DE10053867B4

DE10053867B4 - Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10053867B4
Application number: DE10053867A
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl.-Ing. Grasnick (FH); Ingo Dr.rer.nat. Relke; Wolfgang Dipl.-Phys. Tzschoppe; Falk Dipl.-Ing. Dörfel (FH); Sven-Martin Dipl.-Ing. Scherzberg-Naujokat (FH)
Original assignee: X3D Technologies GmbH
Current assignee: Newsight 07745 Jena De GmbH
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: DE10053867A1; DE10053868C2; DE10053868A1

Abstract

Anordnung zur wahlweise zweidimensionalen oder autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe, mit
– einer aus einer Vielzahl von Bildwiedergabeelementen gebildeten Bildwiedergabeeinrichtung (6, 11), auf der Bildinformationen aus unterschiedlichen Ansichten eines darzustellenden Objekts gezeigt werden,
– einem in Blickrichtung eines Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung (6, 11) angeordneten Wellenlängenfilterarray (7, 10), das
– aus einer Vielzahl von in vorgegebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässigen Wellenlängenfilterelementen besteht und
– so strukturiert ist, daß der Betrachter bei Beleuchtung der Bildwiedergabeeinrichtung (6, 11) durch das Wellenlängenfilterarray (7, 10) hindurch Bildinformationen aus den unterschiedlichen Ansichten des Objekts sieht, und
– auf der dem Betrachter zugewandten Seite mit reflektierenden und/oder lichtstreuenden Oberflächenelementen (13) ausgestattet ist, und
– einer zwischen mehreren Betriebsmodi umschaltbaren Beleuchtungsvorrichtung, wobei
– in einem ersten, die autostereoskopische dreidimensionale Bildwiedergabe ermöglichenden Betriebsmodus Licht der Beleuchtungsvorrichtung ausschließlich auf die dem Betrachter abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) gerichtet wird, und
– in einem zweiten,...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur wahlweise zweidimensionalen oder autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe, mit einer aus einer Vielzahl von Bildwiedergabeelementen gebildeten Bildwiedergabeeinrichtung, auf der Bildinformationen aus unterschiedlichen Ansichten eines darzustellenden Objekts gezeigt werden, einem in Blickrichtung eines Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordneten Wellenlängenfilterarray, das aus einer Vielzahl von in vorgegebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässigen Wellenlängenfilterelementen besteht und so strukturiert ist, daß der Betrachter bei Beleuchtung der Bildwiedergabeeinrichtung durch das Wellenlängenfilterarray hindurch Bildinformationen aus den unterschiedlichen Ansichten des Objekts sieht.

Aus US 5,751,479 ist eine Vorrichtung bekannt, die zur autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe geeignet ist. Hierbei sind in Blickrichtung eines Betrachters hinter einem Display, auf dem die Bildinformationen auf Pixeln R (rot), G (grün) und B (blau) farbig wiedergegeben werden, zunächst eine Anordnung aus Farbfiltern R,G,B und dahinter eine flächige, weißes Licht abstrahlende Lichtquelle vorhanden. Die Farbfilter korrespondieren mit den Pixeln des Displays in einer Weise, die für den Betrachter die räumliche Wahrnehmung eines auf dem Display dargestellten Bildes ermöglicht. Allerdings ist mit dieser Vorrichtung ausschließlich die dreidimensionale Bilddarstellung möglich.

In US 5,897,184 wird eine Beleuchtung für autostereoskopische Displays vorgestellt. Hier ist ein flächig ausgedehnter Lichtleiter mit Kerben oder Noppen versehen, die eine für den 3D-Betrieb erforderliche strukturierte Beleuchtung erzeugen. Als nachteilig stellt sich dabei allerdings heraus, daß ein solcher Lichtleiter nur mit hohem technologischen Aufwand herstellbar ist. Außerdem ist diese Beleuchtung im Zusammenhang mit der Anwendung in autostereoskopischen Displays im wesentlichen nur für zweikanalige 3D-Darstellungen geeignet.

Die US 5,349,379 beschreibt ein ebenfalls für autostereoskopische Displays vorgesehenes Beleuchtungssystem, bei dem 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 sind hierbei die notwendigerweise hohe Anzahl an Lampen und auch wieder die im wesentlichen auf zweikanalige 3D-Darstellungen eingeschränkte Verwendbarkeit dieses Beleuchtungssystems.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe der eingangs beschriebenen Art so weiter zu entwickeln, daß durch Umschaltung zwischen zwei Betriebsmodi in einem ersten Betriebsmodus eine zweidimensionale und in einem zweiten Betriebsmodus eine dreidimensional wahrnehmbare Darstellung einer Szene bzw. eines Gegenstandes möglich ist.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Anordnung nach den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen dieser Anordnung sind gemäß der Merkmale in den Ansprüchen 2 bis 20 vorgesehen.

Im Rahmen der Ausgestaltungen umfaßt eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 mindestens eine Lichtquelle und einen planen optischen Lichtleiter, der von zwei einander gegenüberliegenden Großflächen und umlaufenden Schmalflächen begrenzt ist, wobei die von der Lichtquelle ausgehende Strahlung über wenigstens eine der Schmalflächen in den Lichtleiter eingekoppelt wird, dort teils infolge Totalreflexion an den beiden Großflächen hin- und herreflektiert und teils als Nutzlicht über eine der beiden Großflächen abgestrahlt wird, und wobei die der abstrahlenden Großfläche gegenüberliegende zweite Großfläche mit einer die Totalreflexion störenden Beschichtung aus Partikeln versehen ist, deren Störvermögen über die flächige Ausdehnung der zweiten Großfläche hinweg zwischen zwei Grenzwerten inhomogen ist.

Damit kann mit wenig aufwendigen technischen Mitteln auf einfache Art und Weise die Lichtdichteverteilung beeinflußt über die abstrahlende Großfläche hinweg eine gewünschte Lichtdichteverteilung erzeugt werden. Die Funktionsweise läßt sich wie folgt erklären:
Das Licht breitet sich innerhalb des Lichtleiters im wesentlichen in Richtung der Großflächen aus, wobei kontinuierlich Licht als Nutzlicht an der abstrahlenden Großfläche austritt, da bei jeder Reflexion an der abstrahlenden Großfläche lediglich ein Teil des Lichtes infolge Totalreflexion wieder in den Lichtleiter hineinreflektiert wird. Mit der auf die der abstrahlenden Großfläche gegenüberliegende zweite Großfläche aufgebrachten Beschichtung wird die Totalreflexion gestört, indem das Reflexionsverhalten durch Beeinflussung des Ausfallwinkels an der zweiten Großfläche so geändert wird, daß mehr Licht unter einem Winkel auf die abstrahlende Großfläche trifft, bei dem die Totalreflexion dort nicht mehr vollkommen stattfinden kann und dadurch eine größere Lichtmenge als Nutzlicht nach außen gelangt.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß es sich bei dem hier beschriebenen Lichtleiter um einen transparenten Körper handelt, der beispielsweise aus Glas, Acrylglas oder Polystyrol, also aus einem dichteren Medium besteht als die umgebene Luft. Es ist bekannt, daß dort, wo die Mantelfläche eines Lichtleiters mit benachbarten Stoffen oder Gegenständen in engen Kontakt kommt, die Totalreflexion gestört wird und dabei Streustrahlungen die Folge sind. Dies ist in der Lichtleitertechnik grundsätzlich unerwünscht. Die vorliegende Ausgestaltung jedoch nutzt diesen Effekt, um die Totalreflexion an einer Großfläche des Lichtleiters definiert zu stören, und zwar so, daß das Störvermögen an unterschiedlichen Abschnitten der Großfläche auch unterschiedlich ausgeprägt ist, wie im folgenden noch gezeigt wird.

Eine weiterführende Ausgestaltungsvariante sieht vor, daß mit wachsendem Abstand x von einer Schmalfläche, in die das Licht eingekoppelt wird, das Störvermögen der Beschichtung zunehmend stärker ausgebildet ist. Dabei kann das Störvermögen progressiv in parallel zu dieser Schmalfläche ausgerichteten streifenförmigen Flächenabschnitten zunehmend ausgebildet sein. Im gesonderten Falle kann die der Einkopplung gegenüber liegende Schmalfläche reflektierend ausgebildet sein, so daß dorthin gerichtete Strahlung in den Lichtleiter zurückgeworfen wird.

Hierdurch ergibt sich eine im Hinblick auf die Technologie des Aufbringens der Beschichtung einfache Lösung, die für viele Anwendungszwecke ausreichend ist. So kann vorgesehen sein, daß in einem ersten Flächenabschnitt nahe der Schmalfläche eine Beschichtung aufgebracht ist, bei welcher der mittlere Abstand der Partikel pro Flächeneinheit groß und damit die Störung der Totalreflexion verhältnismäßig gering ist. Im nächsten parallel hierzu ausgerichteten Flächenabschnitt, der beispielsweise im Abstand x₁ von der Schmalfläche beginnt, ist der mittlere Abstand der Partikel pro Flächeneinheit kleiner als im ersten Flächenabschnitt und damit die Störung der Totalre flexion stärker ausgeprägt. In einem dritten Flächenabschnitt, beginnend im Abstand x₂ von der betreffenden Schmalfläche, ist der mittlere Abstand der Partikel pro Flächeneinheit wiederum geringer, d. h. es sind mehr Partikel pro Flächeneinheit vorhanden, was zur Folge hat, daß die Totalreflexion in diesem Bereich noch stärker gestört wird. Das setzt sich in dieser Weise über die gesamte zweite Großfläche fort, wobei der am weitesten von der betreffenden Schmalfläche entfernte Flächenabschnitt die größte Dichte an Partikeln pro Flächeneinheit aufweist und damit auch das Störvermögen dort am ausgeprägtesten ist.

Damit wird in der Nähe der Lichtquelle bzw. nahe der Schmalfläche, in die das Licht eingestrahlt wird, zwar die Totalreflexion am wenigsten gestört, aufgrund der größeren Lichtintensität aber ein ausreichend großer Teil des Lichtes durch die abstrahlende Großfläche ausgekoppelt. Mit zunehmender Entfernung von der Schmalfläche und mit zunehmender Dichte der Partikel in der Beschichtung wird die Totalreflexion jedoch progressiv zunehmend stärker gestört, so daß in jedem der Bereiche der abstrahlenden Großfläche, die diesen Flächenabschnitten gegenüberliegen effektiv etwa ebenso viel Licht ausgekoppelt wird, wie nahe der Schmalfläche.

Auf diese Weise kann eine etwa homogen leuchtende Großfläche erzielt werden, die auch die dreifache meßbare Leuchtdichte pro Flächeneinheit aufweist, als dies bei vergleichbaren aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen der Fall ist. Dies macht sich insbesondere bei sehr großflächigen Lichtleitern bemerkbar, was für Großbilddarstellungen von Vorteil ist.

Eine noch weitere Steigerung der Helligkeit ist mit einer weiteren Ausgestaltung möglich, bei der das Störvermögen der Beschichtung mit wachsenden Abständen x₁ und x₂, ausgehend von zwei Schmalflächen, in die jeweils Licht eingekoppelt wird, zunehmend stärker ausgebildet ist. Dabei kann es sich um zwei Schmalflächen handeln, die sich am Lichtleiter parallel gegenüberliegen. Auch in diesem Falle kann das Störvermögen der Beschichtung so ausgebildet sein, daß das Störvermögen progressiv in parallel zueinander und zu den Schmalflächen ausgerichteten streifenförmigen Abschnitten zunimmt, und zwar bis zu einem Maximum, das etwa in Mitte der Längsausdehnung der zweiten Großfläche liegt.

Bevorzugt ist als Beschichtung ein Lack außen auf die zweite Großfläche aufgebracht, wobei die örtliche Lackdichte ein Äquivalent für das Störvermögen an diesem Ort ist. Die Lackdichte kann nach der Funktion d = f(x) definiert sein, wobei x das Maß für den Abstand von der Schmalfläche ist, in die das Licht eingekoppelt wird, und d einem Dichtewert entspricht. Dabei gilt beispielsweise d = 1 für einen vollständig lackierten Bereich und d = 0 für einen unlackierten Bereich der zweiten Großfläche.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann als Dichtefunktion d=f(x)=a3·x3+a2·x2+a1·x+a0 vorgegeben sein, wobei die Parameter a₀, a₁, a₂ und a₃ wählbar sind. Beispielsweise haben sich die Parameter a₀= 0, a₁= 4, a₂= -4 und a₃= 0 bewährt.

Dies kann weiterhin derart ausgestaltet sein, daß die Dichte d nicht nur in Abhängigkeit von dem Abstand x von der Schmalfläche, in die das Licht eingekoppelt wird, vorgegeben ist, sondern auch in Abhängigkeit von der senkrecht dazu verlaufenden Koordinate y. Dann ist beispielsweise die Lackdichte nach der Funktion d = f(x,y) definiert, wobei x wie schon vorbeschrieben ein Maß für den Abstand von der Schmalfläche ist, in die das Licht eingekoppelt wird, y jedoch ein Maß für eine Position senkrecht zu diesem Abstand. Damit kann für jeden Ort x,y auf der zweiten Großfläche die Dichte der Beschichtung vorgegeben werden und Einfluß genommen werden auf die Lichtmenge, die in einem gegenüberliegenden Bereich durch die abstrahlende Großfläche austritt.

Die Dichtefunktion d = f(x,y) kann vor allem dann von Interesse sein, wenn ein ganz bestimmtes Leuchtdichteprofil über die abstrahlende Großfläche hinweg erzeugt werden soll. So läßt sich mit der Funktion d = 1 für [0,4<x<0,6 und 0,4<y<0,6], sonst d = 0, ein besonders heller Fleck etwa in der Mitte der abstrahlenden Großfläche erzielen, wenn die Werte x bzw. y auch hier normiert sind, d. h. wenn beispielsweise gilt x_min=y_min=0, x_max=y_max=1 . Auf diese Weise können besonders hohe Leuchtdichten in diesem mittleren Fleck erreicht werden.

Das Aufbringen des Lackes außen auf die zweite Großfläche kann durch ein übliches Druckverfahren, z. B. durch Siebdruck, erfolgen, indem ein der Dichtefunktion entsprechendes Bild erzeugt werden, das die gesamte zweite Großfläche einschließt, wobei auch hier wieder d = 1 für eine vollackierte Flächeneinheit und d = 0 eine nicht mit Lack versehene Flächeneinheit gilt. Die Erzeugung dieses Bildes kann gegebenenfalls eine Gradationskurve zugrunde gelegt werden.

In einer abgewandelten Ausführung kann die gesamte zweite Großfläche von außen homogen lackiert, d.h. mit einer Beschichtung gleichmäßiger Dichte versehen sein. Dann wird besonders viel Licht durch die abstrahlende Großfläche ausgekoppelt, wobei allerdings Inhomogenitäten auftreten, da nahe der einstrahlenden Lichtquelle die Intensität am größten ist.

Eine Vergleichmäßigung kann in diesem Falle mit einer über die abstrahlende Großfläche gelegten Folie erzielt werden, die das Licht abschnittsweise mehr oder weniger dämpft. Das Dämpfungsverhalten kann mit einer Funktion beschrieben werden, die der weiter oben genannten Dichtefunktion adäquat ist, wobei allerdings der Wert der größten Dichte hier eine maximale Dämpfung bzw. Auslöschung des Lichtes zur Folge hat. Die Vorteile bestehen im wesentlichen in preiswert herzustellenden Beleuchtungseinrichtungen, die sich aus wenigen Bauteilen technologisch einfach herstellen lassen und die insbesondere für helle Beleuchtungen mit ausgezeichneter Lichtausnutzung geeignet sind.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Beschichtung aus einer Vielzahl von Partikeln mit höherem und Partikeln mit geringerem Störvermögen gebildet ist, die in vorgegebenen Mengenverhältnissen aufgebracht sind, wobei in Flächenbereichen der zweiten Großfläche, in denen die Totalreflexion stärker gestört werden soll, die Partikel mit höherem Störvermögen und in Flächenbereichen, in denen die Totalreflexion weniger stark gestört werden soll, die Partikel mit geringerem Störvermögen überwiegen. Sehr vorteilhaft lassen sind als Partikel mit höherem Störvermögen matte Silberteilchen und als Partikel mit geringem Störvermögen glänzende Silberteilchen verwenden. Auch diese können mittels Druckverfahren aufgebracht werden, wobei es beispielsweise vorteilhaft ist, wenn in einem ersten Druckvorgang die glänzenden, in einem zweiten Druckvorgang die matten Silberteilchen aufgebracht werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß von der Beschichtung Teilbereiche ausgespart sind und die zweite Großfläche in diesen Teilbereich eine möglichst hohe Lichtdurchlässigkeit aufweist. In besonderen Fällen können diese Teilbereiche in regelmäßigen, frei wählbaren Mustern angeordnet sein, die sich dann als Sättigungsmuster auf der abstrahlenden Großfläche ausprägen.

Die vorstehend erläuterte Beleuchtungsvorrichtung einschließlich ihrer Ausgestaltungsvarianten ist ausgezeichnet zur Verwendung in autostereoskopischen Displays geeignet, die mit einer transluzenten Bildwiedergabe arbeiten.

Die Beleuchtungsvorrichtung ist dabei zwischen einer Bildwiedergabeeinrichtung und einem Wellenlängenfilterarray angeordnet; die Bildwiedergabeeinrichtung ist zur Darstellung eines Kombinationsbildes aus einer Vielzahl von Bildelementen ausgebildet, die Informationen aus mehreren Ansichten der Szene/des Gegenstandes wiedergeben; das Wellenlängenfilterarray weist eine Vielzahl von in vorgegebenen Wellenlängenbe reichen lichtdurchlässigen Wellenlängenfilterelementen auf; dem Wellenlängenfilterarray ist eine zusätzliche Lichtquelle nachgeordnet; es sind Mittel vorgesehen, mit denen in einem ersten Betriebsmodus zwecks dreidimensionaler Darstellung Licht ausschließlich von der zusätzlichen Lichtquelle durch das Wellenlängenfilterarray und die Bildwiedergabeeinrichtung hindurch zu einem Betrachter gelangt oder in einem zweiten Betriebsmodus überwiegend oder ausschließlich Licht der zwischen dem Wellenlängenfilterarray und der Bildwiedergabeeinrichtung positionierten Beleuchtungsvorrichtung zu dem Betrachter gelangt, dessen Blick auf die Reihenfolge Bildwiedergabeeinrichtung, Beleuchtungsvorrichtung, Wellenlängenfilterarray und zusätzliche Lichtquelle gerichtet ist.

Besonders vorteilhaft ist, wenn im ersten Betriebsmodus nur die zusätzliche Lichtquelle eingeschaltet ist. Dagegen sind im zweiten Betriebsmodus sowohl die zusätzliche Lichtquelle als auch die in den Lichtleiter einstrahlende Lichtquelle eingeschaltet oder es ist die zusätzliche Lichtquelle ausgeschaltet, dagegen die in den Lichtleiter einstrahlende Lichtquelle eingeschaltet.

Auf diese Weise ist es möglich, bei entsprechend gewähltem Betriebsmodus den autostereoskopischen Effekt bei der Darstellung der Szene bzw. des Gegenstandes hervor- oder aufzuheben, so daß für einen Betrachter entweder die dreidimensionale oder lediglich eine zweidimensionale Wahrnehmung möglich ist, wie später noch ausführlich gezeigt werden wird.

Als alternatives Mittel zur Auswahl der Betriebsmodi kann zwischen der zusätzlichen Lichtquelle und dem Wellenlängenfilterarray ein ansteuerbarer Shutter angeordnet sein, der je nach Ansteuerung den von der Lichtquelle ausgehenden Strahlengang unterbricht oder freigibt. So wird auf einfache Weise erreicht, daß über die gesamte Bildfläche hinweg entweder eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Darstellung angeboten wird. Abweichend davon kann auf vorgegebenen Flächenabschnitten der abstrahlenden Großfläche eine dreidimensionale, zur gleichen Zeit auf den übrigen Flächenabschnitten nur zweidimensionale Darstellung erzeugt werden, wenn der Shutter so ausgebildet ist, daß er abschnittsweise angesteuert werden kann.

Denkbar ist weiterhin eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Display zur autostereoskopischen Wiedergabe, welches eine aus einer Vielzahl von Bildwiedergabeelementen gebildete Bildwiedergabeeinrichtung, ein Wellenlängenfilterarray mit einer Vielzahl von in vorgegebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässigen Wellenlängenfilterelementen sowie eine in Blickrichtung eines Betrachters hinter dem Wellenlängenfilterarray angeordnete flächige Lichtquelle umfaßt, wobei vorgesehen ist, daß das Wellenlängenfilterarray mindestens auf der der Lichtquelle abgewandten Seite mit spiegelnden oder streuenden Oberflächenelementen ausgestattet ist und weiterhin Mittel vorgesehen sind, durch welche Licht zumindest zeitweise auf diese Oberflächenelemente gerichtet ist.

Dabei ist in einem ersten Betriebsmodus lediglich Strahlung auf die der flächigen Lichtquelle zugewandten Seite des Wellenlängenfilterarrays gerichtet. In einem zweiten Betriebsmodus ist in einer ersten Beleuchtungsvariante Strahlung auf beide Seiten des Wellenlängenfilterarrays gerichtet oder es trifft in einer zweiten Beleuchtungsvariante nur Strahlung auf die mit Oberflächenelementen versehene, der flächigen Lichtquelle abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays.

Mit anderen Worten: in einem ersten, die autostereoskopische dreidimensionale Bildwiedergabe ermöglichenden Betriebsmodus wird Licht der Beleuchtungsvorrichtung ausschließlich auf die dem Betrachter abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays gerichtet, und in einem zweiten, die zweidimensionale Bildwiedergabe ermöglichenden Betriebsmodus wird Licht der Beleuchtungsvorrichtung mindestens auf die dem Betrachter zugewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays gerichtet.

Der erste Betriebsmodus ermöglicht die dreidimensionale Wiedergabe der Szene, die auf dem bilddarstellenden Raster der Bildwiedergabeeinrichtung in mehreren Perspektivansichten dargestellt ist. Der dreidimensionale Eindruck entsteht für den Betrachter deshalb, weil für jedes Auge des Betrachters, beeinflußt durch die Positionen der Wellenlängenfilterelemente relativ zu den Positionen zugeordneter Bildwiedergabeelemente bzw. durch die damit festgelegten Ausbreitungsrichtungen des Lichts, nur Bildinformationen aus zugeordneten Perspektivansichten sichtbar sind.

Im zweiten Betriebsmodus, in dem nicht bzw. nicht nur das durch das Wellenlängenfilterarray hindurch gerichtete Licht in die Augen des Betrachters gelangt, sondern auch das auf die der flächigen Lichtquelle abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (und damit auf die Oberflächenelemente) gerichtete und von dort reflektierte Licht durch das bilddarstellende Raster hindurch für den Betrachter sichtbar ist, ist die Wirkung der Richtungsselektion und damit auch die Zuordnung von Bildinformationen zu dem rechten oder linken Auge aufgehoben, was zur Folge hat, daß die Darstellung der Szene/des Gegenstandes vom Betrachter lediglich zweidimensional wahrgenommen wird.

Der Unterschied zwischen den beiden Beleuchtungsvarianten beim zweiten Betriebsmodus besteht darin, daß bei der einen Beleuchtungsvariante aufgrund des zusätzlichen Lichtdurchsatzes durch das Wellenlängenfilterarray rückseitig mehr Licht auf das bilddarstellende Raster einfällt und damit die Helligkeit des zweidimensional erscheinenden Bildes verstärkt wird. Bei der anderen Beleuchtungsvariante dagegen erscheint die zweidimensionale Darstellung bei geringer Helligkeit.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zusätzliche Lichtquellen zur Beleuchtung der mit Oberflächenelementen versehenen Seite des Wellenlängenfilterarrays vorgesehen und diese zusätzlichen Lichtquellen sowie auch die flächige Lichtquelle jeweils mit separat ansteuerbaren Ein-/Ausschaltern gekoppelt.

Damit ist es in einfacher Weise je nach Ansteuerung der Ein-/Ausschalter möglich, entweder mit der flächigen Lichtquelle lediglich die (vom Betrachter aus) rückseitige Fläche des Wellenlängenfilterarrays, die mit Oberflächenelementen versehene betrachterseitige und die rückseitige Fläche des Wellenlängenfilterarrays oder nur die mit Oberflächenelementen versehene betrachterseitige Fläche des Wellenlängenfilterarrays zu beleuchten und wie oben beschrieben, dem Betrachter je nach Betriebsmodus eine zwei- oder dreidimensionale Wahrnehmung der Szene bzw. des Gegenstandes anzubieten.

In einer alternativen Ausgestaltungsvariante können anstelle der Ein-/Ausschalter LC-Shutter vorgesehen sein, die in den auf die jeweilige Seite des Wellenlängenfilterarrays gerichteten Strahlengängen positioniert und so ansteuerbar sind, daß entsprechend den Betriebsmodi nur Strahlung auf die rückseitige Fläche des Wellenlängenfilterarrays, auf die rückseitige und auf die dem Betrachter zugewandte (mit Oberflächenelementen versehene) Fläche oder nur auf die dem Betrachter zugewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays gerichtet sind.

Alternativ kann die Beleuchtung nur der einen Seite oder beider Seiten des Wellenlängenfilterarrays auch mit Hilfe von schwenkbar gelagerten Reflektoren erzielt werden, die seitlich zum Wellenlängenfilterarray und in Relation zu der flächigen Lichtquelle so positioniert sind, daß in einer ersten Schwenkposition die von der flächigen Lichtquelle ausgehende Strahlung nur auf die Rückseite des Wellenlängenfilterarrays, in einer zweiten Schwenkposition die von der flächigen Lichtquelle ausgehende Strahlung auf beide Seiten des Wellenlängenfilterarrays gerichtet ist. Auf die zusätzlichen Lichtquellen kann in diesem Falle verzichtet werden. Als flächige Lichtquelle kann eine von mehreren Lampen gespeiste Einrichtung vorgesehen sein.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß die Oberflächenelemente lediglich auf die opaken Flächenbereiche eines insbesondere als LC-Displays ausgebildeten Wellenlängenfilterarrays aufgebracht sind.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
1 die prinzipielle Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer für die Anordnung zur wahlweise zweidimensionalen oder autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe geeigneten Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle und einem planen Lichtleiter;
2 ein Beispiel für eine mögliche Strukturierung der Dichte d der Beschichtung in der Beleuchtungsvorrichtung nach 1 in einer stark vergrößerten Darstellung;
3 ein Beispiel der Beleuchtungsvorrichtung nach 1 mit einer weiteren Lichtquelle zur Einkopplung von Licht in den Lichtleiter;
4 ein Beispiel für die Strukturierung der Dichte d der Beschichtung bei Ausführung der Beleuchtungsvorrichtung entsprechend 3 in einer stark vergrößerten Darstellung;
5 bis 7 Beispiele für unterschiedliche Dichteverteilungen über die zweite Großfläche hinweg bei Ausführung der Beleuchtungseinrichtung gemäß 1 ;
8 ein Beispiel für die Dichteverteilung über die zweite Großfläche hinweg bei Ausführung der Beleuchtungseinrichtung gemäß 3;
9 ein Beispiel für den prinzipiellen Aufbau einer Anordnung zur zwei- oder dreidimensionalen Darstellung, in welche die Beleuchtungsvorrichtung nach 1 oder 3 integriert ist;
10 ein stark vergrößerter Ausschnitt aus der Struktur des Wellenlängenfilterarrays;
11 ein stark vergrößerter Ausschnitt aus der Bildstruktur der Bildwiedergabeeinrichtung;
12 ein prinzipieller Aufbau einer Anordnung zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung, in welcher die Beleuchtungsvorrichtung integrierbar ist;
13 ein Beispiel für die Anordnung von streuenden oder spiegelnden Oberflächenelementen auf dem Wellenlängenfilterarray;
14 ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel einer für die Anordnung zur wahlweise zweidimensionalen oder autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe geeigneten Beleuchtungsvorrichtung unter Einbeziehung von streuenden oder spiegelnden Oberflächenelementen auf dem Wellenlängenfilterarray.
In 1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung dargestellt, die eine Lichtquelle 1 und einen planen Lichtleiter 2 umfaßt. Der Lichtleiter 2 ist durch zwei einander gegenüber liegende Großflächen 2.1 und 2.2 sowie durch umlaufende Schmalflächen begrenzt, von denen in der gewählten Darstellung lediglich Schnitte zu sehen sind.
Diese Beleuchtungsvorrichtung ist zur Anwendung in einer Anordnung zur wahlweise zweidimensionalen oder autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe nach der vorliegenden Erfindung geeignet und ist somit Teil einer solchen Anordnung.
Das Zusammenwirken der übrigen Baugruppen einer solchen Anordnung mit einer Beleuchtungsvorrichtung dieser Art oder von Ausgestaltungsvarianten davon bei der Umschaltung von einem ersten Betriebsmodus zur zweidimensionalen in einen zweiten Betriebsmodus zur dreidimensional wahrnehmbaren Darstellung einer Szene bzw. eines Gegenstandes oder umgekehrt wird weiter unten anhand 12 erläutert.
Die zwei weiteren, den Lichtleiter 2 begrenzenden Schmalflächen sind parallel unterhalb und oberhalb der Zeichenebene vorstellbar.
Die Lichtquelle 1 besteht beispielsweise aus einer stabförmigen Lampe, deren Längsausrichtung senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist, wobei die Lichtquelle 1 in bezug auf die Schmalfläche 2.3 so positioniert ist, daß die von ihr ausgehende Strahlung durch die Schmalfläche 2.3 hindurch in den Lichtleiter 2 eingekoppelt wird. Die eingekoppelte Strahlung wird zu einem Teil L₁ innerhalb des Lichtleiters hin- und herreflektiert und zu einem Teil L₂ als Nutzlicht über die Großfläche 2.1 abgestrahlt.
Um nun die Lichtdichteverteilung über die abstrahlende Großfläche 2.1 hinweg in einem vorgegebenen Maß zu beeinflussen zu können, ist auf der der abstrahlenden Großfläche 2.1 gegenüberliegenden Großfläche 2.2 eine die Totalreflexion störende Beschichtung 4 vorgesehen, die aus einzelnen Partikeln besteht und deren Störvermögen über die flächige Ausdehnung der Großfläche 2.2 hinweg zwischen zwei Grenzwerten inhomogen ist. Die Grenzwerte des Störvermögens sind mit der Dichte der Be schichtung bestimmt, wobei die Dichte der Beschichtung ein Maß für den mittleren Abstand der Partikel zueinander pro Flächeneinheit ist.
Der Lichtquelle 1 kann in einer bevorzugten Ausgestaltung noch ein Reflektor 3 zugeordnet sein, der zur Erhöhung der Intensität der auf die Schmalfläche 2.3 gerichteten Strahlung beiträgt.
2 zeigt ein Beispiel dafür, wie die Dichte d der Beschichtung 4 und damit deren Störvermögen über die Großfläche 2.2 hinweg strukturiert sein kann. Die Großfläche 2.2 ist mit Blickrichtung A aus 1 stark vergrößert dargestellt.
Die über die Großfläche 2.2 hinweg unterschiedliche Dichte ist durch Schraffuren mit unterschiedlichem Abstand der Schraffurlinien symbolisiert. Es sei angenommen, daß in Flächenbereichen mit größerem Abstand der Schraffurlinien zueinander eine geringere Dichte, in Flächenabschnitten mit geringerem Abstand zwischen den Schraffurlinien eine größere Dichte und damit ein ausgeprägteres Störvermögen der Beschichtung 4 gegeben ist.
Aus 2 in Beziehung zu 1 geht weiterhin hervor, daß nahe der Schmalfläche 2.3, durch welche das Licht in den Lichtleiter 2 eingekoppelt wird, die Dichte bzw. das Störvermögen gering, mit wachsendem Abstand x von dieser Schmalfläche 2.3 jedoch progressiv von Flächenabschnitt zu Flächenabschnitt zunehmend stärker ausgebildet ist.
Dies hat zur Folge, daß in der Nähe der Schmalfläche 2.3 aufgrund der geringsten Dichte der Beschichtung 4 die Totalreflexion am wenigsten gestört wird, trotzdem aber infolge der aufgrund der Nähe der Lichtquelle 1 hohen Lichtintensität ein Teil L₂ des Lichtstromes aus der Großfläche 2.1 austritt, der im wesentlichen ebenso groß ist wie der durch die Großfläche 2.1 hindurchtretende Lichtstrom in größerer Entfernung x von der Schmalfläche 2.3, da mit zunehmender Entfernung x zwar die Lichtintensität geringer, aufgrund der zunehmenden Störung der Totalreflexion aber mehr Licht durch die abstrahlende Großfläche 2.1 ausgekoppelt wird.
Mit zunehmenden Abstand x von der Schmalfläche 2.3 nimmt demnach zwar die Lichtintensität ab, jedoch das Störvermögen der Beschichtung 4 zu, was bei entsprechender Auslegung der Dichte d dazu führt, daß über die gesamte Großfläche 2.1 hinweg das Licht mit nahezu gleicher Intensität abgestrahlt wird.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine weitere Lichtquelle 5 vorgesehen ist und die von der Lichtquelle 5 ausgehende Strahlung noch zusätzlich durch die Schmalfläche 2.4 in den Lichtleiter 2 eingekoppelt wird. Um in diesem Falle eine Vergleichmäßigung der Lichtabstrahlung über die Großfläche 2.1 zu erzielen, ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, die nicht zweite Großfläche 2.2 mit einer Beschichtung 4 zu versehen, deren Störvermögen in diesem Falle von beiden Schmalflächen 2.3 und 2.4 ausgehend zur Mitte des Lichtleiters 2 hin bis zu einem gemeinsamen Maximum zunehmend stärker ausgebildet ist. Dies ist schematisch anhand 4 dargestellt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß mit zunehmenden Abständen x von den Schmalflächen 2.3 und 2.4 die Beschichtung 4 die Totalreflexion von Flächenabschnitt zu Flächenabschnitt stärker stört und dadurch dafür gesorgt wird, daß trotz abnehmender Lichtintensität immer noch die gleiche bzw. eine ausreichende Lichtmenge durch die Großfläche 2.1 als Nutzlicht abgestrahlt wird.
Die aus einer Vielzahl einzelner Partikel bestehende Beschichtung 4 kann durch unterschiedliche Materialien realisiert werden. So ist es beispielsweise denkbar, daß Partikel mit höherem und Partikel mit geringerem Störvermögen vorgesehen sind und diese beiden Arten von Partikeln in einem vorgegebenen Mengenverhältnis auf die Großfläche 2.2 aufgebracht werden. Dabei überwiegen in Flächenbereichen, in denen die Totalreflexion stärker gestört werden soll, Partikel mit höherem Störvermögen und in Flächenbereichen, in denen die Totalreflexion weniger stark gestört werden soll, die Partikel mit geringerem Störvermögen. Beispielsweise können die Partikel mit höherem Störvermögen matte Silberteilchen und die Partikel mit geringerem Störvermögen glänzende Silberteilchen sein.
Eine alternative Ausführung hierzu, die technologisch einfacher herstellbar ist, sieht eine aus einem Lack bestehende Beschichtung 4 vor. In diesem Falle ist die örtliche Lackdichte ein Äquivalent für das Störvermögen an einem betreffenden Ort. Ist beispielsweise die Lackdichte mit der Funktion d = f(x) definiert, ist x wie bereits angegeben das Maß für den Abstand von der Schmalfläche 2.3 und/oder der Schmalfläche 2.4 und d ein Maß für die Dichte mit den Grenzwerten d = 0 und d = 1, wobei 1 das Störvermögen bei größter Lackdichte und 0 das Störvermögen bei fehlender Lackschicht angeben. Beispielsweise sind in d=f(x)=a3·x3+a2·x2+a1·x+a0 die Parameter a₀, a₁, a₂ und a₃ wählbar. Als vorteilhafte Parametersätze haben sich im Zusammenhang mit der Anordnung nach 1 bewährt

(1) a₀ = 0; a₁ = 0,5; a₂ = 2; a₃ = -0,5;
(2) a₀ = 0; a₁ = 0; a₂ = 1; a₃ = 0;
(3) a₀ = 0; a₁ = 0,5; a₂ = -0,5; a₃ = 1 .

Für die Anordnung nach 3 kann vorteilhaft vorgegeben werden

(4) a₀ = 0, a₁ = 4, a₂ = -4 und a₃ = 0.

In 5 bis 8 ist für die Parametersätze (1) bis (4) die Dichteverteilung in Abhängigkeit vom Abstand x dargestellt. Die Parameter sind grundsätzlich frei wählbar. Jedoch ist darauf zu achten, daß die Funktion d = f(x) im Definitionsbereich [x_min, x_max] Werte 0 ≤ d ≤ 1 liefert. Dabei beschreiben die Werte x_min und x_max trivialerweise die horizontale Ausdehnung der zu lackierenden Großfläche 2.2. Vorzugsweise ist x_min= 0 der Position der Schmalfläche 2.3 bzw. 2.4 zugeordnet, in die das Licht eingekoppelt wird, und x_max kann durch einfache Normierung auf den Wert 1 gebracht werden. Im Ausführungsbeispiel nach 1 und 3 ist x_min der Position der Schmalfläche 2.3 zugeordnet.
Werden Lichtquellen 1, 5 verwendet, die in Richtung y (vgl. 2 und 4) Licht mit inhomogener Intensität abstrahlen, so kann vorgesehen sein, die Dichte nicht nur in Richtung x, sondern auch in Richtung y zu variieren, wodurch die Dichtefunktion dann die Form d = f(x,y) erhält.
In ähnlicher Weise wie bereits beschrieben wird damit erreicht, daß an Orten innerhalb des Lichtleiters 2 mit geringerer Intensität die Großfläche 2.2 eine dichtere Beschichtung 4 aufweist, wobei die Totalreflexion stärker dort gestört ist und dadurch die durch die Großfläche 2.1 hindurchtretende Menge an Nutzlicht bzw. die Intensität des Nutzlichtes erhöht wird. Dagegen ist an Orten höherer Intensität entlang der Koordinate y eine geringere Dichte d und damit ein geringeres Störvermögen vorgesehen, wobei trotzdem eine ausreichende Lichtmenge als Nutzlicht durch die Großfläche 2.1 nach außen gelangt. Es wird also zusätzlich auch in Richtung der Koordinate y eine Vergleichmäßigung der abgestrahlten Lichtmenge erzielt.
Selbstverständlich kann dies nicht nur dazu genutzt werden, die durch die Großfläche 2.1 abgestrahlte Lichtmenge zu vergleich mäßigen, sondern es kann mit der Variation der Dichte d, wenn diese in entsprechender Weise vorgegeben ist, vor allem auch erreicht werden, daß durch bevorzugte Flächenabschnitte der Großfläche 2.1 Licht mit höherer Lichtintensität abgestrahlt wird als durch andere Flächenabschnitte. Auf diese Weise lassen sich je nach Vorgabe Lichtstrukturen und -figuren erzeugen, die sich durch größere oder geringere Helligkeit von ihrer Umgebung auf der Großfläche 2.1 abheben. Auf diese Weise kann bei Bedarf ein besonders heller Fleck in der Mitte der abstrahlenden Großfläche 2.1 erzielt werden, wie weiter oben bereits dargestellt wurde.
In einer besonderen Ausgestaltung kann beispielhaft die gesamte Großfläche 2.2 homogen lackiert bzw. verspiegelt werden, so daß besonders viel Licht durch die Großfläche 2.1 – dann allerdings nicht mit homogener Verteilung- abgestrahlt wird.
Im folgenden wir die Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung in einer Anordnung zur wahlweise dreidimensionalen oder zweidimensionalen Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes ausführlicher erläutert. Eine solche Anordnung, in welche die Beleuchtungsvorrichtung integriert ist, ist in ihrem prinzipiellen Aufbau in 9 dargestellt.
Diesbezüglich sind in der Blickrichtung B eines Betrachters zunächst eine Bildwiedergabeeinrichtung 6 in Form eines transluzenten LC-Displays, dann ein Lichtleiter 2, ein Wellenlängenfilterarray 7 und eine Planbeleuchtungsquelle 8 angeordnet, wobei letztere beispielsweise als Planon-Lichtkachel (Hersteller „OSRAM") ausgebildet sein kann. Zur Homogenisierung der Strahlungsintensität, die von der Planbeleuchtungsquelle 8 ausgeht, kann zwischen der Planbeleuchtungsquelle 8 und dem Wellenlängenfilterarray 7 eine Streuscheibe eingeordnet sein, die hier jedoch zeichnerisch nicht wiedergegeben ist. Die Beschichtung 4 kann dabei in einer besonderen Ausführungsform eine zugleich das Filterarray bildende Lackschicht sein.
Auf der Bildwiedergabeeinrichtung 6 werden Kombinationsbilder dargestellt, die Bildinformationen aus mehreren Ansichten, insbesondere Perspektivansichten der darzustellenden Szene bzw. des Gegenstandes, beinhalten. Um zu gewährleisten, daß der Betrachter stets gleichzeitig Bildinformationen aus unterschiedlichen Ansichten, d. h. aus unterschiedlichen Bildkanälen, sieht, wird das Wellenlängenfilterarray 7 in Abhängigkeit von den einzelnen Bildwiedergabeelementen der Bildwiedergabeeinrichtung 6, bevorzugt in Pixel- oder Subpixelgröße, strukturiert. Beispielhaft ist in 10 eine mögliche Struktur für das Wellenlängenfilterarray und in 11 eine Zuordnung der Perspektivansichten zu den Bildelementen der Bildwiedergabeeinrichtung 6 dargestellt.
So sind in 10 in einem stark vergrößerten Ausschnitt einzelne Filterelemente des Wellenlängenfilterarrays 7 entsprechend ihrer Durchlässigkeit für bestimmte Wellenlängenbereiche gekennzeichnet. Dabei sind die mit R' gekennzeichneten Filterelemente lediglich im Bereich des roten Lichtes, die mit G' gekennzeichneten Filterelemente lediglich im Bereich des grünen Lichtes und die mit B' gekennzeichneten Filterelemente lediglich im Bereich des blauen Lichtes durchlässig. Mit S sind Filterelemente gekennzeichnet, die lichtundurchlässig sind.
11 zeigt einen ebenfalls stark vergrößerten Ausschnitt der Struktur zugeordneter Bildwiedergabeelemente der Bildwiedergabeeinrichtung 6. Während in 10 jedes Quadrat einem Filterelement entspricht, entspricht in 11 jedes Quadrat einem Bildwiedergabeelement. Die in die Bildwiedergabeelemente eingetragenen Ziffern bezeichnen jeweils eine von acht Perspektivansichten, aus denen die jeweilige Bildinformation stammt. Auf der Bildwiedergabeeinrichtung 6 erscheint also ein Kombinationsbild, das entsprechend 11 aus einzelnen Bildinformationen von acht Perspektivansichten zusammengesetzt ist. Über das gesamte Raster der Bildwiedergabeeinrichtung 6, das wie bereits dargelegt ein LC-Display sein kann, ist die Anzahl der Bildwiedergabeelemente wesentlich größer als hier dargestellt, und die Ausdehnung der einzelnen Bildwiedergabeelemente ist wesentlich geringer.
Die Rasterung der Filterelemente und der Bildwiedergabeelemente sind bezüglich ihrer Abmessungen zueinander proportional oder identisch. Autostereoskopische Einrichtungen, die nach diesem Prinzip arbeitet, sind bekannt und müssen deshalb hier nicht näher erläutert werden. Statt dessen soll hier auf die Funktion der in diese Anordnung integrierten Beleuchtungseinrichtung eingegangen werden.
Diesbezüglich zeigt 9 die schon im ersten Ausführungsbeispiel erwähnte Lichtquelle 1 mit dem Reflektor 3, die nahe der Schmalfläche 2.3 des Lichtleiters 2 angeordnet ist, so daß die von der Lichtquelle 1 ausgehende Strahlung mit möglichst hoher Intensität durch die Schmalfläche 2.3 hindurch in den Lichtleiter 2 eingekoppelt wird. Sowohl die Lichtquelle 1 als auch die Planbeleuchtungsquelle 8 sind mit separat ansteuerbaren Ein-/Ausschaltern gekoppelt, wodurch es möglich ist, entweder nur die Lichtquelle 1 oder nur die Planbeleuchtungsquelle 8 oder auch beide zu betreiben. Damit lassen sich die bereits genannten beiden Betriebsmodi realisieren.
In dem ersten Betriebsmodus, in dem die Planbeleuchtungsquelle 8 ein-, dagegen aber die Lichtquelle 1 ausgeschaltet ist, erreicht der Beleuchtungsstrahlengang durch das Wellenlängenfilterarray 7, den Lichtleiter 2 und die Bildwiedergabeeinrichtung 6 hindurch die Augen des Betrachters, wobei beiden Augen, vorgegeben durch die Position der Wellenlängenfilterelemente relativ zu den Positionen der zugeordneten Bildwiedergabeelemente, unterschiedliche Bildinformationen angeboten werden und insofern für den Betrachter ein räumlicher Eindruck der auf der Bildwiedergabeeinrichtung dargestellten Szene bzw. des Gegenstandes entsteht.
Im zweiten Betriebsmodus ist auch oder nur die Lichtquelle 1 eingeschaltet, was zur Folge hat, daß überwiegend oder ausschließlich Licht zum Betrachter gelangt, das zwar von der Großfläche 2.1 kommt und Bildinformationen mit sich führt, jedoch nicht das Wellenlängenfilterarray 7 passiert hat. Damit entfällt die Selektion und Richtungsvorgabe für ausgewählte Bildinformationen und deren Zuordnung zu dem rechten oder linken Auge des Betrachters, so daß die dreidimensionale Wahrnehmung nicht möglich ist. Sind beide Lichtquellen 1 und 8 eingeschaltet, gilt letztere Feststellung insbesondere dann, wenn der noch durch das Wellenlängenfilterarray 7 dringende Lichtanteil bezogen auf die Leuchtdichte pro Flächeneinheit deutlich geringer ist, als der bezogen auf die Großfläche 2.1 von der Lichtquelle 1 herrührende Lichtanteil.
Das vom Wellenlängenfilterarray 7 im wesentlichen unbeeinflußte Licht durchdringt in diesem Fall die Bildwiedergabeeinrichtung 6 und trägt die Bildinformationen gleichberechtigt zu beiden Augen des Betrachters, so daß dieser die auf der Bildwiedergabeeinrichtung 6 die Szene/den Gegenstand zweidimensional wahrnimmt.
Die Beschichtung 4 dient in diesem Falle dazu, möglichst viel Nutzlicht über die Großfläche 2.1 bei eingeschalteter Lichtquelle 1 abzustrahlen. Die Beschichtung 4 ist in dem hier gewählten Beispiel vorzugsweise aus matten und glänzenden Silberpartikeln gebildet.
Zur Vergleichmäßigung der Einkopplung des Lichtes von der Lichtquelle 1 in den Lichtleiter 2 können zwischen Lichtquelle 1 und Lichtleiter 2 (nicht dargestellte) Zylinderlinsen oder auch eine Streuscheibe vorgesehen sein. Die Dichtestruktur der Beschichtung 4 ist in diesem Fall beispielsweise wie in 2 dargestellt ausgebildet, wodurch erreicht wird, daß die Intensität des über die Großfläche 2.1 abgestrahlten Nutzlichtes über die gesamte Großfläche 2.1 weitestgehend gleichmäßig ist und insofern eine gleichmäßig verteilte Bildhelligkeit gewährleistet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel soll nachfolgend eine weitere Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung, wiederum im Zusammenhang mit einem Displays zur autostereoskopischen Wiedergabe, vorgestellt und erläutert werden, wobei auch hierbei die Umschaltung von einer dreidimensionalen Wiedergabe auf eine zweidimensionale Wiedergabe und umgekehrt ermöglicht.
Den prinzipiellen Aufbau einer Anordnung zur wahlweise zweidimensionalen oder autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe zeigt 12. Schematisch darge stellt sind dort eine Planbeleuchtungsquelle 9, ein Wellenlängenfilterarray 10 und eine mit einer Ansteuerelektronik 12 gekoppelte Bildwiedergabeeinrichtung 11. Die Planbeleuchtungsquelle 9 besteht beispielsweise ebenfalls aus einer OSRAM-Flachlampe „Planon". Denkbar ist auch die Verwendung einer flächigen Lichtquelle, wie sie in herkömmlichen LC-Displays genutzt wird.
Aus der Blickrichtung B eines Betrachters ist zunächst die Bildwiedergabeeinrichtung 11, dahinter das Wellenlängenfilterarray 10 und hinter diesem die Planbeleuchtungsquelle 9 angeordnet. Das Wellenlängenfilterarray 10 besteht aus einer Vielzahl von Filterelementen etwa mit den Abmessungen 0,99 mm (Breite) und 0,297 mm (Höhe). Diese Abmessungen sind abgestimmt auf ein Farb-LC-Display „Batron BT 63212", das als Bildwiedergabeeinrichtung 11 dienen soll. Der Abstand zwischen Bildwiedergabeeinrichtung 11 und Wellenlängenfilterarray 10 beträgt im gewählten Beispiel 2 mm.
Die Zuordnung der einzelnen Bildwiedergabeelemente der Bildwiedergabeeinrichtung 11 zu den einzelnen Filterelementen des Wellenlängenfilterarrays 10 entspricht den Darstellungen nach 10 und 11. Die Ansteuerelektronik 12 hat die Funktion eines Bezeichners, die darin besteht, das Kombinationsbild in vorgegebenen Zeittakten zu verändern. So können beispielsweise in größeren Zeitabständen Standbilder gegeneinander ausgetauscht werden oder durch Austausch in entsprechend kürzeren Zeitabständen, die die Trägheit des Auges berücksichtigen, bewegte Bilder erzeugt werden.
Wie in 11 dargestellt, werden dem Kombinationsbild acht Perspektivansichten zugrunde gelegt, d. h. die Bildinformationen werden aus acht Perspektivansichten bezogen und zu einem Gesamtbild kombiniert. Jedes der in 11 als Quadrat dargestelltes Subpixel hat in bezug auf eine Perspektivansicht stets exakt die gleiche Position innerhalb des Bildrasters. Dieses Raster ist auch hier wesentlich größer als in 11 dargestellt und besteht entsprechend dem bereits genannten LC-Display des vorgenannten Typs beispielsweise aus 1024 Spalten und 768 Zeilen. Die Bildkombination und Bildgeneration auf diesem LC-Display wird durch die Ansteuerelektronik 12 besorgt.
Es ist vorgesehen, daß die opaken Teilflächen auf der der Planbeleuchtungsquelle 9 abgewandten Seite des Wellenlängenfilterarrays 10 mit streuenden Oberflächenelementen 13 beschichtet sind. Die streuenden Oberflächenelemente 13 sind beispielsweise in eine 0,5 mm dicke Scheibe durch Ätzen eingearbeitet. Diese Ätzungen sind lediglich in Flächenbereichen vorgesehen, die den in 10 mit S bezeichneten opaken Filterelemente entsprechen. Die übrigen mit R', G' und B' bezeichneten Filterelemente bleiben von dieser Ätzung bzw. von streuenden Oberflächenelementen 13 frei und sind insofern ungehindert transparent.
Seitlich neben der so mit streuenden Oberflächelementen 13 strukturierten Außenfläche des Wellenlängenfilterarrays 10 sind zusätzliche Lichtquellen 14 positioniert (vgl. 13), und zwar so, daß die von den zusätzlichen Lichtquellen 14 ausgehende Strahlung auf die streuenden Oberflächenelemente 13 trifft. Auch können den zusätzlichen Lichtquellen 14 Reflektoren 15 zugeordnet sein, die für eine Erhöhung der Intensität der auf die streuenden Oberflächenelemente 13 gerichteten Strahlung sorgen.
Bevorzugt werden stabförmige Lampen verwendet, deren Ausdehnung etwa der Längenausdehnung des Wellenlängenfilterarrays 10 senkrecht zur Zeichenebene entspricht. Bei der Positionierung der zusätzlichen Lichtquellen 14 ist zu beachten, daß die der Planbeleuchtungsquelle 9 zugewandte Seite der Wellenlängenfilterarrays 10 von den zusätzlichen Lichtquellen 14 nicht beleuchtet wird.
Bei eingeschalteten zusätzlichen Lichtquellen 14 trifft das von dort aus gehende Licht nicht nur auf die streuenden Oberflächenelemente 13, sondern beleuchtet aufgrund des verhältnismäßig geringen Abstandes von nur 2 mm zwischen Wellenlängenfilterarray 10 und Bildwiedergabeeinrichtung 11 relativ diffus und homogen auch das bilddarstellende Raster der Bildwiedergabeeinrichtung 11.
Auch hier sind die Planbeleuchtungsquelle 9 und die zusätzlichen Lichtquellen 14 jeweils getrennt ein- und ausschaltbar, so daß sich die bereits erwähnten beiden Betriebsmodi einstellen lassen.
Im ersten Betriebsmodus sind die zusätzlichen Lichtquellen 14 ausgeschaltet. Die Bildwiedergabeeinrichtung 11 wird ausschließlich durch die Planbeleuchtungsquelle 9 durch das Wellenlängenfilterarray 10 hindurch beleuchtet. In diesem Betriebsmodus findet eine Richtungsselektion aufgrund der Lagezuordnung von Filterelementen und Bildwiedergabeelementen statt, die wie beschrieben dafür sorgt, daß jedem Auge des Betrachters nur ausgewählte Bildinformationen sichtbar sind und damit der dreidimensionale Eindruck für den Betrachter entsteht.
Im zweiten Betriebsmodus sind lediglich die zusätzlichen Lichtquellen 14 eingeschaltet, während die Planbeleuchtungsquelle 9 ausgeschaltet ist. In diesem Betriebsmodus ist für einen Betrachter das auf der Bildwiedergabeeinrichtung 11 dargestellte Kombinationsbild bzw. die dargestellte Szene zweidimensional wahrnehmbar, da das von der Bildwiedergabeeinrichtung 11 zum Betrachter gelangende Licht bezüglich seiner Richtung nicht durch die Zuordnung von Filterelementen und Bildwiedergabeelementen beeinflußt ist, sondern gleichmäßig die Bildwiedergabeeinrichtung durchstrahlt und das Licht von allen Bildwiedergabeelementen gleichberechtigt die Augen des Betrachters erreicht.
Optional kann im zweiten Betriebsmodus auch die Planbeleuchtungsquelle 9 eingeschaltet sein, wobei das Kombinationsbild ebenfalls zwei- oder dreidimensional wahrnehmbar ist, je nach Leuchtdichteverhältnis pro Flächeneinheit der Beleuchtungsquellen 9 und 14. In diesem Betriebsmodus ist aufgrund des zusätzlichen Lichtdurchsatzes durch die Filterelemente R', G', B' rückseitig Licht höherer Intensität auf die Bildwiedergabeeinrichtung 11 gerichtet. Die Bildhelligkeit ist angehoben.
Anstelle von Ein- und Ausschaltern zur Steuerung der Beleuchtung können auch Shutter vorgesehen sein, die jeweils in die Strahlengänge eingeordnet sind und je nach Bedarf den entsprechenden Lichtweg sperren oder freigeben. Die Steuerung des Ein- und Ausschaltens der Lampen kann in allen beschriebenen Fällen über Prozessoren mit Hilfe von Software erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante dieser Anordnung kann auch vorgesehen sein, daß lediglich die Planbeleuchtungsquelle 9 vorhanden ist und das Licht der Planbeleuchtungsquelle 9 über seitlich zum Wellenlängenfilterarray 10 angeordnete Reflektoren 16, wie in 14 dargestellt, auch auf die der Planbeleuchtungsquelle 9 abgewandte Außenseite des Wellenlängenfilterarrays 10 gelangen kann.
Dabei wird Licht von der Planbeleuchtungsquelle 9 einerseits unmittelbar zum Wellenlängenfilterarray 10 hin und zusätzlich über seitlichen Schmalflächen in Richtung auf die Reflektoren 16 abgestrahlt. Die Reflektoren 16 sind schwenkbar gelagert. Dabei ist in einer ersten Schwenkposition die von der Planbeleuchtungsquelle 9 ausgehende Strahlung nicht auf die streuenden Oberflächenelemente 13 in Blickrichtung eines Betrachters, in einer zweiten Schwenkposition auch auf die streuenden Oberflächenelemente 13 gerichtet.
Auf diese Weise ist im ersten Fall, d. h. in der ersten Schwenkposition gewährleistet, daß das von der Planbeleuchtungsquelle 9 ausgehende Licht lediglich durch das Wellenlängenfilterarray 10 hindurch und durch die Bildwiedergabeeinrichtung 11 hindurch zum Betrachter gelangt, während in der zweiten Schwenkposition auch Licht zum Betrachter gelangt, das bezüglich seiner Ausbreitungsrichtung nicht von der Zuordnung von Filterelementen zu Bildwiedergabeelementen beeinflußt ist. So ist im ersten Fall die dreidimensionale, im zweiten Fall die zweidimensionale Wahrnehmung der Darstellung möglich.
Weitere Ausgestaltungsvarianten sind denkbar, z. B. in der Weise, daß die Reflektoren 16 nicht schwenkbar gelagert sind, sondern fest so eingestellt sind, daß die von den Seitenflächen der Planbeleuchtungsquelle 9 austretende und auf die Reflektoren 16 gerichtete Strahlung stets von diesen umgelenkt und auf die streuenden Oberflächenelemente 13 gerichtet wird, jedoch zwischen den lichtabstrahlenden Schmalflächen und den Reflektoren ansteuerbare Shutter 17 vorgesehen sind, die diesen Lichtweg je nach Vorgabe sperren oder freigeben. Bei freigegebenem Lichtweg zu den Reflektoren 16 ist die Wahrnehmung zweidimensional, bei gesperrtem Lichtweg dreidimensional wahrnehmbar.
Außerdem können anstelle der streuenden Oberflächenelemente spiegelnde Oberflächenelemente vorgesehen sein, welchen die mit S bezeichneten Flächenbereiche (vgl. 10) überdecken.
Möglich ist es außerdem, daß zusätzlich an der Seite des Wellenlängenfilterarrays 10, die der Planbeleuchtungsquelle 9 zugewandt ist, reflektierende Oberflächenelemente 13' aufgebracht sind, wodurch erreicht wird, daß über einen bestimmten Grenzwinkel hinaus einfallendes Licht von dieser Fläche reflektiert und unter diesem Grenzwinkel, etwa senkrecht einfallendes Licht transmittiert wird. Auf diese Weise ist vorteilhaft erreicht, daß das schräg auf das Wellenlängenfilterarray 10 auftreffende Licht über seitlich angebrachte Reflektoren teilweise zur Beleuchtung der streuenden Oberflächenelemente 13 genutzt werden kann, während das Wellenlängenfilterarray 10 nach wie vor trotzdem noch durchstrahlt wird.

Claims

Anordnung zur wahlweise zweidimensionalen oder autostereoskopisch dreidimensionalen Bildwiedergabe, mit – einer aus einer Vielzahl von Bildwiedergabeelementen gebildeten Bildwiedergabeeinrichtung (6, 11), auf der Bildinformationen aus unterschiedlichen Ansichten eines darzustellenden Objekts gezeigt werden, – einem in Blickrichtung eines Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung (6, 11) angeordneten Wellenlängenfilterarray (7, 10), das – aus einer Vielzahl von in vorgegebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässigen Wellenlängenfilterelementen besteht und – so strukturiert ist, daß der Betrachter bei Beleuchtung der Bildwiedergabeeinrichtung (6, 11) durch das Wellenlängenfilterarray (7, 10) hindurch Bildinformationen aus den unterschiedlichen Ansichten des Objekts sieht, und – auf der dem Betrachter zugewandten Seite mit reflektierenden und/oder lichtstreuenden Oberflächenelementen (13) ausgestattet ist, und – einer zwischen mehreren Betriebsmodi umschaltbaren Beleuchtungsvorrichtung, wobei – in einem ersten, die autostereoskopische dreidimensionale Bildwiedergabe ermöglichenden Betriebsmodus Licht der Beleuchtungsvorrichtung ausschließlich auf die dem Betrachter abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) gerichtet wird, und – in einem zweiten, die zweidimensionale Bildwiedergabe ermöglichenden Betriebsmodus Licht der Beleuchtungsvorrichtung mindestens auf die dem Betrachter zugewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) gerichtet wird.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Beleuchtungsvorrichtung eine auf der in Blickrichtung des Betrachters hinter dem Wellenlängenfilterarray (7, 10) angeord nete, über einen ansteuerbaren Ein-/Aus-Schalter schaltbare flächige Lichtquelle (8, 9) aufweist, die im ersten Betriebsmodus eingeschaltet ist und mit der in diesem Betriebsmodus ausschließlich die dem Betrachter abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) beleuchtet wird.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Beleuchtungsvorrichtung zusätzliche, über einen ansteuerbaren Ein-/Aus-Schalter schaltbare Lichtquellen (1, 14) aufweist, mit denen die dem Betrachter zugewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) beleuchtet wird.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Beleuchtungsvorrichtung zusätzliche Lichtquellen (1, 14) aufweist, mit denen die dem Betrachter zugewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) beleuchtet wird, wobei in den Beleuchtungsstrahlengängen ansteuerbare LC-Shutter (17) vorgesehen sind, die je nach Ansteuerung die Beleuchtung der dem Betrachter zugewandten Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) freigeben oder unterbrechen.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Beleuchtungsvorrichtung schwenkbar gelagerte Reflektoren (16) aufweist, die das von der in Blickrichtung des Betrachters hinter dem Wellenlängenfilterarray (7, 10) angeordneten Lichtquelle (9) ausgesandte Licht – in einer ersten Schwenkposition ausschließlich auf die dieser Lichtquelle (9) zugewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10), – in einer zweiten Schwenkposition auf beide Seiten des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) und – in einer dritten Schwenkposition ausschließlich auf die dieser Lichtquelle (9) abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) richten.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Oberflächenelemente (13) auf den opaken Flächenelementen des Wellenlängenfilterarrays (7, 10) positioniert sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der als flächige Lichtquelle (8, 9) eine von mehreren Lampen gespeiste Einrichtung vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Beleuchtungsvorrichtung mindestens eine Lichtquelle (1) und einen planen optischen Lichtleiter (2) umfaßt, der von zwei einander gegenüberliegenden Großflächen (2.1, 2.2) und umlaufenden Schmalflächen (2.3, 2.4) begrenzt ist, – wobei die von der Lichtquelle (1) ausgehende Strahlung über wenigstens eine der Schmalflächen (2.3) in den Lichtleiter (2) eingekoppelt wird, dort teils infolge Totalreflexion an den beiden Großflächen (2.1, 2.2) hin- und herreflektiert und teils als Nutzlicht über eine der beiden Großflächen (2.1) abgestrahlt wird, – und wobei die der abstrahlenden Großfläche (2.1) gegenüberliegende zweite Großfläche (2.2) mit einer die Totalreflexion störenden Beschichtung (4) aus Partikeln versehen ist, deren Störvermögen über die flächige Ausdehnung der zweiten Großfläche (2.2) hinweg zwischen zwei Grenzwerten inhomogen ist.
Anordnung nach Anspruch 8, bei der die Grenzwerte von der Dichte d der Beschichtung (4) abhängig sind und die Dichte d ein Maß für den mittleren Abstand der Partikel zueinander pro Flächeneinheit ist.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der mit wachsendem Abstand x von einer Schmalfläche (2.3), in die das Licht eingekoppelt wird, das Störvermögen der Beschichtung (4) zunehmend stärker ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, bei der das Störvermögen mit wachsendem Abstand x in parallel zur Schmalfläche (2.3) ausgerichteten streifenförmigen Flächenabschnitten progressiv zunehmend stärker ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der das Störvermögen der Beschichtung (10) mit wachsenden Abständen x₁, x₂ von zwei Schmalflächen (2.3, 2.4), in die jeweils Licht eingekoppelt wird, zunehmend stärker ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 12, bei der zwei sich parallel gegenüberliegende Schmalflächen (2.3, 2.4) zur Einkopplung des Lichtes vorgesehen sind und das Störvermögen mit wachsenden Abständen x₁, x₂ in parallel zu der jeweiligen Schmalfläche (2.3, 2.4) ausgerichteten streifenförmigen Flächenabschnitten progressiv bis zu einem gemeinsamen Maximum zunehmend ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei der als Beschichtung (4) ein Lack außen auf die zweite Großfläche (2.1) aufgebracht ist, wobei die örtliche Lackdichte ein Äquivalent für das Störvermögen an diesem Ort ist.
Anordnung nach Anspruch 14, bei der die Lackdichte nach der Funktion d = f(x) definiert ist, – mit x einem Maß für den Abstand von der jeweiligen Schmalfläche (2.3, 2.4), in die das Licht eingekoppelt wird und – mit d einem Wert für die Dichte, wobei d = 1 für eine vollständig lackierte Fläche und d = 0 für eine unlackierte Fläche gilt.
Anordnung nach Anspruch 14, bei der die Lackdichte nach der Funktion d = f(x,y) definiert ist, – mit x einem Maß für den Abstand von der jeweiligen Schmalfläche (2.3, 2.4), in die das Licht eingekoppelt wird, – mit y einem Maß für eine Position senkrecht zum Abstand x.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei der die Beschichtung (4) aus einer Vielzahl von Partikeln mit höherem und von Partikeln mit geringerem Störvermögen gebildet ist, die in vorgegebenen Mengenverhältnissen vorgesehen sind, wobei in Flächenbereichen der zweiten Großfläche (2.2), in denen die Totalreflexion stärker gestört werden soll, die Partikel mit höherem Störvermögen und in Flächenbereichen, in denen die Totalreflexion weniger stark gestört werden soll, die Partikel mit geringerem Störvermögen überwiegen.
Anordnung nach Anspruch 17, bei der als Partikel mit höherem Störvermögen matte Silberteilchen und als Partikel mit geringerem Störvermögen glänzende Silberteilchen vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, bei der von der Beschichtung (4) Teilbereiche ausgespart sind und die zweite Großflächen (2.2) in diesen Teilbereichen lichtdurchlässig ist.
Anordnung nach Anspruch 19, bei der die Teilbereiche in regelmäßigen Mustern angeordnet sind.