WO2001035154A1

WO2001035154A1 - Verfahren und anordnung zur dreidimensionalen darstellung

Info

Publication number: WO2001035154A1
Application number: PCT/EP2000/011054
Authority: WO
Inventors: Falk DÖRFEL; Armin Grasnick; Sven-Martin Scherzberg-Naujokat; Wolfgang Tzschoppe
Original assignee: 4D-Vision Gmbh
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2001-05-17

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur räumlichen Darstellung von Szenen und/oder Gegenständen, bei denen mehrere Schichtbilder und/oder Teile von Schichtbildern, die Informationen aus unterschiedlichen räumlichen Tiefen der Szenen bzw. der Gegenstände enthalten, visuell wahrnehmbar dargeboten werden. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei einem Verfahren der vorgennanten Art werden beispielsweise die Schichtbilder bzw. Teile der Schichtbilder gleichzeitig nebeneinander und/oder zyklisch schnell aufeinander folgend in einer Objektebene wiedergegeben und mit mehreren Linsenbereichen, die zwar unterschiedliche Brennweiten, jedoch eine gemeinsame optische Achse haben, werden die Schichtbilder bzw. Teile davon reell und/oder virtuell abgebildet. Dabei wird von einem Schichtbild b1 bzw. von Teilen b11, b12... b1m des Schichtbildes b1 durch Linsenbereiche mit der Brennweite f1 ein Abbild a1, von einem Schichtbild b2 bzw. von Teilen b21, b22... b2m des Schichtbildes b2 durch Linsenbereiche mit einer Brennweite f2 ein Abbild a2 erzeugt usw., wobei die Abbilder a1, a2 usw. auf der optischen Achse hintereinander sichtbar und dadurch in räumlicher Tiefe wahrnehmbar sind.

Description

Titel

Verfahren und Anordnung zur dreidimensionalen Darstellung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur räumlichen Darstellung von Szenen und/oder Gegenstanden, bei denen mehrere Schichtbilder und/oder Teile von Schichtbildern, die Informationen aus unterschiedlichen räumlichen Tiefen der Szenen bzw der Gegenstande enthalten, visuell wahrnehmbar dargeboten werden Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Anordnungen zur Durchfuhrung des erfm- dungsgemaßen Verfahrens

Stand der Technik

Verfahren und Anordnungen, bei denen Raumbilder in einer Weise wiedergegeben werden, die den natürlichen Sehgewohnheiten eines Betrachters immer besser entsprechen, werden in vielen Bereichen menschlicher Tätigkeiten, wie beispielsweise in der Technik, der Medizin, der Kunst, der Präsentation, der Werbung usw benotigt Ausgehend von den naturlichen Sehgewohnheiten des Menschen lassen sich die im Stand der Technik bekannten Verfahrensweisen und Anordnungen zur räum liehen Darstellung von Objekten prinzipiell zwei Gruppen zuordnen

In der ersten Gruppe muß der Betrachter Akkommodation und Konvergenz voneinander entkoppeln, was bei Dauerhaftigkeit zu Ermüdung, Kopfschmerzen und Übel keit fuhren kann Zu dieser Gruppe gehören die bekannten autostereoskopischen und stereoskopischen 3D-Verfahren Letztere weisen insofern zusatzliche Nachteile auf, als die Betrachter Spezialbπllen tragen müssen (Rot-Grun-, Polaπsations- oder Shutterbπllen) oder sogar komplette Minidisplays (HMD, Head Mounted Displays) zu akzeptieren haben Eine freie Wahl der Betrachterposition und/oder die Möglichkeit der Betrachtung durch mehrere Beobachter wird in der Regel erst mit einem oder mehreren aufwendigen Nachfuhrsystemen (Eye Trackmg System) erreicht Obwohl autostereoskopische 3 D-Verfahren ohne Hilfsmittel beim Betrachter auskommen, leiden sie bekanntermaßen unter „toten" Zonen, „Fhpping", Pseudoskopie und unnatürlicher Bildmitbewegung bei Kopfbewegung

In der zweiten Gruppe, den Volumendisplays, gibt es keinen Konflikt zwischen Ak kommodation und Konvergenz, da die raumliche Darstellung in einem Volumen entsteht In einer ersten Untergruppe sind mechanisch bewegte Bauteile erforder lieh Bekannt geworden sind beispielsweise eine rotierende phosphorbeschichtete Scheibe in einer Kathodenstrahlkugel, rotierende oder oszillierende Flachen mit LED-Matrizen und auch eine von Lasern bestrahlte und rotierende Helix Nachteil bei diesen Verfahren sind die mit hohen mechanischen Belastungen bewegten Bauteile, eine komplizierte Ansteuerung und das begrenzte Volumen

In einer zweiten Untergruppe werden Bilder in ein Volumen optisch abgebildet Das wird beispielsweise erzielt durch einen akustik-moduherten Hohlspiegel, computergenerierte Hologramme unter Verwendung eines akustooptischen Modulators oder der Quecksilberdampffluoreszenz bei Infrarotanregung Auch diese Verfahren und Anordnungen sind mit verhältnismäßig hohem Aufwand und daher mit hohen Ko- sten verbunden

Beka.int sind diesbezüglich auch Verfahren und Anordnungen, bei denen Schicht- bilder auf optischem Wege mittels multifokalem Linsenraster in den Raum abgebil det werden In JP 62-77 794 A ist ein Bildgeber beschrieben, der Schichtbilder so wiedergibt, daß für einen Betrachter ein räumliches Bild wahrnehmbar ist Zu diesem Zweck weist der Bildgeber ein aus einer Vielzahl von Spalten und Zeilen bestehen des ebenes Raster von Linsen auf, wobei die Brennweite jeder Linse unabhängig von den jeweils benachbarten Linsen durch separate Ansteuerung verändert werden kann Die optischen Achsen dieser Linsen sind dabei parallel ausgerichtet Jede der Linsen korrespondiert mit einem ihr zugeordneten Abschnitt einer Objektebene des Bildgebers, in der die Schichtbilder wiedergegeben werden Die ursprüngliche räumliche Tiefe eines jeweils in diesem Abschnitt wiedergegebenen Bildteiles wird dazu verwendet, die Brennweite der zugeordneten Linse so zu verandern, daß die mit der Linse erzeugte Abbildung dieses Bildteiles für den Betrachter wieder in einer entsprechenden raumlichen Tiefe wahrnehmbar ist Die Wiedergabe der Schichtbil der und die Brennweitenverstellung der Linsen werden von einem Computer kontrolliert und gesteuert Diese Anordnung, bei der die tiefengestaffelten Abbildungen der ebenen Schichtbilder mit Hilfe von Linsen mit parallel ausgerichteten optischen Achsen erzeugt werden, weist den wesentlichen Nachteil auf, daß jeder dargestellte Bildteil eines Schichtbildes exakt auf der optischen Achse der zugeordneten Linse positioniert sein muß. Außerdem müssen die Bildteile, dem Abbildungsmaßstab der zugeordneten Linse entsprechend, kleiner sein als ihr Abbild, damit ein lückenloses und überlappungsfreies Abbild des gesamten Schichtbildes entstehen kann.

Das erfordert, daß alle Bildteile eines Schichtbildes, sogar jeder Bildpunkt bzw. jede einzelne Bildinformation, bezüglich ihrer Lage und Geometrie so bearbeitet werden müssen, daß sie sich auch nach der axialsymmetrischen Vergrößerung durch die zugeordneten Linsen exakt in das gesamte Abbild des Schichtbildes einfügen. Diese Bildbearbeitung erfordert einen erheblichen gerätetechnischen Aufwand.

Weil die Bildteile bzw. Bildinformationen der Schichtbilder die Objektebene nicht lückenlos ausfüllen, ergibt sich der weitere Nachteil, daß der Sichtwinkel begrenzt ist und dadurch die Abbilder der Schichtbilder nur für einen oder sehr wenige nebeneinander stehende Betrachter räumlich wahrnehmbar sind. Streng genommen ist deshalb eine den Sehgewohnheiten wirklich entsprechende räumliche Wahrnehmung nur für einen Betrachter in einer einzigen Position, nämlich bei exakter Geradsicht rechtwinklig zum Linsenraster, möglich.

Ähnliches trifft auch auf die Anordnung nach JP 07-64 020 A zu. Hier sind mehrere Anzeigeelemente, die jeweils mit einer konvexen Linse kurzer Brennweite, einer Lichtquelle und einem zwischen der Linse und der Lichtquelle befindlichen Streckmechanismus ausgestattet sind, auf einer Darstellungsfläche für die Schichtbilder angeordnet. Die Schichtbilder werden dargestellt, indem mit dem Streckmechanismus der Abstand zwischen der konvexen Linse und der Lichtquelle verändert wird, wodurch sich die Position des mit der konvexen Linse erzeugten Abbildes der Lichtquelle verschiebt. Hier ergeben sich die gleichen Nachteile wie bei der vorstehend genannten Veröffentlichung.

Aus dem Stand der Technik sind aber auch Anordnungen bekannt, bei denen zur Abbildung der Schichtbilder keine derartigen Linsenrasteranordnungen mit parallelen optischen Achsen der Linsen benötigt werden, sondern anstelle des Linsenrasters nur ein einziges Abbildungselement vorgesehen ist. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in US 3,493 ,290 als dreidimensionales Display beschrieben. Hier wird ein niederfrequenzangesteuerter, deformierbarer und dadurch seine Brennweite verändernder großflächiger Hohlspiegel so mit einem Monitor, auf dem nacheinander ebene Schichtbilder dargestellt werden und der eine extrem kurze Nachleucht- dauer hat, synchronisiert, daß ein dreidimensionales Bild im Raum entsteht, das mit beiden Augen aus einem großen Sichtwinkelbereich betrachtet werden kann.

Allerdings besteht bei Anordnungen dieser Art ein wesentlicher Nachteil darin, daß mechanisch bewegte und somit verschleißbehaftete Baugruppen erforderlich sind, verhältnismäßig hoher Aufwand zum Zwecke der Strahlumlenkung und Strahlteilung zu betreiben ist und sogenannte „Phantombilder" bzw. „Geisterbilder" auftreten. Außerdem ergibt sich eine perspektivische Verzerrung des Raumbildes, die ihren Ursprung in der mit der Tiefe zunehmenden Vergrößerung der virtuellen Bilder hat.

Weiterhin sind Anordnungen bekannt, bei denen ein Schalter-Array genutzt wird, das nahe einer Abbildungslinse angeordnet ist und eine zweite Linse in einem Abstand von diesem Schalter-Array positioniert ist, der ihrer Brennweite entspricht. Es hand elt sich hierbei um eine monofokale Abbildungslinse, deren Bild in der Ebene der zweiten Linse entsteht. Eine solche Anordnung ist beschrieben in „A.R.L. Travis, S.R. Lang, The design and evaiuation of a CRT-based autostereoscopic 3D-display, Proceedings of the SID, Vol. 32/4, 1991 ". Damit wird eine autostereoskopische SD- Darstellung mittels Zeit-Azimut-Mulitplexing erreicht.

Zum Zwecke der 3D-Darstellung werden im Stand der Technik auch monofokale Fresnellinsen verwendet, die optisch als Feldlinse wirken. Ein Beispiel dafür ist in EP 0 653 891 mit einem „Three-dimensional projection display apparatus" zu finden. Auch werden die Wirkflanken einer als Feldlinse genutzten monofokalen Fresnellinse an ein weiteres optischen Element angepaßt. Dieses kann beispielsweise ein Zylinderlinsenschirm sein, wie in JP 092 74 1 59 „Stereoscopic image display divice" beschrieben.

Die Verwendung einer bifokalen und damit multifokalen Fresnellinse für einen Rückprojektionsschirm, der mit einem Zylinderlinsen-Array ausgestattet ist, ist in EP 0874 268 „Fresnel lens sheet and rear projection screen" angegeben. Hierbei aber wirkt die Fresnellinse ebenfalls als Feldlinse, was zur Folge hat, daß sie keine tiefengestaffelten Abbilder liefert. In einer „Vorrichtung zum Darstellen sich bewegender Bilder in hmteremanderlie- genden Ebenen" nach WO 98/1 81 1 4 ist ebenfalls die Verwendung einer monofokalen Fresnellinse beschrieben Nachteil ist hier der hohe geratetechnische Aufwand, da zwei Bildgeber, ein Strahlteiler und zusätzlich zur monofokalen Fresnellinse ein Hohlspiegel allem für zwei Ebenen erforderlich sind, was nicht nur hohe Fertigungskosten, sondern auch ein verhältnismäßig großes Bauvolumen zur Folge hat

In WO 98/1 0584, einem „Display System", ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen oder alternierenden Hinteremanderdarstellung von zwei Bildebenen beschrieben Hierbei werden eine erste Bildquelle, die den Vordergrund darstellt, und eine zweite Bildquelle, die den Hintergrund wiedergibt, mit Hilfe eines als „be- am combiner" bezeichneten optischen Strahlentellers zu einer Gesamtszene überlagert, wodurch der Betrachter den Hintergrund in größerer Entfernung wahrnimmt als den Vordergrund und auf diese Weise bedingt einen räumlichen Eindruck erhalt Die hier verwendeten monofokalen Fresnelzylinderlmsen oder Zylmderspiegel dienen lediglich zur optischen Änderung des Aspektverhaltnisses zwischen Vorder- grundbild und Hintergrundbild

Sollen mit dieser Anordnung mehr als zwei Ebenen in unterschiedlichem Abstand von einem Betrachter dargestellt werden, erhöht sich der ohnehin schon hohe Aufwand beträchtlich

Beschreibung der Erfindung Von diesem Stand der Technik ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß eine den Sehgewohnheiten des Menschen adäquate ermudungsfreie Raumwahrnehmung mit guter Qualität bei geringem geratetechnischen Aufwand möglich ist und auch die hierzu geeigneten optischen Abbildungsemπchtungen, wie beispielsweise Linsen bzw Linsengruppen, anzugeben

Erfmdungsgemaß ist vorgesehen, daß die Schichtbilder bzw Teile der Schichtbilder gleichzeitig nebeneinander und/oder zyklisch schnell aufeinander folgend in einer Objektebene wiedergegeben werden und mit mehreren Linsenbereichen, die zwar unterschiedliche Brennweiten, jedoch eine gemeinsame optische Achse haben, die Schichtbilder bzw Teile davon reell und/oder virtuell abgebildet werden, wobei von einem Schichtbild b bzw von Teilen b .b , b des Schichtbildes b durch Linsen- bereiche mit der Brennweite f, ein Abbild a_{) ?} von einem Schichtbild b bzw von Teilen b ,b b des Schichtbildes b durch Linsenbereiche mit einer Brennweite f ein

Abbild a. erzeugt wird usw und die Abbilder a^a. usw auf der optischen Achse hintereinander sichtbar und dadurch in räumlicher Tiefe wahrnehmbar sind

Auf diese Weise werden die Nachteile, die den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren anhaften, vermieden Die Schichtbilder können in ihrer Ganzheit voll- standig oder auch gerastert verwendet werden, es entstehen den Sehgewohnheiten entsprechende raumliche Darstellungen von Szenen/Gegenstanden ohne unnaturli ehe Entkopplung von Akkommodation und Konvergenz, die ohne Hilfsmittel visuell in sehr guter Qualität wahrnehmbar sind Der geratetechnische Aufwand ist gering, da zur Ausfuhrung dieses Verfahrens weder eine Vielzahl von Abbildungslmsen mit parallelen optischen Achsen noch bewegte Bauteile erforderlich sind Es können sowohl zweidimensionale Schichtbilder als auch dreidimensionale autostereoskopi sehe Bilder auf dem Bildgeber wiedergegeben und als Grundlage für räumliche Darstellungen genutzt werden Die Wahrnehmung ist ohne Einschränkung des räumlichen Eindrucks von mehreren Betrachtern aus einer beliebigen Position innerhalb eines verhältnismäßig großen Raumwinkels ohne Hilfsmittel möglich

So können beispielsweise die Schichtbilder bzw Teile der Schichtbilder gleichzeitig nebeneinander in der Objektebene wiedergegeben werden und, zwecks Erzeugung eines Abbildes von jedem Schichtbild, kann deren jeweilige Zuordnung zu Linsenbereichen einer bestimmten Brennweite in Abhängigkeit von ausgewählten physikall sehen Eigenschaften des Abbildungshchtes, wie Wellenlange und/oder Polarisation, vorgenommen werden Mit anderen Worten es werden Eigenschaften des Abbil dungshchtes genutzt, um einem jeden Schichtbild bzw Teilen des Schichtbildes ausschließlich Linsenbereiche mit ein und derselben optischen Brennweite zuzuord nen Auch hierdurch wird erreicht, daß die Schichtbilder bzw deren Teile - der zugeordneten Brennweite entsprechend - in unterschiedlichen raumlichen Tiefen ab- gebildet werden, wobei die räumliche Tiefe, in der das Abbild eines Schichtbildes jeweils erscheint, dessen räumlicher Tiefe in der wiederzugebenden Szene bzw des wiederzugebenden Gegenstandes entspricht oder dieser zumindest proportional ist

Des weiteren ist es nach dem erfmdungsgemaßen Verfahren aber auch möglich Raumbilder zu erzeugen, indem die Schichtbilder einzeln kurzzeitig aufeinander folgend in der Objektebene wiedergegeben werden und diese Wiedergabe in schneller Folge wiederholt wird Dabei werden innerhalb einer Wiederholsequenz jedem dargestellten Schichtbild bzw Teilen davon ausschließlich Linsenbereiche einer bestimmten Brennweite zugeordnet und damit kurzzeitig immer wieder ein Abbild des jeweiligen Schichtbildes erzeugt

So werden wahrend einer Zeitspanne t_] beispielsweise das Schichtbild b_| wiedergeben md in derselben Zeitspanne ^ zur Erzeugung des Abbildes a ausschließlich Linsenbereiche der Brennweite f optisch genutzt Danach werden wahrend einer folgenden Zeitspanne t_ das Schichtbild b_ wiedergegeben und zur Erzeugung des Abbildes a ausschließlich Linsenbereiche der Brennweite f optisch genutzt usw Die Zeitspannen t^t bis t_n, die jeweils eine Sequenz bilden, werden zyklisch wiederholt und innerhalb einer jeden Zeitspanne wird jeweils auch dasselbe Schichtbild wiedergegeben, wobei jedem Schichtbild nur eine Brennweite bzw umgekehrt jeder Brennweite nur ein Schichtbild zugeordnet wird

Dabei ist es erforderlich, daß die Freigabe der jeweils zuzuordnenden Lmsenberei ehe stets synchron zur Wiedergabe des entsprechenden Schichtbildes erfolgt und der Wechsel der Schichtbilder sowie die wechselnde Freigabe der zugeordneten Linsenbereiche so schnell vorgenommen wird, daß die dabei entstehenden tiefengestaffelten Abbilder unter Berücksichtigung der Trägheit des Auges f mmerfrei wahrgenommen werden können

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß wahrend einer Zeitspanne t von der Gesamtanzahl n aller vorhandenen bzw der Erzeugung des Raumbildes zugrunde liegenden Schichtbilder zunächst eine Teilan- zahl n_] gleichzeitig nebeneinander wiedergegeben wird, wobei die Zuordnung eines jeden innerhalb der Zeitspanne t_] wiedergegebenen Schichtbildes (bzw Teilen davon) zu Linsenbereichen einer bestimmten Brennweite, wie bereits angegeben, in Abhängigkeit von Wellenlange und/oder Polarisation des Abbildungshchtes vorge nommen wird Hierauf folgend wird dann wahrend einer Zeitspanne t eine Teilan- zahl n. der Schichtbilder (bzw Teile davon) wiederum gleichzeitig nebeneinander wiedergegeben, wobei deren Zuordnung zu Linsenbereichen ebenfalls wieder in Abhängigkeit von Wellenlange und/oder Polarisation des Lichtes vorgenommen wird Es können sich nun weitere Zeitspannen t ,t usw anschließen, in denen weitere, in den vorhergehenden Zeitspannen noch nicht dargestellte Schichtbilder wie- dergegeben werden, bis jedes der insgesamt vorhandenen Schichtbilder einmal wiedergegeben worden ist, dabei jedem Schichtbild eindeutig Linsenbereiche aus- schließlich einer bestimmten Brennweite zugeordnet worden sind und von jedem Schichtbild bzw von dessen Teilen ein Abbild a_χ (x=l n) erzeugt worden ist

Auch hierbei werden die Zeitspannen t^t. usw zyklisch schnell wiederholt, wobei innerhalb jeder dieser Zeitspannen immer auch dieselben Schichtbilder wiedergege ben und auf die beschriebene Weise abgebildet werden

Die Zuordnung der wahrend einer Zeitspanne wiedergegebenen Schichtbilder zu Linsenbereichen vorgegebener Brennweiten kann erfolgen, indem nur die innerhalb dieser Zeitspanne zur Abbildung benotigten Linsenbereiche optisch freigegeben werden, wahrend alle nicht benotigen Linsenbereiche optisch gesperrt sind

Eine vorteilhafte Anwendungsmog chkeit des erfindungsgemaßen Verfahrens ergibt sich, wenn die gleichzeitig nebeneinander dargestellten Schichtbilder jeweils nicht in ihrer Gesamtheit, sondern zu Teilen in der Objektebene wiedergegeben werden Dabei ist es besonders gunstig, von jedem Schichtbild streifenformige Abschnitte auszuwählen und nebeneinander darzustellen So wurden bei Darstellungen der Teile von zwei Schichtbildern b₍ und b₂ auf dem Bildgeber beispielsweise abwech selnd jeweils ein Streifen b des Schichtbildes b daneben ein Streifen b des Schichtbildes b_, dann wieder ein Streifen b_{] 2} des Schichtbildes b_t daneben der nächste Streifen b₂₂ des Schichtbildes b₂ usw erscheinen Das erfordert einen Bild geber doppelter Breite oder mit doppeltem horizontalen Auflösungsvermögen (Pixel halber Breite) Bevorzugt wurde daher der Streifen b_π von b_] daneben der Strei fen b von b , daneben der Streifen b von b , daneben der Streifen b von b usw erscheinen

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Anordnungen zur raumlichen Darstellung von Szenen/Gegenstanden nach dem vorgenannten Verfahren Erfmdungsgemaß weist eine solche Anordnung einen Bildgeber auf, der geeignet ist, Schichtbilder bzw Teile von Schichtbildern gleichzeitig nebeneinander und/oder zyklisch aufein ander folgend in ein und derselben Objektebene wiederzugeben sowie eine Abbil dungsemπchtung, die mehrere Linsenbereiche mit unterschiedlichen Brennweiten jedoch einer gemeinsamen optischen Achse hat und die in Blickrichtung mindestens eines Betrachters bzw einer Kamera dem Bildgeber vorgeordnet ist Außerdem weist der Bildgeber Mittel auf zur zeitlichen und/oder räumlichen Zuordnung eines in der Objektebene wiedergegebenen Schichtbildes b_ι (bzw wiedergegebener Teile davon) zu Linsenbereichen einer Brennweite f , eines in der Objektebene wiederge gebenen Schichtbildes b₂ (bzw wiedergegebener Teile davon) zu Linsenbereichen einer Brennweite f usw

Ist der Bildgeber zur gleichzeitigen Wiedergabe mehrerer Schichtbilder bzw Teilen davon ausgestaltet, so können als Mittel zur raumlichen Zuordnung zu Lmsenberei- chen bestimmter Brennweite Polarisationsfilter und/oder Farbfilter vorhanden sein

Beispielsweise kann der Bildgeber so ausgestaltet sein, daß er in der Objektebene gleichzeitig zwei Schichtbilder b_ι und b₂ bzw Teile dieser Schichtbilder nebeneman- der wiedergibt, die Abbildungseinπchtung kann mit Linsenbereichen zweier verschiedener Brennweiten f und f. ausgestattet sein, dem Schichtbild b bzw den Teilen davon können Polarisationsfilter mit der Polaπsationsπchtung 0° und den Linsenbereichen mit der Brennweite f ebenfalls Polarisationsfilter mit der Polaπsati- onsπchtung 0^° beigeordnet sein, wahrend dem Schichtbild b bzw den Teilen des Schichtbildes b. und den Linsenbereichen der Brennweite f. jeweils Polarisationsfilter mit den Polaπsationsπchtungen 90^' beigeordnet sind

Auf diese Weise wird erreicht, daß der Teil des Abbildungsstrahlenganges, der von den Abschnitten der Objektebene ausgeht, auf denen das Bild b_| bzw Teile davon dargestellt sind, aufgrund der Polaπsationsπchtung der beigeordneten Polarisationsfilter stets den Linsenbereichen der Brennweite f zugeordnet ist Das trifft in analoger Weise auf den Teil des Abbildungsstrahlenganges zu, der von den Ab schnitten der Objektebene kommt, auf denen das Bild b₂ bzw Teile davon darge stellt sind bzw auf die zugeordneten Linsenbereich der Brennweite f Dabei sind die räumliche Tiefe der Schichtbilder b und b und die zugeordneten Brennweiten f und f so aufeinander abgestimmt, daß die Abbildungen auch tatsächlich in der vor- gesenenen räumlichen Tiefe erfolgen und so für den Betrachter in dieser Tiefe wahrnehmbar sind

Eine sinngemäß ahnliche Konfiguration der Anordnung laßt sich erzielen, wenn anstelle der Polarisationsfilter Farbfilter verwendet werden So kann die erfmdungs- gemaße Anordnung derart ausgestaltet sein, daß der Bildgeber zur gleichzeitigen Wiedergabe von drei Schichtbildern b., b₂, b₃ ausgestaltet ist, Linsenbereiche mit drei verschiedenen Brennweiten f , f f vorgesehen sind und jeweils den in der Ob- jektebene dargestellten Schichtbildern wie auch den zugeordneten Brennweiten Farbfilter gleicher optischer Eigenschaften beigeordnet sind So kann beispielsweise den Abschnitten der Objektebene, die das Schichtbild b bzw Teile des Schichtbil- des b wiedergeben, ein Rotfilter und den Linsenbereichen f ebenfalls ein Rotfilter vorgeordnet sein Auf diese Weise erfolgt die Abbildung des Schichtbildes b in einer Abbildungsebene, die (außer der festen Objektweite) durch die Brennweite f vorge geben ist

Dasselbe trifft analog für die Schichtbilder b. und b zu, die auf gleiche Weise durch Grün- bzw Blaufilter den Brennweiten f und f zugeordnet werden können Sie wer den dadurch in einer Tiefe abgebildet, die (außer der festen Objektweite) durch die Brennweiten f und f der zugeordneten Linsenbereiche vorgegeben ist

In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung können beispielsweise einem Schichtbild b in der Objektebene sowohl ein Polarisationsfilter, etwa mit der Polaπ sationsπchtung 0^°, als auch ein Farbfilter, etwa ein Rotfilter, zugeordnet sein, wah rend den Linsenbereichen der Brennweite f in gleicher Weise Polarisationsfilter (der Polaπsationsπchtung 0^°) und Farbfilter (Rotfilter) zugeordnet sind Sind Polaπsati onsπchtungen der Polarisationsfilter und Spektraleigenschaften der Farbfilter in solcher Weise den Schichtbildern bzw Linsenbereichen beigeordnet, wie das bei spielhaft im Anspruch 9 tabellarisch dargestellt ist, lassen sich sechs verschiedene Schichtbilder b bis b über Linsenbereiche sechs verschiedener Brennweiten f bis f in sechs Abbildern a bis a darstellen, die entsprechend der Brennweiten f bis f in räumlicher Tiefe gestaffelt sind

Vorteilhaft sind die den Schichtbildern beigeordneten Filter unmittelbar auf oder zumindest nahe der Objektebene und die den Linsenbereichen beigeordneten Filter unmittelbar auf oder zumindest nahe der Oberflache der Linsenbereiche positio niert In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die den Linsenbereichen beigeordneten Färb- und/oder Polaπsationsfilterschichten unmittelbar in der Aper turebene der Abbildungsemπchtung angeordnet

Selbstverständlich ist es möglich einen Bildgeber mit Farbdarstellung in der Objek tebei .e zu verwenden Hierfür kann beispielsweise ein Farbmonitor vorgesehen sein der dann so anzusteuern ist, daß die Schichtbilder mit Licht verschiedener Spektral eigenschaften auf der Monitorflache erscheinen Werden beispielsweise alle Teile des Schichtbildes b auf der Monitorflache rot abgestrahlt, sind sie den Lmsenberei chen zugeordnet, denen Rotfilter beigeordnet sind Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Bildgeber zur zyklischen Wiedergabe der Schichtbilder bzw Teilen der Schichtbilder ausgebildet ist und als Mittel zur zeitlichen Zuordnung jeweils eines in der Objektebene wiedergegebenen Schichtbildes zu Linsenbereichen einer bestimmten Brennweite ein ansteu- erbarer Shutter vorhanden ist sowie eine Synchronsteuerung vorgesehen ist, die sowohl mit dem Bildgeber als auch mit dem Shutter in Verbindung steht Die Syn chronsteuerung sorgt dafür, daß wahrend einer Zeitspanne t_] in der Objektebene des Bildgebers das Schichtbild b (oder Teile davon) wiedergegeben wird und der Shutter so angesteuert ist, daß ausschließlich Linsenbereiche der Brennweite f zur Erzeugung eines Abbildes nutzbar sind Wahrend der folgenden Zeitspanne t ist der Bildgeber so angesteuert, daß das Schichtbild b₂ (bzw Teile davon) erscheint und der Shutter so angesteuert, daß ausschließlich Linsenbereiche der Brennweite f zur Erzeugung eines Abbildes verfugbar sind usw

Dabei kommt dem Shutter praktisch die Aufgabe zu, wahrend der Zeitspannen t , t t_n Querschnittsbereiche q^ q₂ q_n des Abbildungsstrahlenganges wechselnd freizugeben und zu sperren, wobei die freigegebenen Querschnittsbereiche q , q oder q stets den Linsenbereichen der Brennweite f , f oder f entsprechen, die zur

Erzeugung eines Abbildes a , a₂ oder a_n des in der jeweiligen Zeitspanne t , t oder t wiedergegebenen Schichtbildes b^ b₂ oder b_n genutzt werden sollen Hierzu ist der Shutter zweckmaßigerweise zumindest etwa in der Aperturebene der Abbildungs- emπchtung anzuordnen

Ein solcher Shutter kann ein in den Abbildungsstrahlengang gestellter Flussigkπ stall-Modulator sein, bei dem mit Ansteuerung eines Flussigkπstallbereiches, dessen flachige Ausdehnung einem solchen Querschnittsbereich des Abbildungsstrahlen ganges entspricht, eine Änderung der Polaπsationsπchtung für diesen Querschnitts bereich erzielt wird und dabei im Zusammenwirken mit einem im Abbildungsstrah- lengang vorgeordneten Polaπsator mit fester Polarisationsrichtung und einem nach geordneten Analysator, ebenfalls mit fester Polaπsationsπchtung, für den betref fenden Querschnittsbereich eine Änderung der Transparenz bewirkt wird Dabei kann im angesteuerten Zustand die Transparenz das Maximum und im nicht angesteuerten Zustand das Minimum (black mode) oder, alternativ hierzu und bevorzugt, im angesteuerten Zustand die Transparenz das Minimum und im nicht angesteuer- ten 7ustand das Maximum aufweisen (white mode) Aufgrund der Zuordnung der Querschnittsbereiche zu Linsenbereichen bestimmter Brennweiten kann somit die Verfügbarkeit der Linsenbereiche zur Erzeugung von Abbildern gesteuert werden Derartige LC-Shutter bestehen beispielsweise aus einer ersten Polarisationsfolie (als Polarisator) mit vollflachig gleich polarisierender Wirkung, z B mit der Polaπsati- onsπchtung 0^°, aus einem aktiven polaπsationsoptischen Teil mit separat ansteuer- baren Flussigkπstallbereichen und aus einer zweiten Polarisationsfolie (als Analysa- tor), ebenfalls mit vollflachig gleich polarisierender Wirkung Die fest vorgegebenen Polaπsationsπchtungen von Polaπsator und Analysator können um 90" gegeneinander verdreht (white mode) oder parallel sein (black mode)

In konkreten Ausfuhrungen können hierbei LC-Shutter der Firma Jenoptik La ser/Optik/Systeme GmbH, Deutschland, und FLC-Shutter der Firma Central Research Laboratories Limited (CRL), United Kingdom, verwendet werden

Auf die beschriebene Weise wird erreicht, daß der Bildwechsel auf dem Bildgeber sowit die Freigabe bzw Sperrung der zugeordneten Querschnittsbereiche stets synchron ablaufen und damit den jeweils dargestellten Schichtbildern zeitlich auch die Linsenbereiche entsprechender Brennweiten zugeordnet sind

Unter optischen Gesichtspunkten effektiv und zugleich fertigungstechnologisch vorteilhaft ist die Verwendung einer multifokalen Fresnellinse zur Realisierung der Linsenbereiche So kann z B eine multifokale Fresnellinse mit Linsenbereichen vier verschiedener Brennweiten f bis f versehen sein, die quadratisch, kreisförmig oder auch streifenformig geformt sein können Hierbei besteht eine gunstige Ausfuhrung darin, die Fresnellinse als multifokale Fresnelzyiinder nse mit streifenformigen Lm senbereichen auszubilden Auf konkrete Ausfuhrungen von multifokalen Fresnellin sen, die insbesondere im Zusammenhang mit der hier beschriebenen erfmdungs- gei ßen Anordnung entwickelt wurden und zur Anwendung hierfür geeignet sind wird weiter unten noch naher eingegangen

Die in der Tiefe gestaffelte Abbildung der Schichtbilder wird verbessert, wenn zum Zweck der Maßstabskorrektur beispielsweise in Blickrichtung des Betrachters bzw der Kamera vor der multifokalen Fresnellinse zusätzlich eine monofokale Fresnellinse der Brennweite f im Abstand dieser Brennweite angeordnet ist Damit erübrigt es sich, die Schichtbilder in einer anderen, aufwendigeren Art und Weise einer Maß- stabsanderung zu unterziehen Es soll im folgenden auf die Möglichkeit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hingewiesen werden, bei der die multifokale Fresnellinse Linsenbereiche mit zwei verschiedenen Brennweiten f und f aufweist, die wiederum quadratisch, kreisfor mig, streifenformig oder auch anderweitig geformt sein können Auch hier kann unter Umstanden vorteilhaft eine Fresnelzylinderhnse mit streifenformigen Lmsen- bereichen verwendet werden

Grundsätzlich kann hier als Shutter ebenfalls ein Flussigkπstall-Modulator verwendet werden, der in der bereits vorbeschriebenen Weise aufgebaut ist und bei dem einzelne, jeweils einem Querschnittsbereich entsprechende Flussigkristallbereiche ansteuerbar sind Da in diesem Falle aber Linsenbereiche vorgesehen sind, die sich nur durch zwei verschiedene Brennweiten unterscheiden, kann vorteilhaft ein Flus- sigkπstall-Modulator vorgesehen sein , bei dem zwar ebenfalls eine erste Polarisationsfolie (als Polaπsator) mit vollflachig gleich polarisierender Wirkung, z B mit der Polarisationsrichtung 0^', vorhanden ist, das aktive polarisationsoptische Teil jedoch abweichend von der schon beschriebenen Bauweise nicht über separat ansteuerba re, den Querschnittsbereichen entsprechende Flussigkristallbereiche verfugen muß, sondern so ausgebildet sein kann, daß bei Ansteuerung der Flussigkπstalle die Änderung der Polarisationsrichtung über den Gesamtquerschnitt des Abbildungs- strahlenganges erzielt wird und die zweite, als Analysator wirkende Polarisationsfolie nicht vollflachig gleich polarisiert, sondern Polaπsationsbereiche p_t und p₂ mit jeweils um 90° zueinander verdrehter polarisierender Wirkung aufweist

Mit anderen Worten die Polaπsationsbereiche p_ι entsprechen Querschnittsbereichen des Abbildungsstrahlenganges mit einer Polarisationsrichtung 0^" und die Polaπsati- onsbereiche p_ entsprechen Querschnittsbereichen des Abbildungsstrahlenganges mit einer Polarisationsrichtung 90^° (oder umgekehrt)

Damit wird bei Ansteuerung der Flussigkπstalle für die betreffenden Querschnitts- bereiche des Abbildungsstrahlenganges eine Änderung der Transparenz erreicht, wobei wiederum im angesteuerten Zustand die Transparenz das Maximum und im nicht angesteuerten Zustand das Minimum (black mode) oder, alternativ hierzu und bevorzugt, im angesteuerten Zustand die Transparenz das Minimum und im nicht angesteuerten Zustand das Maximum (white mode) aufweisen kann

Eine Anordnung, die insbesondere zur Erzeugung einer Vielzahl von in der Tiefe gestaffelten Abbildern geeignet ist, erhalt man, wenn der Bildgeber zur Wiedergabe emer Teilanzahi n_ von Schichtbildern wahrend eines Zeitabschnittes t , einer Tei- lanzahl n weiterer Schichtbilder wahrend eines Zeitabschnittes t usw ausgebildet

So kann die Anordnung beispielhaft in der Weise ausgestaltet sein, daß der Bildgeber von einer Gesamtanzahl n=4 Schichtbildern wahrend einer Zeitspanne t eine Teilanzahi n_ι=2 , bestehend aus den Schichtbildern b , b₂ wiedergibt, danach wah rend einer Zeitspanne t. eine Teilanzahi n₂=2 , bestehend aus den Schichtbildern b , b wiedergibt und in der Abbildungsemπchtung vier Linsenbereiche verschiedener Brennweiten f bis f vorgesehen sind Weiter können in diesem Zusammenhang bei- spiel .weise dem Schichtbild b_] Polarisationsfilter mit Polarisationsrichtung 0' und den Linsenbereichen mit der Brennweite f ebenfalls Polarisationsfilter mit Polarisationsrichtung 0^" beigeordnet sein, wodurch die optische Zuordnung des Schichtbil des b_t zu den Linsenbereichen der Brennweite f gewährleistet ist Die Zuordnung des ebenfalls innerhalb der Zeitspanne t. wiedergegebenen Schichtbildes b zu Lin senbereichen der Brennweite f. kann in analoger Weise durch Polarisationsfilter der Polarisationsrichtung 90^° erfolgen

In analoger Weise sind Polarisationsfilter mit Polarisationsrichtung 0^° zur Zuordnung des Schichtbildes b zu Linsenbereichen der Brennweite f und Polarisationsfilter mit

Polarisationsrichtung 90^° zur Zuordnung des Schichtbildes b₄ zu Linsenbereichen der Brennweite f vorhanden Die Folge weiterer Zeitspannen t , t bis t mit Wieder gäbe und Zuordnung von jeweils weiteren zwei Schichtbilder ist denkbar

Im Zusammenhang mit den Ausgestaltungsvarianten der Erfindung, bei denen die gleichzeitige Wiedergabe von mehreren Schichtbildern vorgesehen ist und zur Zu Ordnung der Schichtbilder zu Linsenbereichen einer vorgegebenen Brennweite Polarisationsfilter verwendet werden, können die Polarisationsfilter beispielsweise als lineare Polarisationsfilter oder auch als zirkuläre Polarisationsfilter mit rechts und linksdrehender Polarisationsrichtung ausgebildet sein

Zu empfehlen ist, die Synchronsteuerung mit einer Taktfrequenz f zu betreiben, die oberhalb des mehrfachen der Flimmerverschmelzungsfrequenz v_{Au e} des Auges hegt und die bevorzugt f , >v *n/l betragt, mit n der Gesamtanzahl der Schichtbil der und I der Anzahl der je Zeitspanne t_χ gleichzeitig wiedergegebenen Schichtbilder Damit wird erreicht, daß für den bzw die Betrachter ein fhmmerfreies Bild wahrgenommen werden kann Als Bildgeber eignen sich sowohl für die dynamische Variante der Erfindung (räumliche Darstellung auf Grundlage einer Vielzahl von Schichtbildern mit schnellem Bildwechsel) als auch für die statische Variante (räumliche Darstellung auf Grundlage von dauerhaft gleichzeitig wiedergegebenen Schichtbildern) die im Stand der Technik bekannten Anordnungen, wie CRT (Cathode Ray Tube) -Monitore, bevorzugt mit hoher Auflosung, hoher Leuchtdichte und hoher Bildwiederholfrequenz bei geringer Persistenz (Nachleuchtdauer) Des weiteren Fiachbildschirme wie LC (Liquid Crystal)- Displays oder -Projektoren, bevorzugt TFT (Thm Film Transistor) -LC-Displays oder - Projektoren mit TN (Twisted Nematιc)-LC und aktiver Ansteuerung, LC-Displays oder -Projektoren im IPS (In Plane Switchmg) -Mode, FLC (Ferroelectπc Liquid Crystal)- Displays, jeweils bevorzugt mit hoher Auflosung, hoher Leuchtdichte, hohem Kon trast und hoher Bildwiederholfrequenz bei geringer Nachleuchtdauer, PP (Plasma Panel) -Displays, bevorzugt großflächige PPD, EL (Electrolummescence) Displays, bevo zugt farbtuchtige ELD

Diese vorgenannten Bildgeber genügen insbesondere den Anforderungen, die im Zusammenhang mit der zyklischen vollflachigen Darstellung der Schichtbilder zu stellen sind Frequenzprobleme können durch Einsatz mehrerer Grafikkarten uber- wunden werden Sollen gleichzeitig nebeneinander Teile von Schichtbildern wiedergegeben werden, können dazu Verfahren aus dem Stand der Technik, wie bei spielsweise in autostereoskopischen 3 D-Dιsplays mit Linsenraster- oder Barπerean Ordnungen, angewandt werden

Weiterhin kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, in die Funktion des beschriebenen Shutters den Bildgeber mit einzubeziehen, nämlich dann wenn der Bildgeber bereits eine ganzflachig gleichgerichtet polarisierende Bildflache aufweist, wie das beispielhaft bei einem LC-Display, insbesondere einem TFT-LC-Display der Fall ist Diese Bildflache kann dann die Aufgabe des Polaπsators des Shutters übernehmen, was vorteilhaft einen einfacheren Aufbau des Shutters bzw der gesamten Anordnung zur Folge hat

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auch auf multifokale Fresnellinsen zur Anwendung in solchen Ausgestaltungen der Anordnung zur räumlichen Darstellung von Szenen und/oder Gegenstanden, bei denen Fresnellinsen mit Linsenbereichen bzw optischen Wirkflachen W_n zur Anwendung kom men, die sich durch mindestens vier verschiedene Brennweiten f (n=l >4) unterscheiden Erfindungsgemaß ist eine derartige multifokale Fresnellinse mit einer Vielzahl von optischen Wirkflachen W versehen, die hinsichtlich ihrer Brennweiten mindestens vier verschiedenen Kategorien n zugeordnet sind, wobei jeweils die Wirkflachen W_n einer Kategorie die gleiche Brennweite f aufweisen, mindestens eine Kategorie mit einer positiven Brennweite und mindestens eine Kategorie mit einer negativen Brennweite vorgesehen ist, benachbarte Wirkflachen W_n mit ihren jeweiligen Randern stets unmittelbar aneinander angrenzen und die Fresnellinse als ebene Platte oder Folie mit im wesentlichen gleichbleibender Dicke ausgebildet ist

Durch die vollständige Vermeidung von Storflachen bzw von Flanken, die im wesentlichen rechtwinklig zu der Haupterstreckungsebene der Fresnellinse angeordnet sind, ergibt sich einerseits ein hoher optischer Wirkungsgrad d h insbesondere eine hohe Lichtdurchlassigkeit, sowie andererseits eine Vereinfachung der Herstel lungstechnologie Beispielsweise lassen sich derartige Fresnellinsen einfacher aus einer Herstellungsform losen Die Ausbildung der Fresnellinse als ebene Platte er laubt die Ausformung von Wirkflachen, die einer großen Anzahl von verschiedenen Brennweiten zugeordnet sind, ohne daß dies mit einer erheblichen Zunahme des Aufwandes für die Herstellung verbunden wäre Dadurch können sehr dünne, storflachenfreie multifokale Linsen mit einer Breitenerstreckung bis in eine Größenordnung von etwa 2000 mm hergestellt werden

Prinzipiell ist es möglich, die den einzelnen Brennweiten zugeordneten Wirkflachen zufallsgeneπert nebeneinander anzuordnen, wodurch sich systematische Fehler vermeiden lassen In vielen Fallen ist es jedoch vorteilhaft, die Lage der einzelnen Wirkflachen mit weiteren Einrichtungen der optischen Anordnung, beispielsweise einem Shutter, einem Polaπsationsraster, einem Farbfilterraster oder dergleichen abzustimmen, so daß zu diesem Zweck die Wirkflachen der einzelnen Brennweiten kategoπen bevorzugt in regelmäßiger, sich wiederholender Reihenfolge angeordnet werden

Zur Vermeidung von Helligkeitsschwankungen bzw Vignettierung sind in einer vor teilhaften Ausgestaltung die Wirkflachen in Sequenzen angeordnet, wobei jede Se quenz genau eine Wirkflache aus jeder Brennweitenkategorie umfaßt Dabei können die Wirkflachen in den einzelnen Sequenzen in beliebiger Reihenfolge angeordnet werden Bevorzugt ist jedoch in allen Sequenzen die Reihenfolge der Wirkflachen gleich, wodurch sich eine sehr gleichmäßige Helligkeitsverteilung ohne Vignettie- rung über die gesamte Flachenausdehnung der Linse ergibt

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung sind Wirkflachen aus Kategorien mit positiver Brennweite und Wirkflachen aus Kategorien mit negativer Brennweite abwechselnd nebeneinander und unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet Da die Wirkflachen mit positiven und negativen Brennweiten in jeweils umgekehrter Richtung geneigt sind, laßt sich hierdurch die Dickenschwankung der multifokalen Linse besonders gering halten, so daß auch in Randbereichen derselben eine starke Zer kluftung vermieden und eine gute Transparenz erreicht wird

Zur Verminderung der Dickenschwankung ist in einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung die Anzahl von Kategorien mit positiver Brennweite gleich der Anzahl von Kategorien mit negativer Brennweite Werden in diesem Fall wiederum Wirkflachen mit positiver Brennweite und Wirkflachen mit negativer Brennweite abwechselnd nebeneinander angeordnet, so laßt sich bei gleicher Breite der Wirkflachen eine sehr gleichmäßige Lichtaufteilung auf die einzelnen Kategorien erzielen

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Wirkflachen als zu der Haupterstrek- kungsebene der Linse geneigte Streifen ausgebildet Diese Streifen können beispielsweise linienformig nebeneinander oder auch konzentrisch zueinander angeordnet werden Dabei ist die Summe der auf eine Normale der Haupterstreckungse- bene projizierten Breiten aller Wirkflachen mit positiver Brennweite im wesentlichen gleich der Summe der auf die Normale projizierten Breiten aller Wirkflachen mit ne gativer Brennweite Über die Gesamtflache der Linse heben sich dadurch die aus den Wirkflachen resultierenden Erhebungen und Vertiefungen weitestgehend gegeneinander auf Die einzelnen Streifen der Wirkflachen derjenigen Sequenz, die eine Linie in einem Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse überstreicht, können beispielsweise nach der folgenden Vorschrift dimensioniert werden

n α d h

1 33 ,4621 ^° 0,0226 mm 0,0342 mm

2 -9,401 9^° -0,0089 mm 0,0540 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 1 9 mm 0,0435 mm 4 -23 ,0060^' -0,0255 mm 0,0601 mm wobei n den Zahlmdex der Brennweitenkategorie angibt, α_n den Wirkflankenwinkel zwischen der betreffenden Wirkflache und der Haupterstreckungsebene, d die auf die Normale zur Haupterstreckungsebene projizierte Breite der betreffenden Wirkflache, und h_n die auf die Haupterstreckungsebene projizierte Breite der betref- fenden Wirkflache

Enthalt eine Sequenz von Wirkflachen jeweils genau eine Wirkflache aus einer der vier Brennweitenkategorien, so heben sich über diese Sequenz, wie aus der vorstehenden Tabelle zu erkennen ist, die auf der Normale zu der Haupterstreckungsebe- ne projizierten Breiten der Wirkflachen mit dem Zahlmdex 1 und 3 mit positiver Brennweite gegen diejenigen der Wirkflachen mit dem Zahlmdex 2 und 4 mit negativer Brennweite auf In diesem Fall besitzen die einzelnen Streifen je nach Brenn weitenkategoπe eine unterschiedliche, auf die Haupterstreckungsebene projizierte Breite

In einer alternativen Ausfuhrungsvariante wird hingegen die Projektion der Breite der Streifen auf die Haupterstreckungsebene für alle Kategorien von Wirkflachen gleich groß gehalten Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die einzelnen Wirkflachen mit Hilfe eines vor- oder nachgeschalteten Shutters optisch aktiviert bzw deaktiviert werden sollen Der Shutter besitzt eine Rasterstruktur mit einer konstanten Zeilen- und/oder Spaltenbreite, die Rasterelemente können einzeln oder in Gruppen geöffnet und geschlossen werden Die Streifen einer Sequenz im Ab stand von 1 50 mm von der optischen Achse sind dann beispielsweise entsprechend der folgenden Vorschrift gestaltet

n α d_n h

1 33 ,4621 ^° 0,0330 mm 0,0500 mm

2 - 9,401 9^° -0,0083 mm 0,0500 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 36 mm 0,0500 mm

4 - 23 ,0060^° -0,021 2 mm 0,0500 mm

wobei n wieder den Zahlmdex der Brennweitenkategorie angibt, α den Wirkflanken wmkel zwischen der betreffenden Wirkflache und der Haupterstreckungsebene, d die auf die Normale zur Haupterstreckungsebene projizierte Breite der Wirkflache, und h_n die auf die Haupterstreckungsebene projizierte Breite der betreffenden Wirkflache Weiterhin ist es möglich, die Wirkflachen derart als Streifen auszubilden, daß die Projektion der Breite der Streifen auf die Haupterstreckungsebene für alle Kategoπ en von Wirkflachen einem ganzzahligen Vielfachen einer Bezugsgroße entspricht, wobei die Bezugsgroße vorzugsweise die Breite des schmälsten Streifens ist Auch in diesem Fall können die Wirkflachen dann besonders einfach mit dem vorstehend bereits erwähnten Shutter betrieben werden

So kann beispielsweise eine der Wirkflachen, die einer negativen Brennweite zuge ordnet ist, mit doppelter projizierter Breite h_n ausgebildet werden Die Streifen einer Sequenz in einem Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse können in diesem Fall dann entsprechend der folgenden Vorschrift gestaltet werden

n α d h

1 33 ,4621 ^° 0,0330 mm 0,0500 mm 2 -9,401 9^° -0,0083 mm 0,0500 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 36 mm 0,0500 mm

4 -23 ,0060^° -0,0425 mm 0, 1 000 mm

wobei die Parameter n, α_n, d_n und h_n wieder wie oben definiert sind

Weiterhin ist es auch möglich, einen Streifen mit der dreifachen projizierten Breite h_n auszubilden, indem beispielsweise die Wirkflachen der in einem Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse entfernt liegenden Sequenz nach der folgenden Vorschrift gestaltet werden

n d h

1 33 ,4621 ^° 0,0330 mm 0,0500 mm

2 -9,401 9^° -0,0248 mm 0, 1 500 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 36 mm 0,0500 mm 4 -23 ,0060^° -0,021 2 mm 0,0500 mm

wobei die Parameter n, α , d und h wie oben definiert sind

Eine sehr gleichmäßige Dicke ergibt sich auch bei einer Sequenz, die im Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse liegt, und deren Wirkflachen W entsprechend der folgenden Vorschrift dimensioniert sind n α d h

1 29, 5063^° 0,02830 mm 0,05 mm

2 1 2 , 1 576^° 0,021 54 m m 0, 1 0 mm

3 -1 0,8855^° -0,00962 mm 0,05 mm 4 -24,521 1 ^° -0,02281 mm 0,05 mm

wobei n dem Zahlindex der Kategorie, α dem Wirkflankenwinkel zwischen der betreffenden Wirkflache W_n und der Haupterstreckungsebene, d der auf die Normale zur Haupterstreckungsebene projizierten Breite der Wirkflache und h der auf die Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache entspricht

Die vorstehend erläuterten multifokalen Linsen lassen sich als storflankenfreie Fres nellmsen einsetzen, bei denen die Streifen konzentrische Ringe ausbilden Im Hm blick auf die Verwendung in der Anordnung zur räumlichen Darstellung ist die mul tifokale Linse jedoch bevorzugt als eine storflankenfreie Fresnelzylinderlmse mit parallel nebeneinander verlaufenden Wirkflachen ausgebildet

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Breite der Wirkflachen kleiner zu wählen als das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges so daß die Strukturierung der Linse die Betrachtungsqualltat nicht beeinträchtigt Kleine Strukturen reduzieren zudem die Restabberationen asphaπscher multifokaler storflachenfreier Fresnellinsen und Fresnelzylmderlinsen In diesem Zusammenhang ist es weiterhin sinnvoll, die untere Grenze der Wirkflachenbreite derart zu wählen, daß Beugungserscheinungen im Bereich des sichtbaren Lichtes vermieden werden

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wirkflachen lediglich an einer Seite des Lmsenkorpers, bevorzugt an dessen Bildseite ausgebildet, wohingegen die gegenüberliegende Seite als streng plane Flache ausgebildet ist Allerdings ist die Erfindung nicht ausschließlich auf plane Substratflachen beschrankt Vielmehr las- sen sich Wirkflachen auch an einem gewölbten Substrat vorsehen

Bei einer weiteren besonderen Ausfuhrung der multifokalen Fresnellinse ist die Ge samtflache der Fresnellinse in eine Anzahl streifenformiger Sektoren S gegliedert, wobei innerhalb eines jeden Sektors S Abschnitte von Wirkflachen W derselben Brennweite f und innerhalb aneinandergrenzender Sektoren S Abschnitte von

Wirklichen W unterschiedlicher Brennweiten f vorhanden sind Mit m ist ein fort- laufender Zahlmdex für die Sektoren S bezeichnet Aufgrund der streifenformigen Struktur, die den gekrümmten, bevorzugt ringförmig angeordneten Wirkflachen W_n überlagert ist, ist das „shuttern" mit handelsüblichen Geraten möglich, wie im weiteren noch ausführlich gezeigt wird

Dabei ist in den einzelnen Sektoren S die Ausbildung von gekrümmten Wirkfla- chen W mit verschiedenen Brennweiten f möglich, ohne daß sich der Herstellunqs- aufwand für die erfmdungsgemaße multifokale Fresnellinse gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Fresnellinse wesentlich erhöht Im Zusammen- wirken mit einem handelsüblichen Shutter der beschriebenen Art ist es so möglich, eine Vielzahl von verschiedenen Schichtbildern mit technologisch einfach herstellbaren Mitteln zu erfassen und die entsprechenden optischen Anordnungen kostengünstiger fertigen zu können

Bevorzugt sind die Wirkflachen W_n gleichförmig gekrümmt und konzentrisch zuem ander angeordnet, und die Sektoren S_mn sind geradlinig und parallel zueinander ausgerichtet Weiterhin ist es von Vorteil, für alle Sektoren S eine gleiche Breite zu wählen, um den technologischen Aufwand bei der Herstellung der Fresnellinse so gering wie möglich zu halten Ferner wird so die Projektion von allen an der Bildent- stehung beteiligten Wirkflachen W_n auf eine Bezugsebene gleich groß gehalten Außerdem ist die Ankopplung eines Shutters, der üblicherweise eine Rasterstruktur aus gleich breiten Zeilen und/oder Spalten besitzt, besser möglich

Auch diese Ausfuhrungsform der Fresnellinse ist vorteilhafterweise als ebene Platte oder Folie mit einer im wesentlichen gleichbleibenden Dicke ausgebildet Um die Gesamtflache der Fresnellinse optimal nutzen zu können, sollten jeweils innerhalb eines Sektors S die Wirkflachen W_n unter Vermeidung von Storflanken stets unmit telba, anemandergrenzen

Zur Visualisierung von Bildmformationen ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Brei ten der Wirkflachen W bzw deren Abstände zueinander kleiner sind als das visuelle

Auflösungsvermögen des menschlichen Auges Überdies ist es auch von Vorteil, wenn eine möglichst hohe Anzahl m von Sektoren S zum Einsatz kommen, weil dadurch Abbildungsfehler, die ihre Ursache in fehlenden Wirkflachen der einzelnen Brennweiten f haben, minimiert werden Zur Herstellung einer solchen multifokalen Fresnellinse sind erfmdungsgemaß folgende Verfahrensschritte vorgesehen

Zunächst wird der Grundkorper der Fresnellinse als Rohling angefertigt, wobei die- ser bereits eine ebene Oberflache aufweist, die als spatere optisch wirksame Flache vorgesehen ist Die Oberflache muß plastisch verformbar sein, außerdem werden mehrere Preßstempel P_n angefertigt, die zur plastischen Verformung der Oberflache geeignet sind, wobei jeder dieser Preßstempel P die Negativstruktur von in geschlossenen konzentrischen Kreisen angeordneten Wirkflachen W einer Brennwei- te f aufweist, die Preßstempel P_n werden dann in Stempelstreifen getrennt, wobei die Stempelstreifen in Form und Abmessung jeweils einem Sektor S auf der herzu stellenden Fresnellinse entsprechen, nun werden einzelne Stempelstreifen zu einem oder auch mehreren verschiedenartig zusammengesetzten Preßstempel P aneinandergereiht, wobei innerhalb eines jeden Stempelstreifens die Negativstruktur von Wirkflachen W derselben Brennweite f vorhanden und anemandergrenzende Stern- pelstreifen mit Wirkflachen W_n unterschiedlicher Brennweiten f versehen sind

Schließlich wird die Oberflache des Rohlings durch Aufsetzen eines kombiniert zu sammengesetzten Preßstempels ?_n und Einwirkung auf die Oberflache unter Druck verformt, bis in die Oberflache die Strukturen der Wirkflachen W plastisch einge prägt sind

Da zunächst für jede Brennweite f_n ein gesonderter Preßstempel P_n hergestellt wird, lassen sich nach dem Trennen der Preßstempel P_n in Stempelstreifen durch nachfol gendes Aneinanderfügen von Stempelstreifen mit Wirkflachen W_n unterschiedlicher Brennweiten f_n auf vielfaltige Weise kombiniert zusammengesetzte Preßstempel P_n herstellen, so daß in Abhängigkeit vom Verwendungszweck Preßstempel P ^' für Fresnellinsen mit unterschiedlichen optischen Gebrauchseigenschaften gefertigt werden können

Dabei ist es empfehlenswert, als Material für die Preßstempel Kupfer, Aluminium oder ausgewählte NE-Metalle vorzusehen und die Strukturierung der Preßstempel P mit einem Einkπstall-Diamantschneidwerkzeug, beispielsweise auf einer NC-Dreh- maschme, vorzunehmen

Als Material für die Fresnellinse kann ein Polymerwerkstoff, beispielhaft PMMA, vorgesehen sein, womit die Strukturierung durch Warmverformung möglich ist Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das erfindungsgemaße Verfahren und dazugehörige Anordnungen zur räumlichen Darstellung von Szenen und/oder Gegenstanden sollen nachfolgend anhand mehrerer Ausfuhrungsbeispiele erläutert werden In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig 1 die schematische Darstellung eines Ausfuhrungsbeispieles zur Erzeugung eines Raumbildes aus vier ebenen, vollflachig zyklisch nacheinan- der wiedergegebenen Schichtbildern,

Fig 2 die Anordnung von Linsenbereichen aus Fig 1 in starker Vergrößerung,

Fig 3 die Anordnung von Querschnittsbereichen des Abbildungsstrahlenganges mit veränderbarer Transparenz aus Fig 1 in starker Vergrößerung, Fig 4 die schematische Darstellung eines zweiten Ausfuhrungsbeispieles zur Erzeugung eines Raumbildes aus zwei ebenen, vollflachig zyklisch nacheinander wiedergegebenen Schichtbildern, Fig 5 die Anordnung von Linsenbereichen aus Fig 4 in starker Vergrößerung,

Fig 6 die Anordnung von Querschnittsbereichen des Abbildungsstrahlenganges mit veränderbarer Transparenz aus Fig 4 in starker Vergrößerung, Fig 7 die schematische Darstellung eines dritten Ausfuhrungsbeispieles zur

Erzeugung eines Raumbildes aus vier ebenen, vollflachig zyklisch nacheinander wiedergegebenen Schichtbildern unter Verwendung einer monofokalen Fresnellinse zusätzlich zur multifokalen Linse in der Abbil dungsemπchtung, Fig 8 die schematische Darstellung eines vierten Ausfuhrungsbeispieles zur

Erzeugung eines Raumbildes aus vier ebenen, vollflachig zyklisch nacheinander wiedergegebenen Schichtbildern unter Verwendung einer mul tifokalen Fresnelzylinderlmse in der Abbildungsemπchtung, Fig 9 eine schematische, stark vergrößerte Darstellung der Wirkflachen Lin- senbereiche bzw der eines ersten Ausfuhrungsbeispiels einer multifo kalen Linse für die Anordnung nach Fig 8, Fig 1 0 eine schematische, stark vergrößerte Darstellung der Rasterstruktur des in Fig 8 angedeuteten Shutters, Fig 1 1 eine stark vergrößerte Teilschnittansicht durch den Randbereich des ersten Ausfuhrungsbeispiels der mulitfokalen Linse, die bei der in Fig 8 darstellten Anordnung einsetzbar ist, Fig 1 2 eine stark vergrößerte Teilschnittansicht durch den Randbereich eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels einer bei der in Fig 8 darstellten Anordnung einsetzbaren muhtfokalen Linse, die eine Wirkflachenstruktur entsprechend Fig 9 aufweist, Fig 1 3 die schematische Darstellung einer multifokalen Fresnellinse mit den

Wirkflachen W , W . W , W , die jeweils die Brennweiten f , f , f , f aufwei- sen, wobei die Gesamtflache der Fresnellinse in Sektoren S gegliedert

Fig 1 4 die Strukturen von vier Preßstempeln P , P , P , P zur Erzeugung von Wirkflachen W_t , W₂, W₃, W₄ mit Andeutung ihrer Trennlinien in einzelne

Stempelstreifen,

Fig 1 5 aus einzelnen Stempelstreifen unterschiedlich kombiniert zusammengesetzte Preßstempel P , P, , P, , P zur Herstellung verschiedenartig wirkender Fresnellinsen

Ausfuhrliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig 1 zeigt eine Ausfuhrung der Erfindung mit einem Bildgeber 1 , der zur Darstellung von vier ebenen Schichtbildern b_{] T} b_, b₃ und b, - vollflachig und zyklisch auf- einander folgend - ausgebildet ist Dabei ist jedes dieser Schichtbilder b bis b₄ auf dem Bildgeber um den Faktor α/ß verkleinert oder vergrößert wiedergegeben, in dem jedem Schichtbild b_} bis b₄ ein Abbildungsmaßstab ß_t bis ß₄ zugeordnet ist, mit dem die Transformation durch die multifokale Fresnellinse 2 erfolgt Dabei ist α eine Konstante

Die hier vorgesehene multifokale Fresnellinse 2 weist quadratische Linsenbereiche mit vier verschiedenen Brennweiten f bis f auf Diese Linsenbereiche sind in ihrer

Posit'onierung zueinander in Fig 2 in einem stark vergrößerten Ausschnitt aus der

Fresnellinse 2 dargestellt und entsprechend ihrer unterschiedlichen Brennweiten mit f bis f bezeichnet Beispielhaft sind in Fig 2 auch Wirkflanken 2a der Fresnellinse 2 als konzentrische Kreise eingezeichnet, die ihr Zentrum im Durchstoßpunkt 5a der optischen Achse durch die multifokale Fresnellinse haben, der in Fig 2 ebenfalls beispielhaft eingezeichnet ist Der Durchstoßpunkt 5a befindet sich beispielhaft jeweils an den Grenzen benachbarter Linsenbereiche

In Fig 1 ist weiterhin ein Shutter 3 symbolisch dargestellt, der die Transparenz einzelner Querschnittsbereiche q₎ bis q₄ des Abbildungsstrahlenganges von einem Ma- ximum auf ein Minimum und umgekehrt verändert, und zwar im gleichen Zeittakt, in dem die Schichtbilder auf dem Bildgeber 1 zyklisch aufeinander folgend erscheinen Wie die Linsenbereiche f bis f haben auch die mit dem Shutter 3 realisierten

Querschnittsbereiche q, bis q₄ quadratische Form und Ausdehnung Die Anordnung der Querschnittsbereiche q_t bis q₄ sowie ihre Positionierung zueinander ist in Fig 3 beispielhaft dargestellt, und zwar ebenso stark vergrößert wie die Linsenbereiche in Fig 2

Die Veränderung der Transparenz für die Querschnittsbereiche q_] bis q₄ wird er- reicht, indem als Shutter 3 beispielsweise ein Flussigkπstall-Modulator in den Abbil dungsstrahlengang gestellt wird, der (in Richtung des Strahlenganges) einen Polarisator mit unveränderlicher und über den gesamten Abbildungsstrahlengang gleichgerichteter Polarisationsrichtung, eine aktive polarisationsoptische Flussigkπstall- zone, in der einzelne Flussigkristallbereiche ansteuerbar sind und einen Analysator (ebenfalls mit unveränderlicher und über den gesamten Abbildungsstrahlengang gleichgerichteter Polarisationsrichtung) umfaßt Dabei können je nach der für den Flussigkπstall-Modulator vorgegebenen Betriebsweise im „white mode" oder „black mode" die Polaπsationsπchtungen von Polarisator und Analysator um 90^° gegeneinander verdreht oder parallel ausgerichtet sein (vgl vorhergehende Erfmdungsbe- Schr ibung) Polarisator und Analysator sind in handelsüblichen Flussigkπstall- Modulatoren solcher Art häufig als Polarisationsfolien ausgebildet, wodurch eine kompakte Bauweise des Modulators möglich wird

Die ansteuerbaren Flussigkristallbereiche entsprechen in Form und Ausdehnung ebenfalls den Querschnittsbereichen q₍ bis q₄ des Abbildungsstrahlenganges, und jeder ansteuerbare Flussigkπstallbereich ist einem der Querschnittsbereiche q_t bis q₄ zugeordnet Damit wird erreicht, daß sich bei Ansteuerung eines Flussigkπ- stallbereiches aufgrund des Zusammenwirkens von Polarisator, Flussigkπstallen dieses Bereiches (deren polarisierende Wirkung mit der Ansteuerung veränderlich ist) und Analysator die Transparenz für den zugeordneten Querschnittsbereich q bis q₄ von einem Minimum auf ein Maximum bzw umgekehrt verandern laßt Bevorzugt sind die Polaπsationsπchtungen von Polarisator und Analysator gegeneinander verdreht, so daß die Transparenz der Querschnittsbereiche q_] bis q₄ im angesteuer ten Zustand der Flussigkπstalle das Minimum und im nicht angesteuerten Zustand das Maximum aufweist (white mode) Die multifokale Fresnellinse 2 und der Shutter 3 sind in diesem Ausfuhrungsbeispiel zu einer Baueinheit zusammengefaßt Dabei ist jeweils einer streifenformigen Wirkflache W der multifokalen Fresnellinse 2 ein streifenformiger Querschnittsbe- reich q des Shutters 3 zugeordnet, so daß die einzelnen Wirkflachen mit Hilfe des Shutters 3 gezielt geöffnet und geschlossen werden können

Bildgeber 1 und Shutter 3 sind mit einer Synchronsteuerung verbunden, die zeichnerisch nicht darstellt ist Die Synchronsteuerung sorgt dafür, daß zeitgleich mit der Wiedergabe eines Schichtbildes ausschließlich die Flussigkristallbereiche des Shut- ters 3 nicht angesteuert sind, die den Weg des Abbildungsstrahlenganges durch die diesem Schichtbild zugeordneten Linsenbereiche freigegeben sollen (white mode)

So wird in einer ersten Zeitspanne t. das verkleinerte (oder vergrößerte) ebene Schichtbild b in ein reelles Abbild a_] transformiert, indem der Weg für den Abbil dungsstrahlengang durch die quadratischen Linsenbereiche der Brennweite f hin durch freigeben ist Die übrigen quadratischen Linsenbereiche der Brennweiten f , f und f sind wahrend der Zeitspanne t_ι gesperrt

Wahrend einer hierauf folgenden zweiten Zeitspanne t erscheint auf dem Bildge ber 1 das verkleinerte (oder vergrößerte) ebene Schichtbild b , und synchron ist in den Querschnittsbereichen q₂ der Weg für den Abbildungsstrahlengang durch die quadratischen Linsenbereiche der Brennweite f hindurch frei, wahrend die Quer- schnittsbereiche q , q und q für den Abbildungsstrahlengang gesperrt sind So wird das Schichtbild b in das reelle Abbild a transformiert

In der dritten Zeitspanne t wird das Schichtbild b durch den Bildgeber 1 wiederge geben und der Shutter 3 synchron so angesteuert, daß die Querschnittsbereiche q alle Linsenbereiche mit der Brennweite f freigegeben, wahrend die Querschnittsbe reiche q , q und q alle Linsenbereiche bzw Wirkflachen der Brennweite f , f und f sperren bzw deren Nutzung durch den Abbildungsstrahlengang verhindern So wird das Schichtbild b in das reelle Abbild a transformiert Wahrend einer Zeitspanne t erfolgt dasselbe im übertragenen Sinne mit dem Schichtbild b , von dem ein Ab bild a entsteht

Die Abbilder a bis a entstehen aufgrund der unterschiedlichen Brennweiten f bis f in unterschiedlichen Abstanden von dem Betrachter 4 und haben infolge der Maß Stabskorrektur, die bei der hier vorgesehenen Fresnelzylinderlmse lediglich quer zu den streifenformigen Wirkflachen erfolgt, dieselbe Große

Beispielsweise entsprechen die Abstände von dem Betrachter 4 dem jeweiligen na- turhchen Abstand der in den Schichtbildern b bis b enthaltenen Bildmformationen in raumlicher Tiefe Weil außerdem die Großenverhaltnisse zwischen den Abbildern a_t bis a₄ infolge der Maßstabskorrektur unverändert wie in den Schichtbildern b bis b₄ sind, erhalt der Betrachter 4 einen Raumeindruck mit natürlicher Perspektive, sobald sein Abstand (bis auf einen Faktor x) demjenigen bei der Betrach- tung der realen Szene oder des realen Gegenstandes entspricht (Die Gewinnung der Schichtbilder b₎ bis b₄ von der realen Szene oder dem realen Gegenstand unterliegt bestimmten Bedingungen, auf die hier nicht naher eingegangen werden soll )

Die Abfolge der Zeitspannen t_] bis t₄ wird zyklisch wiederholt, wobei immer wieder die Schichtbilder b_t bis b₄ in der Objektebene des Bildgebers 1 dargestellt und in der bes /πebenen Weise Abbilder a_] bis a₄ erzeugt werden Sind die Zeitspannen be zug ch ihrer Dauer und zeitlichen Aufeinanderfolge entsprechend gewählt und liegt der Zeittakt oberhalb des n-fachen der Flimmerverschmelzungsfrequenz v des

Auges, wobei n der Anzahl der insgesamt zur Raumbilderzeugung vorgesehenen Schichtbilder entspricht (in diesem Falle n=4), kann der Betrachter vier flimmerfreie, je nach Ausbildung der optischen Anordnung reelle und/oder virtuelle Abbilder in unterschiedlicher Tiefe des Raumes wie reale Objekte wahrnehmen

Dank dieser tatsachlich vorhandenen raumlichen Tiefenstaffelung muß sich der Be- trachter nicht mit einer Illusion von Tiefe zufriedengeben, wie das bei den Stereo skopischen und autostereoskopischen 3D-Verfahren der Fall ist Bei der erfmdungs- gemaßen Anordnung akkomodieren und konvergieren die Augen des Betrachters auf d>e Abbilder in völliger Übereinstimmung mit dessen natürlichen Sehgewohnheiten ohne Entkopplungszwang Vorteilhaft werden großformatige Fresnellinsen ver wendet, so daß die Abbilder im Raum unter einem breiten Sichtwmkelbereich wahr genommen werden können Damit ist die Betrachtung der Abbilder durch mehrere Beobachter gleichzeitig möglich und für jeden Betrachter zugleich auch das Erlebnis der Bewegungsparalaxe eingeschlossen, sofern sich dieser innerhalb des Sichtwm- kelbereiches hm- und herbewegt Weitere wesentliche Vorteile bestehen darin, daß keine betrachterbezogenen Hilfsmittel, wie beispielsweise Brillen, benotigt werden, und das Verfahren ohne bewegte mechanische Baugruppen auskommt Der Übersichtlichkeit halber und um den Vergleich der einzelnen Ausfuhrungsbei- spiele untereinander zu erleichtern werden die Bezugszeichen wie im bisherigen Beschreibungsteil 1 für den Bildgeber, 2 für die Fresnellinse, 3 für den Shutter, 4 für den Beobachter, 5 für die optische Achse sowie die Bezeichnungen b_χ für die Schichtbilder, f für die Linsenbereiche bzw Brennweiten der Linsenbereiche, q für die Querschnittsbereiche und a_χ für die Abbilder auch in den nachfolgenden Ausfuh- rungsbeispielen beibehalten

Demzufolge weist die multifokale Fresnellinse 2 im Falle eines zweiten Ausfuh rungsbeispieles nach Fig 4 quadratische Bereiche mit zwei verschiedenen Brennwei ten f und f auf Grundsatzlich kann in diesem Falle als Shutter 3 ein ebensolcher

Flussigkπstall-Modulator, wie er im Ausfuhrungsbeispiel zu Fig 1 beschrieben wurde, verwendet werden Da hier aber Linsenbereiche vorgesehen sind, die sich lediglich durch zwei verschiedene Brennweiten unterscheiden, kann vorteilhaft ein Flus sigkristall-Modulator vorgesehen sein , der einen Polarisator (wiederum mit unveränderlicher und über den gesamten Abbildungsstrahlengang gleichgerichteter Polarisationsrichtung), eine aktive polarisationsoptische Flussigkπstallzone mit (vom ersten Ausfuhrungsbeispiel abweichend) über den gesamten Querschnitt des Abbildungsstrahlenganges einheitlich ansteuerbaren Flussigkπstallen und einen Analysa- tor i'mfaßt, der (ebenfalls vom ersten Ausfuhrungsbeispiel abweichend) einzelne Polaπsationsbereiche p₎ und p aufweist, die sich durch gegeneinander um 90^" ver drehte Polarisationsrichtungen unterscheiden Die flächige Ausdehnung eines Pola πsationsbereiches p_ι oder p₂ entspricht dabei jeweils einem Querschnittsbereich des Abbildungsstrahlenganges, der durch den Shutter in Abhängigkeit von der Wieder gäbe der Schichtbilder freigegeben oder gesperrt ist

Werden die Flussigkπstalle angesteuert, wird aufgrund des Zusammenwirkens des Polaπsators, der Flussigkπstallzone (deren polarisierende Wirkung mit der Ansteue rung veränderlich ist) und des Analysators in analoger Weise zum vorhergehenden Ausfuhrungsbeispiel die Transparenz für die jeweils einem Polaπsationsbereich p p₂ zugeordneten Querschnittsbereiche des Abbildungsstrahlenganges von einem Minimum auf ein Maximum und umgekehrt verändert Bevorzugt sind auch hierbei die Polaπsationsπchtungen von Polarisator und Analysator gegeneinander verdreht, so daß die Transparenz im angesteuerten Zustand der Flussigkπstalle das Minimum und im nicht angesteuerten Zustand das Maximum aufweist, d h der Flussigkri stall-Modulator im „white mode" betrieben wird Sehr vorteilhaft kann in Ausgestaltungen der Erfindung, in denen der Bildgeber bereits eine polarisierende Bildflache aufweist, wie das beispielhaft bei einem LC- Display, insbesondere einem TFT-LC-Display der Fall ist, diese Bildflache die Funktion des Polaπsators des Shutters 3 übernehmen, was zur Folge hat, daß der Shut- ter 3 einfacher aufgebaut sein kann Außerdem ergibt sich so die Möglichkeit, die aktive polarisationsoptische Flussigkπstallzone getrennt von Polarisator und Analysator an der Stelle der engsten Einschnürung des Abbildungsstrahlenganges zu positionieren, wodurch aktive polarisationsoptische Flussigkπstallzonen geringer Baugroße verwendet werden können

Auch hier sind zwecks synchroner Ansteuerung Shutter 3 und Bildgeber 1 mit der (nich. dargestellten) Synchronsteuerung verbunden Beim Betreiben der Anordnung wird der Shutter 3 so angesteuert, daß die Querschnittsbereiche, die den Linsenbe reichen der Brennweite f zugeordnet sind und den Polarisationsbereichen p_] ent- sprechen, innerhalb des Zeitabschnittes t., in dem auf dem Bildgeber 1 das Schichtbild b erscheint, für den Abbildungsstrahlengang transparent sind und zur Erzeugung eines Abbildes a_. genutzt werden Die Querschnittsbereiche, die den Lmsen- bereichen der Brennweite f zugeordnet sind und den Polarisationsbereichen p₂ entsprechen, stehen innerhalb dieses Zeitabschnittes t₍ zum Erzeugen eines Abbildes nicht zur Verfugung, da die Polaπsationsbereiche p₂ intransparent sind

Das Abbild a. des Schichtbildes b. entsteht in diesem Falle (gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines mit dem Faktor ß vorgegebenen Abbildungsverhaltnisses) als reelles Bild in einem Abstand vom Betrachters 4, der im wesentlichen - außer durch die feste Objektweite - durch die Brennweite f vorgegeben ist

Nach Ablauf der Zeitspanne t_ι wird mittels der Synchronsteuerung in einer folgenden Zeitspanne t der Bildgeber 1 so angesteuert, daß anstelle des Schichtbildes b_] das Schichtbild b₂ wiedergegeben wird und synchron der Shutter 3 so angesteuert, daß der Weg für den Abbildungsstrahlengang durch die Polarisationsbereichen p. und damit durch die Linsenbereiche der Brennweite f hindurch freigegeben ist und das Abbild a des Schichtbildes b₂ erzeugt wird, wahrend innerhalb der Zeitspanne t die den Linsenbereichen der Brennweite f zugeordneten Querschnittsbereiche des Abbildungsstrahlenganges, die den Polarisationsbereichen p entsprechen, für den Abbildungsstrahlengang gesperrt sind Werden diese Umschaltungen hinreichend schnell wiederholt, entstehen auf der optischen Achse 5 in unterschiedlichen Abstanden vom Betrachter und deshalb räumlich wahrnehmbar zwei gleich große reelle Abbilder a^ a₂ der Schichtbilder b. , b₂

Fig 5 zeigt beispielhaft einen stark vergrößerten Ausschnitt der Fresnellinse 2 mit den Linsenbereichen der Brennweiten f und f und beispielhaft eingezeichneten Wirkflanken 2a mit dem Durchstoßpunkt 5a der optischen Achse 5 durch die Fres nellmse 2

Fig 6 zeigt, ebenfalls stark vergrößert, die quadratischen Polaπsationsbereiche p und p Zur Verdeutlichung sind die beispielhaft in der Betriebsweise „white mode' angesteuerten und damit intransparenten Polaπsationsbereiche p schraffiert darge stellt

In eir er dritten Ausgestaltungsvaπante nach Fig 7 ist eine Weiterbildung der Ausge- staltungsvaπante nach Fig 1 darstellt Hier ist zwischen dem Shutter 3 und dem Betrachter 4 zusätzlich eine monofokale Fresnellinse 6 vorgesehen Die optischen Achsen 5 der Fresnellinsen 2 und 6 decken sich dabei Die monofokale Fresnellm- se 6 ist in einem Abstand z₂ vor der multifokalen Fresnellinse 2 angeordnet, wobei z der Brennweite f der monofokalen Fresnellinse 6 entspricht

Diese Ausfuhrung hat den Vorteil, daß das optische System, das durch die beiden

Fresnellinsen 2 und 6 gebildet wird, unabhängig von den Brennweiten f bis f der Linsenbereiche der multifokalen Fresnellinse 2 aus Schichtbildern b bis b gleicher

Große stets Abbilder a bis a₄ gleicher Große in unterschiedlichen Tiefen erzeugt Darüber hinaus kann für alle Abbilder a bis a₄ dieselbe Vergrößerung oder Verklei nerung in bezug auf die Schichtbilder b bis b erzielt werden, indem die Brennwei te f der monofokalen Fresnellinse 6 großer oder kleiner als der Abstand z zwischen der Objektebene des Bildgebers 1 und der multifokalen Fresnellinse 2 gewählt wird

Ein viertes Ausfuhrungsbeispiel zeigt Fig 8 Wie nach Fig 1 und Fig 7 ist der Bildgeber 1 hier ebenfalls wieder zur zeitlich aufeinanderfolgenden Wiedergabe von vier Schichtbildern b bis b ausgebildet

Die hier vorgesehene multifokale Fresnellinse 2 ist in der Art einer storflankenfreien Fresnelzylinderlmse ausgebildet und weist Kategorien von streifenformigen Linsen bereichen bzw Wirkflachen W bis W mit vier verschiedenen Brennweiten f bis f auf Diese Wirkflachen W bis W₄ sind in ihrer Positionierung zueinander in Fig 9 in einem stark vergrößerten Ausschnitt aus der damit quadπfokalen Fresnellinse 2 dargestellt An den in sich ebenen Wirkflachen W bis W₄ treten vorwiegend Licht brechungen und unter Umstanden auch Reflexionen einschließlich Totalreflexionen , jedoch keine Beugungen auf

In Uuereinstimmung damit entsprechen die bei Ansteuerung des Shutters 3 von Transparenzminimum auf Transparenzmaximum (bzw umgekehrt) veränderbaren Zonen streifenformigen Querschnittsbereichen q_ι bis q₄

Fig 9 zeigt die streifenformigen Linsenbereiche der Brennweiten f bis f und deren Zuordnung zueinander, wahrend Fig 1 0, ebenfalls in starker Vergrößerung, einen Ausschnitt mit Darstellung der freigegebenen Querschnittsbereiche q und der ge- sperrten Querschnittsbereich q₂ bis q₄ und deren Zuordnung zueinander zeigt Auch hier ist wie im Ausfuhrungsbeispiel nach Fig 1 jeweils ein Querschnittsbereich ei nem Linsenbereich zugeordnet Außerdem sind in Fig 9 beispielhaft der Durchstoßpunkt 5a der optischen Achse der Fresnellinse 2 durch einen Linsenbereich der Brennweite f dargestellt und die zugehörigen Wirkflanken 2a angedeutet

Bei der Anordnung nach diesem Ausfuhrungsbeispiel werden wiederum die vier ebenen Schichtbilder b bis b₄ vollflachig und zeitlich nacheinander in zyklischer Folge auf dem Bildgeber 1 wiedergegeben Zum Zweck der Maßstabskorrektur bzw um Abbilder gleicher Große zu erzeugen, sind auch hier jedem der Schichtbilder Abbildungsmaßstabe ß bis ß₄ zugeordnet, die wieder dafür sorgen, daß bei der Abbildung der Schichtbilder durch die multifokale Fresnelzylinderlmse 2 in Richtung der Koordinate X, d h senkrecht zu den Wirkflanken 2a der Fresnelzylinderlmse 2 , eine Verkleinerung oder Vergrößerung (Stauchung oder Dehnung) entsprechend des zugeordneten Maßstabes ß bis ß₄ entsteht Dagegen behalten in Richtung der Koor dinate Y die Schichtbilder ihre Große bei und werden mit dem Abbildungsmaßstab ß=l in ihrer ursprünglichen Große abgebildet

Beim Betreiben der Anordnung nach Fig 8 wird wiederum in einer ersten Zeitspanne t das in der ersten Richtung maßstabsangepaßte Schichtbild b durch Offnen der Querschnittsbereiche q_] von den streifenformigen Linsenbereichen der Brennweite f in ein (beispielhaft) reelles Abbild a. transformiert Die übrigen streifenformigen Linsenbereiche mit den Brennweiten f bis f stehen wahrend der Zeitspanne t we- gen der Sperrung der entsprechenden Querschnittsbereiche q₂ bis q₄ durch den Shutter 3 zur Erzeugung eines Abbildes nicht zur Verfugung In den nachfolgenden Zeitspannen t bis t₄ werden jeweils (wie bereits beschrieben) durch synchrone Ansteuerung die zugeordneten Schichtbilder b₂ bis b₄ angezeigt und innerhalb jeweils derselben Zeitspanne werden auch die zugeordneten Querschnittsbereiche q bis q transparent geschaltet, so daß der Abbildungsstrahlengang jeweils Linsenbereiche der Brennweiten f bis f passieren kann und die Transformation der Schichtbilder b bis b in Abbilder a bis a erfolgt

Im Ergebnis haben alle Abbilder wiederum dieselbe Große bei unterschiedlichen Abstanden im Raum vor dem Betrachter

Die Verwendung einer Fresnelzylinderlmse und in Verbindung damit eines Shutters mit streifenformigen Polarisationsbereichen hat wesentliche fertigungstechnologi sehe Vorteile, da Fresnellinsen mit parallelen streifenformigen Linsenbereichen als auch Shutter mit parallelen streifenformigen Bereichen wesentlich einfacher herzustellen sind als derartige Baugruppen mit quadratischen Bereichen

Schließlich sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, bei denen Fresnelzy- Imderlinsen in Kombination mit Fresnellinsen verwendet werden, beispielsweise indem im vierten Ausfuhrungsbeispiel zusätzlich eine monofokale Fresnellinse, so wie im dritten Ausfuhrungsbeispiel dargestellt und erläutert, eingesetzt wird

Gute Ergebnisse im Zusammenhang mit den vorgenannten Ausfuhrungsbeispielen können erzielt werden bei Verwendung von TFT (Thin Film Transistor) -FLC-Displays als Bildgeber in Verbindung mit entsprechend ausgelegten Bildspeichern und Gra fikkarten sowie mit LC-Shuttern der Firma Jenoptik Laser/Optik/Systeme GmbH Deutschland

Im Rahmen der Erfindung liegen selbstverständlich auch Anordnungen, bei denen die tiefengestaffelten Abbilder oder zumindest eines davon zeitlich veränderte, ge gebenenfalls auch bewegte Bildmhalte darstellen, wenn nämlich die Inhalte der Schichtbilder zeitlich verändert werden

Nachfolgend sollen noch multifokale Fresnellinsen naher erläutert werden, die insbesondere zur Anwendung in der Anordnung nach Fig 8 geeignet sind Zusachst ein konkretes Beispiel für eine storflankenfreie Fresnellinse Fig 1 1 zeigt einen Schnitt durch den Randbereich einer solchen Fresnellinse 2 Diese umfaßt einen sich in einer Haupterstreckungsebene flachenhaft ausdehnenden Lmsenkor- per 2b in Form einer ebenen, dünnwandigen Platte oder Folie Dabei sind bei einer Dicke von etwa 3 mm Kantenlangen in der Größenordnung bis etwa 2000 mm möglich Die Fresnellinse 2 besteht vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoff, wie beispielsweise PMMA

Wie Fig 1 1 entnommen werden kann, sind an einer Seitenflache 2c des Lmsenkor- pers 2b eine Vielzahl von streifenformigen und zu der Haupterstreckungsebene geneigten optischen Wirkflachen W^ W , W₃ und W₄ ausgebildet, wohingegen die gegenüberliegende Seitenfläche des Lmsenkorpers 2 b als streng ebene Flache bzw Planflache 2d ausgebildet ist

Die einzelnen Wirkflachen W , W , W. und W besitzen unterschiedliche Wirkflanken- wmkel , α , α bzw α , wobei der Wirkflankenwinkel α der betreffenden Wirkfla- ehe W als der Winkel zwischen der Haupterstreckungsebene der multifokalen Fres- nellmse 2 und der betreffenden Wirkflanke W definiert ist

Jede der unterschiedlich geneigten Wirkflachen W^ W₂, W und W₄ ist dabei einer bestimmten Brennweite f , f , f und f zugeordnet Dies ist in Fig 1 1 anhand der eingezeichneten, von einem Achsenpunkt eines Objektes kommenden Objektstrah len OS und den weiterhin für die einzelnen Wirkflachen W eingezeichneten Bild strahlen BS_n zu entnehmen, welche zu den Achsenpunkten der entsprechenden re eilen bzw hier virtuellen Bilder a , a , a₌ und a verlaufen

Bei der in Fig 1 1 beispielhaft dargestellten multifokalen Fresnellinse 2 sind die beiden Wirkflachen W₍ und W₃ einer positiven Brennweite, die beiden Wirkflachen W₂ und l hingegen einer negativen Brennweite zugeordnet Weiterhin ist zu erkennen, daß sämtliche Wirkflachen W , W . W₃ und W unmittelbar aneinander anschließen, so daß zwischen den Wirkflachen W_t , W_2> W₃ und W₄ stufenförmige Absätze vollkommen vermieden sind

Die Breite der hier streifenformig ausgebildeten Wirkflachen W_n ist derart gewählt, daß die Summe der auf die Normale zu der Haupterstreckungsebene projizierten

Breiten d der jeweils einer positiven Brennweite zugeordneten Wirkflachen W und

W₃ sich gegen die auf die Normale zu der Haupterstreckungsebene projizierten Brei- ten d der jeweils einer negativen Brennweite zugehörigen Wirkflachen W und W₄ aufhebt, so daß nach einer Aufeinanderfolge der vier unterschiedlich geneigten Wirkflachen W_t , W₂, W₃ und W₄ die multifokale Fresnellinse 2 wieder die gleiche Gesamtdicke wie am Beginn der Sequenz besitzt

Bei dem hier dargestellten Ausfuhrungsbeispiel wiederholt sich die in Fig 1 1 abge bildete Reihenfolge der vier Wirkflachen über die gesamte Breite der multifokalen Fresnellinse 2 , so daß von jeder Brennweitenkategorie je Sequenz die gleiche Anzahl strenenformiger Wirkflachen W_n vorgesehen ist Dabei kann die Reihenfolge der Wirkflachen in den einzelnen Sequenzen auch von der abgebildeten Ausfuhrungsform abweichen

Es ist auch möglich, die Reihenfolge der einzelnen Wirkflanken W_n von Sequenz zu Sequenz zufallsgeneπert zu verandern, um systematische Abbildungsfehler zu ver- meiden

Bei der in dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig 1 1 dargestellten quadπfokalen Fres nellmse sind die einzelnen Wirkflanken W der unmittelbar am Außenrand der Fres- nellmse 2 liegenden Sequenz in der folgenden Art und Weise dimensioniert

n α d h_n

1 33 ,4621 ^° 0,0226 mm 0,0342 mm

2 -9,401 9^° -0,0089 mm 0,0540 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 1 9 mm 0,0435 mm

4 -23 ,0060^° -0,0255 mm 0,0601 mm

Die Fresnellinse 2 besitzt hier einen Durchmesser von 300 mm, so daß diese Se quenz in einem Abstand von 1 50 mm zur mittig angeordneten optischen Achse 5 liegt Dabei ist n der Zahlmdex der Wirkflachen W_n, wobei n jeweils für eine der hier 4 Brennweitenkategorien steht Der Wert α_n gibt den Wirkflankenwinkel zwischen der betreffenden Wirkflache W_n und der Haupterstreckungsebene des Lmsenkor- pers 2 b an, d stellt die projizierte Breite der Wirkflache W auf eine Normale zu der

Haupterstreckungsebene dar, h_n gibt hingegen die auf die Haupterstreckungsebene projizierte Breite der betreffenden Wirkflache W an

Zur optischen Achse hin nehmen die angegebenen Winkel der jeweiligen Brennwei- tenkategoπe für weitere Wirkflachen einer Brennweitenkategorie dem Betrag nach ab An den Grenzen zwischen benachbarten Wirkflachen gebildete Wirkflachengipfel bzw Wirkflachentaler müssen nicht notwendigerweise in einer zu der optischen Achse senkrechten Ebene liegen

In einer ersten Variante des ersten Ausfuhrungsbeispieles ist die auf die Haupterstreckungsebene projizierte Breite h_n für alle Wirkflachen gleich groß Unter Beibehaltung der Wirkflankenwinkel, welche aus den für die Fresnellinse 2 gewählten vier Brennweiten resultieren, ergibt sich dann für die einzelnen Wirkflachen W der un- mittelbar am Rand liegenden Sequenz als Dimensionsvorschrift

n α d h

1 33,4621 ° 0,0330 mm 0,0500 mm

2 - 9,401 9^° -0,0083 mm 0,0500 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 36 mm 0,0500 mm

4 - 23 ,0060^° -0,021 2 mm 0,0500 mm

Hieraus resultiert allerdings je Sequenz von vier unterschiedlichen Wirkflachen W., W , W und W eine verhältnismäßig große Gesamtdickenveranderung von

0,01 72 mm, so daß eine derartige Linse, die zwar aufgrund der gleichbleibenden projizierten Streifenbreiten einfacher herstellbar ist, lediglich für kleinere Linsendurchmesser geeignet ist

Die Zunahme der Dicke laßt sich vermindern, indem herstellungstechnisch gunstig eine oder auch mehrere der Wirkflachen W_n mit einem ganzzahligen Vielfachen, bei spielsweise dem Doppelten oder Dreifachen der projizierten Breite h der anderen Wirkflachen hergestellt werden

In einer weiteren Ausfuhrungsvariante wird hierzu die projizierte Breite der Wirkfla ehe W verdoppelt, so daß sich für die Wirkflachen W_n der Randfolge als Dimensio- nierungsvorschπft ergibt

n α d h

1 33 ,4621 ^° 0,0330 mm 0,0500 mm

2 -9,401 9^° -0,0083 mm 0,0500 mm 3 1 5 ,2659^° 0,01 36 mm 0,0500 mm

4 -23 ,0060^° -0,0425 mm 0, 1 000 mm Die resultierende Dickenveranderung über eine Sequenz von vier unterschiedlichen Wirkflachen W , W , W und W ist dann erheblich geringer als bei der ersten Ausfuh- rungsvaπante Sie betragt bei der zweiten Ausfuhrungsvariante lediglich -0,0040 mm

In einer dritten Ausfuhrungsvariante des ersten Ausfuhrungsbeispiels wird die Breite der zweiten Wirkflache W₂ gegenüber den anderen Wirkflachen verdreifacht, so daß sich über die Randfolge von vier unterschiedlichen Wirkflachen eine nur sehr gering fugige Dickenzunahme von 0,0006 mm einstellt Damit ergibt sich für die Wirkfla chen W bei der dritten Ausfuhrungsvariante folgende Dimensionierungsvorschπft

n α d h

1 33 ,4621 ^° 0,0330 mm 0,0500 mm

2 -9,401 9^° -0,0248 mm 0, 1 500 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 36 mm 0,0500 mm

4 -23 ,0060^° -0,02 1 2 mm 0,0500 mm

Im Folgenden wird ein zweites Beispiel für eine in der Anordnung nach Fig 8 ver- wendbare aspharische multifokale Fresnellinse 2 beschrieben Diese Fresnellinse ist in Fig 1 2 abschnittsweise dargestellt Im Unterschied zu dem ersten Ausfuhrungsbeispiel ist die quadπfokale Fresnellinse 2 nach Fig 1 2 als Fresnellinse ausgebildet, deren Wirkflachen W^ W₂, W₃ und W n konzentrischen Ringen angeordnet sind Die Anordnung der einzelnen Wirkflachen W , W₂, W₃ und W₄ nebeneinander kann dabei grundsätzlich in der bereits oben erläuterten Art und Weise erfolgen Bei dem zwei ten Ausfuhrungsbeispiel grenzen jedoch in einer Wirkflachensequenz aus vier unterschiedlichen Brennweitenkategorien zugeordnete Wirkflachen jeweils diejenigen Wirkflachen unmittelbar aneinander, die Brennweitenkategorien mit gleichem Vor zeichen zugeordnet sind So besitzen in Fig 1 2 die beiden weiter außen liegenden und unmittelbar aneinander angrenzenden Wirkflachen W , W₂ eine positive Brenn weite, die übrigen Wirkflachen W₃ und W₄ der gleichen Sequenz, die ebenfalls unmittelbar aneinander angrenzen, hingegen negative Brennweiten

In Analogie zu den oben angegebenen Dimensionierungsvorschπften ergeben sich in Abhängigkeit von der Einfallshohe h, d h dem Abstand zur optischen Achse bzw dem Radius der konzentrischen Ringe, für beispielhaft ausgewählte Werte h folgende Dimensionierungsvorschπften n α

Einfallshohe h=l 50,00 mm

1 29,5063^° 0,02830 mm 0,05 mm

2 1 2 , 1 576° 0,021 54 mm 0, 1 0 mm

3 -1 0,8855^° -0,00962 mm 0,05 mm

4 -24,521 1 ^° -0,02281 mm 0,05 mm

Einfallshohe h=98,0 mm

1 20,8485^° 0,01 904 mm 0,05 mm

2 8,9077^° 0,01 567 mm 0, 1 0 mm

3 -9,7274^° -0,00857 mm 0,05 mm

4 -27, 5343^° -0,02607 mm 0,05 mm

Einfallshohe h=0,25 mm

1 0,0570^° 0,00005 mm 0,05 mm

2 0,0203^° 0,00004 mm 0, 1 0 mm

3 -001 30^° -0,00001 mm 0,05 mm

4 -0,0346^° -0,00003 mm 0,05 mm

Wie sich aus dem Vergleich der Werte für hier beispielhafte Einfallshohen h ersehen laßt, nimmt der Wirkflankenwinkel α der Wirkflachen W in Richtung der optischen

Achse ab Unter den obigen Voraussetzungen ergibt sich die folgende Verteilung der Linsendicke d in Abhängigkeit von der Einfallshohe h

h (mm) d (mm h (mm) d (mm)

150 3,00 70 4,38

140 3,63 60 4,07

130 4,12 50 3,70

120 4,48 40 3 ,33

110 4,70 30 2 ,97

100 4,79 20 2 ,68

90 4,76 1 0 2 ,50

80 4,62 0 2,43

Aus der vorstehenden Tabelle ist zu entnehmen, daß die Dicke der Fresnellinse 2 nach dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel um maximal 2 ,37 mm schwankt Dabei wird die größte Dicke in einer Zone mit der Einfallshohe h von 97,75 mm erreicht, die minimale Dicke hingegen im Zentrum der Fresnellinse 2 auf der optischen Achse Letzlere ist lediglich geringfügig kleiner als die Dicke am Linsenrand, die 3 mm betragt Bei einer Einfallshohe h von 97,75 mm ist die Summe der projizierten Breiten d der dort befindlichen Wirkflachensequenz gleich null

Durch die Verdoppelung der Rillenbreite h₂ für die Wirkflachen W₂ der zweiten Brennweitengruppe gegenüber den weiteren Wirkflachen W , W bzw W ergibt sich hier eine besonders geringe Schwankungsbreite der Linsendicke d Wurden bei dem in Fig 1 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel sämtliche Wirkflachen W_n mit der glei chen Breite h_n=0,05 mm ausgebildet, so ergäbe sich bei einem Linsendurchmesser von 300 mm eine Schwankungsbreite der Dicke von 4,4 mm, wobei die Dicke im Zentrum 2 ,4 mm und am Rand etwa 7 mm betragen wurde Dies zeigt, daß durch eine Optimierung der Wirkflachenbreiten eine besonders dünne Linse verwirklicht werden kann In Anbetracht herstellungstechnischer Gegebenheiten kommen hierfür in der Regel ganzzahlige Vielfache einer Basis-Wirkflachenbreite in Frage Bei der Verwendung in einer Anordnung nach Fig 8 stellt weiterhin die Rasterstruktur des Shutters 3 eine wesentliche Einflußgroße dar, da über die Querschnittsbereiche des Shutters 3 die Wirkflachen W_n geöffnet bzw geschlossen werden Neben der Mog lichkeit, jeder Wirkflache W_n einen eigenen Querschnittsbereich des Shutters 3 zu- zuordnen, ist es auch möglich, mehrere Wirkflachen W_n über einen Querschnittsbe- reich des Shutters 3 anzusteuern, wobei dann die den einzelnen Brennweitenberei- chen zuzuordnenden Bildmformationen über geeignete Filter, beispielsweise Polarisationsfilter oder Farbfilter, getrennt werden Prinzipiell ist es auch möglich, einer Wirkflache W mehrere Querschnittsbereiche des Shutters 3 zuzuordnen

Bei der Verwendung in einer Anordnung mit Shutter nach Fig 8 ist es besonders vorteilhaft, wenn anstelle einer planen Substrataußenflache der Linse eine geeignet gekrümmte Flache gewählt wird Dies erlaubt eine optisch gunstige Anpassung des im allgemeinen planen Shutters an die Wirkflachen der multifokalen Linse

Helligkeitsunterschiede, die sich aus den unterschiedlichen Breiten der Streifen bzw den unterschiedlichen effektiven Flachenanteilen der Brennweitenkategorien ergeben, lassen sich bei den oben erläuterten Anordnungen zur dreidimensionalen Darstellung durch eine entsprechende Ansteuerung des Bildgebers 1 ausgleichen oder aber zu besonderen Effekten nutzen Die vorstehend erläuterte multifokale Fresnellinse 2 ist nicht auf die Anzahl von vier Brennweitenkategorien beschrankt Vielmehr können auch Fresnellinsen 2 mit einer größeren Anzahl positiver und negativer Brennweitenkategorien großformatig herstellt werden, weil dadurch die Dickenschwankungen und damit die maximale Dicke weiter verringert werden können Zum Erreichen einer besonders geringen Dickenschwankung über die Linsenbreite kann es unter Umstanden auch vorteilhaft sein, je Sequenz eine ungleiche Anzahl von Wirkflachen mit Brennweiten mit positivem und negativem Vorzeichen einzusetzen Werden zwei Brennweitenkategorien mit gleicher Brennweite eingeführt, ergibt sich gewissermaßen als Sonderfall die in den obigen Beispielen vorgesehene Vervielfachung der Breite der betreffenden Wirkfla chen Diese Wirkflachen müssen jedoch nicht unmittelbar nebeneinander angeord net werden, sondern können auch durch weitere Wirkflachen der Sequenz vonein ander getrennt sein

Anstelle einer Anordnung der Wirkflachen W_n in parallelen Streifen, wie im Zusam menhang mit dem ersten Beispiel und seinen Varianten erläutert, ist es auch mog lieh, diese in Form von geschlossenen Ringen, insbesondere konzentrischen Kreisen, anzuordnen, wobei in allen Fallen Stufensprunge zwischen benachbarten Wirkflachen über die gesamte Linse vermieden werden Gleichfalls kann die Struktur des zweiten Beispiels auch für eine Zylinderlmse mit parallel zueinander angeordne ten streifenformigen Wirkflachen eingesetzt werden Die damit möglichen großfla chigen, dünnwandigen Linsen besitzen jeweils ausschließlich Wirkflachen ohne zwi schengeschaltete Storflachen Die durch die Wirkflachen gebildete Gesamtflache laßt sich durch eine stetige mathematische Funktion beschreiben, die lediglich an den Grenzen der Wirkflachen nicht differenzierbar ist

Im Unterschied dazu ist die optisch wirksame Flache einer konventionellen Fresnel linse unstetig Die auch bei jenen Fresnellinsen mögliche kleine Dicke und Masse muß aber durch Unstetigkeiten in Form von Storflanken und den damit verbünde nen, weiter oben ausgeführten Nachteilen erkauft werden

Bei einem weiteren Beispiel ist in Fig 1 3 ist eine multifokale Fresnellinse 2 mit gleichförmig gekrümmt verlaufenden optischen Wirkflachen W. , W₂, W₃, W₄ darge stellt Die Wirkflachen W_{] t} W , W , W₄ weisen die vier verschiedenen Brennweiten f , f , f , f auf Die Gesamtflache der Fresnellinse 2 ist in acht streifenformige Sekto ren S gegliedert, mit m=l 8 als Zahlmdex für die Sektoren und n=l 4 als Ken- nung für verschiedene Brennweiten f Es sei darauf hingewiesen, daß der Zahlmdex m=8 zum Zwecke der Erläuterung anhand der Zeichnungen gewählt wurde In der praktischen Ausfuhrung jedoch sollte dieser Zahlmdex wesentlich hoher sein und beispielsweise bei m∞400 liegen

Es ist aus Fig 1 3 ersichtlich, daß innerhalb der Sektoren S_n und S_S] nur Abschnitte von Wirkflachen \N_ mit der Brennweite f vorhanden sind Analog hierzu sind innerhalb der Sektoren S und S₆₂ nur Abschnitte von Wirkflachen W mit der Brennwei te f vorhanden und so weiter

Daraus ergibt sich, daß jeweils innerhalb eines Sektors S nur Abschnitte von

Wirktlachen W derselben Brennweite f vorhanden sind Andererseits weisen anem andergrenzende Sektoren S stets Abschnitte von Wirkflachen W unterschiedlicher

Brennweiten f auf Die streifenformigen Sektoren S haben jeweils die gleiche Brei te, verlaufen parallel zueinander und sind lückenlos aneinandergefügt

Wie die Sektoren S auf der Fresnellinse 2, so sind auch die mit dem Shutter 3 reali- sierten Querschnittsbereiche q_t bis q₄ streιfenformιg ausgebildet (vgl Fig 1 0)

Die multifokale Fresnellinse 2 und der Shutter 3 können auch hierbei vorteilhaft zu einer Baueinheit zusammengefaßt sein Dabei ist jeweils einem Sektor S mit

Wirkflachen W einer vorgegebenen Brennweite f auf der multifokalen Fresnellinse 2 einer der streifenformigen Querschnittsbereich q_ι bis q₄ am Shutter 3 zugeordnet

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Fresnellinse 2 , wie sie in Fig 1 3 dargestellt ist, naher erläutert

Dazu werden zunächst vier zyhnderformige Preßstempel P , P , P , P gefertigt, von denen die Sicht auf die Formflachen in Fig 1 4 dargestellt ist Dabei weist der Preß Stempel P_{] T} dargestellt in Fig 1 4a, die Negativstruktur der ringförmigen Wirkflachen W_ι der Brennweite f auf Der äußere Durchmesser der dargestellten Formflache ent spricht der Abmessung der zu fertigenden multifokalen Fresnellinse 2 Dies gilt für die übrigen Preßstempel P , P , P₄, die in Fig 1 4b bis Fig 1 4d dargestellt sind, im übertragenen Sinne

Die Struktur der Wirkflachen W_n wird beispielsweise mit Hilfe eines Diamantschneid Werkzeuges eingearbeitet Nach der Strukturierung werden alle Preßstempel P₅ , P P , P in Stempelstreifen getrennt, die in Form und Flache den spateren Sektoren S_mn entsprechen In Fig 1 4a bis Fig 1 4d sind die Trennlinien zwischen den Stempelstreifen eingezeichnet Mit m ist die jeweilige Position eines Stempelstreifens bzw Sek tors _. im Preßstempel P und mit n die jeweilige Brennweite f der Wirkflachen W bezeichnet

Nach dem Trennen und gegebenenfalls nach Feinbearbeitung der Stempelstreifen werden diese zu kombiniert zusammengesetzten Preßstempeln P ^' , P ^' , P ^' , P₄ aneinandergereiht Die dabei entstehenden Preßstempel P₎ , P_ ^' , P ^' , P₄ sind beispielhaft in Fig 1 5a bis Fig 1 5d skizziert Hier ist innerhalb eines jeden Stempelstrei- fens die Negativstruktur von Wirkflachen W_n derselben Brennweite f vorhanden, und aneinandergrenzende Stempelstreifen sind mit Wirkflachen W_n unterschiedlicher Brennweiten f versehen

Im abschließenden Verfahrensschritt wird, um bei dem eingangs gewählten Beispiel der Fresnellinse 2 zu bleiben, der Preßstempel P₍ ^' zur Verformung der Oberflache eines Rohlings der Fresnellinse 2 genutzt, indem dieser auf die Oberflache aufgesetzt wird und auf die Oberflache unter Druck einwirkt, bis die Strukturen der Wirkflachen W plastisch in die Oberflache eingeprägt sind

Abweichend davon ist die Herstellung der erfmdungsgemaßen Fresnellinse in einer Weise denkbar, bei der zunächst eine Gieß- oder Spritzform gefertigt wird, die die Negativ-Konturen der Fresnellinse aufweist und die dann wiederholt ausgegossen bzw ausgespritzt wird Hierbei können thermische Plastwerkstoffe als Linsenmate πal vorgesehen werden Mit diesem Herstellungsverfahren wie auch mit dem weiter oben beschriebenen sind ohne weiteres beispielsweise Fresnellinsen der Abmes sungen 1 231 x 727 mm² in großen Stuckzahlen herstellbar

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur räumlichen Darstellung von Szenen und/oder Gegenstanden, bei dem mehrere Schichtbilder und/oder Teile von Schichtbildern, die Informa tionen aus unterschiedlichen räumlichen Tiefen der Szenen bzw Gegenstande enthalten, für mindestens einen Betrachter und/oder mindestens eine Kamera visuell wahrnehmbar dargeboten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbilder b_χ (x=l n) bzw Teile davon gleichzeitig nebeneinander und/oder zyklisch aufeinander folgend in einer Objektebene wiedergegeben werden und mittels mehrerer Linsenbereiche, die eine gemeinsame optische Achse (5) jedoch unterschiedliche Brennweiten f (x=1 n) haben, die jeweils in der Ob jektebene wiedergegebenen Schichtbilder b_χ (x=l n) bzw Teile davon reell und/oder virtuell abgebildet werden, indem von dem Schichtbild b₍ bzw von Teilen b , b b des Schichtbildes b durch Linsenbereiche der Brennwei te f ein Abbild a , von dem Schichtbild b bzw von Teilen b , b b des

Schichtbildes b durch Linsenbereiche der Brennweite f ein Abbild a erzeugt wird und so weiter, wobei die Abbilder a_χ (x=l n) auf der optischen Achse (5) hintereinander sichtbar und dabei in räumlicher Tiefe wahrnehmbar sind

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbil der b_χ (x=l n) bzw Teile davon in der Objektebene gleichzeitig nebeneman der wiedergegeben werden, wobei jedem Schichtbild unter Nutzung physikall scher Eigenschaften des Abbildungslichtes, wie Wellenlange und/oder Polaπ sation, Linsenbereiche mit einer bestimmten Brennweite zugeordnet werden

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbil der b_χ (x=l n) und/oder Teile davon in der Objektebene zyklisch aufeinander folgend wiedergegeben werden und jedem Schichtbild Linsenbereiche mit ei ner bestimmten Brennweite zugeordnet werden indem wahrend einer Zeitspanne t nur das Schichtbild b bzw Teile b , b b da von wiedergegeben und zur Erzeugung eines Abbildes a_. ausschließlich die

Linsenbereiche der Brennweite f genutzt werden, wahrend einer Zeitspanne t, nur das Schichtbild b bzw Teile b , b .. b da- von wiedergegeben und zur Erzeugung eines Abbildes a ausschließlich die Linsenbereiche der Brennweite f genutzt werden und so weiter, bis nach einer

Zeitspanne t_n alle Schichtbilder b_χ (x=l n) bzw Teile davon wiedergegeben worden sind und von jedem Schichtbild bzw dessen Teilen ein Abbild a_χ (x=l . n) erzeugt worden ist und danach die Zeitspannen t , t₂, t t zyklisch wiederholt werden, wobei innerhalb einer jeden Zeitspanne stets dasselbe Schichtbild bzw dieselben Teile eines Schichtbildes wiedergegeben und dabei zur Erzeugung eines Abbildes je- weils auch stets dieselben Linsenbereiche bzw dieselbe Brennweite genutzt werden

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zunächst wahrend einer Zeitspanne t_ι eine Teilanzahl n der Schichtbil- der b_χ (x=l n) bzw Teile davon gleichzeitig nebeneinander wiedergegeben wird, wobei jedem dieser Schichtbilder unter Nutzung physikalischer Eigenschaften des Abbildungshchtes, wie Wellenlange und/oder Polarisation, Linsenbereiche mit einer bestimmten Brennweite zugeordnet werden, hierauf folgend wahrend einer Zeitspanne t. eine weitere Teilanzahi n_ der Schichtbilder b_χ (x=l . n) bzw Teile davon gleichzeitig nebeneinander wiedergegeben wird, wobei wiederum in derselben Weise jedem dieser Schichtbilder Linsenbereiche mit einer bestimmten Brennweite zugeordnet werden, gegebenenfalls hierauf folgend wahrend weiterer Zeitspannen t bis t weitere Teilanzahlen n₃ bis n der Schichtbilder b_χ (x=l n) bzw Teile davon gleichzei- tig nebeneinander wiedergegeben und jeweils Linsenbereiche weiterer Brennweiten zugeordnet werden, wobei gilt n_]+n₂+n + +n =n, bis jedes der Schichtbilder b_χ (x=l n) einmal wiedergegeben worden ist, dabei jedem Schichtbild ausschließlich Linsenbereiche einer bestimmten Brennweite zugeordnet worden sind und von jedem Schichtbild bzw dessen Teilen ein Abbild a_χ (x=l n) erzeugt worden ist und danach die Zeitspannen t. , t , t t zyklisch wiederholt werden, wobei inner halb einer jeden Zeitspanne stets dieselbe Teilanzahi der Schichtbilder wiedergegeben und auch stets die eindeutige Zuordnung von Schichtbild und Linsenbereichen bzw Brennweite beibehalten wird Anordnung zur raumlichen Darstellung von Szenen und/oder Gegenstanden nach den vorgenannten Verfahrensanspruche, gekennzeichnet durch einen Bildgeber (1 ), der Schichtbilder b_χ (x=1 n) bzw Teile davon gleichzeitig nebeneinander und/oder zyklisch aufeinander folgend in einer Objektebene wiedergibt, eine Abbildungsemπchtung, die mehrere Lmsenbereiche unterschiedlicher Brennweiten f_χ (x=l n) aufweist, wobei jedoch alle Linsenbereiche eine gemeinsame optische Achse (5) haben und wobei die Abbildungseinπchtung in Blickrichtung des mindestens einen Betrachters (4) bzw der Kamera dem Bild- geber (1 ) vorgeordnet ist, und durch

Mittel zur zeitlichen und/oder räumlichen Zuordnung von Linsenbereichen einer Brennweite f zu einem in der Objektebene wiedergegebenen Schichtbild b bzw zu wiedergegebenen Teilen b , b b des Schichtbildes b , zur zeitlichen und/oder räumlichen Zuordnung von Linsenbereichen einer Brenn- weite f zu einem in der Objektebene wiedergegebenen Schichtbild b bzw zu wiedergegebenen Teilen b_ , b b des Schichtbildes b und so weiter

Anordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (1 ) zur gleichzeitigen Wiedergabe von Schichtbildern b_χ (x=l n) bzw Teilen da- von nebeneinander ausgestaltet ist und als Mittel zur räumlichen Zuordnung von Linsenbereichen einer bestimmten Brennweite f_χ (x=l n) zu jeweils einem dieser Schichtbilder bzw zu Teilen davon Polarisationsfilter und/oder Farbfil ter vorgesehen sind

Anordnung nach Anspruch 6, bei der der Bildgeber (1 ) zur gleichzeitigen Wie dergabe zweier Schichtbilder b , b₂ ausgestaltet ist, Linsenbereiche mit zwei verschiedenen Brennweiten f , f vorgesehen und Polarisationsfilter wie folgt zugeordnet sind

Δ B C Ω__ b, 0^° f 0°

90^° f 90^° wobei angegeben sind in Spalte A die in der Objektebene gleichzeitig nebeneinander wiedergegebenen Schichtbilder bzw Teile der Schichtbilder, in Spalte B die Polaπsationsπchtungen von Polarisationsfiltern, die den wiedergegebenen Schichtbildern bzw Teilen der Schichtbilder beigeordnet sind, in Spalte C die Brennweiten der zugeordneten Linsenbereiche und in Spalte D die Polarisationsrichtung von Polarisationsfiltern, die den Lmsen- bereichen beigeordnet sind

Anordnung nach Anspruch 6, bei der der Bildgeber (1 ) zur gleichzeitigen Wiedergabe von drei Schichtbildern b^ b₂, b. ausgestaltet ist, Linsenbereiche mit drei verschiedenen Brennweiten f , f , f. vorgesehen und Farbfilter wie folgt zugeordnet sind

Δ B C D b rot rot b grün r grün b₃ blau f blau wobei angegeben sind in Spalte A die in der Objektebene gleichzeitig nebeneinander wiedergegebenen Schichtbilder bzw Teile der Schichtbilder, in Spalte B die Spektraleigenschaft von Farbfiltern, die den wiedergegebenen Schichtbildern bzw Teilen der Schichtbilder beigeordnet sind, in Spalte C die Brennweiten zugeordneten Linsenbereiche und in Spalte D die Spektraleigenschaft von Farbfiltern, die den Linsenbereichen beigeordnet sind

Anordnung nach Anspruch 6, bei der der Bildgeber (1 ) zur gleichzeitigen Wie dergabe von sechs Schichtbildern b_] bis b₆ ausgestaltet ist, Linsenbereiche mit sechs verschiedenen Brennweiten f bis f vorgesehen und Polarisations- und Farbfilter wie folgt zugeordnet sind

Δ B C D E F

0^° rot 0^° rot 90^° rot 90^° rot

0^° grün 0^° grün 90^° grün 90^° grün

0^° blau 0^° blau 90^° blau 90^° blau wobei angegeben sind in Spalte A die in der Objektebene gleichzeitig nebeneinander wiedergegebenen Schichtbilder bzw Teile der Schichtbilder, in Spalte B die Polaπsationsπchtungen von Polarisationsfiltern, die den wiedergegebenen Schichtbildern bzw Teilen der Schichtbilder beigeordnet sind, in Spalte C die Spektraleigenschaft von Farbfiltern, die ebenfalls den wiedergegebenen Schichtbildern bzw Teilen der Schichtbilder beigeordnet sind, in Spalte D die Brennweiten zugeordneten Linsenbereiche, in Spalte E die Polarisationsrichtung von Polarisationsfiltern, die den Lmsenbe- reichen beigeordnet sind und in Spalte F die Spektraleigenschaft von Farbfiltern, die ebenfalls den Linsenbereichen beigeordnet sind

I 0 Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die den Schichtbildern b_χ (x=l n) bzw deren Teilen beigeordneten Filter unmittelbar auf oder zumindest nahe der Objektebene und die den Linsenbereichen beigeordneten Filter auf oder zumindest nahe der Oberflache der Linsenbereiche angeordnet sind

I I Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die den Linsenbereichen beigeordneten Färb- und/oder Polaπsationsfilterschichten unmittelbar in der

Aperturebene der Abbildungsemπchtung angeordnet sind

1 2 Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der anstelle der Farbfilter, die den Schichtbildern b_χ (x=l n) bzw Teilen davon beigeordnet sind, ein Bildgeber (1 ) mit Farbdarstellung, bevorzugt ein Farbmonitor vorgesehen ist

1 3 Anordnung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (1 ) zur zyklischen Wiedergabe der Schichtbilder b_χ (x=l n) und/oder Teilen davon ausgestaltet ist und als Mittel zur zeitlichen Zuord nung von Linsenbereichen einer bestimmten Brennweite f_χ (x=l n) zu jeweils einem in der Objektebene wiedergegebenen Schichtbild bzw Teilen davon ein ansteuerbarer Shutter (3) vorgesehen ist sowie eine Synchronsteuerung vorhanden ist, die sowohl mit dem Bildgeber (1 ) als auch mit dem Shutter (3) in Verbindung steht, wobei - der Bildgeber (1 ) wahrend einer Zeitspanne t_ι so angesteuert ist, daß das Schichtbild b_t bzw Teile b_π, b_{i 2} b_{] m} davon wiedergegeben werden und der Shutter (3) so angesteuert ist, daß zur Erzeugung eines Abbildes a ausschließlich Linsenbereiche der Brennweite f verfugbar sind, der Bildgeber (1 ) wahrend einer Zeitspanne t₂ so angesteuert ist, daß das Schichtbild b₂ bzw Teile b , b b davon wiedergegeben werden und der Shutter (3) so ange- steuert ist, daß zur Erzeugung eines Abbildes a₂ ausschließlich Linsenbereiche der Brennweite f verfugbar sind und so weiter Anordnung nach Anspruch 1 3 , bei der der Shutter (3) zumindest etwa in der Aperturebene der Abbildungsemπchtung angeordnet sind

Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenbereiche auf einer multifokalen Fresnellinse (2) ausgebildet

Anordnung nach Anspruch 1 5 , dadurch gekennzeichnet, daß eine multifokale Fresnellinse (2) mit Linsenbereichen vorgesehen ist, die vier verschiedene

Brennweiten f bis f₄ aufweisen und die bevorzugt quadratisch, besonders be vorzugt kreisförmig, ganz besonders bevorzugt streifenformig geformt sind

Anordnung nach Anspruch 1 5 , dadurch gekennzeichnet, daß eine multifokale Fresnelzylinderlmse mit streifenformigen Linsenbereichen vorgesehen ist, die vier verschiedene Brennweiten f bis f aufweisen

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 5 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Shutter (3) vorhanden ist, bei dem die Transparenz für den Abbil- dungsstrahlengang in einzelnen Querschnittsbereichen p (x=1 n) beeinflußt wird, wobei jeweils ein Querschnittsbereich einem Linsenbereich zugeordnet ist, die Transparenz für jeden Querschnittsbereich von einem Minimum auf ein Maximum umschaltbar ist und die Umschaltung in Abhängigkeit von der Synchronsteuerung vorgenommen wird

Anordnung nach Anspruch 1 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Shutter (3) ein in den Abbildungsstrahlengang gestellter Flussigkπstall-Modulator vorgesehen ist, bei dem mit Ansteuerung eines Flussigkπstallbereiches, der einem der Querschnittsbereiche im Abbildungsstrahlengang entspricht, eine Ande- rung der Polarisationsrichtung für diesen Querschnittsbereich erzielt wird und dabei im Zusammenwirken mit einem im Abbildungsstrahlengang vorgeordneten Polarisator mit fester Polarisationsrichtung und einem nachgeordneten Analysator, ebenfalls mit fester Polarisationsrichtung, für den betreffenden Querschnittsbereich eine Änderung der Transparenz bewirkt wird, wobei bevorzugt im angesteuerten Zustand die Transparenz das Maximum und im nichtangesteuerten Zustand das Minimum aufweist (black mode) oder besonders bevorzugt im angesteuerten Zustand die Transparenz das Minimum und im nicht angesteuerten Zustand das Maximum aufweist (white mo de)

Anordnung nach Anspruch 1 5 , dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Maßstabskorrektur in Blickrichtung des Betrachters (4)/der Kamera im Abstand f vor der multifokalen Fresnellinse (2) eine monofokale Fresnellinse (6) der Brennweite f angeordnet ist

Anordnung nach den Ansprüchen 6 bis 20, bei der der Bildgeber (1 ) zur gleichzeitigen Wiedergabe einer Teilanzahl n der Schichtbilder b_χ (x=l n) bzw Teilen davon wahrend einer Zeitspanne t. , zur gleichzeitigen Wiedergabe einer Teilanzahi n₂ der Schichtbilder b_χ (x=l n) bzw Teilen davon wahrend einer folgenden Zeitspanne t und so weiter sowie zur zyklischen Wiederholung dieser Zeitspannen ausgebildet ist und sowohl

Mittel zur räumlichen Zuordnung von Linsenbereichen einer bestimmten Brennweite zu jeweils einem der Schichtbilder bzw dessen Teilen wahrend einer Zeitspanne t , wie in den Ansprüchen 6 bis 1 2 beschrieben, als auch Mittel zur zeitlichen Zuordnung von Linsenbereichen weiterer Brennweiten zu zyklisch aufeinanderfolgend wiedergegebenen Schichtbildern bzw Teilen davon, wie in den Ansprüchen 1 3 bis 20 beschrieben, vorhanden sind, wobei jedem Schichtbild eine Brennweite bzw umgekehrt jeder Brennweite ein Schichtbild zugeordnet ist

Anordnung nach Anspruch 21 , bei dem der Bildgeber (1 ) zur Wiedergabe einer Teilanzahi n^ bestehend aus zwei Schichtbildern b, , b₂ bzw Teilen b , b b , b , b b davon wahrend einer Zeitspanne t und zur Wiedergabe einer Teilanzahi n , bestehend aus zwei Schichtbildern b , b bzw Teilen b b b , b , b b davon wahrend einer Zeitspanne t ausgebildet ist, vier Linsenbereiche verschiedener Brennweiten f bis f vorgesehen und Polarisationsfilter wie folgt zugeordnet sind

Zeitspanne A B C D t b 0^° f 0^° ^b_ 90^° f 90^°

0^° f 0^°

90^° 90^° wobei angegeben sind in Spalte A die in der Objektebene gleichzeitig nebeneinander wiedergegebenen Schichtbilder bzw Teile der Schichtbilder, in Spalte B die Polaπsationsπchtungen von Polarisationsfiltern, die den wiedergegebenen Schichtbildern bzw Teilen der Schichtbilder beigeordnet sind, in Spalte C die Brennweiten der zugeordneten Linsenbereiche und in Spalte D die Polarisationsrichtung von Polarisationsfiltern, die den Linsen- bereichen beigeordnet sind

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 3 und 21 , dadurch gekennzeichnet daß die Ansteuerung mit einer Taktfrequenz f_Takι vorgesehen ist, die oberhalb des mehrfachen der Fhmmerverschmelzungsfrequenz V_{AU e} des Auges liegt und die bevorzugt f >v *n/l betragt, mit n der Gesamtanzahl der Schichtbilder und I der Anzahl der je Zeitspanne t_χ gleichzeitig wiedergegebenen Schichtbilder

Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektebene, auf der die Schichtbilder dargestellt werden, die Ebene X,Y aufspannt und die optische Achse (5) in der Koordinate Z ausgerichtet ist

Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtbilder zweidimensionale und/oder dreidimensionale bzw autostereoskopische Bilder vorgesehen sind

Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Schichtbilder b_χ (x=l n) in mindestens einer der Koordinaten X,Y gestreckt oder gestaucht sind

Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Brennweiten f = ∞ ist

Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß die Schichtbilder b_χ (x=l n) in der Objektebene selbstleuchtend dargestellt sind Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbilder b_χ (x=l n) in der Objektebene optisch reflektierend oder remittierend dargestellt sind

Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachenausdehnung der einzelnen Linsenbereiche und ihre Abstände zueinander sowie die Flachenausdehnung der einzelnen Schichtbilder bzw wiedergegebener Teile davon und deren Abstände zueinander - in mindestens einer der Koordinaten X,Y gemessen - in bezug auf die Distanz zu ei nem Betrachter (4) und/oder einer Kamera so ausgeführt sind, daß die Raste- rung nicht störend sichtbar ist

Anordnung nach den Ansprüchen 6, 7, 9, 1 1 , 21 oder 22 , bei denen die Pola πsationsfilter bevorzugt als zirkuläre Polarisationsfilter mit rechts- und links drehender Polarisationsrichtung, besonders bevorzugt aber als lineare Polaπ sationsfilter ausgebildet sind

Anordnung nach Anspruch 1 5 mit einer multifokale Fresnellinse mit einer Vielzahl von optischen Wirkflachen (W_n), die hinsichtlich ihrer Brennweite min- destens vier verschiedenen Kategorien (n) zugeordnet sind, wobei jeweils die

Wirkflachen (W ) einer Kategorie die gleiche Brennweite (f_n) aufweisen, mindestens eine Kategorie mit einer positiven Brennweite und mindestens eine Kategorie mit einer negativen Brennweite vorgesehen ist, benachbarte Wirkfla chen (W ) mit ihren jeweiligen Randern stets unmittelbar aneinander angren zen und die Fresnellinse (2) als ebene Platte oder Folie mit im wesentlichen gleichbleibender Dicke ausgebildet ist

Anordnung nach Anspruch 32 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflachen (W ) in einer zufallsgenerierten Folge einander abwechselnd angeordnet sind

Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflachen (W ) in festgelegten Sequenzen angeordnet sind, wobei jede Sequenz genau eine Wirkflache (W ) aus jeder Kategorie (n) umfaßt

Anordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Wirkflachen (W ) in allen Sequenzen gleich ist Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß Wirkflachen (W_n)aus Kategorien (n) mit positiver Brennweite und Wirkflachen (W ) aus Kategorien (n) mit negativer Brennweite abwechselnd aufeinanderfolgen

Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 35 , dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Sequenz aus mindestens vier unterschiedlichen Kategorien (n) stets zwei Wirkflachen (W ) mit positiver Brennweite auf zwei Wirkflachen (W ) mit negativer Brennweite folgen oder umgekehrt

Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Kategorien (n) mit positiver Brennweite gleich der Anzahl von Kategorien (n) mit negativer Brennweite ist

Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflachen (W_n) als zu der Haupterstreckungsebene der Fresnellinse (2) geneigte Streifen ausgebildet sind, wobei die Summe der auf eine Normale der Haupterstreckungsebene projizierten Breiten d_n aller Wirkflachen (W ) mit einer positiven Brennweite im wesentlichen gleich der Summe der auf die Normale projizierten Breiten d_n aller Wirkflachen mit einer negativen Brennwei¬

Anordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen der Sequenz, die im Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse liegt, entspre- chend der folgenden Vorschrift dimensioniert sind

n α d h

1 33 ,4621 ^' 0,0226 mm 0,0342 mm

2 -9,401 9^' -0,0089 mm 0,0540 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 1 9 mm 0,0435 mm

4 -23 ,0060^° -0,0255 mm 0,0601 mm

mit n dem Zahlmdex der Kategorie, α_n dem Wirkflankenwinkel zwischen der betreffenden Wirkflache (W ) und der Haupterstreckungsebene, d der auf die Normale zur Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden

Wirkflache (W ) und h_n der auf die Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache (W ) Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflachen (W_n) als zu der Haupterstreckungsebene der Fresnellinse (2) geneigte Streifen ausgebildet sind, wobei die Projektion der Breite h_n der Wirkflachen auf die Haupterstreckungsebene für alle Kategorien gleich ist oder einem ganzzahligen Vielfachen oder einem rationalen Bruchteil einer Bezugsgroße entspricht

Anordnung nach Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen der Sequenz, die im Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse liegt, entsprechend der folgenden Vorschrift gestaltet sind

n α d h

1 33 ,4621 ^° 0,0330 mm 0,0500 mm

2 - 9,401 9^° -0,0083 mm 0,0500 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 36 mm 0,0500 mm

4 - 23,0060^° -0,021 2 mm 0,0500 mm

mit n dem Zahlindex der Kategorie, α_n dem Wirkflankenwinkel zwischen der betreffenden Wirkflache (W ) und der Haupterstreckungsebene, d der auf die

Normale zur Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache (W ) und h_n der auf die Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache (W )

Anordnung nach Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen der Sequenz, die im Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse egt, entspre chend der folgenden Vorschrift gestaltet sind

n α d h

1 33 ,4621 ^° 0,0330 mm 0,0500 mm

2 -9,401 9^° -0,0083 mm 0,0500 mm

3 1 5 ,2659^° 0,01 36 mm 0,0500 mm

4 -23 ,0060^° -0,0425 mm 0, 1 000 mm

mit n dem Zahlmdex der Kategorie, α_n dem Wirkflankenwinkel zwischen der betreffenden Wirkflache (W ) und der Haupterstreckungsebene, d der auf die

Normale zur auf die Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betref- fenden Wirkflache (W ) und h der auf die Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache (W )

Anordnung nach Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen der Sequenz, die im Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse hegt, entsprechend der folgenden Vorschrift gestaltet sind

n α d h

1 33 ,4621 ^° 0,0330 mm 0,0500 mm

2 -9,401 9^° -0,0248 mm 0, 1 500 mm

3 1 5 ,2659' 0,01 36 mm 0,0500 mm

4 -23 ,0060^° -0,021 2 mm 0,0500 mm

Normale zur Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache (W_n) und h der auf die Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache (W_n)

Anordnung nach Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen der Sequenz, die im Abstand von 1 50 mm von der optischen Achse egt, entsprechend der folgenden Vorschrift dimensioniert sind

n α d h

1 29,5063^° 0,02830 mm 0,05 mm

2 1 2 , 1 576^° 0,021 54 mm 0, 1 0 mm

3 -1 0,8855^° 0,00962 mm 0,05 mm

4 -24,521 1 ^° -0,02281 mm 0,05 mm

mit n dem Zahlmdex der Kategorie, α_n dem Wirkflankenwinkel zwischen der betreffenden Wirkflache (W_n) und der Haupterstreckungsebene, d der auf die Normale zur Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache (W ) und h_n der auf die Haupterstreckungsebene projizierten Breite der betreffenden Wirkflache (W ) Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnellinse (2) eine Zylmderhnse mit parallel nebeneinander verlaufenden Wirkflachen (W ) ist

Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Wirkflachen (W ) kleiner ist als das visuelle Auflosungsver- mögen des menschlichen Auges

Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wirkflachen (W_n) an der Fresnellinse (2) gegenüberliegende Fla ehe (2d) eine hochgenau plane Flache ist

Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wirkflachen (W_n) an der Fresnellinse (2) gegenüberliegende Fla- ehe (2d) eine gekrümmte Flache ist

Anordnung nach Anspruch 1 5 mit einer multifokalen Fresnellinse mit einer Vielzahl von gekrümmt verlaufenden optischen Wirkflachen W , die mindestens vier voneinander verschiedene Brennweiten f (n=l >4) aufweisen, da- durch gekennzeichnet, daß die Gesamtflache der Fresnellinse (1 ) in eine Anzahl streifenformiger Sekto ren S gegliedert ist, mit m einem fortlaufenden Zahlmdex aus dieser Anzahl wobei innerhalb eines jeden Sektors S Abschnitte von Wirkflachen W dersel ben Brennweite f und innerhalb anemandergrenzender Sektoren S Abschnit te von Wirkflachen W unterschiedlicher Brennweiten f vorhanden sind

Anordnung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkfla chen W_n ringförmig angeordnet sind

Anordnung nach Anspruch 50 oder 51 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren S geradlinig und parallel zueinander ausgerichtet sind

Anordnung nach einem der Ansprüche 50 bis 52, ausgebildet als ebene Platte oder Folie mit im wesentlichen gleichbleibender Dicke 54 Anordnung nach einem der Ansprüche 50 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflachen W innerhalb eines Sektors S unter Vermeidung von

Storflanken stets unmittelbar aneinander angrenzen

55 Anordnung, nach einem der Ansprüche 50 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten der Wirkflachen W kleiner sind als das visuelle Auflosungs- vermögen des menschlichen Auges

56 Verfahren zur Herstellung einer multifokalen Fresnellinse, ausgebildet nach einem der Ansprüche 50 bis 55 , gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte

Anfertigung eines Rohlings für die spatere Fresnellinse (1 ) mit einer plastisch verformbaren Oberflache,

Anfertigung mehrerer Preßstempel P_n, die zur plastischen Verformung der Oberflache geeignet sind, wobei jeder Preßstempel P_n die Negativstruktur von ringförmig angeordneten Wirkflachen W_n einer der Brennweiten f aufweist, Trennen der Preßstempel P_n in Stempelstreifen, wobei die Stempelstreifen in Form und Abmessung jeweils den Sektoren S auf der herzustellenden Fres- nellmse (1 ) entsprechen, - Aneinanderreihen einzelner Stempelstreifen zu einem kombiniert zusammengesetzten Preßstempel P_n ^' , bei dem innerhalb eines jeden Stempelstreifens die Negativstruktur von Wirkflachen W_n derselben Brennweite f vorhanden und aneinandergrenzende Stempelstreifen mit Wirkflachen W unterschiedlicher Brennweiten f versehen sind, und schließlich - Verformung der Oberflache des Rohlings durch Aufsetzen des kombiniert zusammengesetzten Preßstempels ?_/ und Einwirkung auf die Oberflache un ter Druck, bis in die Oberflache die Strukturen der Wirkflachen W plastisch eingeprägt sind

57 Verfahren nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Preßstempel Kupfer vorgesehen ist und die Strukturierung der Preßstempel P mit einem Einkπstall-Diamantschneidwerkzeug erfolgt

58 Verfahren nach Anspruch 56 oder 57, dadurch gekennzeichnet, daß als Mate- πal für die Fresnellinse (1 ) ein Polymerwerkstoff, bevorzugt PMMA, vorgese hen ist und die Strukturierung durch Warmverformung erfolgt

9. Verfahren zur Herstellung einer multifokalen Fresnellinse, ausgebildet nach einem der Ansprüche 50 bis 55 , dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Gieß- oder Spritzform gefertigt wird, die die Negativ-Konturen der Linse aufweist und die Form dann mit einem thermischen Plastwerkstoff ausgegossen bzw. ausgespritzt wird, wobei der Plastwerkstoff die Kontur der Linse annimmt.