DE102010022613A1 - Verfahren und Anordnung zur räumlichen Darstellung - Google Patents

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Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Klippstein Markus
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur räumlichen Darstellung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Vorder- oder Rückseitiges Projizieren mindestens zweier Ansichten A(k) mit k = 1..n und n > 1 auf einen Projektionsschirm (1) in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, zeitlich sequentielles, teilweises Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm (1), so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Ansicht A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelements x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm (1) nicht überlappen, sowie Abbilden der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen, so dass aus mindestens einer Betrachtungsposition ein Betrachter mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildinformation verschiedener Ansichten sieht, so dass eine räumliche Wahrnehmung entsteht. Eine besondere Ausgestaltung zielt auf eine hochauflösende 2D-Darstellung ab.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der räumlichen Darstellung, im speziellen der ohne Hilfsmittel räumlich wahrnehmbaren Darstellung für gleichzeitig mehrere Betrachter, der sogenannten autostereoskopischen Visualisierung.
  • Seit geraumer Zeit existieren Ansätze zu dem vorgenannten Fachgebiet. Ein Pionier auf diesem Gebiet war Frederic Ives, der in der Schrift GB 1904-18672 ein System mit einem „Linienschirm” zur 3D-Darstellung vorstellte. Weiterhin sind in der Schrift von Sam H. Kaplan „Theory of parallax barriers", Journal of SMPTE 59, No 7, pp 11–21, July 1952 grundlegende Erkenntnisse zur Verwendung von Barriereschirmen für die 3D-Darstellung beschrieben.
  • Lange Zeit gelang jedoch keine umfassende Verbreitung von autostereoskopischen Systemen. Erst in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts konnte auf Grund der nunmehr zur Verfügung stehenden Rechenleistung und neuartigen Displaytechnologien eine gewisse Renaissance der 3D-Systeme einsetzen. In den 90er Jahren schnellte die Anzahl von Patentanmeldungen und Veröffentlichungen zu brillenfreien 3D-Visualisierungen förmlich in die Höhe. Herausragende Ergebnisse wurden erzielt von den folgenden Erfindern bzw. Anbietern:
    In der JP 8-331605 beschreibt Ikeda Takashi et al. (Sanyo) eine Stufenbarriere, bei der ein transparentes Barriereelement in etwa die Abmaße eines Farbsubpixels (R, G oder B) aufweist. Mit dieser Technik war es erstmals möglich, den bei den meisten autostereoskopischen Systemen auf Grund der Darstellung gleichzeitig mehrerer Ansichten (mindestens zwei, bevorzugt mehr als zwei Ansichten) auftretenden Auflösungsverlust in der horizontalen Richtung teilweise auch auf die vertikale Richtung umzulegen. Nachteilig ist hier wie bei allen Barriereverfahren der hohe Lichtverlust. Außerdem verändert sich der Stereokontrast bei seitlicher Bewegung des Betrachters von nahezu 100% auf etwa 50% und dann wieder ansteigend auf 100%, was eine im Betrachtungsraum schwankende 3D-Bildqualität zur Folge hat. Pierre Allio gelang mit der Lehre nach den US 5,808,599 , US 5,936,607 und WO 00/10332 eine beachtenswerte Weiterentwicklung der Lentikulartechnologie, wobei auch er ein subpixelbasierte Ansichtenaufteilung nutzt.
  • Ein weiteres herausragendes F&E-Ergebnis wurde von Cees van Berkel (Philips) mit der EP EP 0791 847 zum Patent angemeldet. Dabei liegen gegenüber der Vertikalen geneigte Lentikularlinsen über einem Display, das ebenso verschiedene Perspektivansichten zeigt. Charakteristisch werden hier n Ansichten auf mindestens zwei Bildschirmzeilen aufgeteilt, so daß wiederum der Auflösungsverlust von der Horizontalen teilweise auf die Vertikale umgelegt wird.
  • Gleich mehrere Meilensteine für die Autostereoskopie begründete Jesse Eichenlaub mit den Schriften US 6,157,424 und WO 02/35277 sowie etlichen weiteren Erfindungen, die jedoch nahezu alle 3D-Systeme für nur einen Betrachter darstellen und/oder oftmals nicht zu akzeptablen Kosten herstellbar sind.
  • Mit der DE 10003326 C2 gelang Armin Grasnick et al. von 4D-Vision eine Weiterentwicklung der Barrieretechnologie im Bezug auf zweidimensional strukturierte wellenlängenselektive Filterarrays zur Erzeugung eines 3D-Eindrucks. Nachteilig ist jedoch auch hier die gegenüber einem 2D-Display stark verminderte Helligkeit derartiger 3D-Systeme.
  • Armin Schwerdtner (Seereal Technologies) gelang mit der WO 2005/027534 ein neuartiger technologischer Ansatz für eine in allen (in der Regel zwei) Ansichten vollauflösende 3D-Darstellung. Allerdings ist dieser Ansatz mit hohem Justageaufwand verbunden und für größere Bildschirmdiagonalen (ab etwa 25 Zoll) nur extrem schwer implementierbar.
  • Schließlich meldeten Wolfgang Tzschoppe et al. (X3D Technologies) die WO 2004/077839 A1 an, welche eine in der Helligkeit verbesserte Barrieretechnologie betrifft. Basierend auf dem Ansatz einer Stufenbarriere der JP 08-331605 sowie der DE 10003326 wird hier ein spezielles Tastverhältnis der transparenten zu den opaken Barrierefilterelementen vorgestellt, welches größer als 1/n mit n der Anzahl der dargestellten Ansichten ist. Die in dieser Schrift offenbarten Ausgestaltungen und Lehren erzeugen jedoch in aller Regel eine stark eingeschränkte Tiefenwahrnehmung, da der Stereokontrast – verglichen mit etwa der Lehre der JP 08-331605 – stark herabgesetzt wird.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur autostereoskopischen Darstellung zu schaffen, um für gleichzeitig mehrere Betrachter eine verbesserte Wahrnehmbarkeit zu erreichen. Unter verbesserter Wahrnehmbarkeit ist insbesondere, aber nicht allein, eine verbesserte Auflösung bei gleichzeitig möglichst hoher Stereokanaltrennung zu verstehen. Entsprechende Verfahren und Anordnungen sollen industriell umsetzbar sein und gleichzeitig mehreren Betrachtern ohne die Notwendigkeit von 3D-Brillen ein räumliches Bild darbieten. Weiterhin soll ein Verfahren für eine besonders hochauflösende zweidimensionale Darstellung angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur räumlichen-Darstellung, umfassend die folgenden Schritte
    • – Vorder- oder Rückseitiges Projizieren mindestens zweier Ansichten A(k) mit k = 1..n und n > 1 auf einen Projektionsschirm in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j,
    • – zeitlich sequentielles, teilweises Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm, so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Ansicht A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelements x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm nicht überlappen,
    • – Abbilden der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen, so dass aus mindestens einer Betrachtungsposition ein Betrachter mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildinformation verschiedener Ansichten sieht, so dass eine räumliche Wahrnehmung entsteht.
  • Vorzugsweise wird die zeitlich sequentielle, teilweises Abschattung realisiert durch ein flächiges Lichtventil, beispielsweise einen Flüssigkristallshutter, welches sich in unmittelbarer Nähe des Projektionsschirms befindet und welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) passieren lässt.
  • Mit anderen Worten: Die Erfindung nutzt zunächst aus, dass einige reflektive Bildgeber der Projektionstechnik besonders schnell sind, so etwa DMDs oder fLCOS-Chips oder ähnliche. Vermöge eines solchen schnellen reflektiven Bildgebers wird in der ersten Variante rückseitig auf einen Projektionsschirm zeitlich sequentiell eine Abfolge von mindestens zwei Ansichten A(k) projiziert. Erfindungsgemäß wird nun vor oder hinter dem Projektionsschirm ein Shutter oder ähnliches optisches Bauelement angeordnet, welches pro Pixel (in diesem Falle pro Vollfarbpixel) lediglich einen Teil sichtbar lässt. Damit bleibt zu jedem Zeitpunkt die volle Auflösung sichtbar, aber die Pixel weisen nicht mehr den vollen Füllfaktor auf.
  • Alternativ kann die zeitlich sequentielle, teilweises Abschattung realisiert werden durch ein opto-mechanisches System, beispielsweise eine rotierende Fläche mit einer spiegelnden Oberfläche, die wenigstens teilweise mit einem opaken Muster versehen ist, welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) abbildet. Eine derartige rotierende Fläche kann gleichzeitig noch die Funktion eines Farbrades (wie bei DLP-Projektoren üblich), also die Aufmodulation der Farbe, übernehmen. Weiterhin kann es sinnvoll sein, ein solches opto-mechanisches System zweiteilig auszubilden: Dann würde beispielsweise ein Spiegelrad die Farbe aufmodulieren, und das andere Spiegelrad auf Grund des opaken Musters die Teilflächenabbildung gewährleisten. Beide Spiegelräder müssen nicht notwendigerweise mit der gleichen Rotationsfrequenz arbeiten.
  • Die Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen wird beispielsweise vermittels eines Lentikularschirms, eines Linsenrasters, einer Parallaxenbarriere, eine holografisch-optischen Elements (HOE), eines Prismenrasters, einer strukturierten Oberfläche und/oder eines Beugungsmusters durchgeführt. Andere Ausgestaltungen sind denkbar.
  • Alternativ ist es möglich, dass die Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen vermittels einer dynamischen Optik, beispielsweise eines zeitlich veränderlichen Linsenrasters, durchgeführt wird. Natürlich muss dann eine geeignete Synchronisation mit den verschiedenen Zustandsmoden des Linsenrasters mit den jeweils pro Zeiteinheit dargestellten Ansichten A(k) gewährleistet sein.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einer Anordnung zur räumlichen Darstellung, umfassend
    • – eine Projektionseinheit zum vorder- oder rückseitigen Projizieren mindestens zweier Ansichten A(k) mit k = 1..n und n > 1 auf einen Projektionsschirm in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j,
    • – Mittel zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm, so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Ansicht A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelements x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm nicht überlappen,
    • – Mittel zum Abbilden der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen, so dass aus mindestens einer Betrachtungsposition ein Betrachter mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildinformation verschiedener Ansichten sieht, so dass eine räumliche Wahrnehmung entsteht.
  • Die Teilflächen T(i, j) [jedoch und nicht T(k, i, j)] entsprechen gewissermaßen Pixeln, welche in k Abschnitte aufgeteilt sind und welche zeitlich nacheinander an den unterschiedlichen Abschnitten k Bildinformation verschiedener Ansichten A(k) wiedergeben.
  • Die Mittel zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten bestehen aus einem flächigen Lichtventil, beispielsweise einem Flüssigkristallshutter, welches sich in unmittelbarer Nähe des Projektionsschirms befindet und welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) passieren lässt.
  • Gegebenenfalls muss das vom Projektionsschirm kommende Licht depolarisiert werden oder unpolarisiert erzeugt werden, um den Shutter passieren zu können.
  • Alternativ können die Mittel zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten aus einem opto-mechanischen System bestehen, beispielsweise eine rotierende Fläche mit einer spiegelnden Oberfläche, die wenigstens teilweise mit einem opaken Muster versehen ist, welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) abbildet. Eine derartige rotierende Fläche kann gleichzeitig noch die Funktion eines Farbrades (wie bei DLP-Projektoren üblich), also die Aufmodulation der Farbe, übernehmen. Weiterhin kann es sinnvoll sein, ein solches opto-mechanisches System zweiteilig auszubilden: Dann würde beispielsweise ein Spiegelrad die Farbe aufmodulieren, und das andere Spiegelrad auf Grund des opaken Musters die Teilflächenabbildung gewährleisten. Beide Spiegelräder müssen nicht notwendigerweise mit der gleichen Rotationsfrequenz arbeiten.
  • Die Mittel zur Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen bestehen beispielsweise aus einem Lentikularschirm, einem Linsenrasters, einer Parallaxenbarriere, einem holografisch-optischen Element (HOE), einem Prismenraster, einer strukturierten Oberfläche und/oder einem Beugungsmuster. Die Periodenbreiten der vorgenannten optischen Elemente können dabei von der Pixelbreite einer Teilfläche T(i, j) bis zu einer mehrfachen Breite einer Teilfläche (i, j) in Frage kommen.
  • In besonderen Ausgestaltungen können die Mittel zur Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen aus einer dynamischen Optik, beispielsweise einem zeitlich veränderlichen Linsenraster, bestehen. Natürlich muss dann eine geeignete Synchronisation mit den verschiedenen Zustandsmoden des Linsenrasters mit den jeweils pro Zeiteinheit dargestellten Ansichten A(k) gewährleistet sein.
  • Vorteilhaft kann der Projektionsstrahlengang von der Projektionseinheit zum Projektionsschirm gefaltet sein. Besonders vorteilhaft tragen dabei die Mittel zur Faltung des Strahlenganges mindestens teilweise zur Wirkungsweise der Mittel zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten und/oder zur Wirkungsweise der Mittel zur Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen bei.
  • Die flache Ausbildung eines Bildschirms auf Basis der Projektion ist z. B. unter Nutzung der Lehre der WO 9953375 bzw. der WO 0163356 möglich.
  • Der Projektionsschirm kann in besonderen Ausgestaltungen ein Frontprojektionsschirm sein, welcher für einige Millisekunden nachleuchtet. Hierzu könnte z. B. eine zeitverzögerte (z. B. nachleuchtende) Leinwand verwendet werden, so dass die Ansichten jeweils in andere Richtungen abgestrahlt werden, also von der sie kommen.
  • Bei der Darstellung von hinreichend vielen, z. B. 30, Ansichten A(k) werden unangenehme Übergänge der Ansichten A(k) bei Kopfbewegung der Betrachter vermindert.
  • Schließlich liefert die Anwendung des erfinderischen Gedankens auch noch eine Anordnung zur hochauflösenden zweidimensionalen Darstellung, umfassend
    • – eine Projektionseinheit zum vorder- oder rückseitigen Projizieren mindestens zweier paarweise disjunkter Teilmengen A(k) ein- und desselben Bildes mit k = 1..n und n > 1 auf einen Projektionsschirm in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j,
    • – Mittel zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm, so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Teilmenge A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelementes x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm nicht überlappen,
    • – so dass zeitlich sequentiell für einen Betrachter alle paarweise disjunkten Teilmengen A(k) des Bildes sichtbar sind und dadurch ein hochauflösendes 2D-Bild dargestellt wird.
  • Die Teilmengen A(k) ersetzen in diesem Zusammenhang die Ansichten. Vorteilhaft sind die Teilmengen jeweils aus Streifen ein- und derselben Ansicht A0 zusammengesetzt, wobei jeweils beispielsweise alle n-ten Spalten der einen Ansicht A0, beginnend bei der k-ten Spalte, in jeweils eine Teilmenge A(k) übernommen werden.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
  • 1 den schematischen Aufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 und 3 jeweils die schematische Struktur im erfindungsgemäßen Verfahren zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten, und
  • 4 eine Schema zur Ausbildung eines opto-mechanischen Systems zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Sämtliche Zeichnungen sind nicht maßstäblich. Dies betrifft insbesondere auch Winkelmaße, sofern vorhanden.
  • Zunächst zeigt also 1 den schematischen Aufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das beispielhaft illustrierte erfindungsgemäße Verfahren zur räumlichen Darstellung umfasst die folgenden Schritte
    • – Rückseitiges Projizieren zweier Ansichten A(k) mit k = 1..2 von einem Projektor 3 auf einen Projektionsschirm 1 in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j,
    • – zeitlich sequentielles, teilweises Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm 1, so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Ansicht A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelements x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm 1 nicht überlappen,
    • – Abbilden der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens 2 Richtungen, so dass aus mindestens einer Betrachtungsposition ein Betrachter 5 mit beiden Augen L und R wenigstens teilweise Bildinformation der verschiedenen Ansichten A(1) und A(2) sieht, so dass eine räumliche Wahrnehmung entsteht.
  • Die zeitlich sequentielle, teilweises Abschattung wird hier realisiert durch ein flächiges Lichtventil 2, beispielsweise einen Flüssigkristallshutter, welches sich in unmittelbarer Nähe des Projektionsschirms 1 befindet und welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) passieren lässt.
  • Die Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n = 2 Richtungen wird beispielsweise vermittels eines Lentikularschirms 4 durchgeführt. Andere Ausgestaltungen sind denkbar.
  • In 2 und 3 ist jeweils die schematische Struktur im erfindungsgemäßen Verfahren zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten dargestellt. Die eingekreiste Zahl „1” bzw. „2” deutet jeweils an, dass zu dem jeweiligen Zeitpunkt der Projektor 3 die Ansicht 1 bzw. 2 in voller Auflösung wiedergibt. Entsprechend ist das Lichtventil 2 in seinen Spalten so geschaltet, dass jeweils eine Hälfte einer Teilfläche T(i, j) transparent, und die andere opak ist. Dadurch wird auf dem Projektionsschirm 1 nur ein entsprechender Teil der Flächenabschnitte T(i, j), mithin die Teilflächen T(1, i, j) bzw. T(2, i, j), mit Bildinformationen der Ansichten A(1) bzw. A(2) beaufschlagt. Über die Abbildung vermittels der Lentikularlinsen 4 ist somit sichergestellt, dass die Ansicht A(1) nur das linke Auge L und die Ansicht A(2) nur das rechte Auge R erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren und damit gleichsam die Zeichnungen könnten auch für n > 2 Ansichten A(k) mit k = 1..n abgewandelt werden.
  • Schließlich zeigt 4 ein Schema zur Ausbildung eines opto-mechanischen Systems 6 zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren. Hierbei kann die zeitlich sequentielle, teilweises Abschattung an Stelle eines Lichtventils 2 durch ein opto-mechanisches System 6 realisiert werden, beispielsweise eine rotierende Fläche mit einer spiegelnden Oberfläche, die wenigstens teilweise mit einem opaken Muster versehen ist, welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) abbildet. Eine derartige rotierende Fläche 6 kann gleichzeitig noch die Funktion eines Farbrades (wie bei DLP-Projektoren üblich), also die Aufmodulation der Farbe, übernehmen, wie in 4 durch die Buchstaben R, G, B (für Rot, Grün und Blau) angedeutet. Dies gelingt durch die Verwendung von farbig (R, G, B) reflektierenden Spiegeln bzw. Oberflächen. Gleichzeitig ist wie vorbeschrieben auch noch das opake Muster vorhanden, wie in 4 bei dem unteren Anteil der rot reflektierenden Fläche auf dem Farbspiegelrad 6 angedeutet ist. Das Muster sorgt für die entsprechende teilweise Abschattung im weiter vorn beschriebenen Sinne. Das Farbspiegelrad dreht sich mit einer dem Zeittakt der Abbildung der Ansichten A(k) synchronen Geschwindigkeit, so dass jede Ansicht A(k) farbgetreu projiziert wird.
  • Die Zeichnungen können sinngemäß auch für die Illustration der erfindungsgemäßen Anordnungen herangezogen werden. 1 würde dann sinngemäß verstanden als eine Anordnung zur räumlichen Darstellung, umfassend
    • – eine Projektionseinheit 3 zum vorder- oder rückseitigen Projizieren mindestens zweier Ansichten A(k) mit k = 1..n und n > 1 auf einen Projektionsschirm 1 in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j,
    • – Mittel 2 zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm 1, so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Ansicht A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelements x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm 1 nicht überlappen,
    • – Mittel 4 zum Abbilden der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen, so dass aus mindestens einer Betrachtungsposition ein Betrachter 5 mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildinformation verschiedener Ansichten sieht, so dass eine räumliche Wahrnehmung entsteht.
  • Um Wiederholungen zu vermeiden, wird hier auf die entsprechende Darlegung zu den anderen Zeichnungen verzichtet.
  • Die Vorteile der Erfindung sind vielseitig: Insbesondere wird eine Auflösung des 3D-Bildes und eine gute Helligkeit ermöglicht. Fernerhin muss der Bildgeber des Projektionssystems (Imager wie DMD oder LCOS) nicht bewegt werden und es sind, abgesehen von einem möglichen Farbrad auch allgemein keine bewegten Bauteile vorhanden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • GB 1904-18672 [0002]
    • JP 8-331605 [0003]
    • US 5808599 [0003]
    • US 5936607 [0003]
    • WO 00/10332 [0003]
    • EP 0791847 [0004]
    • US 6157424 [0005]
    • WO 02/35277 [0005]
    • DE 10003326 C2 [0006]
    • WO 2005/027534 [0007]
    • WO 2004/077839 A1 [0008]
    • JP 08-331605 [0008, 0008]
    • DE 10003326 [0008]
    • WO 9953375 [0024]
    • WO 0163356 [0024]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Sam H. Kaplan „Theory of parallax barriers”, Journal of SMPTE 59, No 7, pp 11–21, July 1952 grundlegende Erkenntnisse zur Verwendung von Barriereschirmen für die 3D-Darstellung [0002]

Claims (14)

  1. Verfahren zur räumlichen Darstellung, umfassend die folgenden Schritte – Vorder- oder Rückseitiges Projizieren mindestens zweier Ansichten A(k) mit k = 1..n und n > 1 auf einen Projektionsschirm (1) in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, – zeitlich sequentielles, teilweises Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm (1), so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Ansicht A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelements x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm (1) nicht überlappen, – Abbilden der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen, so dass aus mindestens einer Betrachtungsposition ein Betrachter mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildinformation verschiedener Ansichten sieht, so dass eine räumliche Wahrnehmung entsteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich sequentielle, teilweises Abschattung realisiert wird durch ein flächiges Lichtventil, beispielsweise einen Flüssigkristallshutter, welches sich in unmittelbarer Nähe des Projektionsschirms (1) befindet und welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) passieren lässt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich sequentielle, teilweises Abschattung realisiert wird durch ein opto-mechanisches System (6), beispielsweise eine rotierende Fläche mit einer spiegelnden Oberfläche, die wenigstens teilweise mit einem opaken Muster versehen ist, welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) abbildet.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen vermittels eines Lentikularschirms, eines Linsenrasters, einer Parallaxenbarriere, eine holografisch-optischen Elements (HOE), eines Prismenrasters, einer strukturierten Oberfläche und/oder eines Beugungsmusters durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen vermittels einer dynamischen Optik, beispielsweise eines zeitlich veränderlichen Linsenrasters, durchgeführt wird.
  6. Anordnung zur räumlichen Darstellung, umfassend – eine Projektionseinheit (3) zum vorder- oder rückseitigen Projizieren mindestens zweier Ansichten A(k) mit k = 1..n und n > 1 auf einen Projektionsschirm (1) in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, – Mittel (2) zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm (1), so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Ansicht A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelements x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm (1) nicht überlappen, – Mittel (4) zum Abbilden der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen, so dass aus mindestens einer Betrachtungsposition ein Betrachter (5) mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildinformation verschiedener Ansichten sieht, so dass eine räumliche Wahrnehmung entsteht.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2) zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten aus einem flächigen Lichtventil bestehen, beispielsweise einem Flüssigkristallshutter, welches sich in unmittelbarer Nähe des Projektionsschirms (1) befindet und welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) passieren lässt.
  8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2) zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten aus einem opto-mechanischen System (6) bestehen, beispielsweise eine rotierende Fläche mit einer spiegelnden Oberfläche, die wenigstens teilweise mit einem opaken Muster versehen ist, welches zeitlich sequentiell und in Synchronisation mit der Projektion der Ansichten A(k) das projizierte Licht lediglich auf Teilflächen T(k, i, j) abbildet.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (4) zur Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen bestehen aus einem Lentikularschirm, einem Linsenrasters, einer Parallaxenbarriere, einem holografisch-optischen Element (HOE), einem Prismenrasters, einer strukturierten Oberfläche und/oder einem Beugungsmusters.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (4) zur Abbildung der Teilflächen T(k, i, j) in mindestens n Richtungen aus einer dynamischen Optik, beispielsweise einem zeitlich veränderlichen Linsenraster, bestehen.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsstrahlengang von der Projektionseinheit (3) zum Projektionsschirm (1) gefaltet ist.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Faltung des Strahlenganges mindestens teilweise zur Wirkungsweise der Mittel (2) und/oder der Mittel (4) beitragen.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (1) ein Frontprojektionsschirm ist, welcher für einige Millisekunden nachleuchtet.
  14. Anordnung zur hochauflösenden zweidimensionalen Darstellung, umfassend – eine Projektionseinheit (3) zum vorder- oder rückseitigen Projizieren mindestens zweier paarweise disjunkter Teilmengen A(k) ein- und desselben Bildes mit k = 1..n und n > 1 auf einen Projektionsschirm (1) in zeitlich sequentieller Abfolge und in einer definierten Auflösung von Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, – Mittel (2) zum zeitlich sequentiellen, teilweisen Abschatten jedes Bildelements x(i, j) auf dem Projektionsschirm (1), so dass von jedem Bildelement x(i, j) zu jedem Zeitpunkt t jeweils genau eine Teilfläche T(k, i, j) sichtbar ist, wobei bei der Projektion einer beliebigen, aber festen Teilmenge A(k) stets die gleiche Teilfläche T(k, i, j) eines Bildelementes x(i, j) sichtbar bleibt und sich die Teilflächen T(k, i, j) mit k = 1..n für feste Paare (i, j) und unterschiedliche k auf dem Projektionsschirm (1) nicht überlappen, – so dass zeitlich sequentiell für einen Betrachter (5) alle paarweise disjunkten Teilmengen A(k) des Bildes sichtbar sind und dadurch ein hochauflösendes 2D-Bild dargestellt wird.
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