DE10015796A1 - Illumination device for auto-stereoscopic display, has controllable birefringent material between filter array and mask - Google Patents

Abstract

The device consists of at least one light source (1), a mask (2) comprising a number of opaque elements and transparent elements, and an array of wavelength filters. A controllable optical birefringent material (3) is provided between the array and the mask, and is provided with a drive unit (4). According to the set birefringent effect of the material (3), a two-dimensional or a three-dimensional illumination mode.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsanordnung für ein autostereoskopisches Display, welche insbesondere eine Umschaltung zwischen einem 3D- und einem 2D-Modus ermöglicht.The invention relates to a lighting arrangement for an autostereoscopic Display, which in particular switches between a 3D and a 2D mode enables.

In der Offenlegungsschrift US 58 97 184 wird eine schmale Beleuchtung für autostereoskopische Displays vorgestellt. Hierbei wird ein ausgedehnter Lichtleiter mit Kerben oder Noppen versehen, die eine für den 3D-Betrieb nötige strukturierte Beleuchtung erzeugen. Als nachteilig hierbei stellt sich heraus, daß der Wellenleiter nur mit hohem Aufwand herstellbar ist und sich das System zum anderen im wesentlichen nur für zweikanalige Verfahren eignet.In the published US 58 97 184 narrow lighting for autostereoscopic displays presented. Here an extended light guide is used Notches or knobs provide the structured lighting necessary for 3D operation produce. The disadvantage here turns out that the waveguide only with high Effort can be produced and the system is essentially only for the other two-channel process is suitable.

Die Offenlegungsschrift US 53 49 379 beschreibt ein Beleuchtungssystem für autostereoskopische Displays, bei der eine Vielzahl schmaler länglicher Lampen derart gesteuert wird, daß ein aus zwei Perspektivansichten zusammengesetztes Bild strukturiert beleuchtet wird, wodurch das Bild dreidimensional wahrnehmbar ist. Nachteilig ist hierbei u. a. die hohe Anzahl erforderlicher Lampen und die Verwendbarkeit der Beleuchtung ausschließlich für zweikanalige 3D-Darstellungen.The laid-open specification US 53 49 379 describes a lighting system for autostereoscopic displays in which a large number of narrow elongated lamps it is controlled that an image composed of two perspective views is structured is illuminated, whereby the image can be perceived three-dimensionally. The disadvantage here is u. a. the high number of lamps required and the usability of the lighting exclusively for two-channel 3D displays.

Weitere Anordnungen und Verfahren, z. B. JP 3119889, verwenden zur Erzeugung von der Art nach bekannten Barrieremustern LC-Displays, wodurch eine rein technische Umschaltung zwischen 2D- und 3D-Modus möglich wird. Hierbei ist von Nachteil, daß zwei Bildanzeigegeräte verwendet werden müssen, wodurch die Anordnungen wesentlich verteuert werden. Weiterhin ist bei dieser Anordnung von Nachteil, daß die als Barriere verwendeten LC-Displays derzeit bei weitem nicht in großformatigen Abmaßen oberhalb von 30 Zoll (Bildschirmdiagonale) verfügbar sind und somit nicht uneingeschränkt zur Konfektionierung von beispielsweise großformatigen Plasma-Displays dienen können. Überdies treten durch die Verwendung ähnlicher Strukturen sowohl für die Beleuchtung als auch für die Bilddarstellung unangenehme Moiré-Effekte auf. Other arrangements and procedures, e.g. B. JP 3119889, use to generate the Type according to known barrier patterns LC displays, which enables a purely technical switchover between 2D and 3D mode. The disadvantage here is that two Image display devices must be used, which makes the arrangements significantly more expensive become. Another disadvantage of this arrangement is that they are used as a barrier LC displays are currently far from being in large-format dimensions above 30 inches (Screen diagonal) are available and therefore not unrestricted for assembly can serve, for example, large-format plasma displays. Moreover, step through the Use of similar structures for both lighting and image display unpleasant moiré effects.  

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Mitteln eine Beleuchtungsanordnung für ein bevorzugt vielkanaliges autostereoskopisches Display zu ermöglichen, die eine technische Umschaltung zwischen einem 3D- und einem 2D-Modus ermöglicht. Dabei soll beim 2D-Modus eine mit herkömmlichen Beleuchtungen für zweidimensionale Anzeigegeräte vergleichbare Beleuchtungshomogenität erreicht werden.Starting from this prior art, the invention is based on the object with simple means a lighting arrangement for a preferably multi-channel autostereoscopic display to enable a technical switch between a 3D and a 2D mode. In the 2D mode, one is supposed to conventional lighting for two-dimensional display devices comparable Illumination homogeneity can be achieved.

Die Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Anordnung für ein autostereoskopisches Display soll daraus resultieren, daß ein geeignetes Wellenlängenfilterarray implementiert wird. Anordnungen zur dreidimensionalen Darstellung unter Verwendung von Wellenlängenfilterarrays sind dem Stand der Technik nach bekannt; dabei werden den Bildinformationen verschiedener Perspektivansichten, welche auf den RGB-Subpixeln eines Anzeigegerätes dargestellt werden, durch die Wirkung der Wellenlängenfilter definierte Ausbreitungsrichtungen zugewiesen.The usability of the arrangement according to the invention for an autostereoscopic display should result from the fact that a suitable wavelength filter array is implemented. Arrangements for three-dimensional representation using Wavelength filter arrays are known in the prior art; thereby the Image information of different perspective views, which on the RGB subpixels of a Display device are shown, defined by the effect of the wavelength filter Direction of propagation assigned.

Dieses Prinzip kann z. B. auch verwirklicht werden, indem ein beleuchtetes Wellenlängenfilterarray als Beleuchtung für ein transluzentes Bildanzeigegerät, z. B. ein Farb- LC-Display, verwendet wird. Auf insbesondere Anordnungen dieser Art zur autostereoskopischen Darstellung unter Verwendung von Wellenlängenfiltern aufbauend wird im folgenden die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung beschrieben.This principle can e.g. B. can also be realized by an illuminated Wavelength filter array as lighting for a translucent image display device, e.g. B. a color LC display is used. In particular, orders of this type autostereoscopic display using wavelength filters The lighting arrangement according to the invention is described below.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung für ein autostereoskopisches Display, besteht aus mindestens einer -vorzugsweise flächenhaften- Lichtquelle (1), einer Maske (2) mit einer Vielfalt opaker und transparenter Flächenelemente und einem Array aus Wellenlängenfiltern (5). Diese Struktur ist schemenhaft und nicht maßstäblich in Fig. 1 gezeigt. Dabei weist die Maske (2) eine der Struktur des Arrays von Wellenlängenfiltern (5) korrespondierende Struktur auf Opake Elemente des Arrays aus Wellenlängenfiltern (2) werden auf der Maske (2) in gleicher Form und Größe als ebenfalls opake Flächenelemente und nicht-opake (z. B. R', G', B') Elemente des Arrays aus Wellenlängenfiltern (5) werden auf der Maske (2) in gleicher Form und Größe als transparente Flächenelemente ausgebildet. Die Maske (2) könnte demnach auch als ein "Blendenarray" bezeichnet werden.The lighting arrangement according to the invention for an autostereoscopic display consists of at least one - preferably planar - light source ( 1 ), a mask ( 2 ) with a variety of opaque and transparent surface elements and an array of wavelength filters ( 5 ). This structure is schematic and is not shown to scale in FIG. 1. The mask ( 2 ) has a structure corresponding to the structure of the array of wavelength filters ( 5 ). Opaque elements of the array of wavelength filters ( 2 ) are on the mask ( 2 ) in the same shape and size as likewise opaque surface elements and non-opaque ( e.g. R ', G', B ') Elements of the array of wavelength filters ( 5 ) are formed on the mask ( 2 ) in the same shape and size as transparent surface elements. The mask ( 2 ) could therefore also be referred to as a "diaphragm array".

Die opaken Elemente des Arrays aus Wellenlängenfiltern (5) selbst werden erfindungsgemäß als streuende Flächenelemente (L) ausgebildet, z. B. als rauhe Oberflächen oder Zerstreuungslinsen. The opaque elements of the array of wavelength filters ( 5 ) themselves are designed according to the invention as scattering surface elements (L), for. B. as rough surfaces or diverging lenses.

Zwischen dem Array aus Wellenlängenfiltern (5) und der Maske (2) wird erfindungsgemäß zusätzlich ein steuerbar optisch doppelbrechend wirkendes Material (3) der Dicke z, welches mit einer Ansteuerung (4) versehen ist, angeordnet. Dabei muß die der Maske (2) zugewandte Oberfläche des Materiales (3), auf die das von der Lichtquelle (1) herrührende Licht einfällt, schräg zur optischen Achse (OA) des Materiales (3) stehen. Dies ist in Fig. 1 mit dem Doppelpfeil (OA) angedeutet.According to the invention, a controllable optically birefringent material ( 3 ) of thickness z, which is provided with a control ( 4 ), is additionally arranged between the array of wavelength filters ( 5 ) and the mask ( 2 ). The surface of the material ( 3 ) facing the mask ( 2 ), onto which the light coming from the light source ( 1 ) is incident, must be at an angle to the optical axis (OA) of the material ( 3 ). This is indicated in Fig. 1 with the double arrow (OA).

Das steuerbar optisch doppelbrechend wirkende Material (3) kann beispielsweise ein doppelbrechender Kristall sein, der den Pockels- oder Kerr-Effekt zeigt. Entsprechend wird die Ansteuerung (4) so ausgeführt, daß sie in der Lage ist, mindestens innerhalb der Raumausdehnung besagten Kristalls ein schaltbares elektrisches Feld zu erzeugen, um die doppelbrechenden Eigenschaften des Kristalls zu beeinflussen.The controllable optically birefringent material ( 3 ) can be, for example, a birefringent crystal that shows the Pockels or Kerr effect. Accordingly, the control ( 4 ) is designed so that it is able to generate a switchable electric field at least within the spatial extent of said crystal in order to influence the birefringent properties of the crystal.

Wird zum Zwecke der Beleuchtung für ein autostereoskopisches Display das Bauelement (3) so durch die ihm zugeordnete Ansteuereinheit (4) gesteuert, daß der Strahlengang beim Durchlauf ebenjenen Elementes (3) keine Doppelbrechung zeigt, so werden auf Grund der Maske (2) im wesentlichen nur die nicht opak vorgegebenen Filterelemente des Arrays (5), beleuchtet. Die für das Wellenlängenfilterarray (5) opak vorgegebenen Elemente, welche in einer erfindungsgemäßen Anordnung wie beschrieben jedoch als streuende Elemente (L) ausgebildet sind, werden nur in vernachlässigbarem Maße beleuchtet. Der 3D- Beleuchtungsmodus ist aktiv.If for the purpose of lighting an autostereoscopic display, the component ( 3 ) is controlled by the control unit ( 4 ) assigned to it so that the beam path does not show birefringence when it passes through the same element ( 3 ), so essentially due to the mask ( 2 ) only the non-opaque filter elements of the array ( 5 ) are illuminated. The elements which are opaque for the wavelength filter array ( 5 ), but which are designed as scattering elements (L) in an arrangement according to the invention as described, are only illuminated to a negligible extent. The 3D lighting mode is active.

Wie weiter oben angemerkt, kann eine solche Beleuchtung, d. h. ein beleuchtetes oder selbstleuchtendes Wellenlängenfilterarray zur Beleuchtung in einer Anordnung zur dreidimensionalen Darstellung verwendet werden. Dazu muß z. B. in einem bestimmten Abstand d ein transluzentes Bildanzeigegerät (z. B. ein Farb-LC-Display) vorgeordnet werden. Diese Bildanzeige stellt ein geeignetes Kombinationsbild aus z. B. acht Perspektivansichten dar.As noted above, such lighting, e.g. H. an illuminated or self-illuminating wavelength filter array for illumination in an arrangement for three-dimensional representation can be used. For this, z. B. in a particular Distance d a translucent image display device (e.g. a color LC display) can be arranged upstream. This image display represents a suitable combination image from z. B. Eight perspective views represents.

Schaltet die Steuereinheit (4)-zum Zwecke einer zweidimensionalen Darstellung-hingegen das Bauelement (3) auf doppelbrechendes Verhalten, so tritt das in Fig. 2 illustrierte Verhalten auf:
Linearpolarisiertes Licht einer bestimmten Polarisationsrichtung (z. B. senkrecht zur Einfallsebene auf dem Bauelement (3) polarisiert) tritt wie im unbeeinflußten Fall durch das Element (3) hindurch und beleuchtet die nicht opak vorgegebenen Filterelemente (z. B. R' ,G' ,B') des Arrays (5). Dies wird in Fig. 2 durch die mit (O) bezeichneten Strahlen ("ordinary beams") illustriert.If the control unit ( 4 ) - for the purpose of a two-dimensional representation - switches the component ( 3 ) to birefringent behavior, the behavior illustrated in FIG. 2 occurs:
Linearly polarized light of a certain polarization direction (e.g. polarized perpendicular to the plane of incidence on the component ( 3 )) passes through the element ( 3 ) as in the unaffected case and illuminates the non-opaque filter elements (e.g. R ', G' , B ') of the array ( 5 ). This is illustrated in FIG. 2 by the rays (“ordinary beams”) designated (O).

Der von der Lichtquelle (1) herrührende Lichtanteil, welcher senkrecht zu der eben genannten Polarisationsrichtung linear polarisiert ist, wird nun durch das jetzt doppelbrechende Material von der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt ("weggebrochen"). Das Ergebnis sind die außerordentlichen Strahlen (EO) (für "extraordinary beams"), welche die streuenden Elemente (L) beleuchten. Dadurch wirkt die Beleuchtungswirkung der Anordnung homogener; ein vor dieser Anordnung befindliches Bildanzeigegerät kann als gewöhnliches 2D-Bildanzeigegerät unter Ausnutzung der vollen Bildauflösung betrieben werden. Die Steuereinheit (4) soll für diesen Modus das Bauelement (3) vorzugsweise so steuern, daß Lichtanteile sowohl durch die nichtopaken Elemente (R' ,G' ,B') des Arrays (5) als auch durch die streuenden Elemente (L) hindurchtreten.The light component originating from the light source ( 1 ), which is linearly polarized perpendicular to the polarization direction just mentioned, is now deflected ("broken away") by the now birefringent material from the original direction of propagation. The result is the extraordinary rays (EO) (for "extraordinary beams"), which illuminate the scattering elements (L). As a result, the lighting effect of the arrangement appears more homogeneous; an image display device located in front of this arrangement can be operated as a normal 2D image display device using the full image resolution. For this mode, the control unit ( 4 ) should preferably control the component ( 3 ) in such a way that light components pass through both the non-opaque elements (R ', G', B ') of the array ( 5 ) and through the scattering elements (L) .

Ein diese erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung verwendendes autostereoskopisches Anzeigegerät, kann somit wahlweise als gewöhnliches 2D-Display unter Ausnutzung der vollen Auflösung oder aber als 3D-Display betrieben werden.An autostereoscopic device using this lighting arrangement according to the invention Display device, can thus be used as an ordinary 2D display using the full resolution or operated as a 3D display.

Damit die beschriebene erfindungsgemäße Beleuchtung voll funktionsfähig ist, muß das von einer Lichtquelle (1) herrührende Licht entweder unpolarisiert oder zirkularpolarisiert sein.So that the described lighting according to the invention is fully functional, the light originating from a light source ( 1 ) must either be unpolarized or circularly polarized.

In Anordnungen zur dreidimensionalen Darstellung unter Verwendung von Wellenlängenfilterarrays kann die Struktur auf dem Array variiert werden; das heißt, die in Fig. 1 und Fig. 2 ausschnittsweise dargestellte Struktur des Wellenlängenfilterarrays (5) und die Struktur der Maske (2) sind demzufolge nur als Beispiele zu betrachten.In arrangements for three-dimensional representation using wavelength filter arrays, the structure on the array can be varied; that is, the structure of the wavelength filter array partial shown in Fig. 1 and Fig. 2 (5) and the structure of the mask (2) are accordingly to be regarded as examples only.

Um die Lichtausbeute der erfindungsgemäßen Anordnung weiter zu erhöhen, sind vorzugsweise noch folgende - in Fig. 3 schemenhaft dargestellten - Erweiterungen der bislang beschriebenen Anordnung möglich:In order to further increase the luminous efficacy of the arrangement according to the invention, the following expansions of the arrangement described so far, which are shown schematically in FIG. 3, are preferably also possible:

In dem Fall, daß die für die Maske (2) resultierende Struktur im wesentlichen schlitzförmige Transparenzbereiche aufweist, kann eine flächenhafte Lichtquelle (1) durch stabförmige Lampen (1') ersetzt werden, die in der gleichen Richtung wie die schlitzförmigen Transparenzbereiche ausgerichtet sind und sich direkt unter (mindestens einigen von) diesen befinden. In the event that the structure resulting for the mask ( 2 ) has essentially slit-shaped transparency areas, a planar light source ( 1 ) can be replaced by rod-shaped lamps ( 1 ') which are aligned in the same direction as the slit-shaped transparency areas just below (at least some of) them.

Diese Anordnung kann weiter verbessert werden durch gekrümmte Spiegel (6), welche derart in Betrachtungsrichtung hinter den Lampen (1') angeordnet sind, daß durch von ihnen ausgehende Reflexionen das Licht "gebündelt" durch die transparenten Blendenelemente der Maske (2) hindurchgeht.This arrangement can be further improved by curved mirrors ( 6 ), which are arranged behind the lamps ( 1 ') in the viewing direction in such a way that the reflections emitted by them "bundle" the light through the transparent diaphragm elements of the mask ( 2 ).

Um das Licht der Lampenelemente (1') bzw. Lichtquelle (1) im 3D-Modus noch besser zu kanalisieren, kann ein Wellenleitereffekt ausgenutzt werden.In order to better channel the light of the lamp elements ( 1 ') or light source ( 1 ) in 3D mode, a waveguide effect can be used.

Hierzu wird das steuerbar doppelbrechend wirkende Material (3) ausgebildet wird als ein Array bestehend aus kleinen, vorzugsweise quaderförmigen, steuerbar doppelbrechend wirkenden Elementen (3') und weiteren - verglichen mit den Elementen (3') - optisch dünneren und nicht-doppelbrechenden, vorzugsweise quaderförmigen, Elementen (7). Die Elemente (7) werden vorzugsweise zwischen den streuend ausgebildeten Flächenelementen (L) des Wellenlängenfilterarrays (5) und den opaken Elementen der Maske (2) angeordnet, während die Elemente (3') vorzugsweise zwischen den nicht-streuend ausgebildeten Elementen des Wellenlängenfilterarrays (5) und den transparenten Flächenelementen der Maske (2) angeordnet sind. Die Elemente (3') können besagte transparente Flächenelemente der Maske (2) auch ersetzen. Weiterhin können die Elemente (3') von einer angepaßten Ansteuerung (4') in ihren optisch doppelbrechenden Eigenschaften gesteuert werden.For this purpose, the controllably birefringent material ( 3 ) is formed as an array consisting of small, preferably cuboid, controllably birefringent elements ( 3 ') and further - compared to the elements ( 3 ') - optically thinner and non-birefringent, preferably cuboid, elements ( 7 ). The elements ( 7 ) are preferably arranged between the scattering surface elements (L) of the wavelength filter array ( 5 ) and the opaque elements of the mask ( 2 ), while the elements ( 3 ') are preferably between the non-scattering elements of the wavelength filter array ( 5 ) and the transparent surface elements of the mask ( 2 ) are arranged. The elements ( 3 ') can also replace said transparent surface elements of the mask ( 2 ). Furthermore, the elements ( 3 ') can be controlled by an adapted control ( 4 ') in their optically birefringent properties.

Der genannte Wellenleitereffekt tritt dadurch auf, daß Licht durch die quaderförmigen Elemente (3)', welche von einem (nicht-doppelbrechenden) optisch dünnerem Medium (7) umgeben sind, hindurchtritt.The aforementioned waveguide effect occurs in that light passes through the cuboid elements ( 3 ) 'which are surrounded by a (non-birefringent) optically thinner medium ( 7 ).

Die quaderförmigen optischen Elemente (3') können ebenso durch der Art nach bekannte Nicol-, Rochon-, Sénarmont oder ähnliche Kristallpolarisatoren ersetzt werden, wobei die Zuschaltbarkeit der Doppelbrechung über eine Ausführung der Kristallpolarisatoren mit entsprechenden Materialien und Ansteuerungen geschehen muß.The cuboid optical elements ( 3 ') can also be replaced by the type known from Nicol, Rochon, Sénarmont or similar crystal polarizers, it being possible for the birefringence to be switched on by designing the crystal polarizers with appropriate materials and controls.

Durch den Wellenleitereffekt wird das Licht im 3D-Modus verlustarmer zu den durchscheinenden Filterelementen des Arrays (5) geleitet, während der 2D-Modus noch immer zuschaltbar bleibt, wie dies auch in Fig. 3 illustriert ist.Due to the waveguide effect, the light in the 3D mode is guided to the translucent filter elements of the array ( 5 ) with less loss, while the 2D mode still remains switchable, as is also illustrated in FIG. 3.

Es ist außerdem möglich, die Elemente (3) bzw. (3') aus steuerbar doppelbrechendem Material für den 2D-Modus zeitlich periodisch veränderlich anzusteuern. Durch die resultierenden zeitlich periodisch schwankenden Verhältnisse der beiden Teilstrahlen (O, EO) kann eine homogenere 2D-Beleuchtung erreicht werden. It is also possible to control elements ( 3 ) or ( 3 ') from controllable birefringent material for the 2D mode in a periodically changing manner. The resulting periodically fluctuating conditions of the two partial beams (O, EO) allow a more homogeneous 2D illumination to be achieved.

In einem bevorzugten Ausgestaltungsbeispiel basierend auf dem Schema nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 ist das zuschaltbar doppelbrechende Material (3) eine Pockelszelle und besteht z. B. aus Lithiumniobat (LiNbO₃) oder Kaliumdiphosphat (KH₂PO₄) mit einer Dicke von 1 mm. Die Pockelszelle (3) ist flächenhaft zwischen der Maske (2) und dem modifizierten Wellenlängenfilterarray (5) ausgedehnt, wobei dazu auch mehrere einzelne Kristalle der genannten Materialien zu einer Gesamtfläche als doppelbrechendes Material (3) zusammengesetzt werden können.In a preferred embodiment based on the scheme according to FIG. 1 or FIG. 2, the switchable birefringent material ( 3 ) is a Pockels cell and consists, for. B. from lithium niobate (LiNbO ₃ ) or potassium diphosphate (KH ₂ PO ₄ ) with a thickness of 1 mm. The Pockels cell ( 3 ) is extended in terms of area between the mask ( 2 ) and the modified wavelength filter array ( 5 ), it also being possible to combine a plurality of individual crystals of the materials mentioned to form a total area as birefringent material ( 3 ).

Die Oberfläche der Pockelszelle (3), auf denen das von einer flächenhaft ausgedehnten Lichtquelle (1) herrührende Licht einfällt, muß schräg zur optischen Achse (OA) stehen, z. B. in einem Winkel von 20°. Die Lichtquelle (1) kann beispielsweise eine solche sein, wie sie in LC-Displays (z. B. von Sanyo) zum Einsatz kommt.The surface of the Pockels cell ( 3 ), on which the light originating from an areally extended light source ( 1 ) is incident, must be inclined to the optical axis (OA), e.g. B. at an angle of 20 °. The light source ( 1 ) can, for example, be one that is used in LC displays (eg from Sanyo).

Die Steuerung (4) für die Pockelszelle (3) besteht aus einem regelbaren Spannungsgeber und zwei Elektroden, die an der Ober- und Unterseite der Pockelszelle (wenn diese wie ein gewöhnlicher Bildschirm senkrecht steht) angebracht sind. Eine beispielhafte Struktur eines erfindungsgemäß veränderten Wellenlängenfilterarrays (5) ist ausschnittsweise in Fig. 4 dargestellt. Dabei stehen R', G', B' jeweils für Filterflächen der entsprechenden Transparenzwellenlängenbereiche der R, G, B-Farben und (L) steht für ein streuendes Flächenelement, z. B. ein Streuscheibenelement.The control ( 4 ) for the Pockels cell ( 3 ) consists of an adjustable voltage generator and two electrodes, which are attached to the top and bottom of the Pockels cell (if it stands vertically like a normal screen). An exemplary structure of a wavelength filter array ( 5 ) modified according to the invention is shown in detail in FIG. 4. R ', G', B 'each represent filter areas of the corresponding transparency wavelength ranges of the R, G, B colors and (L) stands for a scattering surface element, e.g. B. a lens element.

Eine korrespondierende Blendenstruktur für die Maske (2) wird ausschnittsweise in Fig. 5 gezeigt. Hierin bedeutet (T) ein transparentes Element, während (S) für einen vollkommen opaken Abschnitt steht.A corresponding aperture structure for the mask ( 2 ) is shown in detail in FIG. 5. Herein (T) means a transparent element, while (S) stands for a completely opaque section.

Die Wellenlängenfilter des Arrays (5) können beispielsweise durch ein Druckverfahren (z. B. Siebdruck, Offset-Druck) auf das steuerbar optisch doppelbrechende Material (3) aufgebracht werden, während die streuenden Flächenelemente (L) durch Ätzen der Oberfläche des steuerbar optisch doppelbrechenden Materiales (3) erzeugt werden.The wavelength filters of the array ( 5 ) can be applied to the controllably optically birefringent material ( 3 ), for example by a printing process (e.g. screen printing, offset printing), while the scattering surface elements (L) can be applied by etching the surface of the controllably optically birefringent material Materiales ( 3 ) are generated.

Vorteilhaft kann die Maske (2) durch ein Belichtungsverfahren hergestellt werden.The mask ( 2 ) can advantageously be produced by an exposure process.

In Fig. 7 ist ein konkreter Anwendungsfall der Erfindung in einem autostereoskopischen Display schemenhaft und unmaßstäblich illustriert. So kann vor der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung (s. Baugruppen 1-5) beispielsweise in einem Abstand d = 3 mm (Abstand der einander zugewandten Oberflächen) ein Farb-LC-Display (8) mit einer Ansteuerelektronik (9) angeordnet sein, welches ein geeignetes Kombinationsbild mehrerer Ansichten, vorzugsweise Perspektivansichten, darstellt.In Fig. 7, a specific application of the invention in an autostereoscopic display is not to scale and illustrates in phantom. For example, in front of the lighting arrangement according to the invention (see modules 1-5 ), a color LC display ( 8 ) with control electronics ( 9 ) can be arranged at a distance d = 3 mm (distance of the mutually facing surfaces), which is suitable Combination image of several views, preferably perspective views.

Werden für diese beispielhafte Anordnung zur 3D-Darstellung nach Fig. 7, d. h. für ein autostereoskopisches Display, beispielhaft acht Perspektivansichten zu Grunde gelegt, so soll das bilddarstellende LC-Display (8) in dieser Ausgestaltungsvariante vorzugsweise ein kombiniertes Gesamtbild der Perspektivansichten nach Fig. 6 zeigen. Dabei werden die Bildinformationen aus den Subpixeln der acht Perspektivansichten bezogen und zum Gesamtbild kombiniert; jedes dargestellte Subpixel hat in der bezogenen Perspektivansicht und im kombinierten Gesamtbild die exakt gleiche Position in einem gegebenen Bildrasterformat. Hierzu haben alle Perspektivansichten und das kombinierte Gesamtbild vorzugsweise das gleiche Bildrasterformat; in diesem konkreten Beispiel werden die Ansichten bzw. das Gesamtbild in ein Raster mit 800 Spalten und 600 Zeilen aufgeteilt. Ein LC-Display (8) vom Typ Sanyo LMU-TK12A ist zur Darstellung eines solchen Bildrasters geeignet.If, for this exemplary arrangement for the 3D representation according to FIG. 7, that is to say for an autostereoscopic display, eight perspective views are used as an example, the image-displaying LC display ( 8 ) in this embodiment variant should preferably be a combined overall picture of the perspective views according to FIG. 6 demonstrate. The image information is obtained from the subpixels of the eight perspective views and combined to form the overall image; each sub-pixel shown has the exact same position in a given image grid format in the perspective view and in the combined overall image. For this purpose, all perspective views and the combined overall image preferably have the same grid format; In this specific example, the views or the overall picture are divided into a grid with 800 columns and 600 rows. An LC display ( 8 ) of the Sanyo LMU-TK12A type is suitable for displaying such an image grid.

Die Bildkombination und Bildgeneration auf dem LC-Display (8) kann durch die elektronische Ansteuerung (9) gewährleistet werden. Die in Fig. 6 mit R, G, B bezeichneten Spalten entsprechen Spalten der Subpixel des bilddarstellenden Anzeigegerätes (8) mit jeweils den darstellbaren Farben Rot, Grün und Blau.The image combination and image generation on the LC display ( 8 ) can be ensured by the electronic control ( 9 ). The columns designated R, G, B in FIG. 6 correspond to columns of the subpixels of the image-displaying display device ( 8 ), each with the displayable colors red, green and blue.

Bei dem beschriebenen Anwendungsbeispiel in einem autostereoskopischen Display muß noch beachtet werden, daß die Polarisationsrichtung des durch die Filterflächen R', G', B' auf dem erfindungsgemäß veränderten Array (5) durchtretenden Lichtes mit der Richtung des beleuchtungsseitigen Polarisationsfilters des Farb-LC-Displays (8) übereinstimmt. Dies wird durch eine geeignete Ausrichtung der entsprechenden Bauteile erreicht.In the application example described in an autostereoscopic display, it must also be noted that the direction of polarization of the light passing through the filter surfaces R ', G', B 'on the array ( 5 ) modified according to the invention corresponds to the direction of the polarization filter of the color LC display on the illumination side ( 8 ) matches. This is achieved by suitable alignment of the corresponding components.

Für den Fall, daß die Steuerung (4) die Pockelszelle nicht mit einer elektrischen Spannung versorgt, d. h. daß dort keine elektrisches Feld wirksam ist, wirkt die beschriebene Gesamtanordnung als autostereoskopisches 3D-Display, da die Vielfalt der Filterflächen R', G', B' als strukturierte Beleuchtung für das Farb-LC-Display (8) wirkt und den einzelnen dort im Kombinationsbild dargestellten Bildinformationen der verschiedenen Perspektivansichten nur bestimmte Lichtausbreitungsrichtungen ermöglicht werden. Die als streuende Elemente (L) ausgebildeten Elemente des Wellenlängenfilterarrays (5) werden in diesem Fall nahezu nicht beleuchtet. In the event that the controller ( 4 ) does not supply the Pockels cell with an electrical voltage, ie that no electrical field is effective there, the overall arrangement described acts as an autostereoscopic 3D display, since the variety of filter surfaces R ', G', B '' acts as structured lighting for the color LC display ( 8 ) and only individual directions of light propagation are made possible for the individual image information of the various perspective views shown in the combination image there. The elements of the wavelength filter array ( 5 ) designed as scattering elements (L) are almost not illuminated in this case.

Wird jedoch z. B. über die Steuerung (4) an das Material (3), d. h. an die Pockelszelle, eine Wechselspannung von 5000 V bei z. B. 100 Hz angelegt, so ergibt sich durch die doppelbrechenden Effekte eine nahezu homogene Beleuchtung, wodurch das Farb-LC- Display auch unter Ausnutzung der vollen Auflösung als 2D-Display genutzt werden kann. Dabei bewirken die Streuscheibenelemente (L) auf dem erfindungsgemäß veränderten Array (5) nicht nur eine diffuse Streuung der Strahlungsrichtungen des durch diese Elemente durchtretenden Lichtes, d. h. der außerordentlichen Strahlen (EO). Besagtes Licht wird gleichzeitig auch in unpolarisiertes Licht umgewandelt, wodurch das Licht für das Farb-LC- Display nutzbar wird, da ja der außerordentliche Strahl (EO) senkrecht zu den ordentlichen Strahlen (O) polarisiert ist und die Polarisationsrichtung der ordentlichen Strahlen (O), welche durch die Wellenlängenfilter R', G', B' hindurchtreten, mit der Durchlaßrichtung des beleuchtungsseitigen Polarisationsfilters des LC-Displays (8) übereinstimmt.However, z. B. via the controller ( 4 ) to the material ( 3 ), ie to the Pockels cell, an AC voltage of 5000 V at z. B. 100 Hz, the birefringent effects result in an almost homogeneous illumination, which means that the color LC display can also be used as a 2D display using the full resolution. The scattering disc elements (L) on the array ( 5 ) modified according to the invention not only cause diffuse scattering of the radiation directions of the light passing through these elements, ie the extraordinary rays (EO). Said light is also converted into unpolarized light at the same time, which means that the light can be used for the color LC display, since the extraordinary beam (EO) is polarized perpendicular to the ordinary rays (O) and the direction of polarization of the ordinary rays (O) , which pass through the wavelength filters R ', G', B ', coincides with the transmission direction of the illumination-side polarization filter of the LC display ( 8 ).

Allgemein sind beim Einsatz von Zerstreuungslinsen als Streuelemente (L) den Linsen in Betrachtungsrichtung noch 90°-Polarisationsdreher, bevorzugt Halbwellenplatten (z. B. für 555 nm) vorzuordnen, um für das LC-Display geeignete Polarisationsverhältnisse zu erzeugen.In general, when using diverging lenses as diffusing elements (L), the lenses in Viewing direction 90 ° polarization rotator, preferably half-wave plates (e.g. for 555 nm) to assign suitable polarization ratios for the LC display produce.

Die zuschaltbare Doppelbrechung kann z. B. ebenso über den Kerr- und den Faraday-Effekt erreicht werden. Auch mechanische Spannungen können ein solches Verhalten hervorrufen. Selbstverständlich sind auch alle Anordnungen in der Erfindung inbegriffen, die nach der beschriebenen Art und Weise Medien verwenden, welche auf noch andere Weise ein steuerbar doppelbrechendes Verhalten hervorrufen.The switchable birefringence can e.g. B. also about the Kerr and Faraday effect can be achieved. Mechanical stress can also cause such behavior. Of course, all arrangements are included in the invention, according to the way described use media, which in yet another way controllably induce birefringent behavior.

In einer besonderen Ausführung kann das Wellenlängenfilterarray (5) einschließlich der anstelle der opaken Flächenelemente ausgebildeten streuenden Elemente (L) als holographisches optisches Element (HOE) ausgebildet werden.In a special embodiment, the wavelength filter array ( 5 ), including the scattering elements (L) formed instead of the opaque surface elements, can be designed as a holographic optical element (HOE).

Die Erfindung kann in ihrer Ausgestaltung auch so konzipiert sein, daß die Umschaltung zwischen 2D- und 3D-Modus auf wählbaren Teilflächen einer Anordnung zur räumlichen Darstellung ermöglicht wird. Hierzu muß die Ansteuerung (4) bzw. (4') so ausgebildet werden, daß sie bestimmte Teilbereiche des Materiales (3) bzw. (3') unabhängig von anderen Teilbereichen besagter Materialien in ihrer doppelbrechenden Wirkung steuern kann. In allen Figuren sind beispielhaft immer nur wenige von vielen möglichen Strahlengängen eingezeichnet. Weiterhin ist keine der Zeichnungen maßstabsgerecht gezeichnet.The embodiment of the invention can also be designed in such a way that switching between 2D and 3D mode on selectable partial areas of an arrangement for spatial representation is made possible. For this purpose, the control ( 4 ) or ( 4 ') must be designed such that it can control the birefringent effect of certain partial areas of the material ( 3 ) or ( 3 ') independently of other partial areas of said materials. In all figures, only a few of many possible beam paths are shown as examples. Furthermore, none of the drawings are drawn to scale.

Die auftretenden Dispersionseffekte beeinträchtigen die Funktionsweise der beschriebenen Anordnung nur marginal.The dispersion effects that occur impair the functioning of the described Arrangement only marginal.

Die beschriebene Erfindung kann beim Einsatz in autostereoskopischen Anordnungen vielerlei Verwendung finden, z. B. in Konstruktionsprogrammen, die wahlweise eine zwei- oder dreidimensionale Darstellung verlangen oder für die Darstellung medizinischer Sachverhalte, bei denen beispielsweise 3D-Ultraschalldaten räumlich auf ein- und demselben Display dargestellt werden sollen wie z. B. Anamnesedaten o. ä.. Dabei ist die Umschaltung zwischen 2D- und 3D-Modus vorteilhafterweise rein technisch, d. h. beispielsweise mit einer Softwaresteuerung, welche die Ansteuerung (4) bzw. (4') kontrolliert, möglich. The described invention can be used in many ways in use in autostereoscopic arrangements, e.g. B. in construction programs that optionally require a two- or three-dimensional representation or for the representation of medical matters, in which, for example, 3D ultrasound data are to be spatially shown on the same display as, for. B. Anamnesis data or the like. Switching between 2D and 3D modes is advantageously possible purely technically, ie, for example, with a software control that controls the control ( 4 ) or ( 4 ').

BezugszeichenlisteReference list

R' Farbfilter, der für den Primärfarbbereich Rot durchlässig ist
G' Farbfilter, der für den Primärfarbbereich Grün durchlässig ist
B' Farbfilter, der für den Primärfarbbereich Blau durchlässig ist
R Bezeichnung für rote Subpixel bzw. -spalten
G Bezeichnung für grüne Subpixel bzw. -spalten
B Bezeichnung für blaue Subpixel bzw. -spalten
L streuendes Flächenelement (z. B. Streuscheibe)
OA Optische Achse
O ordentlicher Strahl
EO außerordentlicher Strahl
R 'Color filter that is permeable to the primary color range red
G 'color filter that is transparent to the primary color range green
B 'color filter which is permeable to the primary color range blue
R Designation for red subpixels or columns
G Designation for green subpixels or columns
B Designation for blue subpixels or columns
L scattering surface element (e.g. diffuser)
OA optical axis
O neat beam
EO extraordinary beam

11

flächenhafte Beleuchtung
area lighting

11

' andere Form der Beleuchtung
'' different form of lighting

22

Maske mit einer Vielzahl transparenter und opaker Flächenelemente
Mask with a variety of transparent and opaque surface elements

33rd

steuerbar doppelbrechendes Material (z. B. Pockelskristall)
controllable birefringent material (e.g. Pockels crystal)

33rd

' steuerbar doppelbrechendes Material
'' controllable birefringent material

44

Steuerung für (Control for (

33rd

)
)

44

' andere Form der Steuerung, speziell für ('' other form of control, especially for (

33rd

')
')

55

erfindungsgemäß verändertes Wellenlängenfilterarray
Wavelength filter array modified according to the invention

66

Spiegel
mirror

77

nicht-doppelbrechendes optisches Material
non-birefringent optical material

88th

Farb-LC-Display
Color LC display

99

Steuerung für (Control for (

88th

)
d Abstand von ()
d distance from (

55

) zu () to (

88th

)
z Dicke des Materiales ()
z thickness of the material (

33rd

)
S opakes Flächenelement
T transparentes Flächenelement
)
S opaque surface element
T transparent surface element

Claims (8)

1. Beleuchtungsanordnung für ein autostereoskopisches Display, welche wahlweise auch eine weitestgehend homogene Beleuchtungswirkung haben kann, bestehend aus mindestens einer Lichtquelle (1), einer Maske (2) mit einer Vielzahl opaker und transparenter Flächenelemente und einem Array aus Wellenlängenfiltern (5), dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Maske (2) eine der Struktur des Arrays von Wellenlängenfiltern (5) korrespondierende Struktur aufweist, wobei opake Elemente des Arrays aus Wellenlängenfiltern (5) auf der Maske (2) in gleicher Form und Größe ebenfalls als opake Flächenelemente und nicht-opake Elemente des Arrays aus Wellenlängenfiltern (5) auf der Maske (2) in gleicher Form und Größe als transparente Flächenelemente ausgebildet werden,
• - die opaken Elemente des Arrays aus Wellenlängenfiltern (5) als streuende Flächenelemente (L)ausgebildet werden,
• - zwischen dem Array aus Wellenlängenfiltern (5) und der Maske (2) ein steuerbar optisch doppelbrechend wirkendes Material (3) der Dicke z, welches mit einer Ansteuerung (4) versehen ist, angeordnet ist,
• - die der Maske (2) zugewandte Oberfläche des Materiales (3), auf die das von der Lichtquelle (1) herrührende Licht einfällt, schräg zur optischen Achse (OA) des Materiales (3) steht,
• - wodurch die Beleuchtungsanordnung in Anordnungen zur autostereoskopischen Darstellung ("autostereoskopische Displays") je nach eingestellter optisch doppelbrechender Wirkung des Materiales (3) vorteilhaft einen 2D- oder 3D-Beleuchtungsmodus ermöglicht.

1.Lighting arrangement for an autostereoscopic display, which can optionally also have a largely homogeneous lighting effect, consisting of at least one light source ( 1 ), a mask ( 2 ) with a large number of opaque and transparent surface elements and an array of wavelength filters ( 5 ), characterized that

• - The mask ( 2 ) has a structure corresponding to the structure of the array of wavelength filters ( 5 ), opaque elements of the array of wavelength filters ( 5 ) on the mask ( 2 ) in the same shape and size also as opaque surface elements and non-opaque elements the array of wavelength filters ( 5 ) are formed on the mask ( 2 ) in the same shape and size as transparent surface elements,
• - The opaque elements of the array of wavelength filters ( 5 ) are designed as scattering surface elements (L),
• - A controllably optically birefringent material ( 3 ) of thickness z, which is provided with a control ( 4 ), is arranged between the array of wavelength filters ( 5 ) and the mask ( 2 ),
• - The surface of the material ( 3 ) facing the mask ( 2 ), onto which the light coming from the light source ( 1 ) is incident, is at an angle to the optical axis (OA) of the material ( 3 ),
• - whereby the lighting arrangement in arrangements for autostereoscopic display ("autostereoscopic displays") advantageously allows a 2D or 3D lighting mode depending on the optically birefringent effect of the material ( 3 ) set.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbar optisch doppelbrechend wirkende Material (3) ein doppelbrechender Kristall, z. B. Lithiumniobat, ist, der den Pockels- oder Kerr-Effekt zeigt und die Ansteuerung (4) in der Lage ist, mindestens innerhalb der Raumausdehnung besagten Kristalls ein elektrisches Feld zu erzeugen.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the controllable optically birefringent material ( 3 ) is a birefringent crystal, for. B. lithium niobate, which shows the Pockels or Kerr effect and the control ( 4 ) is able to generate an electric field at least within the spatial extent of said crystal. 3. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) flächenhaft ausgedehnt ist oder von mehreren einzelnen Lampen, die zum Zwecke der Lichtbündelung mit gekrümmten Spiegeln ergänzt werden können, gebildet wird.3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 1 ) is extended in terms of area or is formed by a plurality of individual lamps which can be supplemented with curved mirrors for the purpose of bundling light. 4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbar doppelbrechend wirkende Material (3) ausgebildet wird als ein Array bestehend aus kleinen, vorzugsweise quaderförmigen, steuerbar doppelbrechend wirkenden Elementen (3') und - verglichen mit den Elementen (3')- optisch dünneren und nicht-doppelbrechenden, vorzugsweise quaderförmigen, Elementen (7), wobei die Elemente (7) vorzugsweise zwischen den streuend ausgebildeten Flächenelementen (L) des Wellenlängenfilterarrays (5) und den opaken Flächenelementen der Maske (2) angeordnet sind, während die Elemente (3') vorzugsweise zwischen den nicht-streuend ausgebildeten Flächenelementen des Wellenlängenfilterarrays (5) und den transparenten Flächenelementen der Maske (2) angeordnet sind, wobei die Elemente (3') besagte transparente Flächenelemente der Maske (2) auch ersetzen können und die Elemente (3') von einer angepaßten Ansteuerung (4') in ihren optisch doppelbrechenden Eigenschaften gesteuert werden können.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the controllably birefringent material ( 3 ) is formed as an array consisting of small, preferably cuboid, controllably birefringent elements ( 3 ') and - compared to the elements ( 3 ' ) - optically thinner and non-birefringent, preferably cuboid, elements ( 7 ), the elements ( 7 ) preferably being arranged between the scattering surface elements (L) of the wavelength filter array ( 5 ) and the opaque surface elements of the mask ( 2 ), while the elements ( 3 ') are preferably arranged between the non-scattering surface elements of the wavelength filter array ( 5 ) and the transparent surface elements of the mask ( 2 ), wherein the elements ( 3 ') can also replace said transparent surface elements of the mask ( 2 ) and the elements ( 3 ') of an adapted control ( 4 ') in their optical birefringent properties can be controlled. 5. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Wellenlängenfilter des Arrays (5) durch ein Druckverfahren (z. B. Siebdruck, Offset- Druck) auf das steuerbar optisch doppelbrechende Material (3) aufgebracht werden,
• - die streuenden Flächenelemente (L) durch Ätzen der Oberfläche des steuerbar optisch doppelbrechenden Material (3) erzeugt werden, und
• - die Maske (2) durch ein Belichtungsverfahren hergestellt wird.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that

• - The wavelength filters of the array ( 5 ) are applied to the controllable optically birefringent material ( 3 ) by a printing process (e.g. screen printing, offset printing),
• - The scattering surface elements (L) are produced by etching the surface of the controllable optically birefringent material ( 3 ), and
• - The mask ( 2 ) is produced by an exposure process.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängenfilterarray (5) einschließlich der anstelle der opaken Flächenelemente ausgebildeten streuenden Elemente (L) als holographisches optisches Element (HOE) ausgebildet wird.6. Arrangement according to one of claims 1-3, characterized in that the wavelength filter array ( 5 ) including the instead of the opaque surface elements formed scattering elements (L) is designed as a holographic optical element (HOE). 7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke z des Materiales (3) von 0,5 bis 10 mm beträgt.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness z of the material ( 3 ) is from 0.5 to 10 mm. 8. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung (4) bzw. (4') so ausgebildet wird, daß sie bestimmte Teilbereiche des Materiales (3) bzw. (3') unabhängig von anderen Teilbereichen besagter Materialien in ihrer doppelbrechenden Wirkung steuern kann.8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the control ( 4 ) or ( 4 ') is designed such that it in certain sub-areas of the material ( 3 ) or ( 3 ') independently of other sub-areas of said materials can control their birefringent effect.