EP1683366A1 - Anordnung zur zwei- oder dreidimensionalen darstellung - Google Patents

Anordnung zur zwei- oder dreidimensionalen darstellung

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Publication number
EP1683366A1
EP1683366A1 EP04764720A EP04764720A EP1683366A1 EP 1683366 A1 EP1683366 A1 EP 1683366A1 EP 04764720 A EP04764720 A EP 04764720A EP 04764720 A EP04764720 A EP 04764720A EP 1683366 A1 EP1683366 A1 EP 1683366A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter array
scattering layer
image display
display device
arrangement according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04764720A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Tzschoppe
Thomas BRÜGGERT
Markus Klippstein
Ingo Relke
Uwe Hofmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NewSight GmbH
Original Assignee
NewSight GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NewSight GmbH filed Critical NewSight GmbH
Publication of EP1683366A1 publication Critical patent/EP1683366A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/361—Reproducing mixed stereoscopic images; Reproducing mixed monoscopic and stereoscopic images, e.g. a stereoscopic image overlay window on a monoscopic image background
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/356—Image reproducers having separate monoscopic and stereoscopic modes
    • H04N13/359—Switching between monoscopic and stereoscopic modes

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for optionally three-dimensionally perceptible or two-dimensional representation of images. It concerns auto-stereoscopic screens, which optionally present a two-dimensional image with the usual display quality.
  • electronically controllable color LCD panels are used, among other things, which are also suitable for two-dimensional image reproduction when activated in the conventional manner.
  • an autostereoscopic representation which is also referred to as a three-dimensional representation in the following due to the strong spatial impression
  • This is particularly relevant for the legibility of texts, since the image quality is better in the two-dimensional mode due to the higher image resolution.
  • WO 01/56265 describes a method for spatial representation in which at least one wavelength filter array provides a spatially perceptible representation.
  • an LCD panel acts as a wavelength filter array with a variable transmittance. This enables switching between 2D and 3D display.
  • the disadvantage here is that the light through two LCD panels, i.e. through a variety of components, e.g. Polarization filters, liquid crystal layers and other components such as carrier substrates must penetrate so that the brightness is reduced both in the 2D and in the 3D representation.
  • No. 6,157,424 describes a 2D / 3D display in which two LCD panels are connected in series and one of them serves as a switchable barrier.
  • WO 02/35277 describes a 3D display with a substrate which contains strips of first optical properties and intermediate strips of second optical properties and a polarizer.
  • 2D / 3D switching is achieved by rotating the polarization or by adding or deleting a polarizer.
  • a 2D / 3D switchable display is also known from US Pat. No. 6,337,721.
  • Several light sources, a lenticular and at least one functionally essential switchable lens are provided. These components ensure different lighting modes to achieve a 2D or 3D representation.
  • US Pat. No. 5,897,184 discloses an autostereoscopic display with a reduced-thickness lighting component for portable computer systems, which enables zone-by-zone switching from 3D to 2D and vice versa.
  • the disadvantage here is that it is a two-channel 3D display for only one viewer, who must also be in a fixed viewing position.
  • the image brightness in 3D mode is lower than that of comparable two-channel SD displays. This refers to those 3D displays that show exactly one left and exactly one right image.
  • strong and disruptive moiré effects can be perceived when the viewing positions are not correctly selected in depth in front of the 3D display.
  • the light available for 3D mode is scattered with the aim of eliminating the 3D image separation by homogenizing the lighting.
  • the image brightness is thus reduced in 2D mode in the case of arrangements with a switchable diffuser, since the scattering state of such diffusers has a transmittance less than 1 (for example approx. 50%).
  • the device can only be produced with a high level of manufacturing complexity.
  • Another disadvantage is that by inserting a switchable lens, the distance between the lighting component and the image display panel is increased, which prevents normal viewing distances, particularly in the case of 3D displays with small pixels and / or high resolution.
  • US Pat. No. 5,134,345 describes a lighting system for high-resolution and SD displays, which initially generates lighting patterns that are determined sequentially (stroboscopically).
  • a further embodiment provides a spreading disc which can be switched between transparent and scattering modes and which is switched to scattering for the 2D mode.
  • No. 5,500,765 describes how the effect of a lenticular can be canceled out if a complementary lens arrangement is folded over it. This virtually turns off the 3D display. This approach only works with lenticular systems and requires the production of an exactly complementary lens arrangement. Other disadvantages are sensitivity to dust and increased reflection losses.
  • DE 1 00 53 868 C2 describes an arrangement for optionally 2D or SD display with two light sources, the SD lighting always being switched off for the 2D display or the light emitted by it being blocked.
  • the disadvantage here is that the 2D illuminating light cannot be made sufficiently homogeneous with respect to the luminance.
  • a commercially available light guide is used as 2D lighting, its macroscopic structure is usually visible to the viewer (s) and generates an annoying pattern. art. Visually invisible microscopic structuring is, however, complex and expensive to manufacture.
  • JP 1 0268805 is based on the task of achieving a bright 2D image and the same brightness in 2D and 3D representation. This is aimed at by using a lenticular grid as an illumination barrier, which is located behind an imaging device. Furthermore, a weakly scattering disc for temporary cancellation of the lens effect is movably arranged there.
  • a 3D / 2D switchover with "diffusing means” is provided.
  • the 3D / 2D display contains additional “converting means” compared to a pure 3D display, these "converting means” consist in “the second condition ", by which the 2D mode is meant here, from” diffusing means ", which are intended to produce a 2D representation in various ways.
  • a disadvantage of this arrangement is that the resolution in 2D mode is very poor and a full resolution (“fill resolution”) is not achieved in 2D mode. For this reason, text displayed in 2D mode, for example, remains illegible 9 and 10 in US 2003/001 1 884 AI with switchable scattering layer 94 in the interior of the lens grid 15, the optical distance between the scattering layer and subpixels may be smaller, but is nevertheless relatively large also complex to manufacture and expensive and has more because of the additional switchable spreading properties Disadvantage. The ambient light suitability of conventional 2D displays is also not achieved.
  • a lens grid is preferably used for image separation.
  • the image-separating lenticular screen is intended to serve as a "light-scattering" component by bringing it closer to the imager.
  • the lenticular screen itself is not designed to be light-scattering on its convex or flat surface or on the inside.
  • the scattering effect should occur in the lenticular screen itself a finite distance from the image generator and virtually 0 mm from the image separator. As a result, the scattering layer must deteriorate the 2D image on the image generator and cannot cancel out the image-separating effect of the lenticular grid. Therefore, even with these arrangements, text displayed in 2D mode remains illegible, furthermore, the ambient light suitability of conventional 2D displays is not achieved.
  • an object of the present invention to provide an arrangement of the type mentioned at the outset which can be implemented using simple means.
  • 3D mode the arrangement is intended to present several viewers simultaneously with a spatially perceptible image.
  • 2D mode a high-resolution image, preferably a full-resolution image, should be able to be displayed.
  • the image brightness should be the same in 2D and 3D mode, preferably without the image brightness in 3D mode being reduced in comparison to a pure 3D display by the 2D / 3D switching measures.
  • a further object of the present invention is to realize typical — preferably small — viewing distances, in particular also with high-resolution 3D displays.
  • the arrangement to be created should preferably have an unchanged suitability for ambient light compared to pure 2D displays.
  • an arrangement for optionally three-dimensionally perceptible or two-dimensional representation comprising: an illuminating device which emits light distributed over a large area, at least one filter array located in the viewing direction in front of the illuminating device for structuring the light originating from the illuminating device, at least one scattering layer located in front of the filter array in the viewing direction, one transmissive image display device located in front of or behind the scattering layer, preferably in the form of a TFT-LCD panel, the distance a between the filter array and the scattering layer being variable, so that in a first Position in which the scattering layer is arranged at a distance from the filter array, the structuring of the light originating from the illumination device caused by the filter array due to the light scattering effect of the scattering layer is essentially canceled, preferably below the contrast threshold of human vision, and a two-dimensional image the image display device is shown in its full resolution, and - in a second position, in which the scattering layer is arranged in
  • Variant 1 a transmissive image display device located behind the scattering layer in the viewing direction; Image display device, diffusion layer and lighting device are arranged rigidly; the filter array is applied to a transparent substrate; the transparent substrate with the filter array is movable relative to the scattering layer in order to change the distance a.
  • Variant 1 b transmissive image display device located in front of the scattering layer in the viewing direction; Image display device, scattering layer and lighting device are arranged rigidly; the scattering layer can optionally be applied to a transparent substrate; the filter array is applied to a transparent substrate; the transparent substrate with the filter array is movable relative to the scattering layer in order to change the distance a.
  • Variant 2a transmissive image display device located behind the scattering layer in the viewing direction; the filter array is applied to a transparent substrate; the transparent substrate with the filter array is rigidly connected to the lighting device (the filter array can also be applied directly to the lighting device); The transparent substrate, filter array and lighting device can be moved together relative to the scattering layer and image display device in order to change the distance a.
  • Variant 2b transmissive image display device located in front of the scattering layer in the viewing direction; the scattering layer can optionally be applied to a transparent substrate; the filter array is applied to a transparent substrate; the transparent substrate with the filter array is rigidly connected to the lighting device (the filter array can also be applied directly to the lighting device); In order to change the distance a, the transparent substrate, filter array and illumination device can be moved together relative to the scattering layer and image display device.
  • Variant 3a transmissive image display device located behind the diffusion layer in the viewing direction; the scattering layer and the image display device are rigidly connected to one another; the filter array is applied to a transparent substrate; the transparent substrate with the filter array is rigidly connected to the lighting device; The image display device and the scattering layer can be moved relative to the filter array and the lighting device in order to change the distance a.
  • Variant 3b transmissive image display device located in front of the scattering layer in the viewing direction; the scattering layer is applied to a transparent substrate; the filter array is arranged on the lighting device; The transparent substrate and scattering layer can be moved relative to the filter array and the lighting device in order to change the distance a.
  • the image display device with the scattering layer and the transparent substrate is also moved.
  • the distance a depends in particular on the nature of the scattering layer, the pixel size of the image display device and the size or conspicuity of the filter structure, it can be in the first position, for example, in the range from 10 mm to 30 mm or else larger or preferably be smaller. In the second position, the distance a can be, for example, 0.2 mm or more.
  • the above-mentioned variants 1 a, 2a, 3a are particularly preferred, since they offer the advantageous possibility of setting the distance z between the filter array and the image display device to zero.
  • the distance z is to be understood as the distance between the image display device and the filter array, measured from the side of the image display device facing the filter array.
  • the transmissive image display device can be suitable for color or grayscale reproduction.
  • the scattering layer which is advantageously located in front of and on the image display device, is preferably an antiglare matting layer on the polarization filter on the observer side, as is customary in the case of LCD panels. In this case, only this one scattering layer is present in the specified form. However, it can also be advantageous if, in addition to this first scattering layer, there is a second one, which is then located behind the image display device, for example in the viewing direction.
  • the (then) only scatter layer can be arranged in front of or behind the image display device, depending on the design variant.
  • the word “scattering layer” is used, regardless of the specific design variant.
  • a conventional backlight consisting of CCFL tubes arranged in parallel
  • a sidelight consisting of a light guide with CCFL tubes including control and various foils (e.g. Brightness Enhancement Film and Dual Brightness Enhancement Film from 3M) can be used.
  • the filter array is an example of an exposed and developed photographic film, which preferably contains transparent and opaque surface sections. These surface sections are arranged in a defined two-dimensional structure.
  • DE 201 21 31 8 U1 WO 01/56265, PCT / EP2004 / 004464, PCT / EP2004 / 001 833 and DE 1 01 45 1 33.
  • Both the filter array and the scattering layer can also be used without a substrate; for this you can e.g. are each clamped onto a frame so that they have a flat surface.
  • the field of view may vignette. This means that when looking obliquely at the edge of the screen / the screen edges past the filter array or the lighting device, the 2D image (and possibly the 3D image) is not sufficiently illuminated in full size.
  • this reflects the light of the lighting device or the light of the lighting device penetrating through the filter array, as a result of which the vignetting becomes invisible.
  • the mirror shaft is realized with front surface mirrors that run vertically (90 ° ) to the surface of the filter array with a high degree of reflection (for example p> 98%, 3M “Enhanced Specular Reflector” film, laminated onto a flat carrier substrate).
  • the slits necessary for the respective movement implementation (see the variants mentioned above) for the passage of mechanical components for movement should be kept as minimal as possible.
  • the mirror surface should be scratch-resistant.
  • a further variant for circumventing the aforementioned vignetting is the use of a lighting device with a correspondingly enlarged filter array, which is enlarged in area compared to the image display device, preferably on all sides. The result of this is that even with an oblique view at the edge of the image surface of the image display device, the filter array or the illuminating surface of the lighting device is still looked through, and vignetting is thus avoided.
  • the anti-vignetting by means of a mirror shaft has the advantage over the last-mentioned variant that the virtual enlargement of the lighting device and possibly the filter array is virtually infinite, which is why all oblique viewing angles are vignetting-free, ie also large oblique viewing angles.
  • an additional weakly scattering scatter film can also be laminated on the inside of the image display device. This minimizes the scattering requirements for the scattering layer (e.g. the antiglare matting layer of the image display device) and / or for the size of the distance a in the first position of the arrangement according to the invention.
  • the scattering layer e.g. the antiglare matting layer of the image display device
  • an intensely scattering antiglare matting as a scattering layer on the image display device, for example a color LCD panel, in order to minimize the displacement ⁇ a of the corresponding components between the first and second positions.
  • the area under the luminance / scatter The indicatrix of the antiglare matting is enlarged, in particular by improving the near-angle scatter and / or, for example, increasing the half-value angle of the indicatrix.
  • the pixel pitch / the pixel size on the image display device can be reduced.
  • the structures on the filter array also have a smaller size or period and are therefore more difficult to resolve for the human eye, which is desirable both for the first position (2D mode) and for the second position (3D mode).
  • means for controlling the image display device can be provided, so that partial information from several views of a scene or an object can be displayed in a defined assignment on the same, whereby on a smallest physical picture element of the image display device either only partial information of a view or partial information from at least two Views mixed information, see also DE 101 45 1 33 C2.
  • said means for controlling the image display device from partial information of several views also work according to other image combination rules, e.g. according to DE 1 01 1 8 461 or other documents, as they were mentioned above.
  • the antiglare matting of the polarizing film is replaced by an antireflective coating of the polarizing film very bright TFT-LCD panels, the anti-glare matting
  • the scattering layer in question is provided as an additional component.
  • the scattering layer used - if it is not designed as an anti-glare matting, but as a separate layer - is advantageously designed to be permanently (light) scattering. It preferably has a high light transmittance, which should exceed at least 50%. It can practically be formed as an optically scattering layer on a transparent substrate, hereinafter referred to as the diffusing screen. Practical configurations see, for example, a scattering film laminated on a glass substrate for LCD panel backlights or sidelights (eg from the manufacturer 3M) or parchment paper or the roughened layer and / or etched surface of a glass substrate. Scatter layer and substrate should be as thin as possible.
  • the scattering layer can be designed so that it can be controlled so that in a first mode it has a scattering effect in the first position of the arrangement and in a second mode in the second position of the arrangement as a transparent medium.
  • Such electrically switchable scattering layers are known in the prior art and are available, for example, from INNOPTEC (Rovereto, Italy) as a PDLC film.
  • the substrate with the scattering layer preferably functions as a spacer for the image display device (here: a TFT-LCD panel) in 3D mode, i.e. in the second position, at a desired distance z from the filter array.
  • the image display device here: a TFT-LCD panel
  • this distance z (preferably in the form of an air gap, ie no additional optically active components are necessary here) between the filter array and the image display device in the second position of the arrangement is generally between 0 mm and 20 mm.
  • the distance z mentioned depends in particular on the pixel pitch of the image display device and on the optimal viewing distance for the spatial representation.
  • struts attached laterally, with the aid of which the components are moved.
  • the struts form a mechanical bridge to a drive.
  • At least one stepper motor and / or at least one piezo element and / or at least one electromagnet and / or pump serves as the drive for the movement.
  • various electromagnetic assemblies can be used, which allow translation.
  • a pump can influence the air pressure between the filter array and the image display device in such a way that that the scattering layer moves into the desired first or second position depending on it.
  • the scattering layer is designed as an additional scattering layer and not as an anti-glare matting layer, it can also be flexible and without a transparent substrate, e.g. be designed as a scattering film, its position being changed via the air pressure. To a certain extent, it is then sucked or pressed onto the filter array. Furthermore, an air-dynamic positioning of the flexible scattering layer is also possible in that forces resulting from an air flow act on the scattering layer. Hydraulic movement arrangements can also be used. Conversely, the filter array can also be moved in this way, depending on the movement variant implemented.
  • the movement of one or more of the components of the arrangement is initiated manually by the user, with wheels or wings with eccentric curves being provided on the side of the arrangement according to the invention for simple handling, which are mechanically connected to the component for movement thereof.
  • the user then exerts the driving force to move this component (with other components if necessary, such as with the transparent substrate).
  • the scattering layer is segmented into surface sections and that the first and second positions can be predetermined independently for selectable surface sections of the scattering layer. This enables a partial switchover from a two-dimensional to a three-dimensional perceptible representation and vice versa, that is, a simultaneous 2D and SD representation.
  • the lighting device which emits light distributed over a large area, and the filter array located in front of it can also be replaced by a light source which emits structured light in accordance with the filter array structure.
  • a light source generally has a large number of small luminous surfaces, which are defined between black or opaque surface sections in a two-dimensional sional structure are arranged. Additional operating principles for the 2D / 3D switchability of autostereoscopic screens in the arrangement according to the invention can also be used, which are described in WO 2004/057878.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the arrangement according to the invention in a first, preferred embodiment variant
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the embodiment variant according to FIG. 3 shows a schematic diagram of the embodiment variant according to FIG. 1 in a first position
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of the embodiment variant according to FIG. 4 in the second position
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of the embodiment variant according to FIG. 4 in the first position
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of the arrangement according to the invention in a third variant
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of the variant according to FIG. 7 in the second position
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of the embodiment variant according to FIG. 7 in the first position
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of the arrangement according to the invention in a fourth embodiment variant
  • FIG. 11 shows a schematic diagram of the arrangement according to the invention in a fifth embodiment variant
  • FIG. 1 2 shows a schematic diagram of the design variant according to FIG. 10 in the second position
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the design variant according to FIG. 10 in the first position
  • Fig. 4 shows a schematic diagram of the configuration variant according to Fig. 10 in a further possible second position
  • Fig. 5 shows a schematic diagram of the configuration variant according to Fig. 11 in the second position
  • Fig. 6 shows a schematic diagram of a sixth configuration variant in a second Position.
  • the arrangement comprises an illuminating device 1 which emits light distributed over a large area, a filter array 2 located in the viewing direction B in front of the illuminating device 1 for structuring the light originating from the illuminating device 1, and in the viewing direction B in front of the filter array 2 and the image display device 4 arranged scattering layer 3a and a transmissive image display device 4 located here, for example, in the viewing direction B behind the scattering layer 3a.
  • the scattering layer 3a on the image display device is preferably a conventional anti-glare matting, as is typical for LCD panels.
  • the image display device 4 is rigidly connected to the lighting device 1 via device assemblies, which are not shown in the drawing.
  • the filter array 2 is, for example, laminated onto a transparent substrate 6.
  • the arrangement changes from a 2D display mode (FIG. 3) to one 3D display mode (Fig. 2) switched.
  • FIG. 3 the structuring of the light originating from the illumination device 1 caused by the filter array 2 is essentially canceled due to the light scattering effect of the scattering layer 3a, and a fully resolved two-dimensional image is displayed on the image display device 4.
  • An observer (not shown) can see the latter from viewing direction B, among other things.
  • This image can be, for example, a perspective view of a scene or an object or text.
  • the arrangement according to variant 1a is shown in FIG. 2, the scattering layer 3a being in a second position here.
  • Such a 3D image can be, for example, an image composed of eight or more views of a scene or an object, as is known in the prior art.
  • a scattering layer 3a, an image display device 4, a filter array 2, which is applied to a transparent substrate 6, and an illumination device 1 are again provided in the viewing direction.
  • the transparent substrate 6 and the filter array 2 are rigidly connected to the lighting device 1, and the transparent substrate 6, filter array 2 and lighting device 1 are arranged to be movable together for the purpose of changing the distance a, as is also indicated here by arrow A.
  • the movement can be implemented very easily.
  • a 3D display mode second position of the arrangement
  • a 2D display mode first position of the arrangement
  • the mode of operation for achieving the 2D or 3D mode is analogous to that described in FIGS. 2 and 3 and therefore need not be repeated here.
  • a third embodiment variant will be explained with reference to FIG. 7.
  • the order of the individual assemblies corresponds to the order of the configuration variants already explained, the difference, however, is that the image display device 4 with the scattering layer 3a is arranged to be movable together for the purpose of changing the distance a, while an assembly of filter array 2, transparent substrate 6 and lighting device 1 is in relative rest or is arranged fixed to the frame. This corresponds to the configuration according to variant 3a.
  • a 3D viewing mode is also set here for the distance a shown in FIG. 8 and a 2D viewing mode for the distance a shown in FIG.
  • FIG. 10 The arrangement according to the invention is shown in FIG. 10 in a fourth embodiment variant, specifically with a transmissive image display device 4 located in the viewing direction B in front of the diffusion layer 3b, which is preferably designed as a TFT-LCD panel.
  • the distance a between the filter array 2 and the scattering layer 3b can be changed, as indicated by the arrow A drawn on the scattering layer 3b.
  • the dashed line indicates that the image display device 4 can, however, also be moved.
  • Fig.l 1 shows a schematic diagram of the arrangement according to the invention in a modification of the fifth embodiment.
  • Two scatter layers 3a and 3b are provided.
  • the scattering layer 3a is (as in the first to third embodiment variants) preferably a customary anti-glare matting on a TFT-LCD panel (which corresponds to the image display device 4).
  • the scattering layer 3b is a separately inserted one, as in the embodiment according to Fig.l 0.
  • FIG. 1 A further schematic diagram of the embodiment variant according to FIG. 10 can be seen in FIG. 1 3, the scattering layer 3 b being in a first position.
  • This image can be, for example, a perspective view of a scene or an object or text.
  • FIG. 1 2 shows a schematic diagram of the fourth embodiment variant according to FIG. 10, but here the scattering layer 3 b is in a second position.
  • the scattering layer 3b used is advantageously designed to be permanently light-scattering. It preferably has a high light transmittance, which should exceed at least 50%.
  • the scattering layer 3b is formed as an optically scattering layer on a transparent substrate 5.
  • Practical refinements provide, for example, a scattering film 3b which is customary for backlights of LCD panels and which is laminated onto a glass substrate.
  • the laminated scatter foil preferably points towards the filter array 2.
  • the scattering layer 3b and the transparent substrate 5 are moved, while the filter array 2 and the image display device 4 rigid, ie with an invariable distance from each other.
  • the lighting device 1 is also immobile, i.e. arranged at a fixed distance from the filter array 2 and the image display device 4.
  • the distance a between the filter array 2 and the scattering layer 3b is moved together with the image display device 4 and - if present - the transparent substrate 5 relative to the filter array 2, while the filter array 2 is rigidly arranged.
  • This application is shown in Fig.l 3 and Fig.l 4 and corresponds to variant 3b.
  • the lighting device 1 is also designed to be immobile.
  • Fig.l 3 is to be interpreted here in connection with Fig.l 4 and the above description; not in connection with Fig.l 2, as above.
  • the substrate 5 with the scattering layer 3 functions as a spacer in order to surround the image display device 4 in 3D mode, i.e. in the second position of the arrangement, to keep a defined distance z from the filter array 2.
  • Fig.l 5 shows a schematic diagram of the embodiment of Fig.l 1, in which a separate scattering layer 3b and a scattering layer 3a are each in a second position.
  • the image display device 4 including the scattering layers 3a and 3b and their transparent substrate 5 were moved.
  • Fig. 6 shows a schematic diagram of a sixth embodiment variant, in which a static scattering layer 3al in the form of an anti-glare matting and a switchable scattering layer 3a2 are present, the embodiment being in a second position (3D mode) and an image display device 4 including both scattering layers 3al, 3a2 was moved. In this second position, the switchable scattering layer 3a2 is switched transparently.
  • a 5 mm
  • the first scattering layer 3a1 in the viewing direction corresponds to the anti-glare matting of an LCD panel.
  • the second scattering layer 3a2 is located between the front polarizer and said anti-glare matting of the LCD panel.
  • the LCD panel designed as an image display device 4 can, for example, be the LCD panel of a commercially available ViewSonic VX900 LC display with "anti-glare front polarizer” or Sharp LQ64D142 with “anti-reflective front polarizer” his.
  • a conventional sidelight consisting of a light guide with CCFL tubes, or a backlight consisting of, for example, 16 CCFL tubes including control and various foils (e.g. diffuser, brightness enhancement films or dual brightness enhancement films) can be used as the lighting device 1 become.
  • various foils e.g. diffuser, brightness enhancement films or dual brightness enhancement films
  • An illuminated or plotted and developed photographic film which contains transparent and opaque surface sections, is preferably used as the filter array 2. These surface sections are arranged in a defined two-dimensional structure.
  • the filter array can also be applied to the transparent substrate 6 in the form of printable ink. It is also possible to filter the filter array by inert structuring of a surface, for example by using laser beams.
  • All substrates 5, 6 should be anti-reflective as well as possible by multiple coating.
  • struts which have been attached laterally and can be used to move the respective components, can be present, as has already been explained in more detail above.
  • the movement is carried out, for example, by at least one stepper motor and / or at least one piezo element and / or at least one electromagnet (not shown in the drawing).
  • the respective actuator is mechanically connected to the component to be moved.
  • the movement of the filter array 2 or other / further components can be carried out manually by the user, with wheels or wings with eccentric curves being provided on the side of the arrangement according to the invention for simple handling, which mechanically with the filter array 2 (and / or other components) are connected to move them. The user then exerts the appropriate force to move.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur wahlweise dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung von Bildern, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung (1), mindestens ein Filterarray (2) zur Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung (1) herrührenden Lichtes, mindestens eine Streuschicht (3a, 3b) und eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung (4), wobei der Abstand a zwischen dem Filterarray (2) und der Streuschicht (3a, 3b) veränderbar ist, so dass in einer ersten Stellung, in welcher die Streuschicht (3a, 3b) vom Filterarray (2) beabstandet angeordnet ist, die durch das Filterarray (2) bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung (1) herrührenden Lichtes auf Grund der Lichtstreuwirkung der Streuschicht (3a, 3b) im wesentlichen, bevorzugt unterhalb der Kontrastschwelle des menschlichen Sehens, aufgehoben wird und ein zweidimensionales Bild auf der Bildwiedergabeeinrichtung (4) in deren voller Auflösung dargestellt wird, und in einer zweiten Stellung, in welcher die Streuschicht (3a, 3b) in engem Kontakt zum oder zumindest nahe beim Filterarray (2) angeordnet ist, die durch das Filterarray (2) bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung (1) herrührenden Lichtes im wesentlichen nicht aufgehoben wird und auf der Bildwiedergabeeinrichtung (4) ein dreidimensional wahrnehmbares Bild darstellbar ist.

Description

Titel
Anordnung zur zwei- oder dreidimensionalen Darstellung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur wahlweise dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung von Bildern. Sie betrifft auto- stereoskopische Bildschirme, die wahlweise ein zweidimensionales Bild von gewohnter Darstellungsqualität darbieten.
Stand der Technik
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 3 D-Darstellung und einer hochauflösenden, möglichst unbeeinträchtigten 2D-Darstellung auf ein- und demselben Gerät umschalten kann.
Zur optischen Wiedergabe der Perspektivansichten eines Gegenstandes in autoste- reoskopischer Darstellung 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 Be- triebsart 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, Flüssigkristall- schichten 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 6,1 57,424 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 5,897,1 84 ist ein autostereoskopisches Display mit einem in seiner Dik- ke 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- SD-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 Moire- 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 5,1 34,345 beschreibt ein Beleuchtungssystem für hochauflösende und SD- 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 Streu- scheibe 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 1 00 53 868 C2 wird eine Anordnung zur wahlweise 2D- oder SD- Darstellung mit zwei Lichtquellen beschrieben, wobei für die 2D-Darstellung die SD- 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 makroskopi- sehe Struktur für den bzw. die Betrachter sichtbar und erzeugt ein störendes Mu- ster. Eine visuell nicht sichtbare mikroskopische Strukturierung ist jedoch aufwendig und teuer in der Herstellung.
Der JP 1 0268805 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 Unscharfen entstehen.
Nach US 2003/001 1 884 AI 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 conditi- on", 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 („füll resolution") im 2D-Modus nicht erreicht wird. Da- her bleibt beispielsweise im 2D-Modus dargestellter Text unleserlich. Bei den Anordnungen nach Fig.9 und Fig.1 0 in der US 2003/001 1 884 AI mit schaltbarer Streuschicht 94 im Inneren des Linsenrasters 1 5 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 ge- nutzt. 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.
Beschreibung der Erfindung
Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln zu verwirklichen ist. Im 3D-Modus soll die Anordnung mehreren Betrachtern gleichzeitig ein ohne Hilfsmittel räumlich wahrnehmbares Bild darbieten. Im 2D-Modus soll ein möglichst hochauflösendes, bevorzugt ein vollauflösendes Bild darstellbar sein. Die Bildhelligkeit soll im 2D- und im 3D-Modus gleich sein, vorzugsweise ohne daß die Bildhelligkeit im 3D-Modus im Vergleich zu einem reinen 3D-Display durch die 2D/3D- Umschaltmaßnahmen reduziert wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, typische - vorzugsweise kleine - Betrachtungsentfernungen zu realisieren, insbesondere auch bei 3D-Displays mit hoher Auflösung. Bevorzugt sollte die zu schaffende Anordnung eine unveränderte Umgebungslichttauglichkeit im Vergleich zu reinen 2D-Displays aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Anordnung zur wahlweise dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung, umfassend: eine Beleuchtungseinrichtung, die flächig verteiltes Licht aussendet, mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Beleuchtungseinrichtung be- findliches Filterarray zur Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung herrührenden Lichtes, mindestens eine in Betrachtungsrichtung vor dem Filterarray befindliche Streuschicht, eine in Betrachtungsrichtung vor oder hinter der Streuschicht befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung, bevorzugt in Form eines TFT-LCD- Panels, wobei der Abstand a zwischen dem Filterarray und der Streuschicht veränderbar ist, so daß in einer ersten Stellung, in welcher die Streuschicht vom Filterarray beabstandet angeordnet ist, die durch das Filterarray bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung herrührenden Lichtes auf Grund der Lichtstreuwirkung der Streuschicht im wesentlichen, bevorzugt unterhalb der Kontrastschwelle des menschlichen Sehens, aufgehoben wird und ein zweidimensiona- les Bild auf der Bildwiedergabeeinrichtung in deren voller Auflösung dargestellt wird, und - in einer zweiten Stellung, in welcher die Streuschicht in engem Kontakt zum oder zumindest nahe beim Filterarray angeordnet ist, die durch das Filterarray bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung herrührenden Lichtes im wesentlichen nicht aufgehoben wird und dadurch das auf der Bildwiedergabeeinrichtung dargestellte Bild dreidimensional wahrnehmbar ist.
Verschiedene Ausgestaltungsvarianten sind wie folgt vorgesehen:
Variante 1 a: In Betrachtungsrichtung hinter der Streuschicht befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung; Bildwiedergabeeinrichtung, Streuschicht und Beleuch- tungseinrichtung sind starr angeordnet; das Filterarray ist auf einem transparenten Substrat aufgebracht; das transparente Substrat mit dem Filterarray ist zwecks Änderung des Abstandes a relativ zur Streuschicht beweglich.
Variante 1 b: In Betrachtungsrichtung vor der Streuschicht befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung; Bildwiedergabeeinrichtung, Streuschicht und Beleuchtungseinrichtung sind starr angeordnet; die Streuschicht kann optional auf einem transparenten Substrat aufgebracht sein; das Filterarray ist auf einem transparenten Substrat aufgebracht; das transparente Substrat mit dem Filterarray ist zwecks Änderung des Abstandes a relativ zur Streuschicht beweglich. Variante 2a: In Betrachtungsrichtung hinter der Streuschicht befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung; das Filterarray ist auf einem transparenten Substrat aufgebracht; das transparente Substrat mit dem Filterarray ist starr mit der Beleuchtungseinrichtung verbunden (das Filterarray kann auch direkt auf der Beleuchtungs- einrichtung aufgebracht sein); transparentes Substrat, Filterarray und Beleuchtungseinrichtung sind zwecks Änderung des Abstandes a gemeinsam relativ zu Streuschicht und Bildwiedergabeeinrichtung beweglich.
Variante 2b: In Betrachtungsrichtung vor der Streuschicht befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung; die Streuschicht kann optional auf einem transparenten Substrat aufgebracht sein; das Filterarray ist auf einem transparenten Substrat aufgebracht; das transparente Substrat mit dem Filterarray ist starr mit der Beleuchtungseinrichtung verbunden (das Filterarray kann auch direkt auf der Beleuchtungseinrichtung aufgebracht sein); transparentes Substrat, Filterarray und Beleuchtungs- einrichtung sind zwecks Änderung des Abstandes a gemeinsam relativ zu Streuschicht und Bildwiedergabeeinrichtung beweglich.
Variante 3a: In Betrachtungsrichtung hinter der Streuschicht befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung; die Streuschicht und die Bildwiedergabeeinrichtung sind starr miteinander verbunden; das Filterarray ist auf ein transparentes Substrat aufgebracht; das transparente Substrat mit dem Filterarray ist starr mit der Beleuchtungseinrichtung verbunden; Bildwiedergabeeinrichtung und Streuschicht sind zwecks Änderung des Abstandes a relativ zu Filterarray und Beleuchtungseinrichtung beweglich.
Variante 3b: In Betrachtungsrichtung vor der Streuschicht befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung; die Streuschicht ist auf einem transparenten Substrat aufgebracht; das Filterarray ist auf der Beleuchtungseinrichtung angeordnet; transparentes Substrat und Streuschicht sind zwecks Änderung des Abstandes a relativ zu Filterarray und Beleuchtungseinrichtung beweglich. Optional wird auch die Bildwiedergabeeinrichtung mit der Streuschicht und dem transparenten Substrat mitbewegt.
Ausgehend von den vorgenannten sechs Varianten können weitere Varianten durch Kombination gebildet werden. Bei allen Varianten sollten jedoch Filterarray, Beleuchtungseinrichtung, Bildwiedergabeeinrichtung und Streuschicht stets im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein. Ferner sollte die Bewegung jeder der Komponenten vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu deren Großflächen erfolgen.
Der Abstand a hängt insbesondere von der Beschaffenheit der Streuschicht, der Pi- xelgröße der Bildwiedergabeeinrichtung und von der Größe bzw. Auffälligkeit der Filterstruktur ab, er kann in der ersten Stellung beispielsweise im Bereich von 1 0 mm bis 30 mm liegen oder aber auch größer oder bevorzugt kleiner sein. In der zweiten Stellung kann der Abstand a beispielsweise 0,2 mm oder mehr betragen.
Es sei in diesem Zusammenhang angemerkt, daß die oben genannten Varianten 1 a, 2a, 3a besonders zu bevorzugen sind, da sie die vorteilhafte Möglichkeit bieten, den Abstand z zwischen Filterarray und Bildwiedergabeeinrichtung gleich Null zu setzen. Unter dem Abstand z ist der Abstand zwischen der Bildwiedergabeeinrichtung und dem Filterarray zu verstehen, gemessen von der dem Filterarray zuge- wandten Seite der Bildwiedergabeeinrichtung.
Damit ist es möglich, auch bei hochauflösenden Bildwiedergabeeinrichtungen bzw. solchen mit sehr kleinen Pixelperioden noch übliche - insbesondere auch kleine - Betrachtungsabstände im 3D-Modus, d.h. in der zweiten Stellung, zu erzielen.
Selbstverständlich kommen für die transmissive Bildwiedergabeeinrichtung auch andere Einrichtungen als TFT-LCD-Panels in Frage. Ferner kann das besagte TFT- LCD-Panel zur Färb- oder Graustufenwiedergabe geeignet sein. Bei der Streuschicht, die sich vorteilhaft vor und an der Bildwiedergabeeinrichtung befindet, handelt es sich für die Varianten l a, 2a und 3a bevorzugt um eine Antiglare- Mattierungsschicht auf dem betrachterseitigen Polarisationsfilter, wie bei LCD- Panels üblich. In diesem Falle ist nur diese eine Streuschicht in der genannten Ausprägung vorhanden. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn neben dieser ersten Streuschicht eine zweite vorhanden ist, die sich dann beispielsweise in Betrach- tungsrichtung hinter der Bildwiedergabeeinrichtung befindet. Bei Bildwiedergabeeinrichtungen mit lediglich antireflexionsbeschichteten Oberflächen (ohne Antiglare- Mattierungsschicht) oder bei Kombination von antireflexionsbeschichteten und an- tiglare-beschichteten Oberflächen wiederum kann die (dann) einzige Streuschicht vor oder hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet sein, je nach Ausgestal- tungsvariante. Im weiteren wird unabhängig von der konkreten Ausgestaltungsvariante lediglich das Wort „Streuschicht" verwendet. Für die Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise ein übliches Backlight, bestehend aus parallel angeordneten CCFL-Röhren, oder ein Sidelight, bestehend aus einem Lichtleiter mit CCFL-Röhren samt Ansteuerung sowie diversen Folien (z.B. Brightness Enhancement Film und Dual Brightness Enhancement Film von 3M) eingesetzt werden.
Das Filterarray ist beispielhaft ein belichteter und entwickelter fotografischer Film, der bevorzugt transparente und opake Flächenabschnitte beinhaltet. Diese Flächen- abschnitte sind in einer definiert vorgegebenen zweidimensionalen Struktur angeordnet. Zur Strukturierung und Herstellung von Filterarrays sei hier stellvertretend auf die Schriften DE 201 21 31 8 Ul , WO 01 /56265, PCT/EP2004/004464, PCT/EP2004/001 833 sowie DE 1 01 45 1 33 verwiesen.
Sowohl Filterarray als auch Streuschicht können auch ohne Substrat verwendet werden; hierzu können sie z.B. jeweils auf einen Rahmen aufgespannt werden, damit sie eine plane Oberfläche aufweisen.
Je nach erforderlichem Abstand z zwischen Filterarray bzw. Beleuchtungseinrichtung und Bildwiedergabeeinrichtung kann es zu einer Vignettierung des Sehfeldes kommen. Dies bedeutet, daß bei Schrägsicht auf den Bildschirmrand/die Bildschirmränder am Filterarray bzw. der Beleuchtungseinrichtung vorbeigeblickt wird und somit das dargestellte 2D-Bild (und unter Umständen das 3D-Bild) nicht in voller Größe ausreichend beleuchtet wird.
Das kann behoben werden, indem zur virtuellen homogenen Vergrößerung des Filterarrays bzw. der Beleuchtungsfläche der Beleuchtungseinrichtung - vorzugsweise bei Ausgestaltung nach Variante l a - ein Spiegelschacht rings um das Filterarray angeordnet wird. Dieser reflektiert - je nach Stellung der erfindungsgemäßen An- ordnung - das Licht der Beleuchtungseinrichtung bzw. das durch das Filterarray hindurchdringende Licht der Beleuchtungseinrichtung, wodurch die Vignettierung unsichtbar wird.
Beispielsweise wird der Spiegelschacht mit senkrecht (90°) zur Oberfläche des Filter- arrays umlaufenden Vorderflächenspiegeln mit hohem Reflexionsgrad realisiert (z.B. p>98%, 3M „Enhanced Specular Reflector"-Folie, auflaminiert auf ein planes Träger- substrat). Dabei sollen die zur jeweiligen Bewegungsumsetzung (siehe die oben genannten Varianten) notwendigen Schlitze zum Durchlaß mechanischer Bauteile zur Bewegung möglichst minimal gehalten werden. Die Spiegeloberfläche soll kratzfest sein.
Eine weitere Variante zur Umgehung der vorgenannten Vignettierung ist die Verwendung einer in der Fläche gegenüber der Bildwiedergabeeinrichtung - vorzugsweise allseitig - vergrößerten Beleuchtungseinrichtung mit entsprechend vergrößertem Filterarray. Damit wird erreicht, daß auch bei Schrägsicht am Rande der Bildfläche der Bildwiedergabeeinrichtung noch auf das Filterarray bzw. die leuchtende Fläche der Beleuchtungseinrichtung durchgeblickt und somit die Vignettierung vermieden wird.
Die Antivignettierung mittels Spiegelschacht hat gegenüber der letztgenannten Va- riante den Vorteil, daß die virtuelle Vergrößerung von Beleuchtungseinrichtung und ggf. Filterarray quasi unendlich ist, weswegen alle Schrägsichtwinkel vignettierungs- frei sind, also auch große Schrägsichtwinkel.
Ferner ist es von Vorteil, zur Erzielung der zweidimensionalen Bilddarstellung eine inverse Informationsdarstellung vorzunehmen. Vorzugsweise würden hier weiße Objekte, z.B. Text, auf blauem Hintergrund gezeigt (z.B. Microsoft WORD-Texte). Dadurch wird ein sehr viel besserer Kontrast kontrastschwacher Objekte, eine verbesserte Lesbarkeit, eine geringere Flimmerempfindlichkeit und ein kleinerer Abstand a zwischen Filterarray und Streuschicht für die erste Stellung (2D-Modus) er- reicht.
Zur weiteren Optimierung kann überdies eine zusätzliche schwach streuende Streufolie innen an der Bildwiedergabeeinrichtung anlaminiert werden. Damit werden die Streuanforderungen an die Streuschicht (z.B. die Antiglare-Mattierungsschicht der Bildwiedergabeeinrichtung) und/oder an die Größe des Abstandes a in der ersten Stellung der erfindungsgemäßen Anordnung minimiert.
Es ist außerdem möglich, eine verstärkt streuende Antiglare-Mattierung als Streuschicht an der Bildwiedergabeeinrichtung, z.B. einem Farb-LCD-Panel, aufzubringen, um den Verschiebeweg Δa der entsprechenden Komponenten zwischen erster und zweiter Stellung zu minimieren. Dazu wird die Fläche unter der Leuchtdichte-/ Streu- Indikatrix der Antiglare-Mattierung vergrößert, indem insbesondere die Nahwinkelstreuung verbessert und/oder beispielsweise der Halbwertswinkel der Indikatrix vergrößert wird. Zur weiteren Minimierung des Verschiebeweges kann der Pixel- pitch/die Pixelgröße auf der Bildwiedergabeeinrichtung verkleinert werden. Dadurch haben die Strukturen auf dem Filterarray ebenso eine geringere Größe bzw. Periode und sind damit schlechter für das menschliche Auge auflösbar, was sowohl für die erste Stellung (2D-Modus) als auch für die zweite Stellung (3D-Modus) wünschenswert ist.
Weiterhin können Mittel zur Ansteuerung der Bildwiedergabeeinrichtung vorgesehen sein, so daß auf selbiger gleichzeitig Teilinformationen aus mehreren Ansichten einer Szene oder eines Gegenstandes in definierter Zuordnung darstellbar sind, wobei auf einem kleinsten physischen Bildelement der Bildwiedergabeeinrichtung entweder lediglich eine Teilinformation einer Ansicht oder aber aus Teilinformationen mindestens zweier Ansichten gemischte Information, siehe hierzu auch die DE 101 45 1 33 C2, wiedergegeben wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß besagte Mittel zur Ansteuerung der Bildwiedergabeeinrichtung aus Teilinformation mehrerer Ansichten auch nach anderen Bildkombinationsvorschriften arbeiten, z.B. nach der DE 1 01 1 8 461 oder anderen Schriften, wie sie weiter vorn genannt wurden.
Bei den im Stand der Technik bekannten TFT-LC-Displays, die für „outdoor"- Anwendungen und für die Verwendung im direkten Sonnenlicht vorgesehen sind, wird die Antiglare-Mattierung der Polarisationsfolie durch eine Antireflexionsbe- schichtung der Polarisationsfolie ersetzt. Somit fehlt bei diesen sehr hellen TFT-LCD- Panels die Antiglare-Mattierung. Bei Verwendung derartiger LCD-Panels in erfindungsgemäßen Anordnungen ist die in Rede stehende Streuschicht als zusätzliches Bauteil vorgesehen.
Die zum Einsatz kommende Streuschicht ist - falls diese nicht als Antiglare- Mattierung, sondern als separate Schicht ausgebildet ist - vorteilhaft permanent (licht-)streuend ausgeführt. Bevorzugt weist sie einen hohen Lichttransmissionsgrad auf, der wenigstens 50% überschreiten sollte. Sie kann praktisch als optisch streuende Schicht auf einem transparenten Substrat ausgebildet sein, im folgenden Streuscheibe genannt. Praktische Ausgestaltungen sehen als Streuschicht beispiels- weise eine auf ein Glassubstrat laminierte Streufolie für LCD-Panel-Backlights oder Sidelights (z.B. vom Hersteller 3M) oder Pergamentpapier oder die angerauhte und/oder geätzte Oberfläche eines Glassubstrates vor. Streuschicht und Substrat sollten so dünn wie möglich sein.
Demgegenüber kann in einer Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung die Streuschicht ansteuerbar so ausgebildet sein, daß sie in einem ersten Modus bei der ersten Stellung der Anordnung streuend und in einem zweiten Modus bei der zweiten Stellung der Anordnung als transparentes Medium wirkt. Derartige elektrisch schaltbare Streuschichten sind im Stand der Technik bekannt und beispielsweise von der Firma INNOPTEC (Rovereto, Italien) als PDLC-Film erhältlich.
Bezüglich der oben genannten Variante 3b fungiert vorzugsweise das Substrat mit der Streuschicht als Abstandshalter, um die Bildwiedergabeeinrichtung (hier: ein TFT-LCD-Panel) im 3D-Modus, d.h. in der zweiten Stellung, in einem gewünschten Abstand z zum Filterarray zu halten.
Bei den anderen Varianten (l a, 2a und 3a) beträgt dieser Abstand z (bevorzugt als Luftabstand ausgebildet, d.h. es sind hier keine zusätzlichen optisch wirksamen Komponenten notwendig) zwischen Filterarray und Bildwiedergabeeinrichtung in der zweiten Stellung der Anordnung in aller Regel zwischen einschließlich 0 mm und 20 mm. Andere Werte liegen jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Der genannte Abstand z ist insbesondere vom Pixelpitch der Bildwiedergabeeinrichtung sowie vom optimalen Betrachtungsabstand für die räumliche Darstellung abhängig.
Ferner können an die jeweils zu bewegenden Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung (z.B. Filterarray und/oder Streuschicht und/oder Bildwiedergabeeinrichtung und/oder Beleuchtungseinrichtung - je nach Variante) seitlich fest angebrachte Streben vorhanden sein, mit deren Hilfe die Komponenten bewegt werden. Die Streben bilden eine mechanische Brücke zu einem Antrieb.
Als Antrieb für die Bewegung dient beispielsweise mindestens ein Schrittmotor und/oder mindestens ein Piezo-Glied und/oder mindestens ein Elektromagnet und/oder eine Pumpe. Allgemein können verschiedene elektromagnetische Baugruppen zum Einsatz kommen, welche die Translation erlauben.
Eine Pumpe kann beispielsweise bei Ausgestaltung nach Variante 1 b den Luftdruck zwischen dem Filterarray und der Bildwiedergabeeinrichtung derart beeinflussen, daß die Streuschicht sich in Abhängigkeit davon in die gewünschte erste oder zweite Stellung bewegt.
Außerdem kann die Streuschicht, falls sie als zusätzliche Streuschicht und nicht als Antiglare-Mattierungsschicht ausgebildet ist, auch flexibel und ohne transparentes Substrat, z.B. als Streufolie, ausgebildet sein, wobei ihre Position über den Luftdruck verändert wird. Sie wird dann gewissermaßen an das Filterarray angesaugt oder angedrückt. Ferner ist auch eine luftdynamische Positionierung der flexiblen Streuschicht möglich, indem aus einer Luftströmung resultierende Kräfte an der Streu- schicht angreifen. Auch hydraulische Bewegungsanordnungen können zum Einsatz kommen. Umgekehrt kann auch das Filterarray derart bewegt werden, je nach umgesetzter Bewegungsvariante.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Bewegung einer oder mehrerer der Kom- ponenten der Anordnung manuell vom Anwender veranlaßt, wobei zur einfachen Handhabung seitlich an der erfindungsgemäßen Anordnung Rädchen oder Flügel mit Exzenterkurven vorgesehen sind, die mechanisch mit der Komponente zur Bewegung selbiger verbunden sind. Der Anwender übt dann die Antriebskraft zur Bewegung dieser Komponente (mit ggf. weiteren Komponenten wie z.B. mit dem transparenten Substrat) aus.
Überdies liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Streuschicht in Flächenabschnitte segmentiert ist und für wählbare Flächenabschnitte der Streuschicht jeweils unabhängig die erste und zweite Stellung vorgegeben werden kann. Somit wird eine teilflächige Umschaltung von einer zweidimensional zu einer dreidimensional wahrnehmbaren Darstellung und umgekehrt, also eine gleichzeitige 2D- und SD- Darstellung, ermöglicht.
Weiterhin ist selbstredend für jede Variante der erfindungsgemäßen Anordnungen auch jeweils ein geeignetes Gehäuse vorgesehen.
Des weiteren können die Beleuchtungseinrichtung, die flächig verteiltes Licht aussendet, und das davor befindliche Filterarray auch ersetzt werden durch eine Lichtquelle, die entsprechend der Filterarraystruktur strukturiertes Licht aussendet. Eine solche Lichtquelle verfügt in der Regel über eine Vielzahl kleiner Leuchtflächen, die zwischen schwarzen bzw. opaken Flächenabschnitten definiert in einer zweidimen- sionalen Struktur angeordnet sind. Auch können zusätzlich weitere Wirkprinzipien zur 2D/3D-Umschaltbarkeit von autostereoskopischen Bildschirmen in der erfindungsgemäßen Anordnung zum Einsatz kommen, die in der WO 2004/057878 beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anordnung in einer ersten, bevorzugten Ausgestaltungsvariante,
Fig.2 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.! in einer zweiten Stellung, Fig.3 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.1 in einer ersten Stellung,
Fig.4 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anordnung in einer zweiten Ausgestaltungsvariante,
Fig.5 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.4 in der zweiten Stel- lung,
Fig.6 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.4 in der ersten Stellung,
Fig.7 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anordnung in einer dritten Ausgestaltungsvariante, Fig.8 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.7 in der zweiten Stellung,
Fig.9 eine Prinzipskizze der der Ausgestaltungsvariante nach Fig.7 in der ersten Stellung,
Fig.1 0 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anordnung in einer vierten Aus- gestaltungsvariante,
Fig.1 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anordnung in einer fünften Ausgestaltungsvariante,
Fig.1 2 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.1 0 in der zweiten Stellung, Fig.1 3 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.1 0 in der ersten Stellung, Fig.l 4 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.l 0 in einer weiteren möglichen zweiten Stellung, Fig.l 5 eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.l 1 in der zweiten Stellung, Fig.l 6 eine Prinzipskizze einer sechsten Ausgestaltungsvariante in einer zweiten Stellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen In Fig.l ist eine erste Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung als Prinzipskizze dargestellt. Wie aus Fig.l ersichtlich ist, umfaßt die Anordnung eine Beleuchtungseinrichtung 1 , die flächig verteiltes Licht aussendet, eine in Betrachtungsrichtung B vor der Beleuchtungseinrichtung 1 befindliches Filterarray 2 zur Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung 1 herrührenden Lichtes, eine in Betrachtungsrichtung B vor dem Filterarray 2 und der Bildwiedergabeeinrichtung 4 angeordnete Streuschicht 3a sowie eine hier beispielhaft in Betrachtungsrichtung B hinter der Streuschicht 3a befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 4.
Bei der Streuschicht 3a an der Bildwiedergabeeinrichtung handelt es sich bevorzugt um eine übliche Antiglare-Mattierung, wie sie bei LCD-Panels typisch ist. Die Bildwiedergabeeinrichtung 4 ist über Gerätebaugruppen, die zeichnerisch nicht dargestellt sind, mit der Beleuchtungseinrichtung 1 starr verbunden. Das Filterarray 2 ist beispielsweise auf ein transparentes Substrat 6 auflaminiert.
Um erfindungsgemäß den Abstand a zwischen dem Filterarray 2 und der Streuschicht 3a verändern zu können, ist lediglich das transparente Substrat 6 gemeinsam mit dem Filterarray 2 relativ zu den übrigen Baugruppen beweglich angeordnet, wie durch Pfeil A angedeutet. Dies entspricht der weiter oben genannten, besonders bevorzugten Ausgestaltung nach Variante l a. Sie ist mit sehr einfachen Mitteln umzusetzen.
Mit der Verschiebung des transparenten Substrates 6 gemeinsam mit dem Filterarray 2 von einer ersten Position, die in Fig.3 dargestellt ist, in eine zweite, in Fig.2 gezeigte Position wird die Anordnung von einem 2D-Darstellungsmodus (Fig.3) in einen 3D-Darstellungsmodus (Fig.2) umgeschaltet. Dadurch wird in der ersten Stellung (Fig.3) die durch das Filterarray 2 bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung 1 herrührenden Lichtes auf Grund der Lichtstreuwirkung der Streuschicht 3a im wesentlichen aufgehoben, und auf der Bildwiedergabeeinrichtung 4 wird ein vollaufgelöstes zweidimensionales Bild dargestellt. Letzteres kann ein (nicht gezeichneter) Betrachter unter anderem aus der Betrachtungsrichtung B sehen. Dieses Bild kann beispielsweise eine Perspektivansicht einer Szene oder eines Gegenstandes oder auch Text sein.
In Fig.2 ist die Anordnung nach Variante l a gezeigt, wobei sich hier die Streuschicht 3a in einer zweiten Stellung befindet. Die Streuschicht 3a liegt nun in der Nähe zum Filterarray 2, d.h. der Abstand a zwischen Streuschicht 3a und Filterarray 2 hat den Betrag der Dicke der Bildwiedergabeeinrichtung 4, z.B. a = 1 ,0 mm, so daß die durch das Filterarray 2 bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrich- tung 1 herrührenden Lichtes im wesentlichen nicht aufgehoben wird und daher ein auf der Bildwiedergabeeinrichtung 4 dargestelltes Bild, das beispielsweise aus mehreren Perspektivansichten einer Szene oder eines Gegenstandes zusammengesetzt ist, für den Betrachter aus der Betrachtungsrichtung B dreidimensional wahrnehmbar ist.
Ein solches 3D-Bild kann beispielsweise ein aus acht oder mehr Ansichten einer Szene oder eines Gegenstandes zusammengesetztes Bild sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung, die in Fig.4 dargestellt ist, sind in Betrachtungsrichtung wiederum eine Streuschicht 3a, eine Bildwiedergabeeinrichtung 4, ein Filterarray 2, das auf einen transparentes Substrat 6 aufgebracht ist, sowie eine Beleuchtungseinrichtung 1 vorgesehen.
Im Unterschied zur ersten Ausgestaltungsvariante sind hier das transparente Substrat 6 und das Filterarray 2 starr mit der Beleuchtungseinrichtung 1 verbunden, und transparentes Substrat 6, Filterarray 2 und Beleuchtungseinrichtung 1 sind zwecks Änderung des Abstandes a gemeinsam beweglich angeordnet, wie hier ebenfalls durch Pfeil A angedeutet. Dies entspricht einer Ausgestaltung nach Varian- te 2a. Auch hier ist die Bewegung sehr einfach umsetzbar. Mit der Veränderung des Abstandes a läßt sich ein 3D-Darstellungsmodus (zweite Stellung der Anordnung) einstellen, der in Fig.5 gezeigt ist, sowie ein 2D- Darstellungsmodus (erste Stellung der Anordnung), wie in Fig.6 gezeichnet.
Die Wirkungsweise zur Erzielung des 2D- bzw. 3D-Modus ist analog der zu den Fig.2 und Fig.3 beschriebenen und muß daher hier nicht wiederholt werden.
Eine dritte Ausgestaltungsvariante soll anhand Fig.7 erläutert werden. Hier entspricht die Reihenfolge der einzelnen Baugruppen der Reihenfolge der bereits erläu- terten Ausgestaltungsvarianten, der Unterschied besteht jedoch darin, daß die Bildwiedergabeeinrichtung 4 mit der Streuschicht 3a zwecks Änderung des Abstandes a gemeinsam beweglich angeordnet ist, während eine Baugruppe aus Filterarray 2, transparentem Substrat 6 und Beleuchtungseinrichtung 1 sich in relativer Ruhe befindet bzw. gestellfest angeordnet ist. Dies entspricht der Ausgestaltung nach Vari- ante 3a.
Analog zu den bereits beschriebenen Ausgestaltungsvarianten ist hier ebenfalls bei dem in Fig.8 dargestellten Abstand a ein 3D-Betrachtungsmodus und bei dem in Fig.9 gezeigten Abstand a ein 2D-Betrachtungsmodus eingestellt.
In Fig.l 0 ist die erfindungsgemäße Anordnung in einer vierten Ausgestaltungsvariante dargestellt, und zwar mit einer in Betrachtungsrichtung B vor der Streuschicht 3b befindlichen transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung 4, die bevorzugt als TFT- LCD-Panel ausgebildet ist. Hier ist ebenfalls der Abstand a zwischen dem Filterarray 2 und der Streuschicht 3b veränderbar, wie mit dem an die Streuschicht 3b gezeichneten Pfeil A angedeutet. Dies entspricht der weiter oben genannten Variante 3b, wobei hier allerdings die Bildwiedergabeeinrichtung 4 nicht notwendigerweise bewegt wird. Die Strichlinie deutet an, daß die Bildwiedergabeeinrichtung 4 jedoch auch mitbewegt werden kann.
Die Fig.l 1 zeigt eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Abwandlung der fünften Ausgestaltungsvariante. Dabei sind zwei Streuschichten 3a und 3b vorgesehen. Bei der Streuschicht 3a handelt es sich (wie in der ersten bis dritten Ausgestaltungsvariante) bevorzugt um eine übliche Antiglare-Mattierung auf einem TFT-LCD-Panel (welches der Bildwiedergabeeinrichtung 4 entspricht). Die Streuschicht 3b hingegen ist eine separat eingefügte, so wie in der Ausgestaltung nach Fig.l 0. Bei der Umschaltung zwischen erster und zweiter Stellung werden hier die Abstände al und a2 zwischen Filterarray 2 und beiden Streuschichten 3a und 3b prinzipgemäß verändert; der Verschiebeweg Δa ist selbstverständlich für beide gleich.
In Fig.l 3 ist eine weitere Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.l 0 zu sehen, wobei die Streuschicht 3b in einer ersten Stellung befindlich ist. Dabei beträgt der Abstand a zwischen der Streuschicht 3b und dem Filterarray 2 je nach Stärke der Streueigenschaften der Streuschicht 3b wenige Millimeter, zum Beispiel a = 3 mm.
Dadurch wird die durch das Filterarray 2 bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung 1 herrührenden Lichtes auf Grund der Lichtstreuwirkung der Streuschicht 3b im wesentlichen aufgehoben, und auf der Bildwiedergabeeinrich- tung 4 wird ein vollaufgelöstes zweidimensionales Bild dargestellt. Letzteres kann ein (nicht gezeichneter) Betrachter unter anderem aus der Betrachtungsrichtung B sehen. Dieses Bild kann beispielsweise eine Perspektivansicht einer Szene oder eines Gegenstandes oder auch Text sein.
Demgegenüber ist in Fig.l 2 wiederum eine Prinzipskizze der vierten Ausgestaltungsvariante nach Fig.l 0 gezeigt, wobei sich hier jedoch die Streuschicht 3b in einer zweiten Stellung, befindet. Die Streuschicht 3b liegt nun in engem Kontakt zum Filterarray 2, d.h. der Abstand a zwischen Streuschicht 3b und Filterarray 2 hat den Betrag a= 0 mm, so daß die durch das Filterarray 2 bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung 1 herrührenden Lichtes im wesentlichen nicht aufgehoben wird und daher ein auf der Bildwiedergabeeinrichtung 4 dargestelltes Bild, das beispielsweise aus mehreren Perspektivansichten einer Szene oder eines Gegenstandes zusammengesetzt ist, für den Betrachter aus der Betrachtungsrichtung B dreidimensional wahrnehmbar ist.
Die zum Einsatz kommende Streuschicht 3b ist vorteilhaft permanent lichtstreuend ausgebildet. Bevorzugt weist sie einen hohen Lichttransmissionsgrad auf, der wenigstens 50% überschreiten sollte.
In den anhand Fig.l 2 bis Fig.l 4 dargestellten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung basierend auf der vierten Ausgestaltung nach Fig.l 0 (entspre- chend Variante 3b) ist die Streuschicht 3b als optisch streuende Schicht auf einem transparenten Substrat 5 ausgebildet. Praktische Ausgestaltungen sehen als Streuschicht 3b beispielsweise eine für Backlights von LCD-Panels übliche Streufolie vor, die auf ein Glassubstrat auflaminiert ist. Die auflaminierte Streufolie weist bevorzugt zu dem Filterarray 2 hin.
In den bisher anhand Fig.l 0, Fig.l 2 und Fig.l 3 beschriebenen Prinzipskizzen wird zur Änderung des Abstandes a zwischen dem Filterarray 2 und der Streuschicht 3b die Streuschicht 3b und das transparente Substrat 5 bewegt, während das Filterar- ray 2 und die Bildwiedergabeeinrichtung 4 starr, d.h. mit unveränderlichem Abstand zueinander, angeordnet sind. Die Beleuchtungseinrichtung 1 ist in diesem Falle ebenfalls unbeweglich, d.h. mit festem Abstand zu dem Filterarray 2 und der Bildwiedergabeeinrichtung 4 angeordnet.
Es ist jedoch auch möglich, daß zur Änderung des Abstandes a zwischen dem Filterarray 2 und der Streuschicht 3b selbige zusammen mit der Bildwiedergabeeinrichtung 4 und - falls vorhanden - dem transparenten Substrat 5 relativ zum Filterarray 2 bewegt wird, während das Filterarray 2 starr angeordnet ist. Dieser Anwendungsfall ist in Fig.l 3 und Fig.l 4 gezeigt und entspricht Variante 3b. Die Beleuch- tungseinrichtung 1 ist in diesem Falle auch unbeweglich ausgebildet. Fig.l 3 ist hier im Zusammenhang mit Fig.l 4 und der vorstehend genannten Beschreibung zu interpretieren; nicht im Zusammenhang mit Fig.l 2, wie weiter vorn.
Bei dieser Variante fungiert das Substrat 5 mit der Streuschicht 3 als Abstandshal- ter, um die Bildwiedergabeeinrichtung 4 im 3D-Modus, d.h. in der zweiten Stellung der Anordnung, in einem definierten Abstand z zum Filterarray 2 zu halten. Dieser Abstand z zwischen Filterarray 2 und Bildwiedergabeeinrichtung 4 in der zweiten Stellung der Anordnung liegt in aller Regel zwischen einschließlich 0,0 mm und einschließlich 20 mm; bei den Varianten l a, 2a und 3a kann er z=0 mm betragen.
Die Fig.l 5 zeigt noch eine Prinzipskizze der Ausgestaltungsvariante nach Fig.l 1 , bei der eine separate Streuschicht 3b sowie eine Streuschicht 3a jeweils in einer zweiten Stellung befindlich sind. Dabei wurden die Bildwiedergabeeinrichtung 4 einschließlich der Streuschichten 3a und 3b und deren transparentem Substrat 5 bewegt. Dies entspricht einer Kombination aus den Varianten 3a und 3b. Schließlich gibt Fig.l 6 eine Prinzipskizze einer sechsten Ausgestaltungsvariante wieder, bei der eine statische Streuschicht 3al in Form einer Antiglare-Mattierung und eine schaltbare Streuschicht 3a2 vorhanden sind, wobei die Ausgestaltung in einer zweiten Stellung (3D-Modus) befindlich ist und eine Bildwiedergabeeinrichtung 4 einschließlich beider Streuschichten 3al , 3a2 bewegt wurde. In dieser zweiten Stellung ist die schaltbare Streuschicht 3a2 transparent geschaltet. In einer (nicht dargestellten) ersten Stellung zur 2D-Darstellung (2D-Modus) würde die Bildwiedergabeeinrichtung 4 samt beider Streuschichten 3a1 , 3a zu der Beleuchtungseinrichtung 1 und dem Filterarray 2 auf dem transparenten Substrat 6 in einen gewissen Abstand (z.B. a = 5 mm) gebracht und die schaltbare Streuschicht 3a2 streuend geschaltet. Die vorgenannte Ausgestaltung ist eine Erweiterung zur Variante 3a.
In Fig.l 6 entspricht die in Betrachtungsrichtung erste Streuschicht 3a1 der Antiglare-Mattierung eines LCD-Panels. Die zweite Streuschicht 3a2 ist zwischen dem Frontpolarisator und besagter Antiglare-Mattierung des LCD-Panels befindlich.
Für alle vorstehend genannten Ausgestaltungsvarianten gelten die folgenden Bemerkungen:
Das als Bildwiedergabeeinrichtung 4 ausgebildete LCD-Panel kann je nach Ausgestaltung mit Antireflexions- oder Antiglarebeschichtung beispielsweise das LCD- Panel eines handelsüblichen LC-Displays ViewSonic VX900 mit „anti-glare front pola- rizer" oder Sharp LQ64D142 mit „anti-reflective front polarizer" sein.
Als Beleuchtungseinrichtung 1 kann beispielsweise ein übliches Sidelight, bestehend aus einem Lichtleiter mit CCFL-Röhren, oder ein Backlight, bestehend aus beispielsweise 1 6 CCFL-Röhren einschließlich Ansteuerung sowie diversen Folien (z.B. Diffuser, Brightness Enhancement Films oder Dual Brightness Enhancement Films), genutzt werden.
Als Filterarray 2 dient bevorzugt ein belichteter oder geplotteter und entwickelter fotografischer Film, der transparente und opake Flächenabschnitte beinhaltet. Diese Flächenabschnitte sind in einer definierten zweidimensionalen Struktur angeordnet. Das Filterarray kann jedoch auch in Form von druckfähiger Farbe auf das transpa- rente Substrat 6 aufgebracht sein. Ferner ist es möglich, das Filterarray durch nach- trägliche Strukturierung einer Oberfläche, etwa durch Anwendung von Laserstrahlen, herzustellen.
Zur Strukturierung und Herstellung von Filterarrays 2 sei hier nochmals auf die DE 201 21 31 8 Ul , WO 01 /56265, PCT/EP2004/004464, PCT/EP2004/001 833 sowie DE 1 01 45 1 33 verwiesen. Andere Ausgestaltungen des Filterarrays 2 sind selbstverständlich möglich.
Sämtliche Substrate 5, 6 sollten durch Vielfachbeschichtung möglichst gut entspie- gelt sein.
Zur parallelen und im wesentlichen zu den Großflächen senkrechten Bewegung der jeweils zu bewegenden Anordnungskomponenten können - wie oben schon näher erläutert wurde - seitlich fest angebrachte Streben vorhanden sein, mit deren Hilfe die jeweiligen Komponenten bewegt werden. Die Bewegung wird beispielsweise von mindestens einem Schrittmotor und/oder mindestens einem Piezo-Glied und/oder mindestens einem Elektromagneten ausgeführt (zeichnerisch nicht dargestellt). Der jeweilige Stellantrieb ist mechanisch mit der jeweils zu bewegenden Komponente verbunden.
Andererseits kann die Bewegung des Filterarrays 2 oder anderer/weiterer Komponenten manuell vom Anwender ausgeführt werden, wobei zur einfachen Handhabung seitlich an der erfindungsgemäßen Anordnung Rädchen oder Flügel mit Exzenterkurven vorgesehen sind, die mechanisch mit dem Filterarray 2 (und/oder an- deren Komponenten) zur Bewegung derselben verbunden sind. Der Anwender übt dann die entsprechende Kraft zur Bewegung aus.
Die Vorteile der Erfindung sind vielfältig. Insbesondere wird mit einfachen Mitteln eine Anordnung erzielt, die zur wahlweise dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung von Bildern geeignet ist. Die Helligkeit der jeweils im 2D- oder der 3D-Modus dargestellten Bilder ist überdies gleich; sie wird in der bevorzugten Ausgestaltungsvariante auch nicht durch ergänzende Bauteile reduziert. Weiterhin ist speziell in einigen Ausgestaltungen (Varianten l a, 2a, 3a sowie der oben genannten fünften Ausgestaltung) wegen des Verzichts auf Einfügung von optischen Komponenten in den Zwischenraum zwischen das Filterarray und die Bildwiedergabeeinrichtung ein üblicher 3D-Betrachtungsabstand auch in der zweiten Stellung selbst bei Panels mit hoher Auflösung möglich. Erfindungsgemäße Anordnungen weisen eine unveränderte Umgebungslichttauglichkeit im Vergleich zu reinen 2D-Displays auf.

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung zur wahlweise dreidimensional wahrnehmbaren oder zweidimensionalen Darstellung, umfassend: eine Beleuchtungseinrichtung (1 ), die flächig verteiltes Licht aussendet, mindestens ein in Betrachtungsrichtung (B) vor der Beleuchtungseinrichtung (1 ) befindliches Filterarray (2) zur Strukturierung des von der Beleuchtungsein- richtung (1 ) herrührenden Lichtes, mindestens eine in Betrachtungsrichtung (B) vor dem Filterarray (2) befindliche Streuschicht (3a, 3b), eine in Betrachtungsrichtung (B) vor oder hinter der Streuschicht (3a, 3b) befindliche transmissive Bildwiedergabeeinrichtung (4), bevorzugt in Form eines TFT-LCD-Panels, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand a zwischen dem Filterarray (2) und der Streuschicht (3a, 3b) veränderbar ist, so daß in einer ersten Stellung, in welcher die Streuschicht (3a, 3b) vom Filterarray (2) beabstandet angeordnet ist, die durch das Filterarray (2) bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung (1 ) herrührenden Lichtes auf Grund der Lichtstreuwirkung der Streuschicht (3a, 3b) im wesentlichen, bevorzugt unterhalb der Kontrastschwelle des menschlichen Sehens, aufgehoben wird und ein zweidimensionales Bild auf der Bildwiedergabeeinrichtung (4) in deren voller Auflösung dargestellt wird, und in einer zweiten Stellung, in welcher die Streuschicht (3a, 3b) in engem Kontakt zum oder zumindest nahe beim Filterarray (2) angeordnet ist, die durch das Filterarray (2) bewirkte Strukturierung des von der Beleuchtungseinrichtung (1 ) herrührenden Lichtes im wesentlichen nicht aufgehoben wird und auf der Bildwiedergabeeinrichtung (4) ein dreidimensional wahrnehmbares Bild darstellbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , mit einer in Betrachtungsrichtung (B) hinter der Streuschicht (3a) befindlichen transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung (4), die Streuschicht (3a) und die Beleuchtungseinrichtung (1 ) starr angeordnet sind, das Filterarray (2) auf ein transparentes Substrat (6) aufgebracht ist und das transparente Substrat (6) mit dem Filterarray (2) zwecks Änderung des Abstandes a relativ zur Streuschicht (3a) beweglich ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 , mit einer in Betrachtungsrichtung (B) hinter der Streuschicht (3a) befindlichen transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß - das Filterarray (2) auf ein transparentes Substrat (6) aufgebracht ist, das transparente Substrat (6) mit dem Filterarray (2) starr mit der Beleuchtungseinrichtung (1 ) verbunden ist und transparentes Substrat (6), Filterarray (2) und Beleuchtungseinrichtung (1 ) gemeinsam zwecks Änderung des Abstandes a relativ zu Streuschicht (3a) und Bildwiedergabeeinrichtung (4) beweglich sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 , mit einer in Betrachtungsrichtung (B) hinter der Streuschicht (3a) befindlichen transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß - die Streuschicht (3a) und die Bildwiedergabeeinrichtung (4) starr miteinander verbunden sind, das Filterarray (2) auf ein transparentes Substrat (6) aufgebracht ist, das transparente Substrat (6) mit dem Filterarray (2) starr mit der Beleuchtungseinrichtung (1 ) verbunden ist und - Streuschicht (3a) und Bildwiedergabeeinrichtung (4) gemeinsam zwecks Änderung des Abstandes a relativ zu Filterarray (2), transparentem Substrat (6), und Beleuchtungseinrichtung (1 ) beweglich sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabeeinrichtung (4) ein LCD-Panel ist und die Streuschicht (3a) der Antiglare-Mattierung des besagten LCD-Panels entspricht.
6. Anordnung nach Anspruch 1 , mit einer in Betrachtungsrichtung (B) vor der Streuschicht (3b) befindlichen transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschicht (3b) auf einem transparenten Substrat (5) aufgebracht ist, das Filterarray (2) auf der Beleuchtungseinrichtung (1 ) angeordnet ist und Substrat (5) und Streuschicht (3b) sowie optional die Bildwiedergabeeinrichtung (4) zwecks Änderung des Abstandes a relativ zu Filterarray (2) und Beleuchtungseinrichtung (1 ) beweglich sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1 , mit einer in Betrachtungsrichtung (B) vor der Streuschicht (3b) befindlichen transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß - Bildwiedergabeeinrichtung (4), Streuschicht (3b) und Beleuchtungseinrichtung (1 ) starr angeordnet sind, das Filterarray (2) auf einem transparenten Substrat (6) aufgebracht ist und das transparente Substrat (6) mit dem Filterarray (2) zwecks Änderung des Abstandes a relativ zur Streuschicht (3b) beweglich ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1 , mit einer in Betrachtungsrichtung (B) vor der Streuschicht (3b) befindlichen transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray (2) auf einem transparenten Substrat (6) aufgebracht ist, das transparente Substrat (6) mit dem Filterarray (2) starr mit der Beleuch- tungseinrichtung (1 ) ist; das transparente Substrat (6), das Filterarray (2) und die Beleuchtungseinrichtung (1 ) gemeinsam zwecks Änderung des Abstandes a relativ zur Streuschicht (3b) und Bildwiedergabeeinrichtung (4) beweglich sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) als Glassubstrat und die Streuschicht (3b) als auf das Glassubstrat laminierte Streufolie oder Pergamentpapier oder als angerauhte oder geätzte Oberfläche des Glassubstrates ausgebildet sind.
1 0. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand a in der ersten Stellung bevorzugt im Bereich von 1 0 mm bis 30 mm liegt, und der Abstand a in der zweiten Stellung 0,2 mm oder mehr beträgt.
1 . Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschicht (3a, 3b) permanent streuend ausgebildet ist. 2. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschicht (3a, 3b) ansteuerbar so ausgebildet ist, daß sie in einem ersten Modus bei der ersten Stellung der Anordnung streuend und in einem zweiten Modus bei der zweiten Stellung der Anordnung als transparentes Medium wirkt. 3. Anordnung nach Anspruch 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Streuschichten (3al , 3a2) vorhanden sind, wobei die in Betrachtungsrichtung (B) erste Streuschicht 3al der Antiglare-Mattierung eines LCD-Panels entspricht und die zweite, ansteuerbare Streuschicht 3a2 zwischen dem Frontpolarisator und besagter Antiglare-Mattierung des LCD-Panels befindlich ist. 4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschicht (3a, 3b) in Flächenabschnitte segmentiert ist und für wählbare Flächenabschnitte der Streuschicht (3a, 3b) jeweils unabhängig die erste und zweite Stellung eingestellt werden kann, so daß eine teilflächige Umschaltung von dreidimensional wahrnehmbarer zur zweidimensionalen Darstellung und umgekehrt möglich ist.
5. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray (2) ein belichteter oder geplotteter und entwickelter fotografischer Film ist, der transparente und opake Flächenabschnitte beinhaltet, welche in einer definierten zweidimensionalen Struktur angeordnet sind.
6. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand z zwischen dem Filterarray (2) und der Bildwiedergabe- einrichtung (4) in der zweiten Stellung der Anordnung zwischen einschließlich 0,0 mm und einschließlich 20 mm liegt. 7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks virtueller homogener Vergrößerung des Filterarrays (2) oder der Beleuchtungsfläche der Beleuchtungseinrichtung (1 ) ein Spiegelschacht rings um das Filterarray (2) angeordnet ist, der das Licht der Beleuchtungsein- richtung bzw. das durch das Filterarray (2) hindurchdringende Licht der Beleuchtungseinrichtung (1 ) reflektiert, wodurch eine Vignettierung unsichtbar wird.
1 8. Anordnung nach Anspruch 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegelschacht mit senkrecht zur Oberfläche des Filterarrays (2) umlaufenden Vorderflächenspiegeln mit hohem Reflexionsgrad, bevorzugt ρ>98%, ausgeführt ist.
1 9. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß zur Ausführung der Bewegungen ein Schrittmotor, ein Piezo-Glied, ein Elektromagnet oder eine Pumpe vorgesehen ist.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung manuell ausgeführt wird.
21 . Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (1 ), die flächig verteiltes Licht aussendet, und das davor befindliche Filterarray (2) durch eine Lichtquelle, die entsprechend der Filterarraystruktur strukturiertes Licht aussendet, ersetzt sind.
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