DE102013221772A1 - Multi-layer display and associated imaging method - Google Patents

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DE102013221772A1
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Abstract

Mehrlagen-Display mit mindestens drei von einer Lichtquelle durchleuchteten bildgebenden Lagen, nämlich einer hinteren Lage, einer vorderen Lage und mindestens einer mittleren Lage, wobei – die hintere, der Lichtquelle zugewandte Lage als Graustufendisplay – die mittlere Lage als Farbdisplay, und – die vordere, einem Betrachter zugewandte Lage als Farbdisplay mit gegenüber der mittleren Lage größeren Gamut ausgebildet ist.Multi-layer display with at least three light-transmitting imaging layers, namely a rear layer, a front layer and at least one middle layer, wherein - the rear, the light source facing layer as grayscale display - the middle layer as a color display, and - the front, a viewer facing position is designed as a color display with respect to the middle layer larger gamut.

Description

Die Erfindung betrifft ein auch als Multilayer-Display bezeichnetes Mehrlagen-Display und baut grundsätzlich auf der in WO 2013/045103 beschriebenen Technologie zur volumetrischen Bilddarstellung auf. The invention relates to a multi-layer display, also referred to as multi-layer display, and is basically based on the in WO 2013/045103 described technology for volumetric imaging.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Technologie dahingehend weiterzuentwickeln, dass auch bei vergleichsweise wenigen Bildlagen und dementsprechend geringen Transmissionsverlusten eine hochwertige 3D-Darstellung mit echtem Tiefeneffekt bei sich senkrecht zur Bildebene in Blickrichtung erstreckenden Bildobjekten verwirklicht ist – und nicht nur ein quasi 3D-artiger Bildeindruck bei übereinander liegenden Objekten in den verschiedenen Ebenen. The object of the invention is to further develop this technology to the effect that even with comparatively few image layers and correspondingly low transmission losses, a high-quality 3D representation with true depth effect is realized with image objects extending perpendicular to the image plane in the viewing direction - and not just a quasi 3D-like image impression with objects lying one above the other in the different levels.

In diesem Zusammenhang beschreibt der vorliegende Text in Verbindung mit den Figuren eine Konfiguration für ein auch als Multilayer-Display bezeichnetes Mehrlagen-Display, die besonders geeignet ist, eine Kombination aus volumetrischer und autostereoskopischer 3D-Darstellung mit fließenden Grenzen zwischen beiden Extremen zu realisieren, und die sogar die Möglichkeit bietet, alle Variationen gleichzeitig an verschiedenen Stellen (räumlich aufgelöst) darzustellen – und darüber hinaus bei allen Varianten der autostereoskopischen Darstellung eine quasi beliebige Anzahl (nur Abhängig von Auflösung und Ansteuerung der zweiten Lage) unterschiedlicher Perspektiven horizontal und vertikal. In this context, the present text in conjunction with the figures describes a configuration for a multilayer display, also referred to as a multilayer display, which is particularly suitable for realizing a combination of volumetric and autostereoscopic 3D display with flowing boundaries between the two extremes, and which even offers the possibility of representing all variations simultaneously in different places (spatially resolved) - and moreover, in all variants of the autostereoscopic display a quasi arbitrary number (only depending on resolution and control of the second layer) of different perspectives horizontally and vertically.

Darüber hinaus sind natürlich normale 2D-Darstellung sowie klassische 2 bzw. 3 Lagen-Darstellungen auch ohne stereoskopischen Anteil möglich. In addition, of course, normal 2D representation and classic 2 or 3-layer representations are possible even without stereoscopic portion.

Dieser Ansatz ist prinzipiell mit drei gleichartigen oder sogar identischen (zumindest teilweise transparenten) Displays unterschiedlichster Technologie möglich; eine aus Transmissionsgründen deutlich bevorzugte Version ist schematisch in 1 dargestellt und umfasst folgende Komponenten:

  • • Layer 1 (hinten) – ist ein pures Graustufen-Display
  • • Layer 2 (Mitte) – ist ein Farbdisplay mit reduziertem Gamut – und damit verbesserter Transmissivität
  • • Layer 3 (vorne) – ist ein klassisches Farbdisplay mit normalem Gamut
This approach is in principle possible with three identical or even identical (at least partially transparent) displays of different technologies; a clearly preferred for transmission reasons version is schematically in 1 and comprises the following components:
  • • Layer 1 (back) - is a pure grayscale display
  • • Layer 2 (center) - is a color display with reduced gamut - and thus improved transmissivity
  • • Layer 3 (front) - is a classic color display with normal gamut

Der Bildaufbau in einem derartigen Display kann grundsätzlich in drei verschiedenen Betriebsmodi erfolgen:

  • a) Nur volumetrische Darstellung im sichtbaren Frequenzbereich zwischen 480 nm und 780 nm. Hierbei wird in jeder einzelnen der vorzugweise drei Bildlagen (das Prinzip ist nicht auf drei Lagen beschränkt und funktioniert entsprechend mit höherer Lagenanzahl) ein eigenständiger, für jede Bildlage einzeln erkennbarer Bildinhalt zugeordnet, der in der Überlagerung aller Bildlagen seine volumetrische Bilddarstellung erreicht, und/oder jede der vorzugweise drei Bildlagen erhält nur eine Teilinformation, die sich erst bei Überlagerung der Bildlagen durch additive und/oder subtraktive Farbmischung und/oder durch tatsächliche und/oder nur durch den menschlichen Wahrnehmungs-Apparat empfundene Interferenzen und /oder Intensitäts- und/oder Farbveränderungen als gesamte volumetrische Darstellung erkennen lässt. Dieses Prinzip lässt sich monochromatisch als auch polychromatisch mit einer Auflösung aller im sichtbaren Farbraum darstellbaren Farben umsetzen. Mittels geeigneter Auswahl der elektrooptischen Licht-Modulatoren und/oder Polarisatoren und/oder Lichtquellen lässt sich dieses Prinzip auch direkt für andere Wellenlängen unterhalb von 480 nm und/oder oberhalb von 780 nm einsetzen.
  • b) Nur autostereoskopische Darstellung im sichtbaren Frequenzbereich zwischen 480 nm und 780 nm.
The image structure in such a display can basically take place in three different operating modes:
  • a) Only volumetric representation in the visible frequency range between 480 nm and 780 nm. In each case, preferably three image layers (the principle is not limited to three layers and works accordingly with higher number of layers) an independent, individually identifiable image content for each image location assigned , which achieves its volumetric image representation in the overlay of all image layers, and / or each of the preferably three image layers receives only a partial information, which is only superimposed on the image layers by additive and / or subtractive color mixing and / or by actual and / or only by the human perceptual apparatus perceives perceived interference and / or intensity and / or color changes as a whole volumetric representation. This principle can be implemented monochromatically as well as polychromatically with a resolution of all colors that can be displayed in the visible color space. By means of a suitable selection of the electro-optical light modulators and / or polarizers and / or light sources, this principle can also be used directly for other wavelengths below 480 nm and / or above 780 nm.
  • b) Only autostereoscopic display in the visible frequency range between 480 nm and 780 nm.

Hierfür werden zumindest in einer Lage Parallaxen-Barrieren erzeugt, um zu gewährleisten, dass der jeweils vom rechten und linken Auge wahrgenommene Bildanteil unterschiedlich und mit definiertem Übersprech-Anteil (Cross-Talk) behaftet ist, und die Teilbilder, die von rechtem und linkem Auge wahrgenommen werden zu einem Gesamt-Bildeindruck gehören, dessen Teilbilder aus unterschiedlichen Perspektiven dargestellt werden (autostereoskopische Darstellung). For this purpose, at least in one layer parallax barriers are generated to ensure that each perceived by the right and left eye image portion is different and with a defined crosstalk share (cross-talk) afflicted, and the fields from the right and left eye be perceived belong to a total image impression whose partial images are presented from different perspectives (autostereoscopic representation).

In Ergänzung zum Stand der Technik lassen sich in diesem Lösungsansatz unterschiedliche Konfigurationen statisch und/oder dynamisch und/oder räumlich aufgelöst und/oder zeitlich aufgelöst beliebig kombiniert darstellen. In addition to the prior art, different configurations can be statically and / or dynamically and / or spatially resolved in this approach and / or spatially resolved as desired.

Zusätzlich lässt sich hier der typische Nachteil der autostereoskopischen Darstellung – nämlich die Reduktion der Bildauflösung – vermeiden, da die zur Bilddarstellung zur Verfügung stehenden Bildpunkte (Pixel und Subpixel) der bildgebenden Anzeigeschicht zwischen rechtem und linkem Auge aufgeteilt und weiter zusätzlichen Perspektiven zugeordnet werden, um die nutzbare Betrachtungsposition mit zumindest etwas räumlicher Freiheit auszustatten. In addition, the typical disadvantage of the autostereoscopic display - namely the reduction of the image resolution - can be avoided since the pixels (pixels and subpixels) of the imaging display layer available for image display are split between the right and left eyes and are further assigned to additional perspectives To equip usable viewing position with at least some spatial freedom.

In dem hier beschriebenen bevorzugten Ansatz wird die vordergründige Auflösung der bildgebenden elektrooptisch modulierbaren Schicht nicht zwischen rechtem und linkem Auge aufgeteilt und in einer weiteren elektrooptisch modulierbaren Schicht die Parallaxen-Barrieren generiert, es wird vielmehr zusätzlich eine weitere elektrooptisch modulierbare Schicht zwischen diese beiden Schichten eingefügt, deren Auflösung statisch und/oder dynamisch gleich oder bevorzugt 1,2 bis n-mal grösser als die der ersten (vorderen) Schicht ist. Die Auflösung der hinteren Schicht ist statisch und/oder dynamisch gleich und/oder bevorzugt 1,2 bis n-mal kleiner als die der ersten Schicht. Dies ist schematisch in 2 zu erkennen. In the preferred approach described here, the superficial resolution of the imaging electrooptically modulatable layer is not split between the right and left eyes and the parallax barriers are generated in a further electrooptically modulatable layer; in addition, a further electrooptically modulatable layer is additionally inserted between these two layers. their resolution is static and / or dynamically the same or preferably 1.2 to n times larger than that of the first (front) layer. The resolution of the back layer is statically and / or dynamically the same and / or preferably 1.2 to n times smaller than that of the first layer. This is schematically in 2 to recognize.

Dieser Ansatz ist bevorzugt, da hier Hauptinformation mittels der vorderen bildgebenden Schicht und die Intensitätssteuerung der Parallaxen-Barrieren an der hinteren Schicht – direkt an der Lichtquelle – erfolgt und somit die beste tatsächliche und/oder empfundene Bildschärfe dargestellt werden kann – technisch sind alle Kombinationen und/oder Variationen der einzelnen bildgebenden und bildbeeinflussenden Schichten aufbaubar und funktionsfähig. This approach is preferred because here, main information by means of the front imaging layer and the intensity control of the parallax barriers on the back layer - directly on the light source - and thus the best actual and / or perceived image sharpness can be represented - technically all combinations and / or variations of the individual imaging and image-influencing layers buildable and functional.

Für den bevorzugten Ansatz gilt also, dass jeder aus einer spezifischen Perspektivenansicht das jeweilige Auge treffende Lichtstrahl drei elektrooptische Modulatoren durchläuft, deren Funktionalitäten statisch und/oder dynamisch frei veränderbar sind und/oder deren Abstand zueinander statisch fest und/oder dynamisch in der z-Achse parallel und/oder nicht parallel zueinander sind und/oder deren Ansteuerfrequenzen untereinander statisch gleich und/oder ungleich sind und/oder dynamisch, beliebigen Abhängigkeiten folgend, unterschiedlich zu einander sind. Thus, for the preferred approach, each light beam from a specific perspective view passes through three electro-optic modulators whose functions are statically and / or dynamically freely variable and / or whose distance from each other is static and / or dynamic in the z-axis are parallel and / or not parallel to each other and / or whose Ansteuerfrequenzen are statically equal and / or unequal to each other and / or dynamic, any dependencies following, are different from each other.

Bei diesem bevorzugten Ansatz werden die Parallaxen-Barrieren nicht notwendigerweise wie üblich linienförmig ausgebildet, sondern in einem ersten Beispiel als Schachbrettmuster oder als Diagonalen. Dies bewirkt eine bessere räumliche Darstellung für die vertikale Auflösung. Hierbei ist zu beachten, dass diese Ausführung lediglich beispielhaft gilt und die Gestaltung der Parallaxen-Barrieren statisch und/oder dynamisch völlig frei erfolgen kann, entsprechend der Zuordnung, die sich aus der darzustellenden Bildaufgabe und den sich daraus ableitenden statischen und/oder dynamischen Zuordnungen zu den vorderen bildbeeinflussenden Schichten ergibt. In this preferred approach, the parallax barriers are not necessarily line-shaped as usual, but in a first example, checkerboard patterns or diagonals. This provides a better spatial representation for the vertical resolution. It should be noted that this embodiment is exemplary only and the design of the parallax barriers static and / or dynamic can be done completely free, according to the assignment resulting from the image task to be displayed and the resulting static and / or dynamic assignments gives the front image-influencing layers.

Die im Stand der Technik typische Verschachtelung der beiden Bildanteile in der vorderen bildgebenden Ebene findet hierbei nicht statt, und die Halbierung der gleichzeitig darstellbaren unterschiedlichen Bildpixel durch die Parallaxen-Barrieren wird durch die zwischengeschaltete Zusatzschicht mit einer wesentlich höheren Auflösung als das Barrieren-Muster, zur Darstellung der räumlich und/oder zeitlich aufgelösten Perspektivenanteile, deutlich überkompensiert. The interleaving of the two image components in the front imaging plane, which is typical in the prior art, does not take place here, and the halving of the simultaneously displayable different image pixels by the parallax barriers is effected by the intermediate layer with a significantly higher resolution than the barrier pattern Representation of spatially and / or temporally resolved perspectives, clearly overcompensated.

So wird beispielsweise bei einer Anordnung, bei der einem Hauptinformations-Bildpixel auf der ersten Schicht eine Matrix auf der Zwischenschicht von 10 × 10 (oder mit entsprechender Ansteuerung auf Subpixel-Ebene aufgelöst sogar 30 × 30 einzeln steuerbare Subpixel) zugeordnet ist, und bei einer Parallaxen-Barrieren-Matrix von beispielsweise der doppelten x und y Größe der Hauptinformations-Bildpixel ein resultierender Gesamtbild-Detail-Reichtum von bis zur 225-fachen Auflösung der Hauptinformations-Bildpixel erreicht (wobei die absolut erreichbare maximale Auflösung nur an der tatsächlich erreichbaren physikalischen und/oder resultierenden Auflösung der Zwischenlage abhängt und für die derzeit angekündigten Ultra-High-Definition Auflösungen problemlos Werte weit über 1000 annehmen können). Das heißt, dass die dann beispielsweise bei einer Perspektivenauflösungs-Matrix von 6 Positionen horizontal und 6 Positionen vertikal pro Beam (Blickwinkel-Bereiche für jeweils rechtes oder linkes Auge) es immer noch erlauben, die „Eye-Box“ – den räumlichen Bereich von dem aus ein oder mehrere Betrachter einen räumlichen Bildeindruck erhalten können – soweit zu vergrößern, dass mehr als 6 Personen gleichzeitig einen voneinander unabhängigen räumlichen Eindruck über jeweils die volle horizontale und vertikale Perspektiven-Auflösung bei gleichzeitiger Beibehaltung der originären Hauptinformations-Bildpixel-Auflösung (= statische und/oder dynamische Auflösung der ersten bildgebenden Schicht) erhalten können. For example, in an arrangement where a main information image pixel on the first layer is assigned a matrix on the interlayer of 10x10 (or with sub-pixel level control, even 30x30 individually controllable subpixels), and at one Parallax barrier matrix of, for example, twice the x and y size of the main image information pixels achieves a resulting overall image detail wealth of up to 225x the resolution of the main information image pixels (with the maximum achievable maximum resolution only at the physically and physically achievable maximum resolution / or resulting resolution of the intermediate layer and for the currently announced ultra-high-definition resolutions can easily assume values well over 1000). That is, for example, with a perspective resolution matrix of 6 positions horizontally and 6 positions vertically per beam (viewing angle ranges for each right or left eye), they still allow the "eye-box" - the spatial area of the from one or more observers can get a spatial image impression - to increase so far that more than 6 people at the same time an independent spatial impression of each full horizontal and vertical perspective resolution while maintaining the original main information image pixel resolution (= static and or dynamic resolution of the first imaging layer).

Gleichzeitig erlaubt diese massive Erhöhung der darstellbaren Gesamt-Bildpixel auch die Möglichkeit, das Übersprechen der Informationen zwischen linkem und rechtem Auge (Cross-Talk) aktiv zu reduzieren, in dem man beispielsweise die Anzahl der darstellbaren Perspektivenauflösungen und/oder die maximale Anzahl der gleichzeitig in voller unabhängiger Auflösung betrachtender Personen soweit reduziert, dass man die Möglichkeit erhält, in der hinteren und/oder der mittleren Lage die jeweiligen Beamrelevanten Informationsbereiche mit einer Kontur aus einer und/oder mehreren Subpixeln und/oder Pixeln mit statischem und/oder dynamischem, den eigentlichen Bildinhalt entkoppelnden, elektrooptischem Modulationswert zu umgeben. Dies reduziert die zur Verfügung stehende Anzahl von darstellbarer Bildinformation beispielsweise in folgendem Verhältnis: Wenn man bei oben genanntem Beispiel eine aus 3 Subpixeln bestehende Kontur um die Perspektivenmatrix legt, ergibt sich ein maximaler Gesamtbild-Detailreichtum von bis zur 144-fachen Auflösung der Haupt-Informationspixel. Das heißt, bei nach wie vor voller Perspektiven-Auflösung reduziert sich die Möglichkeit, diese volle Perspektiven- und Bild-Auflösung nicht mehr für mehr als 6 Personen gleichzeitig, sondern nun nur noch für bis zu 4 Personen gleichzeitig darzustellen. Allerdings erhöht sich dabei die darstellbare und/oder wahrgenommene Bildschärfe und Brillanz durch Reduktion der Cross-Talks um mehr als 55%. At the same time, this massive increase in the total image pixels that can be displayed also makes it possible to actively reduce crosstalk between left and right eye information (cross-talk) by, for example, setting the number of displayable perspective resolutions and / or the maximum number of simultaneously visible full independence of viewers so far reduced that you get the opportunity in the rear and / or middle position the respective beam relevant information areas with a contour of one and / or more subpixels and / or pixels with static and / or dynamic, the actual Image content decoupling, to surround electro-optical modulation value. This reduces the available number of displayable image information, for example, in the following ratio: In the example given above, placing an outline consisting of 3 subpixels around the perspective matrix results in a maximum overall image detail wealth of up to 144 times the resolution of the main information pixels , That is, with still full perspective resolution, the ability to simultaneously render this full perspective and image resolution for more than 6 people at a time, but now only for up to 4 people, is reduced. However, the reproducible and / or perceived image sharpness and brilliance increase by more than 55% by reducing the cross-talk.

Die Steuerung des Cross-Talks kann statisch und/oder dynamisch erfolgen. Im statischen Betrieb werden einzelne Pixel und/oder Pixelgruppen mit einem festen Intensitätswert je darstellbarer Grundfarbe (typisch R,G,B – kann aber auch andere Regime wie R,G,B,W und/oder R,G,B,Gelb etc. nutzen) und Subpixel angesteuert. The control of the cross-talk can be done statically and / or dynamically. In static mode, individual pixels and / or pixel groups are included a fixed intensity value per representable base color (typically R, G, B - but can also use other regimes such as R, G, B, W and / or R, G, B, yellow, etc.) and subpixels driven.

Im dynamischen Betrieb werden die einzelnen Pixel und/oder Pixelgruppen mit einem sich graduell über die Zeit ändernden Intensitätswert je darstellbarer Grundfarbe (typisch R,G,B – kann aber auch andere Regime wie R,G,B,W und/oder R,G,B,Gelb und/oder eine beliebige Kombinationen von aus Mischung und/oder Interferenz aus Grundfarben entstehender Farben nutzen) und Subpixel angesteuert und/oder einem im zeitlichen Puls-Pause-Verhältnis veränderten Intensitätswert je darstellbarer Grundfarbe und Subpixel (in der zeitlichen Abfolge werden die jeweiligen Subpixel bei jedem Takt und/oder jedem zweiten und/oder jedem n-ten und/oder einem bestimmten Rhythmus und/oder einer aus beliebigen Abhängigkeiten generierten zeitlichen Abfolge) angesteuert, und/oder bestimmte Pixel und/oder Subpixel-Gruppen werden in einem festen und/oder dynamisch veränderbaren Muster zusammengefasst und/oder mit einem sich graduell über die Zeit ändernden Intensitätswert je darstellbarer Grundfarbe und Muster angesteuert und/oder einem im zeitlichen Puls-Pause-Verhältnis veränderten Intensitätswert je darstellbarer Grundfarbe und Muster (in der zeitlichen Abfolge werden die jeweiligen Muster bei jedem Takt und/oder jedem zweiten und/oder jedem n-ten und/oder einem bestimmten Rhythmus und/oder einer aus beliebigen Abhängigkeiten generierten zeitlichen Abfolge) angesteuert.

  • c) Gleichzeitige volumetrische und autostereoskopische Darstellung im sichtbaren Frequenzbereich zwischen 480 nm und 780 nm, in gradueller Abstufung überlagert und/oder räumlich und/oder zeitlich aufgelöst.
In dynamic operation, the individual pixels and / or pixel groups with a gradually varying intensity value per representable base color (typically R, G, B - but can also be other regimes such as R, G, B, W and / or R, G , B, yellow and / or use any combination of colors resulting from mixing and / or interference from primary colors) and subpixels and / or an intensity value changed in the time pulse-pause ratio per representable base color and subpixel (in the temporal sequence) the respective subpixels at each clock and / or every second and / or every nth and / or a certain rhythm and / or a temporal sequence generated from any dependencies), and / or certain pixels and / or subpixel groups are driven in a fixed and / or dynamically changeable pattern summarized and / or with a gradually changing over time intensity value per representable base color and Mus and / or an intensity value, which can be represented in the time-pulse-pause ratio, per representable base color and pattern (in the temporal sequence, the respective patterns are at each bar and / or every second and / or every nth and / or a certain rhythm and / or a temporal sequence generated from any dependencies).
  • c) Simultaneous volumetric and autostereoscopic display in the visible frequency range between 480 nm and 780 nm, superimposed in a gradual graduation and / or spatially and / or temporally resolved.

Die beiden oben aufgeführten Betriebsmodi und Beispiele lassen sich als besonders bevorzugte Variante auch in unterschiedlichster Art und Weise kombinieren, so dass beispielsweise eine dauerhafte 2- oder 3-Schicht-Darstellung (insbesondere gemäß der bestehenden Anmeldung WO 2013/045103 ), etwa einer Bewegtbild-Sequenz beispielsweise bei der Analyse von medizinischen Tomographie-Aufnahmen, mit direkter Aktivierung der autostereoskopischen Überlagerung für bestimmte Bildanteile, die beispielsweise hinterlegte zu findende Muster und/oder über mehrere Lagen (und damit 3D) verteilte Geometrien zeigen, erfolgt. Hierbei wird der relevante Bereich autostereoskopisch über die volumetrische Darstellung überlagert – und auch gleichzeitig für mehrere betrachtende Personen ohne weitere Hilfsmittel quasi 3-dimensional dargestellt. Und abhängig von der Informationsdichte des vorliegenden Bildmaterials können auch für die detailgenaue 3D-Analyse bei Reduzierung der Anzahl der gleichzeitigen Betrachter auf 1 (eine einzige Eye-Box) die interessanten Bild-Bereiche mit z. B. mehr als 200 Perspektiven-Ansichten dargestellt werden, während alle anderen Bildbereiche nach wie vor für mehrere Betrachter gleichzeitig volumetrisch und/oder volumetrisch und autostereoskopisch überlagert und/oder nur autostereoskopisch dargestellt werden können. Anderen Anwendungen beispielsweise im Bereich der Computer-unterstützten Simulationen und/oder auch von Computerspielen eröffnet diese Art von dynamisch gestaltbarer räumlicher Bilddarstellung unübersehbare neue Möglichkeiten und eine um Größenordnungen verbesserte, natürlichere räumliche Darstellung bei gleichzeitig deutlich reduziertem Ressourcenaufwand verglichen mit holografischer Darstellung. The two operating modes and examples listed above can be combined as a particularly preferred variant in a wide variety of ways, so that, for example, a permanent 2- or 3-layer representation (in particular according to the existing application WO 2013/045103 ), such as a moving-picture sequence, for example, in the analysis of medical tomography images, with direct activation of the autostereoscopic overlay for certain image shares, for example, deposited patterns to find and / or over several layers (and thus 3D) distributed geometries show takes place. In this case, the relevant area is superimposed autostereoscopically on the volumetric representation - and at the same time for several people viewing without further aids quasi 3-dimensional representation. And depending on the information density of the available image material can also for the detailed 3D analysis in reducing the number of simultaneous viewers to 1 (a single eye-box), the interesting image areas with z. B. more than 200 perspectives views are displayed while all other image areas are still simultaneously for several observers volumetrically and / or volumetrically and autostereoscopically superimposed and / or can only be displayed autostereoscopic. Other applications, for example in the field of computer-assisted simulations and / or computer games, open up this type of dynamically configurable spatial image display incalculable new possibilities and an order of magnitude improved, more natural spatial representation while significantly reduced resource consumption compared to holographic representation.

Die Überlagerung wir dadurch erreicht, dass die zumindest drei Schichten für jede einzelne Zelle frei ansteuerbar sind – so kann die Information auf der ersten Schicht mit Information aus der zweiten und/oder den anderen Schichten komplettiert werden, dass – abhängig von den jeweils eingesetzten Typen der bildgebenden Schichten – diese von Zelle zu Nachbarzelle eine unterschiedliche Charakteristik eröffnet – und diese dann im Gesamtbild die Überlagerung ergeben – und/oder es tatsächlich eine spezielle Charakteristik in der Form der direkten Überlagerung ergibt, in dem die Darstellung von einzelnen Zellen-Gruppen und/oder der gesamten Schicht hinter der ersten bildgebenden Schicht so berechnet wird, dass die Daten für die volumetrische und die autostereoskopische Darstellung kombiniert werden und zum Beispiel in zeitlicher Reihenfolge und/oder berechneter Form zeitgleich auf dieser Zwischenschicht (bei drei Schichten – oder auf Schichten verteilt bei mehr Schichten) dargestellt und mit einer geeigneten statischen und/oder dynamischen Gestaltung der Parallaxen-Barrieren in der hintersten Schicht kombiniert werden. Dadurch ergibt sich ein durch den menschlichen Wahrnehmungs-Apparat einfach zu verarbeitender harmonischer 3D-Raum-Eindruck. The overlay is achieved by the fact that the at least three layers are freely controllable for each individual cell - so the information on the first layer can be completed with information from the second and / or the other layers that - depending on the types used imaging layers - this opens up a different characteristic from cell to neighboring cell - and these then give the overlay in the overall image - and / or actually results in a specific characteristic in the form of the direct overlay, in which the representation of individual cell groups and / or the entire layer behind the first imaging layer is calculated so that the data for the volumetric and the autostereoscopic display are combined and, for example, in temporal order and / or calculated form at the same time on this intermediate layer (in three layers - or distributed on layers at more Layers) and combined with a suitable static and / or dynamic design of the parallax barriers in the backmost layer. This results in a harmonious 3D space impression that can be easily processed by the human perception apparatus.

Da in allen bildgebenden Schichten alle physikalisch vorhandenen elektrooptisch bildgestaltenden Zellen (Subpixel) einzeln und unabhängig voneinander adressierbar und ansteuerbar sind und die absolute Position in der sich bildenden x,y,z-Matrix aus einer unterschiedlichen Anzahl (bevorzugt 3) übereinander gestapelter bildgebender Schichten und die durch elektrische Ansteuerung erreichbare Funktionalität jeder einzelnen Zelle bekannt ist, lässt sich verallgemeinernd sagen, dass je mehr Zellen zur Verfügung stehen, desto mehr und/oder genauer und/oder komplexer können die in Summe in der sich bildenden x,y,z-Matrix umsetzbaren elektrooptischen Manipulationen (die Gesamtübertragungsfunktion) sein, wobei als Einschränkung zum Beispiel die Anzahl der Schichten existiert, da die Transmissivität pro Schicht nicht 100% ist (sein kann) und damit eine deutliche Reduzierung der Gesamt-Bildhelligkeit stattfindet. Um diese Gesamt-Bildhelligkeit möglichst hoch zu halten, ist die bevorzugte Kombination der einzelnen Schichten wie bereits eingangs erwähnt wie folgt (für den Betrieb im Kombinations-Modus):

  • – Hinterste Schicht (vor der Hauptlichtquelle): Keine Farbdarstellung, sondern nur Schwarz/Weiß und Graustufen – damit ergibt sich eine sehr gute Transmissivität. Als weiteren Freiheitsgrad kann man hier die Auflösung reduzieren, wenn die Bildaufgabe das zulässt, und erhält damit größere einzeln ansteuerbare Zellen – mit weiter verbesserter Transmissivität.
  • – Mittlere Schicht: Da hier die Perspektiven-Modulation stattfindet, benötigt man volle Farbdarstellung – bei bevorzugter additiver Farbdarstellung in der Gesamtübertragungsfunktion kann man hier mit einer sogenannten Low-Gamut (also geringere maximal erreichbare Farbsättigung) Version arbeiten und damit die Transmissivität im Vergleich zu einem Standard-Display deutlich erhöhen.
  • – Vordere Schicht: Hier wird die Haupt-Bildinformation dargestellt, das heißt hier benötigt man volle Farbdarstellung und High-Gamut (also möglichst gute maximal erreichbare Farbsättigung), und damit resultiert hier die geringste Transmissivität.
Since in all imaging layers all physically existing electro-optically image-forming cells (subpixels) are individually and independently addressable and controllable and the absolute position in the forming x, y, z matrix of a different number (preferably 3) stacked imaging layers and In general, the more cells are available, the more and / or more accurate and / or more complex the total can be in the forming x, y, z matrix For example, the number of layers may exist as a constraint since the transmissivity per layer is not 100%, and thus a significant reduction in overall image brightness takes place. In order to keep this overall image brightness as high as possible, the preferred combination of the individual layers, as already mentioned, is as follows (for operation in combination mode):
  • - Backmost layer (in front of the main light source): No color representation, only black and white and grayscale - this results in a very good transmissivity. As a further degree of freedom one can reduce the resolution here, if the image task permits this, and thus obtains larger individually controllable cells - with further improved transmissivity.
  • - Middle layer: Since here the perspective modulation takes place, one needs full color representation - with preferential additive color representation in the total transfer function one can work here with a so-called low-Gamut (thus lower maximally achievable color saturation) version and thus the Transmissivität in comparison to a Significantly increase standard display.
  • - Front layer: Here, the main image information is displayed, ie here you need full color representation and high-gamut (ie, the best possible maximum achievable color saturation), and thus results in the lowest transmissivity.

Bei geeigneter Auswahl der heute am Markt verfügbaren und geeigneten Flachdisplays unterschiedlichster Technologie wie LCD, OLED, Plasma, EL und/oder anderen Flachdisplay-Technologien, mit denen es möglich ist elektrooptisch modulierbare Zellen aufzubauen, die zumindest einen Anteil an Transparenz in diesen Zellen aufweisen, ist es gelungen in einem dreischichtigen Musteraufbau eine Gesamt-Transmissivität von ca. 1% zu erreichen. Im Zuge der Weiterentwicklung der Flachbild-Technologien wird sich dieser Wert kontinuierlich verbessern. With a suitable selection of the currently available and suitable flat displays of various technologies such as LCD, OLED, plasma, EL and / or other flat display technologies, with which it is possible to build electro-optically modulatable cells that have at least a proportion of transparency in these cells, succeeded in achieving a total transmissivity of approx. 1% in a three-layered sample structure. As the flat-panel technologies continue to evolve, this value will continue to improve.

Daraus ergibt sich zusätzlich eine weitere wichtige Eigenschaft, denn es ist möglich – und teilweise sogar gewünscht – unterschiedliche Pixel-Auflösungen pro Schicht einzusetzen und/oder sogar unterschiedliche Pixel-Geometrien, allerdings muss die elektrooptische Gesamtübertragungsfunktion auf die jeweilige Konfiguration der vorhandenen x,y,z-Matrix angepasst werden. Um die aufwendige Gesamtübertragungsfunktion realisieren zu können, bedarf es einer leistungsfähigen Recheneinheit (die allerdings von Seiten der Hardware recht einfach verfügbar sind) samt entsprechender Software, die mittels solcher Hardware die benötigte Gesamtübertragungsfunktion auch – bevorzugt in Echtzeit – berechnen und umsetzen kann. This results in an additional important feature, because it is possible - and sometimes even desired - to use different pixel resolutions per layer and / or even different pixel geometries, however, the electro-optical total transfer function must be based on the respective configuration of the existing x, y, z-matrix can be adjusted. In order to realize the complex overall transfer function, it requires a powerful arithmetic unit (which, however, are quite easily available from the hardware) together with appropriate software that can use such hardware, the required total transfer function also - preferably in real time - calculate and implement.

Je nach Leistungsfähigkeit von Hard- und Software ist es auch möglich, das entstandene Mehrlagen-Display zu kalibrieren, indem mittels geeigneter Bildmuster-Darstellungen auf der neuen x,y,z-Matrix und dem Vergleich hochaufgelöster Bildaufnahmen dieser Bildmuster-Darstellungen entsprechende Korrekturfaktoren für jede einzelne Zelle der x,y,z-Matrix berechnet und hinterlegt und damit weitgehend Toleranzen und/oder Artefakte aus der resultierenden Darstellung heraus gerechnet werden können. Depending on the performance of hardware and software, it is also possible to calibrate the resulting multi-layer display by using suitable image pattern representations on the new x, y, z matrix and the comparison of high-resolution images of these image pattern representations corresponding correction factors for each individual cell of the x, y, z matrix calculated and deposited and thus largely tolerances and / or artifacts can be calculated from the resulting representation out.

In 3 und 4 werden zusammenfassend noch einmal zwei prinzipiell unterscheidbare Möglichkeiten zur Realisierung eines gesteuerten Übersprechens (Cross-Talk) illustriert:

  • a) Durch dunkel (graduelle Graustufen) gesteuerte Bereiche um die eigentlichen Perspektivenzonen für gerade und ungerade Beams (Blickwinkel-Bereiche für jeweils rechtes oder linkes Auge) auf dem hintersten Layer ergibt sich die Möglichkeit, volumetrische und autostereoskopische Darstellung für bestimmte Blickwinkelbereiche zu überlagern (3).
  • b) Durch dunkel (graduelle Graustufen) gesteuerte Bereiche um die eigentlichen Perspektivenzonen für gerade und ungerade Beams (Blickwinkel-Bereiche für jeweils rechtes oder linkes Auge) auf dem mittleren Layer lässt sich ein ähnlicher Effekt erreichen, jedoch ergibt sich ein geringerer Auflösungsverlust (4).
In 3 and 4 In summary, two basically different ways of realizing a controlled crosstalk (cross-talk) are illustrated:
  • a) By dark (gradual gray scale) controlled areas around the actual perspective zones for even and odd beams (viewing angle areas for each right or left eye) on the backmost layer results in the ability to superimpose volumetric and autostereoscopic view for certain viewing angle areas ( 3 ).
  • b) Areas around the actual perspective zones for even and odd beams (viewing angle areas for each right or left eye) on the middle layer controlled by dark (gradual gray scale) can achieve a similar effect, but there is a lower loss of resolution ( 4 ).

Der bevorzugte Abstand zwischen den Lagen ist abhängig von der zu erzielenden Tiefe im volumetrischen Betrieb und der darzustellenden Pixel bzw. Beam-Ursprünge pro Flächeneinheit im autostereoskopischen Betrieb (→ Anzahl der unterschiedlichen Perspektiven abzüglich der gewünschten Pixelanzahl zur Steuerung des Cross-Talks). Er liegt bei den hier aufgeführten Beispielen bei symmetrisch 3 mm – der Wert kann aber für jeden Abstand zwischen zwei bildgebenden Lagen unabhängig gewählt werden – je nach Übertragungsaufgabe liegt der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten bildgebenden Schichten bei mehr als 0,2 mm und weniger als 10 mm – bevorzugt zwischen 1 mm und 5 mm.The preferred distance between the layers depends on the depth to be achieved in volumetric operation and the pixels or beam origins to be displayed per unit area in autostereoscopic operation (→ number of different perspectives minus the desired number of pixels for controlling the cross-talk). In the examples given here, it is symmetrical 3 mm - but the value can be selected independently for each distance between two imaging layers - depending on the transfer task, the distance between each two adjacent imaging layers is more than 0.2 mm and less than 10 mm - preferably between 1 mm and 5 mm.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2013/045103 [0001, 0019] WO 2013/045103 [0001, 0019]

Claims (4)

Mehrlagen-Display mit mindestens drei von einer Lichtquelle durchleuchteten bildgebenden Lagen, nämlich einer hinteren Lage, einer vorderen Lage und mindestens einer mittleren Lage, wobei – die hintere, der Lichtquelle zugewandte Lage als Graustufendisplay – die mittlere Lage als Farbdisplay, und – die vordere, einem Betrachter zugewandte Lage als Farbdisplay mit gegenüber der mittleren Lage größeren Gamut ausgebildet ist. Multi-layer display with at least three illuminated by a light source imaging layers, namely a rear layer, a front layer and at least one middle layer, wherein - The rear, the light source facing layer as a gray scale display - the middle layer as a color display, and - The front, a viewer facing position as a color display with respect to the middle layer larger gamut is trained. Mehrlagen-Display nach Anspruch 1, wobei die Größe der einzeln angesteuerten Pixel der mittleren Lage kleiner ist als die Größe der einzeln angesteuerten Pixel der vorderen Lage. A multi-layer display according to claim 1, wherein the size of the individually driven pixels of the middle layer is smaller than the size of the individually driven pixels of the front layer. Mehrlagen-Display nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Größe der einzeln angesteuerten Pixel der hinteren Lage größer ist als die Größe der einzeln angesteuerten Pixel der vorderen Lage. The multi-layer display according to claim 1 or 2, wherein the size of the individually driven pixels of the back layer is larger than the size of the individually driven pixels of the front layer. Verfahren zum Betreiben eines Mehrlagen-Displays nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die hintere Lage als Parallaxen-Barriere im Hinblick auf den Bildinhalt der vorderen Lage wirksam ist, und wobei durch die mittlere Lage eine Modulation des von einem Betrachter wahrnehmbaren Tiefeninhalts des Gesamtbildes vorgenommen wird. A method of operating a multi-layer display according to any one of claims 1 to 3, wherein the backsheet is effective as a parallax barrier with respect to the image content of the front layer, and wherein the central layer is a modulation of the perceivable by a viewer depth content of the overall image is made.
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