DE102010043061A1

DE102010043061A1 - Autostereoskopisches Display

Info

Publication number: DE102010043061A1
Application number: DE102010043061A
Authority: DE
Inventors: Gerald Dr. 01277 Fütterer; Norbert Dr. 01279 Leister; Hagen 01139 Stolle
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Display zur 3D Darstellung von Szenen, die zum Darstellen von zweidimensionalen Bildern einer dreidimensionalen Szene in einem Betrachterraum Bereiche aufweist, mit denen mehrere Betrachter 3D- oder 2D-Bilder der Szene sehen können, wobei ein Nachführen der dargestellten Szene einfacher wird. Einem ersten Betrachter wird im erfindungsgemäßen Display eine Szene als stereoskopisches Bild dargestellt, wobei zumindest in dem ersten Betrachter (UM) benachbarten Bereichen weiteren Betrachtern (UR, UL) die Szene als Stereobild darstellbar ist. Das Display weist eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten eines räumlichen Lichtmodulators (SLM, SLM1, SLM2) und eine Streuschicht (D) auf, die funktionell und/oder strukturell mit steuerbaren Ablenkschichten (S1, S2) kombinierbar ist, wobei in Bereichen der Ablenkschicht (S1, S2) bei Ansteuerung ein Streukegel in lokal variierbare Bereiche ablenkbar ist, mit welchem den Betrachtern das stereoskopische bzw. das zweidimensionale Bild darstellbar ist. Anwendungsgebiet der Erfindung sind Displays mit einer steuerbaren Lichtnachführung zur 3D Informationsdarstellung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein autostereoskopisches Display, bei welchem nur einem ersten Betrachter ein stereoskopisches Bild (3D-Darstellung) eines Objekts oder einer Szene darstellbar ist, und bei dem zumindest in Bereichen, die dem ersten Betrachter z. B. seitlich benachbart sind, mindestens zwei weiteren Betrachtern ein konventionelles bzw. zweidimensionales Bild (2D Darstellung) des Objekts oder der Szene darstellbar ist.
Anwendungsgebiete der Erfindung sind autostereoskopische Displays, in denen eine Informationsdarstellung mit einer steuerbaren Lichtnachführung angewendet wird.
Ein autostereoskopisches Display (ASD) ist beispielsweise aus der WO 2005/060270 A1 bekannt, bei dem eine Szene für mindestens einen Betrachter dreidimensional dargestellt und an wechselnde Augenpositionen nachgeführt werden kann. Dazu werden einschaltbare Lichtquellen, die für diese Positionen Licht als Sweet Spot bereit stellen können, ermittelt. Gleichzeitig mit dem Licht werden die entsprechenden zweidimensionalen Stereobilder für das linke und das rechte Auges des Betrachters im Lichtmodulator sequentiell angezeigt. Als Nachführeinrichtung weist das Display eine sogenannte „Backplane-Shutter”-Einrichtung auf, die Lichtquellen und ein pixelweise ansteuerbares Display enthält. Im Display werden diejenigen Pixel transparent gesteuert, die Licht zum Erzeugen der Sweet Spots aussenden, mit denen die dreidimensionale Darstellung an die aktuellen Augenpositionen des Betrachters nachgeführt werden kann.
Autostereoskopische Displays, welche einen Sweet Spot den Augen eines Betrachters nachführen, benötigen ein schnell ansteuerbares bzw. schaltbares LC-Display oder einen schnellen SLM (Spatial Light Modulator), sowie eine schnell steuerbare Nachführungseinheit. Eine Nachführungseinheit kann beispielsweise mit Hilfe eines variabel einstellbaren Prismenfelds (z. B. mit einstellbaren Elektrobenetzungszellen) realisiert werden. Ein solches variabel einstellbares Prismenfeld ist – für sich gesehen – beispielsweise aus der DE 10 2008 054 438.8 bzw. der internationalen Patentanmeldung PCT/EP 2009/066563 bekannt. Hiermit werden die Offenbarungsgehalte der DE 10 2008 054 438.8 bzw. der PCT/EP 2009/066563 hier vollumfänglich einbezogen. Alternativ könnte eine Nachführungseinheit auch mit Hilfe mindestens eines – vorzugsweise zwei gekreuzt angeordnete – LC-Gitters realisiert werden. Eine solches LC-Gitter ist beispielsweise aus der DE 10 2009 028 626.8 bekannt und wird dort als Beugungseinrichtung bezeichnet. Hiermit wird der Offenbarungsgehalt der DE 10 2009 028 626.8 hier vollumfänglich einbezogen.
Es kann der Fall sein, dass die Schaltzeiten oder die realisierbaren Ablenkwinkel des LC-Displays nicht ausreichen, um für weitere oder für alle Betrachter ein autostereoskopisches Betrachterfeld/Sweet Spot nachzuführen.
Das Dokument WO 94/24601 offenbart eine Projektions-Wiedergabeeinrichtung, mit der mehrere feste großräumige Beobachtungszonen für mehrere Personen in einem Beobachtungsbereich erzeugt werden. In eine Beobachtungszone (Stereozone) zentral vor einem Bildschirm werden Abbildungen eines Objektes projiziert und für eine Person dreidimensional dargestellt. In zwei der Stereozone direkt benachbarten Beobachtungszonen können zwei oder mehrere Personen die Abbildungen gleichzeitig als monoskopische Abbildungen sehen. In der Stereozone kann die Bewegung der Augen- und/oder Kopfposition der Person laufend detektiert und die autostereoskopische Darstellung der Augenposition innerhalb der Stereozone nachgeführt werden. Der Nachführbereich ist hier auf einen kleinen Raumbereich innerhalb der Stereozone beschränkt. Zum Nachführen der anzuzeigenden Abbildungen wird ein Lentikulararray vor dem Bildschirm lateral bewegt.
Sollen Sweet Spots für mehrere Betrachter an wechselnde Augenpositionen nachgeführt werden, kann das Problem auftreten, dass infolge der zu langsamen Schaltzeiten des verwendeten LC-Displays eine 3D Szene oder ein 3D Objekt nicht autostereoskopisch dargestellt werden kann. Das Nachführen einer größeren Anzahl von Sweet Spots synchron mit den entsprechenden Stereobildern kann gestört sein. Weiterhin kann der Nachteil eintreten, dass die für mehrere Betrachter angezeigten Stereobilder pseudoskopisch wahrgenommen werden, wenn für die ermittelten Augenpositionen von rechten oder linken Betrachteraugen nicht die entsprechenden Stereobilder mit den Sweet Spots angezeigt werden. Die Sweet Spots sind allgemein etwas größer als die Augenpupille.
Ein weiterer Nachteil kann der zu kleine Ablenkwinkel der Oberfläche des LC Displays sein, durch den nur eine eingeschränkte Anzahl von Betrachtern ein 3D Objekt dreidimensional sehen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, in einem autostereoskopischen Display zum Darstellen von zweidimensionalen Bildern einer dreidimensionalen Szene in einem Betrachterraum Bereiche zu schaffen, mit denen mehrere Betrachter 3D- oder 2D-Bilder der Szene sehen können, wobei ein Nachführen der darzustellenden Szene zu wechselnden Augenpositionen vereinfacht werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Display gelöst, bei welchem einem ersten Betrachter ein stereoskopisches Bild einer 3D Szene darstellbar ist und bei welchem zumindest in Bereichen, die dem ersten Betrachter benachbart sind, mindestens einem weiteren Betrachter ein zweidimensionales Bild der Szene darstellbar ist, mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten eines räumlichen Lichtmodulators und mindestens einer Streuschicht, die funktionell und/oder strukturell mit mindestens einer steuerbaren Ablenkschicht kombinierbar ist, wobei in Bereichen der Ablenkschicht bei wechselseitiger Ansteuerung ein Streukegel in lokal variierbare Bereiche ablenkbar ist, mit welchem dem ersten Betrachter das stereoskopische Bild und den weiteren Betrachtern das zweidimensionale Bild darstellbar ist.
Die Ablenkschicht ist zum Erzeugen des Streukegels mit einer Steuereinheit steuerbar, wobei der Streukegel in mindestens horizontaler Richtung ablenkbar ist. Die Steuereinheit kann die Ablenkschichten zeitlich so ansteuern, dass die Ablenkschichten nacheinander mit ihrer ablenkenden Funktion eingeschaltet sind, wodurch der Streukegel abwechselnd eine der Augenpositionen des ersten Betrachters aufweist.
Die Erfindung geht von einem autostereoskopischen Display aus, mit dem im Wesentlichen nur einem ersten Betrachter eine 3D Szene dreidimensional als stereoskopisches Bild (3D Bild) dargestellt wird. Damit gleichzeitig weitere Betrachter die 3D Szene sehen können, wird ein vergrößerter Sweet Spot in Form eines Streukegels in Bereichen derart erzeugt, dass die angezeigten Stereobilder der 3D Szene für den erste Betrachter an aktuellen Augenpositionen als ein stereoskopisches Bild und für die weiteren Betrachter als zweidimensionales Bild der 3D Szene dargestellt werden.
Unter einem Bereich ist die als Gesamtbereich anzusteuernde Ablenkschicht zu verstehen. Separate kleinere Bereiche sind ebenfalls als ein Bereich der anzusteuernden Ablenkschicht aufzufassen. Die Ablenkschicht kann zum Erzeugen eines Streukegels sowohl im Gesamtbereich als auch in den genannten kleineren Bereichen lokal variierend ablenkbar angesteuert werden. Eine Ansteuerung der Ablenkschichten in kleineren Bereichen ist z. B. vorteilhaft, wenn im Display eine scannende Hintergrundbeleuchtungseinrichtung verwendet werden soll.
Das Display kann erfindungsgemäß zwei nacheinander angeordnete steuerbare Ablenkschichten zum Ausführen der lokal variierbaren Ablenkung von Licht mittels eines Streukegels aufweisen.
Jede Ablenkschicht kann ein steuerbares LC Material mit einer statischen Prismenstruktur enthalten, die z. B. unsymmetrisch, statistisch verteilte Mikroprismen sind. Die statische Prismenstruktur kann alternativ auch eine mit einem vorgegebenen Prismenwinkel z. B. durch Photo-Polymerisation hergestellte transparente Replikation oder eine replizierte negative Prismenstruktur sein. Bei dieser Ausführung bildet die Ablenkschicht eine funktionelle Kombination mit der Streuschicht.
Eine Prismenstruktur kann vorzugsweise Prismen mit gleicher Form, Größe und einheitlicher Periode aufweisen. Diese Parameter können zum Optimieren des Streukegels lokal im LC Material variiert werden. Das heißt, dass der Streukegel genauer auf die Augenposition des ersten Betrachters ausrichtbar ist.
Weiterhin weisen die zwei Ablenkschichten erfindungsgemäß jeweils paarweise sich gegenüberliegend angeordnete Elektroden auf, wobei die Elektroden der zwei Ablenkschichten von der Steuereinheit wechselweise ansteuerbar sind.
Das LC Material der Ablenkschichten weist in angesteuerten Bereichen eine andere Orientierung als in nichtangesteuerten Bereichen auf. Das LC Material ist in nichtangesteuerten Bereichen z. B. lichtdurchlässig orientiert.
Die Ablenkschichten können weiterhin streifenförmig gestaltete Elektroden aufweisen, mit denen das LC Material in kleineren Bereichen ansteuerbar ist, wobei die Bereiche abhängig von der Lage der Augenpositionen des ersten Betrachters, beispielsweise zur optischen Achse des Display, vorgegeben sind.
In das steuerbare LC Material sind durch Ansteuerung einzelner Elektroden Phasenprofile für eine Prismen- und/oder Linsen- und/oder Streufunktion als LC Gitter einschreibbar, wodurch mit dem abzulenkenden Streukegel die 3D Szene für den ersten Betrachter an unterschiedlichen Augenpositionen dreidimensional darstellbar ist. Die Streuschicht ist mit unterschiedlichen Spannungswerten als LC Gitter einschreibbar. Das Phasenprofil der Prismenstruktur kann linear oder frei wählbar einschreibbar sein.
Eine weitere Ausgestaltung des Displays sieht vor, dass in der Ablenkschicht einzelne Bereiche separat ansteuerbar sind, welche mindestens einem Pixel des Lichtmodulators zuordenbar sind. Dadurch kann auf die angesteuerten Bereiche fallendes Licht als Streukegel in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden. Die Streukegel können dem ersten und den weiteren Betrachtern ein Objekt in jeweils unterschiedlicher Darstellung zeigen.
Die Streuschicht ist als einzelne Komponente ausführbar, die in Lichtausbreitungsrichtung nach dem räumlichen Lichtmodulator oder nach den Ablenkschichten angeordnet sein kann. Als letzte Komponente in Lichtausbreitungsrichtung wird sie vorzugsweise benutzt, um den Betrachterraum des Displays zu vergrößern.
In bevorzugter Weise kann die einzelne Streuschicht einen festen vertikalen Streuwinkel aufweisen, und mit einer Prismenstruktur, die als LC Gitter in eine der Ablenkschichten einzuschreiben ist, zum horizontalen Nachführen des stereoskopischen Bildes kombiniert werden. Mit dieser Kombination kann eine horizontale Betrachternachführung mit einem Streukegel für den ersten und weitere Betrachter unabhängig von ihrer vertikalen Augenposition eingerichtet werden. Es kann vorteilhafterweise auf zusätzliche optische Komponenten oder Steuerprogramme zur 3D-/2D Umschaltung verzichtet werden.
Ein Prismenfeld mit schaltbaren Elektrobenetzungszellen (EW-Zellen) kann als zusätzliche Nachführungseinheit (Feintracking) nach der letzten Ablenk- oder Streuschicht angeordnet sein, um zwei Stereobilder mit einem kleineren Sweet Spot den Augenpositionen des ersten Betrachters horizontal und/oder vertikal nachzuführen. Wenn der erste Betrachter und ein weiterer Betrachter eine ungünstige Position zueinander aufweisen, wird in EW-Zellen des Prismenfeldes eine Prismen- und oder eine Linsenfunktion angesteuert, mit der verkleinerte Streukegel als Sweet Spots horizontal und/oder vertikal den aktuellen Augenpositionen des ersten Betrachters nachgeführt werden können. Die Nachführungseinheit kann auch benutzt werden, um dem ersten oder einem weiteren Betrachter unterschiedliche Bildinhalte darstellen zu können.
Weiterhin kann die Funktion der Nachführungseinheit mit der Funktion mindestens einer Ablenkschicht kombinierbar ausgeführt werden.
Das Display kann vorzugsweise eine Ablenkschicht aufweisen, in die eine Prismenstruktur als mindestens ein LC Gitter mit einem linearen Phasenprofil so einschreibbar ist, dass die Prismenstruktur zwei in einer Ebene verschachtelten außeraxialen 1D-Fresnellinsen entspricht. In zwei verschiedenen Ebenen können die zwei 1D Fresnellinsen in alternativer Ausführung auch nacheinander als Prismenstrukturen steuerbar ausgeführt werden.
Gleichzeitig mit der Ablenkung des Streukegels in die zwei dem ersten Betrachter benachbarten lokalen Bereiche werden die entsprechenden Stereobilder im Lichtmodulator des Displays sequentiell gesteuert oder räumlich verschachtelt angezeigt.
Sowohl die Prismenstruktur als auch die Streuschicht können als ein LC Gitter in ein einzelnes oder zwei steuerbare LC Materialien durch Ansteuerung mit streifenförmigen Elektroden eingeschrieben sein. Während die Prismenstruktur mit einem linearen Phasenprofil von anzusteuernden Phasenwerten eingeschrieben wird, kann die Streuschicht durch Ansteuerung einzelner Elektroden mit unterschiedlichen Phasenverläufen eingeschrieben werden. Die streifenförmigen Elektroden sind einer Grundelektrode gegenüberliegend in der Ablenkschicht steuerbar angeordnet.
In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Displays sind eine steuerbare Ablenkschicht als LC Gitter und eine Streuschicht in Lichtausbreitungsrichtung nach dem Lichtmodulator angeordnet. Durch die Anordnung des LC Gitters vor der Streuschicht fällt Licht mit einem weniger breiten Planwellenspektrum auf die Streuschicht, wodurch der Beugungswirkungsgrad des LC Gitters verbessert werden kann.
Die Streuschicht kann als einzelne Komponente in Lichtausbreitungsrichtung nach dem räumlichen Lichtmodulator oder nach den Ablenkschichten angeordnet sein. Weiterhin kann die Streuschicht in mindestens eine Ablenkschicht integriert sein. Sie kann symmetrische, statistisch verteilte Streuer enthalten. Gemeinsam mit einer Prismenstruktur und einem LC Material kann sie eine steuerbare Ablenkschicht bilden.
Bei einer Ansteuerung mit gleichen Spannungswerten gelangt das Licht durch das LC Material in Richtung der Augenpositionen von Betrachtern. Wird jede streifenförmige Elektrode oder ein Bereich von Elektroden mit unterschiedlichen Spannungswerten angesteuert, werden die Flüssigkristalle in diesen Bereichen unterschiedlich orientiert und streuen das durchtretende Licht in verschiedene Richtungen. Insgesamt wird ein Bereich von gestreutem Licht, auch als Streukegel in der Beschreibung bezeichnet, erzeugt, der durch die vorgegebene Prismenstruktur ablenkbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch dargestellt in
1a, b Prinzipdarstellungen eines autostereoskopischen Displays zum Anzeigen von Stereobildern durch abgelenkte Lichtstrahlenbündel zu Augenpositionen von zwei Betrachtern,
2a ein Ausführungsbeispiel eines autostereoskopischen Displays zum Erzeugen eines stereoskopischen Bildes, in Schnittdarstellung,
2b einen Streukegel, der von einer vereinfacht dargestellten Ablenkschicht für eine Augenposition abgestrahlt wird, in abstrahierter Darstellung,
3a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines autostereoskopischen Displays zum Erzeugen eines stereoskopischen Bildes, in Schnittdarstellung, und
3b zwei von einer vereinfacht dargestellten Ablenkschicht abgelenkte Streukegel, die zwei Betrachterbereiche für Augenpositionen von zwei Betrachtern enthalten, in abstrahierter Darstellung.
Das erfindungsgemäße autostereoskopische Display umfasst mindestens eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten eines räumlichen Lichtmodulators (SLM), und mindestens eine (vorzugsweise zwei) ansteuerbare variable Ablenkschicht(en), sowie eine Steuereinheit zur dreidimensionalen Bilddarstellung. Das stereoskopische Bild für den ersten Betrachter kann wahlweise so erzeugt werden, dass zwei Stereobilder einer 3D Szene dem ersten Betrachters zeitlich nacheinander angezeigt werden (Zeitmultiplex). In diesem Fall wird ein zu erzeugender Streukegel zeitlich nacheinander zur Position des einen und des anderen Betrachterauges abgelenkt. Wahlweise kann das stereoskopisches Bild für den ersten Betrachter auch durch ein räumliches Multiplex auf dem Display erzeugt werden. Dann muss die Ablenkschicht räumlich streubar strukturiert sein.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen autostereoskopischen Displays ist in den 1a und 1b zu sehen. Dieses Display ist ausgebildet, um Bildinhalte drei unterschiedlichen Betrachtern darzustellen. Für den ersten Betrachter wird ein autostereoskopisches und für die zwei weiteren Betrachter wird jeweils ein 2D Bild erzeugt.
SLM1 = SLM mit dem ersten Bildinhalt
SLM2 = SLM mit dem zweiten Bildinhalt
S1, S2 = Ablenkschicht bzw. schaltbare Streuschicht
WF deutet eine im Wesentlichen ebene Beleuchtungswellenfront einer in der 1 nicht gezeigten Beleuchtungseinrichtung an. Die mindestens eine Ablenkschicht weist ein steuerbares LC Material mit einer vorgegebenen Orientierung auf, die bei Ansteuerung in Abhängigkeit von der angelegten Spannung geändert werden kann.
1a zeigt die Darstellung des ersten, d. h. rechten Stereo-Bildes für den ersten und zentral angeordneten ASD-Betrachter U_M und des herkömmlichen 2D-Bildes für den rechts angeordneten 2D-Betrachter U_R. 1b zeigt die Darstellung des zweiten, d. h. linken Stereo-Bildes für den zentral angeordneten ASD-Betrachter U_M und des herkömmlichen 2D-Bildes für den links angeordneten 2D-Betrachter U_L. Der SLM ist in 1a mit SLM₁ und in 1b mit SLM₂ bezeichnet. In 1a ist weiterhin schematisch ein Streukegel dargestellt, der durch Ansteuerung der Ablenkschicht S1 auf den rechten Betrachter U_R und das rechte Auge des ersten Betrachters U_M gerichtet ist. Eingezeichnet sind weiterhin beispielhaft drei von der Mitte und den Rändern der Displayoberfläche ausgehende Streukegel mit den Öffnungswinkeln θ_1R, θ_1M und θ_1L. Die Figuren sollen zeigen, dass ein Streukegel unterschiedliche Öffnungswinkel bei Ansteuerung von vorgebbaren Bereichen der Ablenkschichten S1, S2 aufweisen kann. Entsprechendes gilt für die in 1b gezeigte Darstellung.
Eine Ausführungsform des Displays für Zeitmultiplex in 1a, b weist zwei getrennt ansteuerbare Ablenkschichten S1, S2 auf, die in Ausbreitungsrichtung des Lichts hintereinander angeordnet sind. Die Steuereinheit CU steuert beide Ablenkschichten S1, S2 so an, dass abwechselnd zeitlich nacheinander entweder nur die erste oder die zweite Ablenkschicht bezüglich ihrer optischen Ablenkfunktion durch Ansteuerung eingeschaltet ist. Die erste Ablenkschicht lenkt beispielsweise einen erzeugten Streukegel zur linken Augenposition des ersten Betrachters U_M und die zweite Ablenkschicht den Streukegel zur rechten Augenposition des ersten Betrachters U_M. Der Lichtmodulator SLM₁, SLM₂ wird synchron zur Ansteuerung der zwei Ablenkschichten S1, S2 angesteuert und zeigt die Stereobilder für die zugehörigen Augenpositionen an.
Die Bildwiederholrate des SLM ist vorzugsweise hoch genug, um ein nicht flackerndes zweidimensionales Bild für den ersten und mindestens einen weiteren Betrachter zu erzeugen. So könnte beispielsweise für die Bilder in einem ASD-Modus für den ersten Betrachter eine Bildwiederholfrequenz von ≥ 120 Hz und für die Bilder in einem 2D-Bild-Modus für den mindestens einen weiteren Betrachter ≥ 60 Hz sein. Die Bildwiederholfrequenz von 120 Hz für den ASD-Modus und von 60 Hz für den 2D-Bild-Modus sind z. B. so einzustellen, dass der erste Betrachter das für das eine Auge angezeigte Stereobild in einem Zeitintervall von ca. 8,3 ms und das andere angezeigte Stereobild für ein ebenso großes Zeitintervall sieht. Ein weiterer Betrachter sieht mit beiden Augen dann ein neues zweidimensionales Bild nach jeweils 16,7 ms.
Weiterhin ist eine Streuschicht mit einer vorgebbaren Streucharakteristik bzw. Streufunktion vorgesehen. Die Streuschicht kann zwischen SLM und einer Ablenkschicht angeordnet sein. Die Streuschicht kann auch mit mindestens einer Ablenkschicht funktionell und/oder strukturell kombiniert sein. Insoweit kann die insgesamt vorliegende Streufunktion des Displays sich aus einer Kombination der Streuschicht und zwei dieser Streuschicht nachgeordneten schaltbaren Ablenkschichten, welche in Form von Prismenschichten ausgebildet sein können, realisiert werden. Bei den zwei Prismenschichten, die bis auf eine Drehung um 180 Grad baugleich sein können, kann es sich beispielsweise um LC-Material handeln, welches in eine Oberflächenrelief-Prismenstruktur eingebettet ist. In Abhängigkeit der Ansteuerung einer solchen Prismenstruktur werden die Lichtstrahlen in die entsprechenden Richtungen abgelenkt.
Die Streuschicht kann beispielsweise eine nicht veränderbare Streucharakteristik aufweisen und z. B. einen Streukegel erzeugen, dessen Achse parallel zur optischen Achse des Displays (= Mitte des Displays und senkrecht zur Displayoberfläche) liegt und einen Öffnungswinkel von z. B. 60 Grad aufweist. Die schaltbare Prismenschicht, die der Streuschicht folgt, dient der lokal variierenden Ablenkung des von der Streuschicht erzeugten Streukegels. Mit der Streuschicht könnte ein fester Streukegel erzeugt werden und mit einer horizontalen Ablenkschicht (beispielsweise LC-Gitter) wird zeitsequentiell erst der linke und danach der rechte Rand des Streukegels jeweils von der lokalen Position auf dem Display ungefähr in Richtung Nasenwurzel desjenigen Betrachters abgelenkt, der ein stereoskopisches Bild sehen soll. Streu- und Prismenfunktion kann auch funktionell kombiniert werden, was jedoch aufwendiger ist, als eine Separation der Funktionalität in mehrere, hintereinander angeordneten Ebenen. Die Streuschicht kann auch hinter den schaltbaren Prismenschichten, d. h. bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung als letzte Schicht vor dem Betrachter, angeordnet sein.
Zwischen dem in den 1a, 1b dargestellten Display und den Betrachtern U_M, U_L und U_R kann eine variabel ansteuerbare Nachführungseinheit vorgesehen sein (nicht gezeigt), um eine Nachführung zum sich bewegenden ersten Betrachter U_M zu ermöglichen. Diese Nachführungseinheit kann beispielsweise ein oben genanntes Prismenfeld sein, oder ein oder zwei gekreuzte LC-Gitter aufweisen. Die Funktionalität der Nachführungseinheit könnte auch mit der Funktionalität der mindestens einen Ablenkschicht kombiniert werden. Insoweit könnte die mindestens eine Ablenkschicht auch die Funktionalität der Nachführungseinheit übernehmen, so dass eine separate Nachführungseinheit nicht erforderlich ist.
In einer alternativen Ausführungsform arbeitet das erfindungsgemäße Display im räumlichen Multiplexmodus und umfasst eine Beleuchtungseinheit, einen SLM und mindestens eine Ablenkschicht, welche strukturiert ausgebildet ist. Im SLM werden die Stereobilder räumlich verschachtelt angezeigt. Die mindestens eine Ablenkschicht ist ausgebildet, um die lokal variierenden Abstrahlwinkel zu erzeugen. So könnte beispielsweise die Ablenkschicht bezüglich der Beleuchtungseinrichtung dem SLM nachgeordnet sein.
Die Ablenkschicht könnte einzelne Bereiche aufweisen, welche jeweils einem Pixel des SLM zugeordnet sind. Mit den einzelnen Bereichen der Ablenkschicht könnten die von den jeweiligen Pixeln des SLM ausgehenden Lichtstrahlen derart in unterschiedliche Richtungen abgelenkt bzw. gestreut werden, dass dem ersten Betrachter ein ASD-Bild (stereoskopisches Bild) und dem mindestens einen weiteren Betrachter ein 2D-Bild dargestellt wird. Die einzelnen Bereiche der Ablenkschicht könnten beispielsweise in horizontaler und/oder vertikaler Richtung alternierend derart angeordnet sein, dass die Ablenk- bzw. Abstrahlcharakteristik der Bereiche die von dem SLM ausgehenden Lichtstrahlen jeweils in unterschiedliche Richtungen ablenken. So könnten z. B. alle ungeraden SLM Pixel und die diesen Pixeln zugeordneten Bereiche der Ablenkschicht derart ausgebildet sein, dass das diese Pixel durchlaufende Licht in einen Winkelbereich gestreut bzw. abgelenkt wird, welcher sich im Wesentlichen über einen Bereich derart erstreckt, dass das Licht zu einem mittig angeordneten Betrachter und zu einem rechts benachbart angeordneten Betrachter gelangen kann. Alle geraden SLM Pixel und die diesen Pixeln zugeordneten Bereiche der Ablenkschicht wären dann derart ausgebildet, dass das diese Pixel durchlaufende Licht in einen Winkelbereich gestreut bzw. abgelenkt wird, welcher sich im Wesentlichen über einen Bereich derart erstreckt, dass das Licht zu einem mittig angeordneten Betrachter und zu einem links benachbart angeordneten Betrachter gelangen kann.
Bei 1/60 Grad Winkelauflösung des menschlichen Auges – unter optimalen Bedingungen – ergibt sich für ein zeitliches Multiplexing bei 1 m Betrachterabstand eine Pixelgröße von 290 μm, die der Auflösung des menschlichen Auges entspricht. Für ein räumliches Multiplexing in horizontaler Richtung eines autostereoskopischen Displays ergibt sich somit eine Pixelbreite von 145 μm für jedes Auge, wenn ein Betrachterabstand von 1 m angenommen wird, oder von 109 μm, wenn ein Betrachterabstand von 750 mm angenommen wird. Innerhalb der angegebenen Abstände kann die in den Bildpunkten des Displays angesteuerte Information mit der Winkelauflösung des Betrachterauges gesehen werden.
Daher ist die Periode der räumlichen Strukturierung der beispielsweise über einer Streufolie aufzubringenden und in Form einer Prismenfolie ausgebildeten Ablenkschicht Λ_P > 100 μm. Diese Prismenstruktur, die zwei verschachtelten außeraxialen 1D-Fresnel-Linsen entsprechen kann, kann beispielsweise durch Abformung eines Masters erzeugt werden. Die Anordnung der Streuschicht hinter der Prismenschicht – bezogen auf die Lichtausbreitung – wird bevorzugt.
Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinheit eine ebene Oberfläche auf, von welcher das Beleuchtungslicht des Displays im Wesentlichen in senkrechter Richtung mit einer homogenen Abstrahlcharakteristik ausgeht.
Für das Display, mit welchem ein Betrachter stereoskopische und mit welchem der mindestens eine weitere Betrachter zweidimensionale Bilder sieht, ergibt sich die Anforderung, dass diese Betrachter sich auch in unterschiedlichen vertikalen Positionen vor dem Display befinden können. Damit sie unabhängig von ihrer vertikalen Position – auch wenn nur ein Betrachter getrackt wird – alle mindestens ein zweidimensionales Bild sehen, sollte das Display auch eine fest vorgebbare vertikale Streufunktion aufweisen. Diese ermöglicht dann auch, dass der erste Betrachter das stereoskopische Bild unabhängig von seiner vertikalen Position sieht. Dann kann also die vertikale Betrachternachführung bzw. eine Nachführungseinheit für die vertikale Richtung entfallen. Es ist also beispielsweise anstelle von zwei gekreuzten LC Gittern zur Betrachternachführung nur ein einzelnes LC Gitter zur horizontalen Nachführung erforderlich.
Die 1a, 1b zeigen die Darstellung zweier 2D-Bilder in dem Fall, dass der Betrachter U_M, welcher zentral angeordnet ist, diese autostereoskopisch wahrnehmen kann. Insofern sind die vom SLM erzeugten Bildinhalte geeigneten Inhalts. Die dezentral angeordneten Betrachter U_R, U_L nehmen jeweils nur ein 2D-Bild wahr, welches jeweils vom anderen Betrachter U_R, U_L, der dezentral auf der anderen Seite angeordnet ist, nicht wahrgenommen werden kann.
Eine Nachführungseinheit, die beispielsweise aus schaltbaren Elektrobenetzungszellen (Prismenfeld), oder schaltbaren LC-Ablenkgittern bestehen kann, ist nicht dargestellt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind hinter dem SLM zwei schaltbare Streuschichten S1, S2 angeordnet, welche im als Streuscheibe geschalteten Modus lokal unterschiedliche Abstrahlcharakteristika aufweisen. Beide schaltbaren Streuscheiben sind bezüglich ihrer Abstrahlcharakteristik zueinander um 180 Grad gedreht. Diese unsymmetrische Abstrahlcharakteristik der einzelnen schaltbaren Streuscheiben sorgt dafür, dass ein 2D-Bild nur in einen Halbraum abgestrahlt wird.
Die unsymmetrische Abstrahlcharakteristik kann beispielsweise auch durch eine Kombination einer schaltbaren symmetrischen Abstrahlcharakteristik einer Streuscheibe und eines schaltbaren Prismenfeldes, welches Prismenwinkel aufweist, die über die Fläche unsymmetrisch sind, realisiert werden. Diese schaltbaren Prismen können Teil der Nachführungseinheit sein, was jedoch nicht der Fall sein muss.
Ausführungsbeispiele eines autostereoskopischen Displays zum Erzeugen eines stereoskopischen Bildes sind schematisch und beispielhaft in den 2a, 3a dargestellt. Zwei ansteuerbare Ablenkschichten S1, S2 sind mit einer Steuereinheit CU in unterschiedlichen Schaltzuständen dargestellt. Für gleiche Komponenten werden in den 2a bis 3b gleiche Bezugszeichen verwendet.
Eine in 2a nicht dargestellte Beleuchtungseinrichtung beleuchtet einen räumlichen Lichtmodulator SLM, dem in Lichtausbreitungsrichtung die Ablenkschichten S1, S2 nachgeordnet sind. Die Ablenkschichten S1, S2 sind von einer Steuereinheit CU über Schaltmittel U1 und U2 abwechselnd ein- und ausschaltbar zu steuern. Hier in 2a sind beide ausgeschaltet dargestellt. Die Steuereinheit CU steuert ebenfalls den SLM, in dem die Stereobilder einer 3D Szene sequentiell gesteuert oder räumlich verschachtelt angezeigt werden können.
Zwischen dem Lichtmodulator SLM und der Ablenkschicht S1 ist eine separate Streuschicht D zum Streuen des vom SLM kommenden Lichts angeordnet. Sie weist symmetrische und statistisch verteilte Streuer auf und kann als Folie ausgeführt und mit dem SLM oder einer der Ablenkschichten S1 oder S2 strukturell verbunden sein. Die Ablenkschichten S1, S2 enthalten jeweils zwei paarweise angeordnete Elektroden E11, E12 bzw. E21, E22 und ein steuerbares LC Material LC, das eine Prismenstruktur PS aufweist. Die Prismenstruktur PS kann Prismen enthalten, die mit einer gleichen Periode P(x) über die Fläche des LC Materials LC in kontinuierlicher Folge verteilt sind. Alternativ kann die Oberfläche des Displays Prismen mit veränderbarer Periode P(x) und/oder Prismenwinkeln aufweisen, wobei sich mindestens ein Parameter von einer Seite des Displays zur anderen z. B. kontinuierlich ändern kann. Der Streukegel kann dadurch eine maximal mögliche Ablenkung erreichen, mit der ein am äußeren Rand des Streukegels, und damit am äußeren Rand des Betrachterbereichs des Displays, hinzutretender Betrachter auch ein zweidimensionales Bild sehen kann.
Die Prismenstruktur kann in einem Ausführungsbeispiel eine statische Prismenstruktur PS sein, die im steuerbaren LC Material LC eingebettet ist. Die Prismenstruktur PS kann eine transparente Replikation sein, die durch Photo-Polymerisation mit einem vorgegebenen Ablenkwinkel erzeugt wurde, oder eine replizierte negative Struktur sein, mit welcher einfallendes Licht als Streukegel bei Ansteuerung des LC Materials LC abgelenkt wird. Durch Ansteuern des LC Materials wird dessen effektiver Brechungsindex so eingestellt, dass die Grenzfläche zwischen Prismenstruktur PS und LC Material LC wahlweise optisch refraktiv wirkt oder lichtdurchlässig ist. Die Prismenstruktur kann einen regelmäßigen Prismenpitch und einheitlichen Abstrahlwinkel aufweisen. In diesem Fall hat sie nur die Funktion als Ablenkschicht.
Unter einer Prismenstruktur ist in den 1a bis 3b bevorzugt auch eine Mikroprismenstruktur zu verstehen, die Mikroprismen mit einem gleichen Prismenwinkel aufweist und die im LC Material unsymmetrisch statistisch verteilt sind. Mit dieser Ausgestaltung kann sie eine funktionelle Kombination der Ablenkschicht mit der Streuschicht sein.
Das LC Material LC ist im spannungslosen Zustand der Ablenkschichten S1, S2 in gleicher Richtung orientiert. Licht, das von der beleuchteten Streuschicht D kommt, wird als gestreutes Licht ohne Ablenkung durch die Ablenkschichten S1, S2 zur Augenposition des ersten Betrachters U_M geleitet (siehe 2b). Da die Brechungsindizes n der Komponenten im Display gleich sind, können mit dem gestreuten Licht auch nur Bilder für alle Betrachter dargestellt werden, die nicht als Stereobilder aufbereitet sind.
Zum Darstellen eines stereoskopischen Bildes werden die Ablenkschichten S1, S2 in 2a wechselseitig angesteuert. Für den ersten, zentral zur Displayoberfläche positionierten Betrachter werden abwechselnd die Elektroden E11, E12; E21, E22 der Ablenkschichten S1 und S2 zum Ablenken des Streukegels angesteuert. Durch das wechselseitige Ansteuern der zwei Ablenkschichten S1, S2 wird ein breiter Streukegel abwechselnd auf das eine und das andere Auge des ersten Betrachters, sowie gleichzeitig auch zu beiden Augen weiterer Betrachter in seitliche Bereiche abgelenkt. Synchron mit den Streukegeln wird zeitsequentiell das entsprechende Stereobild für das rechte oder linke Auge des ersten Betrachters angezeigt (siehe 3b). Die Elektroden sind als flächige transparente Elektrodenpaare gestaltet.
Durch Ansteuerung der Elektroden E11, E12 der Ablenkschicht S1 (siehe 2a) ändert sich die Orientierung des LC Materials LC, und für das Licht entsteht ein Brechungsindexunterschied Δn = n_LC – n_PS an der Grenzfläche zwischen Prismenstruktur und LC Material LC. Dadurch wird das Licht gestreut in die Ablenkschicht S2 geführt. In der Ablenkschicht S2 wird das gestreute Licht durch die Prismenstruktur PS als Streukegel nach rechts oder links unter einem Winkel abgelenkt, der durch die Prismenwinkel vorgegeben ist. Die Prismenstruktur PS sollte maximal einen Prismenwinkel aufweisen, mit dem das Licht zu Augenpositionen abgelenkt werden kann, die nur innerhalb des Betrachterraums des Displays zu erreichen sind. Durch Variation der Steuerspannung kann die Orientierung des LC Materials so eingestellt werden, dass mit dem Streukegel Licht zu Augenpositionen außerhalb des Betrachterraums des Displays abgelenkt werden kann. Bei Ansteuerung der Ablenkschicht S1 ist der Brechungsindexunterschied Δn > 0, wodurch das Licht die Ablenkschicht S2 ohne Ablenkung passiert und der Streukegel nach links abgelenkt wird. Wird die Elektrode E21 angesteuert, ist das LC Material LC der Ablenkschicht S2 neu orientiert, und der Streukegel wird nach rechts abgelenkt. Der Brechungsindexunterschied ist hier Δn < 0.
Eine weitere Ausgestaltung der Prismenstrukturen kann LC Material mit vororientierten Flüssigkristallen aufweisen, die bei Ansteuerung für Licht durchlässig oder ablenkend einstellbar sind. Zum Ablenken des Streukegels können z. B. beide Prismenstrukturen in kleineren Bereichen lokal mit unterschiedlichen Spannungswerten angesteuert werden.
Eine Prismenstruktur kann auch unterschiedliche Prismenwinkel aufweisen, um z. B. einen unsymmetrisch ablenkbaren Streukegel zu erzeugen. In jedem Fall soll der Streukegel innerhalb des Ablenkbereichs des Displays liegen.
Eine alternative Ausführung eines autostereoskopischen Displays kann mit den angeführten Komponenten im räumlichen Multiplexing arbeiten, wobei im SLM räumlich verschachtelt eine Anzahl von Stereobildern einer Szene dargestellt wird, die verschiedene Betrachter gleichzeitig autostereoskopisch (erster Betrachter) und zweidimensional (weitere Betrachter) sehen können.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, alternativ zu den im LC Material eingebetteten statischen Prismen, die wahlweise für zeitmultiplex oder räumlichen Multiplex verwendbar ist, kann sowohl die Prismenstruktur als auch die Streuschicht als ein diffraktives LC Gitter realisiert werden, indem eine Prismenfunktion oder eine Streufunktion in ein steuerbares LC Material mit entsprechenden Phasenverläufen eingeschrieben werden. Eine Prismenfunktion wird als ein lineares Phasenprofil von anzusteuernden Phasenwerten dadurch eingeschrieben, dass ein Gradient im effektiven Brechungsindex des LC Materials durch entsprechend lokal variierende Ansteuerspannungen erzeugt wird. Eine Streufunktion kann durch Ansteuerung der Elektroden mit statistisch variierenden Spannungswerten eingeschrieben werden.
In 3a sind zwei Ablenkschichten S1, S2 nacheinander angeordnet dargestellt, die im LC Material LC eine Prismenstruktur mit unsymmetrisch, statistisch verteilten Mikroprismen mit gleichen Prismenwinkeln aufweisen. Die Ablenkschichten S1 und S2 sind mit unterschiedlichen Schaltzuständen des LC Material LC angegeben. Die Ablenkschicht S1 ist hier eingeschaltet und die Ablenkschicht S2 ausgeschaltet.
Die Ablenkschichten S1, S2 der 1 bis 3 sind in analoger Weise auch als LC Gitter zum Ablenken von gestreutem Licht zu benutzen.
Im LC Material LC der jeweiligen Ablenkschicht S1 bzw. S2 wird strukturell und funktionell gleichzeitig die Streufunktion einer Streuschicht und die Ablenkfunktion einer Prismenstruktur PS vereint. Dazu werden die jeweiligen Funktionen in die Ablenkschichten S1, S2 als LC Gitter eingeschrieben. Eine im LC Material erzeugte ungleichmäßige Prismenstruktur PS kann diese Forderung realisieren. Die Prismenstruktur PS kann z. B. durch ein Phasenprofil im jeweiligen LC Material LC angesteuert werden, indem in relativ klein vorgegebenen Bereichen unterschiedliche Phasenprofile angesteuert werden, wobei in diesen kleinen Bereichen entsprechend unterschiedliche Brechungsindexunterschiede Δn erzeugt werden.
Voraussetzung für die Ansteuerung sehr kleiner Bereiche im LC Material ist eine Vielzahl von sehr dünnen und streifenförmig gestalteten Elektroden, die in einer Oberfläche der jeweiligen Ablenkschichten, einzeln oder als Bereiche, angeordnet sind. Damit können eine Streu- und Prismenfunktion als LC Gitter in einem LC Material kombiniert angesteuert werden. Mit einer hochfrequenten Zufallsphase, die die Streufunktion als LC Gitter einschreibt, kann der Öffnungswinkel des Streukegels vorgegeben werden. Von der lokal vorliegenden Periode der Prismenstrukturen in Verbindung mit einer anzulegenden Steuerspannung hängt es ab, wie groß die Neigung des Streukegels vorgegeben werden kann.
Im Allgemeinen weisen die Streukegel eine horizontale und eine vertikale Ausdehnung auf. Vorteilhafterweise kann die vertikale Ausdehnung des Streukegels so groß angesteuert werden, dass eine Nachführung des Streukegels an die Position des ersten Betrachters nur in horizontaler Richtung erfolgen muss. Wahlweise kann auch durch Verwenden separater horizontaler und vertikaler Streuschichten eine unterschiedliche Ausdehnung des Streukegels in horizontaler und vertikaler Richtung erzeugt werden.
Diese Ausführungsform einer Einrichtung mit steuerbaren Ablenkschichten in einem autostereoskopischen Display kann z. B. genutzt werden, um Streukegel zu erzeugen, die auf Augenpositionen des ersten Betrachters dezentral zur Mitte des Displays ablenkbar sind (dezentrale Augenposition), wobei die Streukegel unsymmetrisch sind und unsymmetrisch zueinander abgelenkt werden, aber immer jeweils ein Auge des Betrachters vom Streukegel erfasst sein muss. Die Anzahl der anzusteuernden Elektroden zum Erzeugen eines unsymmetrischen Streukegels ist von der lateralen und axialen Position des ersten Betrachters abhängig und wird vom vorgegebenen Ablenkwinkel des Displays begrenzt. Der Bewegungsbereich und damit der Bereich zum Darstellen des stereoskopischen Bildes für den Betrachter kann gegenüber 2a z. B. vergrößert werden.
Eine Änderung der Position des ersten Betrachters entlang der optischen Achse (z-Richtung) beeinflusst das Bereitstellen der zwei Streukegel im Zeitmultiplexing oder im räumlichen Multiplexing nicht. Die Betrachteraugen des ersten Betrachters befinden sich stets im jeweils für die Augen erzeugten Streukegel.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel eines autostereoskopischen Displays kann mindestens eine der steuerbaren Ablenkschichten eine Streuschicht mit in vertikaler Richtung fest vorgegebenem Streuwinkel sein, und eine der steuerbaren Ablenkschichten eine als LC Gitter eingeschriebene Prismenstruktur aufweisen. Die Streukegel zum Darstellen der angezeigten Stereobilder werden durch Licht, das an den Prismenstrukturen von der optischen Achse aus horizontal in zwei Richtungen abgelenkt und durch die Streuschicht gestreut wird, auf Augenpositionen des ersten Betrachters gerichtet. Der von der gesamten Oberfläche des Displays abgestrahlte Streukegel ist so groß, dass auch in Bereichen seitlich vom ersten Betrachter mindestens ein weiterer Betrachter erfasst werden kann. Die Prismenstrukturen können in eine einzelne oder in zwei separate Ablenkschicht(en) als LC Gitter eingeschrieben sein. Sollen beide LC Gitter in nur einer Ablenkschicht eingeschrieben werden, steuern die Elektroden das LC Gitter im LC Material einmal mit positiven Spannungswerten und einmal mit negativen Spannungswerten. In diesem Beispiel befindet sich der Betrachter in einer zentralen Position vor dem Display.
Die Streuschicht ist bevorzugt in Lichtausbreitungsrichtung nach der Prismenstruktur angeordnet, und kann als Streufunktion in einem weiteren LC Gitter mit entsprechend vorzugebenden Spannungswerten angesteuert werden.
Eine Umschaltung zwischen dem 3D-Darstellungsmodus eines ersten Betrachters und einem 2D-Darstellungsmodus für weitere Betrachter, für das im Stand der Technik zusätzliche Mittel benutzt oder zusätzliche Ansteuervorgänge notwendig sind, wird mit der erfindungsgemäßen Displayeinrichtung vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der abgestrahlte Streukegel so groß vorgegeben werden kann, dass er Augenpositionen mehrerer Personen mit einem genügend großen Abstand enthalten kann. Vorteilhaft kann durch die Streuung des Lichts die Helligkeit der im 3D- und 2D-Modus dargestellten Szene verbessert und die Szene gleichmäßiger ausgeleuchtet werden. Diese Anordnung der Streuschicht ermöglicht eine gute Optimierung der Parameter des abgestrahlten Wellenfeldes. Die zwei Prismenstrukturen können in einer Ausführungsform gleiche vorgebbare Prismenwinkel aufweisen, die entgegen gesetzt zueinander ausgerichtet sind, um ankommendes Licht in entgegengesetzte Richtungen abzulenken. Dadurch können die Prismenstrukturen durch abwechselnde Ansteuerung des LC Materials gleich große Streukegel wechselweise auf den ersten Betrachter und auf weitere Betrachter ablenken, die sich in seitlichen Bereichen des ersten Betrachters aufhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/060270 A1 [0003]
DE 102008054438 [0004, 0004]
EP 2009/066563 [0004, 0004]
DE 102009028626 [0004, 0004]
WO 94/24601 [0006]

Claims

Display, bei welchem einem ersten Betrachter (U_M) ein stereoskopisches Bild einer Szene darstellbar ist und bei welchem zumindest in Bereichen, die einem Auge des ersten Betrachters (U_M) benachbart sind, mindestens einem weiteren Betrachter (U_R, U_L) ein zweidimensionales Bild der Szene darstellbar ist, mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten eines räumlichen Lichtmodulators (SLM, SLM₁, SLM₂) und mindestens einer Streuschicht (D), die funktionell und/oder strukturell mit mindestens einer steuerbaren Ablenkschicht (S1, S2) kombinierbar ist, wobei in Bereichen der Ablenkschicht (S1, S2) bei wechselseitiger Ansteuerung ein Streukegel in lokal variierbare Bereiche ablenkbar ist, mit welchem dem ersten Betrachter (U_M) das stereoskopische Bild und den weiteren Betrachtern (U_R, U_L) das zweidimensionale Bild darstellbar ist.
Display nach Anspruch 1, bei dem die Ablenkschicht (S1, S2) zum Erzeugen des Streukegels mit einer Steuereinheit (CU) steuerbar ist, wobei der Streukegel in mindestens horizontaler Richtung ablenkbar ist.
Display nach Anspruch 2, welches zwei Ablenkschichten (S1, S2) aufweist, die jeweils ein steuerbares LC Material (LC) und eine Prismenstruktur (PS) enthalten, die durch eine transparente Replikation, oder durch unsymmetrisch, statistisch verteilte Mikroprismen im LC Material (LC) vorgegeben ist, und die einen im Wesentlichen gleichen Prismenwinkel aufweisen.
Display nach Anspruch 3, bei dem die Ablenkschichten (S1, S2) jeweils sich gegenüberliegend angeordnete Elektroden (E11, E12; E21, E22) enthalten, wobei die Elektroden der zwei Ablenkschichten von der Steuereinheit (CU) wechselweise ansteuerbar sind.
Display nach Anspruch 1, bei dem die Ablenkschichten (S1, S2) streifenförmig gestaltete Elektroden (E11, E12; E21, E22) aufweisen, mit denen das LC Material (LC) in kleineren Bereichen ansteuerbar ist, wobei die Bereiche abhängig von der Lage der Augenpositionen des ersten Betrachters (U_M) zur optischen Achse (OA) vorgebbar sind.
Display nach Anspruch 4, bei dem das LC Material (LC) der Ablenkschichten (S1, S2) in den angesteuerten Bereichen eine andere Orientierung als in den nichtangesteuerten Bereichen aufweist.
Display nach Anspruch 4, bei dem die zwei Ablenkschichten (S1, S2) nacheinander angeordnet sind, wobei die Prismenstrukturen (PS) entgegengesetzt zueinander ablenkende Prismenwinkel aufweisen.
Display nach Anspruch 6, bei dem in das steuerbare LC Material (LC) durch Ansteuerung einzelner Elektroden (E12, E21) Phasenprofile für eine Prismen- und/oder Linsen- und/oder Streufunktion als LC Gitter einschreibbar sind.
Display nach Anspruch 8, bei dem die Ablenkschicht (S1, S2) separat ansteuerbare Bereiche aufweist, welche mindestens einem Pixel des Lichtmodulators (SLM) zuordenbar sind, wobei auf die angesteuerten Bereiche fallendes Licht als Streukegel in unterschiedliche Richtungen ablenkbar ist.
Display nach Anspruch 3, bei dem die Streuschicht (D) eine Einzelkomponente ist, die in Lichtausbreitungsrichtung nach dem räumlichen Lichtmodulator (SLM₁, SLM₂) oder nach den Ablenkschichten (S1, S2) angeordnet ist.
Display nach Anspruch 10, bei dem die einzelne Streuschicht (D) einen festen vertikalen Streuwinkel aufweist und mit Prismenstrukturen (PS) kombinierbar ist, die als LC Gitter in mindestens eine Ablenkschicht (S1, S2) eingeschrieben ist.
Display nach Anspruch 2, bei dem gleichzeitig mit der Ablenkung des Streukegels in die dem ersten Betrachter (U_M) benachbarten lokalen Bereiche die Stereobilder im Lichtmodulator (SLM₁, SLM₂) steuerbar anzeigbar ist.
Display nach Anspruch 2, bei dem die Funktion der Nachführungseinheit mit der Funktion der mindestens einen Ablenkschicht (S1, S2) kombinierbar ist.
Display nach Anspruch 13, bei dem ein Prismenfeld mit schaltbaren Elektrobenetzungszellen zum horizontalen und/oder vertikalen Nachführen der zweidimensionalen Bilder einer der Ablenkschichten (S1, S2) nachgeordnet ist.
Display nach Anspruch 1, bei dem die Stereobilder im Lichtmodulator (SLM₁, SLM₂) sequentiell steuerbar oder räumlich verschachtelt anzeigbar sind.
Display nach Anspruch 15, bei dem in eine der Ablenkschichten (S1, S2) mindestens ein LC Gitter als Prismenstruktur (PS) mit einem Phasenprofil von zwei verschachtelten außeraxialen 1D-Fresnellinsen ansteuerbar einschreibbar ist.