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Die Erfindung betrifft eine autostereoskopische Anzeigevorrichtung, die
Richtungsinformation anzeigt. Derartige Vorrichtungen können dazu verwendet
werden, räumliche und/oder zeitliche Information in Richtungsinformation
umzusetzen, um z.B. eine autostereoskopische dreidimensionale Anzeige zu
liefern.
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Bekannte 3D(Dreidimensional)-Anzeigevorrichtungen, die Bilder sich
bewegender undurchsichtiger Objekte erzeugen können, stützen sich auf die
Erzeugung der Wahrnehmung eines 3D-Bilds bei einem menschlichen Beobachter durch
Anzeigen einer Anzahl von 2D(Zweidimensional)-Bildern. Jedes der 2D-Bilder
ist eine Ansicht des Objekts aus einer speziellen Richtung, die in dieser
Richtung "wiedergegeben" wird. Die Genauigkeit und die Wirksamkeit dieser
3D-Bilder sowie die maximale Anzeigegröße und der Freiheitsgrad
hinsichtlich des Betrachterorts nehmen zu, wenn die Anzahl angezeigter 2D-Ansichten
erhöht wird.
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Zwei bekannte Techniken zum Erzeugen von 3D-Anzeigen verwenden
Rasterlinsenverfahren und Zeitmultiplex- oder zeitsequenzielle Verfahren. Für
effektiven Betrieb müssen derartige Systeme eine große Anzahl von 2D-Ansichten
eines Objekts anzeigen. Bei Rasterlinsensystemen zur Direktbetrachtung wird
die Maximalanzahl von Ansichten durch die Auflösung eines im System
verwendeten Raumlichtmodulators (SLM = spatial light modulator) bestimmt,
wohingegen in Systemen mit mehreren Projektoren die Maximalanzahl von Ansichten
durch die Anzahl verwendeter gesonderter SLMs bestimmt Wird. Bei
Zeitmultiplexsystemen bestimmt die Vollbildrate des SLM die Maximalanzahl von
Ansichten.
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Bei bekannten Anordnungen sind die maximalen Vollbildraten praxisgerechter
verfügbarer SLMs, zum Anzeigen einer großen Anzahl von Ansichten, für im
Zeitmultiplex betriebene Anzeigen unzureichend, und die Maximalauflösung
bei aktuell verfügbaren SLMs ist für Rasterlinsenverfahren zur
Direktbetrachtung unzureichend. Rasterlinsenverfahren mit mehreren Projektoren mit
einer großen Anzahl von SLMs sind teuer und voluminös. So sind bekannte 3D-
Anzeigesyssteme ungeeignet oder unzweckdienlich zum genauen Erzeugen eines
sich bewegenden elektronischen, undurchsichtigen, farbigen,
autostereoskopischen 3D-Bilds aus einem Bereich von Perspektiven.
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GB 2 267 579 und EP 0 570 179 offenbaren im Zeit- und Raummultiplex
betriebene Systeme sowie ein System, das räumliche und zeitliche
Multiplexvorgänge kombiniert, um eine 3D-Anzeige mit einer größeren Anzahl von Ansichten
zu liefern. Jedoch begrenzen die maximale Auflösung und die maximale
Vollbildrate aktuell verfügbarer SLMs die Anzahl anzeigbarer Ansichten.
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Eine bekannte 3D-Anzeigetechnik verwendet einen Strahlkombinierer und
Polarisationstechniken zum Erzeugen eines 3D-Bilds, das auf zwei Ansichten
begrenzt ist. Jedoch ist diese Technik nicht autostereoskopisch sondern
stereoskop, d.h. dass der Betrachter eine Polarisationsbrille tragen muss,
um den 3D-Effekt zu erkennen.
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GB 2 185 825A offenbart eine autostereoskopische Anzeigevorrichtung, bei
der 2D-Ansichten durch einen konkaven Kugelspiegel in den Augen eines
Betrachters abgebildet werden.
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GB 2 066 503A offenbart ein Bildprojektionssystem, das dadurch als
autostereoskopische Anzeigevorrichtung verwendet werden kann, dass 2D-Ansichten
auf einem Rasterlinsenschirm projiziert werden. Bilder der 2D-Ansichten
werden auf den Schirmen von Kathodenstrahlröhren erzeugt und durch
Projektionslinsen projiziert. Die projizierten Bilder werden durch einen
Strahlteiler und eine Spiegel kombiniert und auf dem Rasterlinsenschirm
abgebildet, der für Parallaxe sorgt, so dass die verschiedenen Augen eines
Betrachters verschiedene 2D-Bilder sehen.
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GB 2 206 763A offenbart eine 3D-Anzeigevorrichtung, bei der 2D-Bilder
aufeinanderfolgend einem SLM zugeführt werden. Eine gesteuerte Lichtquelle
hinter dem SLM sorgt dafür, dass jedes der 2D-Bilder aus einer jeweiligen
Richtung erkennbar ist, die der Richtung entspricht, aus der das 2D-Bild
aufgenommen wurde.
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GB 1 346 915 offenbart eine Anzeigevorrichtung mit Richtungsinformation,
bei der Arrays von Kugellinsen dazu verwendet werden, die Betrachtung
räumlich gemultiplexter Bilder in jeweiligen Richtungen zu ermöglichen. Unter
Verwendung geeigneter fotografierter 2D-Bilder und durch Verschachteln von
Elementen der Ansichten unter den Linsen ist es möglich, eine
autostereoskopische Anzeigevorrichtung zu erzielen.
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GB 1 121 097 offenbart ein 3D-Bild, das durch Techniken ähnlich denen, wie
sie in GB 1 346 915 offenbart sind, erzeugt wird, wobei jedoch konkave
Reflektoren anstelle der Kugellinsen verwendet werden. EP 0 262 955A
offenbart eine autostereoskopische Anzeige, bei der Bilder durch steuerbare
Lichtquellen erzeugt werden, die z.B. in Form eines Flüssigkristalldisplays
(LCD) vorliegen. Auf dem LCD ist ein Rasterlinsenschirm angeordnet, um für
Parallaxe zu sorgen, damit von den jeweiligen Augen eines Betrachters zwei
2D-Bilder erkannt werden.
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WO 79/00308 offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen eines 3D-Bilds, bei der
mehrere Kathodenstrahlröhrenschnitte einer Szene mit verschiedenen Tiefen
anzeigen. Ein Satz von Strahlteilern und Linsen ist so angeordnet, dass die
2D-Bilder dieser Schnitte an verschiedenen Positionen entlang einer
gemeinsam optischen Achse angeordnet werden, um ein 3D-Bild zu repräsentieren.
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US 4 623 223 offenbart eine autostereoskopische Anzeige, bei der zwei 2D-
Ansichten durch Planspiegel auf einen konkaven Kugelspiegel reflektiert
werden. Der konkave Spiegel erzeugt reelle Bilder der 2D-Ansichten, die vom
jeweiligen Auge eines Betrachters erkennbar sind.
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Gemäß der Erfindung ist eine autostereoskopische Anzeigevorrichtung
geschaffen, wie sie im beigefügten Anspruch 1 definiert ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den anderen beigefügten
Ansprüchen definiert.
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Eine derartige Vorrichtung kann als 3D-Anzeigevorrichtung zum Erzeugen
einer relativ großen Anzahl von 2D-Ansichten verwendet werden. Alternativ
kann eine derartige Vorrichtung bei anderen. Anwendungen verwendet werden,
z.B. dazu, ein Hinweisschild zu erzeugen, das bei Betrachtung aus
verschiedenen Richtungen verschiedene Information anzeigt.
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So ist es möglich, optische Vorrichtungen zu schaffen, die bei
Anzeigesystemen für Direktbetrachtung verwendet werden können und eine große Anzahl
von Anzeigen kombinieren. Es ist auch möglich, einen größeren Bereich von
Betrachtungspositionen und eine größere Anzahl gesonderter Betrachter zu
ermöglichen. Es sind keine Sehhilfen dazu erforderlich, den 3D-Effekt zu
erkennen, d.h., die Anzeige ist autostereoskopisch. Ferner können bekannte
Bildaufnahmetechniken verwendet werden, so dass farbige, bewegte und
undurchsichtige
Bilder angezeigt werden können.
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Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die befügten.
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer 3D-Anzeigevorrichtung unter
Verwendung von Zeitmultiplexbetrieb, die eine erste Ausführungsform der
Erfindung bildet;
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Fig. 2 und 3 sind schematische Draufsichten zum Veranschaulichen des
Betriebs der Anzeigevorrichtung der Fig. 1;
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Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht einer 3D-Anzeigevorrichtung unter
Verwendung von Raummultiplexbetrieb, die eine zweite Ausführungsform der
Erfindung bildet;
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Fig. 5 und 6 sind schematische Draufsichten zum Veranschaulichen des
Betriebs der Anzeigevorrichtung der Fig. 4;
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Fig. 7 und 8 sind schematische Draufsichten von 3D-Anzeigevorrichtungen
unter Verwendung von Zeit- und Raummultiplexbetrieb, die eine dritte bzw.
vierte Ausführungsform der Erfindung bilden;
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Fig. 9 und 10 sind schematische Draufsichten von 3D-Anzeigevorrichtungen,
die eine fünfte bzw. sechste Ausführungsform der Erfindung bilden;
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Fig. 11 ist eine schematische Draufsicht einer 3D-Anzeigevorrichtung unter
Verwendung einer Einzelbeleuchtungsanordnung, die eine siebte
Ausführungsform der Erfindung bildet;
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Fig. 12 ist eine schematische Draufsicht einer Anzeigevorrichtung vom in
der Fig. 11 dargestellten Typ, die so modifiziert ist, dass sie eine achte
Ausführungsform der Erfindung bildet;
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Fig. 13 ist eine schematische Draufsicht einer 3D-Anzeigevorrichtung unter
Verwendung geknickter Lichtpfade, die eine neunte Ausführungsform der
Erfindung bildet;
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Fig. 14 ist eine schematische Draufsicht einer 3D-Anzeigevorrichtung mit
einem kompakten Beleuchtungssystem, die eine zehnte Ausführungsform der
Erfindung bildet;
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Fig. 15a bis 15c veranschaulichen den Betrieb der Anzeigevorrichtung der
Fig. 14;
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Fig. 16 veranschaulicht das Aussehen verkippter Betrachtungsfenster, wie
von der Anzeigevorrichtung der Fig. 11 erzeugt;
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Fig. 17 ist eine schematische Draufsicht einer 3D-Anzeigevorrichtung unter
Verwendung einer Einzelbeleuchtungsanordnung, die eine elfte
Ausführungsform der Erfindung bildet;
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Fig. 18 veranschaulicht das Aussehen von Betrachtungsfenstern, wie durch
die Anzeigevorrichtung der Fig. 17 erzeugt;
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Fig. 19 ist eine schematische Draufsicht einer 3D-Anzeigevorrichtung unter
Verwendung von Autokollimationsschirmen, die eine zwölfte Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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Fig. 20 ist eine schematische Draufsicht einer 3D-Anzeigevorrichtung unter
Verwendung von Winkelverstärkungsschirmen, die eine dreizehnte
Ausführungsform der Erfindung bildet; und
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Figur. 21 ist eine schematische Seitenansicht einer 3D-Anzeigevorrichtung,
die eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung bildet.
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Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Zeichnungen dieselben Teile.
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Die in der Fig. 1 dargestellte 3D-Anzeigevorrichtung verfügt über eine
erste autostereoskopische Anzeigeanordnung mit mehreren Lichtquellen 1 und
einer Steuerschaltung 2 zum sequenziellen Aktivieren der Lichtquellen 1. Es
sind vier Lichtquellen 1 dargestellt, die in Querrichtung mit einer
Schrittweite voneinander beabstandet sind, die im Wesentlichen der
Querbreite jeder der Lichtquellen 1 entspricht. Ein in der Zeichnung
dargestelltes optisches System in Form einer Linse 3 ist zwischen den
Lichtquellen 1 und einem Raumlichtmodulator (SLM) 4 angeordnet. Alternativ kann der
SLM 4 zwischen den Lichtquellen 1 und der Linse 3 und benachbart zur
letzteren angeordnet sein.
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Der SLM 4 kann über ein Flüssigkristall-Bauteil verfügen, und er ist so
ausgebildet, dass er aufeinanderfolgend mehrere 2D-Ansichten anzeigt, wobei
jede Ansicht durch eine jeweilige der Lichtquellen 1 beleuchtet wird. So
sind 2D-Ansichten aus verschiedenen Winkeln, entsprechend denjenigen
Winkeln erkennbar, unter denen die Ansichten während der Bildaufnahme
aufgezeichnet würden.
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Die Anzeigevorrichtung verfügt ferner über eine zweite autostereoskopische
Anzeigeanordnung mit mehreren Lichtquellen 5, einer Steuerschaltung 6,
einer Linse 7 und einem SLM 8, die im Wesentlichen mit den Lichtquellen 1,
der Steuerschaltung 2, der Linse 3 bzw. dem SLM 4 identisch sind.
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Dia Ansichten von den zwei im Zeitmultiplex betriebenen Anzeigeanordnungen
werden durch ein optisches Kombiniersystem kombiniert, das in der Zeichnung
als Strahlteiler 9 dargestellt ist. Die durch den SLM 4 wiedergegebenen
Ansichten werden durch den Strahlteiler 9 zu einem Betrachter 10
hindurchgestrahlt, wohingegen die Ansichten vom SLM 8 durch den Strahlteiler 9 zum
Betrachter 10 reflektiert werden. Die Fig. 2 veranschaulicht die
Richtungen, in denen die Ansichten von den zwei im Zeitmultiplex betriebenen
Anzeigeanordnungen zum Strahlteiler 9 projiziert werden. Die Fig. 3 zeigt die
scheinbaren Lichtquellenpositionen und die Richtungswirkung, wie sie vom
Betrachter 10 über den Strahlteiler 9 wahrgenommen wird. Jede
3D-Bildkomponente füllt, einen definierten Bereich von Bildausgabewinkeln mit den
Komponenten von den zwei Anzeigeanordnungen, die so miteinander verschachtelt
werden, dass sich von der Anzeigevorrichtung in Querrichtung kontinuierlich
aufgeweitetes es Licht ausbreitet. So wird von einem geeignet positionierten
Betrachter 10 eine Rekonstruktion des 3D-Bilds über einen kontinuierlichen
Winkelbereich wahrgenommen.
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Die durch den SLM 8 reproduzierten 3D-Bilder werden durch den Strahlteiler
9 in Querrichtung invertiert. Eine Kompensation hierfür kann dadurch
geschaffen werden, dass die 3D-Ansichten im SLM 8 in Querrichtung invertiert
werden.
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Der Strahlteiler 9 kann ein beliebiges Bauteil oder System enthalten, das
dazu in der Lage ist, die optische Kombinierfunktion auszuüben. Z.B. kann
der Strahlteiler 9 einen teilversilberten Spiegel enthalten. Alternativ
können, um die durch die Metallbeschichtungen hervorgerufene Absorption des
einfallenden Lichts zu verringern, vollständig dielektrische, nicht
polarisierende Beschichtungen verwendet werden. Jedoch sind derartige
Beschichtungen im Allgemeinen für spezielle Wellenlängen konzipiert, so dass sie
von begrenzter Anwendbarkeit sein können. Eine
Metall-Dielektrikum-Hybridbeschichtung kombiniert die Vorzüge von Metallen und Dielektrika zum
Erzeugen eines Strahlteilers mit mäßiger Absorption geringer
Polarisationsempfindlichkeit und guter, breitbandiger, spektraler Flachheit.
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Die Fig. 4 zeigt eine Anzeigevorrichtung, die zwei im Raummultiplex
betriebene Anzeigeanordnungen anstelle der im Zeitmultiplex betriebenen
Anzeigeanordnungen der Fig. 1 aufweist. Die SLMs 4 und 8, der Strahlteiler 9 und
der Betrachter 10 entsprechen denen, wie sie in der Fig. 1 dargestellt
sind. Jedoch wird der SLM 4 durch eine diffuse Lichtquelle 11 beleuchtet,
und das den SLM 4 verlassende modulierte Licht durchläuft einen
Rasterlinsenschirm 12 mit einer Vielzahl planzylindrischer Konvergenz-Rasterlinsen,
die mit regelmäßiger Schrittweite in der Querrichtung angeordnet sind. In
ähnlicher Weise sind eine diffuse Lichtquelle 13 und ein Rasterlinsenschirm
14 für den SLM 8 vorhanden.
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Jeder der SLMs 4 und 8 erzeugt gleichzeitig mehrere verschachtelte
2D-Ansichten aus sehr dünnen vertikalen Bildelementen. Mehrere derartige
Bildelemente aus verschiedenen Ansichten werden hinter jeder der Rasterlinsen
der Schirme 12 und 14 angezeigt, wie es in der Fig. 5 veranschaulicht ist.
Diese Absichten werden durch den Strahlteiler 9 kombiniert, um eine
scheinbare Bildelementposition und -ausrichtung zu ergeben, wie es in der Fig. 6
veranschaulicht ist. So wird, wie bei der Ausführungsform der Fig. 1, das
rekonstruierte 3D-Bild von einem geeignet positionierten Betrachter über
einen kontinuierlichen Winkelbereich wahrgenommen.
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Um die Anzahl verfügbarer Ansichten zu erhöhen, können die Techniken des
räumlichen und des zeitlichen Multiplexbetriebs kombiniert werden, wie es
bei der Anzeigevorrichtung der Fig. 7 veranschaulicht ist. Die Lichtquellen
1 und 5, die Steuerschaltungen 2 und 6, die Linsen 3 und 7 sowie der
Strahlteiler 9 sind dieselben, wie sie in der Fig. 1 dargestellt sind.
Jedoch sind die SLMs 4 und 8 der Fig. 1 durch Hybrid-Sandwichanordnungen 20
und 21 vom Typ ersetzt, wie er in GB 2 267 579 und EP 0 570 179 offenbart
ist. Z.B. verfügt jede der Hybridsandwichanordnungen über einen
Rasterlinsenschirm mit einer ersten Rasterlinsen-Schrittweite, einen SLM, eine
Streueinrichtung und einen zweiten Rasterlinsenschirm mit einer zweiten
Quer-Schrittweite, die größer als die erste Schrittweite ist. Die
Schrittweite des zweiten Rasterlinsenschirms entspricht im Wesentlichen einem
ganzzahligen Vielfachen der Schrittweite des ersten Schirms.
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Die Lichtquellen 1 und 5 werden durch die Steuerschaltungen 2 und 6
sequenziell aktiviert, und Bildinformation wird den SLMs der
Hybrid-Sandwichanordnungen 20 und 21 synchron mit der Beleuchtungsaktivierung zugeführt.
Jedes an die SLMs gelieferte "Vollbild" von Bildinformation enthält mehrere
Bilder, die räumlich gemultiplext sind, wie es unter Bezugnahme auf die
Ausführungsform der Fig. 4 beschrieben wurde. Die einzelnen 2D-Ansichten
werden daher über Winkelbereiche in Richtungen reproduziert, die den
Richtungen entsprechen, aus denen die Ansichten während der Bildaufnahme
aufgezeichnet wurden, und der Strahlte in er 9 kombiniert die Ansichten in solcher
Weise, dass der Betrachter 10 das 3D-Bild über einen kontinuierlichen
Winkelbereich wahrnehmen kann.
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Die in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Anzeigevorrichtungen verfügen jeweils
über einen einzelnen Strahlteiler 9, der mit zwei Anzeigeanordnungen
zusammenwirkt, um die Anzahl von 2D-Ansichten zu erhöhen, die geliefert werden
können, um ein zusammengesetztes 3D-Bild zu erzeugen. Jedoch können mehrere
Strahlteiler vorhanden sein, und die in der Fig. 8 dargestellte
Anzeigevorrichtung verfügt über zwei Strahlteiler 9 und 29 mit drei
Anzeigeanordnungen vom in der Fig. 7 veranschaulichten Typ mit kombiniertem räumlichem und
zeitlichem Multiplexbetrieb. Die dritte Anzeigeanordnung verfügt über
Lichtquellen 31, eine Steuerschaltung 32, eine Linse 33 und eine Hybrid-
Sandwichanordnung 34, die mit den Lichtquellen 1, der Steuerschaltung 2,
der Linse 3 bzw. der Hybrid-Sandwichanordnung 20 im Wesentlichen identisch
sind. Die Ansichten von der Hybrid-Sandwichanordnung 20 werden direkt, durch
die Strahlteiler 9 und 29 zum Betrachter 10 durchgestrahlt. Die Ansichten
von der Hybrid-Sandwichanordnung 21 werden vom Strahlteiler 9 reflektiert
und durch den Strahlteiler 29 zum Betrachter 10 hindurchgestrahlt. Die
Ansichten von der Hybrid-Sandwichanordnung 34 werden, vom Strahlteiler 29
zum Betrachter 10 reflektiert. Daher ist es möglich, eine größere Anzahl
von 2D-Ansichten zu liefern, um ein zusammengesetztes 3D-Bild zu erzeugen.
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Die Fig. 9 zeigt eine 3D-Anzeigevorrichtung von relativ einfachem Typ zum
Erzeugen zweier Ansichten. Die Anzeigevorrichtung der Fig. 9 ähnelt der der
Fig. 1, wobei sie jedoch dahingehend verschieden ist, dass die Lichtquellen
1 und 5 und die Steuerschaltungen 2 und 6 durch kontinuierlich aktivierte
Lichtquellen 41 und 42 ersetzt sind.
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Die Fig. 10 zeigt eine 3D-Anzeigevorrichtung, die derjenigen der Fig. 9
ähnlich ist, jedoch einen weiteren Strahlteiler 29, eine Linse 43 und einen
SLM 44 enthält. Die Anzeigevorrichtung der Fig. 10 verfügt über drei kontinuierlich
aktivierte Lichtquellen 51, 52 und 53, und sie erzeugt drei
Ansichten. Die Lichtquellen 51, 52 und 53 sind so angeordnet, dass sich die
Lichtquelle 52 auf der Achse der Linse 43 befindet, wohingegen die
Lichtquellen 51 und 53 gegen die Achsen det Linsen 3 bzw. 7 versetzt sind, so
dass die den Strahlteiler 9 verlassenden Lichtstrahlen in Querrichtung
zusammenhängen.
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Die in der Fig. 11 dargestellte Anzeigevorrichtung unterscheidet sich von
der in der Fig. 1 dargestellten, dahingehend, dass die Lichtquellen 5 und
die Steuerschaltung 6 weggelassen sind und eine Strahlteileranordnung
vorhanden ist, um das Licht von den Lichtquellen 1 (in der Fig. 11 sind nur
zwei dargestellt) so aufzuteilen, dass beide SLMs 4 und 8 beleuchtet
werden. Licht von den Lichtquellen 1 wird durch einen Strahlteiler 56, z.B.
vom selben Typ wie dem des Strahlteilers 9, in einen transmittierten und
einen reflektierten Strahl aufgeteilt. Der transmittierte Strahl wird von
einem Spiegel 57 zur Linse 3 (z.B. vom Fresnel-Typ) und zum SLM 4
reflektiert Der reflektierte Strahl wird durch einen Spiegel 58 zur Linse 7 und
zum SLM 8 reflektiert. Der Strahlteiler 56 ist so ausgebildet, dass er das
Licht in zwei Strahlen gleicher Intensität aufteilt. Die Spiegel 57 und 58
sind nicht genau parallel; der eine steht unter einem kleinen Winkel, von
z.B. ungefähr 5º, zum anderen. So führt jede Lichtquelle 1 zu zwei
scheinbaren Lichtquellen, die mit geeigneter Interokularabstand in den Augen des
Betrachters 10 abgebildet werden, nachdem eine Rekombination durch den
Strahlteiler 9 erfolgte.
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Diese Anordnung schafft eine vereinfachte Anzeigevorrichtung durch
Weglassen einer Steuerschaltung und einer Gruppe von Lichtquellen. Ferner, sind
Probleme in Zusammenhang mit einer Anpassung der Lichtquellen 1 und 5 der der
Fig. 1 hinsichtlich einer Farbanpassung vermieden. Die Gesamtgröße und die
Kompliziertheit der Anzeigevorrichtung können auch dadurch verringert
werden, dass das in der Fig. 11 dargestellte Einzelbeleuchtungssystem
verwendet wird.
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Der Nachteil der in der Fig. 11 dargestellten Anzeigevorrichtung im
Vergleich mit der der Fig. 1 besteht darin, dass nur die halbe Lichtmenge
erzeugt wird, da die halbe Anzahl von Quellen vorhanden ist. Dies kann
durch die in der Fig. 12 dargestellte Ausführungsform kompensiert werden.
Die Anzeigevorrichtung der Fig. 12 unterscheidet sich von der der Fig. 11
dahingehend, dass der Strahlteiler 36, vom Polarisationstyp ist und er das
Licht in zwei orthogonale Polarisationskomponenten aufteilt, wie es durch
Pfeile 59 und 60 gekennzeichnet ist. Die SLMs 4 und 8 sind vom
LCD(Flüssigkristall)-Typ mit Polarisationsfolien, die rechtwinklig zueinander
angeordnet sind. Ferner ist der Strahlteiler 9 vom polarisationsempfindlichen Typ,
so dass, im Wesentlichen das gesamte sich durch die Vorrichtung ausbreitende
Licht zum Betrachter 10 gerichtet wird.
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Die in der Fig. 12 dargestellte Anzeigevorrichtung kann nur aus der
Richtung des Betrachters 10 angesehen werden, wohingegen die Anzeigevorrichtung
der Fig. 11 auch aus einer mit 10' gekennzeichneten Betrachterposiaion
angesehen werden kann. Für viele Anwendungen ist dies kein Nachteil,
wohingegen die durch die Anzeigevorrichtung der Fig. 12 erzeugte erhöhte
Helligkeit ein Vorteil ist.
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Die Ausführungsformen der Fig. 11 und 12 können dadurch modifiziert werden,
dass die Steuerschaltung 2 weggelassen wird und eine einzelne Lichtquelle 1
angebracht wird, um zwei 2D-Ansichten zu erzeugen.
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Die in der Fig. 13 dargestellte Anzeigevorrichtung ist der in der Fig. 1
dargestellten Anzeigevorrichtung ähnlich, verwendet jedoch geknickte
Lichtpfade zum Beleuchten der SLMs 4 und 8 unter Verwendung von Spiegeln 57 und
58, die so angeordnet sind, wie es in der Fig. 11 dargestellt ist. Die
Anzeigevorrichtung der Fig. 13 unterscheidet sich von derjenigen, die in
der Fig. 1 dargestellt ist, ferner dadurch, dass die Lichtquellen 1 und 5
durch Streulichtquellen 42 und 44 ersetzt sind, die hinter LCD-Verschlüssen
63 und 64 angeordnet sind. Die Verschlüsse werden durch eine
Steuerschaltung vom unter 2 und 6 in der Fig. 1 dargestellten Typ angesteuert, und sie
arbeiten auf dieselbe Weise, um tatsächlich mehrere Lichtquellen zu
erzeugen, die der Reihe nach aktiviert werden.
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Durch Knicken der Lichtpfade von den Lichtquellen zu den SLMs 4 und 8, wie
es in der Fig. 13 dargestellt ist, ist es möglich, eine relativ kompakte
Anzeigevorrichtung zu schaffen. Unter Verwendung zweier Lichtquellen kann
die Helligkeit der Anzeigevorrichtung in Bezug auf diejenige beider in der
Fig. 11 dargestellten Anzeigevorrichtung erhöht werden.
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Die LCD-Verschlüsse 63 und 65 können vom Typ mit ferroelektrischem
Flüssigkristall, verdrillt-nematisch oder superverdrillt-nematisch, sein, um Licht
mit Polarisationen zu erzeugen, die zu Eingangspolarisatoren der SLMs 4
bzw. 8 passen. Z.B. können die Ausgangspolarisation des Verschlusses 63 und
die Eingangspolarisation des SLM 4-45º betragen, wohingegen die Ausgangspolarisation
des Verschlusses 65 und die Eingangspolarisation des SLM 8
+45º betragen können. Eine derartige Anordnung minimiert Lichtverluste, die
wegen der Verwendung von LCD-Verschlüssen auftreten.
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Die in der Fig. 14 dargestellte Anzeigevorrichtung ähnelt derjenigen, wie
sie in der Fig. 4 dargestellt ist, dahingehend, dass sie SLMs 4 und 8,
einen Strahlkombinierer 9, Streulichtquellen z.B. in Form von Lichtkästen
11 und 13 sowie Rasterlinsenschirme 12 und 14 aufweist. Jedoch
unterscheidet sich die Anzeigevorrichtung der Fig. 14 dahingehend von derjenigen der
Fig. 4, dass die Rasterlinsenschirme 12 und 14 zwischen den SLMs 4 und 8
und den Lichtquellen 11 und 13 angeordnet sind und in den Objektebenen der
Rasterlinsenschirme 12 und 14 Parallaxesperren 68 bzw. 69 angeordnet sind.
Bei der in der Fig. 14 dargestellten Anordnung unter Verwendung von 2 SLMs
4 und 8 verfügen die Parallaxesperren 68 und 69 über
Markierung/Zwischenraum-Verhältnisse von 1 : 1, d.h., dass die Sperren über parallele Schlitze
verfügen, deren Breiten den die Schlitze bildenden undurchsichtigen
Streifen entsprechen.
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Der Betrieb der in der Fig. 14 dargestellten Anzeigevorrichtung ist in den
Fig. 15a bis 15c veranschaulicht. Die Fig. 15a veranschaulicht die
Lichtstrahlen 70, wie sie durch eine typische Rasterlinse des Schirms 12 erzeugt
werden. Aus vier der Schlitze der der Rasterlinse benachbarten
Parallaxesperre 68 austretendes Licht wird durch die Rasterlinse an Betrachterorten
abgebildet. Die Fig. 15b ist eine ähnliche Ansicht, die die durch den
Rasterlinsenschirm 14 erzeugten Lichtstrahlen 71 zeigt. Erneut werden die
Schlitze der Sperre 69 an Betrachterorten abgebildet.
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Die Positionen der Schlitze der Parallaxesperren 68 und 69 in Bezug auf die
Rasterlinsenschirme 12 und 14 sind dergestalt, dass der Strahlkombinierer 9
ein Lichtausgangsmuster erzeugt, wie es in der Fig. 15c veranschaulicht
ist. So werden die Lichtstrahlen 70 und 71 miteinander verschachtelt, und
die. Schlitze der Parallaxesperren 68 und 69 werden an den Betrachterorten
mit einer effektiven Schrittweite 72 abgebildet die dem mittleren
Interokularabstand entspricht.
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Das Beleuchtungssystem der Anzeigevorrichtung der Fig. 14 ist kompakt und
erlaubt daher die Herstellung einer relativ kompakten Anzeigevorrichtung.
Ferner ist das Design der Rasterlinsenschirme 12 und 14 im Wesentlichen
unabhängig von dem der SLMs 4 und 8. Insbesondere können die Schrittweiten
der Rasterlinsen der Schirme 12 und 14 viel größer als die Schrittweiten
der Pixel der SLMs 4 und 8 sein, um so mögliche Probleme mit
Moiré-Streifenbildung, Ausrichtungsverlusten und Herstelltoleranzen der
Rasterlinsenschirme zu lindern. Z.B. können die Rasterlinsenschirme eine Schrittweite
von 3 mm aufweisen, und die Parallaxesperren können eine Schrittweite von
nominell 3 mm aufweisen, wobei schwarze Streifen von 1,5 mm in der
Objektebene der Schirme beabstandet sind, so dass ein Bild jeder Parallaxesperre
am Ort des Betrachters 10 erzeugt wird. Die tatsächliche Schrittweite der
Parallaxesperre wird so eingestellt, dass am Ort des Betrachters 10
"Fenster" vom gesamten Schirm erzeugt werden.
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Wie im Fall der anderen Ausführungsformen der Erfindung können die
Rasterlinsenschirme durch Mikrolinsenschirme ersetzt werden, uni sowohl für
vertikale als auch horizontale Parallaxe zu sorgen.
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Dia in der Fig. 11 dargestellte Anzeigevorrichtung verfügt über eine
Einzelbeleuchtungsanordnung, die eine Lichtquelle 1, wie in der Fig. 17
dargestellt oder mehrere Lichtquellen, wie in der Fig. 11 dargestellt, aufweisen
kann und gemeinsam mit dem Strahlteiler 36 zwei scheinbare
Beleuchtungsanordnungen erzeugt. Die Bilder der Beleuchtungsanordnungen müssen aufgeteilt
werden, damit der Betrachter 10 zwei "Fenster" sieht, von denen jedes, durch
einen zugehörigen SLM 4 oder 8 moduliert wird. Die in der Fig. 11
dargestellte Anordnung erzielt dies durch Anbringen von Relativverkippungen
zwischen den Spiegeln 37 und 38. Jedoch sind durch eine derartige Anordnung
Fenster für das linke und rechte Auge des Betrachters geschaffen, wie sie
unter 75 und 76 in der Fig. 16 dargestellt sind. Die Fenster 75 und 76
stoßen auf einer Höhe aneinander, oberhalb derselben sie überlappen und
unterhalb derselben ein dunkler Zwischenraum zwischen ihnen besteht. Dies
kann zu unerwünschten Störungen im wahrgenommenen 3D-Bild führen.
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Die Fig. 17 zeigt eine Anzeigevorrichtung, die der in der Fig. 11
dargestellten ähnlich ist. Jedoch verfügt die Anzeigevorrichtung der Fig. 17
über eine einzelne Lichtquelle 1, und jeder der SLMs 4 und 8 erzeugt eine
einzelne Ansicht. Ferner sind die Spiegel 57 und 58 parallel zueinander. In
der Fig. 11 fallen die Achsen jeder Linse 3 und 7 und die Achsen der
jeweiligen Anzeigen zusammen. Jedoch ist die Achse 77 der Linse 3 beider
Anzeigevorrichtung der Fig. 17 in Querrichtung gegenüber der Anzeigeachse 78
versetzt, und die Achse 79 der Linse 7 ist in Querrichtung gegen die
Anzeige 80 versetzt, um die, Bilder der Beleuchtungseinrichtung 1 am. Ort des
Betrachters 10 aufzuteilen. Dadurch werden Fenster 81 und 82 erzeugt, die,
wie es in der Fig. 18 dargestellt ist, parallel zueinander sind, und die,
durch geeignete Wahl
der Geometrie, entlang ihrer benachbarten Ränder 83
zusammenhängend ausgebildet werden können.
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Obwohl die Anzeigevorrichtung der Fig. 17 über eine einzelne Lichtquelle 1
verfügt und zwei Ansichten erzeugt, kann sie rüber mehrere Lichtquellen
verfügen und mehr als zwei Ansichten erzeugen, wie im Fall der
Anzeigevorrichtung der Fig. 11. In ähnlicher Weise kann die Anzeigevorrichtung der
Fig. 11 so modifiziert werden, dass sie eine einzelne Lichtquelle aufweist
und zwei Ansichten erzeugt.
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Die Fig. 19 und 20 zeigen Anzeigevorrichtungen vom in der Fig. 9
dargestellten Typ, wobei jedoch die Linsen 3 und 7 durch alternative optische
Elemente ersetzt sind. Bei der Anzeigevorrichtung der. Fig. 19 sind die
Linsen durch Autokollimationsschirme 85 und 86 ersetzt. Jeder
Autokollimationsschirm verfügt über ein Array von Rasterlinsen oder Mikrolinsen mit
gleicher Brennweite. Insbesondere verfügen die, Schirme 85- und 86 jeweils
über eine ersten und einen zweiten Rasterlinsenschirm oder
Mikrolinsenarrays mit ebenen Flächen, die aneinander anstoßen, wobei die Brennweiten der
Rasterlinsen oder der Linsen gleich sind. So entsprechen die
Autokollimationsschirme 85 und 86 optisch den Linsen 3 und 7 der Anzeigevorrichtung der
Fig. 9. Demgemäß haben die durch Abbilden der Lichtquellen 41 und 42 am Ort
des Betrachters 10 erzeugten Fenster 87 im Wesentlichen dieselbe Größe wie
die Lichtquellen 41 und 42.
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Bei der in der Fig. 20 dargestellten Anzeigevorrichtung sind die
Autokollimationsschirme durch Winkelverstärkungsschirme 88 und 89 ersetzt. Jeder der
Schirme 88 und 89 verfügt über einen ersten und einen zweiten Schirm vom
selben Typ wie dem der Schirme 85 und 86 in der Fig. 19, wobei jedoch der
Schirm näher an der jeweiligen Lichtquelle eine größere Brennweite als der
Schirm näher am SLM aufweist. Die Wirkung des Ersetzens der
Autokollimationsschirme 85 und 86 durch die Winkelverstärkungsschirme 88 und 89 besteht
darin, dass am Ort des Betrachters Fenster 90 erzeugt werden, die größer
als die Lichtquellen 41 und 42 sind.
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Bei jedem der Schirme 85, 86, 88 und 89 kann zwischen den Linsen- oder
Rasterlinsenarrays eine Streueinrichtung positioniert sein. Auch können die
Lichtquellen 81 und 82 durch mehrere Lichtquellen vom unter 1 und 5 in der
Fig. 1 dargestellten Typ ersetzt sein, und die SLMs 4 und 8 können im
Zeitmultiplex erzeugte Ansichten erzeugen. Ferner können die
Autokollimationsschirme oder Winkelverstärkungsschirme bei allen anderen hier beschriebenen
Ausführungsformen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind,
die Linsen 3 und 7 ersetzen. Die Verwendung von Winkelverstärkungsschirmen
erlaubt die Verwendung kleinerer Lichtquellen oder kleinerer
Beleuchtungsverschluss-SLMs, wobei derartige Bauteile die Lichtquellen definieren, und
es können Vorteile hinsichtlich der Kosten und der Kompaktheit entstehen.
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Die in der Fig. 21 dargestellte Anzeigevorrichtung ist vom selben Typ wie
die in der Fig. 9 dargestellte Anzeigevorrichtung. Jedoch unterscheidet
sich die Anzeigevorrichtung der Fig. 21 hinsichtlich der Ausrichtung der
verschiedenen Elemente. So ist der SLM 4 vertikal ausgerichtet, wohingegen
der SLM 8 horizontal ausgerichtet ist, im Gegensatz zur Anzeigevorrichtung
der Fig. 9 und zu allen anderen Ausführungsformen, bei denen die SLMs alle
vertikal angeordnet sind. In ähnlicher Weise können ein SLM oder mehrere
bei allen anderen Ausführungsformen horizontal angeordnet sein, falls eine
derartige Konfiguration für eine jeweilige Anwendung vorteilhaft sein
sollte.
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Anzeigevorrichtungen vom in den Zeichnungen dargestellten Typ können bei
3D-Fernsehen, 3D-CaD (computer aided design), 3D-Grafikerstellung,
medizinischer 3D-Bilderzeugung, Virtual Reality und Computerspielen verwendet
werden. Durch Bereitstellen einer erhöhten Anzahl von 2D-Ansichten zum
Erzeugen eines 3D-Bilds können die Genauigkeit und Wirksamkeit von
3D-Bildern erhöht werden und es können die maximalen Anzeigegrößen und der
Freiheitsgrad für den Betrachterort erhöht werden. Ferner können sich
bewegender undurchsichtige, farbige, autostereoskopische 3D-Bilder aus einem
Bereich von Perspektiven reproduziert werden.