Sistema de reproducción estereoscópica.

Sistema de reproducción estereoscópica para la observación por parte de un númerocualquiera de observadores de imágenes reproducidas en una pantalla de proyección (50) por unsistema de proyección capaz de diferenciar dos imágenes que componen un par estereoscópico(52,

55), comprendiendo el sistema de reproducción estereoscópica:

- un dispositivo óptico de focalización (1, 13, 14) que convierte todo haz de rayosluminosos incidentes (01, 03, 05, 07) homocéntricos en un primer punto (20) en un hazde rayos emergentes (02, 04, 06, 08) homocéntricos en un segundo punto (61) conjugadodel primer punto (20), segundo punto (61) donde va a situarse un ojo de un observador; ycomprendiendo para cada uno de dichos observadores

- al menos una pareja de dispositivos ópticos convergentes y de inversión de imagen,estando cada dispositivo óptico convergente y de inversión de imagen asociado a un ojode un observador y comprendiendoun elemento óptico convergente (200-204) cuyo centro óptico se sitúa en el primerpunto (20), para proyectar sobre el dispositivo óptico de focalización (1, 13, 14) unaseleccionada de las dos imágenes diferenciadas del par estereoscópico (52, 55),teniendo la imagen proyectada el mismo tamaño que su objeto óptico situado en lapantalla de proyección (50), y

un inversor de imagen solidario al elemento óptico convergente, para producir unainversión óptica horizontal (21, 22, 211-213, 221-223);

- un medio de discriminación asociado a cada pareja de dispositivos convergentes y deinversión de imagen para seleccionar cada una de las dos imágenes componentes del parestereoscópico (52, 55);

- una plataforma móvil (35) por cada pareja de dispositivos convergentes y de inversión deimagen, soportando cada plataforma (35) una pareja de dichos dispositivos convergentesy de inversión de imagen y su medio de discriminación;

- una matriz de elementos fotosensibles (31, 32) situados en un plano que contiene a loselementos convergentes (200-204), capaz de detectar un movimiento de una imagen delobservador (7) formada sobre ella por el primer dispositivo óptico de focalización (1, 13,14) y de generar una señal;

- un elemento electromotriz (34) capaz de mover cada plataforma (35) y la matriz deelementos fotosensibles; y

- un equipo electrónico (33) para gobernar el movimiento de los elementos electromotrices(34) se acuerdo con la señal recibida de la matriz de elementos fotosensibles (31, 32).

Sistema de reproducción estereoscópica CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la invención se encuentra comprendido dentro del sector industrial de la reproducción estereoscópica de imágenes.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El sistema de reproducción estereoscópica objeto de esta invención se caracteriza porque las imágenes reproducidas sobre un dispositivo convencional que diferencie las imágenes de cada ojo por cualquiera de los procedimientos actualmente comercializados, pueden ser observadas por un número cualquiera de observadores, con movimiento libre de sus cabezas y sin necesidad de ningún artificio ante sus ojos.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

El sistema descrito en esta invención pertenece al grupo de los denominados estereoscópicos,

término por el que aquí se designa a los sistemas que emplean en la captación y en la reproducción dos únicas imágenes, una para cada ojo.

Han sido muchos los procedimientos empleados para hacer llegar a cada ojo la imagen correspondiente. En primer lugar se encuentran los que obligan al observador a utilizar gafas con filtros polarizados, coloreados, de obturación, con espejos o prismas desviadores, o a mantener

su cabeza inmóvil, lo que a pesar de suponer una grave molestia no ha impedido su indudable extensión en la actualidad. Esta dificultad parece resuelta en los sistemas que además de liberar al observador de la necesidad de soportar algún artificio de visión ante sus ojos emplean un número reducido de imágenes.

La solicitud PCT/US93/08412 de Eichenlaub, que describe un sistema estroboscópico de iluminación, emplea sólo dos imágenes para un único observador. La solicitud de patente europea EP0576106A1 del mismo autor describe un sistema apto para un número mayor de observadores aunque con sus ojos situados en un plano. La patente europea EP0656555 de Woodgate también describe un dispositivo de características análogas a las de los anteriores. Los dispositivos de iluminación empleados en los documentos anteriores son razonablemente simples cuando se utilizan para uno o muy pocos observadores pero si se desea cubrir amplias áreas, con observadores ubicados aleatoriamente, necesitan un diseño complejo y de fabricación costosa.

Existen sistemas que permiten la reproducción sobre pantallas difusoras convencionales con un número reducido de imágenes, como los descritos en la patente alemana DE4123895 de D. Dieter y la europea EP0114406 de Meachan, G.B. Kirby pero necesitan situar un panel de obturación, preferiblemente en cristal líquido, frente a y cerca del observador.

Los sistemas considerados antecedentes de esta invención comprenden en general tres dispositivos. Un primer dispositivo reproductor de imágenes, un segundo dispositivo capaz de focalizar el haz luminoso procedente de este reproductor en el ojo correspondiente del observador y un tercer dispositivo que detecta el movimiento de la cabeza del observador y

reenfoca el haz luminoso a la nueva posición. El dispositivo reproductor de imágenes puede comprender, a su vez, una pantalla donde se reproducen las imágenes por transparencia como en un cristal líquido o por un proyector convencional. Asimismo, el dispositivo de focalización puede ser, bien un elemento óptico convergente o un elemento retrorreflector.

En los sistemas descritos por David Ezra, EP0808351A2, y Domínguez-Montes, US20070041094 A1 y EP1378783, el sistema reproductor de imágenes tiene que usar necesariamente transparencia, como ocurre en un cristal líquido que no contenga ningún elemento difusor sobre su superficie ni en su interior. Las imágenes se diferencian entre sí por

multiplexión en el tiempo y se iluminan con un dispositivo sincronizado con la imagen reproducida. El dispositivo óptico de focalización utilizado distingue los sistemas descritos en EP0708351A2 y en EP1378783 entre sí, ya que es una lente o un espejo convergente, convencional o de Fresnel, el utilizado en EP0708351A2 y un elemento retrorreflector el utilizado en EP1378783.

En el sistema descrito por Susumu Takahaschi y Kazuo Morita en US2003/0214710 A1 e igualmente en el sistema descrito por Angus Ducan Richard en US5, 671, 992 y en la solicitud PCT W0097/46912, se emplea un proyector convencional distinto por cada ojo de observación, es decir, tantas parejas de proyectores de imagen convencionales como observadores, lo que implica que existan tantos elementos reproductores de imagen como ojos. Los sistemas descritos en estos documentos se diferencian entre ellos fundamentalmente por el dispositivo óptico de focalización utilizado, que es una lente o un espejo convergente, convencional o de Fresnel, el utilizado en US2003/0214710 A1, y un elemento retrorreflector el utilizado en US5, 671, 992 y en W0097/46912.

Dado que en un proyector convencional el elemento reproductor de imágenes y el objetivo de proyección no pueden cambiar sus alineaciones relativas, cuando el proyector cambia de posición para seguir el movimiento de la cabeza del observador, la imagen proyectada también cambia de posición. Para evitar el desplazamiento de la imagen proyectada sobre el plano de focalización es necesario cambiar la inclinación del eje óptico del proyector, que deja de ser perpendicular a este plano. Este cambio en la inclinación del eje óptico del proyector en los sistemas anteriores a esta invención origina en primer lugar una deformación en la imagen proyectada que es función del desplazamiento del proyector que, a su vez, depende del desplazamiento de la cabeza del observador, además de una complicación en el dispositivo electromecánico de seguimiento que debe incorporar este cambio en la inclinación del eje óptico del proyector. En US2003/0214710 A1 se describen realizaciones del dispositivo de seguimiento con espejo de Fresnel y con lente de Fresnel.

Además, un proyector convencional dispone de una potencia luminosa suficiente como para proyectar una imagen sobre una superficie de un tamaño de hasta varios metros cuadrados. El inconveniente derivado del empleo de esta alta potencia luminosa, junto con un rendimiento luminoso del sistema de focalización próximo a la unidad, es que la potencia luminosa que llega al ojo, después de focalizada, es prácticamente igual a la emitida por el proyector. Por tanto, la intensidad luminosa emitida por un proyector y focalizada toda ella sobre un ojo es excesiva y suficiente para cegarlo.

Por otra parte, en un proyector convencional la energía calorífica disipada por la fuente luminosa obliga a disponer de un dispositivo de disipación de calor que junto a los sistemas ópticos de 40 iluminación y generación óptica del color ocupa gran volumen y suma bastante peso, por lo que conviene señalar que el excesivo tamaño del proyector impide situar los centros ópticos, del par de objetivos proyectores correspondientes a un mismo observador, a la distancia exigida por la separación de los ojos de un observador medio, que se considera de 65 mm aproximadamente. Por la misma razón, resulta muy difícil situar a la distancia adecuada las dos parejas de 45 proyectores correspondientes a dos observadores contiguos cuando éstos están suficientemente cercanos. Además, el excesivo peso exige también el empleo de elementos electromecánicos de gran potencia para un seguimiento rápido de movimientos de cabeza, como en US5, 671, 992, y un mecanismo complejo de seguimiento, como en US5, 671, 992 y W0097/46912.

En los proyectores convencionales el elemento reproductor de imágenes (cristal líquido o microespejos) que se aloja en su interior debe tener un tamaño reducido y, por tanto, el sistema óptico 5 de proyección también tendrá una distancia focal f pequeña (del orden de los 100 mm) para conseguir que la imagen proyectada cubra una superficie suficientemente amplia. Como las pupilas de salida de los objetivos suelen ser proporcionales a sus distancias focales su tamaño en general es reducido. En consecuencia, el tamaño de la pupila es insuficiente como para que después de focalizada en un ojo el observador obtenga una visión cómoda (ver por ejemplo

US5, 671, 992 ó US2003/0214710 A1) .

Es imposible conseguir un tamaño vertical de pupila suficientemente amplio como para evitar el seguimiento de la cabeza del observador en esta dirección. La solución de añadir una lente rectangular al objetivo convencional implicaría un rediseño total del sistema óptico de proyección.

En todos los sistemas de los documentos citados (por ejemplo, en US5, 671, 992 y en US2003/0214710) la detección del movimiento de la cabeza del observador se hace con la ayuda de una cámara independiente para cada observador. En consecuencia, son necesarias tantas... [Seguir leyendo]

1. Sistema de reproducción estereoscópica para la observación por parte de un número cualquiera de observadores de imágenes reproducidas en una pantalla de proyección (50) por un 5 sistema de proyección capaz de diferenciar dos imágenes que componen un par estereoscópico (52, 55) , comprendiendo el sistema de reproducción estereoscópica:

-un dispositivo óptico de focalización (1, 13, 14) que convierte todo haz de rayos luminosos incidentes (01, 03, 05, 07) homocéntricos en un primer punto (20) en un haz de rayos emergentes (02, 04, 06, 08) homocéntricos en un segundo punto (61) conjugado

del primer punto (20) , segundo punto (61) donde va a situarse un ojo de un observador; y comprendiendo para cada uno de dichos observadores

-al menos una pareja de dispositivos ópticos convergentes y de inversión de imagen, estando cada dispositivo óptico convergente y de inversión de imagen asociado a un ojo de un observador y comprendiendo

un elemento óptico convergente (200-204) cuyo centro óptico se sitúa en el primer punto (20) , para proyectar sobre el dispositivo óptico de focalización (1, 13, 14) una seleccionada de las dos imágenes diferenciadas del par estereoscópico (52, 55) , teniendo la imagen proyectada el mismo tamaño que su objeto óptico situado en la pantalla de proyección (50) , y

un inversor de imagen solidario al elemento óptico convergente, para producir una inversión óptica horizontal (21, 22.

21. 213.

22. 223) ;

-un medio de discriminación asociado a cada pareja de dispositivos convergentes y de inversión de imagen para seleccionar cada una de las dos imágenes componentes del par estereoscópico (52, 55) ;

- una plataforma móvil (35) por cada pareja de dispositivos convergentes y de inversión de imagen, soportando cada plataforma (35) una pareja de dichos dispositivos convergentes y de inversión de imagen y su medio de discriminación;

-una matriz de elementos fotosensibles (31, 32) situados en un plano que contiene a los elementos convergentes (200-204) , capaz de detectar un movimiento de una imagen del 30 observador (7) formada sobre ella por el primer dispositivo óptico de focalización (1, 13,

14) y de generar una señal;

-un elemento electromotriz (34) capaz de mover cada plataforma (35) y la matriz de elementos fotosensibles; y

-un equipo electrónico (33) para gobernar el movimiento de los elementos electromotrices 35 (34) se acuerdo con la señal recibida de la matriz de elementos fotosensibles (31, 32) .

2. Sistema de reproducción estereoscópica según la reivindicación 1 en el que el dispositivo óptico de focalización (1, 13, 14) comprende una pantalla retrorreflectora formada por una matriz de elementos retrorreflectores simples (11) dispuestos en un plano y una lámina semitransparente (21) que forma un ángulo no nulo (15) con dicha matriz de elementos retrorreflectores.

3. Sistema de reproducción estereoscópica según la reivindicación 2 en el que el dispositivo óptico de focalización (1, 13, 14) comprende una segunda pantalla retrorreflectora formada por una matriz de elementos retrorreflectores simples (11) , siendo la segunda pantalla retrorreflectora perpendicular a la primera pantalla retrorreflectora.

4. Sistema de reproducción estereoscópica según la reivindicación 1 en el que el dispositivo óptico de focalización (1, 13, 14) comprende una superficie esférica especular o un espejo convergente de Fresnel.

5. Sistema de reproducción estereoscópica según la reivindicación 1 en el que el dispositivo óptico de focalización (1, 13, 14) comprende una lente convergente convencional o una lente convergente de Fresnel.

6. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que cada uno de dichos dispositivos ópticos convergentes y de inversión de imagen comprende un segundo inversor de imagen solidario al elemento convergente para conseguir una inversión óptica vertical (231, 232) .

7. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el elemento óptico convergente (200-204) comprende al menos una lente.

8. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 en el que el elemento óptico convergente (200-204) comprende al menos un espejo.

9. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 en 20 el que el elemento óptico convergente (200-204) comprende un sistema de lentes y espejos.

10. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la distancia entre el elemento óptico convergente (200-204) y la pantalla de reproducción (50) es igual a la distancia entre el elemento óptico convergente (200-204) y el dispositivo de focalización (1, 13, 14) y en el que la distancia focal del elemento óptico convergente (200-204) es igual a la mitad de dicha distancia.

11. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9 en el que cuando la distancia entre el elemento óptico convergente (200-204) y la pantalla de reproducción (50) difiere de la distancia entre el elemento óptico convergente (200-204) y el dispositivo de focalización (1, 13, 14) , la longitud del camino óptico asociado a la distancia menor de las distancias anteriores se aumenta hasta igualar la distancia mayor mediante al menos dos superficies ópticas planas (83-86) y la distancia focal del elemento óptico convergente (200204) es igual a la mitad de dicha longitud aumentada.

12. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9 en el que cuando la distancia entre el elemento óptico convergente (200-204) y la pantalla de 35 reproducción (50) difiere de la distancia entre el elemento óptico convergente (200-204) y el dispositivo de focalización (1, 13, 14) , se interpone en el camino óptico entre el elemento óptico convergente (200-204) y la pantalla de reproducción (50) un sistema telescópico (46, 47) de potencia óptica nula y aumento angular igual al cociente entre dichas dos distancias y en el que la focal del elemento óptico convergente (200-204) es igual a la mitad de la distancia entre el

elemento óptico convergente (200-204) y el dispositivo de focalización (1, 13, 14) .

13. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el inversor de imagen comprende un par de superficies especulares planas perpendiculares entre sí (21, 22, 211, 221) .

14. Sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el elemento óptico convergente (200-204) tiene una pupila horizontal de un tamaño aproximado de 65 mm y una pupila vertical de un tamaño suficientemente amplio como para permitir el movimiento vertical del observador y el movimiento de seguimiento de la plataforma móvil (35) es sólo horizontal.

15. Sistema de reproducción estereoscópica según la reivindicación 6 en el que el elemento óptico convergente (200-204) tiene una pupila de un tamaño horizontal y vertical de aproximadamente 65 mm y el movimiento de seguimiento de la plataforma móvil (35) es tanto horizontal como vertical.

16. Método de reproducción estereoscópica caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) Proveer un sistema de reproducción estereoscópica según una cualquiera de las reivindicaciones 1-15; y

b) proyectar un par de imágenes (50) componentes de un par estereoscópico sobre el dispositivo óptico de focalización del sistema de reproducción estereoscópica.