DE10029584A1 - Anordnung zur räumlichen Darstellung - Google Patents
Anordnung zur räumlichen DarstellungInfo
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Abstract
Eine Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene bzw. eines Gegenstandes umfaßt eine Bildwiedergabeeinrichtung, insbesondere ein Farb-LC-Display (2), zur Wiedergabe eines Bildarrays aus einer Vielzahl von Bildelementen, die in definierter Zuordnung Informationen aus mehreren Ansichten der Szene/des Gegenstandes repräsentieren, wobei von den Bildelementen Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen abgestrahlt wird, eine Filteranodnung (3) mit mindestens zwei parallel hintereinanderliegend angeordneten statischen Filterarrays, die bezogen auf die Blickrichtung eines Betrachters (1) der Bildwiedergabeeinrichtung in einem vorgegebenen Abstand z vor- oder nachgeordnet ist, wobei die Filterarrays jeweils eine Vielzahl von in bestimmten Wellenlängenbereichen und/oder bestimmten Polarisationsrichtungen lichtdurchlässigen Filterelementen umfassen. DOLLAR A Dadurch sind an einer Vielzahl von ersten und zweiten Beobachtungsorten, die in Augenabstand zueinander angeordnet sind, überwiegend Informationen verschiedener Gruppen von Ansichten wahrnehmbar. Mit einer Einrichtung zur Verschiebung der Wellenlängenfilterarrays gegeneinander wird ein Umschalten zwischen 3-D- und 2-D-Darstellungen erreicht. Bevorzugt sind die Filterelemente als Wellenlängenfilter ausgebildet.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene
bzw. eines Gegenstandes mit einer Bildwiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe eines
Bildarrays aus einer Vielzahl von Bildelementen, die in definierter Zuordnung Informa
tionen aus mehreren Ansichten der Szene bzw. des Gegenstandes repräsentieren, wo
bei von den Bildelementen Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen abgestrahlt
wird, und mit einer Filteranordnung mit mindestens zwei parallel hintereinanderlie
gend angeordneten statischen Filterarrays, die bezogen auf die Blickrichtung eines
Betrachters der Bildwiedergabeeinrichtung in einem vorgegebenen Abstand z vor- oder
nachgeordnet ist, wobei die Filterarrays jeweils eine Vielzahl von in bestimmten Wel
lenlängenbereichen und/oder bestimmten Polarisationsrichtungen lichtdurchlässigen
Filterelementen umfassen. Dabei sind die einzelnen Filter derart angeordnet, daß für
das von der Bildwiedergabeeinrichtung abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen der
art vorgegeben sind, daß an einem ersten Beobachtungsort überwiegend Informatio
nen einer ersten Gruppe von Ansichten und an einem zweiten Beobachtungsort in ei
nem Augenabstand von dem ersten Beobachtungsort überwiegend Informationen einer
zweiten Gruppe von Ansichten wahrnehmbar sind, wobei eine Vielzahl solcher Orte mit
verschiedenen Gruppen existiert.
Derartige Anordnungen eignen sich beispielsweise dazu, in einem autostereoskopi
schen Verfahren Gegenstände, Landschaften, Einblicke in das Innere von Körpern und
andere Dinge für einen Betrachter räumlich wahrnehmbar darzustellen.
Vielen autostereoskopischen Verfahren liegt das Prinzip zugrunde, mehrere verschie
dene Perspektivansichten des Gegenstandes bzw. der Szene gleichzeitig optisch wie
derzugeben, durch geeignete Maßnahmen jedem Auge eines Betrachters jedoch jeweils
nur eine Auswahl dieser Perspektivansichten getrennt sichtbar zu machen. Hierdurch
entsteht ein parallaktischer Effekt, der dem Betrachter eine räumliche Wahrnehmung
mit deutlicher Tiefenstaffelung erlaubt.
Bei diesen Verfahren treten als unerwünschte Nebenwirkungen pseudoskopische Er
scheinungen mit der Folge auf, daß der Betrachter ein bezüglich der räumlichen Tiefe
umgekehrtes und damit unrealistisches Bild sieht. Zudem können weitere Störungen in
Form von Moiré-Streifen entstehen. Die vorgenannten Erscheinungen lassen sich durch
zusätzliche Maßnahmen verringern, durch welche sich jedoch die Anordnung verteuert
oder hinsichtlich ihrer Benutzbarkeit nachteilig beeinträchtigt wird.
Zur optischen Wiedergabe der Perspektivansichten eines Gegenstandes in autostereo
skopischer Darstellung werden elektronisch ansteuerbare Farb-LC-Displays verwendet,
die bei Ansteuerung in der herkömmlichen Art und Weise auch zur zweidimensionalen
Bildwiedergabe geeignet sind. In vielen Anwendungsfällen besteht ein großes Interesse
daran, eine Umschaltung von der räumlichen autostereoskopischen Darstellung (die im
folgenden aufgrund des starken Raumeindruckes auch als dreidimensionale Darstel
lung bezeichnet wird) in eine zweidimensionale Darstellung derselben Szene bzw. des
desselben Gegenstandes vornehmen zu können. Dies ist insbesondere für die Lesbar
keit von Texten relevant, da die Bildqualität in der zweidimensionalen Betriebsart auf
grund der höheren Bildauflösung besser ist.
Von der Anmelderin ist daher in einer unveröffentlichten Patentanmeldung die Anord
nung der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, die im Hinblick auf die vor
stehend erläuterten Probleme eine Verbesserung ermöglicht.
Zur Umschaltung aus einer Betriebsweise, bei der die einzelnen Ansichten dreidimen
sional dargestellt werden, in eine herkömmliche Betriebsweise zweidimensionaler Dar
stellung ist dort die Filteranordnung als Farb-LC-Display ausgebildet. Beim Umschalten
wird die Ansteuerung der einzelnen Subpixel des Filter-Displays verändert. Derartige
Displays sind jedoch insbesondere bei größeren Wirkungsquerschnitten teuer und er
fordern eine aufwendige Ansteuerung.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Umschaltbarkeit der
eingangs genannten Anordnung zwischen einem 3D-Betrieb und einem 2D-Betrieb zu
vereinfachen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur räumlichen Darstellung einer
Szene/eines Gegenstandes, umfassend
- - eine Bildwiedergabeeinrichtung, insbesondere ein Farb-LC-Display, zur Wiederga be eines Bildarrays aus einer Vielzahl von Bildelementen, die in definierter Zu ordnung Informationen aus mehreren Ansichten der Szene/des Gegenstandes repräsentieren, wobei von den Bildelementen Licht in verschiedenen Wellenlän genbereichen abgestrahlt wird,
- - eine Filteranordnung mit mindestens zwei parallel hintereinanderliegend ange ordneten statischen Filterarrays, die bezogen auf die Blickrichtung eines Betrach ters der Bildwiedergabeeinrichtung in einem vorgegebenen Abstand z vor- oder nachgeordnet ist, wobei die Filterarrays jeweils eine Vielzahl von in bestimmten Wellenlängenbereichen und/oder bestimmten Polarisationsrichtungen licht durchlässigen Filterelementen umfassen,
- - eine Einrichtung zur Verschiebung mindestens eines der Filterarrays senkrecht zur Blickrichtung von einer ersten Stellung relativ zum zweiten Filterarray in eine zweite Stellung relativ zum zweiten Filterarray, wobei die einzelnen Filterelemen te auf den Filterarrays derart angeordnet sind, daß in der ersten Stellung die Fil teranordnung für das von der Bildwiedergabeeinrichtung abgestrahlte Licht Aus breitungsrichtungen derart vorgibt, daß an einem ersten Beobachtungsort über wiegend Informationen einer ersten Gruppe von Ansichten und an einem zweiten Beobachtungsort in Augenabstand von dem ersten Beobachtungsort überwiegend Informationen einer zweiten Gruppen von Ansichten wahrnehmbar sind, wobei eine Vielzahl derartiger Orte mit verschiedenen Gruppen existiert, und in der zweiten Stellung die Filteranordnung gegenüber der ersten Stellung eine erhöhte Transparenz aufweist.
Die Filterelemente können sowohl als passive Wellenlängenfilter und/oder als passive
Linearpolarisationsfilterelemente ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Filterelemente
als passive Wellenlängenfilter ausgebildet.
Durch die Verwendung von zwei statischen Wellenlängenfilterarrays entfällt der gesam
te Aufwand für die Ansteuerung der einzelnen Wellenlängenfilter. Hierdurch ergibt sich
eine erhebliche Vereinfachung des Ansteuerungsaufwandes der Anordnung. Zum Umschalten
zwischen dem 3D-Betrieb und dem 2D-Betrieb ist lediglich die Verschiebungs
einrichtung zu betätigen, mit der die vorzugsweise zwei Wellenlängenfilterarrays ge
geneinander verschoben werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Wellenlängenfilterarrays
nicht nur im Hinblick auf die Durchlaßeigenschaften ihrer einzelnen Wellenlängenfilter
statisch, sondern weiterhin auch als passive, d. h. ohne jegliche elektrische Energie
auskommende Filter ausgebildet. Die Wellenlängenfilterarrays können als dünnwandige
Platten oder Folien hergestellt werden, in welche die gewünschte Struktur der einzel
nen Wellenlängenfilter dauerhaft eingeprägt ist. Die Verwendung derartiger Wellenlän
genfilterarrays erlaubt eine erhebliche Kosteneinsparung gegenüber den bisher ver
wendeten Farb-LC-Displays.
Als mechanische Verschiebungseinrichtung wird bevorzugt eine Piezostelleinrichtung
verwendet, die einen sehr genauen Versatz der Wellenlängenfilterarrays um die sehr
kleinen Längenabstände der einzelnen Wellenlängenfilter erlaubt, so daß bei dem Um
schalten zwischen den beiden Stellungen der Filteranordnung die Wellenlängenfilter
arrays mit ihrer Rasterung jeweils genau zueinander ausrichtbar sind. Mit der Pie
zostelleinrichtung kann ein Parallelversatz der Wellenlängenfilterarrays in der Größen
ordnung von 100 µm präzise eingehalten werden.
In einer alternativen Ausführungsvariante wird anstelle einer Piezostelleinrichtung ein
Schrittmotor eingesetzt.
Bevorzugt bestehen die Wellenlängenfilterarrays jeweils ausschließlich aus Wellenlän
genfiltern, die in einem der drei Farbbereiche rot, grün oder blau oder im gesamten
Spektrum des sichtbaren Lichts transparent oder opak sind. Damit kann gegenüber
bekannten Schwarz-Weiß-Barrieren aufgrund der in der Summe größeren Lichtdurchläs
sigkeit die Lesbarkeit von dargestelltem Text erheblich verbessert werden. Dies kann
auch mit Wellenlängenfilterarrays erreicht werden, die ausschließlich aus Wellenlängen
filtern bestehen, die in je zwei der Farbbereiche rot, grün oder blau oder im gesamten
Spektrum des sichtbaren Lichtes transparent oder opak sind. Überdies können einige
der Wellenlängenfilter auch als kombinierte Wellenlängen- und Linearpolarisationsfilter
oder aber als reine Linearpolarisationsfilter ausgebildet sein.
Der vorstehend erläuterte Effekt der apparativen Vereinfachung läßt sich jedoch auch
mit einer Filteranordnung erzielen, die eine Vielzahl von Wellenlängenfilterarrays um
faßt, die jeweils ausschließlich aus im gesamten Spektrum des sichtbaren Lichtes opa
ken oder transparenten Wellenlängenfiltern bestehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Bildwiedergabeeinrichtung ein
Farb-LC-Display mit separat ansteuerbaren Subpixeln vorgesehen, wobei jeweils ein
Subpixel einem Bildelement entspricht.
Ein Bildelement αij ist in diesem Zusammenhang eine selbstleuchtende oder beleuchte
te Fläche geringer Größe mit einem Flächeninhalt von etwa 10.000 µm2 bis zu einigen
mm2, auf der ein geringer Ausschnitt einer der Ansichten Ak (k = 1. . .n), im folgenden als
Teilinformation einer solchen Ansicht Ak (k = 1. . .n) bezeichnet, an der Stelle i, j wieder
gegeben werden kann. Vorteilhaft kann mit dem Indexpaar i, j auch die Position in der
Ansicht Ak bezeichnet sein, von der die Teilinformation stammt, die auf dem Bildele
ment αij wiedergegeben wird - sofern auch die Ansichten Ak (k = 1. . .n) in Raster aus
Spalten i und Zeilen j gegliedert sind.
Von jeder Betrachtungsposition aus nimmt ein Betrachter mit einem Auge überwiegend
Bildelemente αij einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Bild
elemente αij einer zweiten Auswahl aus den sich Ansichten Ak (k = 1. . .n) wahr.
Unter einer Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1. . .n) sind die Ansichten Ak zu verstehen,
deren Bildelemente αij entweder überwiegend für das eine oder für das andere Auge
sichtbar sein sollen. Beispielsweise können die Ausbreitungsrichtungen für Licht, das
von Bildelementen αij kommt, auf denen Teilinformationen der (einer ersten Auswahl
entsprechenden) Ansichten Ak (k = 1. . .4) dargestellt sind, so vorgegeben werden, daß
dieses Licht bzw. diese Teilinformationen überwiegend das linke Auge eines sich im
Betrachtungsraum aufhaltenden Betrachters erreichen, während die Ausbreitungsrich
tungen für das Licht, das von Bildelementen αij kommt, auf denen Teilinformationen
der übrigen (einer zweiten Auswahl entsprechenden) Ansichten Ak (k = 5. . .n) dargestellt
sind, so vorgegeben werden, daß dieses Licht bzw. diese Teilinformationen überwie
gend in das rechte Auge desselben Betrachters gelangen. In diesem Falle umfaßt dem
nach die erste, für das linke Auge vorgesehene Auswahl die Ansichten A1, A2, A3 und A4.
Die zweite, für das rechte Auge vorgesehene Auswahl würde hierbei die Ansichten
A5, A6 . . . An umfassen.
Darunter sind ausdrücklich auch solche Fälle zu verstehen, in denen das von einem
Bildelement αij kommende Licht nicht vollständig, sondern nur zum Teil in das betref
fende Auge des Betrachters gelangt, was beispielhaft bei partieller Abdeckung eines
Bildelementes αij, etwa durch Anordnungsteile, denkbar ist.
Die Bedingung, daß ein Auge "überwiegend" Bildelemente αij bzw. auf diesen Bildele
menten αij wiedergegebene Teilinformationen wahrnimmt, ist auch dann erfüllt, wenn
dieses Auge beispielsweise 80% der Bildelemente αij sieht, die Teilinformationen der
Ansicht A1 wiedergeben, während das andere Auge zwar ebenfalls solche Bildelemente
αij, die Teilinformationen der Ansicht A1 wiedergeben, sehen kann, jedoch deutlich we
niger als 80%.
Bevorzugt werden die Ausbreitungsrichtungen durch eine Vielzahl von summarischen
Wellenlängenfiltern βpq der Filteranordnung vorgegeben, die jeweils durch die Überlage
rung der Wellenlängenfilter der Arrays entstehen, wobei jeweils ein Bildelement αij mit
mehreren zugeordneten Wellenlängenfiltern βpq oder ein Wellenlängenfilter βpq mit meh
reren zugeordneten Bildelementen αij derart korrespondiert, daß jeweils die Verbin
dungsgerade zwischen der Flächenmitte des sichtbaren Abschnittes eines Bildelemen
tes αij und der Flächenmitte des sichtbaren Abschnittes eines summarischen Wellen
längenfilters βpq einer Ausbreitungsrichtung entspricht.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die summarischen Wellenlängenfilter βpq in Arrays mit
Spalten p und Zeilen q angeordnet und eines oder mehrere solcher Arrays dem Raster
mit den Bildelementen αij, bezogen auf die Blickrichtung eines Betrachters, in einem
festen Abstand z vor- und/oder nachgeordnet sind.
Zwecks Vorgabe der Ausbreitungsrichtungen werden den Bildelementen αij, die zuge
ordnete Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1. . .n) wiedergeben, genau definierte
Positionen i, j auf dem Raster zugewiesen. Den Wellenlängenfiltern βpq, die mit diesen
Bildelementen αij korrespondieren sollen, werden definierte Positionen p, q auf dem
Array zugewiesen. Die Ausbreitungsrichtungen ergeben sich dann aus den Positionen
der Bildelemente αij auf dem Raster und den Positionen der korrespondierenden Wel
lenlängenfilter βpq auf dem Array in Verbindung mit dem Abstand z zwischen dem Ra
ster und dem Array.
Die Zuordnung von Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1. . .n) zu Bildelementen αij
wie auch die Positionierung dieser Bildelemente αij auf dem Raster kann nach folgender
Funktion vorgenommen werden
Hierin sind bezeichnet mit
- - i der Index eines Bildelementes αij in einer Zeile des Rasters,
- - j der Index eines Bildelementes αij in einer Spalte des Rasters,
- - k die fortlaufende Nummer der Ansicht Ak (k = 1. . .n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement αij wiedergegeben werden soll,
- - n die Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten Ak (k = 1. . .n),
- - cij eine wählbare Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der ver schiedenen von den Ansichten Ak (k = 1. . .n) stammenden Teilinformation auf dem Raster und
- - IntegerPart eine Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
Mit anderen Worten: die Indizes i und j bezeichnen die Positionen von Bildelemen
ten αij, für die anzugeben ist, aus welcher der Ansichten Ak (k = 1. . .n) die darzustellende
Teilinformation bezogen werden soll. Dabei steht i für den horizontalen Index (mit
Werten von 1 bis zur horizontalen Bildelementauflösung, das ist im Falle der Darstel
lung der Teilinformationen auf RGB-Subpixeln der dreifache Wert der Pixelauflösung)
und j für den vertikalen Index (mit Werten von 1 bis zum Wert der vertikalen Bildele
mentauflösung).
Soll für eine beliebige, aber feste Anzahl n von Ansichten Ak (k = 1. . .n), die alle die glei
che Bildauflösung bzw. das gleiche Format besitzen, das auf dem Raster darzustellen
de, aus Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1. . .n) zu kombinierende Gesamtbild er
mittelt werden, so ist für die Kombinationsvorschrift noch folgendes zu berücksichti
gen: die Koeffizientenmatrix cij kann als Einträge Werte besitzen, die reellen Zahlen
entsprechen. Dabei sind für i und j natürliche Zahlen größer Null im oben genannten
Wertebereich möglich.
Das auf dem Raster dargestellte, aus den verschiedenen Teilinformationen der Ansich
ten Ak (k = 1. . .n) kombinierte Gesamtbild wird bei Vorgabe dieser Parameter entspre
chend der oben angegebenen Funktion erzeugt, indem alle möglichen Indexpaare i, j
durchlaufen werden.
Für die Erzeugung einer räumlichen Darstellung wird bestimmt, in welcher Struktur die
summarischen Wellenlängenfilter βpq, die im Zusammenwirken mit den Bildelementen
αij die Ausbreitungsrichtungen vorgeben, innerhalb des Arrays mit Spalten p und Zeilen
q zu positionieren sind.
Die summarischen Wellenlängenfilter βpq weisen Transparenzwellenlängen- oder Trans
parenzwellenlängenbereiche λb auf, die bevorzugt dem Wellenlängen- oder Wellenlän
genbereich λa des von den korrespondierenden Bildelementen αij abgestrahlten Lichtes
entsprechen. Für besondere Ausgestaltungen der Erfindung, die weiter unten noch
erläutert werden, können die summarischen Wellenlängenfilter βpq beispielsweise auch
Transparenzwellenlängen bzw. -wellenlängenbereiche λb aufweisen, die außerhalb des
Spektrums des sichtbaren Lichtes liegen, so daß das sichtbare Licht durch diese sum
marischen Wellenlängenfilter βpq abgeblockt wird. Außerdem ist es insbesondere bei
der Verwendung von Wellenlängenfiltern mit zusätzlichen linearpolarisationsfilternden
Eigenschaften bzw. ausschließlich linearpolarisationsfilternden Eigenschaften möglich,
summarisch opake Wellenlängenfilter βpq zu erzeugen. Hierzu werden beispielsweise
jeweils Wellenlängenfilter mit zueinander gekreuzt stehenden Durchlaßrichtungen der
Polarisationsfilteranteile zur Deckung gebracht.
Die Position eines jeden summarischen Wellenlängenfilters βpq ist durch den Index p, q
eindeutig festgelegt. Jedem Wellenlängenfilter βpq wird eine bestimmte Transpa
renzwellenlänge bzw. ein bestimmter Transparenzwellenlängenbereich λb zugeordnet.
Dabei erfolgt die Strukturierung der Wellenlängenfilter βpq zu einem Maskenbild - ana
log zur Kombination der Teilinformationen der verschiedenen Ansichten Ak (k = 1. . .n) zu
einem Gesamtbild - nach folgender Vorschrift:
Dabei entspricht
- - p dem Index eines Wellenlängenfilters βpq in einer Zeile des Arrays,
- - q dem Index eines Wellenlängenfilters βpq in einer Spalte des Arrays,
- - b einer ganzen Zahl, die für ein Wellenlängenfilter βpq an der Position p, q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λb festlegt und Werte zwischen 1 und bmax haben kann,
- - nm einem ganzzahligen Wert größer Null, der bevorzugt der Gesamtzahl b der Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche entspricht, wobei die Gesamt zahl bmax wiederum bevorzugt der Gesamtzahl n der in dem Kombinationsbild dargestellten Ansichten Ak entsprechen kann,
- - dpq einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung ei nes Maskenbildes und
- - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
Die wählbare Koeffizientenmatrix dpq kann als Einträge Werte besitzen, die reellen
Zahlen entsprechen. Dabei sind für p und q, die (wie bereits dargestellt) Positionen
innerhalb des Wellenlängenfilterarrays beschreiben, natürliche Zahlen größer Null
möglich.
Der Erzeugung des kombinierten Gesamtbildes aus den Teilinformationen der Ansich
ten Ak (k = 1. . .n) und der Erzeugung des Maskenbildes liegen demzufolge gleichartige
oder zumindest artverwandte Vorschriften zugrunde. Die Wellenlängenfilter βpq als
Elemente des Maskenbildes besitzen vorzugsweise die gleiche Flächenausdehnung wie
die Bildelemente αij.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in Blickrichtung eines
Betrachters die Filteranordnung vor dem Farb-LC-Display angeordnet. Letzterem ist
eine flächige Beleuchtungsquelle nachgeordnet, die weißes Licht ausstrahlt. Der Be
trachter sieht somit durch die Filteranordnung das von dem Farb-LC-Display abge
strahlte bzw. das durch dieses hindurchstrahlende Licht. Genauso ist es jedoch mög
lich, die Filteranordnung zwischen der Beleuchtungsquelle und dem Farb-LC-Display
anzuordnen. Dabei können das Farb-LC-Display und die Filteranordnung vorteilhaft zu
einer Baueinheit zusammengefaßt werden. Der Abstand z zwischen diesen liegt dabei
in der Größenordnung von 1 bis 10 mm und wird in Abhängigkeit der verwendeten
Raster für die Bildelemente und die Wellenlängenfilter, dem mittleren Pupillenabstand
eines normierten Betrachters und einem gewünschten Betrachtungsabstand bestimmt.
Unter Umständen ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der vorstehend erläuterten Anord
nung in Blickrichtung eines Betrachters eine vergrößernde oder verkleinernde Linse,
bevorzugt eine Fresnellinse vorgeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß für den Be
trachter eine reelle oder virtuelle Abbildung des räumlichen Bildes der Szene bzw. des
Gegenstandes entsteht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh
rungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur räumlichen Darstellung
einer Szene/eines Gegenstandes nach der Erfindung mit einer in Blickrichtung
eines Betrachters vor einer Filteranordnung liegenden Bildwiedergabeeinrich
tung in Form eines Farb-LC-Displays,
Fig. 2 ein Beispiel für die Struktur der summarischen Wellenlängenfilter βpq der Fil
teranordnung in stark vergrößerter und nicht-maßstäblicher Darstellung,
Fig. 3 ein Beispiel für ein Gesamtbild aus den Teilinformationen der Ansichten Ak
(k = 1. . .n), erzeugt mit den als Bildelementen αij genutzten Subpixeln RGB des
Farb-LC-Displays, stark vergrößert und nicht maßstäblich dargestellt,
Fig. 4 die Struktur der Filteranordnung nach Fig. 2 für die roten Wellenlängenfilter R',
Fig. 5 die Positionen der Teilinformationen aus den Ansichten Ak (k = 1. . .8), die im Ge
samtbild nach Fig. 3 durch rote Subpixel R wiedergegeben werden,
Fig. 6 die sichtbaren Teilinformationen für ein Auge eines Betrachters beim Blick aus
einer Betrachtungsposition, bei der das beleuchtende Maskenbild die Struktur
nach Fig. 4 aufweist,
Fig. 7 die sichtbaren Teilinformationen für das andere Auge des Betrachters beim
Blick aus der Betrachtungsposition, bei der das beleuchtende Maskenbild die
Struktur nach Fig. 4 aufweist,
Fig. 8 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Anordnung mit den Gegebenheiten
nach Fig. 2 und Fig. 3,
Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur räumlichen Darstel
lung einer Szene/eines Gegenstandes nach der Erfindung, bei dem die Fil
teranordnung in Blickrichtung eines Betrachters vor der Bildwiedergabeeinrich
tung in Form eines Farb-LC-Displays positioniert ist,
Fig. 10 ein Grundelement eines ersten Wellenfilterarrays,
Fig. 11 ein Grundelement eines zweiten Wellenfilterarrays,
Fig. 12 ein aus einer Vielzahl von Grundelementen nach Fig. 10 zusammengesetztes
erstes Wellenfilterarray,
Fig. 13 ein aus einer Vielzahl von Grundelementen nach Fig. 11 zusammengesetztes
zweites Wellenlängenfilterarray
Fig. 14 ein durch Überlagerung der in den Fig. 12 und 13 dargestellten Wellenlängenfil
terarrays erzeugtes summarisches Wellenlängenfilterarray,
Fig. 15 ein weiteres summarisches Wellenlängenarray, das aus dem summarischen
Array nach Fig. 14 durch Verschiebung der beiden überlagerten Wellenlängenfil
terarrays um drei Rasterpositionen erhalten wird,
Fig. 16 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wellenlängenfilterarrays, das aus
schließlich opake und transparente Wellenlängenfilter enthält, und in
Fig. 17 eine Filteranordnung, die durch eine versetzte Überlagerung von sieben Wel
lenlängenfilterarrays nach Fig. 16 erhalten wird.
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt eine Anordnung zur dreidimensionalen (autoste
reoskopischen) Darstellung von Szenen und/oder Gegenständen, die auf eine zweidi
mensionale Betriebsweise umschaltbar ist. Mit dieser werden Teilinformationen von
verschiedenen Ansichten der Szene oder des Gegenstandes wiedergegeben. Die An
sichten repräsentieren dabei beispielsweise Bildinformationen aus benachbarten Per
spektivansichten.
Die Anordnung umfaßt als Bildwiedergabeeinrichtung für die Wiedergabe der Kombina
tion von Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1. . .n) auf Bildelementen αij ein derzeit
handelsüblich verfügbares Farb-LC-Display 2, wie beispielsweise Sanyo LMU-TK 12A.
Auf diese Weise läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung einfach und kostengünstig
realisieren. Das schließt jedoch nicht aus, daß für die Bildwiedergabe auch jede andere
denkbare Ausführung möglich ist.
In Blickrichtung eines Betrachters 1 ist das Farb-LC-Display 2 als bilddarstellendes Ra
ster in einem vorgegebenen Abstand z vor einer Filteranordnung 3 angeordnet. Hinter
der Filteranordnung 3 befindet sich eine flächige Beleuchtungsquelle 4, die mit der
Filteranordnung 3 zu einer Baueinheit verbunden ist.
Das bildwiedergebende Farb-LC-Display 2 ist mit einer Ansteuerschaltung 5 verknüpft.
Es verfügt über separat ansteuerbare Subpixel der Grundfarben rot (R), grün (G) und
blau (B). Zur besseren Unterscheidbarkeit werden nachfolgend die Subpixel des Farb-
LC-Displays 2 mit R, G, B bezeichnet, die Wellenlängenfilter der Filteranordnung hinge
gen mit R', G', B', die jeweils eigenen Transparenzwellenlängen bzw. Transpa
renzwellenlängenbereichen λb entsprechen. Die Ansteuerschaltung 5 ist derart ausge
bildet, daß auf den einzelnen Subpixeln R, G, B des Displays 2 Teilinformationen der
Ansichten Ak (k = 1. . .n) generiert werden.
Der Abstand z zwischen dem Farb-LC-Display 2 und der Filteranordnung 3 beträgt
2,3 mm, wobei in diesem Falle Wellenlängenfilter R', G', B' der Filteranordnung 3 mit
den Subpixeln R, G, B des Farb-LC-Displays 2 so korrespondieren, daß sich die damit
festgelegten Ausbreitungsrichtungen des von den Subpixeln R', G', B' austretenden
und durch die Subpixel R, G, B hindurchtretenden Lichtes innerhalb eines Betrach
tungsraumes 7, in dem sich ein oder mehrere Beobachter 1 befinden, in einer Vielzahl
von Schnittpunkten treffen. Diese Schnittpunkte der Ausbreitungsrichtungen entspre
chen Beobachtungsorten, von denen aus mit einem Augenpaar die Szene bzw. der Ge
genstand räumlich wahrgenommen werden kann.
Dabei wurde der Abstand z für die Ausgestaltungsvariante nach Fig. 1 ermittelt aus
Für sp wurde der mittlere horizontale Abstand der Wellenlängenfilter R', G', B' auf der
in Blickrichtung nachgeordneten Filteranordnung 3 mit 100 µm angenommen. Für die
mittlere Pupillendistanz pd wurde 65 mm gesetzt. Als mittlerer Betrachtungsabstand da
wurde 1,5 m gewählt. Daraus ergibt sich der auszuführende Abstand z mit 2,3 mm.
Die Ausbreitungsrichtungen sind jeweils durch die Flächenmitten der sichtbaren Ab
schnitte der betreffenden Wellenlängenfilter R', G', B' und Subpixel R, G, B vorgege
ben, wobei sich die Strahlengänge nicht nur in einer Ebene, sondern vielfach räumlich
verteilt ausbreiten.
In Fig. 2 ist ein Beispiel für ein summarisches Wellenlängenfilterarray βpq anhand einzel
ner Wellenlängenfilter R', G', B' der Filteranordnung in einer Draufsicht auf die Dis
playfläche zum Zweck der Anschaulichkeit stark vergrößert und nicht maßstäblich dar
gestellt. Die Teilflächen entsprechen jeweils einem Wellenlängenfilter, der summarisch
für Licht der jeweiligen Grundfarbe rot (R'), grün (G') und blau (B') durchlässig ist. Mit
S sind die Wellenlängenfilter bezeichnet, die summarisch opak sind. Die Teilflächen
sind hier vereinfacht quadratisch dargestellt. Auf die exakte Darstellung der Form der
Wellenlängenfilter R', G', B' wurde hier verzichtet. Sie sind bevorzugt rechteckig aus
gebildet und besitzen beispielsweise eine Breite von 100 µm und eine Höhe von
30 µm.
Werden zur Erzeugung eines summarischen Wellenlängenfilters beispielsweise drei
Transparenzwellenlängen bzw. -wellenlängenbereiche λ1, λ2, λ3 für R', G', B' und ein
weiterer Transparenzwellenlängenbereich λ4, mit dem das sichtbare Licht komplett
abgeblockt werden kann, vorgegeben, so ergibt sich unter Verwendung der Koeffizien
tenmatrix dpq, die man nach der Vorschrift erzeugen kann
ein für die räumliche Darstellung eines Gegenstandes bzw. einer Szene auf der Grund
lage von n = 8 Ansichten Ak (k = 1. . .n) und den Parametern bmax = 4 und nm = 8 gut geeigne
tes summarisches Wellenlängenfilterarray, welches schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.
Hinter der in Fig. 2 dargestellten Filteranordnung 3, in diesem Falle also unterhalb der
Zeichnungsebene in Fig. 2, befindet sich die flächige Beleuchtungsquelle 4. Bei einge
schalteter Beleuchtungsquelle 4 geht von den einzelnen Wellenlängenfiltern R', G', B'
Licht in der jeweiligen Grundfarbe rot, grün oder blau aus. Die mit S bezeichneten
Wellenlängenfilter bleiben hingegen dunkel.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Kombination von Teilinformationen verschiedener An
sichten Ak (k = 1. . .8) in einer Draufsicht auf das Raster des Farb-LC-Displays 2, die nach
der bereits beschriebenen Funktion erzeugt worden ist
wobei cij = -1 = const. für alle Paare (i, j) und n = 8 gewählt sind.
Dabei entspricht jede rechteckige Teilfläche einem Subpixel R, G, B. Die innerhalb der
Teilflächen angegebenen Ziffern k = 1. . .8 geben die jeweilige Ansicht Ak (k = 1. . .n) an, zu
der die auf einem Subpixel bzw. einem Bildelement αij angezeigte Teilinformation gehört.
So gehört eine auf einem mit k = 1 bezeichneten Subpixel angezeigte Teilinforma
tion zur Ansicht A1, eine auf einem mit k = 2 bezeichneten Subpixel angezeigte Teilin
formation zur Ansicht A2 usw. In dem gewählten Ausführungsbeispiel sind demnach
zur räumlichen Darstellung acht Ansichten A1 bis A8, vorzugsweise Perspektivansich
ten, vorgesehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde hier darauf verzichtet, auch
die "Black-Matrix" darzustellen, die oftmals technisch bedingt in Farb-LC-Displays ein
gearbeitet ist.
Die Wirkungsweise, die dem Zustandekommen des räumlichen Eindrucks zugrunde
liegt, soll nun anhand von Fig. 4 bis Fig. 7 näher erläutert werden, wobei eine Anord
nung gemäß Fig. 1 zugrunde liegt.
Vereinfachend werden ausschließlich rote Bildelemente αij bzw. rote Wellenlängenfil
ter R' betrachtet. Das bedeutet, daß in Fig. 4 nur die roten Wellenlängenfilter R' aus
Fig. 2 dargestellt sind; Fig. 4 zeigt demzufolge die Struktur eines Maskenbildes der Fil
teranordnung im roten Licht. Entsprechend zeigt Fig. 5 nur die roten Bildelemente αij
aus Fig. 3. Die in die Spalten der Darstellung in Fig. 5 eingetragenen Zahlen entsprechen
der fortlaufenden Nummer k der Ansicht Ak (k = 1. . .8), aus der die auf diesem Bildele
ment αij bzw. Subpixel vom Typ R darzustellende Teilinformation zu entnehmen ist, um
ein Kombinationsbild aus den Ansichten Ak (k = 1. . .8) zu erzeugen. Diese beispielhafte
Erläuterung ist auf blau und grün in äquivalenter Weise übertragbar.
Die Darstellungen in Fig. 4 und Fig. 5 sind nicht maßstäblich gezeichnet. Zudem ist das
Maskenbild ist etwas verkleinert dargestellt. Dies soll den Sachverhalt widerspiegeln,
daß z. B. bei Verwendung eines Maskenbildes nach Fig. 2, bei dem die Wellenlängenfil
ter βpq tatsächlich die gleichen Abmessungen besitzen wie die Bildelemente αij in Fig. 3,
das Raster mit den Bildelementen αij einem Betrachter auf Grund der näheren Position
in Blickrichtung etwas größer erscheint als das Maskenbild.
Legt man nun gedanklich dieses leicht verkleinerte Maskenbild nach Fig. 4 unmittelbar
auf das Kombinationsbild nach Fig. 5. so werden die in verschiedenen Augenpositionen
sichtbaren Bildelemente αij oder Anteile derselben erkennbar.
Dies ist in Fig. 6 und Fig. 7 beispielhaft für zwei Beobachtungsorte, die den verschiede
nen Augenpositionen entsprechen, dargestellt. Man erkennt, daß z. B. aus der Augen
position, die der Fig. 6 zugeordnet ist, vornehmlich Bildelemente αij (oder Anteile davon)
der Ansichten A7 und A8 wahrnehmbar sind. Nach Fig. 7 dagegen sind an einem
Ort, in der sich das andere Auge desselben Betrachters befindet, vornehmlich Bildele
mente αij (oder Teile davon) aus den Ansichten A4 und A5 sichtbar.
Mit der vorstehenden Erläuterung soll lediglich das Grundprinzip des erfindungsgemä
ßen Verfahrens verdeutlicht werden. Aus der Vielzahl von Betrachtungspositionen, die
aus der flächenhaften Anordnung der Bildelemente αij resultiert, ergibt sich dann die
dreidimensionale Wahrnehmung: beide Augen sehen aus den Betrachtungspositionen
Bildelemente αij bzw. Teilinformationen überwiegend verschiedener Ansichten Ak
(k = 1. . .n), wobei der Anteil der für jedes Auge wahrnehmbaren Teilinformationen für
die dreidimensionale Wahrnehmung ursächlich ist.
Fig. 8 gibt einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Anordnung wieder, wobei die
Gegebenheiten nach Fig. 2 und Fig. 3 zugrunde gelegt worden sind. Die Darstellung ist
auch hier zum Zweck der Erläuterung nicht-maßstäblich. In Fig. 8 sieht beispielsweise
das rechte Auge r jeweils etwa ein halbes Bildelement αij mit Teilinformationen aus den
Ansichten A3 (in diesem Falle R) und A8 (in diesem Falle B) und einen sehr geringen Teil
eines Bildelementes αij mit einer Teilinformation aus der Ansicht A6 (in diesem Falle G).
Hingegen nimmt das linke Auge jeweils etwa ein halbes Bildelement αij mit Teilinforma
tionen aus den Ansichten A4 (in diesem Falle R) und A7 (in diesem Falle G) sowie jeweils
einen sehr geringen Teil eines Bildelementes αij mit Teilinformationen aus den Ansich
ten A1 und A2 (in diesem Falle B) wahr.
Die Vielzahl solcher Betrachtungspositionen ist dabei so groß und die Betrachtungspo
sitionen liegen so dicht nebeneinander, daß ein oder mehrere Betrachter sich innerhalb
des Betrachtungsraumes bewegen können, während sich ihre Augen quasi stets in ei
ner solchen Betrachtungsposition befinden, denn die Betrachtungspositionen entspre
chen jeweils Schnittpunkten der definiert vorgegebenen Ausbreitungsrichtungen. Dabei
besitzen die für das Auge sichtbaren Lichtstrahlen einen zwar kleinen, jedoch vorhan
denen Flächenquerschnitt.
Als Betrachtungsraum ist hier der Bereich zu verstehen, in dem sich der Betrachter
aufhalten bzw. bewegen kann, wobei er in Richtung zum Raster die Szene bzw. den
Gegenstand räumlich wahrnimmt. Je nach der Struktur des Maskenbildes und der verwendeten
Anzahl n von Ansichten Ak (k = 1. . .n) sind so Blickwinkel auf das Raster von
über 45° möglich, d. h. der Betrachtungsraum kann einen von der Mittelsenkrechten
des Rasters ausgehenden Öffnungswinkel von über 45° aufweisen.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 9 dargestellt ist, befindet sich die Fil
teranordnung 3 aus der Position des Betrachters 1 gesehen in dem Abstand z vor dem
bildgebenden Farb-LC-Display 2. Das Farb-LC-Display 2 ist mit der dahinter liegenden
flächigen Beleuchtungseinrichtung 4 zu einer Baueinheit verbunden. Hiermit wird eben
falls der oben erläuterte Effekt erzielt. Die Ausbreitungsrichtungen des von den Subpi
xeln R, G, B des Farb-LC-Displays 2 kommenden und durch die korrespondierenden
Wellenlängenfilter R', G', B' der Filteranordnung 3 strahlenden Lichtes schneiden sich
in dem Betrachtungsraum 7 in einer Vielzahl von Betrachtungspositionen, aus denen
der dargestellte Gegenstand bzw. die Szene räumlich wahrnehmbar ist.
In beiden Ausführungsbeispielen kann eine Filteranordnung 3 verwendet werden, die
nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 10 bis 15 näher erläutert wird.
Diese Filteranordnung 3 umfaßt zwei statische, d. h. zeitlich unveränderliche Wellen
längenfilterarrays, die hier als dünne Folienfilter und damit als einfache, passive Ele
mente ausgebildet sind.
Jedes dieser beiden Wellenlängenfilterarrays ist aus einer Vielzahl gleichartiger Grun
delemente zusammengesetzt, deren rasterartige Wellenlängenfilterstruktur mit den
einzelnen Wellenlängenfiltern R', G' und B' jeweils in den Fig. 10 und 11 darge
stellt ist. Hinsichtlich der konkreten Anordnung der einzelnen Wellenlängenfilter für
jedes einzelne Grundelement wird auf die Fig. 10 und 11 ausdrücklich hingewie
sen. Neben Raster-Teilabschnitten mit Filterwirkung können zusätzlich Raster-
Teilabschnitte vorgesehen werden, die im gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes
transparent sind. Diese sind hier mit T bezeichnet.
Fig. 12 zeigt ein erstes Wellenlängenfilterarray, das ausschließlich aus gleichartigen
Grundelementen nach Fig. 10 zusammengesetzt ist. Dieses ist frei von transparenten
Raster-Teilabschnitten T.
Fig. 13 zeigt ein zweites Wellenlängenfilterarray, das ausschließlich aus Grundelemen
ten nach Fig. 11 zusammengesetzt ist und neben Wellenlängenfiltern R', G' und B' auch
transparente Raster-Teilabschnitte T umfaßt.
Durch eine an den einzelnen Raster-Teilabschnitten ausgerichtete Überlagerung der
beiden Wellenlängenfilterarrays ergibt sich in einer ersten Stellung das in Fig. 14 darge
stellte summarische Wellenlängenfilterarray, bei dem lediglich im Bereich der transpa
renten Raster-Teilabschnitte T des zweiten Wellenlängenfilterarrays die durch das erste
Wellenlängenfilterarray bestimmte Filterwirkung erhalten wird. An allen übrigen Stellen
ist das summarische Wellenlängenfilterarray opak, d. h. intransparent. Die opaken Ra
ster-Teilabschnitte des summarischen Wellenlängenfilterarrays sind in Fig. 14 mit dem
Zeichen S gekennzeichnet.
Als Filteranordnung 3 bewirkt das summarische Wellenlängenfilterarray eine Vorgabe
der Ausbreitungsrichtungen des von dem Farb-LC-Display 2 abgestrahlten Lichtes in
der oben beschriebenen Art und Weise, welche eine realistische, dreidimensionale
Wahrnehmung erlaubt. In dieser ersten Stellung werden beispielhaft an einem ersten
Beobachtungsort überwiegend Informationen einer ersten Gruppe von Ansichten A4 bis
A5 und an einem zweiten beispielhaften Beobachtungsort in Augenabstand von dem
ersten Ort überwiegend Informationen der zweiten Gruppe von Ansichten A7 bis A8
wahrgenommen.
Durch eine Verschiebung der beiden Wellenlängenfilterarrays parallel zueinander wird
in einer zweiten Stellung das in Fig. 15 dargestellte summarische Wellenlängenfilter
array erhalten. Dazu sind aus der in Fig. 14 gezeigten ersten Stellung die beiden Wel
lenlängenfilterarrays um drei Rasterpositionen in Horizontalrichtung gegeneinander
verschoben. In dem hier dargestellten Fall wurde das in Fig. 13 dargestellte zweite
Wellenlängenfilterarray um drei Raster-Teilabschnitte gegenüber dem in Fig. 12 darge
stellten, ersten Wellenlängenfilterarray versetzt. Wie aus Fig. 15 zu entnehmen ist, er
gibt sich hierdurch eine sehr hohe Lichtdurchlässigkeit, da lediglich einer der insge
samt 24 Raster-Teilabschnitte eines Grundelementes lichtundurchlässig ist. Durch die
daraus resultierende hohe Transparenz des summarischen Wellenlängenfilterarrays
wird der in der ersten Stellung vorhandene dreidimensionale Wahrnehmungseindruck
aufgehoben, so daß sich die auf dem Farb-LC-Display 2 dargestellten Bildinformationen
in herkömmlicher Art und Weise zweidimensional betrachten lassen.
Die Verschiebung der beiden Wellenlängenfilterarrays erfolgt auf mechanischem Wege,
beispielsweise durch einen Piezosteller, mit dem sich sehr kleine Verschiebungsschritte
in der Größenordnung der Rasterbreite oder Rasterhöhe der Wellenlängenfilterarrays
realisieren lassen. Anstelle eines Piezostellers kann auch ein Schrittmotor verwendet
werden.
In Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist es möglich auch mehr als zwei Wellenlän
genfilterarrays übereinanderzulegen und ggf. gesondert anzutreiben, wobei auf jeden
Fall jedoch die beiden oben erläuterten Positionen bestehen.
Es ist unmittelbar ersichtlich, daß hierzu die Anordnung der einzelnen Wellenlängenfil
ter auf den Wellenlängenfilterarrays angepaßt werden muß, so daß sich eine erste
Stellung mit einem stärkeren Ordnungsgrad zur Erzeugung eines 3D-Eindruckes ergibt,
sowie eine zweite Stellung mit erhöhter Transparenz, bei der die einzelnen Wellenlän
genfilter R', G' und B' sowie Transparentbereiche T mit geringem Ordnungsgrad vor
liegen.
Mit den in den Fig. 12 und 13 dargestellten ersten und zweiten Wellenlängenfilter
arrays läßt sich bei einem Versatz um drei Raster-Teilabschnitte in der ersten Stellung
ein guter 3D-Eindruck und in der zweiten Stellung ein guter 2D-Eindruck erhalten. Al
lerdings ist die Erfindung nicht auf die hier erläuterte Strukturierung der Wellenlängen
filterarrays beschränkt. Vielmehr können unter Zugrundelegung der vorstehenden
Überlegung noch eine Vielzahl von anderen Anordnungsmustern der einzelnen Wel
lenlängenfilter R', B' und G' auf iterativem Wege erzeugt werden.
In einer Abwandlung der Ausführungsbeispiele wird die Filteranordnung 3 durch die
Überlagerung von beispielsweise sieben Wellenlängenfilterarrays erhalten. Dessen ein
zelne Wellenlängenfilter sind entweder im gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes
transparent oder opak. Ein Beispiel für ein solches Wellenlängenfilterarray ist in Fig. 16
dargestellt. Bei einer Überlagerung von sieben derartigen Wellenlängenfilterarrays mit
einem Versatz von jeweils einem Raster-Teilabschnitt ergibt sich das in Fig. 17 darge
stellte summarische Wellenlängenfilterarray.
Fig. 17 stellt gleichzeitig die erste Stellung dieser Filteranordnung für den autostereo
skopischen Modus dar, bei dem hier mit einer strukturierten Schwarz-Weiß-Barriere
gearbeitet wird. Durch eine Umschaltung der Filteranordnung mittels einer der vorstehend
genannten mechanischen Vorrichtungen wird eine zweite Stellung erreicht, in der
das summarische Wellenlängenfilterarray weitestgehend transparent ist, das heißt
sämtliche opaken Raster-Teilabschnitte in Betrachtungsrichtung hintereinander liegen.
Es entsteht dann ein summarisches Wellenlängenfilterarray, dessen Strukturierung
Fig. 16 entspricht und das eine hohe Transparenz aufweist, in der die von dem Farb-LC-
Display 2 angezeigten Bilder in herkömmlicher Art und Weise zweidimensional wahr
genommen werden.
Zur Verbesserung der Filterwirkung während des 3D-Betriebs sind die opaken Fil
terelemente, die in der ersten Stellung entsprechend Fig. 17 nicht an den noch transpa
renten Diagonalstreifen angrenzen, etwas breiter als die verbleibenden opaken Fil
terelemente, beispielsweise etwa 1,3 mal breiter ausgebildet. Dadurch ergibt sich in
der ersten Stellung eine Überlappung der opaken Filterelemente, die gewährleistet, daß
bei einer Betrachtung unter einem schrägen Sichtwinkel, das heißt nicht-senkrecht auf
die bilddarstellende Rasterfläche, lediglich durch die gewünschten, noch-transparenten
Raster-Teilabschnitte der Filteranordnung auf das bilddarstellende Raster des Farb-LC-
Displays 2 geblickt wird.
Vorstehend wurden die Wellenlängenfilterarrays im Zusammenhang mit Wellenlängen
filtern beschrieben, die im roten, grünen und blauen Licht oder auch im gesamten Be
reich des sichtbaren Lichts transparent sind. Es ist jedoch auch möglich, vollkommen
andere Transparenzwellenlängenbereiche für die Wellenlängenfilter zu verwenden, die
überdies nicht auf den Bereich des sichtbaren Lichtes beschränkt bleiben müssen, so
fern sich diese für die Ausbildung als statische Wellenlängenfilterarrays eignen.
In allen Ausführungsbeispielen wird durch die Verwendung von wenigstens zwei ge
geneinander verschiebbaren statischen Wellenlängenfilterarrays eine Umschaltung zwi
schen einem 3D-Betrieb und einem 2D-Betrieb erhalten, die eine kostengünstige Alter
native zu den bisher verwendeten Farb-LC-Display-Filteranordnungen darstellt.
1
Betrachter
2
Farb-LC-Display
3
Filteranordnung
4
Beleuchtungsquelle
5
Ansteuerschaltung
7
Betrachtungsraum
R, G, B Subpixel der Bildwiedergabeeinrichtung
R', G', B', S, T Wellenlängenfilter
Z Abstand
R, G, B Subpixel der Bildwiedergabeeinrichtung
R', G', B', S, T Wellenlängenfilter
Z Abstand
Claims (13)
1. Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes, umfas
send
eine Bildwiedergabeeinrichtung, insbesondere ein Farb-LC-Display (2), zur Wie dergabe eines Bildarrays aus einer Vielzahl von Bildelementen, die in definierter Zuordnung Informationen aus mehreren Ansichten der Szene/des Gegenstandes repräsentieren, wobei von den Bildelementen Licht in verschiedenen Wellenlän genbereichen abgestrahlt wird,
eine Filteranordnung (3) mit mindestens zwei parallel hintereinanderliegend an geordneten statischen Filterarrays, die bezogen auf die Blickrichtung eines Be trachters (1) der Bildwiedergabeeinrichtung in einem vorgegebenen Abstand z vor- oder nachgeordnet ist, wobei die Filterarrays jeweils eine Vielzahl von in be stimmten Wellenlängenbereichen und/oder bestimmten Polarisationsrichtungen lichtdurchlässigen Filterelementen umfassen,
eine Einrichtung zur Verschiebung mindestens eines der Filterarrays senkrecht zur Blickrichtung von einer ersten Stellung relativ zum zweiten Filterarray in eine zweite Stellung relativ zum zweiten Filterarray, wobei die einzelnen Filterelemen te auf den Filterarrays derart angeordnet sind, daß in der ersten Stellung die Fil teranordnung (3) für das von der Bildwiedergabeeinrichtung abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen derart vorgibt, daß an einem ersten Beobachtungsort überwiegend Informationen einer ersten Gruppe von Ansichten und an einem zweiten Beobachtungsort in Augenabstand von dem ersten Beobachtungsort überwiegend Informationen einer zweiten Gruppe von Ansichten wahrnehmbar sind, wobei eine Vielzahl derartiger Orte mit verschiedenen solcher Gruppen exi stiert, und in der zweiten Stellung die Filteranordnung (3) gegenüber der ersten Stellung eine erhöhte Transparenz aufweist.
eine Bildwiedergabeeinrichtung, insbesondere ein Farb-LC-Display (2), zur Wie dergabe eines Bildarrays aus einer Vielzahl von Bildelementen, die in definierter Zuordnung Informationen aus mehreren Ansichten der Szene/des Gegenstandes repräsentieren, wobei von den Bildelementen Licht in verschiedenen Wellenlän genbereichen abgestrahlt wird,
eine Filteranordnung (3) mit mindestens zwei parallel hintereinanderliegend an geordneten statischen Filterarrays, die bezogen auf die Blickrichtung eines Be trachters (1) der Bildwiedergabeeinrichtung in einem vorgegebenen Abstand z vor- oder nachgeordnet ist, wobei die Filterarrays jeweils eine Vielzahl von in be stimmten Wellenlängenbereichen und/oder bestimmten Polarisationsrichtungen lichtdurchlässigen Filterelementen umfassen,
eine Einrichtung zur Verschiebung mindestens eines der Filterarrays senkrecht zur Blickrichtung von einer ersten Stellung relativ zum zweiten Filterarray in eine zweite Stellung relativ zum zweiten Filterarray, wobei die einzelnen Filterelemen te auf den Filterarrays derart angeordnet sind, daß in der ersten Stellung die Fil teranordnung (3) für das von der Bildwiedergabeeinrichtung abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen derart vorgibt, daß an einem ersten Beobachtungsort überwiegend Informationen einer ersten Gruppe von Ansichten und an einem zweiten Beobachtungsort in Augenabstand von dem ersten Beobachtungsort überwiegend Informationen einer zweiten Gruppe von Ansichten wahrnehmbar sind, wobei eine Vielzahl derartiger Orte mit verschiedenen solcher Gruppen exi stiert, und in der zweiten Stellung die Filteranordnung (3) gegenüber der ersten Stellung eine erhöhte Transparenz aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente als
passive Wellenlängenfilter und/oder als passive Linearpolarisationsfilterelemente
ausgebildet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschie
bungseinrichtung als Piezostelleinrichtung ausgebildet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschie
bungseinrichtung mit einem Schrittmotor gekoppelt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filterelemente jeweils ausschließlich aus Wellenlängenfiltern bestehen, die in ei
ner der drei Farbbereichen rot, grün oder blau oder im gesamten Spektrum des
sichtbaren Lichtes transparent sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filterelemente ausschließlich aus Wellenlängenfiltern bestehen, die in je zwei der
Farbbereiche rot, grün oder blau oder im gesamten Spektrum des sichtbaren
Lichtes transparent sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filteranordnung (3) eine Vielzahl von Wellenlängenfilterarrays umfaßt, die jeweils
ausschließlich aus Wellenlängenfiltern bestehen, die im gesamten Spektrum des
sichtbaren Lichts opak oder transparent sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als
Bildwiedergabeeinrichtung ein Farb-LC-Display (2) mit separat ansteuerbaren
Subpixeln vorgesehen ist, wobei jeweils ein Subpixel einem Bildelement αij ent
spricht, und daß das Farb-LC-Display (2) mit einer Ansteuerschaltung gekoppelt
ist, die auf den Subpixeln Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 bis n) nach der
Funktion generiert
- - i dem Index eines Bildelementes αij in einer Zeile des Rasters entspricht,
- - j dem Index eines Bildelementes αij in einer Spalte des Rasters,
- - k der fortlaufenden Nummer der Ansicht Ak (k = 1. . .n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement αij wiedergegeben werden soll,
- - n der Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten Ak (k = 1. . .n),
- - cij einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der ver schiedenen von den Ansichten Ak (k = 1. . .n) stammenden Teilinformationen auf dem Raster und
- - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Blickrichtung eines
Betrachters die Filteranordnung (3) zwischen dem Farb-LC-Display (2) und einer
diesem nachgeordneten flächigen Beleuchtungsquelle (4) angeordnet ist, die
weißes Licht ausstrahlt.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Blickrichtung eines
Betrachters die Filteranordnung (3) vor dem Farb-LC-Display (2) angeordnet ist,
dem eine flächige, weißes Licht ausstrahlende Beleuchtungsquelle (4) nachgeord
net ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die einzelnen Wellenlängenfilter der Wellenlängenfilterarrays jeweils einen vielec
kigen, bevorzugt rechteckigen Umriß aufweisen.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Farb-LC-Display (2) und die Filteranordnung (3) zu einer Baueinheit zusam
mengefaßt sind und der Abstand z zwischen dem Farb-LC-Display (2) und der Fil
teranordnung (3) 1 bis 10 mm beträgt.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Baueinheit aus
dem Farb-LC-Display (2) und der Filteranordnung (3) in Blickrichtung eines Be
trachters (1) eine Linse, bevorzugt eine Fresnellinse vorgeordnet ist, wodurch je
nach Ausbildung der Linse eine reelle und/oder virtuelle Abbildung der räumli
chen Darstellung der Szene/des Gegenstandes für den Betrachter entsteht.
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