DE4128949C2 - Gerät zur räumlichen Darstellung von Bildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur räumlichen Darstellung von Bildern, bei dem mindestens zwei Energiestrahlen in einem Medium derart überlagert werden, daß sich nur in den jeweiligen Schnittpunkten der Energiestrahlen eine der räumlichen Darstellung der Bilder dienende und für einen Betrachter sichtbare Veränderung des Mediums ergibt,

Ein derartiges Gerät ist aus der DE 39 29 911 C2 bekannt, bei dem zwei oder drei Elektronenstrahlen in einem Gas überlagert werden, wobei dieses Gas derart beschaffen ist und die Elektronenenergien derart bemessen sind, daß das Gas nur in den jeweiligen Schnittpunkten der Elektronenstrahlen zur Licht­ emission angeregt wird. Hierbei sind durch Auswahl des Gases und seiner Zusammensetzung sowie Änderung der Elektronenenergien verschiedenfarbige und mehrfarbige Darstellungen erzielbar.

Aus der US 39 12 856 ist ein weiteres Gerät zur räumlichen Darstellung von Bildern bekannt, bei dem ein Ionenstrahl und ein Elektronenstrahl derart überlagert werden, daß sich in den jeweiligen Schnittpunkten dieser Strahlen eine Lichtemission ergibt

Ferner wird in der DE 28 56 035 A1 ein Gerät erläutert, bei dem zur dreidimen­ sionalen Darstellung von Bildern in einem Medium zwei unsichtbare Licht­ strahlen derart überlagert werden, daß sich in den jeweiligen Schnittpunkten der unsichtbaren Lichtstrahlen sichtbare Streuzentren oder selbstleuchtende Licht­ punkte ergeben.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur räumlichen Darstellung von Bildern anzugeben, welches eine unverfälschte räumliche Bildwiedergabe erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Intensität der für den mindestens einen Betrachter auf einer Betrachtungslinie liegenden Punkte geändert wird oder daß die Energiestrahlbündel in einer zur Lichtabsorption aktivierbaren Substanz derart überlagert werden, daß die Substanz nur in den jeweiligen Schnittpunkten dieser Energiestrahlbündel zur Lichtabsorption aktiviert wird, und daß ein erstes der Energiestrahlbündel ein flächiges Teilvolumen in dem Medium beaufschlagt, wobei mit dem von diesem ersten Energiestrahlbündel beaufschlagten flächigen Teilvolumen periodisch das ganze Volumen des Mediums abgetastet wird.

Dadurch, daß nur der auf einer Betrachtungslinie am weitesten dem Betrachter zugewandte Punkt dargestellt wird, werden die Nachteile einer Addition der Wirkungen der auf einer Betrachtungslinie liegenden Punkte vermieden, so daß mit erfindungsgemäßen Mitteln eine unverfälschte räumliche Wiedergabe ohne wesentlichen Mehraufwand erzielt wird. Dadurch, daß eines der mindestens zwei Energiestrahlbündel flächig ausgestaltet ist, kann dieses in einfacher zeilenweise Abtastung bzw. fächerförmigen Abtastung über den Bildraum gefahren werden, wobei mit einem zweiten Energiestrahlbündel gleichzeitig in jedem Augenblick die von diesem ersten Energiestrahlbündel beaufschlagte Fläche bzw. schmalen Quader oder Keil zur Bilderzeugung beschrieben wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die zweiten Energiestrahlbündel mit Hilfe einer ebenen Matrix von z. B. Lasern erzeugt, von denen mit Hilfe der Rechnereinheit jeweils ein ein zweites Energiestrahlbündel ausstrahlender Laser angesteuert wird.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die bei­ gefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Gerätes zur räumlichen Darstellung von Bildern, und

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Gerätes zur räumlichen Darstellung von Bildern gemäß einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung.

In einem beispielsweise aus Glas aufgebauten Gefäß 1 ist ein Medium, beispiels­ weise Gas oder Flüssigkristall, enthalten. Das Gefäß 1 umfaßt Seitenwände 5 und eine Vorderwand 2, vor welcher der Betrachter seinen Platz einnimmt. Wenigstens zwei Energiestrahlen 4 und 4′, beispielsweise Laser- oder Elek­ tronenstrahlen, werden in dem Medium unter Ablenkung in einem Punkt 3 derart überlagert, daß sich in den Schnittpunkten 3 dieser Energiestrahlen 4 und 4′ eine für den Betrachter sichtbare Veränderung des Mediums, beispielsweise selbstleuchtende Lichtpunkte oder Streuzentren, ergibt, die der räumlichen Darstellung der Bilder dient. Dabei stellt die Gesamtheit dieser Schnittpunkte die Oberfläche des räumlichen Bildes dar. Zur Ablenkung der Energiestrahlen können elektrische und magnetische Felder sowie Drehspiegel oder bewegte Polygonspiegel eingesetzt werden, die in der Schemazeichnung der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 9 versehen sind. Dabei wird vorzugsweise eine zeilenweise Führung der Energiestrahlen eingesetzt.

Das Medium enthält oder besteht aus einer leuchtfähigen Substanz. Dabei sollte es sich um eine lumineszenzfähige Substanz halten, die nahezu transparent ist und die die geringe Energie eines einfachen Strahles zum Beispiel durch thermische Relaxationsvorgänge wieder abgibt. Solche Substanzen können fest, flüssig oder gasförmig sein.

Der aus dem Glasgefäß 1 gebildete Betrachtungsraum kann mit einer oder einem Gemisch mehrerer lumineszenzfähiger Substanzen gefüllt sein, mit der oder mit denen einzelne Bildinformationspunkte zum Leuchten gebracht werden. Dabei kann es sich bei den Energiestrahlen z. B. um elektromagnetische Strahlen in der Gestalt des Lichtes eines Lasers oder um Teilchenstrahlen in der Gestalt von Elektronenstrahlen handeln. Dabei ergibt sich, daß es keinerlei Referenz­ strahlen bedarf, die von dem darzustellenden Originalobjekt reflektiert werden. Zudem ist vorgesehen, daß, um die Energieüberhöhung zu vereinfachen, die schreibenden sich kreuzenden Energiestrahlen eine Fläche oder Zone beschrei­ ben, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Diese erhält als ganze Fläche gleichzeitig eine Energieüberhöhung durch eine einfallende Strahlung, wobei diese durch ge­ eignete Streu- und Reflektionsmittel 19 auf die ganze Fläche aufgeweitet wird.

Diese besagten Flächen und Zonen, die eine Energieüberhöhung erhalten, auf die die Schreibstrahlen 4′ schreiben, bewegen sich durch den Betrachtungsraum entlang des Pfeiles von einer Seite auf die andere z. B. mit Hilfe von die Streu- und Reflektionsmittel 19 bewegenden Motoren oder Stellantrieben.

Der Betrachtungsraum kann selber in auch in verschiedene einzelne Betrach­ tungsräume in einzelne Zonen aufgeteilt werden, welche jeweils einzeln von Kreuzstrahlen 4 und 4′ beschrieben werden, womit eine Kombination von Laser- und unbeweglicherem Elektronenstrahl ermöglicht wird.

Schließlich können, wie in der Fig. 2 dargestellt, mehrere hundert bis tausend Laser 9 Verwendung finden, die vorzugsweise auf dem Boden des Gerätes angeordnet werden und die jeweils über Polygonspiegel oder ähnliche Elemente für die jeweilige Zone in den sich bewegenden Energieflächenzonen den Leuchteffekt auslösen, wobei hier nicht die Kreuzung zweier Punktstrahlen erforderlich ist und durchgeführt wird, sondern wobei die Kreuzung mit der Energiezone der oder des Lasers 19 ausreicht. Selbstverständlich können hierzu auch Elektronenstrahlen Verwendung finden, wobei entsprechende Geräte zum Abfangen und Steuern der Elektronen erforderlich sind.

Erfindungsgemäß lassen sich die Nachteile einer Addition der Wirkungen von auf einer Betrachtungslinie liegenden Punkten und damit einhergehender Verfälschungen der räumlichen Bildwiedergabe dadurch vermeiden, daß der Betrachter sensorisch erfaßt wird und in Abhängigkeit vom Standort des Be­ trachters die Intensität auf einer Betrachtungslinie liegender Punkte geändert wird oder Energiestrahlen in einer zur Lichtabsorption aktivierbaren Substanz derart überlagert werden, daß die Substanz nur in den jeweiligen Schnittpunkten dieser Energiestrahlen zur Lichtabsorption aktiviert wird.

Damit lassen sich die Nachteile einer Addition der Wirkungen von auf einer Betrachtungslinie liegenden Punkten und damit einhergehender Verfälschungen der räumlichen Bildwiedergabe sowohl für den Fall nur eines Betrachters als auch bei mehreren Betrachtern vermeiden.

Dabei können beispielsweise die ohnehin vorhandenen Energiestrahlen 4 und die vorhandene Ablenkung zusätzlich genutzt werden.

Durch eine entsprechende Vielzahl von Energiestrahlen 4, Bemessung der jeweiligen Energie der Energiestrahlen, Auswahl des Mediums und seiner Zusammensetzung, beispielsweise des Gases und seiner Zusammensetzung, ist auch eine verschiedenfarbige Darstellung von Bildern möglich.

Dies kann dadurch erreicht werden, daß unterschiedliche anregbare Substanzen durch demgemäß unterschiedliche Strahlungswellenlängen zum Leuchten gebracht werden. In einer anderen Ausgestaltung des Gerätes kann auch dieselbe Substanz mit einer unterschiedlichen Anzahl von Strahlen angeregt werden.

Im übrigen liegt es im Rahmen der Erfindung, die räumliche Darstellung der Bilder auch mit fernsehmäßigen Mitteln herbeizuführen.

Bei der Auswahl des durch die Energiestrahlen 4 veränderbaren Mediums ist darauf zu achten, daß dieses seine Anregungsenergie nach Anregung mit nur einem Energiestrahl möglichst schnell verliert. Dies kann bei beispielsweise geladenen Gasen dadurch geschehen, daß diese Gase an einer Entladungselek­ trode 8 vorbeigeführt werden, die vorzugsweise für den Betrachter unsichtbar angebracht ist.

Solche Entladungselektroden 8 können die Gestalt von an der Innenseite des Gerätes angebrachte Entladungsplatten aufweisen, die diese Energie abnehmen, indem die gasförmigen oder flüssigen Substanzen mit einem laufenden Aus­ tausch in einem Kreislauf an diesen vorbei geführt werden. Hierfür sind in dem Glasgefäß 1 Gaseintritte 6 und Gasaustritte 7 vorgesehen. Bei dem Kreislauf werden die Substanzen an einer für den Betrachter nicht einsehbaren Stelle zum Leuchten gebracht.

Für diesen Austausch ist bei einem gasförmigen Medium mit gasförmigen Substanzen oder Substanzen in Gestalt von kleinen Partikeln an dem Ort 10 ein Gebläse vorgesehen, während bei flüssigen Medien und dementsprechenden Substanzen Pumpen eingesetzt werden. Das entladene Fluid wird dann über Zuführungskanäle 11 der Kammer des Gefäßes 1 zurückgeführt.

Als Medium können Gase, Flüssigkristall, Flüssigkeiten und Festkörper mit beispielsweise fluoreszierenden Eigenschaften zum Einsatz kommen.

Sofern es sich um ein gasförmiges Medium handelt, kann dieses durch eine kurze Energiezufuhr auf ein relaxierendes Energieniveau gepumpt werden, wobei gleichzeitig der Lichtaustritt zum Betrachter z. B. durch mechanische Einrichtungen oder z. B. durch ein bei großen Intensitäten absorbierend wirken­ dem Filterglas verhindert wird.

Die Energiestrahlen 4 können gebündelt sein, wobei der, beispielsweise im Millimeterbereich liegende Durchmesser der Energiestrahlen 4 dem Auflö­ sungsvermögen der räumlich dargestellten Bilder entsprechen sollte.

Ein erfindungsgemäßes Gerät kann unter Einbeziehung eines Rechners, bei­ spielsweise eines Mikroprozessors oder Signalprozessors, besonders einfach aufgebaut werden.

Durch Einsatz einer besonders schnellen Rechnereinheit läßt sich eine hohe Auflösung der räumlich dargestellten Bilder sowie eine Wiedergabe bewegter Bilder in Echtzeit erzielen. Die räumliche Ausdehnung und Strahltaille der Energiestrahlen wird in Abhängigkeit von der verfügbaren Rechenleistung ausgewählt und kann bei größerer Rechenleistung kleiner gewählt werden. Der Betrachtungsraum kann auch eine Breite von z. B. nur 5 Zentimeter aufweisen, um die notwendige Rechenleistung zu verringern. Zusammen mit der räumlichen Darstellung können anstelle dann auch übliche zweidimensionale Bilder dargestellt werden oder diese üblichen Fernsehbilder können in, die vorgegebe­ ne Tiefe ausnutzende räumliche Bilder umgerechnet werden.

Im übrigen erlaubt ein erfindungsgemäßes Gerät generell eine räumliche Darstellung bewegter Bilder hoher Auflösung.

Für die Datenlieferung und die Bildaufnahme wird bei kleinen wiederzugeben­ den Räumen und Objekten wie zum Beispiel bei Endoskopen vorzugsweise ein gekrümmter CCD-Detektor verwendet. Ein solcher Detektor verfügt über eine gekrümmte bis hin zu einer halbkugelförmigen Oberfläche mit den einzelnen CCD-Elementen, deren Signale und damit die Abbildung des zu untersuchenden Gegenstandes dann in das Medium des Betrachtungsraumes übermittelt wird.

Claims (13)

1. Gerät zur räumlichen Darstellung von Bildern, bei dem mindestens zwei Energiestrahlbündel in einem Medium derart überlagert werden, daß sich nur in den jeweiligen Schnittpunkten der Energiestrahlbündel eine der räumlichen Darstellung der Bilder dienende und für einen Betrachter sichtbare Veränderung des Mediums ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der für den mindestens einen Betrachter auf einer Betrachtungslinie liegenden Punkte geändert wird oder daß die Energiestrahlbündel in einer zur Lichtab­ sorption aktivierbaren Substanz derart überlagert werden, daß die Substanz nur in den jeweiligen Schnittpunkten dieser Energiestrahlbündel zur Lichtabsorption aktiviert wird, und daß ein erstes der Energiestrahlbündel ein flächiges Teilvo­ lumen in dem Medium beaufschlagt, wobei mit dem von diesem ersten Energie­ strahlbündel beaufschlagten flächigen Teilvolumen periodisch das ganze Volu­ men des Mediums abgetastet wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Medium um Gas handelt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entladungs­ elektrode an für den Betrachter unsichtbarer Stelle vorgesehen ist und das Gas zur Entladung an der Entladungselektrode vorbeigeführt wird.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium durch eine kurze Energiezufuhr auf ein relaxierendes Energieniveau pumpbar ist, wobei gleichzeitig der Lichtaustritt zum Betrachter verhindert wird.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Medium um Flüssigkristall handelt.

6. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Energiestrahlen um unsichtbare Lichtstrahlen, insbesondere um Laserstrahlen handelt.

7. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Energiestrahlen um Korpuskularstrahlen, insbesondere um Elektronenstrahlen handelt.

8. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Betrachter sensorisch erfaßt wird und daß die Intensität der auf einer Betrachtungslinie liegenden Punkte in Abhängigkeit vom Standort des Betrachters geändert wird.

9. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Energiestrahlbündel aus einer Vielzahl von parallel ausgerichteten Lasern erzeugbar ist.

10. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Energiestrahlbündel in einer einen Fächer beschreibenden Schwenkbewegung über das Volumen geführt wird.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Energiestrahlbündel in einer zeilenförmigen Translationsbewegung über das Volumen geführt wird.

12. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von die zweiten Energiestrahlbündeln erzeugenden Elementen in zweidimensionaler planer Anordnung und in paralleler Ausrichtung vor­ gesehen sind und daß je zu erzeugendem Bildpunkt jeweils ein solches Element von einer Rechnereinheit angesteuert wird, das zweite Energiestrahlbündel auszusenden.

13. Gerät zur räumlichen Darstellung von Bildern nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildaufnahme ein gekrümmter CCD-Detektor eingesetzt wird, der über eine gekrümmte oder halbkugelförmige Oberfläche der einzelnen CCD-Elemente verfügt, deren Signale über die Rechnereinheit in das Medium des Betrachtungsraumes übermittelt und abgebildet werden.