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Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur stereoskopischen
Bildwiedergabe. Unter stereoskopischen Bildwiedergabeverfahren werden
dabei allgemein Bildwiedergabeverfahren verstanden, bei welchen
ein erstes stereoskopisches Teilbild zum Betrachten beispielsweise
mit dem linken Auge und ein zweites stereoskopisches Teilbild zum
Betrachten beispielsweise mit dem rechten Auge erzeugt wird, womit
ein räumlicher Bildeindruck hervorgerufen werden kann.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung derartige Vorrichtungen
und Verfahren, bei welchem Licht, beispielsweise mittels Mikrospiegelarrays
(DMD; Digital Mirror Device) räumlich moduliert wird, um
das erste stereoskopische Teilbild und das zweite stereoskopische Teilbild
basierend auf Bilddaten zu erzeugen.
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Derartige
Vorrichtungen und Verfahren zur stereoskopischen Bildwiedergabe
können beispielsweise bei Stereomikroskopen oder bei Bildaufnahmegeräten
wie Stereokameras verwendet werden.
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Bei
herkömmlichen derartigen Vorrichtungen und Verfahren wird
beispielsweise eine ersten Lichtmodulationsanordnung, z. B. ein
erstes Mikrospiegelarray, zur Erzeugung des ersten stereoskopischen Teilbildes
und eine zweite Lichtmodulationsanordnung, z. B. ein zweites Mikrospiegelarray,
zur Erzeugung des zweiten stereoskopischen Teilbildes verwendet.
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Derartige
Lichtmodulationsanordnungen umfassen typischerweise ein Feld von
einzeln ansteuerbaren Lichtmodulatoren, wobei jeder Lichtmodulator einem
Bildpunkt entspricht und abhängig von einem Steuersignal
einfallendes Licht entweder zu einem Betrachter, z. B. einem Okular
lenkt oder nicht. Im Falle eines Mikrospiegelarrays wird beispielsweise jeder
Lichtmodulator durch einen einzelnen Spiegel gebildet, welcher Licht
zu dem Betrachter lenkt oder nicht.
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Derartige
Lichtmodulationsanordnungen sind relativ teuer, so dass die oben
beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zur stereoskopischen Bildwiedergabe,
welche zwei Lichtmodulationsanordnungen verwenden, insbesondere
bei Erzeugung hoch auflösender Bilder mit entsprechend
vielen Bildpunkten und somit entsprechend vielen einzelnen Mikrospiegeln
teuer herzustellen sind.
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Eine
weitere Möglichkeit zur stereoskopischen Bildwiedergabe
ist aus der 3D-Fernsehtechnik und 3D-Projektion (3D-Kino)-Entwicklung
bekannt. Dabei wird bei einer Lösung eine Shutterbrille
verwendet, welche abwechselnd das linke und das rechte Auge abschattet,
wobei gleichzeitig im Wechsel synchron zu der Shutterbrille abwechselnd
ein Bild für das linke Auge und ein Bild für das
rechte Auge dargestellt wird. Eine andere Lösung verwendet
eine sog. Polarisationsbrille, bei welcher zwei orthogonale Polarisationen
verwendet werden, und bei welcher zu jedem Auge durch die Brille
Licht nur einer Polarisation gelangt. Es werden dann abwechselnd
oder gleichzeitig Bilder mit den beiden Polarisationen dargestellt.
Zum Umschalten der Polarisation wird beispielsweise ein Flüssigkristallelement
verwendet, welches hohe Spannungen benötigt und temperaturempfindlich
ist. Zudem ist bei derartigen Verfahren typischerweise für
jedes einzelne stereoskopische Teilbild nur die Hälfte
der gesamten (nicht-stereoskopischen) Bildwiederholfrequenz möglich.
Bei einer gesamten Bildwiederholfrequenz von 60 Hz wäre
für jedes Teilbild nur eine Bildwiederholfrequenz von 30
Hz möglich, was unter der Flimmerfrequenz eines menschlichen
Betrachters liegt und somit leicht zu Ermüdung oder Kopfschmerzen
führt. Diese Frequenz ist insbesondere durch die mögliche
maximale Schaltfrequenz eines zum Umschalten der Polarisation verwendeten
Elements bedingt. Für gleichzeitige Darstellung von Bildern
beider Polarisationen werden herkömmlich zwei getrennte
Projektoren verwendet, was mit entsprechenden Kosten verbunden ist.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und
Verfahren zur stereoskopischen Bildwiedergabe bereitzustellen, welche kostengünstig
realisierbar sind und/oder eine ausreichend hohe Bildwiederholrate
zur Darstellung flimmerfreier Bilder zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch
1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 18. Die abhängigen
Ansprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird
eine Vorrichtung zur stereoskopischen Bildwiedergabe bereitgestellt,
umfassend:
eine erste Lichtquellenanordnung zur Erzeugung eines
ersten Lichtstrahls,
eine zweite Lichtquellenanordnung zur
Erzeugung eines zweiten Lichtstrahls,
eine optische Anordnung
zum Lenken des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls
auf eine gemeinsame Lichtmodulationsanordnung zur räumlichen
Modulierung des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls,
um einen modulierten ersten Lichtstrahl und einen modulierten zweiten
Lichtstrahl in Abhängigkeit von einem ersten bzw. zweiten
stereoskopischen Teilbild zu erzeugen,
eine erste Betrachtungsanordnung
zum Betrachten eines ersten stereoskopischen Teilbildes,
eine
zweite Betrachtungsanordnung zum Betrachten eines zweiten stereoskopischen
Teilbilds,
wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass Licht
des ersten modulierten Lichtstrahls zu der ersten Betrachtungsanordnung
und Licht des zweiten modulierten Lichtstrahls zu der zweiten Betrachtungsanordnung
gelangt, während Licht des zweiten modulierten Lichtstrahls
davon abgehalten wird, zur ersten Betrachtungsanordnung zu gelangen
und Licht des ersten modulierten Lichtstrahls davon abgehalten wird,
zur zweiten Betrachtungsanordnung zu gelangen.
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Bei
einer derartigen Vorrichtung ist nur eine Lichtmodulationsanordnung
nötig, weswegen die Vorrichtung kostengünstig
herstellbar ist.
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Die
erste Lichtquellenanordnung und die zweite Lichtquellenanordnung
können im Wechsel an- und ausgeschaltet werden, und die
Lichtmodulationsanordnung kann synchron mit diesem Wechsel zur Erzeugung
des ersten modulierten Lichtstrahls und des zweiten modulierten
Lichtstrahls angesteuert werden, um so ein erstes stereoskopisches
Teilbild und ein zweites stereoskopisches Teilbild zu erzeugen.
Durch die Verwendung zweier Lichtquellenanordnungen, beispielsweise
Leuchtdiodenanordnungen, kann die Erzeugung der Teilbilder mit einer Bildwiederholrate
erfolgen, welche oberhalb der Flimmerfrequenz eines Menschen liegt,
so dass beim Betrachten des Bildes keine Ermüdungserscheinungen
auftreten.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung weiterhin
eine Steuerung zur Ansteuerung der ersten Lichtquellenanordnung,
der zweiten Lichtquellenanordnung sowie der Lichtmodulationsanordnung,
beispielsweise entsprechend der oben beschriebenen Ansteuerung.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist die optische Anordnung derart
ausgestaltet, dass der erste Lichtstrahl aus einem ersten Raumwinkel
auf die Lichtmodulationsanordnung gelenkt wird und der zweite Lichtstrahl
aus einem von dem ersten Raumwinkel verschiedenen zweiten Raumwinkel
auf die Lichtmodulationsanordnung gelenkt wird. Des Weiteren ist
die Vorrichtung bei einem derartigen Ausführungsbeispiel
derart ausgestaltet, dass der erste modulierte Lichtstrahl in einen
dritten Raumwinkel von der Lichtmodulationsanordnung abgestrahlt
wird, und der zweite modulierte Lichtstrahl in einen von dem dritten
Raumwinkel verschiedenen vierten Raumwinkel von der Lichtmodulationsanordnung
abgestrahlt wird. In anderen Worten werden für den ersten
Lichtstrahl und den zweiten Lichtstrahl bzw. den ersten modulierten
Lichtstrahl und den zweiten modulierten Lichtstrahl verschiedene
Bereiche der Eintrittspupille bzw. Austrittspupille der Lichtmodulationsanordnung
benutzt. Auf diese Weise kann der erste modulierte Lichtstrahl einfach
von dem zweiten modulierten Lichtstrahl getrennt werden.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst die erste Lichtquellenanordnung
einen ersten Polarisator, um den ersten Lichtstrahl mit einer ersten Polarisation
zu versehen, und die zweite Lichtquellenanordnung umfasst einen
zweiten Polarisator, um den zweiten Lichtstrahl mit einer von der
ersten Polarisation verschiedenen zweiten Polarisation zu versehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel weisen dann der erste modulierte
Lichtstrahl und der zweite modulierte Lichtstrahl ebenfalls unterschiedliche
Polarisationen auf, und die Vorrichtung ist ausgestaltet, den ersten
modulierten Lichtstrahl und den zweiten modulierten Lichtstrahl
auf Basis ihrer Polarisationen von einander zu trennen, so dass
im Wesentlichen nur das Licht des ersten modulierten Lichtstrahls
zur ersten Betrachtungsanordnung und im Wesentlichen nur der zweite
modulierte Lichtstrahl zur zweiten Betrachtungsanordnung gelangt. „Im
Wesentlichen” bedeutet in diesem Zusammenhang abgesehen
von Effekten, welche durch unvollständige Polarisation,
von teilweise Depolarisation oder nicht perfekter polarisationsabhängiger
Filterung herrühren.
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Optische
Elemente zum Lenken des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls
zu der Lichtmodulationsanordnung und des ersten modulierten Lichtstrahls
und des zweiten modulierten Lichtstrahls von der Lichtmodulationsanordnung
weg können ein Prisma mit vollständiger interner
Reflektion (TIR-Prisma) umfassen.
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Die
Lichtmodulationsanordnung kann insbesondere eine mikromechanische
Lichtmodulationsanordnung, beispielsweise ein Mikrospiegelarray (DMD,
Digital Mirror Device) umfassen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Schemadiagramm einer Vorrichtung zur stereoskopischen Bildwiedergabe
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 ein
Schemabild einer Pupille einer Lichtmodulationsanordnung zur Erläuterung
von Prinzipien mancher Ausführungsbeispiele,
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3A und 3B einen
Teil einer Vorrichtung zur stereoskopischen Bildwiedergabe gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4A bis 4C weitere
Teile der Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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5A bis 5C noch
weitere Teile der Vorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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6 ein
TIR-Prisma, welches als Alternative in der Vorrichtung gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden kann,
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7A bis 7C Lichtwege
bei Verwendung des TIR-Prismas aus 6, und
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8 eine
Vorrichtung zur stereoskopischen Bildwiedergabe gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele
sind lediglich als beispielhaft zu verstehen, und Varianten und
Alternativen sind ebenso möglich.
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In 1 ist
schematisch eine Vorrichtung zur stereoskopischen Bildwiedergabe
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der 1 dient
insbesondere zur Veranschaulichung einiger Prinzipien, auf welchen
nachfolgend beschriebene detailliertere Ausführungsbeispiele
aufbauen.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung umfasst eine erste
Lichtquellenanordnung 10 zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls 12 und
eine zweite Lichtquellenanordnung 11 zum Erzeugen eines
zweiten Lichtstrahls 13. Die erste Lichtquellenanordnung 10 und
die zweite Lichtquellenanordnung 11 können beispielsweise
Leuchtdiodenanordnungen enthalten. Zur Erzeugung von Farbbildern
können die erste Lichtquellenanordnung 10 und
die zweite Lichtquellenanordnung 11 jeweils Lichtquellen
wie Leuchtdioden für drei Primärfarben, beispielsweise
rote, grüne und blaue Leuchtdioden, umfassen, welche im Wechsel
angesteuert werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können
die erste Lichtquellenanordnung 10 und/oder die zweite
Lichtquellenanordnung 11 eine Weißlichtquelle
in Kombination mit einem Farbrad zum Erzeugen von Licht in den drei
Primärfarben umfassen. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen
kann die Vorrichtung aus 1 zum Erzeugen monochromer Bilder
ausgelegt sein, wobei hier nur Lichtquellenanordnungen monochromer Lichtquellen
benötigt werden.
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Eine
erste optische Anordnung 14 lenkt den ersten Lichtstrahl 12 und
den zweiten Lichtstrahl 13 auf eine Lichtmodulationsanordnung 15,
wobei hierzu der erste Lichtstrahl 12 und der zweite Lichtstrahl 13 aufgeweitet
werden können, um einen aktiven Bereich der Lichtmodulationsanordnung 15 möglichst homogen
auszuleuchten. Die Lichtmodulationsanordnung 15 kann beispielsweise
eine mikromechanische Anordnung, insbesondere ein Mikrospiegelarray
(DMD, Digital Micromirror Device) sein, bei welchem eine Vielzahl
von Mikrospiegeln vorgesehen ist, wobei jeder Mikrospiegel einem
Bildpunkt eines zu erzeugenden Bildes zugeordnet ist. Jeder Mikrospiegel
ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position umschaltbar,
wobei in einer ersten Position Licht zu einer zweiten optischen
Anordnung 18 in 1 gelenkt wird, während
in der zweiten Position das einfallende Licht, d. h. der erste oder
zweite Lichtstrahl, beispielsweise auf eine schwarze Platte gelenkt
wird oder auf andere Weise aus dem Strahlengang entfernt werden
kann. Die Funktionsweise derartiger Mikrospiegelarrays ist für
sich genommen beispielsweise aus der Projektionstechnik bekannt und
wird daher nicht näher erläutert.
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Somit
erzeugt die Lichtmodulationsanordnung 15 aus dem ersten
Lichtstrahl 12 einen ersten modulierten Lichtstrahl 16 und
aus dem zweiten Lichtstrahl 13 einen zweiten modulierten
Lichtstrahl 17. Der erste modulierte Lichtstrahl 16 und
der zweite modulierte Lichtstrahl 17 werden bei dem Ausführungsbeispiel
der 1 durch die zweite optische Anordnung 18 zu
einer ersten Betrachtungsanordnung 19 und einer zweiten
Betrachtungsanordnung 20, beispielsweise einem ersten Okular
und einem zweiten Okular, gelenkt, wobei der erste modulierte Lichtstrahl
zu der ersten Betrachtungsanordnung 19 und der zweiten
modulierten Lichtstrahl 17 zu der zweiten Betrachtungsanordnung 20 gelenkt
wird.
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Bei
der Vorrichtung von 1 wird die erste Lichtquelle 10,
die zweite Lichtquelle 11 sowie die Lichtmodulationsanordnung 15 von
einer Steuerung 21 angesteuert. Der Steuerung 21 werden
stereoskopische Bilddaten zugeführt, welche ein erstes
stereoskopisches Teilbild und ein zweites stereoskopisches Teilbild
zur stereoskopischen Darstellung beschrieben.
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Bei
der Vorrichtung von 1 ist die Steuerung 21 ausgestaltet,
die erste Lichtquelle 10 und die zweite Lichtquelle 11 im
Wechsel ein- und auszuschalten, so dass abwechselnd die erste Lichtquelle 10 den
ersten Lichtstrahl 12 und die zweite Lichtquelle 11 den
zweiten Lichtstrahl 13 erzeugt, während die jeweils
andere Lichtquelle ausgeschaltet ist. Bei Lichtquellenanordnungen
wie Leuchtdiodenanordnungen sind dabei hohe Schaltfrequenzen erreichbar.
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Synchron
zu der Ansteuerung der ersten Lichtquellenanordnung 10 und
der zweiten Lichtquellenanordnung 11 steuert die Steuerung 21 die
Lichtmodulationsanordnung 15 an, so dass abwechselnd der
erste Lichtstrahl 12 entsprechend dem ersten stereoskopischen
Teilbild zum ersten modulierten Lichtstrahl 16 moduliert
wird und der zweite Lichtstrahl 13 entsprechend dem zweiten
stereoskopischen Teilbilds zum zweiten modulierten Lichtstrahl 17 moduliert
wird. Somit kann durch die erste Betrachtungsanordnung 19 dann
das erste stereoskopische Teilbild beispielsweise mit dem linken
Augen und durch die zweite Betrachtungsanordnung 20 das
zweite stereoskopische Teilbild betrachtet werden, was insgesamt
einen räumlichen Eindruck ergibt. Die Umschaltfrequenz
kann dabei so hoch sein, dass eine flimmerfreie Darstellung erreicht
wird, beispielsweise mit einer Bildwiederholfrequenz > 30 Hz, bevorzugt > 40 Hz, noch bevorzugter > 50 Hz.
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Bei
der Erzeugung von Farbbildern wird zusätzlich die Lichtmodulationsanordnung 15 synchron mit
der ersten Lichtquellenanordnung 10 und der zweiten Lichtquellenanordnung 11 zur
Erzeugung eines roten, grünen und blauen Teilbilds des
ersten stereoskopischen Teilbilds und eines roten, grünen
und blauen Teilbilds des zweiten stereoskopischen Teilbilds angesteuert,
wenn rot, grün und blau die entsprechenden verwendeten
Primärfarben sind. In anderen Worten wird, während
die erste Lichtquellenanordnung 10 aktiv ist, in diesem
Fall hintereinander ein roter, grüner und blauer erster
Lichtstrahl 12 erzeugt (wobei die Reihenfolge der Farben
beliebig ist und auch komplexere Abfolgen möglich sind),
und die Lichtmodulationsanordnung 15 wird entsprechend
angesteuert. Gleiches gilt für Zeiten, während die
zweiten Lichtquellenanordnung 11 aktiv ist, entsprechend.
Diese Art der Erzeugung farbiger Bilder ist für eine einzige
Lichtquellenanordnung für sich genommen bekannt und wird
daher nicht näher erläutert.
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Durch
die Verwendung zweier Lichtquellenanordnungen, welche im Wechsel
angesteuert werden, kann somit mit Hilfe einer einzigen Lichtmodulationsanordnung
ein stereoskopisches Bild bestehend aus einem ersten stereoskopischen
Teilbild und einem zweiten stereoskopischen Teilbild erzeugt werden.
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Im
Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung erläutert, bei welchem insbesondere Möglichkeiten
dargelegt werden, einen ersten Lichtstrahl und einen zweiten Lichtstrahl
auf eine gemeinsame Lichtmodulationsanordnung zu lenken und einen
resultierenden ersten modulierten Lichtstrahl und zweiten modulierten
Lichtstrahl getrennten Betrachtungsanordnungen zuzuführen.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches unter Bezugnahme
auf die 3 bis 5 beschrieben
werden wird, werden dabei der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl
aus verschiedenen Raumwinkeln auf eine Lichtmodulationsanordnung
eingestrahlt und der erste modulierte Lichtstrahl und der zweite
modulierte Lichtstrahl werden in verschiedene Raumwinkel abgestrahlt.
In anderen Worten wird für den ersten Lichtstrahl und den
zweiten Lichtstrahl nur ein Teil einer zur Verfügung stehenden
Pupille, in diesem Fall der Eintrittspupille, benutzt. Ebenso wird
für den ersten modulierten Lichtstrahl und den zweiten modulierten
Lichtstrahl nur ein Teil einer zur Verfügung stehenden
Pupille, in diesem Fall der Austrittspupille, benutzt. Dieses Prinzip
wird zunächst anhand von 2 erläutert.
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In 2 ist
durch einen Kreis 25 eine vollständige Pupille
eines Mikrospiegelarrays dargestellt. Deren Größe
hängt mit dem Kippwinkel der einzelnen Mikrospiegel zusammen,
ein typischer Wert ist hier ±12%. Der Kreis 25 entspricht
also der vollen Pupille ±12°.
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Kreise 28 bis 29 entsprechen
25% der gesamten Pupille oder einem Winkel von ±6°.
Der Kreis 29 kann beispielsweise ein für ein erstes
stereoskopisches Teilbild für das linke Auge genutzter
Bereich der Pupille sein, und der Kreis 28 kann einen für
ein zweites stereoskopisches Teilbild für das rechte Auge
genutzten Bereich der Pupille symbolisieren.
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In
den 3 bis 7 werden
jeweils die Pupillen schematisch dargestellt, um das oben erläuterte Prinzip
zu veranschaulichen.
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In 3 ist ein beispielhafter Lichtweg eines ersten
Lichtstrahls und eines zweiten Lichtstrahls unter Verwendung des
oben erwähnten unter Bezugnahme auf 2 erläuterten
Prinzips dargestellt, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit
in 3A lediglich der erste Lichtstrahl und in 3B lediglich der
zweite Lichtstrahl angedeutet ist.
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Zum
Leiten des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls auf
eine Lichtmodulationsanordnung 36, welche wie erläutert
beispielsweise ein Mikrospiegelarray sein kann, wird dabei in 3A wie bereits
erläutert der Strahlenweg für den ersten Lichtstrahl
bzw. den ersten modulierten Lichtstrahl dargestellt. Dabei werden „Randstrahlenbündel” des
ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls dargestellt, d.
h. Strahlenbündel, welche gerade auf den Rand der Lichtmodulationsanordnung 36 treffen.
Dazwischenliegende parallele Strahlenbündel treffen ebenfalls
auf die Lichtmodulationsanordnung 36.
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Insbesondere
ist in 3A ein erstes Randstrahlenbündel 32 und
ein zweites Randstrahlenbündel 33 des ersten Lichtstrahls
dargestellt. Die Randstrahlenbündel 32, 33 werden
an einer Fläche mit totaler interner Reflektion 31 eines
TIR-Prismas 30 reflektiert und auf die Lichtmodulationsanordnung 36 gelenkt.
Die einzelnen Lichtmodulatoren, beispielsweise Mikrospiegel des
Mikrospiegelarrays, erzeugen eine räumliche Modulation
des ersten Lichtstrahls, so dass ein erster modulierter Lichtstrahl
abgegeben wird. Von diesem sind ein erstes Randstrahlenbündel 34 und
ein zweites Randstrahlenbündel 35 dargestellt.
Wie schematisch in 3A gezeigt benutzt der erste
Lichtstrahl bzw. der erste modulierte Lichtstrahl nur einen Teil
der vollen Pupille.
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Der
entsprechende Fall für den zweiten Lichtstrahl ist in 3B dargestellt.
Hier sind Randstrahlenbündel 37, 38 des
zweiten Lichtstrahls, deren Lichtweg zu der Lichtmodulationsanordnung 36 sowie
Randstrahlenbündel 39, 40 des zweiten
modulierten Lichtstrahls und deren Lichtweg von der Lichtmodulationsanordnung 36 dargestellt.
Wie in 3B gezeigt benutzen der erste
Lichtstrahl und der erste modulierte Lichtstrahl einen anderen Teil
der Pupille als der erste Lichtstrahl und der erste modulierte Lichtstrahl
in 3A.
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Wie
im Vergleich von 3A und 3B zu sehen
ist, fällt der erste Lichtstrahl unter einem anderen Winkel
auf die Lichtmodulationsanordnung als der zweite Lichtstrahl und
wird unter einem anderen Winkel von der Lichtmodulationsanordnung 36 als modulierter
erster Lichtstrahl reflektiert als der zweite Lichtstrahl als zweiter
modulierter Lichtstrahl reflektiert wird. Durch diese verschiedenen
Winkel des zweiten modulierten Lichtstrahls ist, wie nunmehr unter
Bezugnahme auf 4 näher erläutert
werden wird, eine Trennung des ersten modulierten Lichtstrahls von
dem zweiten modulierten Lichtstrahls möglich, so dass diese
in verschiedenen Betrachtungsanordnungen betrachtet werden können.
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In 4 sind die Lichtwege des ersten modulierten
Lichtstrahls und des zweiten modulierten Lichtstrahls von der Lichtmodulationsanordnung 36 zu
einer ersten Betrachtungsanordnung 46 für ein
linkes Auge 48 bzw. zu einer zweiten Betrachtungsanordnung 47 für
ein rechtes Auge 49 dargestellt. Dabei sind in 4A der
Lichtweg des ersten Lichtstrahls, insbesondere des ersten modulierten
Lichtstrahls, insbesondere des Strahlenbündels 34 und
des Strahlenbündels 35 aus 3A, in 4B der
Lichtweg des zweiten modulierten Lichtstrahls, insbesondere des
Strahlenbündels 39 und des Strahlenbündels 40 aus 3B,
und in 4C zum Vergleich die Lichtwege
beider Strahlenbündel dargestellt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 3 bis 5 werden der erste modulierte Lichtstrahl
und der zweite modulierte Lichtstrahl durch ein Objektiv 45,
welches in 4A bis 4C durch
eine einzige Linse symbolisiert ist, welches jedoch mehrere optische Elemente
enthalten kann, zu der ersten Betrachtungsanordnung 46 und
der zweiten Betrachtungsanordnung 47 gelenkt, welche ebenfalls
jeweils durch eine einzige Linse symbolisiert sind, aber mehrere Linsen
oder andere optische Elemente umfassen können. Die erste
Betrachtungsanordnung und die zweite Betrachtungsanordnung 47 können
in einem Okulartubus (nicht dargestellt) angeordnet sein, wobei
die erste Betrachtungsanordnung 46 ein Okularsystem für
das linke Auge 48 und die zweite Betrachtungsanordnung 47 ein
Okularsystem für das zweite Auge 49 darstellt.
Wie in 4A bis 4C schematisch
dargestellt kann durch die Abstrahlung des ersten modulierten Lichtstrahls
und des zweiten modulierten Lichtstrahls in verschiedener Raumwinkel
von der Lichtmodulationsanordnung 46 eine einfache Trennung
des ersten modulierten Lichtstrahls von dem zweiten modulierten
Lichtstrahls erreicht werden, so dass im Wesentlichen nur der erste
modulierte Lichtstrahl die erste Betrachtungsanordnung 46 und
im Wesentlichen nur der zweite modulierte Lichtstrahl die zweite
Betrachtungsanordnung 47 erreicht.
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Als
nächstes wird unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C der
Lichtweg des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls von
einer ersten Lichtquellenanordnung 52 bzw. einer zweiten
Lichtquellenanordnung 53 zu der Lichtmodulationsanordnung 36 erläutert.
Dabei zeigt 5A den Lichtweg für
den ersten Lichtstrahl, insbesondere für die Strahlenbündel 32 und 33, 5B zeigt
den Lichtweg für den zweiten Lichtstrahl, insbesondere
für die Strahlenbündel 37 und 38,
und 5C zeigt beide Lichtwege gemeinsam. Der erste
Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl werden von der ersten Lichtquellenanordnung 52 bzw.
der zweiten Lichtquellenanordnung 53 über eine
optische Anordnung 54, 55, 56 und das Prisma 30 zu
der Lichtmodulationsanordnung 36 gelenkt. Die optische
Anordnung umfasst einen ersten Teil 54, einen zweiten Teil 55 und
einen dritten Teil 56, welche in 5 jeweils
durch eine Linse symbolisiert sind, welche jedoch jeweils mehrere
Linsen oder auch andere optische Elemente umfassen können. Der
erste Teil 54 sammelt den von der ersten Lichtquelle 52 erzeugten
ersten Lichtstrahl und leitet ihn zum dritten Teil 56.
Der zweite Teil 55 sammelt den von der zweiten Lichtquelle 53 erzeugten
zweiten Lichtstrahl und leitet ihn ebenfalls zum dritten Teil 56, welche
eine gemeinsame Optik für den ersten Lichtstrahl und den
zweiten Lichtstrahl darstellt.
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Die
unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 erläuterten optischen Anordnungen
sind lediglich als Beispiel zu verstehen, und es sind auch andere
Anordnungen von Linsen, Prismen, Spiegeln oder anderen optischen
Elementen möglich, um einen ersten Lichtstrahl und einen
zweiten Lichtstrahl unter Benutzung verschiedener Teile der vollen
Pupille auf eine Lichtmodulationsanordnung zu lenken, so dass ein erster
modulierter Lichtstrahl und ein zweiter modulierter Lichtstrahl
in verschiedene Teile der Pupille, d. h. in verschiedene Raumwinkel,
abgestrahlt werden. Ein alternatives Beispiel für die Beleuchtung
der Lichtmodulationsanordnung 36 wird nunmehr unter Bezugnahme
auf die 6 und 7 erläutert.
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Bei
der nunmehr erläuterten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels
wird das Prisma 30 durch ein in 6 dargestelltes
Prisma 60 ersetzt. Das Prisma 60 besteht bei diesem
Ausführungsbeispiel aus vier Teilen 61 bis 64,
wobei die Teile 61 und 62 im Wesentlichen dem
TIR-Prisma 30 der 3 bis 5 entsprechen und die Teile 63 und 64 gleichsam einem
zweiten an dieses Prisma angefügten TIR-Prisma (Prisma
mit totaler interner Reflektion) entsprechen. Flächen mit
totaler interner Reflektion sind bei der Anordnung von 6 zwischen
den Teilen 61 und 62 sowie den Teilen 63 und 64 vorgesehen.
Die Verbindung zwischen den Teilen 62 und 63 kann
jeder beliebiger Art sein, welche den Lichtweg möglichst
wenig beeinflusst, z. B. eine normale Kittverbindung, ein Luftspalt,
eine Ansprengung, oder die Teile 62 und 63 können
auch als gemeinsames Bauteil ausgeführt sein. Die Teile 61 und 62 haben die
gleiche Funktion wie das Prisma 30 der 3 bis 5, d. h. sie dienen der Trennung zwischen
Beleuchtung (erstem und zweitem Lichtstrahl) und Abbildung (erstem
modulierten Lichtstrahl und zweitem modulierten Lichtstrahl). Die
Teile 63 und 64, welche wie dargelegt ein zusätzliches
TIR-Prisma bilden, dienen der Zusammenführung des ersten
Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls. Dies wird unter Bezugnahme
auf die 7A bis 7C erläutert.
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In 7A ist
dabei der Lichtstrahl eines von einer ersten Lichtquelle 65 erzeugten
ersten Lichtstrahls zu der Lichtmodulationsanordnung dargestellt,
in 7B ist der Lichtweg eines von einer zweiten Lichtquelle 66 erzeugten
zweiten Lichtstrahls zu der Lichtmodulationsanordnung dargestellt,
und in 7C sind beide Lichtwege gemeinsam dargestellt. Wiederum
werden jeweils zwei Randstrahlenbündel zur Veranschaulichung
des Lichtwegs dargestellt.
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Der
erste Lichtstrahl wird wie in 7A dargestellt
von der ersten Lichtquellenanordnung 65 erzeugt und von
einer Optik 67 eingesammelt und zu dem Teil 63 des
Prismas 60 gelenkt. Wie in 7A gezeigt
wird der erste Lichtstrahl von der total reflektierenden Fläche
zwischen den Teilen 63 und 64 in den Teil 62 reflektiert.
Dabei entspricht bei einem Ausführungsbeispiel der so erzeugte
Einfall in den Teil 62 dem Strahleneinfall des ersten Lichtstrahls
in das Prisma 30, wie er in 5A dargestellt
ist.
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Der
von der zweiten Lichtquellenanordnung 66 erzeugte Lichtstrahl
wird wie in 7B dargestellt von einer Optik 68 eingesammelt
und durch die Teile 63, 64 hindurch in den Teil 62 des
Prismas 60 gelenkt. Bei einem Ausführungsbeispiel
entspricht der Lichteinfall in Teil 62, der so erzeugt
wird, dem Lichteinfall des zweiten Lichtstrahls in das Prisma 30,
wie er in 5B dargestellt ist.
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In 7C sind
die Lichtwege des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls
der 7A und 7B kombiniert
dargestellt.
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Das
in den 3 bis 5 dargestellte
zweite Ausführungsbeispiel sowie die unter Bezugnahme auf 6 und 7 dargestellte Modifikation desselben sind
lediglich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere sind auch andere
optische Anordnungen, beispielsweise Anordnungen mit Spiegeln, möglich,
um den ersten Lichtstrahl und den zweiten Lichtstrahl unter Ausnutzung
verschiedener Bereiche der Eintrittspupille auf eine Lichtmodulationsanordnung
zu lenken, so dass sie in verschiedene Bereiche der Austrittspupille,
d. h. verschiedene Raumwinkel, von dieser als modulierte Lichtstrahlen
reflektiert werden.
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In
den unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 diskutierten Ausführungsbeispiele
werden verschiedene Teile einer Pupille, d. h. verschiedene Raumwinkel,
benutzt, um zwischen Lichtstrahlen zur Erzeugung eines ersten stereoskopischen
Teilbilds (erster Lichtstrahl und erster modulierter Lichtstrahl) und
Lichtstrahlen zur Erzeugung eines zweiten stereoskopischen Teilbilds
(zweiter Lichtstrahl und zweiter modulierter Lichtstrahl) zu unterscheiden.
Eine andere Möglichkeit, eine derartige Unterscheidung
zu ermöglichen, ist die Benutzung von verschiedenen Polarisationen
für den ersten Lichtstrahl und den zweiten Lichtstrahl.
Dieses Prinzip wird in einer in 8 dargestellten
Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung benutzt.
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Die
in 8 dargestellte Vorrichtung umfasst eine erste
Lichtquellenanordnung mit einer ersten Lichtquelle 73,
einem ersten Lichtmischstab 74 und einem ersten Polarisator 75 sowie
eine zweite Lichtquellenanordnung mit einer zweiten Lichtquelle 70,
einem zweiten Lichtmischstab 71 und einem zweiten Polarisator 72.
Die erste Lichtquelle 73 und die zweite Lichtquelle 70 können
beispielsweise jeweils eine Leuchtdiodenlichtquelle zur Erzeugung von
monochromatischen oder auch von Licht in drei Primärfarben
wie bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert
sein.
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Der
erste Lichtmischstab
74 und der zweite Lichtmischstab
71 dienen
jeweils zur Homogenisierung des Lichtes. Geeignete Lichtmischstäbe
sind beispielsweise in der
DE
10336694 A1 beschrieben.
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Der
erste Polarisator 75 versieht das von der ersten Lichtquelle 73 erzeugte
und von dem ersten Lichtmischstab 74 homogenisierte Licht
mit einer ersten Polarisation, so dass von der ersten Lichtquellenanordnung
ein erster Lichtstrahl mit einer ersten Polarisation ausgegeben
wird. Die zweite Lichtquelle 70, der zweite Lichtmischstab 71 und
der zweite Polarisator 72 weisen die gleiche Funktion wie
die entsprechenden Elemente 73 bis 75 der ersten
Lichtquellenanordnung auf, wobei der zweite Polarisator 72 bei
der Vorrichtung von 8 das von der zweiten Lichtquelle
erzeugte und von dem zweiten Lichtmischstab 71 homogenisierte
Licht mit einer von der ersten Polarisation verschiedenen zweiten
Polarisation versieht. Beispielsweise können die erste
Polarisation und die zweite Polarisation zwei aufeinander senkrecht
stehende lineare Polarisationsrichtungen, beispielsweise s-Polarisation
und p-Polarisation sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
können die erste Polarisation und die zweite Polarisation
zwei entgegengesetzte zirkulare Polarisationen sein.
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Der
so erzeugte erste Lichtstrahl und zweite Lichtstrahl werden durch
eine Relayoptik 77 zu einem TIR-Prisma 78 gelenkt.
Die Relayoptik 77 umfasst bei der Vorrichtung von 8 eine
Strahlteilerplatte 76, durch welche die Lichtwege des ersten
Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls vereinigt werden.
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Die
Relayoptik 77 kann dabei wie in 8 schematisch
dargestellt eine Mehrzahl von Linsen, aber auch andere optische
Elemente aufweisen.
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Das
TIR-Prisma 78 erfüllt im Wesentlichen die gleiche
Funktion wie das TIR-Prisma 30 der 3 bis 5. Der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl
werden durch eine innere total reflektierende Fläche des
TIR-Prismas 78 auf eine Lichtmodulationsanordnung, beispielsweise
ein Mikrospiegelarray, 79 gelenkt, um einen ersten modulierten Lichtstrahl
und einen zweiten modulierten Lichtstrahl zu erzeugen, welcher dann
durch das TIR-Prisma 78 hindurch zu einem Objektiv 80 hingelenkt
wird. Das Objektiv 80 kann wiederum ein oder mehrere Linsen oder
andere optische Elemente umfassen.
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Durch
einen Spiegel 81 werden der erste modulierte Lichtstrahl
und der zweite modulierte Lichtstrahl zu einem Strahlteilerwürfel 82 gelenkt.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 8 wirkt
der Strahlteilerwürfel 82 polarisierend, d. h.
die Reflektion und Transmission ist abhängig von der Polarisation
des einfallenden Lichts. Auf diese Weise werden durch den Strahlteilerwürfel
der erste modulierte Lichtstrahl und der zweite modulierte Lichtstrahl,
welche durch den ersten Polarisator 75 und den zweiten Polarisator 72 verschieden
Polarisationen erhalten haben, getrennt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wird beispielsweise der erste modulierte Lichtstrahl an einer internen
Grenzfläche reflektiert und in 8 nach oben
geleitet, während der zweite modulierte Lichtstrahl im
Wesentlichen transmittiert und somit in 8 nach links
weitergeleitet wird. Beispielsweise kann hierfür die erste
Polarisation eine s-Polarisation und die zweite Polarisation eine
p-Polarisation sein.
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Der
erste modulierten Lichtstrahl wird durch ein Spiegelpaar 83, 86 zu
einem ersten sog. Clean-Up-Polarisator 87 gelenkt, während
der zweite modulierte Lichtstrahl über ein Spiegelpaar 84, 85 zu einem
zweiten Clean-Up-Polarisator 88 gelenkt werden. Die Clean-Up-Polarisatoren 87 und 88 dienen bei
der Vorrichtung von 8 beispielsweise zur Entfernung
von „Resten” des zweiten modulierten Lichtstrahls
aus dem ersten modulierten Lichtstrahl und umgekehrt, falls durch
den Strahlteilerwürfel keine vollständige Aufteilung
erfolgte bzw. durch die Polarisation die polarisierten Anteile vorhanden
sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen können
die Clean-Up-Polarisatoren 87, 88 weggelassen
sein.
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Von
dem ersten Clean-Up-Polarisator 87 und dem zweiten Clean-Up-Polarisator 88 werden
der erste modulierte Lichtstrahl und der zweite modulierte Lichtstrahl
in einen Tubus 89, welcher bei der Vorrichtung von 8 Prismen,
Linsen und/oder andere optische Elemente für den ersten
modulierten Lichtstrahl und den zweiten modulierten Lichtstrahl
umfassen kann, und von dort zu einem Okular 90, welches
beispielsweise Linsen für den ersten modulierten Lichtstrahl
und Linsen für den zweiten modulierten Lichtstrahl enthalten
kann und somit eine erste Betrachtungsanordnung und eine zweite
Betrachtungsanordnung bildet, gelenkt.
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Wie
bei dem Ausführungsbeispielen der 3 bis 7 ist auch das Ausführungsbeispiel
von 8 lediglich als beispielhaft zu verstehen, und
andere optische Anordnungen mit anderen optischen Elementen können
ebenso benutzt werden, um einen ersten Lichtstrahl mit einer ersten
Polarisation und einen zweiten Lichtstrahl mit einer zweiten Polarisation
auf eine gemeinsame Lichtmodulationsanordnung zu lenken und einen
hierdurch entstehenden ersten modulierten Lichtstrahl und einen
hierdurch entstehenden zweiten modulierten Lichtstrahl auf Basis
ihrer Polarisation zur Betrachtung in getrennten Betrachtungsanordnungen,
beispielsweise für das linke Auge und das rechte Auge,
wieder zu trennen.
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Bei
den Ausführungsbeispielen der 3 bis 8 kann
die Ansteuerung der jeweiligen ersten Lichtquellenanordnung, zweiten
Lichtquellenanordnung und Lichtmodulationsanordnung wie bei dem Ausführungsbeispiel
von 1 detailliert erläutert durch eine Steuerung
derart erfolgen, dass im Wechsel ein erstes stereoskopisches Teilbild
und ein zweites stereoskopisches Teilbild erzeugt wird. Auch die Ausführungen
hinsichtlich der Wiedergabe von Farbbildern treffen ebenso auf die
Ausführungsbeispiele der 3 bis 8 zu,
weswegen zur Vereinfachung die Darstellung der Steuerung in den 3 bis 8 weggelassen
wurde.
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Angesichts
der oben diskutierten Abwandlungen und Modifikationen der in den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele ist zu verstehen,
dass die Ausführungsbeispiele nicht als einschränkend auszulegen
sind. Insbesondere können andere Ausführungsbeispiele
weniger Komponenten und/oder alternative Komponenten verglichen
mit den dargestellten Ausführungsbeispielen umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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