DE102010045467A1

DE102010045467A1 - Verfahren und Anordnung zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung

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Publication number: DE102010045467A1
Application number: DE102010045467A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: 3D International Europe GmbH
Current assignee: 3D International Europe GmbH
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-03-22
Also published as: WO2012034708A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der dreidimensionalen Darstellung, im Speziellen der ohne Hilfsmittel dreidimensional wahrnehmbaren Darstellung, wobei eine Umschaltung in einen gewöhnlichen 2D-Modus möglich sein soll. Sie umfasst Verfahren und Anordnungen. Erfindungsgemäße Verfahren umfassen die folgenden Schritte: gleichzeitiges und/oder zeitlich sequentielles Sichtbarmachen von mindestens n = 2 Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n der besagten Szene auf einem Raster (1) aus Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, permanente Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht mittels eines transmissiven ersten optischen Elements (2a), so dass ein oder mehrere Betrachter (3) von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen vor dem Raster (1) aus Bildelementen x(i, j) permanent oder/und im zeitlichen Mittel jeweils mit einem Auge ausschließlich oder überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten A(k) und mit dem anderen Auge ausschließlich oder überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten A(k) sieht oder sehen, so dass ein dreidimensionaler Seheindruck entsteht, wobei für einen wahlweise zweidimensional wahrnehmbare Darstellung ein zweites optisches Element (2b), welches dem ersten optischen Element (2a) baugleich ist, um 180 Grad gedreht auf das erste optische Element (2a) aufgesetzt wird, wodurch die permanente Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen mehrheitlich aufgehoben wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der dreidimensionalen Darstellung, im speziellen der ohne Hilfsmittel dreidimensional wahrnehmbaren Darstellung, wobei eine Umschaltung in einen gewöhnlichen 2D-Modus möglich sein soll.
Der Stand der Technik kennt verschiedene Verfahren der eingangs genannten Art. So lehrt die JP 08-331605 (Masutani Takeshi et al) eine Aufteilung der Ansichten auf die RGB-Farbsubpixel, davor befindet sich eine strukturierte Barriere (Stufenbarriere). Nachteilig ist hierbei der hohe Auflösungsverlust, da pro Ansicht lediglich ein N-tel der vorhandenen Bildpunkte auf dem Bildgeber (mit N der Anzahl der dargestellten Ansichten) monokular wahrgenommen wird.
Die US 4,829,365 (Eichenlaub) schlägt ein strukturiertes Backlight mit Lichtventil (Shutter) und Maske zur 3D-Darstellung vor. Auch hier wird nicht die volle (intrinsische Auflösung) des Bildgebers erreicht.
In der US 5,036,385 (Eichenlaub) ist ein strukturiertes Backlight mit zeitlich versetzten Anblinkzeiten in Verbindung mit einem Lichtventil (Shutter) beschrieben. Wiederum wird hier nicht die volle (intrinsische) Auflösung des Bildgebers erreicht.
In der Schrift EP 1662808 wird eine Doppel-LCD-Barriere vorgestellt. Nachteilig ist hierbei, dass keine volle Auflösung für die 3D-Darstellung erreicht wird. Außerdem ist die 3D-Kanaltrennung nicht vollständig, wenn sich der Betrachter nicht exakt in bestimmten Positionen aufhält. Ferner tritt der vorgenannte optische Sprung auf.
Weiterhin beschreibt die DE 4228111 C1 (Sombrowsky) ein unter dem Begriff Holotron bekanntes Gerät. Dabei kommt ein Bauelement zur stereoskopischen Wiedergabe mit dynamischem Bildgeber zur Anwendung. Dieses System ist mit einer sehr schnellen Kamera gekoppelt, die die Umsetzung erschwert.
In der DE 4123895 (Runge/Just) wird wiederum ein System zur dynamischen 3D-Bildwiedergabe mit hoher Auflösung vorgeschlagen. Auch dieses System ist mit einer sehr schnellen Kamera gekoppelt, um überhaupt 3D-Bilder zu erzeugen.
Schließlich lehrt die US 2001/028356 (Balogh) Bildelemente, die verschiedene Bildinformationen in verschiedene Raumrichtungen abstrahlen. Die Umsetzung dieser technischen Lehre ist jedoch sehr aufwändig.
Die US 6,985,296 (Lipton) lehrt für die 2D-3D-Umschaltung die Verwendung einer 2D-Maske für einen Lentikularschirm. Selbige ist verformbar und nimmt beim Anpressen die Lentikularform an, so dass eine gewisse 2D-Darstellung möglich ist. Nachteilig ist hier der hohe notwendige Druck, um eine möglichst vollständige Kompensation der Lentikularwirkung zu erzeugen.
Schließlich lehrt die WO 2007003792 eine 2D-3D umschaltbare Anordnung mit einem ersten Lentikular für die 3D-Darstellung und einem zweiten, komplementär strukturierten Lentikular, welches in seiner Distanz zum ersten Lentkular variiert werden kann, um zwischen 2D und 3D umzuschalten. Nachteilig ist hier insbesondere die Notwendigkeit eines komplementären, also invers ausgebildeten Lentikulars. Damit kann nicht im Fertigungsprozess ständig die gleiche optische Komponente hergestellt werden, sondern es werden zwei verschiedene Formen benötigt. Überdies muss die Positionierung und Distanzeinstellung der beiden Optiken zueinander für den 3D-Eindruck hoch präzise ausgeführt werden.
Vor diesem Hintergrund des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Verfahren und Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche für 3D-Darstellungen, die ein in der Auflösung reduziertes Bild darbieten, mit einfachen, preiswerten Mitteln eine Umschaltung in einen möglichst hoch auflösenden 2D-Modus erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Verfahren zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung einer Szene, umfassend die folgenden Schritte

– gleichzeitiges und/oder zeitlich sequentielles Sichtbarmachen von mindestens n = 2 Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n der besagten Szene auf einem Raster aus Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j,
– permanente Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht mittels eines transmissiven ersten optischen Elements,
– so dass ein oder mehrere Betrachter von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen vor dem Raster aus Bildelementen x(i, j) permanent oder/und im zeitlichen Mittel jeweils mit einem Auge ausschließlich oder überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten A(k) und mit dem anderen Auge ausschließlich oder überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten A(k) sieht oder sehen, so dass ein dreidimensionaler Seheindruck entsteht,
– wobei für einen wahlweise zweidimensional wahrnehmbare Darstellung ein zweites optisches Element, welches dem ersten optischen Element baugleich ist, um 180 Grad gedreht auf das erste optische Element aufgesetzt wird, wodurch die permanente Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen mehrheitlich aufgehoben wird.

Mit anderen Worten: Die Wirkung des ersten optischen Elements, welches die 3D-Darstellung ermöglicht, wird im Wesentlichen durch ein temporär aufzubringendes, phasenverschoben angeordnetes zweites optische Element aufgehoben.
Der besondere Vorteil dabei ist, dass beide optische Elemente baugleich und damit preiswert in Serie herzustellen sind.
Dabei erfolgt die gleichzeitige und/oder zeitlich sequentielle Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster (1) aus Bildelementen x(i, j) bevorzugt in einem zweidimensionalen periodischen Muster.
Die optischen Elemente (2a, 2b) beinhalten vorzugsweise Lentikulare, Prismenraster, Mikrolinsenarrays und/oder besonders bevorzugt sogenannte CLD-Elemente. Letztere sind in den noch unveröffentlichten Schriften der Anmelder 10 2009 054 706.1 sowie 10 2009 019 762.1 genauer beschrieben. Die entsprechenden optischen Strukturen wie etwa Zylinderlinsen, Mikrolinsen, Prismen, Konvex-/Konkavstrukturen mit Blenden können auf dem jeweiligen optischen Element in periodischen oder nicht-periodischen Mustern, gegenüber der Vertikalen geneigt oder nicht geneigt oder auch in Freiform angeordnet sein. Die Entstehung eines räumlichen Eindrucks bei entsprechender Darstellung von Ansichten A(k) ist hinreichend im Stand der Technik bekannt.
Weiterhin entsprechen die Bildelemente x(i, j) bevorzugt Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z. B. RG oder GB) oder Vollfarbpixeln.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einer erfindungsgemäßen Anordnung zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung einer Szene, umfassend,

– eine Bildwiedergabeeinrichtung mit Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, auf welchen gleichzeitig und/oder zeitlich sequentiell mindestens n = 2 Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n der besagten Szene sichtbar gemacht werden können,
– ein vor der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnetes erstes transmissives optisches Element zur permanenten Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht,
– wodurch ein oder mehrere Betrachter von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen vor dem Raster aus Bildelementen x(i, j) permanent oder/und im zeitlichen Mittel jeweils mit einem Auge ausschließlich oder überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten A(k) und mit dem anderen Auge ausschließlich oder überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten A(k) sieht oder sehen, so dass ein dreidimensionaler Seheindruck entsteht, sowie
– ein zweites optisches Element, welches dem ersten optischen Element baugleich ist, und welches für eine wahlweise zweidimensional wahrnehmbare Darstellung um 180 Grad gedreht auf das erste optische Element aufgesetzt wird, wodurch die permanente Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen mehrheitlich aufgehoben wird.

Auch hier beinhalten die optischen Elemente vorzugsweise Lentikulare, Prismenraster, Mikrolinsenarrays und/oder CLD-Elemente. Die entsprechenden optischen Strukturen wie etwa Zylinderlinsen, Mikrolinsen, Prismen, Konvex-/Konkavstrukturen mit Blenden können auf dem jeweiligen optischen Element in periodischen oder nicht-periodischen Mustern, gegenüber der Vertikalen geneigt oder nicht geneigt oder auch in Freiform angeordnet sein.
Ferner entsprechen die Bildelemente x(i, j) Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z. B. RG oder GB) oder Vollfarbpixeln.
Die Bildwiedergabeeinrichtung (1) kann ein Farb-LCD-Bildschirm, ein Plasma-Display, ein Projektionsschirm, ein LED-basierter Bildschirm, FED-Bildschirm, ein SED-Bildschirm oder ein VFD-Bildschirm sein. Andere Ausgestaltungen sind möglich.
Eine weitere, besondere Ausgestaltung der Erfindung der Anordnung zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung einer Szene umfasst

– eine Bildwiedergabeeinrichtung mit Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, auf welchen gleichzeitig und/oder zeitlich sequentiell mindestens n = 2 Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n der besagten Szene sichtbar gemacht werden können,
– ein vor der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnetes erstes transmissives optisches Element,
– ein zweites optisches Element, welches dem ersten optischen Element baugleich ist, und welches um 180 Grad gedreht vor dem ersten optischen Element angeordnet ist,
– wobei die beiden optischen Elemente mindestens 2 Relativpositionen zueinander einnehmen können,
– wobei in einer ersten Relativposition, bei der die Scheitelpunkte der optischen Elemente nächstbenachbart sind, die kombinierte optische Wirkung der optischen Elemente eine Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht dergestalt ermöglicht, dass ein oder mehrere Betrachter von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen vor dem Raster aus Bildelementen x(i, j) permanent oder/und im zeitlichen Mittel jeweils mit einem Auge ausschließlich oder überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten A(k) und mit dem anderen Auge ausschließlich oder überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten A(k) sieht oder sehen, so dass ein dreidimensionaler Seheindruck entsteht, und
– wobei in einer zweiten Relativposition, bei der die Scheitelpunkte der optischen Elemente jeweils auf Lücke stehen, die kombinierte optische Wirkung der optischen Elemente für eine Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht mehrheitlich aufgehoben wird, so dass eine wahlweise zweidimensional wahrnehmbare Darstellung ermöglicht wird.

Vorzugsweise wird die Relativposition der optischen Elemente zueinander durch die Verschiebung in x-, y-, und oder z-Richtung mindestens eines der optischen Elemente (2a, 2b) verändert.
Mit anderen Worten: Eine Kombination aus zwei baugleichen optischen Elementen, etwa mit Linsen- oder Lentikularanteilen, die so zueinander positioniert werden, dass die Linsenstreifen jeweils in Scheitelpunktlage zueinander ausgerichtet sind, führt dazu, dass sich deren optischen Wirkungen eben nicht kompensieren, sondern konstruktiv überlagern. Werden die streifenförmigen Linsen also in der Scheitel-zu-Scheitel-Lage ohne seitlichen Versatz zueinander positioniert, dann bilden jeweils die beiden direkt übereinanderliegenden Plan-Konvex-Linsen das durch sie hindurch tretende Licht gemeinsam wirkend in den Betrachterraum ab. Sie wirken dann als zweistufiges, abbildendes Linsensystem. Diese enge Scheitel-zu-Scheitel-Anordnung verlangt für ihre ungestörte Wirksamkeit nach einem sehr geringen Luftspalt, dessen Dicke vergleichbar bzw. geringer sein soll, als die Scheitelpunkthöhe der gekrümmten, optischen Funktionsflächen. Im engsten Fall ist eine Berührung zwischen oberen und unteren Scheitelpunkten denkbar.
Für die gewünschte 3D-Visualisierung wird die optische Wirkung dieser Linsenpaare gebraucht. Sie beruht auf der engen Anordnung aus den jeweils beiden Plan-Konvex-Linsen-Streifen, die direkt übereinander, und ohne seitlichen Versatz zueinander positioniert sind. Für den gewünschten, optimalen 3D-Betrachtungsabstand ist daher dieses Zusammenspiel der beiden Linsenstrukturen zu berücksichtigen. Die entsprechende Berechnung der Krümmungsradien bzw. der Brennweiten muss so erfolgen, dass die Hauptebenen des zweistufigen, abbildenden Linsensystems die geforderten Transmissionseigenschaften in den 3D-Betrachterraum ermöglichen.
Die Umschaltung von der 3D-Visualisierung zur (normalen) 2D-Darstellung erfolgt durch sehr geringe, seitliche Versetzung des oberen optischen Elementes bezüglich des darunter befindlichen. (Aber auch die Versetzung des unteren gegenüber des darüber befindlichen ist denkbar.) Wichtig ist, dass eine solche Versetzung so zu erfolgen hat, dass sie gerade um die halbe Ortsperiode, also um T/2 vorgenommen wird (oder natürlich auch um ein ungerades, ganzzahliges Vielfaches davon, also um n × T/2, wobei n = 1, 3, 5, 7, ... eine ungerade, ganze Zahl ist).
Diese für die 2D-Darstellung notwendige, seitliche Versetzung kann auf verschiedene Art und Weise vorgenommen werden: elektrostriktiv, magnetostriktiv, mittels Hydraulik oder per Luftdruck, oder auch rein mechanisch.
Wichtig für alle diese Möglichkeiten ist die reibungsarme und präzise Lagerung des zu versetzenden optischen Elementes bzw. der Lentikularscheibe, die so genau arbeiten muss, dass die Rückkehr in die alte Position jederzeit gewährleistet ist und bleibt. Spielfrei und passgenau muss diese Lagerung- und Führung(sschiene) sein, sie darf sich auch nicht zu schnell abnutzen, und sie muss gegen Temperaturänderungen unempfindlich sein. Ihre Wiederholpräzision muss der Bedingung Δx << T/2 jederzeit entsprechen.
Falls unter besonderen Bedingungen oder für besondere Ansprüche der Luftspalt zwischen oberer und unterer optischer Filterscheibe zu groß ist, oder stört, dann ist die Möglichkeit vorzusehen, diesen Luftspalt zu minimieren, indem man den Abstand zwischen den seitlich zueinander versetzten Scheiben minimiert durch eine Höhenverstellung. An diese Höhenverstellbarkeit müssen die selben kritischen Ansprüche hinsichtlich ihres thermo-mechanischen Aufbaus und ihrer Wiederholpräzision gestellt werden, wie an die Vorrichtungen für die seitliche Versetzung. Für das Maß der Höhenverstellung gelten entsprechend strengere Forderungen, denn die Scheitelpunkthöhe ist in jedem Fall sehr viel kleiner als die seitliche Ortsperiode T.
In diesem Fall hat das Umschalten von 3D zu 2D in zwei Schritten zu erfolgen:

– Seitliche Versetzung einer Filterscheibe um n × T/2, wobei n = 1, 3, 5, 7, ...
– Höhenverstellung nach unten zur Minimierung des Luftspaltes

Das Umschalten von 2D zu 3D muß dann in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden:

– Höhenverstellung nach oben zur Vergrößerung des Luftspaltes, bis dieser ermöglicht:
– Seitliche Versetzung der Filterscheibe um n × T/2, wobei n = –1, –3, –5, –7, ...

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1 den Querschnitt durch die Oberfläche eines optischen Elements, das aus Prismenstreifen aufgebaut ist,
2 die Anordnung aus zwei baugleichen optischen Elementen mit Prismenstreifen zur Kompensation der brechenden Wirkung der Prismenflächen,
3 den Querschnitt durch einen lentikularen Aufbau als optisches Element, bestehend aus dem Glassubstrat mit darauf befindlichen, streifenförmigen Zylinderlinsen,
4 den Querschnitt durch die Anordnung aus zwei baugleichen optischen Elementen mit lentikularen Strukturen (streifenförmigen Zylinderlinsen) zur Kompensation der Brechung an den gekrümmten Flächen,
5 den Querschnitt durch eine Kompensations-Anordnung zweier baugleicher optischer Elemente mit streifenförmigen Zylinderlinsen, sowie
6 die Prinzipskizze zu einer weiteren, besondere Ausgestaltung der Erfindung.
Sämtliche Zeichnungen sind nicht maßstäblich. Dies betrifft insbesondere auch, sofern vorhanden, jedwede Winkelmaße und Abstände.
Die folgenden Erläuterungen gelten gleichermaßen für das erfinderische Verfahren und die Anordnungen. Für jeden Fall ist das Raster 1 bzw. die Bildwiedergabeeinrichtung 1 mit den Bildelementen x(i, j) gedanklich unterhalb des jeweils am unteren Bildrand gezeigten optischen Elements 2a angeordnet, wurde aber aus Redundanzgründen nicht gezeigt.
Zum einfacheren Verständnis des erfinderischen Gedankens soll dieser zunächst an einer Oberfläche eines optischen Elements 2a erläutert werden, das aus streifenförmigen Prismen besteht. Eine solche Oberfläche ist in 1 als Querschnitt zu sehen.
Die optische Wirkung durch die brechenden Flächen der Prismenstreifen des ersten optischen Elements 2a, welche zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für eine dreidimensional wahrnehmbare Darstellung genutzt wird, kann dadurch aufgehoben werden, indem man ein zweites, baugleiches optisches Element 2b umgekehrt (also um 180 Grad gedreht) und damit phasenverschoben auf die Oberfläche des ersten optischen Elements 2a direkt aufsetzt. Diese Anordnung zeigt die 2. Ersichtlich ist hier die Wirkung der zwei baugleichen optischen Elemente 2a, 2b mit Prismenstreifen zur Kompensation der brechenden Wirkung der Prismenflächen.
Diese Anordnung aus zwei baugleichen optischen Elementen 2a, 2b zur Kompensation der Prismenwirkung berücksichtigt gleiches optisches Material, das die gleiche Brechzahl n(λ) und im Wesentlichen die gleiche Prismenform hat, so dass der sich durch die phasenverschobene Ausrichtung zueinander ergebende Luftspalt klein ist gegen die Abmessungen der Prismen. Bei einer solchen Anordnung gemäß 2 ergibt sich durch das Zusammenspiel aus unterer und oberer Prismenstruktur eine Art „planparalleler Platte”, durch die das hindurch tretende Licht nicht mehr aus seiner Ausbreitungsrichtung abgelenkt wird. Da planparallele Platten einen Abbildungsmaßstab von β_x = 1 haben, also die durchtretenden Lichtbündel weder vergrößert noch verkleinert werden, ist die optische Wirkung der ersten Prismenscheibe, also des ersten optischen Elements 2a, kompensiert. Eine 2D-Darstellung in (gegenüber der reinen 3D-Variante mit nur einem optischen Element 2a) verbesserter Auflösung wird erreicht, was gewünscht war.
Völlig analog verhält es sich, wenn lentikulare Strukturen für die beiden optischen Elemente 2a, 2b eingesetzt werden. Auf einem Substrat seien nun als optische Elemente streifenförmige Zylinderlinsen angeordnet, wie in 3 dargestellt.
3 zeigt den Querschnitt durch einen lentikularen Aufbau, bestehend aus dem Glassubstrat mit darauf befindlichen streifenförmigen Zylinderlinsen.
Die optische Wirkung der streifenförmigen Zylinderlinsen beruht auf der Brechung des hindurch tretenden Lichtes an der gekrümmten Funktionsfläche, deren Krümmung zunächst mit einem Radius r₂ beschrieben werden kann. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit gelten alle hier vorgenannten Überlegungen zu Prismen auch für asphärische Funktionsflächen (z. B. parabolische Flächen, oder hyperbolische Flächen).
Die optische Wirkung einer solchen Anordnungsweise, wie sie schematisch in 3 dargestellt ist, sorgt dafür, dass alle hindurch tretenden Lichtbündel gebrochen werden, wobei die Richtung der gebrochenen Lichtstrahlen vom jeweiligen Ort der Brechung auf der gekrümmten Oberfläche abhängt. Lediglich solche Lichtstrahlen, die senkrecht auf die Scheitelpunktebene der gekrümmten Flächen treffen, behalten ihre Ausbreitungsrichtung bei. Diese Funktionsweise eines optischen Elements mit lentikularen Strukturen kann kompensiert werden, wenn man ein zweites, baugleiches Element 2b umgekehrt und phasenverschoben direkt über dem ersten Element 2a anordnet, wie es in 4 dargestellt ist.
Dort ist ein beispielhafter Querschnitt durch die Anordnung aus zwei baugleichen optischen Elementen 2a, 2b mit lentikularen Strukturen (streifenförmigen Zylinderlinsen) zur Kompensation der Brechung an den gekrümmten Flächen zu sehen.
Wichtig für die Kompensation der Wirkung eines optischen Elements mit lentikularen Strukturen ist die Einhaltung der Phasenverschiebung. Unabhängig davon, ob es sich um optische Elemente mit Prismenstreifen, oder um Zylinderlinsen mit sphärischer oder asphärischer Krümmung handelt, immer handelt es sich um periodische optische Strukturen, deren Ortsfrequenz von der Anzahl der Abbildungen und von der Größe der Bildelemente x(i, j) (pixel pitch) abhängt. In jedem Fall kann man die regelmäßige Periode T solcher optisch wirksamen Strukturen darstellen, wie aus 5 am Beispiel von streifenförmigen Zylinderlinsen ersichtlich. An dieser Periode T misst sich die Phasenverschiebung, die gerade π beträgt. Damit die beiden baugleichen, optischen Elemente 2a, 2b nicht spiegelsymmetrisch (deckungsgleich) zueinander angeordnet werden, müssen sie gerade um die halbe Ortsperiode, also um T/2 zueinander seitlich verschoben angeordnet werden, denn nur dann kann man die kompensatorische Wirkung der brechenden Flächen durch ihre Phasenverschiebung um π beobachten. Dies ist vertiefend in 5 in Form eines Querschnittes durch eine Kompensations-Anordnung zweier baugleicher, optischer Elemente 2a, 2b mit streifenförmigen Zylinderlinsen dargestellt.
Die Kompensationsbedingung lautet also, dass die seitliche Verschiebung der beiden optischen Elemente zueinander gerade um die halbe Ortsperiode, also um T/2 erfolgen muss. In dieser Stellung zueinander kompensieren sich die brechenden Wirkungen der jeweils gegenüberliegenden, entgegengesetzt gekrümmten Flächen der optischen Elemente 2a, 2b so, dass die gesamte Anordnung ähnlich wie eine planparallele optische Platte wirkt.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung nach 5 besteht darin, dass es quasi keine Justierprobleme bei der Positionierung des zweiten optischen Elements 2b vor dem ersten optischen Element 2a gibt, denn die entgegengesetzten Krümmungen seiner optischen Funktionsflächen sorgen dafür, dass diese konvexen Anteile richtig in die Vertiefungen zwischen den optischen Strukturen des ersten, unteren Elements 2a „rutschen”. Das zweite optische Element 2b zentriert sich sozusagen von selbst.
Die Erfindung lässt sich zusammenfassend auch mit anderen Worten beschreiben:
Ein umschaltbares 3D/2D-Display wird wie folgt umgesetzt.
Man versieht das Raster 1 mit Bildelementen x(i, j), z. B. ein LC-Display, auf seiner Oberfläche mit einem entsprechenden optischen Element 2a, bspw. mit einem CLD-Element oder einem Lentikular, und zwar zur 3D-Visualisierung. Dieses Element 2a wird auf der Paneloberfläche (Deckglas) nach im Stand der Technik bekannten Regeln (z. B. gemäß Lehre der PCT/DE 2008/000925 ) fest angebracht, also fixiert. Will man nun den 3D-Modus eines solchen Bildschirms unterdrücken, dann bringt man ein zweites, baugleiches optisches Element 2b, um 180 Grad gedreht direkt (unmittelbar) auf das bereits montierte, erste optische Element 2a so an, dass seine optischen Strukturen, bei einem Lentikular mithin die streifenförmigen Linsen, gerade in die Linsen-Zwischenräume des ersten Elements 2a zu liegen kommen. (Siehe dazu nochmals 4 und 5). Mit diesem so ausgerichteten zweiten optischen Element 2b kann das Panel für einen normalen 2D-Betrieb benutzt werden, ohne dass die Auflösung eingeschränkt ist.
Diese Positionierung des zweiten, baugleichen Elements 2b erfolgt sicher, aber nicht dauerhaft, beispielsweise durch Adhäsionskräfte, Schwerkraft, magnetische oder andere Kräfte. Sie kann jederzeit wieder zurück genommen werden, um wieder 3D-visualisierte Bilder auf demselben Panel wahrnehmen zu können.
Die 6 zeigt eine weitere, besondere Ausgestaltung der Erfindung. Dargestellt ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung einer Szene umfassend

– eine Bildwiedergabeeinrichtung 1 mit Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, auf welchen gleichzeitig und/oder zeitlich sequentiell mindestens n = 2 Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n der besagten Szene sichtbar gemacht werden können,
– ein vor der Bildwiedergabeeinrichtung 1 angeordnetes erstes transmissives optisches Element 2a,
– ein zweites optisches Element 2b, welches dem ersten optischen Element 2a baugleich ist, und welches um 180 Grad gedreht vor dem ersten optischen Element 2a angeordnet ist,
– wobei die beiden optischen Elemente 2a, 2b mindestens 2 Relativpositionen zueinander einnehmen können,
– wobei in einer ersten Relativposition, bei der die Scheitelpunkte der optischen Elemente 2a, 2b nächstbenachbart sind, die kombinierte optische Wirkung der optischen Elemente 2a, 2b eine Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht dergestalt ermöglicht, dass ein oder mehrere Betrachter 3 von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen vor dem Raster 1 aus Bildelementen x(i, j) permanent oder/und im zeitlichen Mittel jeweils mit einem Auge ausschließlich oder überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten A(k) und mit dem anderen Auge ausschließlich oder überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten A(k) sieht oder sehen, so dass ein dreidimensionaler Seheindruck entsteht, und
– wobei in einer zweiten Relativposition, bei der die Scheitelpunkte der optischen Elemente 2a, 2b jeweils auf Lücke stehen, die kombinierte optische Wirkung der optischen Elemente 2a, 2b für eine Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht mehrheitlich aufgehoben wird, so dass eine wahlweise zweidimensional wahrnehmbare Darstellung ermöglicht wird.

Vorzugsweise wird die Relativposition der optischen Elemente 2a, 2b zueinander durch die Verschiebung in x-, y-, und oder z-Richtung mindestens eines der optischen Elemente 2a, 2b verändert. Dies kann über geeignete Schienen, Piezostellelemente, Schrittmotore und/oder andere geeignete mechanische Komponenten erfolgen.
Die Vorteile der Erfindung sind vielseitig. Insbesondere bieten erfindungsgemäße Anordnungen eine Möglichkeit zu einer sehr preiswerten Gestaltung von 2D/3D umschaltbaren Displays.
Die Erfindung kann auch technisch mit einfachen Mitteln realisiert werden. Insbesondere verlangt sie nur den Bau einer Form für die optischemn Elemente, da diese baugleich vorzusehen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 08-331605 [0002]
US 4829365 [0003]
US 5036385 [0004]
EP 1662808 [0005]
DE 4228111 C1 [0006]
DE 4123895 [0007]
US 2001/028356 [0008]
US 6985296 [0009]
WO 2007003792 [0010]
DE 2008/000925 [0053]

Claims

Verfahren zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung einer Szene, umfassend die folgenden Schritte – gleichzeitiges und/oder zeitlich sequentielles Sichtbarmachen von mindestens n = 2 Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n der besagten Szene auf einem Raster (1) aus Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, – permanente Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht mittels eines transmissiven ersten optischen Elements (2a), – so dass ein oder mehrere Betrachter (3) von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen vor dem Raster (1) aus Bildelementen x(i, j) permanent oder/und im zeitlichen Mittel jeweils mit einem Auge ausschließlich oder überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten A(k) und mit dem anderen Auge ausschließlich oder überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten A(k) sieht oder sehen, so dass ein dreidimensionaler Seheindruck entsteht, – wobei für einen wahlweise zweidimensional wahrnehmbare Darstellung ein zweites optisches Element (2b), welches dem ersten optischen Element (2a) baugleich ist, um 180 Grad gedreht auf das erste optische Element (2a) aufgesetzt wird, wodurch die permanente Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen mehrheitlich aufgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitige und/oder zeitlich sequentielle Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster (1) aus Bildelementen x(i, j) in einem zweidimensionalen periodischen Muster erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (2a, 2b) Lentikulare, Prismenraster, Mikrolinsenarrays und/oder CLD-Elemente beinhalten.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente x(i, j) Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z. B. RG oder GB) oder Vollfarbpixeln entsprechen.
Anordnung zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung einer Szene, umfassend, – eine Bildwiedergabeeinrichtung (1) mit Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, auf welchen gleichzeitig und/oder zeitlich sequentiell mindestens n = 2 Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n der besagten Szene sichtbar gemacht werden können, – ein vor der Bildwiedergabeeinrichtung (1) angeordnetes erstes transmissives optisches Element (2a) zur permanenten Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht, – wodurch ein oder mehrere Betrachter (3) von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen vor dem Raster (1) aus Bildelementen x(i, j) permanent oder/und im zeitlichen Mittel jeweils mit einem Auge ausschließlich oder überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten A(k) und mit dem anderen Auge ausschließlich oder überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten A(k) sieht oder sehen, so dass ein dreidimensionaler Seheindruck entsteht, sowie – ein zweites optisches Element (2b), welches dem ersten optischen Element (2a) baugleich ist, und welches für eine wahlweise zweidimensional wahrnehmbare Darstellung um 180 Grad gedreht auf das erste optische Element (2a) aufgesetzt wird, wodurch die permanente Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen mehrheitlich aufgehoben wird.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (2a, 2b) Lentikulare, Prismenraster, Mikrolinsenarrays und/oder CLD-Elemente beinhalten.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente x(i, j) Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z. B. RG oder GB) oder Vollfarbpixeln entsprechen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabeeinrichtung (1) ein Farb-LCD-Bildschirm, ein Plasma-Display, ein Projektionsschirm, ein LED-basierter Bildschirm, FED-Bildschirm, ein SED-Bildschirm oder ein VFD-Bildschirm ist.
Anordnung zur wahlweise zwei- oder dreidimensionalen Darstellung einer Szene, umfassend, – eine Bildwiedergabeeinrichtung (1) mit Bildelementen x(i, j) in Zeilen i und Spalten j, auf welchen gleichzeitig und/oder zeitlich sequentiell mindestens n = 2 Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n der besagten Szene sichtbar gemacht werden können, – ein vor der Bildwiedergabeeinrichtung (1) angeordnetes erstes transmissives optisches Element (2a), – ein zweites optisches Element (2b), welches dem ersten optischen Element (2a) baugleich ist, und welches um 180 Grad gedreht vor dem ersten optischen Element (2a) angeordnet ist, – wobei die beiden optischen Elemente (2a, 2b) mindestens 2 Relativpositionen zueinander einnehmen können, – wobei in einer ersten Relativposition, bei der die Scheitelpunkte der optischen Elemente (2a, 2b) nächstbenachbart sind, die kombinierte optische Wirkung der optischen Elemente (2a, 2b) eine Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht dergestalt ermöglicht, dass ein oder mehrere Betrachter (3) von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen vor dem Raster (1) aus Bildelementen x(i, j) permanent oder/und im zeitlichen Mittel jeweils mit einem Auge ausschließlich oder überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten A(k) und mit dem anderen Auge ausschließlich oder überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten A(k) sieht oder sehen, so dass ein dreidimensionaler Seheindruck entsteht, und – wobei in einer zweiten Relativposition, bei der die Scheitelpunkte der optischen Elemente (2a, 2b) jeweils auf Lücke stehen, die kombinierte optische Wirkung der optischen Elemente (2a, 2b) für eine Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i, j) abgestrahlte oder transmittierte Licht mehrheitlich aufgehoben wird, so dass eine wahlweise zweidimensional wahrnehmbare Darstellung ermöglicht wird.
Anordnung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Relativposition der optischen Elemente (2a, 2b) zueinander durch die Verschiebung in x-, y-, und oder z-Richtung mindestens eines der optischen Elemente (2a, 2b) verändert wird.