneinandergrenzender Lentikel L1, L2 ... in Form von Zylinderlinsen. Einem Lentikel L1 sind in Schnittrichtung entlang einer Pixelzeile betrachtet p Pixel zugeordnet, welche in der Darstellung mit der Indexierung 1 ... p versehen sind.
Das im linken Abschnitt dargestellte optische System ist durch eine gleichmäßige optische Maske gekennzeichnet. Sie weist eine regelmäßige Rasterstruktur auf, wobei die Geometrie der Lentikulare und insbesondere deren Pitch beziehungsweise Pitchlinien vollkommen gleichförmig gestaltet und formgenau ist. Ferner liegt eine achsenkonforme Ausrichtung der optischen Maske zum Pixelraster der steuerbaren Matrix vor.
Der rechte Teil der Darstellung veranschaulicht das analoge optische System, also steuerbare optische Matrix BM und Lentikular, wobei allerdings die optische Maske LM* von der regelmäßigen Position an diesem Schnitt entlang einer Pixelzeile abweicht.
Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass die a priori vordefinierte Zuordnung der Pixel 1 ... p zum unregelmäßigen Lentikel L1* nicht mehr deckungsgleich ist.
Die relative Lage ist im einfachsten Fall von den Grenzlinien benachbarter Lentikulare sowie gegebenenfalls von den jeweiligen Scheitelpunkten der Lentikel in der Regel ausreichend beschreibbar bzw. ableitbar.
Entsprechend der jeweils einzustellenden Sweet-Spot-Position, der hierzu konformen seitlichen Verschiebung der zugehörigen Pixel und im Abgleich der unregelmäßigen Lage des Lentikels L1* sind die Pixel der steuerbaren optischen Matrix zeilenweise ausgewählt und in deren Anzahl und Intensitätswerten angesteuert. Die hierdurch angesteuerten aktivierten Pixel erzeugen die ursprünglichen Sweet-Spots sowohl in Richtung, Ort und Anzahl.
Im Abgleich der unregelmäßigen Lage des Lentikels L1* sind diesem Lentikel jene Pixel 1 ... p* so gesteuert zugeordnet, dass deren relative Lage zum unregelmäßigen Lentikel L1* jener der relativen Lage der Pixel 1 ... p dem regelmäßigen Lentikel L1 nahe kommt.
In der Darstellung ist ersichtlich, dass in dieser Ausführung der Bereich der p Pixel den Pitch des zugehörigen Lentikels genau überdeckt. Die aktiven Pixel zur Generierung der Sweet-Spots verbleiben in diesem Ausführungsbeispiel innerhalb des Pitches des Lentikels. Es ist denkbar dass dieser Bereich größer ist und auch in den Pitch benachbarter Lentikel ragt.
Die Darstellung veranschaulicht die grundlegende Verschiebungskorrektur in Bezug auf ein Abbildungselement. Mit einem ersten unregelmäßigen Abbildungselement ergibt sich mit der entsprechenden Fehlerfortpflanzung die notwendige Verschiebungskorrektur für die nachfolgend angrenzend angeordneten Abbildungselemente.
Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt die grundlegende pixelweise Korrekturverschiebung der Pixel. Eine zweiachsige Verschiebung der Pixel mit einer horizontalen und einer vertikalen Rekodierung verläuft als Überlagerung der einzelnen Achskorrekturen im Wesentlichen analog.
2 zeigt bei einer zu 1 gleichartigen Anordnung der ungenau positionierten optischen Maske LM* die Zuordnung der Pixel 1*... p* zum Lentikel L1*. Diesem Lentikel L1* sind p Pixel zugeordnet, wobei die Pixelelemente analog einer Bildmatrix in weitere monochrome Subpixel, wie bei Farbsubpixel R, G, B, unterteilt sind. Die Verfeinerung der Zuordnung der Pixelelemente und Subpixel zum Lentikel L1 beziehungsweise L2* zeigt eine rechts vergrößert dargestellte Detailansicht.
Analog zu 1 entspricht der Bereich der Pixel 1 ... p*, welcher dem Lentikel L1 zugeordnet ist, genau dem Pitch des Lentikels. Wie aus der Darstellung ersichtlich, ist eine eindeutige Zuordnung eines Subpixels R nicht möglich, so dass dieses Subpixel sowohl dem Lentikel L1* als auch L2* zugeordnet werden muss.
In einer ersten Ausführung erfolgt für dieses Subpixel eine beidseitige Zuordnung zum ersten L1* und zum zweiten Lentikel L2*. Wie in einer weiteren Detaildarstellung ersichtlich, sind hierzu sind die Intensitäten 1(L1) und 1(L2) des Subpixels zu L1* beziehungsweise L2* anteilig gemäß dem zuordenbaren Verhältnis der Flächeninhalte a(L1) und a(L2) des Subpixels überlagert. Eine gleichmäßig halbierende Überlagerung der Intensitäten ist für eine einfachere Lösung denkbar.
3a zeigt in einer Schemadarstellung eine unregelmäßige optische Maske, welche hier als Lentikular mit vertikal aneinandergrenzenden Abbildungselementen in Form von sphärischen Lentikeln ausgeführt ist. Die Formabweichungen zeigen hier, dass der Verlauf der Pitchlinien der Lentikel nicht über den gesamten vertikalen Verlauf konstant planparallel ist und mehrere Lentikulare gekrümmt verformt sind. Hier ist in verschiedenen horizontalen Schnittebenen der Raster mit Δr(1), (oberste horizontal verlaufende Pixelzeile), Δr(i), (eine mittlere Pixelzeile), und ferner mit Δr(n) unterste Pixelzeile) der unregelmäßige Geometrieverlauf eines Lentikulars dargestellt. Aufgrund der feinen Strukturierung des Lentikulars können Pitchabweichungen innerhalb eines Lentikels oft vernachlässigt werden.
3b zeigt in einer Schemadarstellung eine nicht achsengerechte Ausrichtung der optischen Maske zur steuerbaren optischen Matrix, wobei jedoch der Pitch eingehalten ist. Die optische Maske LM* ist hier innerhalb der Toleranzen formgenau, weist jedoch mit ihren Lentikeln L1*, L2*, ... gegenüber der steuerbaren Matrix BM eine Verdrehung auf. Die Achsabweichung ist durch den Drehwinkel α veranschaulicht.
Die Information der Geometrie des unregelmäßigen Lentikulars beinhaltet hier im einfachsten Fall die Parameter eines Referenzpunktes (beispielsweise die Koordinaten des linken oberen Eckpunkts des Lentikulars), ferner das Rotationszentrum (in der Figur nicht dargestellt) und den Drehwinkel α. Mit diesen Parametern ist die Auswahl der Pixel beziehungsweise Subpixel zur Generierung der Sweet-Spots initialisiert und ableitbar.
4 zeigt die Sweet-Spot-Einheit als Ausführungsbeispiel in einem autostereoskopischen Display.
Ein derartiges beispielgebendes Display besteht in Ausbreitungsrichtung des Lichtes aus einer Beleuchtungsmatrix, einer Abbildungsmatrix und einem nachfolgenden transmissiven Informationsdisplay.
Der Shutter 2, hier die steuerbare optische Maske BM, besteht aus einer Matrix mit einer Vielzahl steuerbarer Öffnungen 21, ..., die von einem Backlight 1 durchstrahlt sind.
Die nachfolgende optische Maske LM besteht aus einem Lentikular mit mehreren aneinander grenzenden Lentikeln L1, L2, ..., die hier jeweils parallel zu den Spalten der Öffnungen des Shutters ausgerichtet sind.
Dem Lentikular folgt ein transmissives Informationspanel 5.
Die optische Maske LM fokussiert das Licht der Öffnungen des Shutters so, dass das Informationspanel 5 und ein wählbarer bevorzugter Sichtbarkeitsbereich 6 in der Betrachterebene 9 gerichtet ausgeleuchtet sind.
Dem Lentikular sind jeweils in horizontaler Schnittrichtung gesehen eine bestimmte Anzahl von Öffnungen des Shutters zugeordnet. Die Anzahl ist aufgrund Geometrie der Rasterstruktur des Lentikulars, also hier dem Pitch der Lentikel, definiert und vorgegeben.
Die steuerbaren Öffnungen generieren gerichtete weiße Lichtbündel, wobei ein Lichtbündel nur von wenigen benachbarten freigeschalteten Öffnungen je Lentikel erzeugt wird, so dass in der Regel nur wenige Öffnungen gleichzeitig aktiv zum Einsatz kommen. Im Grenzfall wird nur eine einzige Öffnung freigeschaltet.
Der Bereich der Öffnungen, die einem Lentikel zugeordnet sind, entspricht schematisch dem Bereich der Pixel der Bildmatrix aus 1 und 2. nebst Beschreibung dazu.
Das Licht aus der großflächigen Maske durchsetzt auf seinem Weg zu den Sweet-Spots das Informationspanel, welches das Licht mit dem linken oder rechten Bild zeitsequentiell moduliert.
Die matrixförmig angeordneten Öffnungen der Beleuchtungsmatrix werden durch eine nachgeschaltete Maske zu Sweet-Spots an vorgegebenen Orten, den rechten oder linken Augen von Betrachtern, abgebildet, wobei diese Positionen durch einen Positionsfinder ermittelt werden. Jedem Abbildungselement der Maske ist eine Anzahl Öffnungen in seinen Positionen im Raum exakt zugeordnet. Der realen Rasterstruktur, also dem Pitch der Lentikel folgend, sind solche Öffnungen zu jedem Lentikular aktiviert, die den Sweet-Spots jeweils an der vorgesehenen Stelle abbildet. Als Bezugsraster der Geometrie der Lentikel können der Scheitelpunkte oder die Grenzlinien verwendet werden.
Das Display weist programmtechnische Mittel auf, um die richtigen Öffnungen für die Sweet-Spot-Abbildung mit den unregelmäßigen Lentikeln auszuwählen.
Anhand der genannten Informationen werden programmtechnisch mit Mitteln zur Rekodierung die Pixelindices zugeordnet, um sie, wie bereits beschrieben, gemäß der unregelmäßigen Struktur der optischen Maske auszuwählen.

Claims

Sweet-Spot-Einheit enthaltend eine steuerbare optische Matrix (BM), mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter steuerbarer Pixel, sowie eine durch Fertigung oder andere Einflüsse mit Toleranzen behaftete optische Maske (LM*) mit Abbildungselementen (L1*, L2*...), denen längs eines Schnittes entlang einer beliebigen Zeile Pixel dieser Zeile zugeordnet sind, die durch die Abbildungselemente auf beliebig vorgegebene Sweet-Spots abgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass solche den Abbildungselementen zugeordneten Pixel programm-technisch aktiviert werden, die in die vorbestimmten Sweet-Spots deckungsgleich abgebildet werden.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, bei der die steuerbare optische Matrix (BM) eine reguläre zweidimensionale Anordnung von Pixeln in rechteckiger, hexagonaler oder anderer regulärer Form aufweist.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, bei der durch beliebig viele oder alle Zeilen der steuerbaren optischen Matrix Schnitte gelegt und den geschnittenen Abbildungselementen solche zugeordneten Pixel aktiviert werden, die in die vorbestimmten Sweet-Spots optimal abgebildet werden.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, bei der die Richtung, die Orte und die Anzahl der Sweet-Spots durch Positionsfinder ermittelt wird, welche die Position der Augen eines oder mehrerer Betrachter erkennen.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, der ein Informationspanel folgt, das Licht moduliert und mit der Positionierung der Sweet-Spots auf rechte oder linke Betrachteraugen sequentiell und synchron darbietet.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1 bis 3, bei der im Grenzbereich der Zuordnung von Pixeln zu benachbarten Abbildungselementen (L1*, L2*) die Intensitäten der Pixel überlagert sind.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 6, bei der die Intensitätswerte bei binär, nur ein- oder ausschaltbar gesteuerten Pixeln die Intensitätszwischenwerte durch zeitsequentielle periodische Schaltvorgänge approximiert sind.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, bei der die optische Maske (LM) von der steuerbaren optischen Matrix (BM) beabstandet angeordnet ist.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, bei der die optische Maske (LM) und die optische Matrix (BM) festsitzend verbunden sind.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, bei der die optische Maske (LM) ein Lentikular ist.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, mit einer optische Maske (LM), dass ein Lentikular auf einer Trägerfolie ist.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, bei der die Zuordnung der Pixel durch Veränderung der optischen Maske oder der optischen Maske gegenüber der steuerbaren optischen Matrix während des Betriebs geändert wird.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, welche Mittel zum Speichern von Informationen über die Tolereranzen der optischen Maske (LM*) aufweist.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, bei der die Pixel jeweils aus Sub-Pixel bestehen.
Sweet-Spot-Einheit nach Anspruch 1, welche eine Trackingeinrichtung mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Position der Augen mindestens eines Betrachters.