DE3119714A1 - Displayvorrichtung fuer rundumdarstellung - Google Patents

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Displayvorrichtung zur Rundumdarstellung von Sichtobjekten, wie Ziffern, Schriften, Zeichen, Bildern o.dgl., mit wenigstens einem Sichtelement, hinter dem ein Sichtobjekt angeordnet ist.

Eine bekannte Displayvorrichtung dieser Art ist zum Beispiel eine sich um eine vertikale Achse kontinuierlich drehende Uhr, wie sie auf öffentlichen Plätzen, auf Bahrihofsdächern o.dgl. zur Zeitanziege nach allen Seiten hin gelegentlich verwendet wird. Eine solche sich drehende Uhr hat jedoch den Nachteil, daß die Zeitanzeige nicht gleichzeitig von allen Seiten her sichtbar ist, so daß der Betrachter, der die Uhrzeit wissen will, eine gewisse Zeitlang

warten muß, bis sich das Ziffernblatt der Uhr in seine Sichtrichtung gedreht hat. Diese Zeit läßt sich zwar dadurch verkürzen, daß die Uhr schneller gedreht wird, wodurch jedoch die Zeitdauer, die dem Betrachter zum Wahrnehmen der Zeitanzeige zur Verfügung steht, verkürzt wird, so

daß der Betrachter wegen der dann nur verhältnismäßig kurzen Wahrnehmungszeit irritiert und unsicher wird, ob er die Zeitanzeige richtig abgelesen hat, was wiederum dazu führt, daß er abwartet, bis sich das Ziffernblatt ein zweites Mal in seine Sichtrichtung gedreht hat, um sich zu ver-

gewissem, ob er die Zeitanzeige tatsächlich richtig abgelesen hat. Im Ergebnis wird daher der Vorteil des Verkürzens der Wartezeit, die erforderlich ist, bis sich das Ziffernblatt in die Sichtrichtung des Betrachters gedreht hat, durch die dann entstehende Notwendigkeit, sich über

die Richtigkeit der Zeitanzeigeablesung zu vergewissern, aufgehoben.

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Soll anstelle einer Zeitanzeige oder einer anderen sich laufend verändernden Anzeige lediglich ein allgemein bekanntes Zeichen, wie beispielsweise ein Werbungszeichen oder ein öffentliches Hinweiszeichen, auf diese Weise nach allen Seiten hin sichtbar gemacht werden, dann reicht zwar eine kurze Erkennungszeit aus, jedoch ist es in solchen Fällen aufwendig, diese Anzeige laufend zu drehen, und zwar insbesondere im Hinblick auf den laufenden Energieverbrauch, der sich hierdurch ergibt. Außerdem bedeutet eine solche Lösung einen erheblichen wartungs- und anlagemäßigen Aufwand, so daß sie sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen schon deswegen verbietet. Bringt man, um den Aufwand, das Zeichen drehen zu müssen, zu vermeiden, dieses Zeichen mehrfach auf der Außenseite einer vieleckigen oder runden Trommel an, dann ergibt sich ein verhältnismäßig großer Raumaufwand hierfür, weil der Betrachter, wenn er von einer beliebigen Aufsichtsrichtung her auf diese Trommel sieht, auch gerade so stehen kann, daß er auf den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Zeichen blickt. Soll der Betrachter auch aus diesen Aufsichtsrichtungen her das jeweilige Zeichen einwandfrei erkennen können, dann muß die Trommel so groß sein, daß er in einer solchen Stellung die beiden an den Zwischenraum, auf den er blickt, angrenzenden Zeichen erkennen kann, da er andernfalls keines von dieses beiden Zeichen richtig erkennen würde, also die Anzeige, aus einer solchen Richtung nicht erkennbar wäre.

Neben den vorstehend erwähnten beiden Anzeigearten, nämlich der Anzeige einer sich auf einem vorbestimmten Betrachtungs^ow feld laufend veränderlichen Konstellation, wie es zum Beispiel eine Zeitanzeige ist, und der Anzeige eines unveränderlichen Zeichens, wie eines Werbe- oder öffentlichen Hinweiszeichens, in Rundumdarstellung, ist es weiterhin erwünscht, ganze Schriftzüge oder sich bewegende Bilder, zum Beispiel für Werbezwecke, nach allen Seiten hin in Rundumdarsteilung sichtbar zu machen:

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Wendet man im Falle eines Schriftzugs eine zylindrische Trommel an, auf die der Schriftzug rundum aufgebracht ist und die sich um ihre Zylinderachse dreht, dann läßt sich zwar dieser Schriftzug bei Wahl einer geeingeten Drehgeschwindigkeit von allen Radialrichtungen der Trommel her ablesen, jedoch ist zum einen eine verhältnismäßig große Trommel erforderlich, weil der Betrachter wegen der Krümmung der Trommel sonst nur jeweils einen einzigen Buchstaben auf einmal unverzerrt wahrnehmen würde, wodurch die Lesbarkeit erheblich beeinträchtigt wäre; zum anderen wird aber auch bei im Verhältnis zur Buchstabengröße groß gewählten Trommelabmessungen die Lesbarkeit trotzdem beeinträchtigt, weil der Betrachter wegen der Krümmung der Trommel zwangsweise stets einen gewissen verzerrten Schriftbe-

^ reich dargeboten bekommt, der sich zu beiden Seiten des lesbaren mittleren Schriftbereichs anschließt und störend wirkt.

Wendet man zur Rundumdarstellung.von bewegbaren Bildern das

^^w vorstehend genannte Prinzip der sich drehenden Trommel an, indem man eine im Querschnitt vieleckige'Trommel verwendet, auf deren Flachseiten die darzustellenden Bilder in jeweils unterschiedlichen Bewegungsphasen aufgebracht sind, dann ergibt sich zusätzlich zu den eben in Verbindung mit

der Darstellung von Schriftzügen genannten Schwierigkeiten die weitere Schwierigkeit, daß eine relativ sehr hohe Umdrehungsgeschwindigkeit dieser Trommel erforderlich ist, damit innerhalb von etwa einer Zwanzigstelsekunde für den jeweiligen Betrachter ein Bild durch ein anderes ersetzt

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wird; diese hohe Umdrehungsgeschwindigkeit führt bei den für eine größere Betrachtungsentfernung erforderlichen großen Trommelabmessungen zu Umfangsgeschwindigkeiten, aufgrund deren die Ausführung einer solchen Displayvorrichtung praktisch nicht sinnvoll wäre. Würde man dagegen eine fest-

stehende Trommel verwenden, dann müßte jedes auf deren Umfang vorgesehene Bild für sich bewegbar sein, beispielsweise indem es jeweils mittels einer Projektionsvorrichtung

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als bewegliches Bild von innen her aufprojiziert würde. Auch in diesem Falle kommen hierzu die oben für die Rundumdarstellung von Schriftzügen genannten Nachteile hinzu, wobei hier die zwangsweise gleichzeitige Wahrnehmung von verzerrten benachbarten Bildern wegen des Sichbewegens der Bilder besonders' irritierend wäre.

Es sei an dieser Stelle klarstellend darauf hingewiesen, daß von den oben angegebenen unbefriedigenden Lösungsmöglichkeiten als Stand der Technik bisher nur die eingangs erwähnte, sich um eine Vertikalachse drehende Uhr anzusehen ist, die aus dem täglichen Leben her bekannt ist und bei der das Sichtelement lediglich eine plane Abdeckscheibe für das Ziffernblatt und die Zeiger ist, die das Sichtobjekt bilden. Dagegen gehören die anderen oben diskutierten Möglichkeiten einer Rundumdarstellung aufgrund des der Abfassung der vorliegenden Unterlagen zugrundegelegten Materials nicht zum Stand der Technik, sie haben vielmehr den Zweck, die Schwierigkeiten aufzuzeigen, die sich bei einer Rundumdarstellung von Zeichen, Schriftzügen, Bildern o.dgl. ergeben.

Mit der Erfindung soll nun eine Displayvorrichtung der eingangs genannten Art geschaffen werden, mit der beliebig an- gezeigte Sichtobjekte, wie Ziffern, Schriften, Zeichen, Bilder o;dgl., zumindest in einer Ebene von allen Ansichtsseiten her völlig gleich sichtbar gemacht werden können, und die im übrigen frei von weiteren der vorstehend genannten Nachteile ist, also insbesondere einen verhältnismäßig

^ geringen Raumaufwand, bezogen auf eine vorbestimmte Erkennbarkeitsentfernung des Sichtobjekts, erfordert.

Die mit der Erfindung zur Verfügung gestellte Displayvorrichtung, die das ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus, daß eine Mehrzahl von als Betrachtungsoptiken ausgebildeten Sichtelementen nebeneinander auf einer gekrümmten Fläche angeordnet ist; daß jeder Betrachtungsoptik im wesent-

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lichen ein gleiches oder ähnliches Sichtobjekt zugeordnet ist; daß jede Betrachtungsoptik unabhängig von der Aufsichtsrichtung nur einen Teilbereich des Sichtobjekts sichtbar macht und sich die von einer Gruppe von einander benachbarten BetrachtungsOptiken sichtbar gemachten Teilbereiche zu einer Gesamtdarstellung des Sichtobjekts zusammensetzen; und daß jede Betrachtungsoptik einen jeweils von der Aufsichtsrichtung abhängigen Teilbereich des Sichtobjekts sichtbar macht, so daß sich je nach der Aufsichts- richtung die von einer jeweils anderen Gruppe von einander benachbarten BetrachtungsOptiken sichtbar gemachten Teilbereiche zur Gesamtdarstellung des Sichtobjekts zusammensetzen, wobei vorzugsweise die einzelnen Gruppen von einander benachbarten Betrachtungsoptiken, welche jeweils eine Gesamtdarstellung des Sichtobjekts geben, alle oder im wesentlichen alle diejenigen Betrachtungsoptiken der Displayvorrichtung umfassen, die von der Aufsichtsrichtung her sichtbar sind.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Displayvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die gekrümmte Fläche eine isometrische Fläche ist, d.h. eine .eindimensional gerundete bzw. in eine Ebene abwickelbare Fläche, und zwar vorzugsweise eine Zylinderfläche eines einen gerundeten Querschnitt aufweisenden Zylinders, insbesondere die Fläche eines Zylinders mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt.

Die Betrachtungsoptiken können im einfachsten Falle Spalte sein; weitere bevorzugte Betrad
Fresnel- oder Gradientenlinsen.

^ου sein; weitere bevorzugte Betrachtungsoptiken sind Zylinder-,

Wenn als Betrachtungsoptiken Spalte vorgesehen sind, dann sind diese vorzugsweise so ausgebildet und ausgerichtet,

daß sie mit ihrer Längsrichtung senkrecht zum Krümmungsgradienten der gekrümmten Fläche verlaufen. Im Falle von Zylinder-, Fresnel- oder Gradientenlinsen als Betrachtungs-

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1 optiken sind diese so ausgebildet und angeordnet, daß sie Brennlinien haben, die senkrecht zur Krümmungsrichtung der gekrümmten Fläche verlaufen.

Wenn also die gekrümmte Fläche die Mantelfläche eines im Querschnitt kreisförmigen oder elliptischen Zylinders ist, dann erstrecken sich die Spalte mit ihren Längsrichtungen oder die Brennlinien der Zylinder-, Fresnel- oder Gradientenlinsen bevorzugt parallel zur Zylinderachse. 10

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß die Sichtobjekte auf der Mantel- bzw. Innenfläche eines die Betrachtungsoptiken tragenden oder bildenden Grundkörpers, insbesondere eines zylindrischen Grundkörpers, vorgesehen sind. Zu diesem Zweck ist bei einem Grundkörper, dessen äußere Mantelfläche die Außenflächen der Betrachtungsoptiken bildet, die Wanddicke dieses innen hohlen Grundkörpers so bemessen, daß seine Innenfläche mit den Brennpunkten bzw. Brennlinien der Betrachtungsoptiken zusammenfällt.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Displayvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Sichtobjekt in der Mitte eines die Betrachtungsoptiken tragenden oder bildenden Grundkörpers, insbesondere eines zylindrischen Grundkörpers, drehbar vorgesehen ist, so daß in zeitlich sehr kurzen Abständen jeweils ein Bild des Sichtobjekts an jeder der einzelnen Abbildungsoptiken aufeinanderfolgend entworfen werden kann, also jeder Abbildungsoptik das gleiehe Sichtobjekt zeitlich aufeinanderfolgend zugeordnet wird, wobei der zeitliche Abstand so kurz bemessen ist, daß ein Betrachter diese zeitliche Aufeinanderfolge nicht mehr wahrnimmt.

Schließlich ist es auch möglich, die Displayvorrichtung so auszubilden, daß die gekrümmte Fläche eine dreidimensional

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:..:.:. 3119714 -ιοί gerundete Fläche, insbesondere eine Kugel- oder Ellipsoidflaehe ist, auf der die BetrachtungsOptiken als Einzellinsen oder Blendenöffnungen nebeneinander angeordnet sind. Durch eine solche Ausführung können Sichtobjekte, wie Ziffern, Schriften, Zeichen, Bilder o.dgl. aus praktisch allen räumlichen Aufsichtsrichtungen sichtbar gemacht werden, was beispielsweise in großen Treppenhäusern von Untergrundbahnhöfen oder von Bahnhöfen mit in mehreren Stockwerken vorgesehenen Bahnsteigen oder in Flughafengebäuden mit mehreren Verkehrsebenen von besonderem Vorteil ist.

Zur Rundumdarstellung von insbesondere Schriftzügen oder bewegten Bildern ist der die BetrachtungsOptiken tragende oder bildende Grundkörper drehbar.
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JM^Te^-f-iiidimgsiremäße-^isp^^^ es ι daß

beliebige angzeigte Sichtobjekte, wie Ziffern, Schriften, Zeichen, Bilder o.dgl. von allen Seiten her völlig gleich oder - bei bewegten Bildern - im wesentlichen gleich gesehen werden können. Der Betrachter kann' um die Displayvorrichtung herumgehen oder, sofern es sich um eine kleinere Displayvorrichtung handelt, die dem Betrachter unmittelbar zugänglich ist, insbesondere von ihm in der Hand gehalten werden kann, die Displayvorrichtung drehen, immer sieht die Anzeige völlig oder - bei bewegten Bildern - im wesentlichen gleich aus. Auch wenn viele Betrachter um die Displayvorrichtung herumstehen, werden alle das Sichtobjekt in der gleichen Weise sehen.

Die erfindungsgemäße Displayvorrichtung ermöglicht zum Beispiel die Konstruktion von Uhren und Hinweisschildern, wie zum Beispiel Verkehrstafeln, die aus einem Winkel von 360 abgelesen werden können; stehende Schriften oder Bilder können auf rotierenden Displayvorrichtungen, die vorzugs-

weise trommeiförmig ausgebildet sind, angebracht werden.

Wie schon angedeutet, lassen sich auch Bewegungsabläufe darstellen, und diese laufen bei einer Rotation der Dis-

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• playvorrichtung, insbesondere einer trommeiförmig ausgebildeten Displayvorrichtung, wie im Kino ab.

Das Merkmal, wonach jeder Betrachtungsoptik "im wesentlichen" ein gleiches oder ähnliches Sichtobjekt zugeordnet ist, bedeutet, daß zwar jeder Betrachtungsoptik genau ein Sichtobjekt zugeordnet werden kann, aber daß es auch möglich ist, einer verhältnismäßig großen Anzahl von Betrachtungsoptiken eine verhältnismäßig ebenfalls große, jedoch ^O nicht genau gleich große Anzahl von Sichtobjekten zuzuordnen; im ersteren Falle ist der jeweils von einem einzelnen Sichtobjekt eingenommene Raumwinkel genau gleich dem von der einzelnen Betrachtungsoptik erfaßten Raumwinkel, während im letzteren Falle diese Raumwinkel etwas unterschied'S lieh sind, wodurch sich beim Drehen der Displayvorrichtung eine Bewegung.der Darstellung in der Drehrichtung oder entgegengesetzt zur Drehrichtung erzielen läßt.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 der Zeichnung anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dis-

^&tJ play vorrichtung in der Form einer Zylinderlinsentrommel;

Figur 2 eine Aufsicht auf eine Aus führungs form der in Figur 1 gezeigten Art, die demgegenüber jedoch mehr Zylinderlinsen aufweist;

Figur 3 eine Tei!darstellung der in Figur 2 gezeigten Aufsicht in vergrößertem Maßstab zur Erläuterung der optischen Verhältnisse der Displayvorrichtung nach den Figuren 1 und 2;

Figur 4 eine Darstellung eines eine Mehrzahl von Sichtobjekten enthaltenden Bildstreifens, wobei die Sichtob-

jekte den Buchstaben D darstellen, der jedoch entsprechend den Erfordernissen einer Zylinderlinsentrommel der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Art in horizontaler Richtung gestaucht ist, obwohl er im Gesichtsfeld des Betrachters als normales D erscheint;

Figur 5 eine Darstellung einer Anordnung zum Erzeugen von Bildstreifen, die eine Aneinanderreihung von Sichtobjekten aufweisen und in Zylindertrommeln der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Art zur Wiedergabe von stehenden oder bewegten Darstellungen verwendet werden können;

Figur 6 eine Originaldarstellung eines tanzenden Männchens, das seinen Kopf in der Hand hält, die beispielsweise in der Anordnung nach Figur 5 zum Erzeugen von Bildstreifen verwendet werden kann;

Figur 7 einen aus der Darstellung der Figur 6 hergestellte η Bildstreifen; und
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Figur 8 einen Bildstreifen, der in eine Zylinderlinsentrommel der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Art als Sichtobjektfolge eingelegt werden kann und zur Darstellung von Männchen führt, die eine Leiter erklimmen. 25

Es-sei zunächst unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Displayvorrichtung näher erläutert:

Die insgesamt mit 1 bezeichnete Displayvorrichtung besteht aus einer großen Anzahl von Betrachtungsoptiken, von denen jede in Figur 1 mit A bezeichnet ist, während die Betrachtungsoptiken in Figur 2 mit A_n bis A._ bezeichnet sind.

Diese BetrachtungsOptiken A bzw. A_n bis A.., sind nebenein-

·

ander auf einer gekrümmten isometrischen Fläche F angeordnet, und zwar so, daß ihre Längsrichtung senkrecht zum Krümmungsgradienten der Fläche F verläuft.

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^ Jeder Betrachtungsoptik A bzw. A_Q bis A₄₇ ist ein gleiches oder ähnliches Sichtobjekt zugeordnet, das in Fig. -1 mit B bezeichnet ist, während diese Sichtobjekte in Figur 2 aufeinanderfolgend mit den Bezugszeichen B_ bis B₄₇ versehen

sind. Diese Sichtobjekte sind in Aufsichtsrichtung hinter den Betrachtungsoptiken A bzw. A_Q bis A₄₇ angeordnet, und können beispielsweise Ziffern, Schriften, Zeichen, Bilder o.dgl. sein.

in der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 3 sind die Betrachtungsoptiken A bzw. A_Q bis A₄₇ Zylinderlinsen, und die gekrümmte Fläche F ist die Mantelfläche eines im Querschnitt kreisförmigen Zylinders. Die Betrachtungsoptiken A bzw. A_ bis A₄₇, also im vorliegenden Falle die Zylinder-

^5 linsen, erstrecken sich parallel zur Längsachse 0 des Zylinders über die gesamte Längserstreckung desselben.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Displayvorrichtung 1 sind die Betrachtungsoptiken A bzw. A_Q bis A₄₇, im Falle des Ausführungsbeispiels nach den Figuren 1 bis 3 also die Zylinderlinsen, Bestandteile eines insgesamt einstückigen Grundkörpers 2, der aus transparentem Material, zum Beispiel Kunststoff, besteht, dessen innerer

Hohlraum durch die Fläche F begrenzt wird. 25

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform, die sich durch besondere bauliche Einfachheit auszeichnet, liegt der Brennpunkt bzw. die Brennlinie C (siehe Figur 3) jeder Betrachtungsoptik A bzw. A-. bis &_Anf also vorliegend jeder

Zylinderlinse, gerade auf der gekrümmten Fläche F, also auf der inneren Begrenzungsfläche des transparentem Grundkörpers 2. Infolgedessen sind in diesem Falle die Sichtobjekte B bzw. B_Q bis B₄₇ auf der gekrümmten Fläche F angeordnet.

Unter einer Zylinderlinse im Sinne der vorliegenden Erfindung soll allgemein eine langgestreckte Linse verstanden

werden, die senkrecht zur Längsachse bzw. -erstreckung einen beliebigen, optisch sinnvollen Querschnitt hat, und die in Richtung ihrer Längsachse bzw. -erstreckung keine Krümmung besitzt.
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Das nachstehend anhand von Gleichungen näher erläuterte Ausführungsbeispiel besitzt Zylinderlinsen im engeren Sinne, d.h. Zylinderlinsen, deren senkrecht zu ihrer Längsachse bzw. -erstreckung verlaufender Querschnitt eine kreisbogenförmige Begrenzungslinie L (siehe Figur 3) hat. Es sei nun unter spezieller Bezugnahme auf die Figur 3 die Zusammensetzung einer aus einer vorbestimmten Aufsichtsrichtung X von der Displayvorrichtung 1 erzeugten Gesamtdarstellung des Sichtobjekts B aus Teilbereichen erläutert:

Geht man von Zylinderlinsen im engeren Sinne als Betrachtungsoptiken A_, A₁ ... A aus, welche einstückig mit einem hohlzylindrischen Grundkörper 2 sind, dessen innere kreiszylindrische Fläche F gleichzeitig der Ort der Brennpunkte bzw. -linien C der Zylinderlinsen ist, dann ergibt sich die maximale Wandstärke d des Grundkörpers 2, d.h. der Abstand vom Scheitel S einer Zylinderlinse zur inneren

Fläche F in erster Näherung aus der Gleichung 25

ⁿi

d = R = = R + x - χ (1)

η_χ-1

worin die einzelnen Formelzeichen folgendes bedeuten:

R = Krümmungsradius des Querschnittskreisbogens einer jeweiligen Zylinderlinse, d.h. der kreisbogenförmigen Begrenzungslinie L
η = Brechungszahl des transparenten Materials, aus dem der Grundkörper 2 und die mit ihm einstückigen Zylinderlinsen hergestellt sind

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X₁ = Innenradius des Grundkörpers 2, d.h. Abstand zwischen der Zylinderachse O und der Fläche F τ2 = Abstand zwischen dem Krümmungsmittelpunkt D einer jeweiligen Zylinderlinse und der Achse O des Grundkörpers 2

Auf der Fläche F ist unter jeder als Zylinderlinse ausgebildeten Betrachtungsoptik A„, A₁ ... A jeweils ein Sichtpbjekt B_Q, B₁ ... B in Form eines Bildes vorgesehen. Blickt ein Betrachter nun von der Ferne in der Aufsichtsrichtung X auf den Grundkörper 2, der auch als Displaytrommel bezeichnet werden kann, so sieht dieser von jeweils einem Sichtobjekt B_Q, B₁ ... B_n nur die Bildteile Y₁, Y₂ ... Y_R, die in den Brennlinien der Zylinderlinsen liegen.

Das Prinzip der Displayvorrichtung beruht nun darauf, daß die Brennlinien der Zylinderlinsen, oder allgemein der Betrachtungsoptiken, in der Aufsichtsrichtung X auf dem Innenumfang der Displayvorrichtung bzw. in der Ebene der Sichtobjekte, im vorliegenden Falle also auf der Fläche F, jeweils um unterschiedliche Strecken A_Q, A₁ ...Δ vom Zentrum C_Q, C₁ ... C unter der η-ten Zylinderlinse ausgerückt sind. Befindet sich nun, wie angegeben, unter jeder Zylinderlinse dasselbe Sichtobjekt B_Q, B₁ ... B , so sieht

der Betrachter aus der Aufsichtsrichtung X von ferne her durch die Betrachtungsoptik A_Q, das ist im vorliegenden Fall die in der Mitte des Gesichtsfelds liegende Zylinderlinse, einen anderen Teil des Sichtobjekts als durch die nächstbenachbarte Betrachtungsoptik A₁, durch letztere

sieht er wiederum einen anderen Teil des Bildes als durch

die dann folgende nächste Betrachtungsoptik usw. Die vom Betrachter von der Ferne aus der Aufsichtsrichtung X wahrgenommene Gesamtdarstellung des Sichtobjekts wird also streifenförmig aus den entsprechenden Zeilen des Sichtob-

jekts, die sich jeweils im Abstand Δ von der Mitte des Sichtobjekts befinden, zusammengesetzt, und zwar in Figur

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von Δ = 0 aus nach rechts und nach links. Die Verhältniso

se auf der linken Seite sind in Figur 3 nicht dargestellt, da sie, bezogen auf den durch die Betrachtungsoptik A hindurchgehenden Radius r~ spiegelbildlich den Verhältnissen der rechten Seite entsprechen. Die Gesamtdarstellung setzt sich also, von der Mitte aus gesehen, wie folgt zusammen: einem mittleren Bildstreifen A^ = 0, einem Bildstreifen im Abstand A₁, einem Bildstreifen im Abstand Δ_, ... und schließlich einem Bildstreifen im Abstand Δ nach rechts, bezogen auf die Ansicht der Figur 3, sowie ausgehend von dem mittleren Bildstreifen nach links aus einem Bildstreifen im Abstand Δ«, Δ_₂ ---A_- ι wobei die Absolutwerte

von A₁ und A_-1, von A₂ ^und ^--o '"' ^sow^-^{e von} ^_n ^¹^

A gleich, jedoch ihre Verschiebungsrichtungen gegen-—η

über dem mittleren Bildstreifen eines jeweiligen Sichtobjekts entgegengesetzt sind.

Für Zylinderlinsen im engeren Sinne als Betrachtungsoptiken A₀, A₁ ... A_n gilt für die Größe A_n folgende Gleichung (2): .

_r |i

A_n = r₁ -arc cos (—sin²nA<j>ji^—(sin

worin die einzelnen Formelzeichen folgende Bedeutung haben: 25

η = Zahl der η-ten Zylinderlinse, vom Zentrum aus

gezählt
A <jP = Raumwinkel, um den die Mitten der Abbildungsopti-

ken A_n, A₁ ... A voneinander getrennt sind (sie-ολ υ ι η

^dU he Figur 3)

Bezogen auf die Darstellung der Figur 2, bedeutet diese streifenförmige Zusammensetzung der Gesamtdarstellung bei einer Betrachtung aus der dort beispielsweise angegebenen

Aufsichtsrichtung X₁, daß diese Gesamtdarstellung von den Betrachtungsoptiken A₁ bis A₃₁. erzeugt wird, die innerhalb

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der beiden zu dem Pfeil X₁ parallelen gestrichelten Linien liegen, sich also innerhalb des Sichtfelds eines aus dieser Sichtrichtung blickenden Betrachters befinden; hierbei entspricht die Betrachtungsoptik A₁ ^ der Betrachtungsoptik Aq der Figur 3. Für die Aufsichtsrichtung X₂ der Figur 2 gilt entsprechend, daß die Gesamtdarstellung durch die Betrachtungsoptiken A₁₃ bis A,^, die zwischen den zum Pfeil X„ parallelen gestrichelten Linien liegen, streifenförmig zusammengesetzt wird; hierbei entspricht die Be tr ach tungs-. optik A₂₅ der Betrachtungsoptik A_ der Figur 3.

Die horizontale Auflösung einer Displayvorrichtung, deren Achse O senkrecht verläuft, ist durch die Breite und die Anzahl der wirksamen Zylinderlinsen sowie durch die Qualitat des jeweiligen Sichtobjekts unter jeder Zylinderlinse beschränkt. Hierbei beträgt die Anzahl der wirksamen Zylinderlinsen 2N+1, wenn man mit N die Anzahl der Zylinderlinsen bezeichnet, die jeweils auf der rechten oder linken Seite der mittleren Zylinderlinse A_Q zur Bildung der Ge-

samtdarstellung beiträgt. Da ein jeweils von einer Zylinderlinse zur Gesamtdarstellung beigetragener Bild- bzw. Sichtobjektstreifen nicht in den von der benachbarten Zylinderlinse beigetragenen Bild- bzw. Sichtobjektstreifen übergreifen darf, muß die Beziehung gelten:

27 ™*2T*

2 —^-— tan ΝΔφ ^ Δ φ (3)

■1

Weiter darf der Sichtwinkel, unter dem das Sichtobjekt durch die jeweilige Zylinderlinse gesehen wird und der in Figur 3 mit ß bezeichnet ist, nicht größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion sein, d.h. es muß gelten:

2 arc sin —— ^- (2N + 1) Αφ (4)

ⁿi T

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' Legt man in dieser Beziehung das Gleichheitszeichen als günstigsten Fall zugrunde und substituiert unter dieser Voraussetzung die Größe Δα? in der Beziehung (3) aufgrund der Beziehung (4), dann erhält man:

arc sin —

r₁ "" 2N arc sin -!—

¹ (2N+1) tan (^

—)

Legt man in der Beziehung (5) das Gleichheitszeichen zugrunde, dann bedeutet das, daß im Gesichtsfeld des Betrachters der Displayvorrichtung nur die Information eines Sichtobjekts erscheint, also alle im Gesichtsfeld des Betrachters befindlichen Zylinderlinsen gemeinsam eine einzige Gesamtdarstellung des Sichtobjekts zusammensetzen.

Eine Verbesserung der Bildschärfe am jeweils vom Betrachter gesehenen Rand der Displayvorrichtung erhält man, wenn der Innenradius des Grundkörpers 2 bzw. der Zylinderlinsen trommel nicht r₁ sondern r. ist, und zwar gemäß folgender Gleichung:

R + b._T

²

worin die Größe b„ durch folgende Gleichung gegeben ist:

b_N = Vrf+ r² ₂ - 2r.,r₂ cos At^ (7)

in der Acc der Winkel ist, unter dem der von der Zylinderlinse A^ beigetragene Bild- bzw. Sichtobjektstreifen für die N-te Zylinderlinse von der Achse 0 aus gesehen, gegenüber dem Zentrum C der Zylinderlinse versetzt ist (in Figur 3 ist Δ<£ für die Zylinderlinse A dargestellt).

• OO · · «At

t« t * β no

O Ott « β ♦ » β

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Die Bildinformation bzw. das Sichtobjekt wird also in horizontaler Richtung (bezogen auf eine vertikale Ausrichtung der Zylinderachse 0) zusammengestaucht und unter jeder Zylinderlinse der Displayvorrichtung angeordnet, wobei die horizontale Auflösung durch 2N+1 Streifen beschränkt ist. Als Sichtobjekte sind Ziffern, Schriften und Zeichen besonders einfach darzustellen, weil sie nur eine beschränkte Auflösung erfordern. Als Beispiel ist in Figur 4 eine Anzahl von 29 Sichtobjekten in Form eines Bildstreifens gezeigt, der hinter entsprechend 29 Zylinderlinsen angeordnet werden kann, woraufhin die jeweils im Gesichtsfeld eines Betrachters erscheinenden Zylinderlinsen dieser Displayvorrichtung den Buchstaben D zeigen. Die Information, die jedes einzelne dieser 29 Sichtobjekte enthält, besteht, wie die Figur 4 erkennen läßt, aus fünf vertikalen Streifen.

Da jede Zylinderlinse als 0-te Zylinderlinse bzw. als Zylinderlinse A im Sinne der Figur 3 betrachtet werden kann, ist das.Gesichtsfeld der Displayvorrichtung aus M Aufsichtsrichtungen um die Displayvorrichtung herum identisch, wenn M die Anzahl der Zylinderlinsen auf dem Umfang der Displayvorrichtung bedeutet. Da weiterhin die Informationsstreifen eines Bildes bzw. Sichtobjekts eine gewisse Brei- te haben, sieht der Betrachter auch aus den zwischenliegenden Aufsichtsrichtungen das gleiche Bild.

Als Be trachtungs optiken können nicht nur Zylinderlinsen,. sondern auch andere Linsen, wie beispielsweise Fresnel- ^ου oder Gradientenlinsen verwendet werden. Auch Spalte sind als Betrachtungsoptiken geeignet, was aus der Figur 3 deutlich wird, wenn man dort anstelle der Linsen entsprechende Spalte verwendet, die jeweils nur einen Streifen des Sichtobjekts aus der Aufsichtsrichtung X heraus erkennen lassen,

wobei dieser Streifen, wenn die Spalte dort angeordnet sind, wo sich in Figur 3 die Scheitelpunkte S der Linsen

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I £* XX

von der Längsmitte C₁, C~ ... C versetzt sind.

Die Herstellung einer Displayvorrichtung kann, wie bereits vorstehend erwähnt, aus einem einstückigen Grundkörper erfolgen, beispielsweise indem die Displayvorrichtung aus Plexiglasrohr herausgefräst und anschließend poliert wird. Es können auch Walz-, Guß- und Spritzverfahren zur Herstellung der Displayvorrichtung angewandt werden. .

Die Sichtobjekte können, soweit es sich um rechnerisch verwirklichbare Sichtobjekte handelt, mit Hilfe der oben angegebenen bzw. für andere Betrachtungsoptiken abgeleiteten Formeln konstruiert , mit der Rechenmaschine gezeichnet und vervielfältigt werden.

Besonders einfach können Bildstreifen, d.h. Streifen, die eine Mehrzahl von Sichtobjekten nebeneinander enthalten, wie etwa entsprechend der Figur 4, fotografisch hergestellt werden:

Das mit der Displayvorrichtung darzustellende Bild wird, wie Figur 5 zeigt, aus einem größeren Abstand 10 auf eine um ihre Achse 11 drehbar gelagerte Displayvorrichtung 12, *-* die keine Sichtobjekte aufweist, projiziert. Diese Displayvorrichtung 12 kann beispielsweise eine Zylinderlinsentrommel sein, wie es der Grundkörper 2 der Figur 1 ist. In die Displayvorrichtung 12 wird ein fotografischer Film 13 eingelegt, und zwar wird dieser fotografische Film an

der Stelle vorgesehen, an der später die Sichtobjekte angeordnet werden sollen; im Falle eines mit Zylinderlinsen versehenen Grundkörpers 2 der Figur 1 wird dieser fotografische Film 13 so eingelegt, daß seine fotografische Schicht an der Fläche F anliegt. Der eingelegte Film 13

wird, während die Displayvorrichtung 12 um ihre Achse 11 mehrmals gedreht wird, durch das aufprojizierte Bild be-

β β rt β · I 9 β Λ

θ · 0 0 6

β O · ·· β · ο

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lichtet. Der entwickelte Filmstreifen 13 zeigt dann die fertigen Sichtobjekte, also die im Sinne der Figur 4 gestauchten einzelnen Bilder. In Figur 6 ist ein Beispiel eines auf die Displayvorrichtung 12 der Figur 5 mittels der Optik 9 aufprojizierten Bildes in Form eines tanzenden Männchens, das seinen Kopf in der Hand hält, gezeigt, während die Figur 7 den daraus gewonnenen Filmstreifen für den Fall wiedergibt, daß die Displayvorrichtung 12 eine Zylinderlinsentrommel der in Figur 2 gezeigten Art ist.

Man sieht in Figur 7 das in Horizontalrichtung ganz erheblich gestauchte Bild der Figur 6 in vielfacher Wiederholung, so daß der in Figur 7 wiedergegebene Bildstreifen beispielsweise als ein 51 Sichtobjekte enthaltender Bildstreifen für eine Zylinderlinsentrommel mit 51 Zylinderlinsen verwendet werden kann, wobei sich bei der Ansicht der Zylinderlinsentrommel dem Betrachter das in Figur 6 gezeigte Bild darbietet.

Anstelle eines eine Vielzahl von Sichtobjekten aufweisenden Bildstreifens lassen sich auch aktive Leuchtelemente, etwa Leuchtdioden, vorsehen, so"daß sich die Displayanzeige elektronisch steuern läßt. Eine 7-Segment-Anzeige, bei der die sieben Segmente jeweils Darstellungselemente einer Zahl sein können, die jeweils unter jeder Zylinderlinse oder sonstigen Abbildungsoptik vorgesehen ist, ermöglicht zum Beispiel die Darstellung einer Zahl mit der Displayvorrichtung.

Das Sichtobjekt kann auch beispielsweise in der Mitte der on
■ Displayvorrichtung oder außerhalb der Displayvorrichtung vorgesehen sein, und es kann je ein Bild des Sichtobjekts durch Projektion oder Lichtleiter zu je einer Abbildungsoptik, beispielsweise je einer Zylinderlinse einer Zylin- derlinsentrommel, zugeführt werden. Für größere Display-

Vorrichtungen läßt sich das gestauchte Sichtobjekt mit einem rotierenden Periskop in so kurzen Zeitabständen vom

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Inneren der Displayvorrichtung her auf die einzelnen Betrachtungsoptiken, zum Beispiel Zylinderlinsen, aufprojizieren, daß der Betrachter die Darstellung flimmerfrei sieht. Das ist zum Beispiel bei einer Zeitanzeige von einem einzigen Ziffernblatt her zu bevorzugen, wobei beispielsweise das Bild des Ziffernblatts, das dann das Sichtobjekt bildet, jede 1/20 Sekunde auf jede Betrachtungsoptik projiziert bzw. aufgeblitzt wird, wobei es außerdem möglich ist, zum Nachleuchten die Innenfläche der Displayvorrichtung, auf die das Bild aufgeblitzt wird, mit einem fluoreszierenden Stoff zu beschichten.

Wie die vorstehenden Erläuterungen zeigen, muß unter einem Sichtobjekt nicht notwendigerweise ein gegenständliches objekt verstanden werden, sondern es kann sich hierbei auch um ein aufprojiziertes, insbesondere aufgeblitztes Bild handeln, das zudem nicht in jeder Betrachtungsoptik gleichzeitig zugeordnet sein muß, sondern, wie eben dargelegt, in sehr schneller Folge im wesentlichen jeder Betrachtungsoptik zugeführt wird.

Zur Herstellung von Bildstreifen für die Darstellung beweglicher Bilder mittels der Displayvorrichtung müssen die horizontal gestauchten Bilder, die auf dem Innenumfang der

^i%J Displayvorrichtung, beispielsweise auf dem Trommelumfang des Grundkörpers 2, vorgesehen werden, die verschiedenen Bewegungsphasen darstellen. Dabei ist zu beachten, daß das Gesichtsfeld Informationen von 2N+1 verschiedenen Bildstreifen enthält, d.h. daß nicht einfach übliche Kinobil-

der horizontal gestaucht und hinter den Betrachtungsoptiken, beispielsweise hinter den Zyiinderlinsen, vorgesehen werden können. Auch in diesem Falle kann das prinzipielle, oben anhand der Figur 5 erläuterte Verfahren zur Herstellung eines die einzelnen Sichtobjekte aufweisenden BiId-

Streifens angewandt werden, jedoch mit der Besonderheit, daß die Projektion der bewegten Darstellung, die später

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I- mit der Display vorrichtung wiedergegeben werden soll, und die Drehung der Displayvorrichtung synchron ausgeführt werden. Ist die vorgesehene bewegte Darstellung in normalen Bildern auf einer Filmschleife aufgenommen, dann projiziert man diese Filmschleife mit der Abbildungsoptik 9 eines Kinoprojektors für bewegte Bilder auf die Displayvorrichtung 12, wobei einem Durchlauf der Filmschleife genau ein Umlauf der Displayvorrichtung entsprechen muß, wenn die auf der Filmschleife enthaltene Darstellung mittels einer Umdrehung der Displayvorrichtung wiedergegeben werden soll. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Synchronisation so erfolgt, daß die Displayvorrichtung bei einem Durchlauf der Kinoschleife mehrere ganze Umdrehungen ausführt, oder daß umgekehrt die Filmschleife mehrere ganze Durchläufe bei einer ganzen Umdrehung der Displayvorrichtung ausführt. Die Figur 8 veranschaulicht ein Beispiel einer Bildfolge, die bei ihrer Wiedergabe Männchen zeigt, die eine Leiter erklimmen.

Legt man die so hergestellte Bildfolge nach fotografischer Entwicklung in eine entsprechende Displayvorrichtung, beispielsweise eine Zylinderlinsentrommel der in Figur 1 gezeigten Art, und läßt diese über einen Tisch rollen, so sieht man den Bewegungsablauf gemäß der Filmschleife. Auf

■ diese Weise hat man ein Taschenkino, das ein reizvolles Spielzeug ist. Stimmt die Zahl der Sichtobjekte nicht mit der Zahl der Betrachtungsoptiken der Displayvorrichtung überein, so findet eine Verschiebung des Anzeigebilds quer zur Achse der Displayvorrichtung, beispielsweise zur Trom-

melachse O der Figur 2, statt, wenn man die Displayvorrichtung dreht oder um dieselbe herumgeht. Auch Flackereffekte, d.h. He11-Dunkel-Effekte, können auf diese Weise erhalten werden.

Die Anwendung von Zylxnderfresnellinsen ist insbesondere bei großen Displayvorrichtungen zu empfehlen, wobei die Sichtobjekte, also der die Sichtobjekte enthaltende Bild-

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' streifen zum Beispiel, in der Brennfläche dieser Zylinderfresnellinsen liegen.

Das Prinzip der Displayvorrichtung läßt sich, wie bereits eingangs erwähnt, auch in drei Dimensionen mit einer linsenbesetzten Kugeloberfläche verwirklichen. Die Anzeige kann dann aus dem vollen Raumwinkel 4 7Γ gesehen werden. Die Information kann zum Beispiel in konzentrischen Kreisen unter den Linsen liegen.
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Bevorzugte Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Displayvorrichtung sind insbesondere die Anzeige von Ziffern und Zeichen, die von allen Seiten gesehen werden sollen, zum Beispiel bei uhren, Verkehrstafeln, Reklameschildern, bei '^ Gesellschaftsspielen, die auf dem Tisch stehen. Warnzeichen in Fabrikhallen, Anzeigen auf Sportplätzen usw. Die vorstehend genannte Anwendung als Taschenkino ist nicht nur zu Spielzeugzwecken sondern auch zu Werbungszwecken geeignet. In den erfindungsgemäßen Displayvorrichtungen läßt

sich die moderne Displayelektronik unter entsprechender einfacher Abwandlung ohne weiteres anwenden.

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Claims (10)

KRAUSE WE!SElTr 31197H «· PATENTANWÄLTE UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-I N Q. AN N EKÄTE WEISERT DIPL.-IN6. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMSARDSTRASSE15 · D-SOOO MÜNCHEN 71 · TELEFON Ο89/797Ο77-79 7O 78 · TELEX Ο5-212156 kpat d TELEGRAMM KRAUSPATENT 2846 JS/an DR. DR. WOLFGANG DULTZ 8400 Regensburg Displayvorrichtung zur Rundumdarstellung PATENTANSPRÜCHE .

1. Displayvorrichtung zur Rundumdarstellung von Sichtobjekten, wie Ziffern, Schriften, Zeichen, Bildern o.dgl., mit wenigstens einem Sichtelement, hinter dem ein Sichtobjekt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von als Betrachtungsoptiken (A,Aq-A.-) ausgebildeten Sichtelementen nebeneinander auf einer gekrümmten Fläche (F) angeordnet ist; daß jeder Betrachtungsoptik (Α,Αφ-Α.-) im wesentlichen ein gleiches oder ähnli- ches Sichtobjekt (B₇B -B₄₇) zugeordnet ist; daß jede Betrachtungsoptik (A,A₀-A₄₇) unabhängig von der Aufsichtsrichtung (X₁X₁,X,) nur einen Teilbereich des Sichtobjekts (B,B -B₄₇) sichtbar macht und sich die von einer Gruppe von einander benachbarten Betrachtungsoptiken (A₁-A₂^A₁₃-A₃₇)

sichtbar gemachten Teilbereiche zu einer Gesamtdarstellung des Sichtobjekts (8,B-B₄₇) zusammensetzen; und daß jede Betrachtungsoptik (A₇A₀-A₄₇) einen jeweils von der Auf-

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Sichtsrichtung (X₁X₁,X) abhängigen Teilbereich des Sichtobjekts (B,B -B₄₇) sichtbar macht, so daß sich je nach der Aufsichtsrichtung (Χ,Χ.,Χ-) die von einer jeweils anderen Gruppe von einander benachbarten BetrachtungsOptiken (A..-A-CrA₁₃-A₃-) sichtbar gemachten Teilbereiche zur Gesamtdarstellung des Sichtobjekts (B,B₀-B₄₇) zusammensetzen.

2. Displayvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fläche (F) eine isometrische Fläche ist, vorzugsweise eine Zylinderfläche eines einen gerundeten Querschnitt aufweisenden Zylinders, insbesondere die Fläche eines Zylinders mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt.

3. Displayvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die BetrachtungsOptiken (A,A -A₄₇) Spalte sind.

4. Displayvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die BetrachtungsOptiken (A,A -A₄₇) Zylinder-Fresnel- oder Gradientenlinsen sind.

5. Displayvorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Spalte (A,A -A₄₇) mit ihrer Längsrichtung senkrecht zur Krümmungsrichtung . der gekrümmten Fläche (F) verlaufen.

6. Displayvorrichtung nach Anspruch 4 und Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet , daß die Zylinder-jFresnel- oder Gradientenlinsen (A,A₀-A₄₇) Brennlinien bzw. -streifen haben, die senkrecht zur Krümmungsrichtung der gekrümmten Fläche (F) verlaufen.

7. Displayvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ^OJ dadurch gekennzeichnet , daß die Sichtobjekte (B,B -B₄₇) auf der Mantel- bzw. Innenfläche (F) eines die Betrachtungsoptiken (A,A -A₄₇) tragenden oder bildenden

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Grundkörpers (2) , insbesondere eines zylindrischen Grundkörpers, vorgesehen sind.

8. Displayvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Sichtobjekt in der Mitte eines die Betrachtungsoptxken (A,A₀-A₄₇) tragenden oder bildenden Grundkörpers (2), insbesondere eines zylindrischen Grundkörpers, drehbar vorgesehen ist.

9. Displayvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die gekrümmte Fläche (F) eine dreidimensional gerundete Fläche, insbesondere eine Kugel- oder Rotationsellipsoidfläche, ist, auf der die Betrachtungsoptiken (A,A -A._) als Einzellinsen oder Blendenöffnungen nebeneinander angeordnet sind.

10. Displayvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Betrachtungsoptxken (A,A₀-A₄₇) tragende oder bildende Grundkörper.(2) drehbar ist.