DE3829011A1 - Vorrichtung zum erzeugen und darstellen insbesondere dreidimensionaler bilder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeu­ gen und Darstellen insbesondere dreidimensionaler Bilder.

Zum Erzeugen und Darstellen von zweidimensionalen Bildern sind bildgebende Systeme bekannt, z.B. ortsfeste oder por­ table Fernseher und Monitore, Projektionssysteme, bei de­ nen von einem Projektor das Bild auf eine Leinwand abgebil­ det wird, kleine Flachbildschirme, z.B. aus elektrooptisch ansteuerbaren Flüssigkristallen usw. Die von solchen bild­ gebenden Systemen erzeugten Bilder werden von beiden Augen eines Betrachters aufgenommen. Hiermit ist lediglich eine nichträumlich wirkende Darstellungsform möglich.

Zu einer dreidimensionalen räumlich wirkenden Darstellung sind zwei Bilder unterschiedlichen Informationsgehaltes notwendig, die auf verschiedene Weise dem Betrachter darge­ boten werden. Entweder wird ein die beiden Informationsge­ halte vereinigendes Bild aus zwei Teilbildern in unter­ schiedlichen Spektralbereichen dargeboten, die erst vor dem Auge des Betrachters, z.B. mittels einer Farbtrennbril­ le, üblicherweise einer Rot/Grünbrille getrennt werden. Ebenso ist es bekannt, dem Betrachter zwei Bilder mit un­ terschiedlichen Informationsgehalten in schneller, für das Auge des Betrachters nicht wahrnehmbarer Folge abwechselnd darzubieten. Die beiden Bilder werden ebenfalls vor dem Au­ ge des Betrachters z.B. mit Hilfe einer Polarisationsbrille getrennt. Mit diesen beiden Verfahren können auch bewegte räumlich wirkende Bilder er­ zeugt werden.

Des weiteren sind Stereokameras bekannt, mit denen von ei­ nem Objekt zwei Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen werden. Jedes Bild wird dann mittels eines ent­ sprechenden optischen Gerätes in ein Auge des Betrachters eingespiegelt, wodurch von dem Objekt ein dreidimensiona­ ler Eindruck entsprechend etwa des normalen Seheindruckes vermittelt wird. Solche Stereokameras können jedoch nur zur Darstellung eines nichtbewegten Objektes verwendet wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen anderen Weg zum Erzeugen und Darstellen von Bildern, insbesondere dreidimensionaler Bilder anzugeben, wobei eine solche Vor­ richtung mit einfachen konstruktiven Mitteln verwirklicht werden kann.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkma­ le gelöst.

Demgemäß werden zwei Bilder direkt vor den Augen des Betrachters gleichzeitig und getrennt dargeboten. Dies ist somit weder eine Mischung von Teilbildern noch eine zeitlich getrennte Darstellung. Die Zuordnung je eines eigenständigen Bildes pro Auge ermöglicht auch eine dreidimensional wirkende Darstellung. Die bildgebende Einrichtung kann z.B. aus Flüssigkristallen, Licht emittierenden Dioden, einem Flachbildschirm, einer Kombination von ladungsgekoppelten Speichern und Flüssig­ kristallen bzw. Licht emittierenden Dioden sowie eine Anordnung optischer Systeme aus Linsen und Lichtwellen­ leitern sein.

Die bildgebenden Einrichtungen werden vorzugsweise in ein brillen- oder helmähnliches Trägergestell eingesetzt, das direkt vom Betrachter aufgesetzt werden kann. Die bildge­ benden Einrichtungen können dabei mit Justiervorrichtungen so eingestellt werden, daß die beiden Bilder eindeutig jeweils einem Auge des Betrachters zugeordnet sind. Mit den Justiervorrichtungen wird einmal das Trägergestell an die Kopfform des Betrachters angepaßt, außerdem ist hier ein Feinabstimmung der bildgebenden Einrichtungen auf die Augenakkommodationseigenschaft des Betrachters möglich.

Werden die bildgebenden Einrichtungen in die Linsenöffnun­ gen eines brillenähnlichen Gestells eingesetzt, so daß die gesamte Vorrichtung sozusagen als bildgebende elektronische Brille zu bezeichnen ist, dann ist der Abstand zwischen den bildgebenden Einrichtungen und dem Auge des Betrachters zu klein, um das Bild scharf zu erfassen. Aus diesem Grunde wird in den bildgebenden Einrichtungen jeweils ein virtuel­ les Bild in einem Abstand erzeugt, auf den das Auge des Betrachters akkommodiert werden kann. Dies erfolgt z.B. durch ein abgestimmtes Linsen- bzw. Prismen- oder Spiegel­ system. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die den bildgebenden Einrichtungen zugeführten Bilddaten so umge­ setzt werden, daß ein vorverzerrtes Bild generiert wird, das sich für den Betrachter scharf abbildend darstellt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die bildgebenden Einrichtungen in einer z.B. helmartigen Konstruktion so weit vom Auge des Betrachters abzusetzen, daß sich das Auge akkommodieren kann. Eine weitere Möglichkeit ist die Erzeugung eines virtuellen Bildes nach bekannten Hologra­ fieverfahren. Auch Kombinationslösungen aus den genannten Prinzipien sind denkbar.

Die Ansteuerung der bildgebenden Einrichtung erfolgt mit einer Verarbeitungseinrichtung. Die Informationseinspei­ sung erfolgt z.B. über elektromagnetische Welleneinkopp­ lung, über ein magnetisches Speichermedium oder Halbleiter­ speicher wie Nurlesespeicher (ROM) oder Zugriffsspeicher (RAM), die programmierbar und löschbar ausgestattet werden können. Die Verarbeitungseinrichtung wandelt die digital und/oder analog angebotenen Informationen in Ansteuersigna­ le für die bildgebende Einrichtung um. Als solche Wandler können Decoder, Mikroprozessoren, Digital/Analog- bzw. Analog/Digitalwandler, elektrisch oder optisch arbeitende Wandler, optische Signalverarbeitungseinrichtungen oder Einrichtungen mit implementierten Datenverarbeitungsalgo­ rithmen, z.B. Datenexpansion, Datenreduktion oder Interpo­ lation verwendet werden. Die Verarbeitungseinrichtung setzt die Daten aus der Informationseinspeisung gegebenen­ falls unter Einbeziehung entsprechender Algorithmen in die für die Ansteuerung der bildgebenden Einheit benötigte Sig­ nalform um. Die Informationseinspeisung kann durch kontinu­ ierliche Signale von systemexternen Sendern erfolgen, die z.B. elektromagnetische Wellen oder Infrarotlicht zur Ver­ arbeitungseinrichtung senden. Ebenso ist eine systeminterne Informationseinspeisung mit Hilfe der oben angegebenen Speicher möglich. Kombinationen von Speichermedien sind denkbar. Die Informationseinspeisung erfolgt vorzugsweise digital, da sich hiermit flexiblere Verarbeitungsmöglich­ keiten ergeben.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch mit akusti­ schen System verbunden werden, so daß zusätzlich zu der Bildinformation akustische Informationen vorhanden sind.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann z.B. ähnlich wie ein herkömmliches Fernsehgerät eingesetzt werden. Ein viel­ fältiger Einsatz in der Unterhaltungsbranche ist möglich, so z.B. in Zusammenhang mit Videospielen. Die Vorrichtung kann jedoch auch zur räumlichen Darstellung von Gegenstän­ den im Bereich etwa des rechnerunterstützten Konstruierens benutzt werden. Ebenso ist sie als mobiles Sichtgerät zur Beobachtung großer Datenmengen z.B. in der industriellen Fertigung zur Prozeßüberwachung und zur mobilen Monitor­ überwachung im Sicherheitsdienst, etwa beim Werkschutz, einsetzbar. Ferner können digital, z.B. in Halbleiterspei­ chern vorliegende Informationen bzw. Nachrichten mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargeboten werden. Auf die­ se Weise könnten z.B. herkömmliche Zeitungen ersetzt wer­ den. Die bisher in Zeitungen enthaltenen Informationen kön­ nen auf einen mehrfach programmierbaren Halbleiterchip ein­ gespeichert werden, der dann an die Vorrichtung in Form ei­ ner bildgebenden elektronischen Brille angeschlossen wird. Durch entsprechende Ansteuerung können hierbei auch selek­ tiv Nachrichten ausgewählt und z.B. für schwachsichtige Personen auch in vergrößerter Darstellung als Lesehilfe dargeboten werden. Ein vorteilhafter Nebeneffekt ist auch die Verringerung der Abfallprodukte und das drastisch re­ duzierte Abfallvolumen, das durch nicht mehr aktuelle Zei­ tungen heutzutage auftritt.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann z.B. auch auf unkonventionelle Weise in Zusammenhang mit Fahr- und Flugsimulatoren eingesetzt werden. In diesem Falle werden über die bildgebenden Einrichtungen sowohl die darzustel­ lende Umgebung als auch ein Bedienerfeld eingesetzt. Dieses Bedienerfeld kann dann z.B. elektronisch mit Hilfe eines Cursors von dem Betrachter angesteuert werden.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist flexibel einsetz­ bar, da die Vorrichtung nicht an einen bestimmten Ort gebunden ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unter­ ansprüchen hervor.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Einrichtung gemäß der Erfindung in Art einer bildgebenden elektroni­ schen Brille;

Fig. 2 eine Teilansicht einer bildgebenden Einrichtung in der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

In einer Art Brillengestell 1 sind in den Linsenöffnungen zwei bildgebende Einrichtungen 2 eingesetzt. Jede bildge­ bende Einrichtung 2 weist in einem Gehäuse 3 eine matrixar­ tige Anordnung von bildgebenden Elementen 4, z.B. Licht emittierenden Dioden auf, die von einer Ansteuerschaltung 5 entsprechend vorgegebenen und verarbeiteten Informationen angesteuert werden. Die von den Licht emittierenden Dioden 4 abgegebenen Signale können von einem Betrachter, der die Brille aufsetzt, über eine Linsenanordnung 6 wahrgenommen werden, die ein virtuelles Bild in einem Abstand erzeugt, an den sich das Auge des Betrachters akkommodieren kann. Auf der Oberseite des Gehäuses 3 weisen die bildgebenden Einrichtungen 2 Einsteckschlitze 7 auf, die einen elektri­ schen oder optischen Kontakt mit der Ansteuerschaltung 5 herstellen. In diese Schlitze können entsprechend geformte Kopplungsstecker 8 einer Verarbeitungseinrichtung 9 einge­ steckt werden. Diese Verarbeitungseinrichtung 9 erhält Bildinformationen von einem Informationsträger. Als mögli­ che Informationsträger sind hier ein Halbleiterspeicher, z.B. ein PROM-Baustein 10 a dargestellt, der mit einem Kopplungsstecker 11 in einen Schlitz 12 der Verarbei­ tungseinrichtung eingesteckt wird. Als eine weitere Mög­ lichkeit eines Informationsträgers ist ein Sender 10 b dar­ gestellt, der drahtlos Bildinformationen an einen Empfän­ ger 13 der Verarbeitungseinrichtung sendet. Die von den In­ formationsträgern 10 a bzw. 10 b gelieferten Bildinformatio­ nen werden in der Verarbeitungseinrichtung 9 in Signale um­ gewandelt, mit denen über die Ansteuerschaltung 5 die Licht emittierenden Dioden 4 so angesteuert werden, daß diese ein Bild entsprechend der gelieferten Bildinformatio­ nen abgeben. Mit der Verarbeitungseinrichtung 9 kann auch ein Handgerät 14 verbunden sein, mit dem ein Träger der bildgebenden elektronischen Brille die darzustellenden Bilder durch Drücken von Eingabetasten 15 beeinflussen kann. Der Betrachter kann z.B. aus einer angebotenen Bildermenge bestimmte Bilder auswählen oder auch den Abbildungsmaßstab verändern. Die eindeutige Zuordnung der von den beiden bildgebenden Einrichtungen zwei erzeugten Bilder zu je einem Auge des Betrachters kann elektronisch oder mechanisch durch Justiervorrichtungen erfolgen. Eine elektronische Anpassung erfolgt z.B. über die Eingabetasten 15 des Handgerätes 14. Ebenso kann hierdurch der Abstand des erzeugten virtuellen Bildes eingestellt werden, auf den sich das Auge des Betrachters akkommodieren kann.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Erzeugen und Darstellen insbesondere dreidimensionaler Bilder für einen Betrachter, gekenn­ zeichnet durch zwei aufgrund von Bildinformationen ansteuerbare bildgebende Einrichtungen (2), deren Bilder jeweils einem Auge des Betrachters zugeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bildgebenden Einrichtungen (2) in einem vom Betrach­ ter aufsetzbaren Trägergestell (1) eingesetzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergestell (1) die Form eines Brillengestells aufweist, und daß die bildgebenden Einrichtungen (2) in die Linsenöffnungen des Brillengestells (1) eingesetzt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bildgebenden Einrichtungen (2) jeweils virtuelle Bilder erzeugen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bildgebenden Einrichtun­ gen (2) mit einer Verarbeitungseinrichtung (9) verbunden sind, die die von einem Informationsträger (10 a, 10 b) gelieferten Bildinformationen in Ansteuersignale für die bildgebenden Einrichtungen (2) umwandelt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die bildgebende Einrichtung (2) als bildgebende Elemente (4) Flüssigkristalle, Licht emittierende Dioden, Lichtleitfasern oder ladungs­ gekoppelte Speicher aufweist.