DE10053868C2

DE10053868C2 - Anordnung zur zwei- oder dreidimensionalen Darstellung von Bildern einer Szene oder eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE10053868C2
Application number: DE10053868A
Authority: DE
Inventors: Armin Grasnick; Andreas Holz; Rudyard Isaac Urtecho Valverde; Falk Doerfel; Sven-Marti Scherzberg-Naujokat
Original assignee: 4D Vision GmbH
Current assignee: Newsight 07745 Jena De GmbH
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: DE10053867B4; DE10053867A1; DE10053868A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Darstellung von Bildern einer Szene oder eines Gegenstandes, ausgestattet mit einer Bildwiedergabeeinrichtung aus einer Vielzahl von Bildelementen, auf denen Bildinformationen aus mehreren Perspektivan sichten der Szene/des Gegenstandes darstellbar sind, mit einem in Blickrichtung eines Betrachters der Bildwiedergabeeinrichtung nachgeordneten Wellenlängenfilterarray, das aus einer Vielzahl von in vorgegebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässigen Filterelementen besteht und mit einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei in Abhängigkeit von der Beleuchtung der Bildelemente und Filterelemente die Szene/der Gegenstand für den Betrachter zwei- oder dreidimensional wahrnehmbar ist.

Anordnungen, mit denen Bilder dreidimensional wahrgenommen werden können, sind insbesondere in Form autostereoskopischer Displays bekannt.

In US 5,897,184 A beispielsweise ist eine Anordnung zur dreidimensionalen Darstellung in Form eines autostereoskopischen Displays mit einer Beleuchtungseinrichtung be schrieben. Diese Anordnung dient wahlweise der zwei- oder dreidimensionalen Dar stellung. In der Beleuchtungseinrichtung ist ein flächig ausgedehnter Lichtleiter vorge sehen, auf dem Kerben oder Noppen angeordnet sind, die eine für den 3D-Betrieb er forderliche strukturierte Beleuchtung erzeugen. Nachteilig dabei ist, daß die Herstel lung eines in dieser Weise strukturierten Lichtleiters einen verhältnismäßig hohen technologischen Aufwand erfordert. Außerdem ist die hier beschriebene Beleuchtungs einrichtung im Zusammenhang mit dem autosteroskopischen Display nachteiligerweise im wesentlichen nur für zweikanalige 3D-Darstellung geeignet.

Die US 5,349,379 A beschreibt ebenfalls ein autostereoskopisches Displays mit einer Beleuchtungsvorrichtung, bei der eine Vielzahl schmaler langer Lampen derart ansteu erbar sind, daß ein aus zwei Perspektivansichten zusammengesetztes Bild strukturiert beleuchtet wird, wodurch das Bild dreidimensional wahrnehmbar ist. Nachteilig sind hierbei die notwendigerweise hohe Anzahl an Lampen und auch wieder die lediglich auf im wesentlichen zweikanalige 3D-Darstellungen eingeschränkte Verwendbarkeit dieses Beleuchtungssystems.

Es sind auch Anordnungen entwickelt worden, mit denen Bilder nicht nur dreidimen sional, sondern in Abhängigkeit von der vorgegebenen Betriebsart alternativ zwei- oder dreidimensional dargestellt werden können. Dabei wird die Umschaltung zwi schen zweidimensionaler und dreidimensionaler Darstellung in der Regel durch Ein flußnahme auf die Ausrichtung des Beleuchtungsstrahlenganges erzielt. Nachteiliger weise ist deshalb mit der Umschaltung von der zwei- auf die dreidimensionale Dar stellung oder umgekehrt eine unerwünschte Helligkeitsänderung oder anderweitige ungewollte Beeinflussung der Bildqualität verbunden.

Eine derartiges Verfahren mit zugehöriger Anordnung beschreibt beispielsweise JP 3119889 AA. Hier werden LC-Displays verwendet und damit Barrieremuster erzeugt. Auf diese Weise ist je nach Ansteuerung des LC-Displays bzw. je nach erzeugten Barriere mustern eine Umschaltung zwischen der zweidimensionalen und dreidimensionalen Darstellung der auf dem Display angezeigten Bildinhalte möglich. Allerdings ist bei der hier beschriebenen Anordnung von Nachteil, daß zwei Bildanzeigegeräte verwendet werden müssen, wodurch die Anordnung verhältnismäßig material- und damit auch kostenaufwendig wird.

Ebenfalls ein Display, bei dem eine Umschaltung zwischen der zwei- und dreidi mensionalen Darstellung möglich ist, ist in US 5,751,479 A beschrieben. Bei die sem Display werden mit vertikal ausgedehnten streifenförmigen Rot-, Grün- und Blau filtern für ebenfalls streifenförmig ineinander verschachtelte Ansichten keil förmige Ausbreitungsrichtungen für das Licht vorgegeben. Daher sieht ein Be trachter mit jedem Auge ein aus vertikalen Streifen zusammengesetztes Bild. Un vorteilhaft an dieser Anordnung ist, daß ein Betrachter in einer Betrachtungsposi tion verharren muß und die Anzahl der darzustellenden Ansichten aufgrund der geometrischen Gegebenheiten auf maximal vier Ansichten beschränkt ist. Die Um schaltung zwischen der zwei- und dreidimensionalen Darstellung wird hier durch einen zuschaltbaren Diffusor erzielt.

Weiterhin ist bei einem solchen Aufbau von Nachteil, daß die als Barriere verwendeten LC-Displays nach derzeitigem Stand der Technik nur bis zu einer Bildschirmdiagonale von etwa 30 Zoll verfügbar und demzufolge nicht zur großformatigen Darstellung einer Szene bzw. eines Gegenstandes geeignet sind. Außerdem treten bei der Verwendung sowohl für die Beleuchtung als auch für die Bilddarstellung die unangenehmen Moirè- Effekte auf.

Für einige Anwendungsfälle ist bei autostereoskopischen Displays eine Betriebsart wünschenswert, bei der lediglich ausgewählte Ausschnitte der dargestellten Szene/des Gegenstandes dreidimensional wahrgenommen werden können, während der übrige Teil zweidimensional wahrnehmbar ist. Oftmals ist es auch noch wünschenswert, die jeweils zwei- oder dreidimensional wiedergegebenen Abschnitte innerhalb der Ge samtdarstellung zu variieren. Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Anord nungen können jedoch nur mit großem Aufwand umgesetzt werden.

In US 5,584,556 A und US 5,550,676 A sind flache Beleuchtungsquellen beschrie ben, bei denen das Lichtleiterprinzip genutzt wird. Dabei wird in US 5,584,566 A die Vergleichmäßigung der Strahlungsintensität über die abstrahlende Fläche hinweg erzielt, indem der Lichtleiter an der einen Seite Riefungen aufweist, durch welche die Lichtauskopplung beeinflußt wird. In US 5,550,676 A dagegen wird die Vergleichmäßigung des abgestrahlten Lichtes dadurch erreicht, daß die Vorder- oder Rückseite des Lichtleiters optische Elemente zur definierten Lichtauskopp lung aufweist.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der ein gangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß auf einfache Weise bei Beibe haltung einer guten Bildqualität sowohl die Umschaltung von einer zweidimensionalen auf eine dreidimensionale Darstellung und umgekehrt möglich ist als auch vorbe stimmte Ausschnitte der dargestellten Szene/des Gegenstandes dreidimensional dar gestellt werden können, während der übrige Teil zweidimensional wahrnehmbar ist.

Erfindungsgemäß sind Mittel zur Umschaltung zwischen mehreren unterschiedlichen Betriebsarten vorgesehen, bei denen das Beleuchtungslicht entweder zwecks zweidi mensionaler Darstellung ausschließlich nur durch die Bildelemente der Bildwiedergabe einrichtung, nicht jedoch durch Filterelemente des Wellenlängenfilterarrays hindurch zum Betrachter gelangt oder zwecks dreidimensionaler Darstellung durch mindestens einen Teil der Filterelemente des Wellenlängenfilterarrays und nachfolgend durch einen zugeordneten Teil der Bildelemente der Bildwiedergabeeinrichtung hindurch zum Be trachter gelangt.

Mit dieser Anordnung kann die Szene bzw. der Gegenstand für den Betrachter wahl weise so dargestellt werden, daß entweder eine insgesamt zweidimensionale oder eine insgesamt dreidimensionale Wahrnehmung möglich ist. Abweichend davon ist es wei terhin aber auch möglich, lediglich einen oder mehrere Bildausschnitte dreidimensio nal, den Rest des Bildes zweidimensional darzustellen, nämlich wenn eine Betriebsart gewählt ist, bei der nur in Teilbereichen, die den dreidimensional dargestellten Bild ausschnitten entsprechen, das Beleuchtungslicht sowohl durch die Filterelemente des Wellenlängenfilterarrays als nachfolgend auch noch durch die zugeordneten Bildele mente der Bildwiedergabeeinrichtung zum Betrachter gelangt.

Als Mittel dazu sind beispielsweise in Blickrichtung des Betrachters zwischen der Bild wiedergabeeinrichtung und dem Wellenlängenfilterarray eine erste Planbeleuchtungs quelle und hinter dem Wellenlängenfilterarray eine zweite Planbeleuchtungsquelle vor gesehen und beide Planbeleuchtungsquellen mit separat ansteuerbaren Ein-/Aus schaltern gekoppelt.

Damit läßt sich in einfacher Weise je nach Ansteuerung der Ein-/Ausschalter erreichen, daß in einer ersten Betriebsart zwecks zweidimensionaler Darstellung lediglich die erste Planbeleuchtungsquelle eingeschaltet ist und Beleuchtungslicht nur durch die Bild wiedergabeeinrichtung, nicht jedoch durch das Wellenlängenfilterarray hindurch zum Betrachter gelangt und in einer zweiten Betriebsart zwecks dreidimensionaler Darstel lung lediglich die zweite Planbeleuchtungsquelle eingeschaltet ist und Beleuchtungs licht stets durch das Wellenlängenfilterarray und die Bildwiedergabeeinrichtung hin durch zum Betrachter gelangt.

Die Szene bzw. der Gegenstand sind dabei für den Betrachter bei Vorwahl der ersten Betriebsart insgesamt zweidimensional, bei Vorwahl der zweiten Betriebsart insgesamt dreidimensional wahrnehmbar.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Wellenlängenfilterarray ein Ra ster aus einer Vielzahl einzeln ansteuerbarer Shutterelemente zugeordnet, wobei je nach Anzahl der angesteuerten Shutterelemente der Weg des von der zweiten Planbe leuchtungsquelle erzeugten Beleuchtungslichtes durch eine größere oder kleinere An zahl von Filterelementen hindurch unterbrochen oder freigegeben ist.

Damit und in Verbindung mit den oben genannten Ein-/Ausschaltern lassen sich drei Betriebsarten realisieren. So läßt sich erreichen, daß in einer ersten Betriebsart, in wel cher lediglich die erste Planbeleuchtungsquelle eingeschaltet ist und Beleuchtungslicht nur durch die Bildwiedergabeeinrichtung, nicht jedoch durch das Wellenlängenfilter array hindurch zum Betrachter gelangt, das gesamte Bild zweidimensional wahrnehm bar ist.

In einer zweiten Betriebsart ist wiederum lediglich die zweite Planbeleuchtungsquelle eingeschaltet und das Beleuchtungslicht gelangt stets durch das Wellenlängenfilter array und die Bildwiedergabeeinrichtung hindurch zum Betrachter, wodurch das ge samte Bild dreidimensional wahrgenommen werden kann.

In einer weiteren dritten Betriebsart sind beide Planbeleuchtungsquellen eingeschaltet und eine vorgegebene Anzahl von Shutterelementen ist so angesteuert, daß das Be leuchtungslicht in Bereichen der angesteuerten ("geöffneten") Shutterelemente sowohl durch die Filterelemente als auch durch die zugeordneten Bildelemente hindurch und demzufolge mit vorgegebener Ausbreitungsrichtung zum Betrachter gelangt, während das Beleuchtungslicht in Bereichen der nicht angesteuerten ("ungeöffneten") Shut terelemente nur durch die Bildwiedergabeeinrichtung hindurch, nicht jedoch durch zugeordnete Filterelemente hindurch und demzufolge nicht mit vorgegebener Ausbrei tungsrichtung zum Betrachter gelangt. Dadurch ist die Szene/der Gegenstand mit Blick auf die Bereiche der nicht angesteuerten Shutterelemente zweidimensional, dagegen mit Blick auf die Bereiche der angesteuerten Shutterelemente dreidimensional wahr nehmbar. Hierbei kann in besonderer Ausgestaltung vorgesehen sein, eine oder beide Planbeleuchtungsquellen an Dimmer zu koppeln, wodurch die jeweils abgegebene Hel ligkeit regelbar ist und so eingestellt werden kann, daß die Helligkeit der ersten Plan beleuchtungsquelle, bevorzugt etwa um den Faktor drei, geringer ist als die Helligkeit der zweiten Planbeleuchtungsquelle.

Nachfolgend soll der Vollständigkeit halber zunächst darauf eingegangen werden, auf welche Weise Ausbreitungsrichtungen des Lichtes von der Bildwiedergabeeinrichtung zum Betrachter so vorgegeben werden, so daß Bildinformationen je nach Bestimmung überwiegend zum einen oder anderen Auge des Betrachter gelangen und so für den Betrachter der dreidimensionale Eindruck entsteht.

Es ist bereits bekannt, für das Licht, das von den nachfolgend mit α_ij bezeichneten Bildelementen ausgeht, Ausbreitungsrichtungen vorzugeben, die von der Wellenlänge dieses Lichtes und der Position der Bildelemente abhängig sind, wobei sich die Aus breitungsrichtungen innerhalb eines Betrachtungsraumes, in dem sich einer oder meh rere Betrachter aufhalten können, in einer Vielzahl von Schnittpunkten kreuzen. Jeder dieser Schnittpunkte entspricht einer Betrachtungsposition, und von jeder dieser Be trachtungspositionen aus sieht ein Betrachter mit einem Auge überwiegend Bildele mente α_ij einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Bildelemente α_ij einer zweiten Auswahl.

Zeigt nun die Bildwiedergabeeinrichtung auf den Bildelementen α_ij kombiniert Bildin formationen aus verschiedenen perspektivischen Ansichten A_k (k = 1 . . . n), so sieht der Betrachter aufgrund der Zuordnung der Bildinformationen teils zum rechten, teils zum linken Auge die Szene/den Gegenstand perspektivisch.

Die Ausbreitungsrichtungen werden durch das Zusammenwirken der Vielzahl von Bild elementen α_ij mit der Vielzahl von Filterelementen β_pq vorgegeben, wobei jeweils ein Bildelement α_ij mit mehreren zugeordneten Filterelementen β_pq oder ein Filterele ment β_pq mit mehreren zugeordneten Bildelementen α_ij derart korrespondiert, daß je weils die Verbindungsgerade zwischen der Flächenmitte des sichtbaren Abschnittes eines Bildelementes α_ij und der Flächenmitte des sichtbaren Abschnittes eines Fil terelements β_pq einer Ausbreitungsrichtung entspricht.

Zwecks Vorgabe der Ausbreitungsrichtungen sind die Positionen i, j der Bildelemen te α_ij auf der rasterförmigen Bildwiedergabeeinrichtung genau definiert. Den Filterele menten β_pq, die mit diesen Bildelementen α_ij korrespondieren sollen, werden definierte Positionen p, q auf dem Wellenlängenfilterarray zugewiesen. Die Ausbreitungsrichtun gen ergeben sich dann aus den Positionen i, j der Bildelemente α_ij der Bildwieder gabeeinrichtung, den Positionen p, q der korrespondierenden Filterelemente β_pq auf dem Wellenlängenfilterarray und dem Abstand z zwischen der Bildwiedergabeeinrich tung und dem Wellenlängenfilterarray.

Die Zuordnung der aus den Ansichten A_k (k = 1 . . . n) darzustellenden Bildinformationen zu Bildelementen α_ij wie auch die Positionierung dieser Bildelemente α_ij im Raster der Bildwiedergabeeinrichtung kann nach folgender Funktion vorgenommen werden

Hierin sind bezeichnet mit

- i der Index eines Bildelementes α_ij in einer Zeile des Rasters,
- j der Index eines Bildelementes α_ij in einer Spalte des Rasters,
- k die fortlaufende Nummer der Ansicht A_k (k = 1 . . . n), aus der die Bildinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement α_ij wiedergegeben werden soll,
- n die Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten A_k (k = 1 . . . n),
- c_ij eine wählbare Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der ver schiedenen von den Ansichten A_k (k = 1 . . . n) stammenden Bildinformation auf dem Raster und
- IntegerPart eine Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.

Mit anderen Worten: Die Indizes i j bezeichnen die Positionen von Bildelementen α_ij, für die anzugeben ist, aus welcher der Ansichten A_k (k = 1 . . . n) die darzustellende Bildinfor mation bezogen werden soll. Dabei steht i für den horizontalen Index (mit Werten von 1 bis zur horizontalen Bildelementauflösung, das ist im Falle der Darstellung der Bildinformationen auf RGB-Subpixeln der dreifache Wert der Pixelauflösung) und j für den vertikalen Index (mit Werten von 1 bis zum Wert der vertikalen Bildelementauflö sung).

Soll für eine beliebige, aber feste Anzahl n von Ansichten A_k (k = 1 . . . n), die alle die glei che Bildauflösung bzw. das gleiche Format besitzen, das auf dem Raster darzustellen de, aus Bildinformationen der Ansichten A_k (k = 1 . . . n) zu kombinierende Gesamtbild ermittelt werden, so ist für die Kombinationsvorschrift noch zu berücksichtigen, daß die Koeffizientenmatrix c_ij als Einträge Werte besitzen kann, die reellen Zahlen entspre chen. Dabei sind für i und j natürliche Zahlen größer "Null" im oben genannten Werte bereich möglich.

Das auf dem Raster dargestellte, aus den verschiedenen Bildinformationen der Ansich ten A_k (k = 1 . . . n) kombinierte Gesamtbild wird bei Vorgabe dieser Parameter entspre chend der oben angegebenen Funktion erzeugt, indem alle möglichen Indexpaare i, j durchlaufen werden. Als weitere Voraussetzung für die Erzeugung einer räumlichen Darstellung ist noch zu bestimmen, wie die Filterelemente β_pq, die im Zusammenwirken mit den Bildelementen α_ij die Ausbreitungsrichtungen vorgeben, innerhalb des Wellen längenfilterarrays mit Spalten p und Zeilen q zu positionieren sind.

Die Filterelemente β_pq weisen Transparenzwellenlängen- oder Transparenzwellenlän genbereiche λ_b auf, die bevorzugt dem Wellenlängen- oder Wellenlängenbereich λ_a des von den korrespondierenden Bildelementen α_ij abgestrahlten Lichtes entsprechen. Eine Transparenzwellenlänge/ein Transparenzwellenlängenbereich λ_b kann auch für eine Kombination aus verschiedenen Wellenlängenbereichen stehen (z. B. transparent für die Kombination von Blau und Rot, jedoch nicht für Grün). Der Index b kann demnach Werte von 1 bis zur Maximalzahl der festgelegten Transparenzwellenlängen/-wellen längenbereiche λ_b haben. Im Falle eines Wellenlängenfilterarrays, das an vorgegebenen, durch das Indexpaar p, q definierten Positionen Licht der Grundfarben R, G, B passieren lassen soll, während an anderen solcher Positionen das gesamte sichtbare Spektrum abgeblockt werden soll, ist b_max = 4. Dabei entsprechen beispielsweise die Transpa renzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λ₁, λ₂ und λ₃ rotem (R), grünem (G) oder blau em (B) Licht und die Transparenzwellenlänge/der Transparenzwellenlängenbereich λ₄ liegt vollständig außerhalb des Spektralbereiches des gesamten sichtbaren Lichtes. Eine solche Transparenzwellenlänge/ein solcher Transparenzwellenlängenbereich λ₄ ergibt dann einen opaken Filter (S).

Die Filterelemente β_pq auf dem Array können insofern als transluzente, transparente oder opake Teile eines Maskenbildes angesehen werden. Die Position eines jeden Fil terelementes β_pq ist durch den Index p, q eindeutig festgelegt. Jedem Filterelement β_pq wird eine bestimmte Transparenzwellenlänge bzw. ein bestimmter Transparenzwel lenlängenbereich λ_b zugeordnet. Dabei erfolgt die Strukturierung der Wellenlängenfil ter β_pq zu einem Maskenbild - analog zur Kombination der Bildinformationen der ver schiedenen Ansichten A_k (k = 1 . . . n) zu einem Gesamtbild - nach folgender Vorschrift:

mit

- p dem Index eines Filterelementes β_pq in einer Zeile des Arrays,
- q dem Index eines Filterelementes β_pq in einer Spalte des Arrays,
- b einer ganzen Zahl, die für ein Filterelement β_pq an der Position p, q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λ_b festlegt und Werte zwischen 1 und b_max haben kann,
- n_m einem ganzzahligen Wert größer Null, der bevorzugt der Gesamtzahl b_max der Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche entspricht, wobei die Gesamt zahl b_max wiederum bevorzugt der Gesamtzahl n der in dem Kombinationsbild dargestellten Ansichten A_k entsprechen kann,
- d_pq einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung ei nes Maskenbildes und
- IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.

Die wählbare Koeffizientenmatrix d_pq kann als Einträge Werte besitzen, die reellen Zahlen entsprechen. Dabei sind für p und q, die (wie bereits dargestellt) Positionen innerhalb des Wellenlängenfilterarrays beschreiben, natürliche Zahlen größer "Null" möglich. Die Filterelemente β_pq als Elemente des Maskenbildes besitzen vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Flächenausdehnung wie die Bildelemente α_ij.

Soviel zur Erläuterung des Zustandekommens der dreidimensionalen Darstellung. Die vorliegende Erfindung ist nun in einer besonders bevorzugten Weiterbildung wie folgt ausgestaltet:
Die erste Planbeleuchtungsquelle besteht im wesentlichen aus einem plattenförmigen Lichtleiter, der von zwei einander gegenüberliegenden Großflächen, von denen eine erste zur Bildwiedergabeeinrichtung, die zweite zum Wellenlängenfilterarray weist, sowie von umlaufenden Schmalflächen begrenzt ist. Dieser Lichtleiter wird von minde stens einer Lichtquelle gespeist, deren Strahlung durch eine oder mehrere der Schmal flächen hindurch in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Innerhalb des Lichtleiters wird die Strahlung teils infolge Totalreflexion an den beiden Großflächen hin- und herreflek tiert und teils als Nutzlicht über die erste Großfläche abgestrahlt. Auf diese Weise las sen sich großflächige Planbeleuchtungsquellen für großflächige Bildwiedergabeeinrich tungen herstellen.

Bei einer in dieser Weise ausgeführten Planbeleuchtungsquelle kann vorteilhafterweise die zweite Großfläche des Lichtleiters mit einer die Totalreflexion störenden Beschich tung versehen sein, deren Störvermögen über die Ausdehnung der zweiten Großfläche hinweg zwischen zwei Grenzwerten inhomogen ist, wobei die Grenzwerte von der Dichte d der Beschichtung abhängig sind und die Dichte d ein Maß ist für den mittleren Abstand der Partikel pro Flächeneinheit.

Damit kann mit wenig aufwendigen technischen Mitteln auf einfache Art und Weise die Lichtdichteverteilung beeinflußt und über die abstrahlende Großfläche hinweg eine gewünschte Lichtdichteverteilung erzeugt werden. Die hier zugrundeliegende Funkti onsweise läßt sich wie folgt erklären:
Bei jeder Reflexion an der ersten Großfläche innerhalb des Lichtleiters wird nur ein An teil der Strahlung infolge Totalreflexion wieder in den Lichtleiter hineinreflektiert, wäh rend ein übriger Anteil kontinuierlich als Nutzlicht durch die erste Großfläche austritt. Mit der erfindungsgemäß auf die gegenüberliegende zweite Großfläche aufgebrachten Beschichtung wird die Totalreflexion gestört, indem das Reflexionsverhalten durch Beeinflussung des Ausfallwinkels an der zweiten Großfläche so geändert wird, daß mehr Licht unter einem Winkel auf die abstrahlende Großfläche trifft, bei dem die To talreflexion dort nicht mehr stattfinden kann und dadurch eine größere Lichtmenge als Nutzlicht nach außen gelangt.

Bei dem hier beschriebenen Lichtleiter handelt es sich um einen transparenten Körper, der beispielsweise aus Glas, Acrylglas oder Polystyrol und damit aus einem dichteren Medium besteht als die umgebene Luft. Es ist bekannt, daß dort, wo die Mantelfläche eines Lichtleiters mit benachbarten Stoffen oder Gegenständen in engen Kontakt kommt, die Totalreflexion gestört wird und dabei Streustrahlungen die Folge sind. Dies ist in der Lichtleitertechnik grundsätzlich unerwünscht. Die vorliegende Ausgestaltung der Erfindung jedoch nutzt diesen Effekt, um die Totalreflexion an der zweiten Groß fläche des plattenförmigen Lichtleiters definiert zu stören, und zwar so, daß das Stör vermögen in unterschiedlichen Bereichen der Großfläche auch unterschiedlich ausge prägt ist, wie im folgenden gezeigt wird.

Das differenzierte Störvermögen in unterschiedlichen Bereichen der zweiten Großfläche kann beispielhaft so vorgegeben sein, daß mit wachsendem Abstand x von einer Schmalfläche, in die das Licht eingekoppelt wird, das Störvermögen der Beschichtung zunehmend stärker ausgebildet ist. Dabei kann das Störvermögen progressiv in parallel zu dieser Schmalfläche ausgerichteten streifenförmigen Flächenabschnitten zuneh mend ausgebildet sein.

So kann vorgesehen sein, daß in einem ersten Flächenabschnitt nahe der Schmalfläche eine Beschichtung aufgebracht ist, bei welcher der mittlere Abstand der Partikel pro Flächeneinheit groß und damit die Störung der Totalreflexion verhältnismäßig gering ist. Im nächsten parallel hierzu ausgerichteten Flächenabschnitt, der beispielsweise im Abstand x₁ von der Schmalfläche beginnt, ist der mittlere Abstand der Partikel pro Flä cheneinheit kleiner als im ersten Flächenabschnitt und damit die Störung der Totalre flexion stärker ausgeprägt. In einem dritten Flächenabschnitt, beginnend im Ab stand x₂ von der betreffenden Schmalfläche, ist der mittlere Abstand der Partikel pro Flächeneinheit wiederum geringer, d. h. es sind mehr Partikel pro Flächeneinheit vor handen, was zur Folge hat, daß die Totalreflexion in diesem Bereich noch stärker ge stört wird. Das setzt sich in dieser Weise über die gesamte zweite Großfläche fort, wo bei der am weitesten von der betreffenden Schmalfläche entfernte Flächenabschnitt die größte Dichte an Partikeln pro Flächeneinheit aufweist und damit auch das Störvermö gen dort am ausgeprägtesten ist.

Damit ist zwar nahe der Schmalfläche, in die das Licht eingestrahlt wird, die Totalrefle xion am wenigsten gestört, jedoch wird aufgrund der dort noch vorhandenen größeren Lichtintensität ein ausreichend großer Anteil des Lichtes durch die abstrahlende Groß fläche ausgekoppelt. Mit zunehmender Entfernung von der Schmalfläche und mit zu nehmender Dichte der Partikel in der Beschichtung wird die Totalreflexion jedoch pro gressiv zunehmend stärker gestört, so daß in jedem der Bereiche der abstrahlenden Großfläche, die diesen Flächenabschnitten gegenüberliegen, trotz der dort bereits ge ringeren Lichtintensität effektiv ein etwa ebenso großer Anteil an Licht ausgekoppelt wird, wie nahe der Schmalfläche.

Auf diese Weise kann eine nahezu homogen leuchtende Großfläche erzielt werden, die mindestens die dreifache meßbare Leuchtdichte pro Flächeneinheit aufweist, als dies bei vergleichbaren Planbeleuchtungsquellen aus dem Stand der Technik der Fall ist. Dies macht sich insbesondere bei sehr großflächigen Lichtleitern bemerkbar, was für Großbilddarstellungen von Vorteil ist.

Eine noch weitere Steigerung der Helligkeit ist mit einer weiteren Ausgestaltungsvari ante möglich, bei der das Störvermögen der Beschichtung mit wachsenden Abstän den x₁ und x₂, ausgehend von zwei Schmalflächen, in die jeweils Licht eingekoppelt wird, zunehmend stärker ausgebildet ist. Dabei kann es sich um zwei Schmalflächen handeln, die sich am Lichtleiter parallel gegenüberliegen. Auch in diesem Falle kann die Beschichtung so ausgebildet sein, daß das Störvermögen progressiv in parallel zu einander und zu den Schmalflächen ausgerichteten streifenförmigen Abschnitten zu nimmt, und zwar bis zu einem Maximum, das etwa in Mitte der Längsausdehnung der zweiten Großfläche liegt.

Bevorzugt ist als Beschichtung ein Lack außen auf die zweite Großfläche aufgebracht. Hierdurch ergeben sich einfache Möglichkeiten für das Aufbringen der Beschichtung, die sich technologisch bereits bewährt haben und die eine für viele Anwendungszwec ke ausreichende Beschichtung ergeben. Dabei ist die örtliche Lackdichte ein Äquivalent für das Störvermögen an diesem Ort. Die Lackdichte kann nach der Funktion d = f(x) definiert sein, wobei x das Maß für den Abstand von der Schmalfläche ist, in die das Licht eingekoppelt wird, während d einem Dichtewert entspricht. Dabei gilt beispiels weise d = 1 für einen vollständig lackierten Bereich und d = 0 für einen unlackierten Bereich der zweiten Großfläche.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann als Dichtefunktion

d = f(x) = a₃.x³ + a₂.x² + a₁.x + a₀

vorgegeben sein, wobei die Parameter a₀, a₁, a₂ und a₃ wählbar sind. Beispielsweise haben sich die Parameter a₀ = 0, a₁ = 4, a₂ = -4 und a₃ = 0 bewährt.

Dabei beschränkt sich diese Ausgestaltung der Erfindung nicht zwangsläufig nur auf Polynome dritten Grades; in einzelnen Anwendungsfällen kann es durchaus auch sinn voll sein, eine Dichtefunktion in Form eines Polynoms höheren als des dritten Grades anzustreben.

Es ist eine weitere Ausgestaltung derart denkbar, daß die Dichte d nicht nur in Abhän gigkeit von dem Abstand x von der Schmalfläche, in die das Licht eingekoppelt wird, vorgegeben ist, sondern auch in Abhängigkeit von der senkrecht dazu verlaufenden Koordinate y. Dann ist beispielsweise die Lackdichte nach der Funktion d = f(x, y) defi niert, wobei x wie schon vorbeschrieben ein Maß für den Abstand von der Schmalfläche ist, in die das Licht eingekoppelt wird, y jedoch ein Maß für eine Position senkrecht zu diesem Abstand. Damit kann für jeden Ort x, y auf der zweiten Großfläche die Dichte der Beschichtung vorgegeben werden und Einfluß genommen werden auf die Licht menge, die in einem gegenüberliegenden Bereich durch die abstrahlende Großfläche austritt.

Die Dichtefunktion d = f(x, y) kann vor allem dann von Interesse sein, wenn ein ganz bestimmtes Leuchtdichteprofil über die abstrahlende Großfläche hinweg erzeugt wer den soll. So läßt sich mit der Funktion d = 1 für [0,4 < x < 0,6 und 0,4 < y < 0,6], sonst d = 0, ein besonders heller Fleck etwa in der Mitte der abstrahlenden Großfläche er zielen, wenn die Werte x bzw. y auch hier normiert sind, d. h. wenn beispielsweise gilt x_min = y_min = 0, x_max = y_max = 1. Auf diese Weise können sehr hohe Leuchtdichten in diesem mittleren Fleck erreicht werden.

Das Aufbringen des Lackes außen auf die zweite Großfläche kann durch ein übliches Druckverfahren, z. B. durch Siebdruck, erfolgen, indem ein der Dichtefunktion entspre chendes Bild erzeugt werden, das die gesamte zweite Großfläche einschließt, wobei auch hier wieder d = 1 für eine vollackierte Flächeneinheit und d = 0 eine nicht mit Lack versehene Flächeneinheit gilt. Der Erzeugung dieses Bildes kann gegebenenfalls eine Gradationskurve zugrunde gelegt werden.

In einer abgewandelten Ausführung kann die gesamte zweite Großfläche von außen homogen lackiert, d. h. mit einer Beschichtung gleichmäßiger Dichte versehen sein. Dann wird besonders viel Licht durch die abstrahlende Großfläche ausgekoppelt, wobei allerdings Inhomogenitäten auftreten, da nahe der einstrahlenden Lichtquelle die In tensität größer ist.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Be schichtung aus einer Vielzahl von Partikeln mit höherem und Partikeln mit geringerem Störvermögen gebildet ist, die in vorgegebenen Mengenverhältnissen zueinander ste hen, wobei in Flächenbereichen, in denen die Totalreflexion stärker gestört werden soll, die Partikel mit höherem Störvermögen und in Flächenbereichen, in denen die Totalreflexion weniger stark gestört werden soll, die Partikel mit geringerem Störver mögen überwiegen. Sehr vorteilhaft lassen sind als Partikel mit höherem Störvermögen matte Silberteilchen und als Partikel mit geringem Störvermögen glänzende Silberteil chen verwenden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß von der Beschichtung Teilbereiche ausgespart sind und die zweite Großfläche in diesen Teilbereichen eine möglichst hohe Licht durchlässigkeit aufweist. In besonderen Fällen können diese Teilbereiche in regelmäßi gen, frei wählbaren Mustern angeordnet sein.

In einer besonderen Weiterentwicklung der Erfindung ist das Wellenlängenfilterarray auf seiner der Bildwiedergabeeinrichtung zugewandten Seite mit spiegelnden oder streuenden Oberflächenelementen versehen und mindestens eine Lichtquelle ist vor handen, deren Strahlung in der ersten Betriebsart nur auf die Seite des Wellenlängenfil terarrays mit den spiegelnden oder streuenden Oberflächenelementen gerichtet ist, in der zweiten Betriebsart nur auf die dem Betrachter abgewandte Seite des Wellenlängen filterarrays gerichtet ist und in der dritten Betriebsart lediglich auf ausgewählte Berei che der vom Betrachter abgewandten Seite des Wellenlängenfilterarrays gerichtet ist.

Auch hier wird in der zweiten Betriebsart eine dreidimensionale Darstellung erzeugt, da das Beleuchtungslicht sowohl durch das Wellenlängenfilterarray als auch durch die Bildwiedergabeeinrichtung zum Betrachter gelangt. Ist dabei auf dem bilddarstellenden Raster der Bildwiedergabeeinrichtung ein Kombinationsbild aus mehreren Perspekti vansichten der Szene/des Gegenstandes dargestellt, entsteht für den Betrachter der dreidimensionale Eindruck aus den bereits ausgeführten Gründen, nämlich weil für jedes Auge des Betrachters, beeinflußt durch die Positionen der Filterelemente relativ zu den Positionen zugeordneter Bildelemente bzw. durch die damit festgelegten Aus breitungsrichtungen des Lichtes nur zugeordnete Bildinformationen aus den Perspekti vansichten sichtbar sind.

In der ersten Betriebsart dagegen tritt das Beleuchtungslicht nicht durch die Filterele mente und nachfolgend durch die Bildelemente hindurch, sondern trifft auf die dem Betrachter zugewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays, dort auf die spiegelnden oder streuenden Oberflächenelemente und wird infolgedessen von dieser Seite des Wellenlängenfilterarrays in Richtung auf die Bildwiedergabeeinrichtung reflektiert bzw. gestreut, tritt dort durch die transluzenten Bildelemente hindurch und erreicht beide Augen des Betrachters. Damit tritt eine Richtungsselektion bzw. eine Zuordnung von Bildinformationen zu dem rechten oder linken Auge des Betrachters nicht ein, was zur Folge hat, daß die Darstellung der Szene/des Gegenstandes vom Betrachter nicht drei dimensional, sondern zweidimensional wahrgenommen wird.

Auf diese Weise ist es mit verhältnismäßig einfachen Mitteln möglich, eine ganzflächig zweidimensionale Darstellung oder eine ganzflächig dreidimensionale Darstellung der Szene/des Gegenstandes zu erzeugen.

Wird nun analog zu der bereits weiter oben beschrieben Ausgestaltung ein Raster aus einzeln ansteuerbaren Shutterelementen angeordnet, wobei die Shutterelemente zu mindest etwa der Größe eines Filterelementes bzw. eines Bildelementes entsprechen, so wird auch hier erreicht, daß das auf die Oberflächenelemente gerichtete Beleuchtungslicht durch Ansteuerung vorgegebener Shutterelemente ausschnittsweise abge blockt werden kann.

Wird mit dieser Anordnung in einer dritten Betriebsart lediglich ein einer Anzahl von nicht angesteuerten ("ungeöffneten") Shutterelementen entsprechender Flächenbereich des Wellenlängenfilterarrays beleuchtet, gelangt dort das Licht wie in der ersten Be triebsart auf die Rückseite der Bildwiedergabeeinrichtung, tritt durch die transluzenten Bildelemente hindurch und erreicht ohne Richtungsselektion beide Augen des Betrach ters. Der Betrachter nimmt einen diesem Flächenabschnitt entsprechenden Bildaus schnitt zweidimensional wahr.

Dagegen tritt das Licht durch die übrigen angesteuerten ("geöffneten") Shutterelemen te, danach durch das Wellenlängenfilterarray und auch durch die Bildwiedergabeein richtung hindurch, wobei der Betrachter die diesen Flächenabschnitten entsprechenden Bildausschnitte dreidimensional wahrnimmt.

Auf diese Weise ist es mit verhältnismäßig einfachen Mitteln auch hier möglich, gleich zeitig eine bildausschnittsweise zweidimensionale bzw. dreidimensionale Darstellung der Szene/des Gegenstandes zu erzeugen.

Das Beleuchtungslicht kann von zwei voneinander unabhängigen Lichtquellen ausge hen, wobei die Strahlung von einer ersten der beiden Lichtquellen ausschließlich auf die dem Betrachter abgewandte Seite und die Strahlung der zweiten Lichtquelle ledig lich auf die dem Betrachter zugewandte und mit Oberflächenelementen versehene Seite des Wellenlängenfilterarrays gerichtet ist.

Um das Beleuchtungslicht in der angegebenen Weise auf das Wellenlängenfilterarray bzw. auf die Bildwiedergabeeinrichtung richten zu können, kann jeder der beiden Lichtquellen ein ansteuerbarer Ein-/Ausschalter zugeordnet sein. Die Ansteuerung der Ein-/Ausschalter bzw. der Shutterelemente, die Teile eines LC-Shutters sein können, kann mittels PC und entsprechender Software, die die Schaltzustände für die ge wünschten Betriebsarten vorgibt, vorgenommen werden.

Denkbar ist es auch, anstelle der beiden getrennt schaltbaren Lichtquellen nur eine Lichtquelle vorzusehen und schwenkbar gelagerte Reflektoren anzuordnen, durch die in einer ersten Schwenkposition die von dieser Lichtquelle ausgehende Strahlung nur auf die vom Betrachter abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays, in einer zweiten Schwenkposition nur auf die Seite des Wellenlängenfilterarrays mit den spiegelnden oder streuenden Oberflächenelementen und in einer dritten Schwenkposition die von dieser Lichtquelle ausgehende Strahlung sowohl auf die vom Betrachter abgewandte Seite des Wellenlängenfilterarrays als auch auf die Seite des Wellenlängenfilterarrays mit den spiegelnden oder streuenden Oberflächenelementen gerichtet ist. Damit und in Verbindung mit ansteuerbaren Shuttern, die im Strahlengang zwischen der Licht quelle und den Reflektoren positioniert sind, lassen sich die genannten drei Betriebsar ten realisieren.

Bevorzugt ist das Wellenlängenfilterarray als statisches Filter ausgeführt und die reflek tierenden bzw. streuenden Oberflächenelemente sind ausschließlich auf den opaken Flächenbereichen des statischen Filters positioniert.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Beispiel für den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen An ordnung zur wahlweise ganzflächigen zwei- oder dreidimensionalen Darstellung mit einer Bildwiedergabeeinrichtung, einem Wellenlän genfilterarray und mit Planbeleuchtungsquellen;

Fig. 2 einen stark vergrößerten Ausschnitt aus der Bildstruktur der Bildwie dergabeeinrichtung;

Fig. 3 einen stark vergrößerten Ausschnitt aus der Struktur des Wellenlän genfilterarrays;

Fig. 4 ein Beispiel für den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen An ordnung zur wahlweise ganzflächig zweidimensionalen, ganzflächig dreidimensionalen oder bildausschnittsweise zwei- bzw. dreidimen sionalen Darstellung;

Fig. 5 die Ausgestaltung einer der Planbeleuchtungsquellen als flächiger Lichtleiter mit einer Lichtquelle;

Fig. 6 ein Beispiel für eine mögliche Strukturierung der Dichte d der Be schichtung bei der Planbeleuchtungsquelle nach Fig. 5 in stark ver größerter Darstellung;

Fig. 7 ein Beispiel für die Ausstattung der Planbeleuchtungsquelle nach Fig. 5 mit einer weiteren Lichtquelle zur Einkopplung von Licht in den Lichtleiter;

Fig. 8 ein Beispiel für eine mögliche Strukturierung der Dichte d der Be schichtung in der Planbeleuchtungsquelle nach Fig. 7 in stark vergrö ßerter Darstellung;

Fig. 9 bis Fig. 11 Beispiele für unterschiedliche Dichteverteilungen über die zweite Großfläche hinweg bei Ausführung der Planbeleuchtungsquelle ge mäß Fig. 5 und Beschichtung nach Fig. 6;

Fig. 12 ein Beispiel für die Dichteverteilung über die zweite Großfläche hin weg bei Ausführung der Planbeleuchtungsquelle gemäß Fig. 7 und Be schichtung nach Fig. 8;

Fig. 13 ein Beispiel für den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen An ordnung nach Fig. 4 mit integrierter Planbeleuchtungsquelle in der Ausgestaltung nach Fig. 5 jedoch ohne Beschichtung 10;

Fig. 14 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Anordnung von streuenden oder spiegelnden Oberflächenelementen auf dem Wellenlängenfilter array;

Fig. 15 ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuch tungsvorrichtung mit streuenden oder spiegelnden Oberflächenele menten, einer flächigen Lichtquelle und mit Reflektoren.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Anordnung zur wahlweise ganzflächig zwei- oder dreidimensional wahrnehmbaren Darstellung von Bildern einer Szene oder eines Gegenstandes. Aus Blickrichtung B eines Betrachters aufeinander folgend sind hier symbolisch gezeichnet: eine Bildwiedergabeeinrichtung 1, die aus einer Vielzahl von transluzenten Bildelementen besteht, auf denen Bildinformationen aus mehreren Per spektivansichten der Szene/des Gegenstandes darstellbar sind; eine zur Beleuchtungs vorrichtung der Anordnung gehörende erste Planbeleuchtungsquelle 2; ein Wellenlän genfilterarray 3, das aus einer Vielzahl von in vorgegebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässigen Filterelementen besteht und eine zur Beleuchtungsvorrichtung der Anordnung gehörende zweite Planbeleuchtungsquelle 4.

Das Wellenlängenfilterarray 3 besteht aus einer Vielzahl von Filterelementen mit etwa den Abmessungen 0,99 mm (Breite) und 0,297 mm (Höhe). Diese Abmessungen sind abgestimmt auf ein Farb-LC-Display "Batron BT 63212", das beispielhaft als Bildwieder gabeeinrichtung 1 dienen soll. Der Abstand zwischen Bildwiedergabeeinrichtung 1 und Wellenlängenfilterarray 3 beträgt im gewählten Beispiel etwa 2 mm.

Die ebenfalls symbolisch angedeutete Ansteuerschaltung 5 hat die Funktion eines Be zeichners, die darin besteht, auf der Bildwiedergabeeinrichtung 1 anzuzeigende Kom binationsbilder aus mehreren Ansichten, insbesondere Perspektivansichten der darzu stellenden Szene bzw. des Gegenstandes, zu generieren. Diese Kombinationsbilder können sowohl Standbilder oder gegebenenfalls auch bewegte, sich in vorgegebenen kurzen Zeittakten ändernde und dabei flimmerfrei generierte Bilder sein. Außerdem veranlaßt die Ansteuerschaltung 5 das Ein-/Ausschalten der beiden Planbeleuchtungs quellen 2 und 4, denen zu diesem Zweck jeweils gesondert ansteuerbare Ein-/Aus schalter zugeordnet sind (zeichnerisch nicht dargestellt).

Je nach Vorgabe durch die Ansteuerschaltung 5 ist die Umschaltung zwischen mehre ren unterschiedlichen Betriebsarten möglich, bei denen das Beleuchtungslicht entweder zwecks zweidimensionaler Darstellung ausschließlich nur durch die Bildelemente der Bildwiedergabeeinrichtung 1, nicht jedoch durch Filterelemente des Wellenlängenfilter arrays 3 hindurch zum Betrachter gelangt oder zwecks dreidimensionaler Darstellung durch die Filterelemente des Wellenlängenfilterarray 3 und nachfolgend auch noch durch die Bildelemente der Bildwiedergabeeinrichtung 1 hindurch zum Betrachter ge langt.

Fig. 2 zeigt beispielhaft einen stark vergrößerten Ausschnitt der Bildstruktur der Bild wiedergabeeinrichtung 1 mit der Vielzahl von Bildelementen. Jedes der in Fig. 2 in Form von Quadraten dargestellte Subpixel hat in bezug auf eine Perspektivansicht stets ex akt die gleiche Position i, j innerhalb des Bildrasters aus Zeilen und Spalten. Dabei wer den dem zu generierenden Kombinationsbild acht Perspektivansichten zugrunde ge legt, d. h. die Bildinformationen, die auf den einzelnen Bildelementen wiederzugeben sind, werden aus acht Perspektivansichten bezogen und zu einem Gesamtbild kombi niert, das in seiner flächigen Ausdehnung der Bildwiedergabeeinrichtung entspricht. Die in die Bildelemente eingetragenen Ziffern 1 bis 8 bezeichnen jeweils eine der acht Perspektivansichten, aus denen die jeweilige Bildinformation stammt. Das wesentlich vergrößert dargestellte Raster aus Bildelementen hat entsprechend dem verwendeten Farb-LC-Display insgesamt beispielsweise 1024 Spalten und 768 Zeilen.

Um zu gewährleisten, daß der Betrachter stets gleichzeitig Bildinformationen aus un terschiedlichen Ansichten, d. h. aus unterschiedlichen Bildkanälen sieht, wird das Wel lenlängenfilterarray 3 in Abhängigkeit von den einzelnen Bildelementen der Bildwie dergabeeinrichtung 1, die bevorzugt Pixel- oder Subpixelgröße haben, so strukturiert, wie dies beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt einen ebenfalls stark vergrößerten Ausschnitt der Struktur des Wellenlän genfilterarrays 3. Während in Fig. 2 jedes Quadrat einem Bildelement in Pixel- oder Subpixelgröße entspricht, soll in Fig. 3 jedes Quadrat einem Filterelement entsprechen. Die einzelnen Filterelemente sind nach ihrer Durchlässigkeit für bestimmte Wellenlän genbereiche gekennzeichnet, d. h. die mit R' gekennzeichneten Filterelemente sind lediglich im Bereich des roten Lichtes, die mit G' gekennzeichneten Filterelemente le diglich im Bereich des grünen Lichtes und die mit B' gekennzeichneten Filterelemente lediglich im Bereich des blauen Lichtes durchlässig. Mit S sind Filterelemente gekenn zeichnet, die (im sichtbaren Spektralbereich) lichtundurchlässig sind. Die Rasterung der Filterelemente und der Bildelemente sind bezüglich ihrer Abmessungen zueinander proportional oder identisch.

Fig. 4 zeigt einen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung, mit der die Szene/der Gegenstand wahlweise ganzflächig zweidimensional, ganzflächig dreidimensional oder bei Bedarf auch bildausschnittsweise zwei- bzw. dreidimensional wiedergegeben wer den kann. Hier ist zwischen der Planbeleuchtungsquelle 4 und dem Wellenlängenfilter array 3 ein Shutter 6, bestehend aus einer Vielzahl einzeln ansteuerbarer Shutterele mente, zugeordnet, wobei je nach Anzahl der angesteuerten Shutterelemente der Weg des von der zweiten Planbeleuchtungsquelle 4 erzeugten Beleuchtungslichtes durch eine größere oder kleinere Anzahl von Filterelementen hindurch unterbrochen oder freigegeben werden kann. Im folgenden soll davon ausgegangen werden, daß ange steuerte Shutterelemente den Lichtweg "öffnen", während nicht angesteuerte Shut terelemente den Lichtweg "sperren".

Beim Betreiben der Anordnung ist in einer ersten Betriebsart zwecks zweidimensionaler Darstellung lediglich die erste Planbeleuchtungsquelle 2 eingeschaltet und es gelangt Beleuchtungslicht nur durch die Bildwiedergabeeinrichtung 1, nicht jedoch durch das Wellenlängenfilterarray 3 hindurch zum Betrachter. In einer zweiten Betriebsart zwecks dreidimensionaler Darstellung ist lediglich die zweite Planbeleuchtungsquelle 4 einge schaltet, so daß Beleuchtungslicht stets durch das Wellenlängenfilterarray 3 und die Bildwiedergabeeinrichtung 1 hindurch zum Betrachter gelangt.

In einer dritten Betriebsart sind beide Planbeleuchtungsquellen eingeschaltet, und eine vorgegebene Anzahl von Shutterelementen ist angesteuert, so daß das Beleuchtungs licht in Bereichen der angesteuerten und damit den Lichtweg freigebenden Shutterele mente sowohl durch die Filterelemente als auch durch die zugeordneten Bildelemente hindurch zum Betrachter gelangt, während das Beleuchtungslicht in Bereichen der nicht angesteuerten (den Lichtweg "sperrenden") Shutterelemente nur durch die Bild wiedergabeeinrichtung 1 hindurch zum Betrachter gelangt.

Dadurch ist die Szene/der Gegenstand in den Bereichen der nicht angesteuerten Shut terelemente zweidimensional, dagegen in den Bereichen der angesteuerten Shut terelemente dreidimensional wahrnehmbar. Eine Voraussetzung hierzu ist allerdings, daß die Planbeleuchtung 4 eine deutliche höhere Leuchtdichte liefert, als die Planbe leuchtung 2, was beispielsweise mittels Dimmer erreicht werden kann.

In Fig. 5 ist die Planbeleuchtungsquelle 2 in einer Ausführung dargestellt, die eine Lichtquelle 7 und einen planen Lichtleiter 8 umfaßt. Der Lichtleiter 8 ist durch zwei einander gegenüberliegende Großflächen 8.1 und 8.2 sowie durch umlaufende Schmal flächen 8.3 und 8.4 begrenzt, von denen in Fig. 5 lediglich die Schnitte zu sehen sind. Die zwei weiteren den Lichtleiter 2 begrenzenden Schmalflächen sind parallel unter halb und oberhalb der Zeichenebene vorstellbar.

Die Lichtquelle 7 ist beispielsweise eine stabförmige Lampe, deren Längsausrichtung senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist. Sie ist so positioniert, daß die von ihr ausgehende Strahlung durch die Schmalfläche 8.3 hindurch in den Lichtleiter 8 einge koppelt wird. Die eingekoppelte Strahlung wird zu einem Anteil L₁ innerhalb des Licht leiters hin- und herreflektiert und zu einem Anteil L₂ als Nutzlicht über die Großflä che 8.1 abgestrahlt. Im gesonderten Falle kann die der Einkopplung gegenüber liegen de Schmalfläche 8.4 reflektierend ausgebildet sein, so daß dorthin gerichtete Strahlung in den Lichtleiter zurückgeworfen wird.

Der Lichtquelle 7 kann in einer bevorzugten Ausgestaltung noch ein Reflektor 9 zuge ordnet sein, der zur Erhöhung der Intensität der auf die Schmalfläche 8.3 gerichteten und in den Lichtleiter 8 eingekoppelten Strahlung beiträgt.

Um nun die Leuchtdichteverteilung über die abstrahlende Großfläche 8.1 hinweg in einem vorgegebenen Maß beeinflussen zu können, ist erfindungsgemäß auf der der abstrahlenden Großfläche 8.1 gegenüberliegenden Großfläche 8.2 eine die Totalrefle xion störende Beschichtung 10 vorgesehen, die aus einzelnen Partikeln besteht und deren Störvermögen über die flächige Ausdehnung der Großfläche 8.2 hinweg zwi schen zwei Grenzwerten inhomogen ist. Die Grenzwerte des Störvermögens sind mit der Dichte d der Beschichtung 10 bestimmt, wobei die Dichte d ein Maß für den mittle ren Abstand der Partikel zueinander pro Flächeneinheit ist.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel dafür, wie die Dichte d der Beschichtung 10 und damit deren Störvermögen über die Großfläche 8.2 hinweg strukturiert sein kann. In der Zeichnung sind die Streifen sehr breit dargestellt, um das Prinzip zu erläutern. Die Streifenbreite ist in der physischen Ausführung vorzugsweise deutlich geringer. Die Großfläche 8.2 ist hier senkrecht zur Blickrichtung B dargestellt.

Die über die Großfläche 8.2 hinweg unterschiedliche Dichte d ist durch Schraffuren mit unterschiedlichem Abstand der Schraffurlinien symbolisiert. Es sei angenommen, daß die Flächenbereiche mit größeren Abständen zwischen den Schraffurlinien eine gerin gere Dichte d und damit ein geringeres Störvermögen, dagegen die Flächenabschnitten mit geringeren Abständen zwischen den Schraffurlinien eine größere Dichte d und ein ausgeprägteres Störvermögen der Beschichtung 10 angeben.

Aus Fig. 6 geht im Hinblick auf Fig. 5 hervor, daß nahe der Schmalfläche 8.3, durch wel che das Licht in den Lichtleiter 8 eingekoppelt wird, die Dichte d bzw. das Störvermö gen gering, mit wachsendem Abstand x von dieser Schmalfläche 8.3 jedoch progressiv von Flächenabschnitt zu Flächenabschnitt zunehmend stärker ausgebildet ist.

Dies hat zur Folge, daß in der Nähe der Schmalfläche 8.3 aufgrund der geringsten Dichte d die Totalreflexion am wenigsten gestört wird, trotzdem aber infolge der dort noch hohen Lichtintensität ein Anteil L₂ des Lichtstromes aus der Großfläche 8.1 aus tritt, der ebenso groß ist wie der durch die Großfläche 8.1 hindurchtretende Lichtstrom in größerer Entfernung x von der Schmalfläche 8.3, da mit zunehmender Entfernung x zwar die Lichtintensität geringer, aufgrund der zunehmenden Störung der Totalreflexi on aber mehr Licht durch die abstrahlende Großfläche 8.1 ausgekoppelt wird.

Mit anderen Worten: mit zunehmendem Abstand x von der Schmalfläche 8.3 nimmt zwar die Lichtintensität ab, jedoch das Störvermögen der Beschichtung 10 zu, was bei entsprechender Auslegung der Dichte d dazu führt, daß über die gesamte Großflä che 8.1 hinweg das Licht mit nahezu gleicher Intensität abgestrahlt wird.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine weitere Lichtquelle 11 vorgesehen ist und die von der Lichtquelle 11 ausgehende Strahlung noch zusätzlich, und zwar durch die Schmalfläche 8.4, in den Lichtleiter 8 eingekoppelt wird. Um in diesem Falle eine Vergleichmäßigung der Lichtabstrahlung über die Großfläche 8.1 zu erzielen, ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, die zweite Großfläche 8.2 mit einer Beschichtung 10 zu versehen, deren Störvermögen in diesem Falle von beiden Schmalflächen 8.3 und 8.4 ausgehend zur Mitte des Lichtleiters 8 hin bis zu einem gemeinsamen Maximum zunehmend stärker ausgebildet ist. Dies ist anhand Fig. 8 dargestellt.

Auf diese Weise wird erreicht, daß mit zunehmenden Abständen x von den Schmalflä chen 8.3 und 8.4 durch die Beschichtung 10 die Totalreflexion von Flächenabschnitt zu Flächenabschnitt stärker gestört und so dafür gesorgt wird, daß trotz zur Flächenmitte hin abnehmender Lichtintensität noch etwa die gleiche Lichtmenge durch die Großflä che 8.1 als Nutzlicht abgestrahlt wird wie nahe der Seitenflächen 8.3 und 8.4.

Die aus einer Vielzahl einzelner Partikel bestehende Beschichtung 10 kann durch un terschiedliche Materialien realisiert werden. So ist es beispielsweise denkbar, daß Parti kel mit höherem und Partikel mit geringerem Störvermögen vorgesehen sind und diese beiden Arten von Partikeln in einem vorgegebenen Mengenverhältnis auf die Großflä che 8.2 aufgebracht werden. Dabei überwiegen in Flächenbereichen, in denen die To talreflexion stärker gestört werden soll, Partikel mit höherem Störvermögen und in Flächenbereichen, in denen die Totalreflexion weniger stark gestört werden soll, die Partikel mit geringerem Störvermögen. Beispielsweise können die Partikel mit höherem Störvermögen matte Silberteilchen und die Partikel mit geringerem Störvermögen glän zende Silberteilchen sein. Diese können mittels Druckverfahren aufgebracht werden, wobei es beispielsweise vorteilhaft ist, wenn in einem ersten Druckvorgang die glän zenden, in einem zweiten Druckvorgang die matten Silberteilchen aufgebracht werden.

Eine alternative Ausführung hierzu, die technologisch einfach herstellbar ist, sieht eine aus einem Lack bestehende Beschichtung 10 vor. In diesem Falle ist die örtliche Lack dichte ein Äquivalent für das Störvermögen an einem betreffenden Ort. Ist beispiels weise die Lackdichte mit der Funktion d = f(x) definiert, ist x wie bereits angegeben das Maß für den Abstand von der Schmalfläche 8.3 und d ein Maß für die Dichte mit den Grenzwerten d = 0 und d = 1, wobei 1 das Störvermögen bei größter Lackdichte und 0 das Störvermögen bei fehlender Lackschicht angeben. Beispielsweise sind in

d = f(x) = a₃.x³ + a₂.x² + a₁.x + a₀

die Parameter a₀, a₁, a₂ und a₃ wählbar. Als vorteilhafte Parametersätze haben sich im Zusammenhang mit der Anordnung nach Fig. 5 bewährt

1. a₀ = 0; a₁ = 0,5; a₂ = 2; a₃ = -0,5;
2. a₀ = 0; a₁ = 0; a₂ = 1; a₃ = 0;
3. a₀ = 0; a₁ = 0,5; a₂ = -0,5; a₃ = 1.

Für die Anordnung nach Fig. 7 kann vorteilhaft vorgegeben werden

1. a₀ = 0, a₁ = 4, a₂ = -4 und a₃ = 0.

In Fig. 9 bis Fig. 12 ist für die Parametersätze (1) bis (4) die Dichteverteilung in Abhän gigkeit vom Abstand x dargestellt. Die Parameter sind grundsätzlich frei wählbar. Je doch ist darauf zu achten, daß die Funktion d = f(x) im Definitionsbereich [x_min, x_max] Werte mit 0 ≦ d ≦ 1 liefert. Dabei beschreiben die Werte x_min und x_max trivialerweise die horizontale Ausdehnung der zu lackierenden Großfläche 8.2.

Davon ausgehend ist in Fig. 9 bis Fig. 12 jeweils der Wert x_min = 0 der Position der Schmalfläche 8.3 und der Wert x_max = 1 der Position der Schmalfläche 8.4 zugeordnet. Dabei liegt die geringste Dichte d_min = 0 jeweils bei x_min = 0, also stets bei der Schmalflä che 8.3 bzw. 8.4, in die Licht eingekoppelt wird. Die maximale Dichte d_max = 1 ist stets in der größten Entfernung von der Schmalfläche 8.3 oder 8.4 vorhanden, in die Licht ein gekoppelt wird. In Fig. 9 bis Fig. 11 ist das jeweils nur die Schmalfläche 8.3, deshalb liegt hier die Dichte d_min = 0 nur bei x_min = 0. In Fig. 12 erfolgt die Lichteinkopplung in beide Schmalflächen 8.3 und 8.4; deshalb liegt hier die Dichte d_min = 0 bei x_min = 0 und bei x_max = 1, die Dichte d_max = 1 dagegen beim Ort x = 0,5.

Werden Lichtquellen 7,11 verwendet, die in Richtung y (vgl. Fig. 6 und Fig. 8) Licht mit inhomogener Intensität abstrahlen, so kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die Dichte d nicht nur in Richtung x, sondern auch in Richtung y zu variieren, wodurch die Dichtefunktion dann die Form d = f(x, y) erhält.

Damit wird erreicht, daß innerhalb des Lichtleiters 8 an Orten mit geringerer Lichtin tensität die Großfläche 8.2 eine dichtere Beschichtung 10 aufweist, wobei die Totalre flexion dort stärker gestört ist und so die Intensität des durch die Großfläche 8.1 hin durch abgestrahlten Nutzlichtes erhöht wird. Dagegen ist an Orten höherer Intensität entlang der Koordinate y eine geringere Dichte d und damit ein geringeres Störvermö gen vorgesehen, wobei trotzdem eine ausreichende Lichtmenge als Nutzlicht durch die Großfläche 8.1 nach außen gelangt. Es wird also zusätzlich auch in Richtung der Koor dinate y eine Vergleichmäßigung der abgestrahlten Lichtmenge erzielt.

Selbstverständlich kann die Störschicht 10 nicht nur dazu genutzt werden, die durch die Großfläche 8.1 abgestrahlte Lichtmenge zu vergleichmäßigen, sondern es kann mit der Variation der Dichte d, wenn diese in entsprechender Weise vorgegeben ist, vor allem auch erreicht werden, daß durch bevorzugte Flächenabschnitte der Großflä che 8.1 Licht mit höherer Lichtintensität abgestrahlt wird als durch nicht bevorzugte Flächenabschnitte. Auf diese Weise lassen sich je nach Vorgabe Lichtstrukturen und Lichtfiguren erzeugen, die sich aufgrund einer größeren oder geringeren Helligkeit von ihrer Umgebung auf der Großfläche 8.1 abheben. So kann in einem einfachen Beispiel ein besonders heller Fleck in der Mitte der abstrahlenden Großfläche 8.1 erzielt wer den.

In einer besonderen Ausführung kann beispielhaft die gesamte Großfläche 8.2 homo gen lackiert bzw. verspiegelt werden, so daß besonders viel Licht durch die Großflä che 8.1 - dann allerdings nicht mit homogener Verteilung - abgestrahlt wird.

Anhand von Fig. 13 wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur wahlweise dreidimensionalen oder zweidimensionalen Darstellung ei ner Szene/eines Gegenstandes ausführlicher erläutert, wobei hier eine Planbeleuch tungsquelle 2 in der Ausführung nach Fig. 5 integriert ist. Die Beschichtung 10 ist in diesem Ausführungsfall nicht zwingend erforderlich. Wird sie jedoch angebracht, dann vorzugsweise unter Verwendung der o. g. Silberpartikel mit unterschiedlichen Eigen schaften hinsichtlich der Störung der Totalreflexion. In einer alternativen Ausführung ist es denkbar, die Beschichtung 10 in Form einer zugleich das Filterarray bildenden Lackschicht auszugestalten.

In Fig. 13 sind in der Blickrichtung B eines Betrachters zunächst die Bildwiedergabeein richtung 1 in Form eines transluzenten LC-Displays, der Lichtleiter 8, ein Wellenlängen filterarray 3 und die Planbeleuchtungsquelle 4 angeordnet, wobei letztere beispielswei se als Planon-Lichtkachel (Hersteller "OSRAM") ausgebildet sein kann.

Zur Homogenisierung der Intensität der Strahlung, die von der Planbeleuchtungsquel le 4 ausgeht, ist zwischen dieser und dem Wellenlängenfilterarray 3 eine Streuschei be 12 eingeordnet.

Fig. 13 zeigt wieder die schon im ersten Ausführungsbeispiel erwähnte, nahe der Schmalfläche 8.3 des Lichtleiters 8 angeordnete Lichtquelle 7 mit dem Reflektor 9 zur Einkopplung der Strahlung in den Lichtleiter 8. Sowohl die Lichtquelle 7 als auch die Planbeleuchtungsquelle 4 sind mit separat ansteuerbaren Ein-/Ausschaltern gekoppelt, wodurch es möglich ist, entweder nur die Lichtquelle 7 oder nur die Planbeleuchtungs quelle 4 oder auch beide zu betreiben. Damit lassen sich wie bereits beschrieben die erste und die zweite Betriebsart realisieren und die Szene/der Gegenstand jeweils ganzflächig zwei- oder dreidimensional darstellen. Die dritte Betriebsart ist, wie eben falls bereits dargestellt, mit der separaten Ansteuerung einer Auswahl einzelner Shut terelemente des Shutters 6 möglich (vgl. Beschreibung zu Fig. 2).

In der zweiten Betriebsart, in dem die Planbeleuchtungsquelle 4 ein-, dagegen aber die Lichtquelle 7 ausgeschaltet ist, erreicht das Beleuchtungslicht durch das Wellenlängen filterarray 7, den Lichtleiter 8 und die Bildwiedergabeeinrichtung 1 hindurch die Augen des Betrachters, wobei beiden Augen, vorgegeben durch die Position p, q der Fil terelemente relativ zu den Positionen i, j der zugeordneten Bildelemente, unterschied liche Bildinformationen angeboten werden und für den Betrachter ein räumlicher Eindruck der auf der Bildwiedergabeeinrichtung dargestellten Szene bzw. des Gegenstan des entsteht.

In der ersten Betriebsart ist nur die Lichtquelle 7 eingeschaltet, was zur Folge hat, daß ausschließlich Licht zum Betrachter gelangt, das zwar von der Großfläche 8.1 kom mend die Bildelemente der Bildwiedergabeeinrichtung 1 passiert hat und die Bildinfor mationen mit sich führt, jedoch nicht das Wellenlängenfilterarray 7 passiert hat. Damit entfällt die Selektion und Richtungsvorgabe für ausgewählte Bildinformationen und deren Zuordnung zu dem rechten oder linken Auge des Betrachters, so daß die Sze ne/der Gegenstand nicht dreidimensional, sondern zweidimensional wahrgenommen wird.

In der dritten Betriebsart sind die Lichtquelle 7 und die Planbeleuchtungsquelle 4 ein geschaltet. Eine vorgegebene Anzahl von Shutterelementen ist, wie ebenfalls bereits dargelegt, so angesteuert, daß das Beleuchtungslicht in ausgewählten Bereichen so wohl durch die Filterelemente als auch durch die zugeordneten Bildelemente hindurch und demzufolge mit vorgegebener Ausbreitungsrichtung zum Betrachter gelangt, wäh rend das Beleuchtungslicht in Bereichen der nicht angesteuerten Shutterelemente nur durch die Bildwiedergabeeinrichtung, nicht jedoch durch zugeordnete Filterelemente hindurch und demzufolge nicht mit vorgegebener Ausbreitungsrichtung zum Betrach ter gelangt. Dadurch ist die Szene/der Gegenstand in Bereichen der nicht angesteuer ten Shutterelemente zweidimensional, dagegen in Bereichen der angesteuerten Shut terelemente dreidimensional wahrnehmbar.

Die Beschichtung 10, die in dem hier gewählten Beispiel vorzugsweise aus matten und glänzenden Silberpartikeln gebildet ist, sorgt in diesem Falle dafür, daß möglichst viel Nutzlicht über die Großfläche 8.1 abgestrahlt wird. Die Dichtestruktur der Beschich tung 10 ist beispielsweise so wie in Fig. 6 dargestellt ausgebildet, wodurch erreicht wird, daß die Intensität des über die Großfläche 8.1 abgestrahlten Nutzlichtes über die gesamte Großfläche 8.1 weitestgehend gleichmäßig ist und insofern eine gleichmäßig verteilte Bildhelligkeit gewährleistet ist. Wie weiter oben erwähnt, ist die Beschichtung 10 in diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht zwingend erforderlich.

Zur Vergleichmäßigung der Einkopplung des Lichtes von der Lichtquelle 7 in den Lichtleiter 8 können vor der Schmalfläche 8.3 (nicht dargestellte) Zylinderlinsen oder ebenfalls eine Streuscheibe vorgesehen sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel soll nachfolgend anhand Fig. 14 vorgestellt und erläu tert werden, wobei auch hierbei die Umschaltung zwischen mindestens zwei Betriebs arten bzw. von einer dreidimensionalen Wiedergabe auf eine zweidimensionale Wie dergabe und umgekehrt möglich ist.

In der Anordnung nach Fig. 14 ist vorgesehen, daß die der Planbeleuchtungsquelle 4 abgewandte Seite eines Wellenlängenfilterarrays 7 mit streuenden Oberflächenelemen ten 13 beschichtet ist. Die streuenden Oberflächenelemente 13 sind beispielsweise in eine 0,5 mm dicke Scheibe durch Ätzen eingearbeitet und diese (nicht gesondert dar gestellte) Scheibe ist mit dem Wellenlängenfilterarray 3 verbunden.

Die Ätzungen sind lediglich in Flächenbereichen vorgesehen, die den in Fig. 3 mit S bezeichneten opaken Filterelementen entsprechen. Die übrigen mit R', G' und B' be zeichneten Filterelemente bleiben von dieser Ätzung bzw. von streuenden Oberflä chenelementen 13 frei und sind insofern ungehindert transparent.

Seitlich neben der so strukturierten Außenfläche des Wellenlängenfilterarrays 3 sind zusätzliche Lichtquellen 14 positioniert, und zwar so, daß die hiervon ausgehende Strahlung auf die streuenden Oberflächenelemente 13 trifft. Auch können den zusätz lichen Lichtquellen 14 Reflektoren 15 zugeordnet sein, die für eine Erhöhung der In tensität der auf die streuenden Oberflächenelemente 13 gerichteten Strahlung sorgen.

Bevorzugt werden als Lichtquellen 14 stabförmige Lampen verwendet, deren Ausdeh nung etwa der Längenausdehnung des Wellenlängenfilterarrays 3 senkrecht zur Zei chenebene entspricht. Bei der Positionierung der Lichtquellen 14 ist zu beachten, daß die der Planbeleuchtungsquelle 4 zugewandte Seite der Wellenlängenfilterarrays 3 von diesen nicht beleuchtet wird.

Bei eingeschalteten Lichtquellen 14 trifft das von dort ausgehende Licht auf die streu enden Oberflächenelemente 13 und beleuchtet aufgrund des verhältnismäßig geringen Abstandes von nur 3 mm zwischen Wellenlängenfilterarray 3 und Bildwiedergabeein richtung 1 relativ diffus und homogen auch das bilddarstellende Raster der Bildwieder gabeeinrichtung 1.

Auch hier sind die Planbeleuchtungsquelle 4 und die Lichtquellen 14 jeweils getrennt ein- und ausschaltbar, so daß sich wie bereits erwähnt die erste und zweite Betriebsart einstellen läßt.

In der ersten Betriebsart sind lediglich die Lichtquellen 14 eingeschaltet, während die Planbeleuchtungsquelle 4 ausgeschaltet ist. In dieser Betriebsart ist für einen Betrach ter das auf der Bildwiedergabeeinrichtung 1 dargestellte Kombinationsbild bzw. die dargestellte Szene zweidimensional wahrnehmbar, da das von der Bildwiedergabeein richtung 1 zum Betrachter gelangende Licht bezüglich seiner Richtung nicht durch die Zuordnung von Filterelementen und Bildelementen beeinflußt ist, sondern gleichmäßig die Bildwiedergabeeinrichtung 1 durchstrahlt und das Licht von allen Bildelementen gleichberechtigt die Augen der Betrachters erreicht.

In der zweiten Betriebsart sind die Lichtquellen 14 ausgeschaltet. Die Bildwiedergabe einrichtung 1 wird ausschließlich mittels der Planbeleuchtungsquelle 4 durch das Wel lenlängenfilterarray 3 hindurch beleuchtet. In dieser Betriebsart findet eine Richtungs selektion aufgrund der Lagezuordnung von Filterelementen und Bildelementen statt, die wie beschrieben dafür sorgt, daß jedem Auge des Betrachters nur ausgewählte Bil dinformationen sichtbar sind und damit der dreidimensionale Eindruck für den Be trachter entsteht.

Um die dritte Betriebsart zu realisieren, kann wieder zwischen der Planbeleuchtungs quelle 4 und dem Wellenlängenfilterarray 3 ein Shutter vorgesehen sein, der aus einer Vielzahl einzeln ansteuerbarer Shutterelemente besteht, die je nach Bedarf vorgegebe ne Bereiche des Lichtweges sperren oder freigeben. Die Steuerung des Ein- und Aus schaltens der Lampen und der Shutterelemente kann in allen beschriebenen Fällen über Prozessoren mit Hilfe von Software erfolgen. Vorzugsweise ist hierbei die Planbe leuchtungsquelle 4 heller als die Lichtquellen 14, d. h. die resultierende Leuchtdichte der Planbeleuchtungsquelle 4 ist höher, als die der Lichtquellen 14. Dies kann mittels an in den Versorgungsstromkreis eingeordnete Dimmer erzielt werden.

In einer weiteren Ausgestaltungsvariante dieser Anordnung, die in Fig. 15 dargestellt ist, kann auch vorgesehen sein, daß lediglich die Planbeleuchtungsquelle 4 vorhanden ist und das aus den Schmalflächen der Planbeleuchtungsquelle 4 austretende Licht über seitlich zum Wellenlängenfilterarray 3 angeordnete Reflektoren 16 auch auf die der Planbeleuchtungsquelle 4 abgewandte Fläche 3.1 des Wellenlängenfilterarrays 3 gelangen kann.

Die Reflektoren 16 sind fest so eingestellt, daß die von den Schmalflächen der Planbe leuchtungsquelle 4 austretende und auf die Reflektoren 16 gerichtete Strahlung stets von diesen umgelenkt und auf die Fläche 3.1 des Wellenlängenfilterarrays 3 gerichtet wird. Zwischen den lichtabstrahlenden Schmalflächen und den Reflektoren 16 sind jeweils ansteuerbare Shutter 17 vorgesehen ist, die diesen Lichtweg je nach Ansteue rung sperren oder freigeben. Bei freigegebenem Lichtweg zu den Reflektoren ist die Szene/der Gegenstand zweidimensional, bei gesperrtem Lichtweg dreidimensional wahrnehmbar.

In einer Variante dieses Ausführungsbeispieles, die zeichnerisch nicht dargestellt ist, fehlen die Shutter 17, jedoch sind die Reflektoren 16 schwenkbar gelagert. Dabei ist die von der Planbeleuchtungsquelle 4 ausgehende Strahlung in einer ersten Schwenk position nicht auf die Fläche 3.1 des Wellenlängenfilterarrays 3, in einer zweiten Schwenkposition auch auf die Fläche 3.1 des Wellenlängenfilterarrays 3 gerichtet.

Auf diese Weise ist in der ersten Schwenkposition gewährleistet, daß das von der Plan beleuchtungsquelle 4 ausgehende Licht sowohl durch das Wellenlängenfilterarray 3 als auch durch die Bildwiedergabeeinrichtung 1 hindurch zum Betrachter gelangt, während in der zweiten Schwenkposition auch Licht zum Betrachter gelangt, das wie beschrie ben nicht von der Zuordnung von Filterelementen zu Bildelementen beeinflußt ist. So ist im ersten Fall die dreidimensionale, im zweiten Fall die zweidimensionale Wahr nehmung möglich.

Wie in der Ausführung nach Fig. 14 können auch hier auf der Fläche 3.1 des Wellenlän genfilterarrays 3, bevorzugt auf den dortigen mit S bezeichneten opaken Flächenberei che (vgl. Fig. 3), streuende Oberflächenelementen 13 vorgesehen sein, von denen das seitlich eingestrahlte Licht vergleichmäßigt auf die Rückseite der Bildwiedergabeein richtung 1 und danach durch diese hindurch zum Betrachter gelangt. Anstelle der streuenden Oberflächenelemente können alternativ auch spiegelnde Oberflächenele mente vorgesehen sein.

Im Rahmen der Erfindung liegt es außerdem, wenn auch auf die Seite 3.2 des Wellen längenfilterarrays 3, die der Planbeleuchtungsquelle 4 zugewandt ist, reflektierende Oberflächenelemente aufgebracht sind, wodurch erreicht wird, daß über einen be stimmten Grenzwinkel hinaus einfallendes Licht von der Fläche 3.2 reflektiert wird, dagegen unter diesem Grenzwinkel, etwa senkrecht einfallendes Licht, transmittiert wird.

Auf diese Weise kann das schräg auf das Wellenlängenfilterarray 3 auftreffende Licht über seitlich angebrachte Reflektoren teilweise zur Beleuchtung der streuenden Oberflächenelemente 13 genutzt werden, während das Wellenlängenfilterarray 3 nach wie vor trotzdem noch durchstrahlt wird.

Bezugszeichenliste

1

Bildwiedergabeeinrichtung

2

Planbeleuchtungsquelle

3

Wellenlängenfilterarray

3.1

,

3.2

Seiten des Wellenlängenfilterarrays

4

Planbeleuchtungsquelle

5

Ansteuerschaltung

6

Shutter

7

Lichtquelle

8

Lichtleiter

8.1

,

8.2

Großflächen

8.3

,

8.4

Schmalflächen

9

Reflektor

10

Beschichtung

11

Lichtquelle

12

Streuscheibe

1

3

Oberflächenelemente

14

Lichtquellen

15

,

16

Reflektoren

17

Shutter
a₀

, a₁

, a₂

, a₃

Parameter
d Dichte
x Position
B Blickrichtung
R', G', B', S Filterelemente
L₁

, L₂

Strahlungsteile

Claims

1. Anordnung zur Darstellung von Bildern einer Szene oder eines Gegenstandes,
mit einer Bildwiedergabeeinrichtung (1) aus einer Vielzahl von transluzenten Bildelementen, auf denen Bildinformationen aus mehreren Perspektivansichten der Szene/des Gegenstandes darstellbar sind,
mit einem in Blickrichtung eines Betrachters der Bildwiedergabeeinrichtung (1) nachgeordneten Wellenlängenfilterarray (3), das aus einer Vielzahl von in vorge gebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässigen Filterelementen besteht und
mit einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei in Abhängigkeit von der Beleuchtung der Bildelemente und/oder Filterelemente die Szene/der Gegenstand für den Be trachter zweidimensional oder dreidimensional wahrnehmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Umschaltung zwischen mehreren un terschiedlichen Betriebsarten vorgesehen sind, bei denen das Beleuchtungslicht entweder
zwecks zweidimensionaler Darstellung ausschließlich nur durch die Bildelemente der Bildwiedergabeeinrichtung (1), nicht jedoch durch Filterelemente des Wellen längenfilterarrays (3) hindurch zum Betrachter gelangt oder
zwecks dreidimensionaler Darstellung durch mindestens einen Teil der Filterele mente des Wellenlängenfilterarrays (3) und nachfolgend durch einen zugeordne ten Teil der Bildelemente der Bildwiedergabeeinrichtung (1) hindurch zum Be trachter gelangt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Blickrichtung des Betrachters
zwischen der Bildwiedergabeeinrichtung (1) und dem Wellenlängenfilterarray (3) eine erste Planbeleuchtungsquelle (2) und
hinter dem Wellenlängenfilterarray (3) eine zweite Planbeleuchtungsquelle (4) vorgesehen sind und
beide mit separat ansteuerbaren Ein-/Ausschaltern gekoppelt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in einer ersten Betriebsart zwecks zweidimensionaler Darstellung lediglich die erste Planbeleuchtungsquelle (2) eingeschaltet ist und Beleuchtungslicht nur durch die Bildwiedergabeeinrichtung (1), nicht jedoch durch das Wellenlängenfil terarray (3) hindurch zum Betrachter gelangt und
in einer zweiten Betriebsart zwecks dreidimensionaler Darstellung lediglich die zweite Planbeleuchtungsquelle (4) eingeschaltet ist und Beleuchtungslicht stets durch das Wellenlängenfilterarray (3) und die Bildwiedergabeeinrichtung (1) hin durch zum Betrachter gelangt.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wellenlängenfil terarray (3) ein Shutter (6) aus einer Vielzahl einzeln ansteuerbarer Shutterele mente zugeordnet ist, wobei je nach Anzahl der angesteuerten Shutterelemente der Weg des von der zweiten Planbeleuchtungsquelle (4) erzeugten Beleuch tungslichtes durch eine größere oder kleinere Anzahl Filterelemente hindurch un terbrochen oder freigegeben ist und
in einer ersten Betriebsart zwecks zweidimensionaler Darstellung lediglich die erste Planbeleuchtungsquelle (2) eingeschaltet ist und Beleuchtungslicht nur durch die Bildwiedergabeeinrichtung (1), nicht jedoch durch das Wellenlängenfil terarray (3) hindurch zum Betrachter gelangt,
in einer zweiten Betriebsart zwecks dreidimensionaler Darstellung lediglich die zweite Planbeleuchtungsquelle (4) eingeschaltet ist und Beleuchtungslicht stets durch das Wellenlängenfilterarray (3) und die Bildwiedergabeeinrichtung (1) hin durch zum Betrachter gelangt und
in einer dritten Betriebsart beide Planbeleuchtungsquellen (2, 4) eingeschaltet sind und eine vorgegebene Anzahl von Shutterelementen so angesteuert ist, daß das Beleuchtungslicht in Bereichen der angesteuerten Shutterelemente durch die Filterelemente und die zugeordneten Bildelemente hindurch zum Betrachter ge langt, während das Beleuchtungslicht in Bereichen der nicht angesteuerten Shut terelemente nur durch die Bildwiedergabeeinrichtung (1) hindurch zum Betrachter gelangt, wodurch die Szene/der Gegenstand mit Blick auf die Bereiche der nicht angesteuerten Shutterelemente zweidimensional, dagegen mit Blick auf die Bereiche der angesteuerten Shutterelemente dreidimensional wahrnehmbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Planbe leuchtungsquelle (2) als plattenförmiger Lichtleiter (8) ausgebildet ist, der von zwei aneinander gegenüberliegenden Großflächen (8.1, 8.2), von denen eine er ste zur Bildwiedergabeeinrichtung (1), die zweite zum Wellenlängenfilterarray (3) weist, sowie von umlaufenden Schmalflächen (8.3, 8.4) begrenzt ist und der von mindestens einer Lichtquelle (7) gespeist wird, deren Strahlung durch eine der Schmalflächen (8.3) hindurch in den Lichtleiter (8) eingekoppelt wird und dort teils infolge Totalreflexion an den beiden Großflächen (8.1, 8.2) hin- und herre flektiert und teils als Nutzlicht über die erste Großfläche (8.1) abgestrahlt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Großflä che (8.2) des Lichtleiters (8) mit einer die Totalreflexion störenden Beschich tung (10) aus Partikeln versehen ist, deren Störvermögen über die Ausdehnung der zweiten Großfläche (8.2) hinweg zwischen zwei Grenzwerten inhomogen ist, wobei die Grenzwerte von der Dichte d der Beschichtung (10) abhängig sind und die Dichte d ein Maß für, den mittleren Abstand der Partikel pro Flächeneinheit ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Störvermögen der Beschichtung (10) mit wachsendem Abstand x von der Schmal fläche (8.3), in die das Licht eingekoppelt wird, zunehmend stärker ausgebildet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Störvermögen mit wachsendem Abstand x in parallel zur Schmalfläche (8.3) aus gerichteten streifenförmigen Flächenabschnitten progressiv zunehmend stärker ausgebildet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Störvermögen der Beschichtung (10) mit wachsenden Abständen x₁, x₂ von zwei Schmalflächen (8.3, 8.4), in die jeweils Licht eingekoppelt wird, zunehmend stär ker ausgebildet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich parallel gegenüberliegende Schmalflächen (8.3, 8.4) zur Einkopplung des Lichtes vorgesehen sind und das Störvermögen mit wachsenden Abständen x₁, x₂ in parallel zu den Schmalflächen (8.3, 8.4) ausgerichteten streifenförmigen Flä chenabschnitten progressiv bis zu einem gemeinsamen Maximum zunehmend ausgebildet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß als Beschichtung (10) ein Lack außen auf die zweite Großflä che (8.2) aufgebracht ist, wobei die örtliche Lackdichte ein Äquivalent für das Störvermögen an diesem Ort ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackdichte nach der Funktion d = f(x) definiert ist,

- mit x einem Maß für den Abstand von der Schmalfläche (8.3, 8.4), in die das Licht eingekoppelt wird und
- mit d einem Wert für die Dichte, wobei d = 1 für eine vollständig lackierte Fläche und d = 0 für eine unlackierte Fläche gilt.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dichte d die Funktion d = f(x) = a₃.x³ + a₁.x² + a₁.x + a₀ mit wählbaren Para metern a₀, a₁, a₂ und a₃ gilt.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter a₀ = 0, a₁ = 4, a₂ = -4 und a₃ = 0 vorgegeben sind.

15. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackdichte nach der Funktion d = f(x, y) definiert ist,

- mit x einem Maß für den Abstand von der jeweiligen Schmalfläche (8.3, 8.4), in die das Licht eingekoppelt wird und
- mit y einem Maß für eine Position senkrecht zum Abstand x.

16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängenfilterarray (3) auf seiner der Bildwiedergabeeinrichtung (1) zugewandten Seite (3.1) mit spiegelnden oder streuenden Oberflächenelementen (13) versehen ist und mindestens eine Lichtquelle vorhanden ist, deren Strahlung in der ersten Betriebsart nur auf die Seite (3.1) des Wellenlängenfilterarrays (3) mit den spiegelnden oder streuenden Oberflächenelementen (13) gerichtet ist, in der zweiten Betriebsart nur auf die dem Betrachter abgewandte Seite (3.2) des Wel lenlängenfilterarrays (3) gerichtet ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei voneinander unabhängige Lichtquellen vorgesehen sind, wobei in der ersten Be triebsart die Strahlung von einer dieser Lichtquellen lediglich auf die dem Be trachter zugewandte und mit Oberflächenelementen (13) versehene Seite (3.1) des Wellenlängenfilterarrays (3) und in der zweiten Betriebsart die Strahlung ei ner weiteren Lichtquelle ausschließlich auf die dem Betrachter abgewandte Sei te (3.2) gerichtet ist, diese Lichtquellen mit separat ansteuerbaren Ein-/Aus schaltern gekoppelt sind und/oder in den Beleuchtungsstrahlengängen minde stens einer der Lichtquellen separat ansteuerbare Shutter zur Unterbrechung oder Freigabe des gesamten oder nur von Anteilen des jeweiligen Beleuchtungs strahlengangs vorgesehen sind.

18. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Blickrichtung hinter dem Wellenlängenfilterarray (3) lediglich eine als Planbeleuchtungsquelle (4) ausgebildete Lichtquelle vorgesehen ist, deren Strahlung in der ersten Be triebsart nur auf die vom Betrachter abgewandte Seite (3.2) des Wellenlängenfil terarrays (3) gerichtet ist und weiterhin Reflektoren (16) vorhanden sind, durch welche die von der Planbeleuchtungsquelle (4) ausgehende Strahlung in der zwei ten Betriebsart auch auf die Seite (3.1) des Wellenlängenfilterarrays (3) mit den spiegelnden oder streuenden Oberflächenelementen (13) gerichtet ist.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen dem Wellenlängenfilterarray (3) und der Planbeleuchtungsquelle (4) ein Shutter angeordnet ist, der aus einer Vielzahl von separat ansteuerbaren Shut terelementen besteht, durch die in einer dritten Betriebsart lediglich Strahlung auf ausgewählte Bereiche der vom Betrachter abgewandten Seite (3.2) des Wel lenlängenfilterarrays (3) gerichtet ist.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente des Wellenlängenfilterarrays (3) als statische Filter ausgeführt sind und die Oberflächenelemente (13) ausschließlich auf den opaken Flächenbe reichen des Wellenlängenfilterarrays (3) positioniert sind.