DE102005010974A1 - Sweet-spot-unit for e.g. auto-stereoscopic display, has vertical dispersing optical unit arranged between imaging unit and image matrix, where imaging matrix and imaging unit are arranged inclined against optical unit and image matrix - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungTerritory of invention
Die Erfindung betrifft eine Sweet-Spot-Einheit für ein Display zur Informationsdarstellung, um Licht mit der Information in Sweet-Spots auf Betrachteraugen für mindestens einen Betrachter abzubilden.The The invention relates to a sweet-spot unit for a display for displaying information, to light with the information in sweet spots on viewer eyes for at least to depict a viewer.
Anwendungsgebiet der Erfindung sind monoskopische Displays für einzelne oder mehrere Betrachter und autostereoskopische Displays für einzelne oder mehrere Betrachter (Multi-User), wobei bei den Multi-User-Displays für jeden Betrachter ein anderer Bildinhalt dargestellt werden kann. Bei autostereoskopischen Multi-User-Displays können sich die Betrachter die verschiedenen Bildinhalte wahlweise entweder im 2D- oder 3D-Modus ansehen.field of use The invention is monoscopic displays for single or multiple viewers and autostereoscopic displays for single or multiple viewers (Multi-user), taking in the multi-user displays for each Viewer another image content can be displayed. In autostereoscopic Multi-user displays can the viewers either choose the different image contents either in 2D or 3D mode.
Als autostereoskopische Displays werden im Dokument Displays bezeichnet, bei denen mindestens ein Betrachter von wahlfreien Orten aus auf dem Informationspanel 3D-Inhalte ohne zusätzliche Hilfsmittel sehen kann.When autostereoscopic displays are referred to in the document displays, where at least one viewer from random places on the information panel can see 3D content without any additional tools.
Die Sweet-Spot-Einheit umfasst in Ausbreitungsrichtung des Lichts eine Beleuchtungsmatrix mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter selbstleuchtender oder lichtdurchstrahlter Beleuchtungselemente sowie nachfolgende Abbildungsmittel mit optischen Abbildungselementen.The Sweet spot unit comprises in the propagation direction of the light Illumination matrix with a variety of regularly arranged self-luminous or translucent lighting elements and subsequent Imaging means with optical imaging elements.
Bei autostereoskopischen Displays durchdringt das Licht der Sweet-Spot-Einheit großflächig die in der Ausbreitungsrichtung des Lichts nachfolgende Bildmatrix. Dabei wird das Licht für die linken Sweet-Spots mit den linken Bildern und für die rechten Sweet-Spots mit den rechten Bildern moduliert und auf die linken beziehungsweise rechten Augen der Betrachter fokussiert. Dabei darf weder Übersprechen auf das jeweils andere Auge noch eine Störung der Homogenität der Bilder auf der Bildmatrix auftreten, wenn das Display aus den Sweet-Spots, den Bereichen übersprechungsfreien stereoskopischen Sehens, heraus betrachtet wird.at Autostereoscopic displays penetrate the light of the sweet spot unit large area the in the propagation direction of the light following image matrix. The light for the left sweet spots with the left images and the right one Sweet spots modulated with the right images and on the left or right eyes of the viewer focused. It may neither crosstalk on the other eye still a disturbance of the homogeneity of the pictures occur on the image matrix when the display from the sweet spots, the Areas of non-intercommunication stereoscopic vision, is looked out.
Die Bilder oder Videosequenzen können dabei in transmissiver Form beispielsweise als durchstrahltes Panel oder auch in reflektiver Form vorliegen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung sind Displays, bei denen für Betrachter unterschiedliche Informationen dargestellt werden, wie etwa dem Fahrer eines Fahrzeugs, dem Informationen über die Strecke eingeblendet werden, während sein Beifahrer einen Film sieht.The Pictures or video sequences can in transmissive form, for example, as a radiated panel or in reflective form. An important application The invention is displays in which different for the viewer Information such as the driver of a vehicle, the information about the track can be faded in while his passenger is one Movie looks.
Die Abbildungselemente der Abbildungsmittel können insbesondere sphärische oder asphärische Linsenelemente, holographisch-optische Elemente (HOE) oder in Lichtrichtung mit- oder untereinander kombinierte, gestapelt angeordnete optische Abbildungselemente beliebiger Art sein. Die Abbildungsmittel sind oft durch Lentikulare realisiert und weisen in der Regel einen sehr kleinen Pitch auf. Für Sweet-Spot-Einheiten sind in der Regel Pitch und Position der Abbildungselemente in Bezug auf die Beleuchtungsmatrix genau definiert und ein Vielfaches des Pixel-Pitchs der Bildmatrix.The Imaging elements of the imaging agents may be spherical or aspherical Lens elements, holographic-optical elements (HOE) or in the light direction with or combined with each other, stacked arranged optical imaging elements be of any kind. The imaging agents are often by lenticular usually realize and have a very small pitch. For sweet spot units are usually pitch and position of the imaging elements in relation precisely defined on the illumination matrix and a multiple of the Pixel pitches the Image matrix.
In einer einfachen Lösung ist die Beleuchtungsmatrix durch ein Backlight sowie einen Shutter realisiert. Der Shutter weist eine Vielzahl regelmäßig angeordneter steuerbarer Öffnungen auf und ist beispielgebend ein monochromes LCD-Display. Eine weitere Ausführungsform ist eine Matrix aus selbstleuchtenden Pixeln, beispielsweise LEDS, OLEDs, DMDs, Micro-Mirror-Devices oder dergleichen.In a simple solution the lighting matrix is realized by a backlight as well as a shutter. The shutter has a plurality of regularly arranged controllable openings and exemplifies a monochrome LCD display. Another embodiment is a matrix of self-luminous pixels, such as LEDS, OLEDs, DMDs, micro-mirror devices or the like.
Derartige Beleuchtungseinrichtungen in autostereoskopischen Displays sind seit langem bekannt.such Lighting devices in autostereoscopic displays are known for a long time.
Nachfolgend
werden nahe liegende Ausführungsformen
zusammenfassend erläutert.
Als Vorteil soll erreicht werden, dass die optischen Auswirkungen der Abschattungen zwischen den Pixelspalten der Bildmatrix reduziert werden. Diese Abschattungen werden beispielsweise durch die Verdrahtung der Pixel hervorgerufen. Die Richtung der Abschattung ist durch die Neigung des Lentikulars nicht mehr parallel zur Richtung der Lentikel, so dass für den Betrachter die ansonsten sichtbaren, vertikal verlaufenden dunkleren Linien eliminiert werden können.When Advantage is to be achieved that the optical effects of Shadowing between the pixel columns of the image matrix is reduced become. These shadows are caused, for example, by the wiring the pixel evoked. The direction of shading is through the inclination of the lenticular is no longer parallel to the direction of the Lenticle, so for the viewer the otherwise visible, vertical darker Lines can be eliminated.
Durch diese Neigung besteht bei dieser Anordnung jedoch die Gefahr, dass die gewünschte Ausdehnung und Qualität der erzeugten Sweet-Spots nicht erzielt werden.By However, this tendency is in this arrangement, the risk that the desired extent and quality the generated sweet spots are not achieved.
Im Weiteren sind autostereoskopische Displays bekannt, welche zwischen dem Lentikular und der Bildmatrix ein Streuelement aufweisen, wodurch verschiedenartige Aufgabenstellungen gelöst werden.in the Furthermore autostereoscopic displays are known, which between the lenticular and the image matrix have a scattering element, whereby diverse Problems solved become.
Die Qualität der optischen Abbildung ist unter anderem davon abhängig, ob es geling, die Bildmatrix und die Sweet-Spots homogen auszuleuchten.The quality The optical imaging depends, among other things, on whether it is possible to homogeneously illuminate the image matrix and the sweet spots.
Eine wichtige Forderung an die Sweet-Spot-Einheit insbesondere an die Abbildungsmittel ist die möglichst homogene Ausleuchtung der Bildmatrix und des Sweet-Spots. An den vertikal verlaufenden Nahtstellen der Abbildungselemente kommt es insbesondere aufgrund von sphärischen Aberrationen zu Bereichen inhomogener Ausleuchtung der Bildmatrix, welche vom Betrachter als vertikal verlaufende helle und dunkle Linien gesehen werden können. Diese inhomogenen Strukturen werden im Allgemeinen als störend empfunden.A important requirement for the Sweet Spot unit, in particular the Imaging agent is the most possible homogeneous illumination of the image matrix and the sweet spot. To the vertical seams of the imaging elements occur especially due to spherical aberrations to areas of inhomogeneous illumination of the image matrix, which is from Viewers are seen as vertical light and dark lines can be. These inhomogeneous structures are generally distracting.
Diese negative Beeinflussung der Bildqualität betrifft insbesondere die in den genannten Schriften aufgeführten Anordnungen, also Lentikulare mit vertikal angeordneten Lentikel in Form von Zylinderlinsen.These negative impact on image quality affects in particular the Arranged in the cited documents arrangements, so lenticular with vertically arranged lenticles in the form of cylindrical lenses.
Aufgabe der ErfindungTask of invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, dass die Sweet-Spot-Einheit die Bildmatrix homogen ausleuchtet und die genannten inhomogenen Strukturen beseitigt. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass die Sweet-Spots in ihrer Geometrie und hohen Qualität nicht beeinträchtigen sind.It The object of the invention is that the sweet-spot unit forms the image matrix Homogeneous and eliminates the aforementioned inhomogeneous structures. At the same time it must be ensured that the sweet spots in their Geometry and high quality do not interfere are.
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Erfindungsgemäß enthält die Sweet-Spot-Einheit ein vertikal streuend wirkendes optisches Element, nachfolgend kurz als Streuelement bezeichnet. Das Streuelement ist zwischen den Abbildungsmitteln und der Bildmatrix angeordnet.According to the invention, the sweet-spot unit contains a vertically scattering optical element, hereafter short referred to as scattering element. The scattering element is between the imaging means and the image matrix arranged.
Ferner ist erfindungsgemäß die Beleuchtungsmatrix und / oder die Abbildungsmittel gegenüber dem Streuelement und der Bildmatrix geringfügig um die optische Achse geneigt angeordnet.Further According to the invention, the illumination matrix and / or the imaging means relative to the scattering element and the Image matrix slightly to the optical axis arranged inclined.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungsmatrix gemeinsam mit den Abbildungsmitteln im gleichen Winkel gegenüber dem Streuelement und der Bildmatrix um die optische Achse geneigt angeordnet.In a particularly preferred embodiment is the illumination matrix together with the imaging means in the same angle to the Scattering element and the image matrix arranged inclined about the optical axis.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Bereiche inhomogener Ausleuchtung des Bildes beziehungsweise der Bildmatrix, die vom Betrachter als vertikal verlaufende, abwechselnd helle und dunkle Linien erkennbar sind, nunmehr geringfügig geneigt auf das Streuelement auftreffen. Im Weiteren erfolgt durch das Streuelement eine vertikale Homogenisierung, so dass eine nahezu homogene Ausleuchtung der Bildmatrix erzielt wird.Of the Invention is based on the idea that the areas inhomogeneous Illumination of the image or the image matrix, which is from the Viewer as vertical, alternately light and dark Lines are recognizable, now slightly inclined to the scattering element incident. Furthermore, by the scattering element, a vertical homogenization, so that a nearly homogeneous illumination of the image matrix is achieved becomes.
Die von der erfindungsgemäßen Anordnung erzielte kontrollierte Homogenisierung ist durch den Streuwinkel des Streuelements, seinen Abstand zur Bildmatrix und den Neigungswinkel der oben genannten Elemente präzise steuerbar.The achieved by the inventive arrangement Controlled homogenization is determined by the scattering angle of the spreading element, its distance to the image matrix and the tilt angle of the above Precise elements controllable.
Dies betrifft insbesondere das Übersprechen. Durch die ausschließlich vertikale Homogenisierung sind die Sweet-Spots nicht beeinträchtigt. Sie bleiben ohne zusätzlichem Übersprechen in ihrer Geometrie erhalten.This especially concerns crosstalk. By the exclusively vertical homogenization, the sweet spots are not affected. They remain without additional crosstalk preserved in their geometry.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das streuende optische Element eine vertikal wirkende Streufolie. Weiterführende Ausführungsformen sind analog zu den Abbildungsmitteln aufgebaut.In a first preferred embodiment the scattering optical element is a vertically acting scattering film. More embodiments are constructed analogously to the imaging means.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description the figures
Die folgenden Figuren erläutern ein weiterführendes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sweet-Spot-Einheit als Beistandteil eines autostereoskopischen Displays und zeigen inThe explain the following figures a continuing one embodiment the sweet spot unit according to the invention as a supporting part of an autostereoscopic display and show in
Das Display umfasst in einem ersten Teil in Lichtrichtung eine Beleuchtungsmatrix BM mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter Beleuchtungselemente. Die Beleuchtungsmatrix ist hier nicht selbstleuchtend realisiert, sondern besteht aus einem Backlight als Lichtquelle und einem eine Vielzahl matrixförmig angeordneter Öffnungen aufweisenden Shutter für die gesteuerte Lichtdurchstrahlung.The The display comprises a lighting matrix in a first part in the light direction BM with a variety of regularly arranged Lighting elements. The illumination matrix is not self-luminous here realized, but consists of a backlight as a light source and a variety of matrix form arranged openings having shutter for the controlled light transmission.
Es folgt ein Abbildungsmittel AM mit optischen Abbildungselementen, welches hier als Lentikular mit einer Vielzahl vertikal angeordneter aneinandergrenzender Lentikel L1,L2,.. in der Form von Zylinderlinsen realisiert ist.It follows an imaging means AM with optical imaging elements, which here as a lenticular with a variety of vertically arranged contiguous lenticule L1, L2, .. in the form of cylindrical lenses is realized.
Das Licht der Sweet-Spot-Einheit wird in der nachfolgenden Bildmatrix M mit Bildinformation moduliert und in Sweet-Spots auf Betrachteraugen mindestens eines Betrachters abgebildet.The Light from the sweet-spot unit is shown in the following image matrix M modulated with image information and in sweet spots on observer eyes at least one viewer.
Zwischen dem Abbildungsmittel AM und der Bildmatrix M ist ein vertikal streuendes optisches Element S angeordnet. Dieses Element ist hier als Streufolie realisiert.Between the imaging means AM and the image matrix M is a vertically scattering arranged optical element S. This element is here as scattering foil realized.
Ferner ist die Beleuchtungsmatrix BM sowie das Abbildungsmittel AM gegenüber dem vertikal streuenden optischen Element S und der Bildmatrix M geringfügig mit wenigen Winkelgraden um die optische Achse geneigt angeordnet. Die Neigung dieser Elemente ist in der Figur durch den Neigungswinkel α veranschaulicht und zur besseren Sichtbarkeit verstärkt dargestellt.Further is the illumination matrix BM and the imaging means AM opposite to the vertically scattering optical element S and the image matrix M slightly with a few degrees about the optical axis inclined. The Inclination of these elements is illustrated in the figure by the inclination angle α and enhanced for better visibility.
Die Figur zeigt die Bereiche inhomogener Leuchtdichte der Sweet-Spot-Einheit, die vom Benutzer als Folge von vertikal verlaufenden hellen und dunkle Linien a(I) erkennbar sind. Diese Linienfolge verläuft in der Regel entsprechend der periodischen Strukturen der Abbildungselemente und ist über die ganze Fläche der Bildmatrix M erkennbar. Diese Linien a(I), die insbesondere aufgrund der sphärischen Aberrationen am Randbereich der Abbildungselemente beziehungsweise Lentikel entstehen, treffen, wie aus der Darstellung ersichtlich, leicht geneigt auf die Streufolie S.The Figure shows the regions of inhomogeneous luminance of the sweet-spot unit, the user as a result of vertical light and dark Lines a (I) are recognizable. This lineage runs in the Rule according to the periodic structures of the imaging elements and is over the whole area the image matrix M recognizable. These lines a (I), in particular due to the spherical aberrations arise at the edge region of the imaging elements or lenticles, meet as shown in the illustration, slightly inclined to the Scattering film S.
Die vertikal wirkende Streufolie S und die geringfügige Neigung der Elemente AM und BM erzielen gemeinsam eine vertikale Homogenisierung dieser Linienstrukturen. Wie in der Figur dargestellt, werden die dunklen Strukturen a(I) durch die vertikale Homogenisierung in die Linienstrukturen a(s) übergeführt. Die erzielten Linienstrukturen a(s) sind für den Betrachter kaum erkennbar. Die Bildmatrix M ist homogen ausgeleuchtet und die Qualität der optischen Abbildung ist sichtbar verbessert. Durch die ausschließlich vertikale Homogenisierung sind die Sweet-Spots nicht beeinträchtigt und bleiben in ihrer Geometrie erhalten. Ein zusätzliches Übersprechen tritt nicht auf.The vertically acting scattering foil S and the slight inclination of the elements AM and BM together achieve a vertical homogenization of these Line structures. As shown in the figure, the dark ones Structures a (I) by the vertical homogenization in the line structures a (s) transferred. The achieved line structures a (s) are barely recognizable to the viewer. The image matrix M is homogeneously illuminated and the quality of the optical Figure is visibly improved. By the exclusively vertical Homogenization, the sweet spots are not affected and stay in their geometry. An additional crosstalk does not occur.
Im
Speziellen zeigt das Diagramm die Leuchtdichteverteilung einer Anordnung
nach dem Stand der Technik im Vergleich zur erfindungsgemäßen Anordnung
nach
Bei dieser Anordnung nach dem Stand der Technik sind alle optischen Elemente, also die Beleuchtungsmatrix, die Abbildungsmittel und die Bildmatrix, ohne Neigung vertikal ausgerichtet.at This arrangement according to the prior art are all optical Elements, ie the illumination matrix, the imaging means and the image matrix, vertically aligned without inclination.
Die hier erzielte Leuchtdichteverteilung ist in der Figur durch eine hellere Linie dargestellt. Sie zeigt als erste charakteristische Inhomogenität den Abfall der Leuchtdichteverteilung, der durch Lichtstrahlen hervorgerufen wird, die durch die Nahtstelle zweier Lentikulare L1 und L2 verlaufen und auf die Bildmatrix treffen. Im Weiteren ist die inhomogene Leuchtdichte durch die stark ändernden Funktionswerte ersichtlich.The Here achieved luminance distribution is in the figure by a shown lighter line. It shows as the first characteristic inhomogeneity the drop in luminance distribution caused by light rays which passes through the junction of two lenticular L1 and L2 and hit the image matrix. Furthermore, the inhomogeneous luminance through the strongly changing Function values visible.
Die
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