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TECHNISCHES GEBIET
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Verschiedene Beispiele betreffen eine Matrix aus mehreren Linsen, zum Beispiel um ein zusammengesetztes Bild aus mehreren Bildteilen zu erzeugen. Verschiedene Beispiele betreffen insbesondere das Vorsehen von einem oder mehreren winkelselektiven Filterelementen.
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HINTERGRUND
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Es sind Systeme bekannt, die eine Matrix aus mehreren Linsen (auch als Linsenarray bezeichnet) und einen zugeordneten Bildschirm, der versetzt zur Matrix der Linsen angeordnet ist, umfassen. Durch geeignete Ansteuerung von Bildpunkten des Bildschirms können durch die Abbildung mittels der mehreren Linsen zusammengesetzte Bilder erzeugt werden.
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Zum Beispiel sind entsprechende Systeme beschrieben in:
WO 2020/224719 A1 .
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Bei der Verwendung einer solchen Matrix aus mehreren Linsen kann es gemäß herkömmlichen Techniken zu einem Übersprechen von Licht zwischen den benachbarten Linsen kommen. Dies kann insbesondere bei vergleichsweise schrägen Betrachtungswinkeln - das heißt Betrachtungswinkel, die besonders verkippt zu den optischen Achsen der Linsen angeordnet sind - auftreten. Fehlabbildungen der Bilder, die auf dem Bildschirm erzeugt werden, können resultieren.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe ist es eine Vorrichtung aus mehreren Linsen bereitzustellen, die ein Übersprechen von Licht zwischen benachbarten Linsen reduziert.
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Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
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Eine Vorrichtung umfasst eine Matrix aus mehreren Linsen. Außerdem umfasst die Vorrichtung ein Filterelement. Dieses ist eingerichtet, um Licht entlang von Strahlengängen zu filtern. Dabei wird Licht entlang von solchen Strahlengängen gefiltert, welche einen Austrittswinkel aus der Matrix mit den optischen Achsen einschließen, der größer als ein Schwellenwert ist.
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Die Linsen können optische Achsen aufweisen, die einen Winkel miteinander einschlie-ßen, der kleiner als 45° ist, optional kleiner als 25°, optional kleiner als 5°. Insbesondere können die Linsen optische Achsen aufweisen, die parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Eine solche Matrix aus mehreren Linsen kann auch als Linsenarray bezeichnet werden.
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Das Filterelement kann, allgemein formuliert, vor oder hinter der Matrix aus mehreren Linsen angeordnet sein, oder auch in die Matrix integriert sein.
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Beispielsweise könnte das Filterelement optische Trennbereiche umfassen. Die optischen Trennbereiche können zwischen benachbarten Linsen der Matrix angeordnet sein eingerichtet sein, um ein Übersprechen von Licht zwischen den benachbarten Linsen zu reduzieren.
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Die optischen Trennbereiche können dabei Einkerbungen in einem Substratmaterial der Linsen auf Seitenflächen der Linsen umfassen.
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Diese Einkerbungen könnten in axialer oder azimutaler Richtung verlaufen.
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In den Einkerbungen kann ein absorbierendes Material angeordnet sein.
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Allgemein formuliert können die optischen Trennbereiche absorbierendes Material umfassen. Dieses kann dann zwischen den Linsen angeordnet sein, eine Beschichtung auf Seitenflächen der Linsen ausbilden und/oder in ein Substrat der Linsen eingebracht sein. Zum Beispiel könnte das absorbierende Material Stoff oder ein Metallgeflecht oder allgemein formuliert ein Fasermaterial umfassen.
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Die optischen Trennbereiche können die Linsen dabei in einer Ebene senkrecht zu den optischen Achsen umschließen.
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Es gibt auch andere Implementierungsmöglichkeiten für das Filterelement, die alternativ oder zusätzlich zu den optischen Trennbereichen verwendet werden können. Beispielsweise könnte das Filterelement ein optisches Gitter und/oder ein Polarisationsfilterelement umfassen. Diese könnten etwa auf einer Vorderseite und einer Rückseite der Matrix angebracht sein, etwa in Form einer Folie.
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Ein System umfasst eine Vorrichtung, wie obenstehend beschrieben. Außerdem umfasst das System einen Bildschirm, welcher versetzt zur Matrix der Linsen angeordnet ist. Außerdem umfasst das System eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet, um Bildpunkte des Bildschirms gruppenweise anzusteuern. Gruppen von Bildpunkten geben dann z.B. jeweils das Bild wieder. Unterschiedliche Bildbereiche werden jeweils durch die verschiedenen Linsen hin zum Betrachter entlang eines Betrachterwinkels abgebildet. Manchmal wäre es möglich, dass die Steuereinheit die Bildpunkte in Abhängigkeit von einem Betrachtungswinkel eines Betrachters ansteuert.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung umfasst das Herstellen einer Matrix aus mehreren Linsen. Außerdem wird ein Filterelement bereitgestellt, welches eingerichtet ist, um Licht entlang von Strahlengängen, die einen Austrittswinkel aus der Matrix mit den optischen Achsen einschließen, der größer als ein Schwellenwert ist, zu filtern.
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Die Linsen können optische Achsen aufweisen, die einen Winkel miteinander einschlie-ßen, der kleiner als 45° ist, optional kleiner als 25°, optional kleiner als 5°. Insbesondere können die Linsen optische Achsen aufweisen, die parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Es wäre denkbar, dass die mehreren Linsen separat gefertigt werden und dann zusammengesetzt werden. Es wäre auch denkbar, dass die Matrix aus mehreren Linsen in einem Schritt gefertigt wird, etwa mittels Spritzgusses oder mittels eines additiven Fertigungsverfahrens. 3-D Druck kann verwendet werden.
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Das Bereitstellen des Filterelements kann ein Auffüllen von Hohlräumen zwischen benachbarten Linsen der Matrix mit absorbierendem Material umfassen. Dadurch können optische Trennbereiche ausgebildet werden, die das Filterelement implementieren.
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Die Hohlräume können etwa durch Entfernung eines Opfermaterials ausgebildet werden, insbesondere im Zusammenhang mit der additiven Fertigung.
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Ein System umfasst eine Matrix aus mehreren Linsen, wobei die optischen Achsen der Linsen parallel zueinander ausgerichtet sind. Außerdem umfasst das System auch einen Bildschirm. Der Bildschirm ist mit einem Versatz zur Matrix der Linsen der Vorrichtung angeordnet und ist eingerichtet, um das Licht auszusenden. Ferner umfasst das System eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist eingerichtet, um jeweils Gruppen von Bildpunkten des Bildschirms anzusteuern, um jeweils eine Instanz eines Bilds wiederzugeben. Unterschiedliche Gruppen von Bildpunkten sind dabei unterschiedlichen Linsen der Matrix zugeordnet.
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Ein solches System kann, muss aber nicht, ein Filterelement wie obenstehend beschrieben umfasen.
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Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1 illustriert ein herkömmliches System, welches eine Linse und einen Bildschirm umfasst.
- 2 illustriert ein System gemäß verschiedenen Beispielen, welches eine Matrix mit mehreren Linsen und einen Bildschirm umfasst.
- 3 ist eine Seitenansicht einer herkömmlichen Matrix mit mehreren Linsen, hier Fresnellinsen.
- 4 ist eine Seitenansicht einer herkömmlichen Matrix mit mehreren Linsen, hier Bikonvexlinsen.
- 5 ist eine Seitenansicht einer Matrix mit mehreren Fresnellinsen und optischen Trennbereichen zwischen den Linsen, die ein winkelselektives Filterelement gemäß verschiedenen Beispielen implementieren.
- 6 ist eine Seitenansicht einer Matrix mit mehreren Bikonvexlinsen und optischen Trennbereichen zwischen den Linsen, die ein winkelselektives Filterelement gemäß verschiedenen Beispielen implementieren.
- 7 ist eine Aufsicht auf eine Matrix mit mehreren Linsen, wobei ein absorbierendes Material, welches zwischen benachbarten Linsen angeordnet ist, optische Trennbereiche implementiert, die die verschiedenen Linsen umgeben.
- 8 ist eine Aufsicht auf eine beispielhafte Linse, die Einkerbungen auf ihren Seitenflächen aufweist, um derart ein winkelselektives Filterelement implementierende optische Trennbereiche zu definieren.
- 9 ist eine Seitenansicht auf eine Matrix mit mehreren Linsen, auf die eine Folie mit einem optischen Gitter aufgebracht ist, um derart ein winkelselektives Filterelement zu implementieren.
- 10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
- 11 illustriert schematisch das Einbringen von absorbierendem Material in Hohlräume zwischen Linsen einer Matrix.
- 12 entspricht 11, wobei das absorbierende Material in 12 in den Hohlräumen angeordnet ist.
- 13 illustriert schematisch ein Bild, das von einem Betrachter wahrgenommen werden kann.
- 14. illustriert schematisch die Darstellung von Abbildern des Bilds aus 13 auf einem Bildschirm gemäß verschiedenen Beispielen.
- 15 illustriert schematisch Strahlengänge des Lichts vom Bildschirm der 14 durch eine Matrix von Linsen gemäß verschiedenen Beispielen.
- 16 illustriert schematisch ein System, das eine Matrix mit mehreren Linsen und einen Bildschirm umfasst.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
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Nachfolgend werden Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben, die eine Matrix aus mehreren Linsen aufweist, d.h. ein Linsenarray. Zum Beispiel kann eine 2-D Matrix verwendet werden. Das bedeutet, dass mehrere Linsen jeweils benachbart zueinander angeordnet sein können, versetzt in einer Ebene, die senkrecht zu den optischen Achsen der mehreren Linsen angeordnet ist (die optischen Achsen definieren die Orientierung einer Z-Achse). Die optischen Achsen der Linsen können jeweils parallel zueinander orientiert sein.
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Die Linsen können Sammellinsen sein. Als allgemeine Regel können sowohl diffraktive wie auch refraktive Linsen verwendet werden. Die Linsen können eine Abbildung ins Unendliche oder mit einer endlichen Brennweite bereitstellen. Die verschiedenen Linsen können integral ausgebildet sein, das heißt zum Beispiel aus einem einzigen Materialblock gefertigt sein oder per Spritzgussverfahren hergestellt sein. Die Linsen könnten z.B. eine Abbildung ins Unendliche bewirken. Jede der Linsen kann einen entsprechenden optischen Kanal definieren.
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Beispielsweise können die Linsen Licht, welches von einem Bildschirm entlang entsprechender Strahlengänge ausgesendet wird, abbilden. Der Bildschirm kann mehrere Bildpunkte aufweisen, wobei die Bildpunkte jeweils einer der Linsen zugeordnet sind. Das bedeutet, dass unterschiedliche Gruppen von Bildpunkten unterschiedlichen Linsen zugeordnet sind. Die verschiedenen Gruppen von Bildpunkten können jeweils das gesamte Bild abbilden, d.h. es wird eine entsprechende Bildinstanz wiedergeben.
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Mittels der Gruppen von Bildpunkten können unterschiedliche Bildbestandteile eines zusammengesetzten Bilds in Richtung des Betrachters werden. Das bedeutet, dass die unterschiedlichen Bildbestandteile des zusammengesetzten Bilds durch unterschiedliche Linsen der Matrix abgebildet werden. Das Bild wird also zusammengesetzt durch Licht, welches unterschiedliche Linsen der Matrix durchlaufen hat. Solche Techniken sind später im Zusammenhang mit 13 bis 15 näher beschrieben..
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Gemäß verschiedenen Beispielen wird eine Querkopplung zwischen unterschiedlichen optischen Kanälen, die durch unterschiedliche Linsen der Matrix definiert werden, vermieden oder reduziert. Derart können insbesondere Fehler bei der Erzeugung des zusammengesetzten Bilds vermieden werden. Z.B. können Doppelabbildungen oder allgemein Fehlabbildungen vermieden werden, die andernfalls unter besonders schrägen Betrachtungswinkeln auftreten.
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Um dies zu erreichen, kann ein Filterelement eingesetzt werden. Insbesondere kann das Filterelement zur Filterung von Licht im Winkelraum eingerichtet sein. Es kann also ein winkelselektives Filterelement verwendet werden. Dieses kann ein Übersprechen von Licht aus einer ersten Linse der Matrix in eine benachbarte, zweite Linse der Matrix reduzieren oder unterdrücken. Beispielsweise kann das Filterelement eingerichtet sein, um Licht entlang von Strahlengängen zu filtern, welche einen Austrittswinkel aus der Matrix (definiert in Bezug auf die optischen Achsen der Linsen) einschließt, der größer als ein Schwellenwert ist. Das bedeutet, das Licht, das entlang von Strahlengängen, die besonders verkippt zu den optischen Achsen angeordnet sind, gefiltert wird.
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Der Schwellenwert kann durch die Hardware-Implementierung des Filterelements vorgegeben sein. Der Schwellenwert könnte z.B. im Bereich von 20° bis 80° liegen.
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Der Austrittswinkel korreliert mit dem Betrachtungswinkel. Das bedeutet also, dass insbesondere Licht gefiltert wird, welches ansonsten einen Beobachter, der die Matrix unter einem besonders schrägen Betrachtungswinkel betrachtet, erreichen würde. Das ist hilfreich, weil beobachtet wurde, dass insbesondere unter solch steilen Betrachtungswinkeln Fehlabbildungen auftreten.
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Als allgemeine Regel kann die Filterung des Lichts-d.h. z.B. Absorption oder Reflektionan unterschiedlichen Punkten entlang der jeweiligen Strahlengänge erfolgen. Die Filterung könnte z.B. beim Austritt aus der Matrix erfolgen, dort wo der o.g. Austrittswinkel definiert ist. Die Filterung kann aber auch stromaufwärts entlang des Strahlengangs, d.h. in der Matrix oder bei Eintritt der Matrix oder sogar vor Eintritt der Matrix erfolgen. Wie und wo die Filterung stattfindet, hängt von der Implementierung des Filterelements ab.
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Dabei gibt es in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen unterschiedliche Möglichkeiten, das Filterelement zu implementieren. Einige Beispiele sind nachfolgend in TAB. 1 zusammengefasst.
| | Variante | Beispielhafte Details |
| I | Trennbereiche | Zum Beispiel wäre es möglich, dass das Filterelement durch optische Trennbereiche implementiert wird. Diese können zwischen benachbarten Linsen der Matrix angeordnet sein und eingerichtet sein, um das Übersprechen von Licht zwischen den benachbarten Linsen zu reduzieren. |
| Es wäre möglich, dass die Trennbereiche durch ein absorbierendes Material ausgebildet werden, welches zwischen den Linsen angeordnet ist. Das absorbierende Material könnte z.B. als Beschichtung von Seitenflächen der Linsen ausgebildet sein. Das absorbierende Material könnte auch in die Substrate der Linsen entlang deren Seitenflächen eingebracht (also „eindotiert“) sein. |
| Ein Beispiel für ein entsprechendes absorbierendes Material wäre zum Beispiel ein Fasermaterial, etwa Stoff oder Metallgeflechte. |
| Die optischen Trennbereiche können die Linsen ein einer Ebene senkrecht zu den optischen Achsen umschließen; derart kann das Übersprechen zwischen den benachbarten Linsen in einer entsprechenden 2-D Ebene (X-Y-Ebene) verhindert werden. |
| Zum Beispiel könnten die optischen Trennbereiche Einkerbungen im Substratmaterial der Linsen auf Seitenflächen der Linsen umfassen. Diese Einkerbungen könnten entlang der optischen Achsen der Linsen verlaufen. Zum Beispiel könnte in diesen Einkerbungen das absorbierende Material, etwa eine Absorptionsbeschichtung, angeordnet bzw. angebracht sein. |
| II | Optisches Gitter | Es könnte auch ein optisches Gitter vorgesehen sein. Das optische Gitter könnte zum Beispiel durch eine Modulation des Brechungsindex in einer Polymer-basierten Folie ausgebildet sein. Diese Folie könnte zum Beispiel auf eine Oberseite (d.h. dem Betrachter zugewendet) oder eine Unterseite der Matrix aus den Linsen aufgeklebt werden. Das optische Gitter kann das Filterelement durch diffraktive Beeinflussung des Lichts ausbilden, insbesondere bei schmalbandigem Emissionsspektrum des Bildschirms. |
| III | Polfilter-Folie | In einer weiteren Variante wäre es denkbar, dass das Licht vom Bildschirm polarisiert ausgesendet wird. Eine solche Polarisation des Lichts kann dann mittels des Filterelements gefiltert werden. |
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TAB. 1: verschiedene Varianten zur Implementierung eines winkelselektiven Filterelements gemäß den hierin beschriebenen Techniken. Unterschiedliche Varianten können auch miteinander kombiniert werden. Beispielsweise wäre es möglich, sowohl die Trennbereiche gemäß Beispiel I vorzusehen wie auch das optische Gitter gemäß Beispiel II.
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1 illustriert ein herkömmliches System, mit einem Bildschirm 201 und einer Linse 31. Licht 211 welches von Bildpunkten des Bildschirms 201 ausgesendet wird, wird durch die Linse 31 ins Unendliche abgebildet.
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Manchmal soll ein entsprechendes Bild, welches auf dem Bildschirm angezeigt wird und durch die Linse 31 abgebildet wird, so erzeugt werden, dass es für beide Augen eines Betrachters und ggf. auch für mehrere Blickwinkel - wenn der Betrachter seinen Kopf bewegt - sichtbar ist. Anders formuliert soll das Bild in einem ausgedehnten Bereich (manchmal als „Eyebox“ bezeichnet) sichtbar sein. Dann ist es typischerweise erforderlich, dass die Linse 31 besonders groß ist, das heißt insbesondere eine laterale Ausdehnung aufweist, die gleich oder größer als die laterale Ausdehnung des Bildschirms 201 ist. Das Verwenden einer solche großen Linse ist oftmals nicht praktikabel. Deshalb kann anstatt einer einzelnen, großen Linse 31, eine Matrix mit mehreren Linsen verwendet werden. Diese sind leicht zu fertigen und besonders robust. Außerdem kann ein entsprechendes Abbildungssystem besonders klein und platzsparend sein. Eine solche Matrix ist in 2 näher illustriert.
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2 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einer Matrix 300, die mehrere Linsen 301 - 306 umfasst (in 2 ist ein 2-D Schnitt durch die Matrix 300 gezeigt; die Matrix 300 kann aber mehrere Linsen 301-306 in einer 2-D Ebene, hier als X-Y-Ebene bezeichnet, aufweisen; vgl. 7).
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Die optischen Achsen 330 der Linsen 301-306 sind alle parallel. Die Linsen 301-306 sind direkt aneinander angebracht bzw. gehen ineinander über. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Linsen 301-306 integral geformt sind, beispielsweise aus einem Materialblock gearbeitet oder mittels Spritzgussverfahren hergestellt.
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2 illustriert auch Aspekte im Zusammenhang mit einem System 90, das die Matrix 300 und einen Bildschirm 201 umfasst. Das System ermöglicht die Erzeugung eines zusammengesetzten Bilds 290 für einen Betrachter. Eine Steuereinheit (in 2 nicht dargestellt) - z.B. ein Prozessor mit Software - kann vorgesehen sein. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, um die Bildpunkte des Bildschirms 201 anzusteuern.
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Jede dieser Linsen 301-306 weist eine laterale Ausdehnung senkrecht zur jeweiligen optischen Achse 330 auf, die wesentlich kleiner ist, als die laterale Ausdehnung des Bildschirms 201.
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In 2 ist dargestellt, dass unterschiedliche Gruppen 209 von Bildpunkten des Bildschirms 201 dazu verwendet werden können, um jeweils Bildteile des zusammengesetzten Bilds darzustellen. Entsprechendes Licht 211-216 der Gruppen 209 von Bildpunkten wird durch die verschiedenen Linsen 301-306 der Matrix 300 abgebildet. Dadurch wird das zusammengesetzte Bild 290 für einen Betrachter erzeugt. Die Auswahl der Gruppen 209 ist typischerweise abhängig von einem Betrachtungswinkel. Entsprechend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, um die Bildpunkte in Abhängigkeit von einer Positionierung des Beobachters in Bezug auf die Matrix 300 und den Bildschirm 201 anzusteuern. So werden z.B. bei einer schrägen Betrachtung des Bildschirms 201 (in 2 nicht dargestellt) andere Gruppen 209 von Bildpunkten des Bildschirms 201 zur Erzeugung der Bildteile verwendet, als bei der geraden Betrachtung, wie in 2 dargestellt. Dadurch können unterschiedliche Bilder für unterschiedliche Betrachter erzeugt werden. Außerdem wäre es möglich, stereoskopische Bilder für einen einzelnen Betrachter zu erzeugen.
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Manchmal kann es zu Übersprechen von Licht zwischen benachbarten Linsen der Matrix 300 kommen. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn der Betrachtungswinkel besonders verkippt gegenüber den optischen Achsen 330 der Linsen 301-306 ist. Aspekte im Zusammenhang mit dem Übersprechen sind im Zusammenhang mit 3 und 4 dargestellt.
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3 und 4 illustrieren Aspekte im Zusammenhang mit dem Übersprechen von Licht zwischen benachbarten Linsen. 3 und 4 illustrieren eine Matrix 300, bei der keine Unterdrückung des Übersprechens durch ein entsprechendes Filterelement vorgesehen ist. Insoweit beschreiben 3 und 4 den Stand der Technik.
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In 3 ist dargestellt, wie Licht entlang eines Strahlengangs 501, der einen vergleichsweise großen Austrittswinkel 511 (d.h. hin zum Betrachter, hin zu größeren Z-Positionen entlang der Z-Achse; der Austrittswinkel 511 ist in Bezug auf eine Oberseite der Matrix 300 definiert) mit den optischen Achsen 330 einschließt, von der Linse 301 auf die Linse 302 übersprechen kann (gestrichelte Linie). Im Beispiel der 3 sind die Linsen 301-303 der Matrix 300 mit diffraktiven Strukturen versehen. Im Beispiel der 4 findet auch ein Übersprechen von der Linse 301 auf die Linse 302 statt; dort sind die Linsen 301-306 der Matrix 300 rein refraktiv ausgebildet.
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Bei Verwendung einer Matrix 300, bei der es zu solchem Übersprechen von Licht zwischen benachbarten Linsen kommt, können Doppelbilder entstehen, benachbart zum eigentlichen Bild. Fehlabbildungen können resultieren. Nachfolgend werden Techniken beschrieben, die ein solches Übersprechen verhindern oder zumindest reduzieren.
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5 illustriert schematisch Aspekte in Bezug auf die Matrix 300 mit mehreren Linsen 301-303. Die Implementierung der 5 entspricht grundsätzlich der Implementierung der 3, wobei aber optische Trennbereiche 380 zwischen benachbarten Linsen der Matrix 300 angeordnet sind, vergleiche TAB. 1: Beispiel I. Diese Trennbereiche 380 sind eingerichtet, um das Übersprechen von Licht zwischen den benachbarten Linsen zu reduzieren.
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Eine entsprechende Implementierung mit optischen Trennbereiche 380 ist auch im Zusammenhang mit 6 dargestellt. 6 entspricht grundsätzlich dem Beispiel der 4; in 6 sind die Linsen 301-306 refraktiv ausgebildet.
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In 5 und 6 ist illustriert, dass die Strahlengänge 501 - die in den Beispielen der 3 und 4 zwischen den Linsen 301, 302 übersprechen und stark verkippt gegenüber den optischen Achsen 330 sind, d.h. große Austrittswinkel aufweisen - durch die optischen Trennbereiche 380 unterbrochen sind. Das entspricht dem Filtern des entlang dieser Strahlengänge 501 propagierenden Lichts.
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Als allgemeine Regel können die Trennbereiche 380 aus einem absorbierenden Material 381 ausgebildet sein. Beispielsweise könnte das absorbierende Material auf und zwischen den Seitenflächen 370 der Linsen angeordnet sein, etwa als Beschichtung oder auch als Volumenmaterial. Das ist in 7 dargestellt.
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7 ist eine schematische Aufsicht auf die Linsen 301-302, 308-309 der Matrix 300. Dort ist ersichtlich, dass die Trennbereiche 380 die Linsen der Matrix 300 in der X-Y Ebene, das heißt senkrecht zu den optischen Achsen 330, umschließen. Dadurch kann Übersprechen von Licht in allen Richtungen reduziert werden. Das entsprechende absorbierende Material 381 (schwarz dargestellt) - z.B. ein Faser- bzw. Flecht-Material - ist entlang der Seitenflächen 340 der Linsen 301-302, 308-309 angeordnet.
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8 ist eine schematische Aufsicht auf die Linse 301 (wobei die anderen Linsen der Matrix 300 entsprechend ausgebildet sein können). Dort sind Einkerbungen 382 parallel zur optischen Achse 330 (senkrecht zur Zeichenebene der 8 orientiert) vorgesehen und ein absorbierendes Material 381 ist auf den entsprechenden Seitenflächen 340 der Linse 301 in und um die Einkerbungen 382 herum vorgesehen. Die Einkerbungen 382 könnten z.B. gefräst werden. Durch die Einkerbungen 382 kann das absorbierende Material 381 besonders gut fixiert werden.
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8 zeigt lediglich eine beispielhafte Implementierung der Einkerbungen 382. Es wären auch andere Implementierungen denkbar. Beispielsweise werden einzelne halbkreisförmige Einkerbungen denkbar, die linienartig eine Einzellinse umschließen.
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9 illustriert Aspekte in Bezug auf eine weitere Implementierung des Filterelements, als optisches Gitter 390. Sh. TAB. 1: Beispiel II. 9 ist eine Seitenansicht der Matrix 300. Im Beispiel der 9 wird eine Folie 391 auf eine Unterseite 345 der Linsen 301-306 bzw. der Matrix 300 geklebt. Diese Folie 391 weist das Gitter 390 auf. Dadurch können schräge Einfallswinkel von Licht reflektiert werden, was wiederum bewirkt, dass auch solche Strahlengänge 501, die einen großen Austrittswinkel 511 mit den optischen Achsen 300 einschließen, unterdrückt werden. Allgemein könnte das Gitter 390 auch alternativ oder zusätzlich auf der Oberseite 346 der Linsen 301-306 angeordnet sein.
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Anstatt eine Folie, die Licht diffraktiv beeinflusst, wie in 9 dargestellt, zu verwenden, wäre es alternativ oder zusätzlich auch möglich, eine Folie zu verwenden, die Licht hinsichtlich der Polarisation filtert, vergleiche TAB. 1: Beispiel III. Eine solche Folie zum Filtern der Polarisation könnte aber entsprechend der Folie 391, wie sie obenstehend im Zusammenhang mit 9 diskutiert wird, angebracht sein. 10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Herstellungsverfahrens.
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Zunächst wird in Schritt 3005 eine Matrix aus Linsen, beispielsweise eine der Matrizen 300, wie sie voranstehend diskutiert wurden, hergestellt. Dies kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen. Beispielsweise könnte ein Kunststoffmaterial in einem Spritzgussverfahren in eine entsprechende Form eingebracht werden. Die Linsen der Matrix können in einem einzigen Prozessschritt parallel hergestellt werden; es wäre aber auch denkbar, dass die Linsen einzeln hergestellt werden - etwa mittels mikrooptischer Verfahren oder 3-D-Druck - und dann zusammengefügt werden.
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In Schritt 3010 wird ein Filterelement - etwa in Form der optischen Trennbereiche 380 und/oder in Form des optischen Gitters 390 - bereitgestellt. Das Filterelement filtert Licht im Winkelraum. Beispielsweise kann Licht absorbiert oder reflektiert werden, welches ansonsten die Matrix unter besonders schrägen Strahlengängen verlassen würde.
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D.h. es wird Licht gefiltert, das entlang von Strahlengängen propagiert, die große Austrittswinkel - etwa größer als ein Schwellenwert - mit den optischen Achsen einschlie-ßen.
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Ist das Filterelement zum Beispiel durch eine klebende Folie implementiert, die ein optisches Gitter implementiert, so kann Schritt 3010 das Aufkleben dieser Folie auf eine Vorderseite und/oder auf eine Rückseite der Linsen in der Matrix umfassen.
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Ein weiteres Beispiel für die Implementierung von Schritt 3010 betrifft das Einbringen von absorbierendem Material in Hohlräume zwischen den benachbarten Linsen der Matrix. Ein entsprechendes Szenario ist in 11 illustriert.
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11 ist eine Seitenansicht der Matrix 300 mit den Linsen 301-306.
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Im dargestellten Beispiel ist die Matrix 300 mit den Linsen 301-306 in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Das bedeutet, dass die Linsen 301-306 alle über Stege 361 miteinander verbunden sind. Zwischen den Linsen 301-306 sind Hohlräume 362 ausgebildet. Dazu kann die Spritgussform entsprechend ausgebildet sein.
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Mittels einer geeigneten Maske 363 kann dann absorbierendes Material 381 selektiv in die Hohlräume 362 eingebracht werden. Das Ergebnis ist in 12 dargestellt, wo die Trennbereiche 380 durch das absorbierende Material 381 ausgebildet sind.
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In einem Beispiel wäre es denkbar, dass die Matrix 300 in einem additiven Fertigungsverfahren / 3-D Druck, zum Beispiel Lasersintern, hergestellt wird. Dann wäre es denkbar, dass Bereiche, die den Hohlräumen 362 entsprechen, mit einem Opfermaterial gefertigt werden. Dieses kann anschließend entfernt werden, zum Beispiel mittels eines geeigneten chemischen Prozesses. Dadurch können die Hohlräume 362 definiert werden. In diese Hohlräume 362 kann dann, wie obenstehend beschrieben, ein absorbierendes Material 381 eingefügt werden.
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In anderen Beispielen wäre es denkbar, dass das absorbierende Material 381 direkt im Rahmen des additiven Fertigungsverfahrens, welches auch die Matrix 300 mit den Linsen ausbildet, zwischen oder angrenzend an die Linsen platziert wird. Dann ist es nicht notwendig, zunächst die Hohlräume 362 zu definieren.
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13 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit der Wiedergabe eines Bilds für einen Benutzer. In 13 ist ein Bild 700 dargestellt, das vom Benutzer bei Betrachtung des Bildschirms 201 durch die Matrix 300 wahrgenommen wird. Das Bild umfasst mehrere Bildbestandteile (durch die geometrischen Grundformen indiziert).
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Als nächstes wird beschrieben, wie die Darstellung auf dem Bildschirm 201 eingerichtet ist, um die Wahrnehmung des Bilds 700 durch den Benutzer wie in 13 dargestellt zu ermöglichen. Entsprechende Aspekte sind im Zusammenhang mit 14 dargestellt.
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14 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit der Wiedergabe eines Bilds für einen Benutzer. In 14 ist dargestellt, wie Bildinstanzen 701-716 des Bilds 700 (vergleiche 13) in einer 2-D Matrix auf dem Bildschirm 201 dargestellt werden. Im gezeigten Beispiel werden 4x4 Gruppen 209 von Bildpunkten gebildet (das ist aber nur ein Beispiel, im Allgemeinen können NxM Gruppen von Bildpunkten gebildet werden, je nach Matrixgröße der Matrix 300), und jede der Gruppen 209 erzeugt eine entsprechende Bildinstanz 701-716 des Bilds 700. Die Bildinstanzen 701-706 sind Kopien voneinander.
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Die 2-D Matrix der Gruppen 209 von Bildpunkten korreliert mit einer entsprechenden Matrix 300 aus Linsen. Das bedeutet, dass für jede der Gruppen 209 auch eine entsprechende Linse der Matrix 300 vorgesehen ist. Jede der Linsen bildet - basierend auf der jeweils entsprechenden Bildinstanz 701-716 - einen unterschiedlichen Bildbestandteil des Bilds 700 in Richtung des Betrachters ab. Das Bild 700, das vom Benutzer wahrgenommen wird, wird also durch Licht zusammengesetzt, dass unterschiedliche Linsen 301-306 der Matrix 300 durchlaufen hat. Das ist in 15 dargestellt.
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15 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit der Wiedergabe eines Bilds für einen Benutzer. In 15 ist der Strahlverlauf von Licht durch die Matrix 300 dargestellt, für unterschiedliche Bildbestandteile 751-752 des Bilds 700. Die verschiedenen Bildbestandteile entsprechend unterschiedlichen Bildpunkten des Bildschirms 201. Beispielsweise ist in 15 dargestellt, dass jeweils unterschiedliche Bildbestandteile 751-752 des Bilds 700 von unterschiedlichen Linsen 304, 305 (aus Gründen der Einfachheit sind nur die Hauptebenen dargestellt) in Richtung des Betrachters 790 abgebildet werden; dabei sind die Linsen 304, 305 auch unterschiedlichen Bildinstanzen 705-706 (vgl. 14) zugeordnet. In 15 erfolgt eine Abbildung ins Unendliche. 16 illustriert Aspekte in Bezug auf das System 90. In 16 ist illustriert, dass die Matrix 300 mit einem Versatz 395 in Bezug auf den Bildschirm 200 angeordnet ist.
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16 entspricht grundsätzlich der Implementierung der 6. Im Beispiel der 16 erstrecken sich die optischen Trennbereiche 380 aber von der Matrix 300 hin zum Bildschirm 201. Im dargestellten Beispiel erstrecken sich die optischen Trennbereiche 380, die durch das absorbierendem Material 381 ausgebildet werden, sogar ganz bis hin zum Bildschirm 201, das heißt, entlang des gesamten Versatzes 395. Grundsätzlich ist es möglich, dass sich die Trennbereiche 380 auch nur entlang einer Teilstrecke entlang des Versatzes 395 hin zum Bildschirm 201 erstrecken.
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Dabei kann die in 16 gezeigte Variante mit verschiedenen Implementierungen der Matrix 300 kombiniert werden, z.B. auch mit der Implementierung gemäß 5.
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Durch eine solche Implementierung, bei der sich die Trennbereiche 380 von der Matrix 300 hin zum Bildschirm 201 erstrecken, kann eine besonders gute optische Filterung von Übersprechen von Licht zwischen den verschiedenen Linsen 301-306 erreicht werden. Doppelbilder oder andere Bildartefakte werden vermieden.
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Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
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Beispielsweise wurden voranstehend Szenarien beschrieben, bei denen die Linsen der Matrix optische Achsen aufweisen, die allesamt parallel zueinander sind. In anderen Beispielen wäre es aber auch denkbar, dass die optischen Achsen der Linsen der Matrix einen Winkel miteinander einschließen. Beispielsweise könnte die Matrix eine gekrümmte Oberseite oder Unterseite aufweisen. Auch in solchen Szenarien kann ein winkelselektives Filterelement, wie obenstehend beschrieben, dazu verwendet werden, um jeweils lokal Licht zu filtern, welches entlang eines entsprechenden Strahlengangs propagiert, der mit einer entsprechenden optischen Achse einen Winkel einschließt, der größer als ein Schwellenwert ist.
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Ferner wurden voranstehend Anwendungsszenarien für die Matrix mit mehreren Linsen beschrieben, bei denen ein zusammengesetztes Bild erzeugt wird, nämlich durch die mehrfache Abbildung des Bilds, jeweils durch Gruppen von Bildpunkten eines Bildschirms. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen mit der Matrix mit mehreren Linsen und dem Filterelement können aber auch in anderen Anwendungsszenarien eingesetzt werden.
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Weiter wurden voranstehend Techniken beschrieben, (i) bei denen ein Filterelement verwendet wird, um das Übersprechen von Licht zwischen benachbarten Linsen der Matrix von Linsen zu vermeiden, im Zusammenhang mit (ii) einem Anwendungsszenario, bei dem eine Steuereinheit jeweils Gruppen von Bildpunkten eines Bildschirms ansteuert, um jeweils eine Instanz eines darzustellenden Bilds wiederzugeben. Grundsätzlich können diese Aspekte (i) und (ii) auch getrennt voneinander verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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