DE3529173A1 - Vorrichtung zur raeumlichen wiedergabe beweglicher bilder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur räumlichen Wiedergabe beweglicher Bilder gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Sie fällt in den Bereich der räumlichen Wiedergabe bildlicher Informationen wie Text, Grafik, Film. Zur räumlichen Darstellung von Bildern sind derzeit einige Verfahren und Vorrichtungen bekannt. So werden zwei oder mehr zweidimensionale Bilder des Gegenstandes in unterschiedlichen Farben, in unter­ schiedlich polarisiertem Licht oder abwechselnd nach­ einander den mit optischen Hilfsmitteln versehenen Augen des Betrachters getrennt zugeführt, wobei ein räumlicher Eindruck hervorgerufen wird. Auf dem holo­ graphischen Verfahren beruhende Vorgehensweisen erzeu­ gen durch geeignete Beleuchtung eines mit Laserlicht gewonnenen Interferenzmusters ein vollständigeres räumliches, von allen Seiten betrachtbares Standbild.

In dem heute stark anwendungsorientierten Feld der gra­ fischen Reproduktion auf Fernsehmonitoren dürfte die Erweiterung in die dritte Dimension, die hier ohne wei­ tere optische Hilfsmittel wahrnehmbar ist, immer dann interessant sein, wenn die Nutzung des in der Räumlich­ keit begründeten Informationsinhaltes wesentlich ist, sei er der Realität entsprechend oder künstlerisch verfremdet.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine direkte räumliche und damit der Wirklichkeit näherkommende Bildwiedergabevorrichtung aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. In einem kastenförmigen Bildwiedergabegerät wird ein stehendes oder bewegliches räumliches Bild, das direkt und ohne optische Hilfsmittel betrachtet werden kann, elektro­ nisch gesteuert erzeugt. Es werden so konkrete Aussa­ gen über relative Entfernungsunterschiede zwischen den einzelnen Bildelementen gegeben, z. B. Objekte im Vor­ dergrund oder im Hintergrund, da diese im Gerät vorne oder weiter hinten wiedergegeben werden.

Nach den im Hauptanspruch beschriebenen Merkmalen wird die räumliche Bildinformation durch stationäre, einzel­ ne Lichtquellen innerhalb eines Bildwiedergaberaumes, an die elektrische Spannung angelegt wird, aufge­ baut. Als Lichtquellen sind z. B. entsprechend Anspruch 2 und 3 Leuchtdioden oder entsprechend Anspruch 4 bei Beleuchtung als lichtstreuendes Element wirkende Flüssigkeitskristalle oder entsprechend Anspruch 5 eine Kombination von beiden verwendbar.

Es kommt in erster Linie darauf an, diese Lichtquellen, die für ihr Funktionieren elektrische Zuleitungen inner­ halb des Bildwiedergaberaumes benötigen, konstruktiv so auszubilden, daß dort nur ein Minimum an Lichtabsorp­ tion und Lichtstreuung entsteht und daß dann das Erken­ nen tiefer liegender Bildinformation noch ausreichend gut möglich ist. Da der Betrieb solcher Lichtquellen mit geringen elektrischen Leistungen möglich ist, genügen sehr kleine Dimensionierungen der Stromzufüh­ rungen, die so und auch in Abhängigkeit von der zum Betrieb verwendeten Elektronik um so eher als kaum lichtabsorbierend und lichtstreuend gestaltet werden können. Die erreichbare Bildfolgefrequenz hängt im wesentlichen von den An- und Abklingzeiten der einge­ setzten optischen Komponenten Leuchtdiode und Flüssig­ kristall ab.

Bei den bislang bekannten Anordnungen mit Leuchtpunkte­ rastern aus Leuchtdioden werden, da es sich anwendungs­ gemäß um flächige Wiedergabevorrichtungen handelt, die o. g. Ausführungsmerkmale nicht wesentlich berührt, wenn überhaupt.

In DE-OS 24 48 637 wir eine blattartige, hochflexible Elektrolumineszens-Anzeigetafel in einem Ausführungs­ beispiel beschrieben.

In DE-OS 27 39 158 wird ein Flachbild-Datensichtge­ rät beschrieben, in dem eine Leuchtpunktematrix mit ausgedampftem Linienraster und Leuchtelementen in Hybridtechnik als Beleuchtungsquelle hinter einer Schablone mit Zeichen dient.

In beiden Fällen wird das hier wesentliche Merkmal "ausreichende Lichtdurchlässigkeit der Umgebung der Lichtquelle", wenn überhaupt, nicht in der erforderli­ chen Konsequenz erfaßt, die für die Lichtdurchlässig­ keit des Bildwiedergaberaumes unerläßlich ist. -

In DE-OS 28 56 035 wird eine Anordnung zur optischen Darstellung von Kurven und Flächen im dreidimensionalen Raum beschrieben, in dem in einem Volumen im Kreuzungs­ punkt mindestens zweier Lichtstrahlen selbstleuchtende oder lichtstreufähige Lichtpunkte in einem speziellen Stoff erzeugt werden, die in ihrer Gesamtheit Kurven oder Flächen darstellen können. Im Unterschied zu dieser Anordnung benötigt die im Hauptanspruch vorgegebene Vorrichtung keine Lichtstrahlen zur Erzeu­ gung der Lichtquellen und keinen den Bilderwiedergaberaum ausfüllenden Stoff, der bei Bestrahlung selbstleuchtend oder lichtstreuend wird, sondern elektrisch steuerbare Lichtquellen, die in der in DE-OS 28 56 035 genannten Anordnung nicht enthalten sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele mit z. B. hintereinander angeordneten Trägerplatten - andere Anordnungen sind möglich - werden durch Zeichnungen ergänzt dargestellt.

Ausführungsbeispiel Nr. 1

Nach Anspruch 2 und Anspruch 8 kann der Bildwiederga­ beraum z. B. auf folgende Weise aufgebaut werden:

Wie für den Aufbau eines Gitters werden zunächst Leiter, z. B. reflexionsarme Golddrähte mit Durchmesser kleiner als 0,05 mm, parallel im Abstand von z. B. 1 mm auf einem durchsichtigen Träger, z. B. einer Glasplatte, aufgebracht. Auf diese Leiter werden in regelmäßigen Abständen, z. B. 1 mm, intensiv z. B. in derselben Farbe strahlende Leuchtdiodenkristalle der Abmessung z. B. 0,2 mm mit elektrischem Kontakt aufgebracht, z. B. in einem Thermokompressionsverfahren. Im rechten Winkel zu den schon verlegten Leitern werden dann ebensolche Leiter mit elektrischem Kontakt auf alle Leuchtdiodenkristalle aufgebracht. Die mechanische Fixierung auf der Träger­ glasplatte kann etwa mit einem durchsichtigen, nicht­ leitenden Epoxydharz erfolgen.

Dieses flächenhafte Lichtquellenraster ist erfindungs­ gemäß bis auf die Leuchtdiodenkristalle und die nur äußerst schwach aus der Nähe erkennbaren Zuleitungen von beiden Seiten der Trägerplatte ausreichend durch­ sichtig und lichtstreuverlustarm gestaltet. Die Trägerglasplatten werden erfindungsgemäß z. B. hintereinander angeordnet, z. B. in Luft, und bilden so innerhalb des für Halterung, elektrische Anschlüsse u. dgl. benötigten Randbereiches den Bildwiedergaberaum. Damit liegen diejenigen Bildelemente aus Lichtquellen auf einer weiter hinten liegenden Platte räumlich weiter zurück als Bildelemente auf vorne liegenden Platten. Diese räumliche Bilddarstellung in der Leucht­ farbe der verwendeten Leuchtdioden kann direkt und ohne optische Hilfsmittel erkannt und genutzt werden. Weiter hinten im Bildwiedergaberaum liegende Leucht­ dioden können zum geringen Teil von der davor liegen­ den Leuchtdiodenkristallen verdeckt werden. Dieser Nachteil tritt im Ausführungsbeispiel Nr. 4 nicht mehr auf.

Fig. 1.1 zeigt den Konstruktionsaufbau im Prinzip. Die zum Leuchten erforderliche elektrische Spannung wird an diejenigen zwei senkrecht zueinander verlau­ fenden Zuleitungen, z. B. a 3 und b 2, gelegt, in deren Kreuzungspunkt sich die anzuregende Leuchtdiode, hier also L 23, befindet. Die Anregung der Leuchtdioden kann z. B. zeilenweise bei sukzessivem Ansteuern aller Leuchtdioden einer Zeile und synchron auf allen Träger­ platten T erfolgen. - Fig. 1.2 zeigt den Konstruktions­ aufbau quer zu Fig. 1.1 im Schnitt. - Die elektrischen Anschlüsse an den Rändern der Platten sind nicht einge­ zeichnet.

Ausführungsbeispiel Nr. 2

nach Anspruch 3 und Anspruch 8 kann der Bildwiedergabe­ raum z. B. durch hintereinander in Luft angeordnete, bis auf die Leuchtdiodenkristalle und die feinen Zuleitungen ausreichend durchsichtige Trägerglasplatten gebildet werden, auf denen jede einzelne Lichtquelle jeweils aus drei nahe beieinander liegenden Leuchtdioden der Farben Rot, Grün und Blau zusammengesetzt ist. Damit werden Bildwiedergaben in allen Farben möglich. Die Plazierung der gegeneinander elektrisch isolierten Leuchtdioden und ihrer Zuleitungen auf der Trägerplatte T kann ent­ sprechend den Vorgaben dafür im Ausführungsbeispiel Nr. 1, z. B. wie in Fig. 2.1 angegeben, erfolgen. Die Leuchtdioden werden unabhängig voneinander angeregt, wofür mehr gegeneinander elektrisch isolierte Zuleitun­ gen erforderlich sind, als im Aufbau mit einfarbigen Leuchtdioden. Die als Quadrate gekennzeichneten Leucht­ dioden werden über die Zuleitungen an und bm, die als Kreise gekennzeichneten Leuchtdioden werden über die Zuleitungen an′ und bm und die als Dreiecke gekenn­ zeichneten Leuchtdioden über die Zuleitungen an und bm′ betrieben; n ist dabei die Laufzahl für die senkrechte und m die Laufzahl für die waagerechte Zuleitung, in deren Kreuzungspunkt sich die anzusprechende Leucht­ diode befindet. Im allgemeinen Fall einer unabhängi­ gen Ansteuerung aller drei Farbkomponenten ist eine zeitliche Reihenfolge in der Anregung der drei Leucht­ dioden einzuhalten. Die Zuleitungen sind an ihren Kreuzungspunkten ohne Leuchtdiode gegeneinander elek­ trisch zu isolieren. - Fig. 2.2 zeigt den Konstruk­ tionsaufbau quer zu Fig. 2.1 im Schnitt. Die elektri­ schen Anschlüsse an den Plattenrändern sind nicht ein­ gezeichnet.

Ausführungsbeispiel Nr. 3

Nach Anspruch 4 und Anspruch 8 wird der Bildwiederga­ beraum nach der für Leuchtdioden in Ausführungsbeispiel Nr. 1 geschilderten Vorgehensweise aufgebaut, wobei fol­ gende Unterschiede bezüglich der Lichtquellen bestehen: statt der Leuchtdiodenkristalle werden dünne, durchsich­ tige, bei Anlegen einer Steuerspannung lichtstreuende Flüssigkristallplättchen von z. B. etwas weniger als 1 mm² Fläche und einer Dicke zumindest geringer als der gewünschte Abstand der Trägerplatten, gegeneinander elektrisch isoliert zwischen den elektrischen Zulei­ tungen angeordnet. Auf ihrer Ober- und Unterseite, parallel zur Plattenoberfläche, sind sie mit durchsich­ tigen Elektroden, z. B. INO₂, versehen. Die Flüssig­ kristallplättchen werden von außerhalb des Bildwieder­ gaberaumes her so beleuchtet, daß der in den Bildwie­ dergaberaum hineinsehende Betrachter dieses Licht nicht direkt, sondern nur das Streulicht der unter Spannung gesetzten Flüssigkristalle wahrnimmt. Das flächenhafte Lichtquellenraster ist erfindungsgemäß bis auf die nur schwach aus der Nähe erkennbaren Zuleitungen von beiden Seiten der Trägerplatte her ausreichend durchsichtig und lichtstreuverlustarm gestaltet.

Fig. 3.1 zeigt den Konstruktionsaufbau einer Träger­ platte im Prinzip. Die Flüssigkristallplättchen sind einzeln so schaltbar, wie dies in der in Ausführungs­ beispiel 1 erläuterten Fig. 1.1 für Leuchtdioden an­ gegeben ist. Die lichtstreuenden Flüssigkristallplätt­ chen sind die Lichtquellen, aus denen Bildelemente in verschiedenen Ebenen des Bildwiedergaberaumes erzeugt werden. Beispielsweise wird das Flüssigkristallplätt­ chen F 34 auf der Trägerplatte T durch Anlegen der erforderlichen Spannung an d 3 und d 4 in den lichtstreu­ enden Zustand überführt. - Fig. 3.2 zeigt den Kon­ struktionsaufbau quer zu Fig. 3.1 im Schnitt. - Die die Flüssigkristalle beleuchtende, etwa schräg von vorne an der Seite befindliche Lichtquelle wie auch die elektrischen Anschlüsse an den Rändern der Platte sind nicht eingezeichnet.

Ausführungsbeispiel Nr. 4

Nach Anspruch 5 und Anspruch 8 wird der Bildwieder­ gaberaum z. B. durch hintereinander in Luft angeordnete Trägerglasplatten erzeugt, die in folgender Weise aus­ gebildet sind: Auf der einen Seite der Trägerglas­ platte wird ein Leuchtdiodenraster derselben Farbe gemäß Ausführungsbeispiel Nr. 1 oder aus Leuchtdioden dreier Farben gemäß Ausführungsbeispiel Nr. 2 aufge­ bracht und zwar so, daß die lichtaussendende Seite der Leuchtdioden zur Glasscheibe hin zeigt. Auf der anderen Seite der Trägerglasplatte wird ein Streuflächenraster aus Flüssigkristallplättchen gemäß Ausführungsbeispiel Nr. 3 aufgebracht und zwar so, daß jede Leuchtdiode bzw. jedes Leuchtdiodentripel ein Flüssigkristallplätt­ chen gut beleuchten kann. Dies kann z. B. so geschehen, daß jeder Leuchtdiode bzw. jedem Leuchtdiodentripel jeweils genau ein Flüssigkristallplättchen gegenüber liegt. Durch die Streuung des Lichts der Leuchtdiode(n) in der relativ großen Fläche des Flüssigkristalls wird erreicht, daß auch weiter hinten im Bildwiedergaberaum liegende Lichtquellen nicht vollständig durch davor liegende Leuchtdiodenkristalle verdeckt werden können, wie dies zum geringen Teil in der in Ausführungsbeispiel Nr. 1 beschriebenen Vorrichtung der Fall ist.

Fig. 4.1 zeigt den Konstruktionsaufbau im Prinzip und für einzelne Leuchtdioden. Die Ansteuerung der Licht­ quellen zum Leuchten erfolgt entsprechend der bei den Ausführungsbeispielen Nr. 1 für Leuchtdioden und Nr. 3 für Flüssigkristallplättchen beschriebenen Vorgehens­ weise. Die Bezeichnung der elektrischen Zuleitungen ist in Analogie zu den Bezeichnungen in den Fig. 1.1 für die Leuchtdioden und 3.1 für die Flüssigkristall­ plättchen erfolgt; a- und c-Zuleitungen und b- und d- Zuleitungen liegen in der Fig. 4.1 übereinander. Die Ansteuerung kann z. B. synchron für einander gegen­ überliegende Leuchtdioden und Flüssigkristallplättchen geschehen, wobei aber die Beleuchtung der Flüssigkri­ stallplättchen, anders als in Ausführungsbeispiel Nr. 3, durch die gegenüberliegende Leuchtdiode erfolgt. Statt jeweils einer Leuchtdiode pro Lichtquelle können auch drei Leuchtdioden entsprechend Ausführungsbeispiel Nr. 2 oder eine Kombination von Leuchtdioden und Außenlicht verwendet werden. - Fig. 4.2 zeigt den Konstruktions­ aufbau quer zu Fig. 4.1 im Schnitt. - Die elektrischen Anschlüsse an den Rändern der Trägerplatte ebenso wie ggf. die Beleuchtung von außen sind nicht eingezeichnet.

Ausführungsbeispiel Nr. 5

Dieses Ausführungsbeispiel behandelt eine Variation des Ausführungsbeispiels Nr. 4.

Nach Anspruch 5 und Anspruch 8 wird der Bildwiedergabe­ raum z. B. durch hintereinander in Luft angeordnete Trä­ gerglasplatten erzeugt, die in folgender Weise ausgebil­ det sind: Auf der einen Seite der Trägerglasplatte wird ein Raster aus Leuchtdioden der drei Farben Rot, Grün und Blau in der Weise aufgebracht, wie dies in Ausführungsbeispiel Nr. 1 für Leuchtdioden einer Farbe geschildert ist, hier aber so, daß die lichtaussendende Seite der Leuchtdioden zur Glasscheibe hin zeigt, und so, daß die Leuchtdioden dabei in Dreiergruppen aus Kristallen der drei Leuchtfarben z. B. so regelmäßig angeordnet sind, wie dies Fig. 5.1 zeigt: es gibt zwei unterschiedlich mit Leuchtdioden besetzte Zeilen, die abwechselnd aufeinander folgen. Die eine Zeile enthält, z. B. im regelmäßigen Abstand von 1 mm, ab­ wechselnd Leuchtdioden zweier Leuchtfarben, die andere Zeile abwechselnd eine Leuchtdiode der dritten Leucht­ farbe und einen nicht besetzten Platz.

Auf der anderen Seite der Trägerglasplatte wird ein Streuflächenraster aus Flüssigkristallplättchen gemäß Ausführungsbeispiel Nr. 3 aufgebracht und zwar lagen­ mäßig so, daß dann jedes Flüssigkristallplättchen von drei seiner Eckpunkte her von Leuchtdioden der drei Farben schräg beleuchtet werden kann. Die elektrische Ansteuerung berücksichtigt zur Beleuchtung einesFlüssig­ kristallplättchens jeweils drei benachbarte Leuchtdioden auf bzw. unter zwei nebeneinander liegenden horizonta­ len Zuleitungen und auf bzw. unter zwei nebeneinander liegenden vertikalen Zuleitungen.

Fig. 5.1 zeigt einen Konstruktionsaufbau im Prinzip. Er soll am Beispiel zweier nebeneinander liegender Lichtquellen verdeutlicht werden: Das Flüssigkristall­ plättchen in der linken oberen Ecke wird durch Anlegen einer Betriebsspannung zwischen c 1 und d 1 in den licht­ streuenden Zustand gesetzt. Es wird durch folgende Leuchtdioden beleuchtet: einmal durch die durch ein Viereck gekennzeichnete Leuchtdiode, die über die Zuleitungen a 1 und b 1 betrieben werden kann, ferner durch die durch einen Kreis gekennzeichnete Leucht­ diode, die über die Zuleitungen a 1′ und b 1 betrieben werden kann, und ferner durch die durch ein Dreieck gekennzeichnete Leuchtdiode, die über die Zuleitungen a 1 und b 1′ betrieben werden kann. - Das rechts daneben liegende Flüssigkristallplättchen, das durch die Zu­ leitungen c 2 und d 1 in den lichtstreuenden Zustand versetzt werden kann, wird durch folgende Leuchtdioden beleuchtet: einmal durch die durch einen Kreis ge­ zeichnete Leuchtdiode, die über die Zuleitungen a 1′ und b 1 betrieben werden kann und die auch das links daneben liegende Flüssigkristallplättchen be­ leuchten kann (!), sowie durch die durch ein Viereck gekennzeichnete Leuchtdiode mit den Zuleitungen a 2 und b 1, und die durch ein Dreieck gekennzeichnete Leucht­ diode mit den Zuleitungen a 2 und b 1′. Die Bezeichnung der elektrischen Zuleitungen ist in Analogie zu den Bezeichnungen in Fig. 2.1 für die Leuchtdioden und in Fig. 3.1 für die Flüssigkristallplättchen erfolgt. In Fig. 5.1 sind die elektrischen Zuleitungen zu den Leuchtdioden nur am Rand angedeutet; sie verlaufen regelmäßig in den horizontalen und vertikalen Lücken zwischen den Flüssigkristallen. - Damit wird jedes Flüssigkristallplättchen durch drei verschiedenfarbig leuchtende Leuchtdioden von seinen Ecken her beleuchtet, und jede Leuchtdiode wird zur Erleuchtung der vier sie umgebenden Flüssigkristallplättchen herangezogen; das heißt auch, daß jedes Flüssigkristallplättchen nur mit etwa einem Viertel der Lichtintensität der Leuchtdiode bestrahlt wird.

Fig. 5.2 zeigt den Konstruktionsaufbau quer zu Fig. 5.1 im Schnitt. Die elektrischen Anschlüsse an den Rändern der Trägerplatte sind nicht eingezeichnet.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur räumlichen Wiedergabe beweglicher Bilder, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bildwiedergaberaum durch dort befindliche statio­ näre, einzelne Lichtquellen, an die elektrische Spannung gelegt wird, ein räumliches, bewegliches Bild erzeugt wird, das ohne optische Hilfsmittel betrachtet werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen als einzelne lichtaussendende Leuchtdioden in zur Erkennung des Bildes ausreichend durchsichtiger Umgebung ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtquellen als zu einer Gruppe kombinierte lichtaussendende Leuchtdioden in zur Erkennung des Bildes ausreichend durchsichtiger Umgebung ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquellen als einzelne durchsichtige, lichtstreufähige Flüssigkeitskristalle in zur Erkennung des Bildes ausreichend durch­ sichtiger Umgebung ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquellen als Kombination von lichtaussendenden Leuchtdioden nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 3 und von lichtstreufähi­ gen Flüssigkeitskristallen nach Anspruch 4 ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Lichtquellen in oder auf zur Erkennung des Bildes ausreichend durch­ sichtigen Schichten befinden, die in zur Erken­ nung des Bildes ausreichend durchsichtiger Umge­ bung angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schichten nebeneinander ange­ ordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schichten vom Betrachter des Bildes aus gesehen hintereinander angeordnet sind.