WO2009097848A1 - Verfahren und anordnung zur räumlichen darstellung mit farblich-sequentieller beleuchtung - Google Patents

Verfahren und anordnung zur räumlichen darstellung mit farblich-sequentieller beleuchtung Download PDF

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WO2009097848A1
WO2009097848A1 PCT/DE2009/050006 DE2009050006W WO2009097848A1 WO 2009097848 A1 WO2009097848 A1 WO 2009097848A1 DE 2009050006 W DE2009050006 W DE 2009050006W WO 2009097848 A1 WO2009097848 A1 WO 2009097848A1
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WO
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grid
light
illumination device
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color
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PCT/DE2009/050006
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Inventor
Markus Klippstein
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Visumotion Gmbh
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    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
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    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/324—Colour aspects

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for three-dimensional representation, wherein no aids such as glasses for the viewer or are necessary.
  • JP 08-331605 (Masutani Takeshi et al) teaches a distribution of the views on the RGB Farbsubpixel, before it is a structured barrier (step barrier).
  • the disadvantage here is the high loss of resolution, since per view only one nth of the existing pixels on the imager (with N the number of views shown) is perceived monocular.
  • the 3D channel separation is not complete, at least not if the viewer is outside of exactly defined positions.
  • Document EP 1 662 808 discloses a double LCD barrier.
  • the disadvantage here is that no high resolution for the 3D representation is achieved.
  • the 3D channel separation is not complete if the viewer is not exactly in certain positions.
  • DE 42 28 111 C1 (Sombrowsky) describes a device known by the term holotron. A component for stereoscopic reproduction with a dynamic imager is used. This system is coupled with a very fast camera, which complicates the implementation.
  • US 5,833,507 teaches a new pixel arrangement for a light modulator for an autostereoscopic display.
  • the centroids of the individual picture elements of the light modulator are respectively added to rows or groups of lines. formed offset each other.
  • this design creates an unpleasant flicker in a horizontal observer movement due to the pixel positions visible in changing vertical positions.
  • the invention is based on the object to provide methods and arrangement of the type mentioned above, which realize a very high resolution as simple as possible, are preferably flat form and their control with image content via standard PC Hardware should be possible.
  • This object is achieved by a method for the spatial representation of a scene or an object, in which
  • At least one picture element x (i, j) is illuminated in succession from behind with light of at least two different colors, wherein in each case those color components of the picture part information of different views A (k) on the picture elements x (i, j) with that color they are being lit, D
  • the full color of the spatially perceived image is achieved by reproducing individual color components in succession.
  • the corresponding color components of the image part information of the views A (k) are displayed on the screen.
  • the means for specifying light propagation directions for the light modulated by the raster to include at least one parallax barrier, a lenticular screen (in particular a lenticular screen), a holographic-optical element or a random-length element.
  • dependent two-dimensional filter structure include. Other embodiments are possible.
  • parallax barrier screen In the case of a parallax barrier screen, this can have, for example, oblique transparent lines or stripes or a two-dimensional pattern of transparent and opaque filter elements, that is to say via a so-called step barrier.
  • the parallax barrier screen has vertical transparent stripes located between the opaque sections.
  • D preferably radiates in this embodiment, exactly a surface portion of the illumination device at different times (ti, t 2 ) light at least two different colors or color mixtures, this area ratio is about as large as the grid of pixels x (i, j ).
  • the latter means that, for example, the entire upper surface of the illumination device is meant as a light-emitting area component.
  • Another embodiment is characterized in that the means for specifying light propagation directions for the light modulated by the raster are formed by a structuring of the illumination device in which a plurality of subareas of the illumination device remain permanently dark and a multiplicity of other subareas the illumination device at different times (ti, t 2 ) radiate light of at least two different colors or color mixtures.
  • This structuring of the illumination device can be designed such that light-emitting partial surfaces are arranged between permanently dark partial surfaces in the form of vertical or oblique stripes or in the form of a two-dimensional pattern.
  • the light-emitting surface portions of the illumination device sequentially repeating emit red, green and blue light.
  • Other color sequences are possible.
  • colors of light should also be understood to mean mixed colors.
  • the illumination device may consist of LEDs and / or an OLED and / or a back-lit liquid crystal halter. It is also possible that it is a light guide in which successively different colored light is coupled, for example, using a color wheel or using colored LEDs.
  • the image part information of different views A (k) at each time t x should be arranged periodically on the grid, said arrangement of the Image part information is preferably designed as a two-dimensional pattern or as a column-by-column combination.
  • the pixels x (i, j) have arbitrary outlines.
  • the object of the invention is also achieved by an arrangement for the spatial representation of a scene or an object, comprising
  • the means for specifying light propagation directions for the light modulated by the raster may advantageously comprise at least one parallax barrier screen, a lenticular screen (in particular a lenticular screen), a holographic-optical element or a wavelength-dependent two-dimensional filter structure.
  • a parallax barrier screen with vertical, transparent and opaque lines is used, or in which a lenticular screen is used with vertical lenses.
  • the vertical direction of course corresponds to the vertical direction of the grid of picture elements x (i, j).
  • exactly one surface portion of the illumination device emits light of at least two different colors or color mixtures at different times (ti, t 2 ), this area fraction being approximately as large as the grid of picture elements x (i, j).
  • the latter means that, for example, the entire upper surface of the illumination device is meant as a light-emitting area component.
  • the means for specifying Lichtausbreitungsraumen for the light modulated by the grid can be formed by a structuring of the illumination device in which a plurality of partial areas of the illumination device remain permanently dark and a plurality of other partial surfaces of the illumination device at different times (ti , t 2 ) emit light of at least two different colors or color mixtures.
  • a partial area corresponds to a surface portion of the illumination device.
  • the structuring of the illumination device is preferably designed such that light-emitting partial surfaces are arranged between permanently dark partial surfaces in the form of vertical or oblique stripes or in the form of a two-dimensional pattern.
  • Such an embodiment can be achieved, for example, by covering a completely luminous surface of the illumination device with a mask, similar to a parallax barrier layer. In the best case, this is still mirrored on the back to at least partially recycle undiffracted light.
  • the light-radiating surface portions of the illumination device sequentially recurrently emit substantially red, green and blue light.
  • a normal color space for a full-color spatially perceivable image can be achieved.
  • the illumination device consists for example of LEDs and / or an OLED.
  • the structuring of the illumination device can be achieved by assembling the same from a plurality of switchable light sources, such as LEDs or OLED picture elements.
  • switchable light sources such as LEDs or OLED picture elements.
  • red, green and blue LEDs they can be brought into close proximity to each other structurally, or their light can also be directed by optical means (eg a diffusing screen) to one area each, so that de facto (ever) an area portion (of many) emits light-different colors.
  • the lighting device is formed of a back-lit liquid crystal shutter.
  • a further variant provides to form the illumination device by a light guide, in which successively different colored light is coupled, for example, using a color wheel or using colored LEDs.
  • the image part information of different views A (k) are arranged periodically on the grid at each time t x , wherein this arrangement of the image part information is preferably designed as a two-dimensional pattern or as a column-by-column combination.
  • the arrangement is in correspondence with the structure of the means for specifying light propagation directions for the light modulated by the raster, which is self-evident to those skilled in the art.
  • the image combination of the partial image information of the views should preferably also be vertical stripes.
  • the image elements x (i, j) have any outlines, preferably polygonal, particularly preferably rectangular outlines.
  • substantially the same number of picture elements x (i, j) represent picture part information respectively of the different views A (k).
  • the raster is, in the simplest case, a grayscale liquid crystal screen or a greyscale liquid crystal shutter.
  • the grid contains means for reducing interfering light reflections, preferably at least one interference-optical antireflection coating. This can also apply to a parallax barrier screen or other means for specifying light propagation directions.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the method according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the method according to the invention of the first embodiment at three different time intervals
  • FIG. 3 shows the schematic diagram of the method according to the invention in a first embodiment with a light guide as a component of the illumination device
  • FIG. 4 shows the schematic diagram for coupling light of different colors into a light guide
  • FIG. 5 shows the schematic diagram of the method according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a possible implementation variant of the embodiment according to FIG.
  • FIG. 7 - FIG. 9 schematic diagrams of the method according to the invention in the second embodiment at different time intervals
  • FIG. 10 shows a possible structure of a parallax barrier screen (detail)
  • FIG. 12 shows another possible structure of a parallax barrier screen (detail), FIG.
  • Fig. 14 shows another possible structure of a parallax barrier screen (detail).
  • FIG. 1 shows the schematic diagram of the method according to the invention for the spatial representation of a scene or an object in which
  • the grid 10 of pixels x (i, j) is followed by a lighting device 20, wherein at least a surface portion of the illumination device 20 at different times (ti, t 2 ) light of at least two different colors or color mixtures in the direction of the grid 10 radiates D
  • said means 40 consist of a parallax barrier screen, D
  • the full color of the spatially perceivable image is achieved by reproducing individual color components of the image to be displayed in chronological succession. According to the temporal timing of the colors, the corresponding color components of the image part information of the views A (k) are displayed on the grid 10.
  • the grid 10 may, for.
  • a greyscale liquid crystal display screen such as the GS510 display from Eizo or MD205MG from NEC.
  • the parallax barrier screen (which acts as means 40 for specifying light propagation directions for the light modulated by the grid 10) advantageously has vertical transparent stripes located between the opaque sections. This is shown in Figure 1 in a sectional view.
  • Figure 1 For dimensioning and geometric details such as strip widths and periods of parallax barrier screens, reference is made to the Kaplan document mentioned at the outset. Such dimensions are familiar to the expert and therefore need no further explanation here.
  • D preferably radiates in this embodiment, exactly a surface portion 5a of the illumination device 20, namely substantially the grid 10 facing surface, at different times t x light at least two different colors or color mixtures, said area ratio 5a is about as large like the raster 10 of picture elements x (i, j).
  • the latter means that, for example, the entire upper surface of the illumination device 20 is meant as a light-radiating surface portion 5a.
  • the observer's eyes respectively see the views 1 and 2, because the light propagation directions are given by the parallax screen (corresponding to means 40) as indicated by the dashed lines.
  • FIG. 2 The inventive mode of operation will be further explained with reference to FIG. 2.
  • the schematic diagram of the method according to the invention is reproduced at three different clock cycles, as a sectional view.
  • the area component 5a radiates red light, indicated by the "R” in brackets of the illumination device 20.
  • the numbers 1 to 5 under the letters "R" are intended to indicate that there partial image information of the views 1 to 5 are displayed simultaneously next to each other on 5 pixels x (i, j).
  • the first After the third clock, the first returns and so on.
  • the order of the red, green and blue color components can also be reversed or replaced by other color components.
  • the means 40 ie the parallax barrier screen
  • the static parallax barrier screen predefines light propagation directions for the light modulated by the pixels x (i, j) of the grid 10, as shown schematically in FIG.
  • This mode of action of a parallax barrier screen and also that of a lenticular screen are familiar to the person skilled in the art and are described in greater detail in the aforementioned Kaplan article.
  • a parallax barrier screen may, for. Example, be prepared as an exposed and developed photographic film, which is laminated to a glass sheet. In addition, it is possible to make it by printing on glass or another transparent substrate of opaque color.
  • the illumination device 20 may consist of LEDs and / or an OLED and / or a back-lit liquid crystal halter. It is also possible that it is a light guide in which successively different colored light is coupled, for example, using a color wheel or using colored LEDs.
  • Fig. 3 corresponds to a schematic diagram of the method according to the invention in a first embodiment with a light guide 20a as part of the illumination device 20.
  • light is coupled into the optical waveguide 20a by means of a device 20b.
  • the light guide 20a and the device 20b together form the essential parts of the illumination device 20.
  • Their (upper) large area facing the grid 10 corresponds to the light-emitting surface area 5a.
  • FIG. 4 shows the schematic diagram for coupling light of different colors into the light guide 20a.
  • three differently colored (preferably one each red, green and blue) CCFL tubes or LEDs 60 are present, which couple their light into the light guide 20a via optical fibers or other optical means. It is also possible to emit light from a single CCFL tube through a ro- animal color wheel (similar to DLP projectors) temporally timed color filter.
  • the above-described first embodiment is relatively easy to manufacture by using a liquid crystal screen as the grid 10.
  • the RGB color filters can simply be omitted in the manufacturing process. In this way, substantially more light is transmitted through the screen.
  • the horizontal resolution of the spatial representation compared to a (full-color) 2D resolution with RGB color filters reduced by only 25%, since each pixel is full color.
  • the vertical resolution would not be reduced in a parallax barrier screen with vertical stripes.
  • a relatively high resolution can be achieved in the spatial representation.
  • the requirements with regard to the refresh rate of the liquid crystal screen are also manageable: if, for example, this has a repetition rate of 180 Hz, which is possible today, 60 Hz still remain in the full-color spatial image, which can be perceived flicker-free.
  • FIG. 5 shows the schematic diagram of the method according to the invention in a second embodiment.
  • the means for specifying light propagation directions for the light modulated by the grid 10 are formed by a structuring of the illumination device 20, in which a plurality of surface portions 5b of the illumination device 20 remain permanently dark and a plurality of other surface portions 5a Illuminating device 20 at different times (ti, t 2 ) emit light of at least two different colors or color mixtures.
  • This structuring of the illumination device 20 may be formed such that light-emitting surface portions 5a between permanently dark surface portions 5b are arranged in the form of vertical or oblique stripes or in the form of a two-dimensional pattern.
  • FIG. 6 shows the schematic diagram of a possible conversion variant of the embodiment according to FIG. 5.
  • the illumination device 20 again essentially consists of an optical waveguide 20a, in which light is coupled in by means of a device 20b.
  • the device 20b can, as described for Fig. 4, be formed so that temporally sequentially light of different colors or color mixtures is coupled into the optical fiber 20a.
  • Clearly visible is the (over-dimensioned drawn) structuring of the large surface of the light guide 20a facing the grid 10, whereby here a multiplicity of surface portions 5b remain permanently dark and a multiplicity of other surface portions 5a of the illumination elements remain.
  • processing device 20 at different times (ti, t 2 ) light of at least two different colors or color mixtures radiates.
  • the corresponding structuring of the grid 10 facing large surface of the light guide 20a may, for. B. by printing (eg., By screen printing) done a black-opaque color on the light guide.
  • the structure would then be comparable to that of a parallax barrier.
  • FIGS. 7 to 9 show schematic diagrams of the invention
  • the numbers 1 to 4 indicate the number k of View A (k), from which the image part information is derived, which is shown on the corresponding picture element x (i, j) Here, as it were, only a section of a line of the grid 10 can be seen.
  • Fig. 9 represents the third time "blue" clock to which the above descriptions apply mutatis mutandis to the color blue indicated by the letter "B".
  • the colors can be reversed red, green, blue and / or replaced by other colors or color mixtures.
  • FIG. 10 shows a possible structure of a parallax barrier screen as means 40 (in a cut-out form).
  • On display are vertical transparent sections embedded in opaque sections.
  • one box corresponds to one picture element x (i, j)
  • the respective image part information also originates in the respective view A (k) from the same grid location (i, j) which has the corresponding image element x (i, j).
  • FIG. 14 shows a further possible structure of a parallax barrier screen (detail), whereby obliquely arranged transparent strips are provided here.
  • a parallax barrier screen (detail)
  • polygonal, z. B. rectangular, transparent elements are arranged partially overlapping in staircase form.
  • the ratio of the stripe width of a transparent portion on the parallax barrier screen to the width of one period (consisting of a transparent and an opaque portion) is larger or smaller than the term l / n (where n is the number of views shown). If the ratio is greater, then a brighter picture is obtained at the expense of the visual channel separation of the views. If it is smaller, then the visual channel separation (and thus the possible representable depth) increases at the expense of brightness.
  • said ratio can also be exactly l / n, as described in the aforementioned Kaplan article.
  • the picture elements x (i, j) have a preferably rectangular outline. At a minimum, however, the grid 10 should be substantially orthogonal.
  • the advantages of the invention are versatile. Thus, a 3D representation is made possible, which suffers no or a relatively low loss of resolution compared to the resolution of the imager used. Thus, 2D images and 3D images can be displayed simultaneously in high resolution, a switchability between 2D and 3D representation is no longer necessary.
  • methods and arrangements according to the invention are relatively easy to manufacture, can be formed flat, and control with image contents is possible using commercially available PC hardware.
  • the requirements on the refresh rate of an imager (as a grid 10), compared to a 2D representation, only a maximum of three times as high, but not about 4 or 5 times as high as that would be the case, about if 4 or 5 Views would be displayed sequentially in time.
  • the grid 10 can also be a projection surface, in which case the illumination device 20 is a projector.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Objektes, bei welchem auf einem lichtmodulierenden Raster (10) aus Bildelementen x(i,,j) mit Zeilen (i) und Spalten (j) Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,…,n und n > = 2 der Szene oder des Objekts gleichzeitig sichtbar gemacht werden, dem Raster (10) aus Bildelementen x(i,,j) eine Beleuchtungseinrichtung (20) nachgeordnet ist, wobei mindestens ein Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung (20) zu unterschiedlichen Zeiten (t1, t2) Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen abstrahlt, Mittel (40) zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster (10) modulierte Licht im Abstand (s) von dem Raster (10) aus Bildelementen x(i,,j) vorhanden sind, fernerhin zu jedem Zeitpunkt (tx) diejenigen farblichen Komponenten der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster (10) dargestellt werden, welche derjenigen Farbe oder Farbmischung entsprechen, die zu dem Zeitpunkt (tx) von einem nahegelegenen Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung (20) abgestrahlt wird, so dass im zeitlichen Mittel ein oder mehrere Betrachter (30) beim Blick auf das Raster (10) jeweils mit beiden Augen ausschließlich oder zumindest teilweise unterschiedliche Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) sieht bzw. sehen, wodurch ein räumlicher Seheindruck entsteht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf entsprechende Anordnungen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur räumlichen Darstellung mit farblich-sequentieller Beleuchtung
[0001] D Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur dreidimensionalen Darstellung, wobei keine Hilfsmittel wie Brillen für den oder die Betrachter nötig sind.
[0002] D Der Stand der Technik kennt verschiedene Verfahren der eingangs genannten Art.
[0003] D In der Schrift von Sam H. Kaplan „Theory of parallax barriers", Journal of SMPTE Vol. 59, No 7, pp 11-21, JuIy 1952 sind grundlegende Erkenntnisse zur Verwendung von Barriereschirmen und Lentikularschirmen für die brillenfreie 3D-Darstellung beschrieben.
[0004] D Weiterhin lehrt die JP 08-331605 (Masutani Takeshi et al) eine Aufteilung der Ansichten auf die RGB-Farbsubpixel, davor befindet sich eine strukturierte Barriere (Stufenbarriere). Nachteilig ist hierbei der hohe Auflösungsverlust, da pro Ansicht lediglich ein N-tel der vorhandenen Bildpunkte auf dem Bildgeber (mit N der Anzahl der dargestellten Ansichten) monokular wahrgenommen wird. Außerdem ist die 3D-Kanaltrennung nicht vollständig, zumindest nicht, wenn der Betrachter außerhalb exakt definierter Positionen steht.
[0005] D Mit der WO 01/56265 gelang Armin Grasnick et al eine Weiterentwicklung der
Barrieretechnologie in Bezug auf zweidimensional strukturierte wellenlängenselektive Filterarrays zur Erzeugung eines 3D-Eindrucks. Nachteilig ist jedoch auch hier die gegenüber einem 2D -Display stark verminderte Helligkeit und Auflösung derartiger 3D-Systeme.
[0006] D In der Schrift EP 1 662 808 wird eine Doppel-LCD-Barriere vorgestellt. Nachteilig ist hierbei, dass keine hohe Auflösung für die 3D-Darstellung erreicht wird. Außerdem ist die 3D-Kanaltrennung nicht vollständig, wenn sich der Betrachter nicht exakt in bestimmten Positionen aufhält.
[0007] D Weiterhin beschreibt die DE 42 28 111 C 1 (Sombrowsky) ein unter dem Begriff Holotron bekanntes Gerät. Dabei kommt ein Bauelement zur stereoskopischen Wiedergabe mit dynamischem Bildgeber zur Anwendung. Dieses System ist mit einer sehr schnellen Kamera gekoppelt, die die Umsetzung erschwert.
[0008] D In der DE 41 23 895 (Runge/Just) wird wiederum ein System zur dynamischen 3D-Bildwiedergabe mit hoher Auflösung vorgeschlagen. Auch dieses System ist mit einer sehr schnellen Kamera gekoppelt, um überhaupt 3D-Bilder zu erzeugen.
[0009] D Die US 5,833,507 lehrt eine neue Pixelanordnung für einen Lichtmodulator für ein autostereoskopisches Display. Dabei werden die Flächenschwerpunkte der einzelnen Bildelemente des Lichtmodulators in Zeilen oder Gruppen von Zeilen jeweils zu- einander versetzt ausgebildet. Diese Ausgestaltung erzeugt jedoch bei einer horizontalen Betrachterbewegung auf Grund der in wechselnden vertikalen Positionen sichtbaren Bildelementpositionen ein unangenehmes Flimmern.
[0010] D Schließlich lehrt die US 2001/028356 (Balogh) Bildelemente, die verschiedene
Bildinformationen in verschiedene Raumrichtungen abstrahlen. Die Umsetzung dieser technischen Lehre ist jedoch sehr aufwendig.
[0011] D Vor diesem Hintergrund des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Verfahren und Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche mit möglichst einfachen Mitteln eine hohe Bildauflösung realisieren, vorzugsweise flach auszubilden sind und deren Ansteuerung mit Bildinhalten über handelsübliche PC-Hardware möglich sein soll.
[0012] D Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Objektes, bei welchem
- auf einem lichtmodulierenden Raster 10 aus Bildelementen x(i,j) mit Zeilen i und Spalten j Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,...,n und n> = 2 der Szene oder des Objekts gleichzeitig sichtbar gemacht werden, wobei die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) zu jedem Zeitpunkt (tx) periodisch auf dem Raster (10) angeordnet werden und diese Anordnung der Bildteilinformationen als zweidimensionales Muster oder als spaltenweise Kombination ausgebildet werden, D
- vom Betrachter 30 aus gesehen mindestens ein Bildelement x(i,j) von hinten zeitlich nacheinander mit Licht mindestens zweier verschiedener Farben beleuchtet wird, wobei jeweils diejenigen farblichen Komponenten der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf den Bildelementen x(i,j) dargestellt werden, mit derjenigen Farbe sie gerade beleuchtet werden, D
- für das von dem Raster 10 modulierte Licht Lichtausbreitungsrichtungen dadurch vorgegeben werden, dass nur einzelne Bereiche des Rasters 10 für den Betrachter 30 dergestalt sichtbar sind, dass im zeitlichen Mittel der Betrachter 30 beim Blick auf das Raster 10 jeweils mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildteilinformationen von verschiedenen Ansichten A(k) sieht, wodurch ein räumlicher Seheindruck entsteht und D
- die Flächenschwerpunkte der einzelnen Bildelemente nicht in Zeilen oder Gruppen von Zeilen jeweils zueinander versetzt ausgebildet werden. D
[0013] D Mit anderen Worten: die Vollfarbigkeit des räumlich wahrzunehmenden Bildes wird erreicht, indem einzelne Farbkomponenten zeitlich nacheinander wiedergegeben werden. Entsprechend der zeitlichen Taktung der Farben werden die entsprechenden farblichen Komponenten der Bildteilinformationen der Ansichten A(k) auf dem Raster wiedergegeben. [0014] D Dabei ist es zum einen möglich, dass die Mittel zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster modulierte Licht mindestens einen Parallaxenbar- riereschirm, einen Linsenrasterschirm (insbesondere einen Lentikularschirm), ein holo- grafisch-optisches Element oder eine weilenlängen- abhängige zweidimensionale Filterstruktur umfassen. Andere Ausgestaltungen sind möglich.
[0015] D Im Fall eines Parallaxenbarriereschirms kann dieser beispielsweise über schräge transparente Linien bzw. Streifen oder ein zweidimensionales Muster von transparenten und opaken Filterelementen verfügen, also über eine so genannte Stufenbarriere. In der bevorzugten Form jedoch weist der Parallaxenbarriereschirm vertikale transparente Streifen auf, die sich zwischen den opaken Abschnitten befinden.
[0016] D Bevorzugt strahlt in dieser Ausgestaltung genau ein Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung zu unterschiedlichen Zeiten (ti, t2) Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen ab, wobei dieser Flächenanteil in etwa so groß ist wie das Raster aus Bildelementen x(i,j). Letzteres bedeutet, dass zum Beispiel die gesamte obere Fläche der Beleuchtungseinrichtung als Licht abstrahlender Flächenanteil gemeint ist.
[0017] D Eine andere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster modulierte Licht gebildet sind durch eine Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung, bei welcher eine Vielzahl von Teilflächen der Beleuchtungseinrichtung permanent dunkel bleiben und eine Vielzahl anderer Teilflächen der Beleuchtungseinrichtung zu unterschiedlichen Zeiten (ti, t2) Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen abstrahlen.
[0018] D Diese Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass Licht abstrahlende Teilflächen zwischen permanent dunklen Teilflächen in Form von vertikalen oder schrägen Streifen oder in Form eines zweidimensionalen Musters angeordnet sind.
[0019] D Für alle Ausgestaltungen ist es vorteilhaft, wenn die Licht abstrahlenden Flächenanteile der Beleuchtungseinrichtung nacheinander wiederkehrend rotes, grünes und blaues Licht abstrahlen. Andere farbliche Reihenfolgen sind möglich. Auch sei ausdrücklich erwähnt, dass in dieser Anmeldung unter Farben von Licht auch Mischfarben verstanden sein sollen.
[0020] D Die Beleuchtungseinrichtung kann aus LEDs und/oder einem OLED und/oder einem von hinten beleuchteter Flüssigkristallshutter bestehen. Außerdem ist es möglich, dass es sich bei ihr um einen Lichtleiter handelt, in welchen nacheinander verschieden farbiges Licht eingekoppelt wird, beispielsweise unter Nutzung eines Farbrades oder unter Nutzung von farbigen LEDs.
[0021] D Bevorzugt sollten die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) zu jedem Zeitpunkt tx periodisch auf dem Raster angeordnet sein, wobei diese Anordnung der Bildteilinformationen bevorzugt als zweidimensionales Muster oder als spaltenweise Kombination ausgebildet ist.
[0022] D Fernerhin weisen die Bildelemente x(i,j) beliebige Umrisse auf. Bevorzugt kommen vieleckige, besonders bevorzugt rechteckige Umrisse zum Einsatz.
[0023] D Schließlich ist es von Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren derartig auszugestalten, dass zu jedem Zeitpunkt tx durchschnittlich im Wesentlichen gleich viele Bildelemente x(i,j) Bildteilinformationen jeweils der verschiedenen Ansichten A(k) darstellen.
[0024] D Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einer Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Objektes, umfassend
- ein lichtmodulierendes Raster 10 aus Bildelementen x(i,j) mit Zeilen i und Spalten j, auf weichen Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,...,n und n > = 2 der Szene oder des Objekts gleichzeitig sichtbar gemacht werden können, wobei die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) zu jedem Zeitpunkt (tx) periodisch auf dem Raster (10) angeordnet sind und diese Anordnung der Bildteilinformationen als zweidimensionales Muster oder als spaltenweise Kombination ausgebildet ist, D
- eine vom Betrachter 30 aus gesehen dem Raster 10 aus Bildelementen x(i,j) nachgeordnete Beleuchtungseinrichtung 20, die jeweils mindestens ein Bildelement x(i,j) zeitlich nacheinander mit Licht mindestens zweier verschiedener Farben beleuchtet, wobei jeweils diejenigen farblichen Komponenten der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf den Bildelementen x(i,j) dargestellt sind, mit derjenigen Farbe sie beleuchtet sind, D
- Mittel 40 zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von der Beleuchtungseinrichtung 20 durch das Raster 10 hindurch abgestrahlte farbige Licht, so dass im zeitlichen Mittel der Betrachter 30 beim Blick auf das Raster 10 jeweils mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildteilinformationen von verschiedenen Ansichten A(k) sieht, wodurch ein räumlicher Seheindruck entsteht. D
[0025] D Die Mittel zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster modulierte Licht können vorteilhaft mindestens einen Parallaxenbarriereschirm, einen Linsenrasterschirm (insbesondere einen Lentikularschirm), ein holografisch-optisches Element oder eine wellenlängenabhängige zweidimensionale Filterstruktur umfassen. Andere Ausgestaltungen sind denkbar. Besonders bevorzugt sind Ausgestaltungen, bei denen ein Parallaxenbarriereschirm mit vertikalen, transparenten und opaken Linien zum Einsatz kommt, oder aber bei denen ein Lentikularschirm mit vertikal gestellten Linsen genutzt wird. Die vertikale Richtung entspricht dabei selbstredend der vertikalen Richtung des Rasters aus Bildelementen x(i,j). [0026] D Vorteilhaft strahlt genau ein Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung zu unterschiedlichen Zeiten (ti, t2) Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen ab, wobei dieser Flächenanteil in etwa so groß ist wie das Raster aus Bildelementen x(i,j). Letzteres bedeutet, dass zum Beispiel die gesamte obere Fläche der Beleuchtungseinrichtung als Licht abstrahlender Flächenanteil gemeint ist.
[0027] D Alternativ können die Mittel zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster modulierte Licht gebildet werden durch eine Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung, bei welcher eine Vielzahl von Teilflächen der Beleuchtungseinrichtung permanent dunkel bleiben und eine Vielzahl anderer Teilflächen der Beleuchtungseinrichtung zu unterschiedlichen Zeiten (ti, t2) Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen abstrahlen. Eine solche Teilfläche entspricht einem Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung.
[0028] D Dabei ist die Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass Licht abstrahlende Teilflächen zwischen permanent dunklen Teilflächen in Form von vertikalen oder schrägen Streifen oder in Form eines zweidimensionalen Musters angeordnet sind. Eine solche Ausgestaltung ist zum Beispiel zu erreichen, indem eine vollständig leuchtende Oberfläche der Beleuchtungseinrichtung mit einer Maske, ähnlich einem Parallaxenbarriereschim, abgedeckt wird. Im besten Fall ist diese noch rückseitig verspiegelt, um nicht transmittiertes Licht wenigstens teilweise zu recyceln.
[0029] D Für alle Ausgestaltungen ist es sinnvoll, dass die Licht abstrahlenden Flächenanteile der Beleuchtungseinrichtung nacheinander wiederkehrend im Wesentlichen rotes, grünes und blaues Licht abstrahlen. Damit kann ein normaler Farbraum für ein vollfarbiges räumlich wahrnehmbares Bild erzielt werden.
[0030] D Die Beleuchtungseinrichtung besteht beispielsweise aus LEDs und/oder einem OLED. Somit kann die Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung erreicht werden, indem selbige aus einer Vielzahl von schaltbaren Lichtquellen, etwa LEDs oder OLED-Bildelementen, zusammengesetzt wird. Insofern rote, grüne und blaue LEDs verwendet werden, können diese baulich sehr nah aneinander gebracht werden bzw. deren Licht kann auch noch mit optischen Mitteln (z. B. einer Streuscheibe) auf jeweils einen Flächenanteil gerichtet werden, so dass de facto (je) ein Flächenanteil (von vielen) lichtverschiedene Farben abstrahlt.
[0031] D Außerdem ist es möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung aus einem von hinten beleuchteten Flüssigkristall-Shutter gebildet wird. Eine weitere Variante sieht vor, die Beleuchtungseinrichtung durch einen Lichtleiter zu bilden, in welchen nacheinander verschieden farbiges Licht eingekoppelt wird, beispielsweise unter Nutzung eines Farbrades oder unter Nutzung von farbigen LEDs.
[0032] D Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) zu jedem Zeitpunkt tx periodisch auf dem Raster angeordnet sind, wobei diese Anordnung der Bildteilinformationen bevorzugt als zweidimensionales Muster oder als spaltenweise Kombination ausgebildet ist. Die Anordnung ist korrespondierend zu der Struktur der Mittel zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster modulierten Licht, was für den Fachmann selbstredend ist. Insofern beispielsweise ein Parallaxenbarriereschirm mit vertikalen transparenten Streifen verwendet wird, so sollte die Bildkombination der Bildteilinformationen der Ansichten bevorzugt auch vertikal streifenförmig erfolgen.
[0033] D Die Bildelemente x(i,j) weisen beliebige Umrisse auf, davon bevorzugt vieleckige, besonders bevorzugt rechteckige Umrisse.
[0034] D Vorzugsweise stellen zu jedem Zeitpunkt £ durchschnittlich im Wesentlichen gleich viele Bildelemente x(i,j) Bildteilinformationen jeweils der verschiedenen Ansichten A(k) dar. Im Falle von n dargestellten Ansichten A(k) mit k = l..n ist der Wert von n größer gleich 2 und kleiner gleich 16. Andere Werte sind im Rahmen des Möglichen.
[0035] D Bei dem Raster handelt es sich im einfachsten Fall um einen Graustufen- Flüssigkristallbildschirm oder einen Graustufen darstellenden Flüssigkristall-Shutter.
[0036] D Schließlich enthält das Raster Mittel zur Verminderung von Störlichtreflexen, bevorzugt mindestens eine interferenzoptische Entspiegelungs Schicht. Dies kann auch für einen Parallaxenbarriereschirm oder andere Mittel zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen gelten.
[0037] D Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
[0038] D Es zeigt:
[0039] D Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausgestaltung,
[0040] D Fig. 2 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens der ersten Ausgestaltung zu drei verschiedenen Zeittakten,
[0041] D Fig. 3 die Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausgestaltung mit einem Lichtleiter als Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung,
[0042] D Fig. 4 die Prinzipskizze zur Einkopplung von Licht verschiedener Farben in einen Lichtleiter,
[0043] D Fig. 5 die Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausgestaltung,
[0044] D Fig. 6 die Prinzipskizze einer möglichen Umsetzungsvariante der Ausgestaltung gemäß Fig.5,
[0045] D Fig. 7 - Fig.9 Prinzipskizzen des erfindungsgemäßen Verfahrens in der zweiten Ausgestaltung zu verschiedenen Zeittakten,
[0046] D Fig. 10 eine mögliche Struktur eines Parallaxenbarriereschirms (Ausschnitt),
[0047] D Fig. 11 eine zur Ausgestaltung nach Fig.10 passende mögliche Kombination von Bildteilinformationen von n = 4 Ansichten auf dem Raster aus Bildelementen,
[0048] D Fig. 12 eine weitere mögliche Struktur eines Parallaxenbarriereschirms (Ausschnitt),
[0049] D Fig. 13 eine zur Ausgestaltung nach Fig.12 passende mögliche Kombination von Bildteilinformationen von n = 4 Ansichten auf dem Raster aus Bildelementen, sowie
[0050] D Fig. 14 eine weitere mögliche Struktur eines Parallaxenbarriereschirms (Ausschnitt).
[0051] D Alle Zeichnungen sind nicht maßstäblich, dienen aber zur Erläuterung der wesentlichen Mittel- Wirkungszusammenhänge.
[0052] D Es zeigt also die Fig.1 die Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Objektes, bei welchem
- auf einem lichtmodulierenden Raster 10 aus Bildelementen x(i,j) mit Zeilen i und Spalten j Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) der Szene oder des Objekts mit k = 1,...,n und n > = 2 (in diesem Falle mit n = 3) gleichzeitig sichtbar gemacht werden, wobei die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) zu jedem Zeitpunkt (tx) periodisch auf dem Raster (10) angeordnet werden und diese Anordnung der Bildteilinformationen als zweidimensionales Muster oder als spaltenweise Kombination ausgebildet werden, D
- dem Raster 10 aus Bildelementen x(i,j) eine Beleuchtungseinrichtung 20 nachgeordnet ist, wobei mindestens ein Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung 20 zu unterschiedlichen Zeiten (ti, t2) Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen in Richtung des Rasters 10 abstrahlt, D
- Mittel 40 zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster 10 modulierte Licht im Abstand s von dem Raster 10 aus Bildelementen x(i,j) vorhanden sind; in diesem Falle bestehen besagte Mittel 40 aus einem Parallaxenbarriereschirm, D
- fernerhin zu jedem Zeitpunkt tx diejenigen farblichen Komponenten der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster 10 dargestellt werden, welche derjenigen Farbe oder Farbmischung entsprechen, die zu dem Zeitpunkt tx von einem nahegelegenen Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung 20 abgestrahlt wird, D
- so dass im zeitlichen Mittel ein oder mehrere Betrachter 30 beim Blick auf das Raster 10 jeweils mit beiden Augen ausschließlich oder zumindest teilweise unterschiedliche Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) sieht bzw. sehen, wodurch ein räumlicher Seheindruck entsteht und D
- die Flächenschwerpunkte der einzelnen Bildelemente nicht in Zeilen oder Gruppen von Zeilen jeweils zueinander versetzt ausgebildet werden. D
[0053] D Mit anderen Worten: die Vollfarbigkeit des räumlich wahrnehmbaren Bildes wird erreicht, indem einzelne Farbkomponenten des darzustellenden Bildes zeitlich nacheinander wiedergegeben werden. Entsprechend der zeitlichen Taktung der Farben werden die entsprechenden farblichen Komponenten der Bildteilinformationen der Ansichten A(k) auf dem Raster 10 wiedergegeben.
[0054] D Das Raster 10 kann z. B. ein Graustufen darstellender Flüssigkristallbildschirm sein, wie etwa das Display GS510 von Eizo oder MD205MG von NEC.
[0055] D Der Parallaxenbarriereschirm, (welcher als Mittel 40 zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster 10 modulierte Licht fungiert), verfügt vorteilhaft über vertikale transparente Streifen, die sich zwischen den opaken Abschnitten befinden. Dies ist in Fig.1 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Zur Dimensionierung und zu geometrischen Details wie Streifenbreiten und Perioden von Parallaxenbarriere- schirmen wird auf die eingangs genannte Kaplan-Schrift verwiesen. Derartige Dimensionierungen sind dem Fachmann geläufig und benötigen daher hier keinerlei weitere Erläuterung.
[0056] D Bevorzugt strahlt in dieser Ausgestaltung genau ein Flächenanteil 5a der Beleuchtungseinrichtung 20, nämlich im Wesentlichen die dem Raster 10 zugewandte Fläche, zu unterschiedlichen Zeiten tx Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen ab, wobei dieser Flächenanteil 5a in etwa so groß ist, wie das Raster 10 aus Bildelementen x(i,j). Letzteres bedeutet, dass zum Beispiel die gesamte obere Fläche der Beleuchtungseinrichtung 20 als Licht abstrahlender Flächenanteil 5a gemeint ist.
[0057] D In diesem Beispiel sehen die Betrachteraugen jeweils die Ansichten 1 und 2, weil die Lichtausbreitungsrichtungen durch den Parallaxenbildschirm ( entspricht Mittel 40) vorgegeben werden, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet.
[0058] D Die erfinderische Funktionsweise wird ferner erläutert an Hand von Fig. 2. Dort nämlich ist die Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens zu drei verschiedenen Zeittakten wiedergegeben, und zwar als Schnittdarstellung. Während des links dargestellten ersten Zeittaktes strahlt der Flächenanteil 5a rotes Licht ab, indiziert durch das in Klammern gesetzte „R" der Beleuchtungseinrichtung 20. Gleichzeitig werden auf dem Raster 10 nur rote Farbkomponenten der Bildteilinformationen der Ansichten A(k) mit k = L.5 gezeigt, was durch die fünf Buchstaben „R" auf dem Raster von Bildelementen indiziert ist. Die Zahlen 1 bis 5 unter den Buchstaben „R" sollen andeuten, dass dort Bildteilinformationen der Ansichten 1 bis 5 gleichzeitig nebeneinander auf 5 Bildelementen x(i,j) dargestellt werden.
[0059] D Zum dem in der Mitte von Fig. 2 dargestellten zweiten Zeittakt wird vom Flächenanteil 5a nur grünes Licht (siehe Buchstabe „G") abgestrahlt. Entsprechend werden auch nur grüne Bildteilinformationen auf dem Raster 10 dargestellt. Schließlich ist der dritte Zeittakt rechts in Fig. 2 dargestellt, hier wird vom Flächenanteil 5a blaues Licht abgestrahlt (siehe Buchstabe „B") und entsprechend werden blaue Bildteilinformationen vom Raster 10 abgebildet.
[0060] D Nach dem dritten Zeittakt kehrt der erste wieder und so weiter. Die Reihenfolge der roten, grünen und blauen Farbkomponenten kann auch vertauscht werden oder durch andere Farbkomponenten ersetzt werden.
[0061] D Damit ist sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunktxtdiejenigen farblichen Komponenten der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster 10 dargestellt werden, welche derjenigen Farbe oder Farbmischung entsprechen, die zu dem Zeitpunkt tx von einem nahegelegenen Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung 20 abgestrahlt wird.
[0062] D Selbstredend sind die Mittel 40, also der Parallaxenbarriereschirm, wesentlich dünner ausgebildet, als hier in Fig. 2 gezeichnet. Zu jedem Zeittakt gibt der statische Parallaxenbarrierschirm Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen x(i,j) des Rasters 10 modulierten Lichtes vor, wie aus Fig. 2 schematisch ersichtlich. Diese Wirkungsweise eines Parallaxenbarriereschirms und auch die eines Lentiku- larschirms sind dem Fachmann geläufig und im genannten Kaplan- Artikel näher beschrieben. Ein Parallaxenbarriereschirm kann z. B. als belichteter und entwickelter fotografischer Film hergestellt werden, welcher auf eine Glasscheibe auflaminiert ist. Außerdem ist es möglich, ihn durch Bedrucken von Glas oder einem anderen transparenten Substrat mit opaker Farbe herzustellen.
[0063] D Die Beleuchtungseinrichtung 20 kann aus LEDs und/oder einem OLED und/oder einem von hinten beleuchteten Flüssigkristallshutter bestehen. Außerdem ist es möglich, dass es sich bei ihr um einen Lichtleiter handelt, in welchen nacheinander verschieden farbiges Licht eingekoppelt wird, beispielsweise unter Nutzung eines Farbrades oder unter Nutzung von farbigen LEDs. Die letztere Ausgestaltung ist in Fig. 3 gezeigt, welche einer Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausgestaltung mit einem Lichtleiter 20a als Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung 20 entspricht. Hierbei wird in den Lichtleiter 20a mittels einer Einrichtung 20b Licht eingekoppelt. Der Lichtleiter 20a und die Einrichtung 20b ergeben zusammen die wesentlichen Teile der Beleuchtungseinrichtung 20. Deren zum Raster 10 zeigende (obere) Großfläche entspricht dem Licht abstrahlenden Flächenanteil 5a.
[0064] D In Fig. 4 ist die Prinzipskizze zur Einkopplung von Licht verschiedener Farben in den Lichtleiter 20a gezeigt. Dabei sind beispielsweise je drei verschiedenfarbige (bevorzugt je eine rote, grüne und blaue) CCFL-Röhren oder LEDs 60 vorhanden, die über Lichtleitfasern oder andere optische Mittel ihr Licht in den Lichtleiter 20a einkoppeln. Es ist auch möglich, Licht einer einzigen CCFL-Röhre durch ein ro- tierendes Farbrad (ähnlich wie bei DLP-Projektoren) zeitlich getaktet farblich zu filtern.
[0065] D Die vorbeschriebene erste Ausgestaltung ist verhältnismäßig einfach herzustellen, indem ein Flüssigkristall-Bildschirm als Raster 10 verwendet wird. Um einen solchen in möglichst hoher Auflösung zu erhalten, können beim Herstellungsprozess einfach die RGB -Farbfilter weggelassen werden. Auf diese Weise wird gleichsam wesentlich mehr Licht durch den Bildschirm durchgelassen.
[0066] D Außerdem ist dann beispielsweise bei einer Variante mit n = 4 Ansichten A(k) die horizontale Auflösung der räumlichen Darstellung gegenüber einer (vollfarbigen) 2D-Auflösung mit RGB-Farbfiltern nur um 25% reduziert, da jedes Bildelement vollfarbig wirkt. Die vertikale Auflösung wäre bei einem Parallaxenbarriereschirm mit vertikalen Streifen gar nicht verringert. Somit kann eine verhältnismäßig hohe Auflösung bei der räumlichen Darstellung erreicht werden. Auch die Anforderungen hinsichtlich der Bildwiederholrate des Flüssigkristallbildschirms sind beherrschbar: Weist dieser beispielsweise eine Wiederholrate von 180 Hz auf, was heute möglich ist, dann bleiben im vollfarbigen räumlichen Bild immer noch 60 Hz übrig, was flimmerfrei wahrgenommen werden kann.
[0067] D Die Fig. 5 zeigt die Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausgestaltung. Selbige zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster 10 modulierte Licht gebildet sind durch eine Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung 20, bei welcher eine Vielzahl von Flächenanteilen 5b der Beleuchtungseinrichtung 20 permanent dunkel bleiben und eine Vielzahl anderer Flächenanteile 5a der Beleuchtungseinrichtung 20 zu unterschiedlichen Zeiten (ti, t2) Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen abstrahlen.
[0068] D Diese Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung 20 kann derart ausgebildet sein, dass Licht abstrahlende Flächenanteile 5a zwischen permanent dunklen Flächenanteilen 5b in Form von vertikalen oder schrägen Streifen oder in Form eines zweidimensionalen Musters angeordnet sind.
[0069] D Weiterhin gibt Fig. 6 die Prinzipskizze einer möglichen Umsetzungsvariante der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 wieder. Hier besteht die Beleuchtungseinrichtung 20 wieder im Wesentlichen aus einem Lichtleiter 20a, in welchen mittels einer Einrichtung 20b Licht eingekoppelt wird. Die Einrichtung 20b kann, wie zu Fig. 4 beschrieben, ausgebildet sein, damit zeitlich- sequentiell Licht verschiedener Farben bzw. Farbmischungen in den Lichtleiter 20a eingekoppelt wird. Deutlich zu sehen ist die (überdimensioniert gezeichnete) Strukturierung der zum Raster 10 gewandten Großfläche des Lichtleiters 20a, wobei hier eine Vielzahl von Flächenanteilen 5b permanent dunkel bleiben und eine Vielzahl anderer Flächenanteile 5 a der Beleuch- tungseinrichtung 20 zu unterschiedlichen Zeiten (ti, t2) Licht mindestens zweier verschiedener Farben oder Farbmischungen abstrahlt. Die entsprechende Strukturierung der zum Raster 10 gewandten Großfläche des Lichtleiters 20a kann z. B. durch Aufdrucken (z. B. mittels Siebdruck) einer schwarz-opaken Farbe auf den Lichtleiter geschehen. Die Struktur wäre dann vergleichbar mit der einer Parallaxenbarriere.
[0070] D Fernerhin zeigen die Fig. 7 bis Fig. 9 Prinzipskizzen des erfindungsgemäßen
Verfahrens in der vorgenannten zweiten Ausgestaltung zu verschiedenen Zeittakten. In Fig. 7 ist der erste („rote") Zeittakt dargestellt. Die Flächenanteile 5a strahlen demnach alle rotes Licht ab, was durch die Buchstaben „R" unter der Beleuchtungseinrichtung 20 indiziert wird. Gleichzeitig werden nur die roten Farbanteile als Bildteilinformationen der verschiedenen n = 4 Ansichten auf den Bildelementen x(i,j) des Rasters 10 wiedergegeben, ebenso durch die Buchstaben „R" im Raster 10 angedeutet. Die Zahlen 1 bis 4 geben die Nummer k der Ansicht A(k) an, aus welcher die Bildteilinformation herrührt, welche auf dem entsprechenden Bildelement x(i,j) gezeigt wird. Hier ist quasi nur ein Ausschnitt einer Zeile des Rasters 10 zu sehen.
[0071] D Der zweite zeitliche Takt („grün") ist in Fig. 8 dargestellt. Hier wird entsprechend in den Flächenanteilen 5a nur grünes Licht abgestrahlt, was durch den Buchstaben „G" angezeigt ist. Selbstredend kommen dann auf dem Raster 10 nur die grünen Anteile der Bildteilinformationen der Ansichten 1 bis 4 zur Darstellung.
[0072] D Schließlich gibt Fig. 9 den dritten zeitlichen „blauen" Takt wieder, auf welchen die vorstehenden Beschreibungen sinngemäß für die Farbe blau, indiziert durch den Buchstaben „B", zutreffen.
[0073] D Damit ist sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunktxtdiejenigen farblichen Komponenten der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster 10 dargestellt werden, welche derjenigen Farbe oder Farbmischung entsprechen, die zu dem Zeitpunkt tx von einem nahegelegenen Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung 20 abgestrahlt wird.
[0074] D Auch in der zweiten Ausgestaltung können die Farben rot, grün, blau vertauscht und/oder durch andere Farben bzw. Farbgemische ersetzt werden.
[0075] D Weiterhin gibt Fig. 10 eine mögliche Struktur eines Parallaxenbarriereschirms als Mittel 40 (in Ausschnittform) wieder. Zu sehen sind vertikale transparente Abschnitte, die in opake Abschnitte eingebettet sind. Eine passende Kombination von Bildteilinformationen von n = 5 Ansichten A(k) auf dem Raster 10 aus Bildelementen x(i,j) gibt Fig. 11 wieder. Dabei entspricht ein Kästchen jeweils einem Bildelement x(i,j), und die Zahlen k = L.5 geben an, aus welcher Ansicht A(k) die Bildteilinformation stammt, die auf dem betreffenden Bildelement x(i,j) gezeigt werden soll. Im Übrigen rührt die jeweilige Bildteilinformation auch in der jeweiligen Ansicht A(k) von der gleichen Rasterstelle (i,j) her, die das entsprechende Bildelement x(i,j) aufweist. [0076] D Die Fig. 12 stellt eine andere mögliche Struktur eines Parallaxenbarriereschirms als Mittel 40 dar (in Ausschnittform). Zu sehen sind stufenweise versetzte transparente Abschnitte, die in opake Abschnitte eingebettet sind. Eine passende Kombination von Bildteilinformationen von n = 5 Ansichten A(k) auf dem Raster 10 aus Bildelementen x(i,j) gibt Fig. 13 wieder. Dabei entspricht wiederum ein Kästchen jeweils einem Bildelement x(i,j), und die Zahlen k = L.5 geben an, aus welcher Ansicht A(k) die Bildteilinformation stammt, die auf dem betreffenden Bildelement x(i,j) gezeigt werden soll.
[0077] D Schlussendlich zeigt Fig. 14 eine weitere mögliche Struktur eines Parallaxenbarriereschirms (Ausschnitt), wobei hier schräg gestellte transparente Streifen vorgesehen sind. Alternativ könnten auch vieleckige, z. B. rechteckige, transparente Elemente teilweise überlappend in Treppenform angeordnet werden.
[0078] D Im Fall der Verwendung eines Parallaxenbarriereschirms können diese das Bild über- oder unterabtasten. Das bedeutet, dass das Verhältnis der Streifenbreite eines transparenten Abschnitts auf dem Parallaxenbarriereschirm zur Breite einer Periode (bestehend aus einem transparenten und einem opaken Abschnitt) größer oder kleiner als der Term l/n (mit n der Anzahl der dargestellten Ansichten) ist. Ist das Verhältnis größer, dann wird auf Kosten der visuellen Kanaltrennung der Ansichten ein helleres Bild erzielt. Ist es kleiner, dann steigt die visuelle Kanaltrennung (und damit auch die mögliche darstellbare Tiefe) auf Kosten der Helligkeit. Natürlich kann das besagte Verhältnis auch genau l/n sein, wie es im eingangs genannten Kaplan- Artikel beschrieben ist.
[0079] D Fernerhin weisen die Bildelemente x(i,j) einen bevorzugt rechteckigen Umriss auf. Zumindest sollte aber das Raster 10 im Wesentlichen orthogonal sein.
[0080] D Selbstredend sind in allen Ausgestaltungen noch geeignete elektronische Ansteuereinheiten vorhanden, um die benötigten Bildinformationen auf dem Raster 10 zur Darstellung zu bringen. Diese sind dem Fachmann geläufig und werden daher hier weggelassen.
[0081] D Die Vorteile der Erfindung sind vielseitig. So wird eine 3D-Darstellung ermöglicht, die keinen oder einen vergleichsweise geringen Auflösungsverlust gegenüber der Auflösung des eingesetzten Bildgebers erleidet. Damit können gleichzeitig 2D-Bilder und 3D-Bilder in hoher Auflösung dargestellt werden, eine Umschaltbarkeit zwischen 2D- und 3D-Darstellung ist nicht mehr nötig. Erfindungsgemäße Verfahren und Anordnungen sind darüber hinaus verhältnismäßig einfach herzustellen, flach ausbildbar und die Ansteuerung mit Bildinhalten ist über handelsübliche PC-Hardware möglich.
[0082] D Außerdem sind auch die Anforderungen an die Bildwiederholrate eines Bildgebers (als Raster 10), verglichen mit einer 2D-Darstellung, nur maximal dreimal so hoch, nicht aber etwa 4 oder 5 mal so hoch, wie das der Fall wäre, etwa wenn 4 oder 5 Ansichten zeitlich sequentiell dargestellt würden. D Abschließend soll auf die Ausgestaltung hingewiesen werden, dass das Raster 10 auch eine Projektionsfläche sein kann, wobei dann die Beleuchtungseinrichtung 20 ein Projektor ist.

Claims

Ansprüche
[0001] 1. Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Objektes, bei welchem
[0002] - auf einem lichtmodulierenden Raster (10) aus Bildelementen x(i,j) mit Zeilen
(i) und Spalten (j) Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,...,n und n > = 2 der Szene oder des Objekts gleichzeitig sichtbar gemacht werden, wobei die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) zu jedem Zeitpunkt (tx) periodisch auf dem Raster (10) angeordnet werden und diese Anordnung der Bildteilinformationen als zweidimensionales Muster oder als spaltenweise Kombination ausgebildet werden,
[0003] - vom Betrachter (30) aus gesehen mindestens ein Bildelement x(i,j) von hinten zeitlich nacheinander mit Licht mindestens zweier verschiedener Farben beleuchtet wird, wobei jeweils diejenigen farblichen Komponenten der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf den Bildelementen x(i,j) dargestellt werden, mit derjenigen Farbe sie gerade beleuchtet werden,
[0004] - für das von dem Raster (10) modulierte Licht Lichtausbreitungsrichtungen dadurch vorgegeben werden, dass nur einzelne Bereiche des Rasters (10) für den Betrachter (30) dergestalt sichtbar sind, dass im zeitlichen Mittel der Betrachter (30) beim Blick auf das Raster (10) jeweils mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildteilinformationen von verschiedenen Ansichten A(k) sieht, wodurch ein räumlicher Seheindruck entsteht und
[0005] - die Flächenschwerpunkte der einzelnen Bildelemente nicht in Zeilen oder
Gruppen von Zeilen jeweils zueinander versetzt ausgebildet werden.
[0006] 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe der
Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster (10) modulierte Licht mindestens ein Parallaxenbarriereschirm, ein Linsenrasterschirm, ein holo- grafisch-optisches Element oder eine wellenlängenabhängige zweidimensionale Filterstruktur verwendet wird.
[0007] 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bildelemente x(i,j) mit Licht mindestens zweier verschiedener Farben beleuchtet werden.
[0008] 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster (10) modulierte Licht durch permanentes Abdunkeln von Teilbereichen der Beleuchtungseinrichtung (20) erreicht werden.
[0009] 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche als vertikale oder schräge Streifen oder in Form eines zweidimensionalen Musters ausgebildet werden.
[0010] 6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bildelemente x(i,j) des Rasters (10) jeweils zeitlich nacheinander wiederkehrend mit rotem, grünem und blauem Licht beleuchtet werden.
[0011] 7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung LEDs und/oder ein OLED und/oder ein von hinten beleuchtetes Flüssigkristallshutter und/oder ein Lichtleiter, in welchen nacheinander verschieden farbiges Licht eingekoppelt wird, beispielsweise unter Nutzung eines Farbrades oder unter Nutzung von farbigen LEDs, verwendet werden bzw. wird.
[0012] 8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente x(i,j) beliebige Umrisse aufweisen, bevorzugt vieleckige, besonders bevorzugt rechteckige Umrisse.
[0013] 9 Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Zeitpunkt (tx) durchschnittlich gleich viele Bildelemente x(i,j) Bildteilinformationen jeweils der verschiedenen Ansichten A(k) darstellen.
[0014] 10. Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Objektes, umfassend
[0015] - ein lichtmodulierendes Raster (10) aus Bildelementen x(i,j) mit Zeilen (i) und
Spalten (J), auf weichen Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,...,n und n > = 2 der Szene oder des Objekts gleichzeitig sichtbar gemacht werden können, wobei die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) zu jedem Zeitpunkt (tx) periodisch auf dem Raster (10) angeordnet sind und diese Anordnung der Bildteilinformationen als zweidimensionales Muster oder als spaltenweise Kombination ausgebildet ist,
[0016] - eine vom Betrachter (30) aus gesehen dem Raster (10) aus Bildelementen x(i,j) nachgeordnete Beleuchtungseinrichtung (20), die jeweils mindestens ein Bildelement x(i,j) zeitlich nacheinander mit Licht mindestens zweier verschiedener Farben beleuchtet, wobei jeweils diejenigen farblichen Komponenten der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf den Bildelementen x(i,j) dargestellt sind, mit derjenigen Farbe sie beleuchtet sind,
[0017] - Mittel (40) zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von der Beleuchtungseinrichtung (20) durch das Raster (10) hindurch abgestrahlte farbige Licht, so dass im zeitlichen Mittel der Betrachter (30) beim Blick auf das Raster (10) jeweils mit beiden Augen wenigstens teilweise Bildteilinformationen von verschiedenen Ansichten A(k) sieht, wodurch ein räumlicher Seheindruck entsteht.
[0018] 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (40) zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster (10) modulierte Licht einen Parallaxenbarriereschirm, einen Linsenrasterschirm, ein ho- lografisch-optisches Element oder eine wellenlängenabhängige zweidimensionale Filterstruktur umfassen.
[0019] 12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Flächenanteil der Beleuchtungseinrichtung (20) zeitlich nacheinander Licht mindestens zweier verschiedener Farben abstrahlt, wobei dieser Flächenanteil in etwa so groß ist wie das Raster (10) aus Bildelementen x(i,j).
[0020] 13. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (40) zur Vorgabe von Lichtausbreitungsrichtungen für das von dem Raster (10) modulierte Licht gebildet sind durch eine Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung (20), bei welcher eine Vielzahl von Flächenanteilen der Beleuchtungseinrichtung (20) permanent dunkel bleiben und eine Vielzahl anderer Flächenanteile der Beleuchtungseinrichtung (20) Licht nacheinander mindestens zweier verschiedener Farben abstrahlen.
[0021] 14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung der Beleuchtungseinrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass die Licht abstrahlenden Flächenanteile zwischen permanent dunklen Flächenanteilen in Form von vertikalen oder schrägen Streifen oder in Form eines zweidimensionalen Musters angeordnet sind.
[0022] 15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht abstrahlenden Flächenanteile der Beleuchtungseinrichtung (20) nacheinander wiederkehrend rotes, grünes und blaues Licht abstrahlen.
[0023] 16. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (20) aus LEDs und/oder einem OLED und/ oder einem von hinten beleuchteten Flüssigkristallshutter und/oder einem Lichtleiter, in welchen nacheinander verschieden farbiges Licht eingekoppelt wird, beispielsweise unter Nutzung eines Farbrades oder unter Nutzung von farbigen LEDs, besteht.
[0024] 17. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente x(i,j) beliebige Umrisse aufweisen, bevorzugt vieleckige, besonders bevorzugt rechteckige Umrisse.
[0025] 18. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Zeitpunkt (tx) durchschnittlich gleich viele Bildelemente x(i,j) Bildteilinformationen jeweils der verschiedenen Ansichten A(k) darstellen.
[0026] 19. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster (10) ein Graustufen-Flüssigkristallbildschirm oder ein Graustufen darstellender Flüssigkristall-Shutter ist. [0027] 20. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von n dargestellten Ansichten A(k) mit k = l..n, der Wert von n größer gleich 2 und kleiner gleich 16 ist.
[0028] 21. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster (10) und/oder das Mittel (40) Mittel zur Verminderung von Störlichtreflexen enthält, bevorzugt mindestens eine interferenzoptische Entspiege- lungs schicht.
[0029] 22. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenra- sterschirm ein Lentikularschirm ist.
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