DE10059085C2 - Anordnung zur räumlichen Darstellung und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der räumlichen Darstellung von Gegenstän­ den und Szenen mit einem autostereoskopischen Verfahren, bei dem mehrere Ansich­ ten, beispielsweise verschiedene Perspektivansichten eines Gegenstandes bzw. einer Szene, zwar gleichzeitig optisch wiedergegeben werden, durch geeignete Maßnahmen jedoch jedem Auge eines Betrachters nur eine Auswahl dieser Ansichten oder eine Auswahl von Teilen dieser Ansichten sichtbar gemacht wird. Der hierbei entstehende parallaktische Effekt erlaubt dem Betrachter eine räumliche Wahrnehmung mit deutli­ cher Tiefenstaffelung aus einem breiten Betrachtungsbereich heraus.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung zur räumlichen Darstellung sowie weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Anord­ nung.

Die Erfindung geht von einer aus DE 200 02 149 U1 bekannten Anordnung zur räumlichen Darstellung eines Gegenstandes oder einer Szene aus, bei der auf einem Display, beispielsweise einem LC-Display, ein Kombinationsbild angezeigt wird, das aus einer Vielzahl von Bildelementen besteht. Die Bildelemente korrespondieren mit den Subpixeln des LC-Displays und repräsentieren in definierter Zuordnung Informa­ tionen aus verschiedenen Ansichten eines Gegenstandes oder einer Szene, wobei von den einzelnen Bildelementen Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen abgestrahlt wird. In Blickrichtung eines Betrachters vor oder auch hinter dem LC-Display zur Anzei­ ge des Kombinationsbildes ist ein Filterarray angeordnet, das eine Vielzahl von in be­ stimmten Wellenlängenbereichen durchlässigen Filterelementen aufweist.

Die Filterelemente sind dabei derart angeordnet, daß für das von dem LC-Display abge­ strahlte Licht definierte Ausbreitungsrichtungen vorgegeben sind, so daß an einem ersten Betrachtungsort überwiegend Informationen einer ersten Gruppe von Ansichten und an einem zweiten Betrachtungsort, der neben dem ersten Betrachtungsort liegt, überwiegend Informationen einer zweiten Gruppe von Ansichten wahrnehmbar sind, wobei eine Vielzahl derartiger Betrachtungsorte existieren. Dadurch ergibt sich ein breiter Betrachtungswinkel auf die Anordnung, d. h. die Raumwirkung geht bei einer Bewegung des Betrachters in einem großen Winkelbereich vor der Anordnung nicht verloren. Vielmehr gewinnt der Betrachter den Eindruck, sich tatsächlich relativ zu den dargestellten Gegenständen oder einer dargestellten Szene räumlich zu bewegen.

Die Verwendung eines LC-Displays zur Anzeige eines Kombinationsbildes ermöglicht es, die angezeigten Bildinhalte zu wechseln. Neben bewegten Bildern ist es auch mög­ lich, Standbilder anzuzeigen. Allerdings ist insbesondere für den letzten Fall der appa­ rative Aufwand sehr hoch.

In DE-PS 755 039 ist ein Verfahren zur Erzeugung räumlich wirkender Bilder be­ schrieben, bei dem zwei Raster aus linienförmigen Filterelementen nacheinander in einen Strahlengang gestellt werden, wobei die Linienausrichtung auf dem einen Raster mit der Linienausrichtung auf dem anderen Raster einen Winkel ein­ schließt, der von Null verschieden ist. Dieser Winkel kann beispielsweise 90° be­ tragen. Aufgrund der sich so kreuzenden Filterelemente entsteht in Durchblick­ richtung ein Array aus in Zeilen und Spalten angeordneten einzelnen Filterele­ menten, das zur Belichtung einer photoempfindlichen Emulsion und damit zur Aufnahme von stereoskopischen Teilbildern genutzt wird. Auf der Emulsion ent­ stehen dabei in Zeilen und Spalten angeordnete Bildelemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur räumlichen Darstellung derart weiterzubilden, daß bei einem einfachen Aufbau die räumliche Darstellung eines Gegenstandes oder einer Szene in der Art eines Standbildes möglich ist. Weiterhin soll mit der Erfindung ein entsprechendes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstel­ lung einer solchen Anordnung angegeben werden.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Anordnung zur räumlichen Darstellung gelöst, die wie folgt umfaßt:

• - ein flächenhaftes transparentes Substrat,
• - ein stillstehendes Kombinationsbild aus einer Vielzahl von in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordneten Bildelementen, die Teilinformationen von verschiedenen räumlichen Ansichten der Szene oder des Gegenstandes darstellen und in einer vorgegebenen Anordnung auf einer Seite des Sub­ strates angeordnet sind,
• - ein Filterarray aus einer Vielzahl von in einem Raster aus Zeilen und Spalten in einer vorgegebenen Anordnung angeordneten Wellenlängenfiltern, das auf der dem Kombinationsbild gegenüberliegenden Seite des Substrates auf­ gebracht ist,

wobei das Raster des Filterarrays zu dem Raster des Kombinationsbildes in vor­ gegebener Ausrichtung angeordnet ist, auf das Substrat Positioniermarken auf­ gebracht sind, die zur Ausrichtung der Raster dienen, und wobei durch die Anord­ nung der Raster relativ zueinander mehrere Betrachtungspositionen festgelegt werden, in denen ein Betrachter mit dem einen Auge zumindest überwiegend Bild­ elemente erster räumlicher Ansichten der Szene oder des Gegenstandes und mit dem anderen Auge zumindest überwiegend Bildelemente zweiter räumlicher An­ sichten der Szene oder des Gegenstandes wahrnimmt.

Durch das Aufbringen sowohl des Kombinationsbildes als auch des Filterarrays auf ein gemeinsames Substrat ergibt sich eine in ihrem Aufbau einfache Baueinheit, bei der die bisher erforderlichen aufwendigen Montageschritte zur Hintereinanderschaltung des Kombinationsbildes und des Filterarrays entfallen. Das transparente Substrat wirkt da­ bei gleichzeitig als Abstandshalter zwischen dem Kombinationsbild und dem Filter­ array, um den für die optische Wirkung des autostereoskopischen Effektes erforderli­ chen Abstand genau einzuhalten.

Vorzugsweise werden die Bildelemente und/oder die Filterelemente auf das Substrat aufgedruckt. Hierzu sind herkömmliche Drucktechnologien nutzbar, wobei jedoch si­ cherzustellen ist, daß die auf beiden Seiten des Substrates aufgedruckten Elemente sich in einer definierten Position zueinander befinden. Die Verwendung des Druckens erlaubt überdies eine hohe Variabilität der räumlich darzustellenden Motive wie auch der Struktur des Filterarrays. Zudem wird eine hohe Flexibilität der Fertigung erzielt.

Für die Erzielung der optischen Wirkung ist, wie oben bereits erwähnt, ein gewisser Abstand zwischen dem Kombinationsbild und dem Filterarray erforderlich, d. h. das Kombinationsbild und das Filterarray dürfen nicht unmittelbar aufeinanderliegen. Es hat sich gezeigt, daß mit Substratdicken von mindestens 1 mm bereits befriedigende optische Ergebnisse erzielt werden. Günstiger ist es jedoch, wenn das Substrat eine Mindestdicke von 2 mm aufweist.

Als Substrat können Scheiben aus Glas, transparentem Hartkunststoff oder ähnlichem Material verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch flexible Folien eingesetzt, die sich insbesondere einfach bedrucken und handhaben lassen.

Mitunter sind jedoch herkömmliche Druckfolien zu dünn oder weisen auf ihren beiden Seiten unterschiedliche Bedruckungseigenschaften auf, so daß in einer weiteren, vor­ teilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Substrat aus zwei aneinandergefügten transparenten Folien besteht, die nach dem Fügen bedruckt worden sind. Durch das dem Fügevorgang nachgeordnete Bedrucken läßt sich eine gewünschte Ausrichtung des Kombinationsbildes und des Filterarrays im Vergleich zu einem dem Fügen vorge­ ordneten Bedrucken besser gewährleisten, da Ausrichtungsprobleme beim Zusammen­ führen schon bedruckter Folien vermieden werden.

Neben der Optimierung der Bedruckbarkeit des Substrates läßt sich zudem eine höhere Steifigkeit sowie auch eine bei Bedarf gewünschte Dickenvariation des Substrates er­ zielen. Die Dickenvariation kann vor dem Druckvorgang erfaßt und beim Bedrucken berücksichtigt werden. Der erfaßte Abstand zwischen dem Kombinationsbild und dem Filterarray wird beispielsweise dazu verwendet, um die Ausdehnung und/oder Positio­ nierung der Bildelemente und Filterelemente senkrecht zur Betrachtungsrichtung an den so erfaßten Abstand anzupassen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Filteranordnung opake und transparente Filterelemente auf. Vorzugsweise sind die transparenten Filterelemente als Wellenlängenfilter ausgebildet, die jeweils lediglich in einem bestimmten Wellen­ längenbereich durchlässig sind. Hierdurch läßt sich die Lichtausbeute, der 3D-Eindruck und das Moiré-Verhalten gegenüber einer reinen Schwarz/Weiß-Barriere verbessern. Bei Verwendung von Wellenlängenfiltern können neben den lediglich in bestimmten Wel­ lenlängenbereichen, beispielsweise in den Farben rot, grün und blau, durchlässigen Filterelementen auch solche Filterelemente vorgesehen werden, die im gesamten Be­ reich des sichtbaren Lichts transparent sind. Die Wellenlängenbereiche sind keines­ wegs auf Teilbereiche des sichtbaren Lichtes beschränkt, sondern können für besondere Anwendungsfälle, z. B. in der Medizintechnik, sowohl Wellenlängenbereiche in der infraroten als auch der ultravioletten Strahlung einschließen.

Diese Filterelemente sind in Spalten und Zeilen angeordnet, wodurch eine einfache Struktur und gute Flächenausnutzung des Filterarrays erzielt wird. Die einzelnen Fil­ terelemente besitzen dabei die Form von Rechtecken. Die Bildelemente des Kombinati­ onsbildes sind entsprechend ausgebildet. Jedoch ist es möglich, je nach Betrachtungs­ richtung auf die Anordnung die Filterelemente geringfügig größer auszubilden als die Bildelemente, wenn durch das Kombinationsbild auf das Filterarray geblickt wird. Bei umgekehrter Blickrichtung ist es hingegen vorteilhaft, die Bildelemente etwas größer als die Filterelemente auszuführen.

Hinsichtlich einer besonders guten Wahrnehmbarkeit des dargestellten Bildes ist es empfehlenswert, die Anordnung von der dem Betrachter gegenüberliegenden Seite zu beleuchten. Um den Lichteinfall zu vergleichmäßigen, wird in einer weiteren, vorteilhaf­ ten Ausgestaltung der Erfindung auf der von dem Betrachter abgewandten Seite des Substrates auf das Kombinationsbild oder das Filterarray eine lichtstreuende Schicht aufgebracht. Zur Beleuchtung kann dabei natürliches Licht oder aber auch eine Licht­ quelle genutzt werden.

Wird die Anordnung für Auflichtzwecke verwendet, wobei das Beleuchtungslicht also von der Betrachtungsseite einfällt, so wird die lichtstreuende Schicht zusätzlich lichtreflektierend ausgebildet. Das von der lichtstreuenden und reflektierenden Schicht in Richtung des Betrachters reflektierte Licht ist dann im wesentlichen unstrukturiert.

In einer alternativen Ausgestaltungsform weist die Anordnung weiterhin eine Beleuch­ tungseinrichtung zur Durchleuchtung des Kombinationsbildes und des Filterarrays auf. Diese Beleuchtungseinrichtung wird vorzugsweise flächenhaft ausgebildet und parallel zu dem Substrat angeordnet, so daß sich eine insgesamt flache, flächenhafte Anord­ nung ergibt, die beispielsweise in der Art eines Bildes an die Wand gehängt werden kann.

Bei einer Betrachtung der Anordnung wird durch das Filterarray eine selektive Wahrnehmung der Bildelemente α_ij des Kombinationsbildes bewirkt. Ein Bildelement α_ij ist in diesem Zusammenhang eine selbstleuchtende oder beleuchtete Fläche geringer Größe mit einem Flächeninhalt von etwa 10.000 µm² bis zu mehreren mm², auf der ein geringer Ausschnitt einer der Ansichten A_k (k = 1 . . . n), im folgenden als Teilinformation einer solchen Ansicht A_k (k = 1 . . . n) bezeichnet, an der Stelle i, j wiedergegeben werden kann. Mit dem Indexpaar i, j kann auch die Position in der Ansicht A_k bezeichnet sein, von der die Teilinformation stammt, die auf dem Bildelement α_ij wiedergegeben wird - wozu auch die Ansichten A_k (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 α_ij einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Bild­ elemente α_ij einer zweiten Auswahl aus den Ansichten A_k (k = 1 . . . n) wahr.

Unter einer Auswahl aus den Ansichten A_k (k = 1 . . . n) sind die Ansichten A_k zu verstehen, deren Bildelemente α_ij entweder überwiegend für das eine oder für das andere Auge sichtbar sein sollen. Beispielsweise können die Ausbreitungsrichtungen für Licht, das von Bildelementen α_ij kommt, auf denen Teilinformationen der ersten Auswahl der An­ sichten A_k (k = 1 . . . 4) dargestellt sind, so vorgegeben werden, daß dieses Licht bzw. die­ se Teilinformationen überwiegend das linke Auge eines sich im Betrachtungsraum auf­ haltenden Betrachters erreichen, während die Ausbreitungsrichtungen für das Licht, das von Bildelementen α_ij kommt, auf denen Teilinformationen der übrigen (einer zwei­ ten Auswahl entsprechenden) Ansichten A_k (k = 5 . . . n) dargestellt sind, so vorgegeben werden, daß dieses Licht bzw. diese Teilinformationen überwiegend in das rechte Auge desselben Betrachters gelangen.

In diesem Falle umfaßt demnach die erste, für das linke Auge vorgesehene Auswahl die Ansichten A₁, A₂, A₃ und A₄. Die zweite, für das linke Auge vorgesehene Auswahl würde hierbei die Ansichten A₅, A₆ . . . A_n umfassen.

Darunter sind ausdrücklich auch solche Fälle zu verstehen, in denen das von einem Bildelement α_ij kommende Licht nicht vollständig, sondern nur zum Teil in das betref­ fende Auge des Betrachters gelangt, was beispielhaft bei partieller Abdeckung eines Bildelementes α_ij, etwa durch Anordnungsteile, denkbar ist.

Die Bedingung, daß ein Auge "überwiegend" Bildelemente α_ij bzw. auf diesen Bildele­ menten α_ij wiedergegebene Teilinformationen wahrnimmt, ist auch dann erfüllt, wenn dieses Auge etwa 80% der Bildelemente α_ij sieht, die Teilinformationen der Ansicht A₁ wiedergeben, während das andere Auge zwar ebenfalls solche Bildelemente α_ij, die Tei­ linformationen der Ansicht A₁ wiedergeben, sehen kann, jedoch weniger als 80%.

Wie oben bereits angedeutet, werden die Ausbreitungsrichtungen bevorzugt durch eine Vielzahl von Wellenlängenfilterelementen β_pq des Filterarrays vorgegeben, wobei jeweils ein Bildelement α_ij mit mehreren zugeordneten Wellenlängenfilterelementen β_pq oder ein Wellenlängenfilterelement β_pq mit mehreren zugeordneten Bildelementen α_ij derart korrespondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen der Flächenmitte des sichtbaren Abschnittes eines Bildelementes α_ij und der Flächenmitte des sichtbaren Abschnittes eines Wellenlängenfilterelementes β_pq einer Ausbreitungsrichtung ent­ spricht.

Zwecks Vorgabe der Ausbreitungsrichtungen werden den Bildelementen α_ij, die zuge­ ordnete Teilinformationen der Ansichten A_k (k = 1 . . . n) wiedergeben, genau definierte Positionen i, j auf dem Raster zugewiesen. Den Wellenlängenfilterelementen β_pq, die mit diesen Bildelementen α_ij korrespondieren sollen, werden definierte Positionen p, q auf dem Array zugewiesen. Die Ausbreitungsrichtungen ergeben sich dann aus den Posi­ tionen der Bildelemente α_ij auf dem Raster und den Positionen der korrespondierenden Wellenlängenfilterelemente β_pq auf dem Array in Verbindung mit dem Abstand z zwi­ schen dem Raster und dem Array.

Die Zuordnung von Teilinformationen der Ansichten A_k (k = 1 . . . n) zu Bildelementen α_ij wie auch die Positionierung dieser Bildelemente α_ij auf dem Raster kann nach folgender Funktion vorgenommen werden

Hierin sind bezeichnet mit

• - i der Index eines Bildelementes α_ij in einer Zeile des Rasters,
• - j der Index eines Bildelementes α_ij in einer Spalte des Rasters,
• - k die fortlaufende Nummer der Ansicht A_k (k = 1 . . . n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement α_ij wiedergegeben werden soll,
• - n die Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten A_k (k = 1 . . . n),
• - c_ij eine wählbare Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der verschiedenen von den Ansichten A_k (k = 1 . . . n) stammenden Teilinformationen 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 adressieren die Positionen von Bildelemen­ ten α_ij, für die anzugeben ist, aus welcher der Ansichten A_k (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 beispielsweise im Falle der Darstellung der Teilinformationen auf RGB-Subpixeln der dreifache Wert der Pixel­ auflösung) und j für den vertikalen Index (mit Werten von 1 bis zum Wert der vertikalen Bildelementauflösung).

Soll für eine beliebige, aber feste Anzahl n von Ansichten A_k (k = 1 . . . n), die alle die glei­ che Bildauflösung bzw. das gleiche Format besitzen, das auf dem Raster darzustellen­ de, aus Teilinformationen der Ansichten A_k (k = 1 . . . n) zu kombinierende Gesamtbild er­ mittelt werden, so ist für die Kombinationsvorschrift noch folgendes zu berücksichti­ gen: Die Koeffizientenmatrix c_ij 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 A_k (k = 1 . . . n) kombinierte Gesamtbild wird bei Vorgabe dieser Parameter entsprechend 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 Wellenlängenfilterelemente β_pq, die im Zusammenwirken mit den Bildelementen α_ij die Ausbreitungsrichtungen vorgeben, innerhalb des Arrays mit Spalten p und Zeilen q zu positionieren sind.

Die Wellenlängenfilterelemente β_pq weisen Transparenzwellenlängen- oder Transpa­ renzwellenlängenbereiche γ_b auf, die bevorzugt dem Wellenlängen- oder Wellenlängen­ bereich γ_a des von den korrespondierenden Bildelementen α_ij abgestrahlten Lichtes ent­ sprechen. Für besondere Ausgestaltungen der Erfindung können die Wellenlängenfil­ terelemente β_pq beispielsweise auch Transparenzwellenlängen bzw. Transparenzwel­ lenlängenbereiche γ_b aufweisen, die außerhalb des Spektrums des sichtbaren Lichtes liegen, so daß das sichtbare Licht durch diese Wellenlängenfilterelemente β_pq abge­ blockt wird.

Die Position eines jeden Wellenlängenfilterelementes β_pq ist durch den Index p, q eindeutig festgelegt. Jedem Wellenlängenfilterelement β_pq wird eine bestimmte Trans­ parenzwellenlänge bzw. ein bestimmter Transparenzwellenlängenbereich γ_b zugeord­ net. Dabei erfolgt die Strukturierung der Wellenlängenfilterelemente β_pq zu einem Mas­ kenbild - analog zur Kombination der Teilinformationen der verschiedenen Ansichten A_k (k = 1 . . . n) zu einem Gesamtbild - nach folgender Vorschrift:

Dabei entspricht

• - p dem Index eines Wellenlängenfilterelementes β_pq in einer Zeile des Arrays,
• - q dem Index eines Wellenlängenfilterelementes β_pq in einer Spalte des Arrays,
• - b einer ganzen Zahl, die für ein Wellenlängenfilterelement β_pq an der Position p, q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λ_b fest­ legt und Werte zwischen 1 und b_max haben kann,
• - n_m einem ganzzahligen Wert größer Null, der bevorzugt der Gesamtzahl b_max der Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche entspricht, wobei die Gesamt­ zahl b_max wiederum bevorzugt der Gesamtzahl n der in dem Kombinationsbild dargestellten Ansichten A_k entsprechen kann,
• - d_pq 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 d_pq 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 A_k (k = 1 . . . n) und der Erzeugung des Maskenbildes liegen demzufolge gleichartige oder zumindest artverwandte Vorschriften zugrunde. Die Wellenlängenfilterelemen­ te β_pq als Elemente des Maskenbildes besitzen vorzugsweise etwa die gleiche Flächen­ ausdehnung wie die Bildelemente α_ij.

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.

Weiterhin können auf der einen Seite des Substrates Positioniermarken aufgebracht sein, welche die Lage des Rasters auf der betreffenden Seite kennzeichnen. Das Raster auf der gegenüberliegenden Seite ist dann an diesen Positioniermarken und damit zu dem Raster auf der Gegenseite ausgerichtet. Hierbei ist es möglich, die Positioniermar­ ken in das Raster auf der einen Seite zu integrieren. Dabei können die Positioniermar­ ken so klein ausgebildet werden, daß diese die optische Wirkung der Anordnung nicht beeinträchtigen. Vorzugsweise werden die Positioniermarken jedoch in solchen Berei­ chen des einen Rasters angebracht, welche von opaken oder im wesentlichen opaken Elementen des Kombinationsbildes oder vorzugsweise des Filterarrays auf der gegen­ überliegenden Seite überdeckt werden.

Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstel­ lung einer Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Gegen­ standes, bei dem

• - ein Kombinationsbild aus einer Vielzahl Bildelementen, die Teilinformationen von verschiedenen räumlichen Ansichten der Szene oder des Gegenstandes darstellen, in einer vorgegebenen Anordnung in einem Raster aus Zeilen und Spalten und ein Filterarray aus einer Vielzahl von Wellenlängenfiltern in einer vorgegebenen Anordnung in einem Raster aus Zeilen und Spalten auf gegen­ überliegende Seiten eines flächenhaften transparenten Substrates aufgebracht werden, wobei
• - die Raster anhand von Positioniermarken zueinander ausgerichtet werden, indem zunächst die Lage der Positioniermarken erfaßt wird und dann das Aus­ richten anhand der Positioniermarken erfolgt.

Durch das Aufbringen sowohl des Kombinationsbildes als auch des Filterarrays auf das gleiche Substrat und die Ausrichtung der beiden Raster zueinander im Zusammenhang mit dem Aufbringen wird eine hohe Genauigkeit der Positionierung zwischen dem Kombinationsbild und dem Filterarray erzielt. Überdies werden Montagefehler zwi­ schen dem Kombinationsbild und dem Filterarray vermieden und der Herstellungsauf­ wand vermindert.

Eine Möglichkeit zur Ausrichtung der Raster untereinander besteht darin, zunächst eines der Raster auf eine Seite des Substrates aufzubringen, anschließend das Substrat zu wenden und danach das zweite Raster auf die gegenüberliegende Seite des Substra­ tes aufzubringen, wobei das Aufbringen des zweiten Rasters unter Erfassung der Lage des ersten Rasters erfolgt. Diese Vorgehensweise erlaubt einen diskontinuierlichen Betrieb, bei dem beispielsweise zunächst in einem ersten Fertigungsschritt eine Viel­ zahl von Substraten jeweils mit dem ersten Raster versehen werden und anschließend die halbfertigen Substrate in einem zweiten Fertigungsschritt unter Aufbringung des zweiten Rasters fertiggestellt werden. Als erstes Raster wird beispielsweise das Kombi­ nationsbild aufgebracht. Es ist jedoch auch möglich, als erstes Raster das Filterarray aufzubringen.

Die Ausrichtung des zweiten Rasters kann unmittelbar an Strukturen des ersten Ra­ sters erfolgen, wozu diese entsprechend erfaßt und erkannt werden. In einer alternati­ ven Ausgestaltungsform wird die Lage des ersten Rasters hingegen durch Positionier­ marken gekennzeichnet, so daß die Lageerfassung des ersten Rasters über die Positio­ niermarken erfolgt und das zweite Raster an den erfaßten Positioniermarken und damit indirekt an dem ersten Raster ausgerichtet wird. Dabei werden zur weiteren Vereinfachung der Herstellung und zur Erzielung einer hohen Lagegenauigkeit die Positionier­ marken gleichzeitig mit dem ersten Raster aufgebracht. Vorzugsweise werden die Posi­ tioniermarken solchen Bereichen angeordnet, welche von lichtundurchlässigen Berei­ chen des zweiten Rasters überdeckt werden, so daß die Positioniermarken das optische Zusammenwirken zwischen dem Kombinationsbild und dem Filterarray nicht beein­ trächtigen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Bildelemente des Kombinationsbildes und die Filterelemente des Filterarrays gleichzeitig auf das Substrat aufgebracht. Hierdurch kann die Fertigungszeit für die Anordnung zur räumli­ chen Darstellung weiter verkürzt werden.

Die Ausrichtung der Raster erfolgt beispielsweise mit zwei Einrichtungen zum Aufbrin­ gen der Elemente, wobei die Einrichtungen in einer Referenzposition zueinander aus­ gerichtet werden. Die beiden Raster werden in Bezug auf diese Referenzposition auf­ gebracht, wobei mit einer Einrichtung die Bildelemente des Kombinationsbildes und mit der anderen Einrichtung die Filterelemente des Filterarrays aufgebracht werden.

Es ist jedoch auch möglich, zur Ausrichtung der Raster die Lage eines der Raster zu erfassen und diese Lageinformation beim Aufbringen des anderen Rasters zur Positio­ nierung der aufzubringenden Elemente zu verwenden. Dadurch können auch geringfü­ gige Abweichungen, die beim Aufbringen des ersten Rasters auftreten, bei dem Auf­ bringen des zweiten Rasters spezifisch ausgeglichen werden.

Bei der Lageerfassung kann die Transparenz des Substrates ausgenutzt werden, indem beispielsweise die Lage des ersten Rasters, an dem das zweite Raster auszurichten ist, von der Seite des zweiten Rasters optisch durch das transparente Substrat hindurch erfaßt wird.

Wie bereits oben erläutert, kann das Substrat aus zwei Folien zusammengefügt wer­ den. In diesem Fall erfolgt das Aufbringen der Bildelemente des Kombinationsbildes und der Filterelemente des Filterarrays nach dem Verbinden der Folien miteinander, so daß montagebedingte Lageabweichungen zwischen dem Kombinationsbild und dem Filterarray ausgeschlossen werden.

In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Bildelemente und/oder Filterelemente jeweils unmittelbar auf das Substrat aufge­ druckt. Hierdurch lassen sich unterschiedliche Kombinationsbilder und Filterarrays besonders einfach und schnell herstellen. Je nach dem verwendeten Druckverfahren sind damit Großserien gleichbleibender Motive ebenso möglich wie auch die Herstel­ lung einer Vielzahl unterschiedlicher Einzelbilder. Im letzteren Fall ist es besonders vorteilhaft, zum Aufdrucken der Elemente einen relativ zu dem Substrat positionierba­ ren Druckkopf zu verwenden, mit dem die Bildelemente und/oder Filterelemente zei­ lenweise geschrieben werden. Derartige Druckköpfe sind beispielsweise aus herkömm­ lichen Tintenstrahldruckern bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. Mit einem solchen Druckkopf wird beispielsweise zunächst eine Seite des Substrates beschrieben, dieses anschließend gewendet und hernach mit dem gleichen Druckkopf die andere Seite des Substrates beschrieben.

Wie oben bereits erläutert, können auch zwei Einrichtungen zum Aufbringen des Kom­ binationsbildes und des Filterarrays vorgesehen werden, wobei vorzugsweise für jede Einrichtung ein eigener Druckkopf verwendet wird. Die beiden Druckköpfe können me­ chanisch zueinander ausgerichtet werden, um so eine Ausrichtung der beiden Raster zu ermöglichen. Es ist jedoch auch möglich, für wenigstens einen der Druckköpfe eine zusätzliche Relativbewegbarkeit vorzusehen, die in Abhängigkeit von der erfaßten Lage des auf der gegenüberliegenden Seite mittels des anderen Druckkopfes aufgebrachten Rasters vorgenommen wird. Damit läßt sich eine besonders präzise Ausrichtung der Raster untereinander verwirklichen.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Her­ stellung einer Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Ge­ genstandes mit einem flächenhaften transparenten Substrat, das auf der einen Seite ein Kombinationsbild aus einer Vielzahl von in einer vorgegebenen Anord­ nung in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordneten Bildelementen, die Tei­ linformationen von verschiedenen räumlichen Ansichten der Szene oder des Ge­ genstandes darstellen, und auf der anderen Seite ein Filterarray aus einer Viel­ zahl von in einer vorgegebenen Anordnung in einem Raster aus Zeilen und Spal­ ten angeordneten Wellenlängenfiltern aufweist, wobei die beiden Raster in vorge­ gebener Ausrichtung zueinander angeordnet sind, um fassend:

• - zwei Druckköpfe zum Aufdrucken der Bildelemente und der Wellenlängen filter auf einander gegenüberliegende Seiten des Substrates,
• - eine mit einem ersten der Druckköpfe verbundene Einrichtung zur Generie­ rung von Bildinformationen für auf das Substrat aufzudruckende Bildelemen­ te des Kombinationsbildes,
• - eine mit einem zweiten der Druckköpfe verbundene Einrichtung zur Generie­ rung von Filterinformationen für auf das Substrat aufzudruckende Filterele­ mente des Filterarrays,
• - Mittel zum Bewegen der beiden Druckköpfe relativ zu dem Substrat,
• - Mittel zur Lageerfassung von ausgewählten Strukturen eines der beiden Ra­ ster, die dessen Lage kennzeichnen oder von auf dem Substrat vorhandenen Positioniermarken, und
• - Mittel zur Steuerung der Relativbewegung der beiden Druckköpfe in Abhän­ gigkeit der Lage der ausgewählten Strukturen oder der Positioniermarken.

Wie bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert, lassen sich damit Anord­ nungen zur räumlichen Darstellung schnell und mit einer hohen Lagegenauigkeit zwi­ schen dem Kombinationsbild und dem Filterarray herstellen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Einrichtung bzw. die Einrichtungen zum Aufbringen der Elemente jeweils als Druckkopf zum Aufdrucken auf das Substrat ausgebildet. Dabei können die Druckköpfe beispielsweise wie bei ei­ nem Tintenstrahldrucker ausgebildet werden. Durch die Verwendung herkömmlicher Technologien zum Aufdrucken der Elemente ergibt sich eine besonders effiziente und kostengünstige Fertigungsmöglichkeit.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung umfaßt die Ausrichteinrichtung Mittel zum Bewegen der Einrichtung zum Aufbringen der Elemente relativ zu dem Sub­ strat, Mittel zur Lageerfassung eines bereits auf das Substrat aufgebrachten Rasters oder von dessen Lage kennzeichnender Positioniermarken, sowie Mittel zur Steuerung der Relativbewegung der Einrichtung zum Aufbringen der Elemente in Abhängigkeit der erfaßten Lage. Bei einer derartigen Ausbildung der Ausrichteinrichtung wird das zweite Raster in unmittelbarem Bezug zu dem ersten Raster aufgebracht, so daß bei­ spielsweise eine Abweichung beim Aufbringen des ersten Rasters während des Auf­ bringens des zweiten Rasters berücksichtigt werden kann. Überdies eignet sich die Ausrichteinrichtung auch für solche Vorrichtungen, bei denen sowohl die Bildelemente als auch die Filterelemente mit derselben Einrichtung aufgebracht werden.

Vorzugsweise sind jedoch zwei Einrichtungen zum Aufbringen der Elemente vorgese­ hen, die in Bezug auf das Substrat während des Aufbringens einander gegenüberlie­ gen, derart, daß mit der einen Einrichtung die Elemente des Kombinationsbildes und mit der anderen Einrichtung die Elemente des Filterarrays aufgebracht werden. Damit läßt sich das Substrat in einem einzigen Fertigungsschritt gleichzeitig mit dem Kombi­ nationsbild und mit dem Filterarray versehen.

Die Lagepositionierung zwischen dem Kombinationsbild und dem Filterarray erfolgt vorzugsweise mittels eines mechanischen Kopplungsgliedes zur Parallelführung der Einrichtungen zum Aufbringen der Elemente. Beispielsweise ist es möglich, hierzu zwei Druckköpfe entlang zweier miteinander starr verbundener Parallelführungen zu bewe­ gen, so daß stets ein gleichzeitiges Aufbringen von Zeilen des Kombinationsbildes und der Filteranordnung realisierbar ist. Dabei kann die Bewegung eines jeden Kopfes ent­ lang der Parallelführung gesondert gesteuert werden. Möglich ist jedoch auch eine vollkommen mechanische Kopplung der beiden Einrichtungen zum Aufbringen der Elemente, d. h. eine Bewegungskopplung sowohl in Zeilenrichtung als auch in Spalten­ richtung.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Herstellungsvorrichtung umfaßt die­ se zusätzlich eine Einrichtung zum Generierung von Bildinformationen für die auf das Substrat aufzudruckenden Bildelemente des Kombinationsbildes. Entsprechend kann zusätzlich eine Einrichtung zur Generierung von Filterinformationen für die auf das Substrat aufzudruckenden Filterelemente des Filterarrays vorgesehen werden. Der Vor­ richtung können dann die für die gewünschte Darstellung erforderlichen Bildinformationen in Form von Rohdaten zur Verfügung gestellt werden, welche beispielsweise unterschiedliche Ansichten des darzustellenden Gegenstandes bzw. der darzustellen­ den Szene repräsentieren.

Vorzugsweise werden die Einrichtungen zum Aufbringen der Elemente, die Ausricht­ einrichtung sowie die ggf. vorhandenen Einrichtungen zur Generierung der Bildinfor­ mationen und der Filterinformationen in ein Gerätegehäuse integriert, so daß bei einer Verfügbarkeit einer Datenbasis zur Ableitung eines Kombinationsbildes ein in sich ge­ schlossenes Herstellungsmodul zur Verfügung steht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur räumlichen Darstellung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur räumlichen Darstellung mit einer zusätzlichen Beleuchtungsquelle,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur räumlichen Darstellung mit einer lichtstreuenden Beschichtung,

Fig. 4 ein Beispiel für die Struktur eines Filterarrays mit Filterelementen in Form von Wellenlängenfilterelementen R', G' und B' sowie opaken Elementen S in stark vergrößerter und nicht maßstäblicher Darstellung,

Fig. 5 ein Beispiel für ein Kombinationsbild aus einer Vielzahl von Bildelementen α_ij aus acht Ansichten eines Gegenstandes bzw. einer Szene in stark vergrößerter und nicht maßstäblicher Darstellung,

Fig. 6 die Struktur des Filterarrays nach Fig. 4 für dessen rote Farbfilter R',

Fig. 7 die Position der Bildinformationen aus den Ansichten, die in dem Gesamtbild nach Fig. 5 durch rote Subpixel R wiedergegeben werden, wobei mit der glei­ chen Ziffer gekennzeichnete Pixel aus der gleichen Ansicht stammen,

Fig. 8 die sichtbaren R-Bildinformationen für ein Auge eines Betrachters an einem ersten Betrachtungsort,

Fig. 9 die sichtbaren R-Teilinformationen für das andere Auge an dem Betrachtungs­ ort aus Fig. 8,

Fig. 10 einen Schnitt durch das Substrat mit dem Kombinationsbild und dem Filter­ array,

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles für eine Vorrichtung zur Herstellung einer Anordnung zur räumlichen Darstellung,

Fig. 12 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine solche Vorrichtung, und in

Fig. 13 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Herstellung einer Anordnung zur räumlichen Darstellung.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen jeweils eine Anordnung zur räum­ lichen Darstellung einer Szene und/oder eines Gegenstandes mit einem autostereo­ skopischen Verfahren, das dem Betrachter einen dreidimensionalen Wahrnehmungs­ eindruck erlaubt.

Jede der Anordnungen umfaßt ein flächenhaftes, transparentes Substrat 1, an dem an einer Seite ein stillstehendes Kombinationsbild 2 und an der gegenüberliegenden Seite ein Filterarray 3 angebracht ist. Das Kombinationsbild 2 besteht aus einer Vielzahl von rasterförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Bildelementen α_ij, die in einem vor­ gegebenen Zuordnungsmuster unterschiedlichen Ansichten des Gegenstandes bzw. der Szene entnommen sind. Ein Beispiel für ein solches Zuordnungsmuster ist in Fig. 5 beispielhaft dargestellt, wobei die einer bestimmten Ansicht entnommenen Bildele­ mente jeweils mit der gleichen Ziffer gekennzeichnet sind. Die Bildelemente α_ij können dabei jeweils Farbsubpixel in den Farben rot (R), grün (G) und blau (B) des jeweiligen Ursprungsbildes einer Rohdatenbasis, d. h. der zugehörigen Ansicht des Gegenstandes bzw. der Szene, darstellen. Dagegen ist es aber auch denkbar, in analoger Weise ande­ re zur Farbmischung geeignete Druckverfahren anzuwenden, so beispielsweise ein Druckverfahren, bei dem die Farbsubpixel nach den CMY-Farben Zyan, Magenta und Gelb aufzugliedern sind.

Das Filterarray 3 ist ebenfalls aus einer Vielzahl von rasterförmig angeordneten Ele­ menten in Form von Filtern gebildet, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Dabei ist das Raster des Filterarrays 3 zu dem Raster des Kombinationsbildes 2 so ausgerich­ tet, daß die Zeilen und Spalten der Raster parallel zueinander verlaufen.

Ein Beispiel für ein Filterarray 3 ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die einzelnen Filterele­ mente hier Wellenlängenfilterelemente β_pq ausbilden, d. h. jeweils einen eigenen Trans­ parenzwellenlängenbereich λ_b aufweisen. Die Wellenlängenfilterelemente β_pq - be­ zeichnet mit R', G' und B' - sind hier in Entsprechung zu den Farben Rot, Grün, Blau gewählt. R' kennzeichnet folglich ein im roten Licht transparentes Wellenlängenfil­ terelement, G' ein im grünen Licht transparentes Wellenlängenfilterelement und B' ein im blauen Licht transparentes Wellenlängenfilterelement. Die mit S bezeichneten Fil­ terelemente sind hingegen im gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes opak, also lichtundurchlässig. In Fig. 4 sind die Flächen der Filterelemente vereinfacht quadratisch dargestellt. Vorzugsweise sind diese jedoch im wesentlichen rechteckig ausgebildet und besitzen beispielsweise eine Breite von 100 µm und eine Höhe von 300 µm oder weniger.

Der Abstand zwischen dem Filterarray 3 und dem Kombinationsbild 2 beträgt bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel 2,3 mm, wobei in diesem Fall die Wellenlä­ genfilterelement-Subpixel R', G' und B' mit den Bildelement-Subpixeln R, G und B so korrespondieren, daß sich die damit festgelegten Ausbreitungsrichtungen innerhalb eines Betrachtungsraumes vor der Anordnung in einer Vielzahl von Schnittpunkten treffen. Diese Schnittpunkte der Ausbreitungsrichtungen entsprechen Betrachtungsor­ ten, von denen aus mit einem Augenpaar der dargestellte Gegenstand bzw. die Szene räumlich wahrgenommen werden kann. In Fig. 1 ist die Betrachtungsrichtung aus die­ sem Betrachtungsraum auf die Anordnung zur räumlichen Darstellung durch einen Pfeil gekennzeichnet. In diesem Beispiel wird durch das Kombinationsbild 2 auf das Filterarray 3 geblickt. Da der räumliche Eindruck durch das Zusammenwirken des Kombinationsbildes 2 mit Filterarray 3 entsteht, ergibt sich jedoch auch bei einer um­ gekehrten Anordnung des Kombinationsbildes 2 und des Filterarrays 3 für den Be­ trachter ein räumlicher Eindruck.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur räumlichen Darstel­ lung, bei der im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Be­ leuchtungseinrichtung 4 zur Durchleuchtung des Kombinationsbildes 2 und des Filter­ arrays 3 vorgesehen ist. Prinzipiell kann als Beleuchtungsquelle eine beliebige Licht­ quelle dienen. Für eine möglichst gleichmäßige Bildausleuchtung ist hier jedoch die Beleuchtungseinrichtung 4 flächenhaft ausgebildet und parallel zu dem Substrat 1 an­ geordnet. Durch die Verwendung einer solchen Beleuchtungseinrichtung ergibt sich überdies ein besonders flacher Aufbau der gesamten Anordnung.

In einem dritten Ausführungsbeispiel der Anordnung, das in Fig. 3 dargestellt ist, ist an einer Seite des Substrates 1 eine lichtstreuende Schicht 5 aufgebracht, die das Filter­ array 3 außenseitig abdeckt. Diese Schicht besteht beispielsweise aus Papier, das bei einer rückseitigen Beleuchtung des Kombinationsbildes 2 und des Filterarrays 3 mit natürlichem Licht oder auch mit einer Beleuchtungseinrichtung 4, wie in Fig. 2 darge­ stellt, einen gleichmäßigen unstrukturierten Lichteinfall ermöglicht. Die Schicht 5 wird an das Substrat 1 anlaminiert.

Für Auflichtzwecke, d. h. für Anwendungsfälle, bei denen eine Beleuchtung aus der durch den Pfeil angedeuteten Betrachtungsrichtung erfolgt, wird die lichtstreuende Schicht auf ihrer zu dem Substrat 1 weisenden Seite lichtreflektierend ausgebildet.

Das Substrat 1 selbst besteht beispielsweise aus einer Scheibe aus Glas oder einem transparenten Hartkunststoff. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch vorteilhafterweise eine transparente, flexible Folie eingesetzt, die, wie in Fig. 2 darge­ stellt auch aus zwei Folienschichten 1a und 1b bestehen kann. Damit läßt sich einer­ seits eine größere Dicke eines transparenten, gleichwohl flexiblen Substrates 1 ver­ wirklichen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die verwendeten Folien nur von einer Seite gut zu bedrucken sind. Die beiden Folienschichten 1a und 1b werden dann mit den bedruckenden Seiten nach außen aneinander gefügt bzw. anlaminiert, so daß durch das laminierte Folienkonglomerat ein Substrat 1 entsteht, welches sowohl auf der Seite des Kombinationsbildes 2 als auch des Filterarrays 3 günstige Bedruc­ kungseigenschaften aufweist.

Im Folgenden soll nun das Zusammenwirken des auf das Substrat 1 aufgedruckten Kombinationsbildes 2 mit dem auf der gegenüberliegenden Seite aufgedruckten Filter­ array 3 näher erläutert werden. Dabei ist zu beachten, daß die Struktur des Filterarrays aus Fig. 4 sowie die Struktur des Kombinationsbildes aus Fig. 5 jeweils ein mögliches Beispiel aus einer Vielzahl von entsprechenden, gleichwertigen Varianten darstellen. Insbesondere können für den Druck an Stelle von RGB-Mustern auch CMY-Muster ein­ gesetzt werden. Beispielhaft würden dann Rotfilter durch Gelbfilter, Blaufilter durch Magentafilter und Grünfilter durch Zyanfilter ersetzt.

Vereinfachend werden hierzu ausschließlich rote Bildelement-Subpixel R und rote Wel­ lenlängenfilterelemente R' betrachtet. So sind in Fig. 6 nur die roten Wellenlängenfil­ terelemente R' aus Fig. 4 dargestellt. Fig. 6 zeigt demzufolge die Struktur eines Mas­ kenbildes des Filterarrays im roten Licht. Entsprechend zeigt Fig. 7 nur die roten Bild­ elemente R aus Fig. 5. Die in die Spalten der Darstellung in Fig. 5 eingetragenen Zahlen entsprechen der fortlaufenden Nummer k der Ansicht A_k (k = 1 . . . 8), aus der die auf diesem Bildelement α_ij vom Typ R darzustellende Teilinformation zu entnehmen ist, um ein Kombinationsbild aus den Ansichten A_k (k = 1 . . . 8) zu erzeugen. Diese beispielhafte Erläuterung ist auf blaues und grünes Licht in äquivalenter Weise übertragbar.

Die Darstellungen des Filterarrays 3 in Fig. 4 und der Bildelementstruktur des Kombina­ tionsbildes 2 in Fig. 5 sind nicht maßstäblich gezeichnet. Zudem ist das Maskenbild etwas verkleinert dargestellt. Dies spiegelt den Sachverhalt wider, daß z. B. bei Ver­ wendung eines Filterarrays 3 nach Fig. 4, bei dem die Wellenlängenfilterelemente β_pq tatsächlich die gleichen Abmessungen besitzen wie die Bildelemente α_ij in Fig. 5. das Raster mit den Bildelementen α_ij einem Betrachter auf Grund der näheren Position in Blickrichtung etwas größer erscheint als das Maskenbild des Filterarrays 3.

Legt man nun gedanklich dieses leicht verkleinerte Raster des Filterarrays 3 nach Fig. 4 auf das Kombinationsbild nach Fig. 5, so werden die in verschiedenen Augenpositionen sichtbaren Bildelemente α_ij oder Anteile derselben erkennbar.

Dies ist in den Fig. 8 und Fig. 9 beispielhaft für zwei Betrachtungsorte, die den ver­ schiedenen Augenpositionen entsprechen, dargestellt. Man erkennt, daß z. B. aus der Augenposition, die der Fig. 8 zugeordnet ist, vornehmlich Bildelemente α_ij (oder Anteile davon) der Ansichten A₇ und A₈ wahrnehmbar sind. Nach Fig. 9 sind hingegen an einer Position, an der sich das andere Auge desselben Betrachters befindet, vornehmlich Bildelemente α_ij (oder Teile davon) aus den Ansichten A₄ und A₅ sichtbar.

Mit der vorstehenden Erläuterung soll lediglich das Grundprinzip zur Erzeugung des räumlichen Wahrnehmungseindrucks veranschaulicht werden. Aus der Vielzahl von Betrachtungspositionen, die aus der flächenhaften Anordnung der Bildelemente α_ij re­ sultiert, ergibt sich die dreidimensionale Wahrnehmung: beide Augen sehen aus den Betrachtungspositionen Bildelemente α_ij bzw. Teilinformationen überwiegend verschie­ dener Ansichten A_k (k = 1 . . . n), wobei der Anteil der für jedes Auge wahrnehmbaren Teil­ informationen für die dreidimensionale Wahrnehmung ursächlich ist.

Fig. 10 gibt einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Anordnung wieder, wobei die Gegebenheiten nach Fig. 4 und Fig. 5 zugrunde gelegt worden sind. Die Darstellung ist auch hier zum Zweck der Erläuterung nicht maßstäblich. In Fig. 10 sieht beispielsweise das rechte Auge r jeweils etwa ein halbes Bildelement α_ij mit Teilinformationen aus den Ansichten A₃ (in diesem Falle R) und A₈ (in diesem Falle B) und einen sehr geringen Teil eines Bildelementes mit einer Teilinformation aus der Ansicht A₆ (in diesem Falle G). Hingegen nimmt das linke Auge jeweils etwa ein halbes Bildelement α_ij 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 α_ij 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 ver­ wendeten Anzahl n von Ansichten A_k (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.

Im Folgenden soll nun die Art und Weise der Herstellung des vorstehend erläuterten, mit dem Kombinationsbild 2 und dem Filterarray 3 versehenen Substrats 1 unter Be­ zugnahme auf die in Fig. 11 bis Fig. 13 schematisch dargestellten Vorrichtungen näher erläutert werden. In sämtlichen Fällen wird dabei das Kombinationsbild 2 als auch das Filterarray 3 auf ein gemeinsames Substrat 1 aufgebracht, wobei das Aufbringen derart vorgenommen wird, daß während des Aufbringens die beiden Raster, d. h. das Raster des Kombinationsbildes 2 und das Raster des Filterarrays 3, zueinander ausgerichtet werden. Hierzu weisen die in Fig. 11 bis Fig. 13 dargestellten Vorrichtungen jeweils mindestens eine Einrichtung zum Aufbringen der Elemente des Kombinationsbildes 2 und des Filterarrays 3 auf einander gegenüberliegende Seiten des Substrates 1 auf. Überdies sind Einrichtungen zum Ausrichten der beiden Raster untereinander während des Aufbringens der Elemente vorgesehen.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt sowohl das Aufbringen des Kombi­ nationsbildes 2 als auch des Filterarrays 3 mit einem Druckkopf, wie er beispielsweise von einem Tintenstrahldrucker her bekannt ist. Dabei wird das zu druckende Bild je­ weils linienweise geschrieben, wobei der Vorschub von Druckzeile zu Druckzeile durch eine Relativbewegung zwischen dem Substrat 1 und dem Druckkopf bewerkstelligt wird, beispielsweise indem das Substrat 1 an dem in dieser Richtung stationären Druckkopf vorbeigeführt wird, während die Zustellung entlang einer Druckzeile, d. h. in Spaltenrichtung durch eine Bewegung des Druckkopfes selbst vorgenommen wird. Es ist selbstverständlich jedoch auch möglich, den Druckkopf sowohl in Druckzeilen­ richtung als auch in Spaltenrichtung über ein stationäres Substrat 1 zu bewegen. Die Höhe der Druckzeilen fällt dabei nicht notwendigerweise mit der Höhe der zu drucken­ den Elemente zusammen.

Mit dieser Vorgehensweise lassen sich beliebige Kombinationsbilder 2 und Filter­ arrays 3 insbesondere auch in sehr kleinen Stückzahlen oder auch als Einzelstücke effizient herstellen. Anstelle eines Tintenstrahldruckers kann beispielsweise auch ein Thermosublimationsdruckverfahren eingesetzt werden. Überdies sind insbesondere bei größeren Stückzahlen auch Druckverfahren wie beispielsweise der Bogenoffsetdruck, der Siebdruck oder der Tiefdruck, zumindest für die Aufbringung des ersten Rasters, einsetzbar.

Bei der in Fig. 11 dargestellten Herstellungsvorrichtung kommen zwei in Bezug auf das zu bedruckende Substrat 1 einander gegenüberliegende Druckköpfe 6 und 7 zum Ein­ satz, die an einem nicht näher dargestellten Gehäuse 8 jeweils über geeignete Führun­ gen 9 und 10 parallel zueinander bewegbar sind. Über diese Parallelführungen 9 und 10 erfolgt eine Ausrichtung der Druckköpfe 6 und 7 zueinander, so daß während des Druckvorganges, der hier für das Kombinationsbild 2 und das Filterarray 3 gleich­ zeitig abläuft, automatisch auch eine Ausrichtung der beiden Raster vorgenommen wird. In dem Ausführungsbeispiel werden so die Zeilen des Kombinationsbildes 2 zu den Zeilen des Filterarrays 3 ausgerichtet. Durch einen Abgleich der Druckköpfe 6 und 7 in einer Referenzposition erfolgt überdies eine Ausrichtung in Spaltenrichtung, die in Fig. 11 durch den Doppelpfeil angedeutet ist.

Zur Ansteuerung der Druckköpfe 6 und 7 sowie des Vorschubes des Substrates 1 in Pfeilrichtung ist in der Vorrichtung weiterhin eine Steuereinheit 11 vorgesehen. Von dort werden die Vorschubeinrichtungen 17 und 18 für die Druckköpfe 6 und 7 mittels der Module 15 und 16 angesteuert. Weiterhin wird eine Aktivierung der Druckköpfe 6 und 7 sowie die Generierung der Bildinformationen für die auf das Substrat 1 aufzu­ druckenden Bildelemente des Kombinationsbildes 2 und auch die Generierung von Filterinformationen für die auf das Substrat 1 aufzudruckenden Filterelemente des Fil­ terarrays 3 vorgenommen, wozu in der Steuereinrichtung 11 jeweils eine entsprechen­ de Recheneinrichtung 12 bzw. 13 vorgesehen ist.

Fig. 12 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Herstellungsvorrichtung, die le­ diglich einen einzigen Druckkopf 6 aufweist. Dieser Druckkopf 6 wird zunächst zur Aufbringung des ersten Rasters auf einer ersten Seite des Substrates 1 eingesetzt. Da­ bei kann entweder das Kombinationsbild 2 oder das Filterarray 3 zuerst gedruckt wer­ den. Nach einem Durchlauf des Substrates 1 in diesem ersten Fertigungsschritt wird das Substrat 1 gewendet und in einem zweiten Fertigungsschritt einem erneuten Druckvorgang unterworfen, in dem gegenüberliegend das zweite Raster gedruckt wird. Die Ausrichtung der Raster zueinander erfolgt über ein an der Vorrichtung vorgesehe­ nes Erfassungsmittel 14, das hier auf optischem Wege Strukturen des Rasters des Kombinationsbildes 2 erfaßt, das auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates 1 im ersten Fertigungsschritt aufgedruckt worden ist. Die erfaßten Lageinformationen werden in der Steuereinheit 11 in einem Auswertemodul 19 ausgewertet und zur An­ steuerung der Relativbewegung zwischen dem Druckkopf 6 und dem Substrat 1 heran­ gezogen, um dadurch eine Ausrichtung der beiden Raster untereinander während des Druckvorganges zu erreichen. Die Generierung der Informationen für die aufzudruc­ kenden Elemente erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem in Fig. 11 dargestellten Aus­ führungsbeispiel.

Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 12 ist in Fig. 13 dargestellt. Dies unterscheidet sich von dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich durch einen zweiten Druckkopf 7, der dem ersten Druckkopf 6 in Bezug auf das Substrat 1 gegenüberliegend angeordnet ist, so daß bei diesem Ausführungsbeispiel das Kombi­ nationsbild 2 und das Filterarray 3 wiederum gleichzeitig gedruckt werden können. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 erfolgt die Ausrichtung der Ra­ ster untereinander durch eine direkte Lageerfassung an dem bereits gedruckten Raster mit einem optisch arbeitenden Erfassungsmittel 14, wobei die Transparenz des Sub­ strates 1 ausgenutzt wird, um beispielsweise von der Seite des zweiten Rasters die Lage des ersten Rasters zu erfassen. Da das Erfassungsmittel 14 hier mit dem Druck­ kopf 6 geführt ist, wird zwischen den Druckköpfen 6 und 7 ein Versatz vorgesehen, der es dem Erfassungsmittel 14 erlaubt, das bereits gedruckte Raster auf der gegen­ überliegenden Seite zu lesen bzw. dessen Ist-Position zu erfassen. Es ist jedoch auch möglich, das Erfassungsmittel 14 an anderer Stelle, beispielsweise stationär an einem hier nicht dargestellten Gehäuseabschnitt der Vorrichtung anzubringen, wobei die An­ ordnung sowohl auf der Seite des zu beobachtenden Rasters, aber auch auf der ge­ genüberliegenden Seite erfolgen kann.

Anstelle einer Orientierung der Lageerfassung unmittelbar an dem bzw. den gedruck­ ten Rastern können sowohl in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 als auch in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 zusätzlich Positioniermarken gleichzeitig mit einem oder beiden der Raster aufgedruckt werden, durch welche die Lage des betreffenden Rasters gekennzeichnet wird. Diese Positioniermarken können außerhalb des eigentli­ chen Rasters angeordnet werden, sich aber auch im Bereich desselben befinden.

Insbesondere im letztgenannten Fall werden die Positioniermarken so angebracht, daß sie das Zusammenwirken des Kombinationsbildes 2 und des Filterarrays 2 nicht beein­ trächtigen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Positioniermarken ge­ genüber den einzelnen Elementen sehr klein ausgebildet werden. Weiterhin ist es möglich, die Positioniermarken in solchen Bereichen anzubringen, in denen sie bei dem Aufbringen des zweiten Rasters von opaken oder zumindest im wesentlichen opa­ ken Elementen überdeckt werden. Die Positioniermarken werden ebenfalls mit einem Erfassungsmittel 14 auf optischem Wege ausgelesen.

Mit den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen und den in diesem Zusammenhang erläuterten Verfahren lassen sich die Substrate 1, welche jeweils ein stationäres Kom­ binationsbild 2 und ein stationäres Filterarray 3 aufweisen, in effizienter Art und Weise mit einer hohen Lagegenauigkeit zwischen dem Kombinationsbild 2 und dem Filter­ array 3 herstellen.

Bezugszeichenliste

1

transparentes Substrat

1

a,

1

b Folienschicht

2

Kombinationsbild

3

Filterarray

4

Beleuchtungseinrichtung

5

lichtstreuende Schicht

6

Druckkopf

7

Druckkopf

8

Gehäuse

9

Parallelführung

10

Parallelführung

11

Steuereinrichtung

12

Recheneinrichtung

13

Recheneinrichtung

14

Erfassungsmittel

15

Modul

16

Modul

17

Vorschubeinrichtung

18

Vorschubeinrichtung

19

Auswertemodul

Claims (16)

1. Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Gegenstandes, umfassend:
ein flächenhaftes transparentes Substrat (1),
ein stillstehendes Kombinationsbild (2) aus einer Vielzahl von in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordneten Bildelementen, die Teilinformationen von verschiedenen räumlichen Ansichten der Szene oder des Gegenstandes darstellen und in einer vorgegebenen Anordnung auf einer Seite des transparenten Substra­ tes angeordnet sind,
ein Filterarray (3) aus einer Vielzahl von in einem Raster aus Zeilen und Spalten in einer vorgegebenen Anordnung angeordneten Wellenlängenfiltern, das auf der dem Kombinationsbild (2) gegenüberliegenden Seite des Substrates (1) aufge­ bracht ist, wobei
das Raster des Filterarrays (3) zu dem Raster des Kombinationsbildes (2) in vor­ gegebener Ausrichtung angeordnet ist,
auf das Substrat (1) Positioniermarken aufgebracht sind, die zur Ausrichtung der Raster dienen, und wobei
durch die Anordnung der Raster relativ zueinander mehrere Betrachtungspositio­ nen festgelegt werden, in denen ein Betrachter mit dem einen Auge zumindest überwiegend Bildelemente erster räumlicher Ansichten der Szene oder des Ge­ genstandes und mit dem anderen Auge zumindest überwiegend Bildelemente zweiter räumlicher Ansichten der Szene oder des Gegenstandes wahrnimmt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) als einstückige flexible Folie ausgebildet ist oder aus zwei aneinander an laminierten transparenten Folien besteht und eine Dicke von mindestens 1 mm, vorzugswei­ se eine Dicke von mindestens 2 mm aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildele­ mente und/oder Wellenlängenfilter auf das Substrat (1) aufgedruckt sind.

4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray (3) opake und transparente Wellenlängenfilter aufweist und die Positioniermarken in Betrachtungsrichtung der räumlichen Darstellung von opaken Wellenlängenfiltern überdeckt sind.

5. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite des Substrates (1), auf das Kombinationsbild (2) oder das Fil­ terarray (3), eine lichtstreuende Schicht (5) aufgebracht ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuende Schicht (5) zusätzlich lichtreflektierend ausgebildet ist.

7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine flächenhaft ausgebildete und parallel zu dem Substrat (1) angeordnete Beleuchtungseinrichtung (4) zur Durchleuchtung des Kombinationsbildes (2) und des Filterarrays (3) vorgesehen ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Gegenstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem

• - ein Kombinationsbild (2) aus einer Vielzahl Bildelementen, die Teilinformationen von verschiedenen räumlichen Ansichten der Szene oder des Gegenstandes dar­ stellen, in einer vorgegebenen Anordnung in einem Raster aus Zeilen und Spalten und ein Filterarray (3) aus einer Vielzahl von Wellenlängenfiltern in einer vorge­ gebenen Anordnung in einem Raster aus Zeilen und Spalten auf gegenüberlie­ gende Seiten eines flächenhaften transparenten Substrates (1) aufgebracht wer­ den, wobei
• - die Raster anhand von Positioniermarken zueinander ausgerichtet werden, indem zunächst die Lage der Positioniermarken erfaßt wird und dann das Ausrichten anhand der Positioniermarken erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf eine Sei­ te des Substrates (1) ein erstes der beiden Raster aufgebracht wird, anschließend das Substrat (1) gewendet wird, und hernach das zweite Raster auf die gegenüberliegende Seite des Substrates (1) aufgebracht wird, wobei charakteristische Strukturen des ersten Rasters als Positioniermarken erfaßt werden und das zwei­ te Raster anhand der erfaßten Strukturen des ersten Rasters ausgerichtet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des ersten Rasters optisch durch das transparente Substrat (1) hindurch erfaßt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Positioniermarken gleichzeitig mit dem ersten Raster aufgebracht werden, die Lage dieser Positio­ niermarken erfaßt wird und das zweite Raster danach ausgerichtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildelemente des Kombinationsbildes (2) und die Filterelemente des Filterarrays (3) gleichzeitig auf das Substrat aufgebracht werden, wobei zwei Einrichtungen zum Aufbringen der Bild- bzw. Filterelemente in einer Referenzposition zueinander ausgerichtet und die beiden Raster in bezug auf diese Referenzposition aufgebracht werden, wo­ bei mit einer Einrichtung die Bildelemente des Kombinationsbildes (2) und mit der anderen Einrichtung die Filterelemente des Filterarrays (3) aufgebracht wer­ den.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildelemente und/oder Filterelemente jeweils unmittelbar auf das Substrat (1) aufgedruckt werden, wobei zwei Druckköpfe (6, 7) genutzt werden, von denen ein Druckkopf (6) in Abhängigkeit von der Lage des auf der gegenüberliegenden Seite mittels des anderen Druckkopfes (7) aufgebrachten Rasters relativ zu dem Substrat (1) positionierbar ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Bildelemente des Kombinationsbildes (2) und der Filterele­ mente des Filterarrays (3) zwei Folien (1a, 1b) zu einem Substrat (1) zusammen­ geführt und miteinander verbunden werden.

15. Vorrichtung zur Herstellung einer Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Gegenstandes mit einem flächenhaften transparenten Sub­ strat (1), das auf der einen Seite ein Kombinationsbild (2) aus einer Vielzahl von in einer vorgegebenen Anordnung in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordneten Bildelementen, die Teilinformationen von verschiedenen räumlichen Ansichten der Szene oder des Gegenstandes darstellen, und auf der anderen Sei­ te ein Filterarray (3) aus einer Vielzahl von in einer vorgegebenen Anordnung in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordneten Wellenlängenfiltern aufweist, wobei die beiden Raster in vorgegebener Ausrichtung zueinander angeordnet sind, umfassend:
zwei Druckköpfe (6, 7) zum Aufdrucken der Bildelemente und der Wellenlängen­ filter auf einander gegenüberliegende Seiten des Substrates (1),
eine mit einem ersten der Druckköpfe (6) verbundene Einrichtung (12) zur Gene­ rierung von Bildinformationen für auf das Substrat aufzudruckende Bildelemente des Kombinationsbildes (2),
eine mit einem zweiten der Druckköpfe (7) verbundene Einrichtung (13) zur Ge­ nerierung von Filterinformationen für auf das Substrat (1) aufzudruckende Fil­ terelemente des Filterarrays (3),
Mittel (17, 18) zum Bewegen der beiden Druckköpfe (6, 7) relativ zu dem Sub­ strat,
Mittel (14) zur Lageerfassung von ausgewählten Strukturen eines der beiden Ra­ ster, die dessen Lage kennzeichnen oder von auf dem Substrat vorhandenen Po­ sitioniermarken, und
Mittel (15, 16) zur Steuerung der Relativbewegung der beiden Druckköpfe (6, 7) in Abhängigkeit der Lage der ausgewählten Strukturen oder der Positioniermar­ ken.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtein­ richtung ein mechanisches Kopplungsglied zur Parallelführung (8, 9, 10) der bei­ den Druckköpfe (6, 7) umfaßt.