DE202006005972U1

DE202006005972U1 - Anordnung zur wahlweise dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung von Bildern

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Publication number: DE202006005972U1
Application number: DE202006005972U
Authority: DE
Original assignee: NEWSIGHT GmbH
Current assignee: NEWSIGHT GmbH
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2016-04-11

Abstract

Anordnung zur dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung von Bildern, umfassend
– eine Bildwiedergabeeinrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen, die in vorgegebener Zuordnung Informationen aus einer oder mehreren Ansichten einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes repräsentieren,
– ein in Blickrichtung eines Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnetes Filterarray, das eine Vielzahl von in bestimmten Wellenlängenbereichen durchlässigen Wellenlängenfilterelementen umfaßt,
– eine in Blickrichtung des Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung und vor dem Filterarray angeordnete Streuschicht, die wahlweise zwischen einem transparenten Zustand und einem streuenden Zustand umschaltbar ist, und die auf mindestens einer Seite mindestens teilverspiegelt ist,
– wobei die Filterelemente derart angeordnet sind, daß
– im transparenten Zustand der ersten Streuschicht für das von der Bildwiedergabeeinrichtung abgestrahlte Licht definierte Ausbreitungsrichtungen vorgegeben sind, so daß an einer Vielzahl von ersten Beobachtungsorten überwiegend oder ausschließlich Informationen einer ersten Gruppe von Ansichten und an einer Vielzahl von zweiten Beobachtungsorten überwiegend oder ausschließlich Informationen einer...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur wahlweise dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung von Bildern.
Im Zuge der Forschung auf dem Gebiet der autostereoskopischen Darstellung wurden eine Vielzahl von Verfahren und Anordnungen entwickelt, die einem oder mehreren Betrachtern hilfsmittelfrei räumliche Eindrücke vermitteln. Diese Anordnungen erlauben jedoch oftmals nur eine eingeschränkte Wiedergabe gewöhnlichen Textes bzw. zweidimensionaler Graphiken, wie es z.B. bei der US 5,457,574 und der US 5,606,455 der Fall ist. Für den Anwender ist es hingegen von großem Vorteil, wenn er wahlweise zwischen einer brillenlosen 3D-Darstellung und einer hochauflösenden, möglichst unbeeinträchtigten 2D-Darstellung auf ein- und demselben Gerät umschalten kann.
Zur optischen Wiedergabe der Perspektivansichten eines Gegenstandes in autostereoskopischer Dar stellung werden unter anderem elektronisch ansteuerbare Farb-LCD-Panels verwendet, die bei Ansteuerung in der herkömmlichen Art und Weise auch zur zweidimensionalen Bildwiedergabe geeignet sind. In vielen Anwendungsfällen besteht ein großes Interesse daran, eine Umschaltung von der räumlichen autostereoskopischen Darstellung (die im folgenden aufgrund des starken Raumeindruckes auch als dreidimensionale Darstellung bezeichnet wird) in eine zweidimensionale Darstellung vornehmen zu können. Dies ist insbesondere für die Lesbarkeit von Texten relevant, da die Bildqualität in der zweidimensionalen Betriebsart aufgrund höherer Bildauflösung besser ist.
Hinsichtlich einer derartigen Umschaltung von 2D zu 3D und umgekehrt sind eine Reihe von Anordnungen bekannt. So beschreibt die WO 01/56265 ein Verfahren zur räumlichen Darstellung, bei dem mindestens ein Wellenlängenfilterarray für eine räumlich wahrnehmbare Darstellung sorgt. In einer besonderen Ausgestaltung dieser Erfindung wirkt ein LCD-Panel als Wellenlängenfilterarray mit variablem Transmissionsgrad. Damit wird eine Umschaltung zwischen 2D- und 3D-Darstellung erzielt. Nachteilig ist hierbei allerdings, daß das Licht durch zwei LCD-Panels, d.h. durch eine Vielzahl von Komponenten, wie z.B. Polarisationsfiltern, Flüssigkristallschichten und weiteren Bauelementen wie Trägersubstrate hindurchdringen muß, so daß die Helligkeit sowohl in der 2D- als auch in der 3D-Darstellung vermindert wird.
In der US 6,157,424 wird ein 2D/3D-Display beschrieben, bei welchem zwei LCD-Panels hintereinandergeschaltet sind und eines davon als zuschaltbare Barriere dient.
Die WO 02/35277 beschreibt ein 3D-Display mit einem Substrat, welches Streifen erster optischer Eigenschaften und dazwischenliegende Streifen zweiter optischer Eigenschaften sowie einen Polarisator enthält. Damit wird unter anderem die 2D/3D-Umschaltung durch Polarisationsdrehung oder Hinzufügen bzw. Weglassen eines Polarisators erreicht.
Ebenfalls ein 2D/3D-umschaltbares Display ist aus der US 6,337,721 bekannt. Dabei sind mehrere Lichtquellen, ein Lentikular und mindestens eine funktionswesentliche schaltbare Streuscheibe vorgesehen. Diese Komponenten gewährleisten verschiedene Beleuchtungsmodi zur Erzielung jeweils einer 2D- oder 3D-Darstellung.
Aus der US 5,897,184 ist ein autostereoskopisches Display mit einem in seiner Dicke reduzierten Beleuchtungsbauteil für transportable Computersysteme bekannt, das die zonenweise Umschaltung von 3D auf 2D und umgekehrt erlaubt. Nachteilig ist hierbei, daß es sich um ein zweikanaliges 3D-Display für nur einen Betrachter handelt, der sich zudem noch in einer festen Betrachtungsposition befinden muß. Ferner ist die Bildhelligkeit im 3D-Modus geringer als die vergleichbarer Zweikanal-3D-Displays. Dies bezieht sich auf solche 3D-Displays, die genau ein linkes und genau ein rechtes Bild darstellen. Außerdem sind bei nicht korrekt in der Tiefe vor dem 3D-Display gewählten Betrachtungspositionen starke und störende Moiré-Effekte wahrzunehmen. Im 2D-Modus wird unter anderem das für den 3D-Modus verfügbare Licht mit dem Ziel gestreut, durch eine Homogenisierung der Beleuchtung die 3D-Bildtrennung aufzuheben. Damit wird im 2D-Modus bei den Anordnungen mit schaltbarer Streuscheibe die Bildhelligkeit reduziert, da der streuende Zustand solcher Streuscheiben einen Transmissionsgrad kleiner als 1 (beispielsweise ca. 50%) aufweist. Das Gerät ist im übrigen nur mit einem hohen fertigungstechnischen Aufwand herzustellen. Nachteilig ist weiterhin, daß durch das Einfügen einer schaltbaren Streuscheibe der Abstand zwischen Beleuchtungsbauteil und Bildwiedergabepanel vergrößert wird, was insbesondere bei 3D-Displays mit kleinen Pixeln und/oder hoher Auflösung normale Betrachtungsabstände verhindert.
Die US 5,134,345 beschreibt ein Beleuchtungssystem für hochauflösende und 3D-Displays, welches zunächst zeitsequentiell (stroboskopisch) bestimmte Beleuchtungsmuster erzeugt. Eine weitere Ausgestaltung sieht zur Erzielung eines 2D/3D-Displays eine zwischen transparentem und streuendem Modus umschaltbare Streuscheibe vor, welche für den 2D-Modus streuend geschaltet wird.
Ferner beschreibt die US 5,500,765 , wie sich die Wirkung eines Lentikulars aufheben läßt, wenn eine komplementäre Linsenanordnung darüber geklappt wird. Dadurch wird die 3D-Darstellung quasi abgeschaltet. Dieser Ansatz funktioniert nur mit Lentikularsystemen und erfordert die Herstellung einer exakt komplementären Linsenanordnung. Weitere Nachteile sind die Staubempfindlichkeit und erhöhte Reflexionsverluste.
In der DE 100 53 868 C2 wird eine Anordnung zur wahlweise 2D- oder 3D-Darstellung mit zwei Lichtquellen beschrieben, wobei für die 2D-Darstellung die 3D-Beleuchtung stets ausgeschaltet bzw. das von ihr abgestrahlte Licht abgeblockt wird. Nachteilig ist hierbei, daß das 2D-Beleuchtungslicht bzgl. der Leuchtdichte nicht ausreichend homogen gestaltet werden kann. Ferner ist beim Einsatz eines handelsüblichen Lichtleiters als 2D-Beleuchtung in der Regel dessen makroskopische Struktur für den bzw. die Betrachter sichtbar und erzeugt ein störendes Muster. Eine visuell nicht sichtbare mikroskopische Strukturierung ist jedoch aufwendig und teuer in der Herstellung.
Der JP 10268805 liegt die Aufgabe zugrunde, ein helles 2D-Bild sowie eine gleiche Helligkeit bei 2D- und 3D-Darstellung zu erzielen. Dies wird durch die Verwendung eines Linsenrasters als Beleuchtungsbarriere angestrebt, die sich hinter einem Bildgeber befindet. Ferner wird dort eine schwach streuende Scheibe zum temporären Aufheben der Linsenwirkung beweglich angeordnet.
Nachteilig ist hierbei, daß inhärent eine Lichtquelle für parallel gerichtetes Licht notwendig ist, so daß im strengen Sinne kein 3D-Betrachtungsraum, sondern lediglich eine einzige feste 3D-Betrachtungsposition existieren kann. Ferner ist für parallele Lichtabstrahlung ein komplizierter Lichtleiter im dort verwendeten „side light mode" notwendig. Bei einer zusätzlichen „Parallelisierungs-Struktur" auf der der Auskoppelseite des Lichtleiters gegenüberliegenden, d.h. der betrachterseitigen Fläche des Lichtleiters wäre ebenfalls ein kompliziertes und teures „side light" erforderlich. Wegen des optischen Linsenrasterverfahrens würden beispielsweise die Fokusse bei schräger Parallelbeleuchtung nicht in einer Ebene des Diffusors liegen. Bei 3D-Darstellung würden dadurch insbesondere bei Schrägsicht unterschiedliche Unschärfen entstehen.
Nach US 2003/0011884 A1 ist eine 3D/2D-Umschaltung mit „diffusing means" vorgesehen. Das 3D/2D-Display enthält gegenüber einem reinen 3D-Display zusätzliche „converting means", diese „converting means" bestehen in „the second condition", womit hier der 2D-Modus gemeint ist, aus „diffusing means", die auf verschiedene Art und Weise eine 2D-Darstellung erwirken sollen.
Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß die Auflösung im 2D-Modus sehr schlecht ist und eine volle Auflösung („full resolution") im 2D-Modus nicht erreicht wird. Daher bleibt beispielsweise im 2D-Modus dargestellter Text unleserlich. Bei den Anordnungen nach 9 und 10 in der US 2003/0011884 A1 mit schaltbarer Streuschicht 94 im Inneren des Linsenrasters 15 kann der optische Abstand zwischen Streuschicht und Subpixeln zwar kleiner sein, ist aber dennoch verhältnismäßig groß. Ein solches Linsenraster ist zudem in der Herstellung aufwendig sowie teuer und hat wegen der zusätzlichen schaltbaren Streueigenschaften weitere Nachteile. Die Umgebungslichttauglichkeit konventioneller 2D-Displays wird ebenfalls nicht erreicht.
Auch in der WO 99/44091 wird zur Bildtrennung bevorzugt ein Linsenraster genutzt. Dabei soll das bildtrennende Linsenraster als „lichtstreuendes" Bauteil dienen, indem es dem Bildgeber angenähert wird. Das Linsenraster selbst ist weder an seiner konvexen oder planen Oberfläche noch in seinem Inneren lichtstreuend ausgebildet. Die Streuwirkung soll im Linsenraster selbst entstehen. Damit aber hat die Streuschicht vom Bildgeber einen endlichen Abstand und vom Bildtrenner quasi den Abstand 0 mm. Folglich muß die Streuschicht das 2D-Bild auf dem Bildgeber verschlechtern und kann die bildtrennende Wirkung des Linsenrasters nicht aufheben. Daher bleibt auch bei diesen Anordnungen im 2D-Modus dargestellter Text unleserlich, ferner wird die Umgebungslichttauglichkeit konventioneller 2D-Displays nicht erreicht.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln zu verwirklichen ist und ein möglichst helles Bild darbietet. Der 3D-Modus soll mehreren Betrachtern gleichzeitig ein ohne Hilfsmittel räumlich wahrnehmbares Bild darbieten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Anordnung zur dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung von Bildern, umfassend

– eine Bildwiedergabeeinrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen, die in vorgegebener Zuordnung Informationen aus einer oder mehreren Ansichten einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes repräsentieren,
– ein in Blickrichtung eines Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnetes Filterarray, das eine Vielzahl von in bestimmten Wellenlängenbereichen durchlässigen Wellenlängenfilterelementen umfaßt,
– eine in Blickrichtung des Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung und vor dem Filterarray angeordnete Streuschicht, die wahlweise zwischen einem transparenten Zustand und einem streuenden Zustand umschaltbar ist, und die auf mindestens einer Seite mindestens teilverspiegelt ist,
– wobei die Filterelemente derart angeordnet sind, daß
– im transparenten Zustand der ersten Streuschicht für das von der Bildwiedergabeeinrichtung abgestrahlte Licht definierte Ausbreitungsrichtungen vorgegeben sind, so daß an einer Vielzahl von ersten Beobachtungsorten überwiegend oder ausschließlich Informationen einer ersten Gruppe von Ansichten und an einer Vielzahl von zweiten Beobachtungsorten überwiegend oder ausschließlich Informationen einer zweiten Gruppe von Ansichten wahrnehmbar sind, und
– im streuenden Zustand der ersten Streuschicht die Strukturierung des durch das Filterarray hindurchtretenden Lichtes gegenüber dem ersten Zustand vermindert wird.

Die erste und die zweite Gruppe von Ansichten umfassen jeweils eine oder mehrere Ansichten.
Weiterhin repräsentiert die Bildwiedergabeeinrichtung in vorgegebener Zuordnung Informationen aus mehreren Ansichten einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes, falls die erste Streuschicht im transparenten Zustand ist. Falls die erste Streuschicht im streuenden Zustand ist, repräsentiert die Bildwiedergabeeinrichtung Informationen aus einer Ansicht einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes.
Das Filterarray ist als passiver Filter ausgebildet, die einzelnen Filterelemente des Filterarrays weisen jeweils einen beliebigen, bevorzugt einen rechteckigen Umriß auf.
Bevorzugt weist das Filterarray ausschließlich solche Filterelemente auf, die im gesamten Spektrum des sichtbaren Lichtes entweder opak oder transparent sind.
Fernerhin kann die Streuschicht als PDLC-Film ausgebildet sein.
Als Bildwiedergabeeinrichtung kommt ein LC-Display-Panel, bevorzugt ein Farb-LC-Display-Panel, in Frage.
In Blickrichtung eines Betrachters ist hinter dem Filterarray eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet, welche flächig verteiltes Licht abstrahlt, wobei die Helligkeit der Beleuchtungseinrichtung bevorzugt veränderbar ist.
Schließlich kann das Filterarray und/oder dessen gegebenenfalls vorhandenes Trägersubstrat rückreflektierend ausgebildet werden.
Die Erfindung bietet den Vorteil einer erhöhten Helligkeit gegenüber herkömmlichen Anordnungen der eingangs genannten Art.

Claims

Anordnung zur dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung von Bildern, umfassend – eine Bildwiedergabeeinrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen, die in vorgegebener Zuordnung Informationen aus einer oder mehreren Ansichten einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes repräsentieren, – ein in Blickrichtung eines Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnetes Filterarray, das eine Vielzahl von in bestimmten Wellenlängenbereichen durchlässigen Wellenlängenfilterelementen umfaßt, – eine in Blickrichtung des Betrachters hinter der Bildwiedergabeeinrichtung und vor dem Filterarray angeordnete Streuschicht, die wahlweise zwischen einem transparenten Zustand und einem streuenden Zustand umschaltbar ist, und die auf mindestens einer Seite mindestens teilverspiegelt ist, – wobei die Filterelemente derart angeordnet sind, daß – im transparenten Zustand der ersten Streuschicht für das von der Bildwiedergabeeinrichtung abgestrahlte Licht definierte Ausbreitungsrichtungen vorgegeben sind, so daß an einer Vielzahl von ersten Beobachtungsorten überwiegend oder ausschließlich Informationen einer ersten Gruppe von Ansichten und an einer Vielzahl von zweiten Beobachtungsorten überwiegend oder ausschließlich Informationen einer zweiten Gruppe von Ansichten wahrnehmbar sind, und – im streuenden Zustand der ersten Streuschicht die Strukturierung des durch das Filterarray hindurchtretenden Lichtes gegenüber dem ersten Zustand vermindert wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Gruppe von Ansichten jeweils eine oder mehrere Ansichten umfassen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung in vorgegebener Zuordnung Informationen aus mehreren Ansichten einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes repräsentiert, falls die erste Streuschicht im transparenten Zustand ist und daß die Bildwiedergabeeinrichtung Informationen aus einer Ansicht einer Szene/eines Gegenstandes/eines Textes repräsentiert, falls die erste Streuschicht im streuenden Zustand ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray als passiver Filter ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Filterelemente des Filterarrays jeweils einen beliebigen, bevorzugt einen rechteckigen Umriß aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray ausschließlich solche Filterelemente aufweist, die im gesamten Spektrum des sichtbaren Lichtes entweder opak oder transparent sind.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschicht als PDLC-Film ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung ein LC-Display-Panel, bevorzugt ein Farb-LC-Display-Panel, ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Blickrichtung eines Betrachters hinter dem Filterarray eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist, welche flächig verteiltes Licht abstrahlt, wobei die Helligkeit der Beleuchtungseinrichtung bevorzugt veränderbar ist.
Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray und/oder dessen gegebenenfalls vorhandenes Trägersubstrat rückreflektierend ausgebildet ist.