DE10006207A1 - Partially unidirectionally radiating pulsed light projector produces spatial image with systematic directionally selected and defined unidirectional beam paths - Google Patents
Partially unidirectionally radiating pulsed light projector produces spatial image with systematic directionally selected and defined unidirectional beam pathsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Bildträger zur Erzeugung autostereoskopisch betrach teter beliebig komplexer Bilder bzw. Bildabfolgen und -inhalte mit perspektivischen Ansichten des aufgezeichneten Gegenstandsfeldes durch partiell unidirektionale gebündelte gepulste Lichtwellenvermittlung für den Betrachter im gesamten Ein blickwinkel der Vorrichtung ohne Positionsbestimmung und ohne notwendige zu sätzliche Raumbilddarstellungshilfsmittel für den Betrachter.The invention relates to an image carrier for generating autostereoscopic viewing any complex images or image sequences and contents with perspective Views of the recorded object field through partially unidirectional bundled pulsed light wave transmission for the viewer in the entire on Viewing angle of the device without determining the position and without necessary additional spatial image display aids for the viewer.
Bekannt sind aus US 4 571 616 und DE 35 29 819 Projektionseinrichtungen mit Bildschirmebene bei welchen der Bildschirm in zylinderlinsenförmige Raster grup piert ist um stereoskopische Bilder zu erzeugen. Dabei werden Bilder in vertikale Linien gesplittet und auf die Bildschirmrückwand projeziert, welche dann durch die vorgesetzten Zylinderlinsen richtungsselektiert werden, wodurch dem Betrachter ein Raumbildeffekt vermittelt wird. Desweiteren sind Anaglyphenverfahren bekannt, bei welchen zwei seitlich verschobene übereinander projektierte Bilder, die bei der Be trachtung der projektierten Bilder mit Hilfe einer Farbfilterbrille, deren Gläser genau in den gleichen Farben der beiden projektierten Bilder gefärbt sind, eine dreidimen sionale Darstellung erzeugen. Bekannt sind zudem Shutter-Brillen (Chip 5/98 S. 32) die zeitlich verschoben jeweils die Ansicht des Bildes synchron zur Bildschirmdar stellung für das rechte bzw. linke Auge freigeben und somit ein dreidimensionales Bild erzeugen.Known from US 4,571,616 and DE 35 29 819 are projection devices with a screen plane in which the screen is grouped into cylindrical lens-shaped grids in order to generate stereoscopic images. Images are split into vertical lines and projected onto the back of the screen, which are then directionally selected by the cylindrical lenses in front, which gives the viewer a spatial image effect. Furthermore, anaglyph methods are known, in which two laterally shifted projected images, which when viewing the projected images with the help of color filter glasses, the glasses of which are colored in exactly the same colors of the two projected images, produce a three-dimensional representation. Are otherwise known as shutter glasses (Chip 5/98 pp 32) the time-shifted the view of the image in synchronism with the Bildschirmdar position for the right and left eyes release and thus produce a three dimensional image.
Aus JP 07-64 020 A ist ein dreidimensionales Display bekannt, bei dem auf eine Anzeigefläche mehrere Einfachobjektive gestellt werden, die eine Konvexlinse mit kurzer Brennweite, eine Lichtquelle, sowie ein dazwischen positioniertes elastisches Laufwerk, einschließen. Durch Variieren des Abstandes zwischen der Konvexlinse und der Lichtquelle mit Hilfe des flexiblen Laufwerkes wird die Position des durch die Konvexlinse abgebildeten Bildes der Lichtquelle geändert um schließlich imagi näre Bilder zu projektieren. Die Vorrichtung beinhaltet auch die Möglichkeit, daß diese Einfachobjektive zu geometrischen Figuren organisiert werden können, z. B. Zylinder- oder Kugelkörper, so daß die Projektion des imaginären "Vor- oder Hinter bildes" vom Betrachter in einem Betrachtungsradius von 360° möglich gemacht werden kann. Bei solchen Bildprojektionstechniken für das Auge, die scheinbare Bilder durch Zoomung mittels Einfachobjektiven imaginär im Raum hervorrufen, und einen wahrnehmungspsychologischen Effekt (ohne Brille oder ähnliche Hilfsmittel) verwenden, der auf einer empirisch visuell gewonnenen Gedächtnisleistung beruht, wird ausgenutzt, daß die Entfernungseinschätzung eines Objektes in Zusammen hang steht mit der Größe seines wahrgenommenen Abbildes.A three-dimensional display is known from JP 07-64 020 A, in which a Display area can be made of several simple lenses that have a convex lens short focal length, a light source, and an elastic positioned in between Drive. By varying the distance between the convex lens and the light source with the help of the flexible drive, the position of the the convex lens image of the light source changed to finally imagi project när pictures. The device also includes the possibility that these simple lenses can be organized into geometric figures, e.g. B. Cylinder or spherical body, so that the projection of the imaginary "front or back image "made possible by the viewer within a viewing radius of 360 ° can be. With such image projection techniques for the eye, the apparent Create images imaginatively in space by zooming with simple lenses, and a perceptual psychological effect (without glasses or similar aids) use, which is based on an empirically and visually acquired memory, is exploited that the distance assessment of an object in combination hang stands with the size of its perceived image.
Die bekannten Bilddarstellungsvorrichtungen nutzen zur räumlichen Bilddarstellung diffus emittierende Lichtquellen bzw. -punkte, deren abgestrahltes Licht zur Nutzung noch zusätzlich durch Optiken bearbeitet bzw. gefächert wird.The known image display devices use for spatial image display diffusely emitting light sources or points, the emitted light for use is additionally processed or fanned by optics.
Ein Nachteil des oben genannten Anaglyphenverfahrens ist der hohe Farbkompo nentenverlust. Bei dem vorbezeichneten Shutter-Brillen-Verfahren besteht der Nachteil, eine Spezialbrille anwenden zu müssen, mit deren bekannten Nachteilen und Unbequemlichkeiten.A disadvantage of the above-mentioned anaglyph process is the high color compo loss of pension. In the aforementioned shutter glasses method, there is Disadvantage of having to use special glasses with their known disadvantages and inconveniences.
Bei US 4 571 616 und DE 35 29 819 erfährt die dreidimensionale Bildwirkung pro portional Beeinträchtigung, wenn der Betrachter, um größere räumliche Perspekti ven der Bildobjekte wahrnehmen zu können, den Blickwinkel und die Entfernung zum Bildschirm verändert. Dieser explizite Nachteil kann selbst durch das aufwen digere Verschieben der Raster nicht ausgeräumt werden. Bei diesem Verfahren ist ein hoher technischer Aufwand nötig, um den Raumbildeffekt so zu steigern, daß verdeckte Bildinhalte dem Betrachter vermittelt werden können. Dies geschieht durch Vervielfältigung der Vertikallinien, durch zusätzliche Projektionen, oder deren Anpassung an die Betrachtungsposition (Berechnung). Ohnehin ist bei diesem Verfahren nachteilig, daß die Stereoskopie verloren geht, wenn der Bildschirm um eine Bildschirmorthogonale gedreht wird. Dieser Nachteil kommt zum Tragen bei Drehbildschirmen oder Bildschirmen mit horizontaler Bildschirmebene ("Responsive Workbench" - Chip 5/98 S. 32), die von mehreren Betrachtern gleichzeitig genutzt werden. Bei den vorgenannten Verfahren, ausgenommen der Shutter-Technik, kommen ausschließlich die Vertikallinienrasterverfahren in den unterschiedlichsten Variationen zum Einsatz, mit den Konstruktionsnachteilen einer erheblichen Bau tiefe des Bildschirms. In US 4,571,616 and DE 35 29 819, the three-dimensional image effect is proportionally impaired when the viewer changes the viewing angle and the distance to the screen in order to be able to perceive larger spatial perspectives of the image objects. This explicit disadvantage cannot be eliminated even by moving the grid more elaborately. This method requires a high level of technical effort in order to increase the spatial image effect in such a way that hidden image contents can be conveyed to the viewer. This is done by duplicating the vertical lines, by additional projections, or by adapting them to the viewing position (calculation). In any case, this method has the disadvantage that the stereoscopy is lost when the screen is rotated around an orthogonal screen. This disadvantage comes to bear when rotating screens or screens with a horizontal plane of the screen ( "Responsive Workbench" - Chip 5/98 32), which are used by multiple viewers simultaneously. In the aforementioned methods, with the exception of the shutter technology, only the vertical line screening method in a wide variety of variations is used, with the design disadvantages of a considerable depth of the screen.
Die Methode der Bildprojektionstechniken mittels Einfachobjektiven enthält vergli chen mit obigen Verfahren erhebliche Qualitätsminderungen bei höherem techni schen, wie finanziellen, Aufwand, welcher sich erheblich vervielfacht mit zunehmend komplexeren oder bewegten zu vermittelnden Bildinhalten.The method of image projection techniques using simple lenses contains comp chen with the above procedures significant quality reductions with higher techni as financial expense, which multiplies considerably with increasing more complex or moving picture content to be conveyed.
Die bekannten Bilddarstellungsvorrichtungen beinhalten den Nachteil, daß zur Be arbeitung bzw. Auffächerung des diffus abgestrahlten Lichtes der emittierenden Lichtquellen bzw. -punkte zusätzliche getrennte Optiken benötigt werden.The known image display devices have the disadvantage that for loading Processing or fanning out the diffusely emitted light of the emitting Light sources or points additional separate optics are required.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bilddarstellungstechnik von geringer Bautiefe zu entwickeln, dessen Bildanzei gefläche ein Raumbild beim Betrachter erzeugt, ohne separate technische Hilfsmit tel und ohne daß eine festgelegte Positionierung des Betrachters im Einblickwinkel der Bildanzeigefläche notwendig ist, selbst bei Drehung dieser um die Orthogonale, um einen Raumbildeffekt zu erhalten, unter der Voraussetzung einer kostengünsti gen Massenproduktion.Starting from the prior art, the invention is therefore based on the object to develop an image display technique of shallow depth, its image display surface creates a spatial image for the viewer, without separate technical aids tel and without a fixed positioning of the viewer in the viewing angle the image display area is necessary, even if it is rotated around the orthogonal, in order to obtain a spatial effect, provided that it is inexpensive against mass production.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung gemäß des Anspruchs 1 ausgeführt ist.The object is achieved in that the device according to the Claim 1 is executed.
Als Lichtquelle kommen Lichtemitter mit der Fähigkeit Licht stark zu bündeln bei ge ringer Divergenz (unidirektiona), geeigneter Intensität und der Leistungsanforde rung kurze bis extrem kurze Pulse zu erzeugen zum Einsatz. Die Lichtemitterortho gonale ist mittels Aktors von der Bildträgerorthogonale richtungsgemäß beliebig auslenkbar, so daß die von den Lichtemittern unidirektional abgestrahlten Lichtbün del auf jeden beliebigen Punkt einer darüber befindlichen definierten mathemati schen Kuppel ausgerichtet werden können.As a light source, light emitters come with the ability to bundle light strongly at ge low divergence (unidirectional), suitable intensity and the performance requirement generation of short to extremely short pulses. The light emitter ortho gonal is directionally arbitrary by means of actuator from the image carrier orthogonal deflectable, so that the light beam emitted unidirectionally by the light emitters del to any point of a defined mathematics above it dome can be aligned.
Der Aktor zeichnet sich dadurch aus, daß er einen oder mehrere Lichtemitter aus lenken kann.The actuator is characterized in that it has one or more light emitters can direct.
Die aufgezählten Komponenten ergeben ein Basiselement, von welchem beliebig viele zu einer Funktionsmatrix (Bildträger) zusammengefügt werden können. Diese Funktionsmatrix kann wiederum als ein Element für Großflächenbildschirme zu einer Großflächenmatrix (Bildträger) organisiert werden.The listed components result in a basic element, any of which many can be combined to form a function matrix (image carrier). This function matrix can in turn be used as an element for large area screens organized into a large area matrix (image carrier).
Die Funktion des Basiselementes erklärt sich indem von diesem Element Lichtwellen in der Kongruenzabbildungsposition, welche vom darzustellenden Objekt im gleichen unidirektional Strahlengang abgegeben würden und/oder rechnerisch er mittelt wurden, abgestrahlt werden. Dies geschieht, indem die mathematisch defi nierte imaginäre Kuppel systematisch abgefahren wird, wobei die dabei unidirektio nal abgegebenen gepulsten Lichtwellen und die Geschwindigkeit der Abtastung zu einander in einem mathematisch zu bestimmenden Verhältnis stehen und der Wahrnehmungsleistung (Bildqualität) des Betrachters Genüge leistet.The function of the basic element is explained by light waves from this element in the congruence mapping position, which of the object to be displayed in the same unidirectional beam path would be emitted and / or arithmetically were averaged to be emitted. This is done by the mathematically defi The imaginary dome is systematically moved, with the unidirectional emitted pulsed light waves and the speed of the scan too are in a mathematically determinable relationship and the Perception performance (image quality) of the viewer is sufficient.
Die aus den Basiselementen zusammengesetzte Matrix, welche den Bilddträger repräsentiert und die beschriebene Grundfunktion der einzelnen Basiselemente zu sammenfassend prozessual organisiert, entspricht den Anforderungen der zu er zielenden räumlichen Bildwiedergabequalität.The matrix composed of the basic elements, which is the image carrier represents and the described basic function of the individual basic elements Organized in terms of processes, meets the requirements of the he targeting spatial image quality.
Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht darin, daß es möglich ist Lichtwellen unidirektional nach ihren Strahlengängen zu selektieren, welche vom darzustellen den Objekt abgestrahlt werden/würden, um sie dem Betrachter kongruent durch prozessuale Pulsung zeitdimensioniert zu vermitteln, was gewährleistet, daß ein dreidimensionaler Charakter der darzustellenden Bildinhalte qualitativ hochwertig dem Betrachter transferiert werden kann und dies quasi gleichzeitig für beide Au gen.The advantageous effect of the invention is that light waves are possible to select unidirectionally according to their beam paths, which of to represent the object would be / would be emitted to make it congruent to the viewer to convey procedural pulsation in a time-based manner, which ensures that a three-dimensional character of the image content to be displayed, high quality can be transferred to the viewer and this almost simultaneously for both au gene.
Ein hoher wirtschaftlicher Vorteil liegt darin, daß die hier vorgestellte neuartige Technik selbst unter dem Merkmal deren Vereinfachung (Kippachsenreduzierung/- halbierung) das Lentikulärlinsensystem in seiner Wiedergabetechnik ersetzten kann, und dieses in einer Superflachbildschirmbauweise, deren Träger zudem noch die Möglichkeit bietet flexibel gestaltet zu sein.A great economic advantage is that the new one presented here Technology itself with the characteristic of simplifying it (tilt axis reduction / - halving) can replace the lenticular lens system in its rendering technique, and this in a super flat screen design, the carrier also the Possibility to be flexible.
Die Vorrichtung ist in der Lage Raumbildinhalte ohne Hilfsmittel bei gleichbleibender Qualität zu vermitteln, auch wenn der Bildschirm um seine orthogonale Achse ge dreht wird oder der Betrachter innerhalb des Einblickwinkels zum Bildschirm seine Position ändert.The device is capable of maintaining the same spatial image content without aids To convey quality, even if the screen is on its orthogonal axis or the viewer is within the viewing angle to the screen Position changes.
Ein hoher kommerzieller Vorteil besteht weiterhin darin, daß bestehende Massen fertigungstechniken wie photolithografische Prozesse, naßchemische Ätzmethoden, Protonenimplantation, etc. sowie deren Kombination für die komplette Produktion der Vorrichtungselemente Anwendung finden können.Another major commercial advantage is that existing masses manufacturing techniques such as photolithographic processes, wet chemical etching methods, Proton implantation, etc. as well as their combination for the complete production of the device elements can be used.
Für den Anwender einer solchen Vorrichtung kommt der hohe Komfort des geringen Gewichtes (bei sehr flacher Bauweise) der Projektionsvorrichtung zur Geltung, ins besondere bei portablen Geräten oder Heimbildwänden.For the user of such a device there is the high level of convenience of the low Weight (with a very flat design) of the projection device, ins especially with portable devices or home screens.
Die Vorrichtung ist in der Lage jede Bildspalte zur Erzeugung des Raumbildes für beide Augen des Betrachters zu nutzen, im Gegensatz zum Lentikulärlinsensystem. Weiterhin ist die Vorrichtung zum Einsatz zu bringen ohne technisch vorgegebene Rahmenträgerbauweise (randlos), welches den Vorteil in sich birgt Bildschirme un tereinander ohne störende Unterbrechungen organisieren zu können.The device is capable of generating each image column for the spatial image to use both eyes of the viewer, in contrast to the lenticular lens system. Furthermore, the device can be used without technically specified ones Frame support construction (rimless), which has the advantage of screens and screens to be able to organize one another without disruptive interruptions.
Der Bildträger in einem Anwendungsbeispiel setzt sich aus einer Matrix von Karda nikaktoren mit zentraler Trägerplatte (1) und entsprechenden Lichtemittern (2) zu eine Bildanzeigefläche zusammen. Der einzelne Kardanikaktor d. h. die einzelne Vorrichtung zur allseitig drehbaren Aufhängung eines Körpers (hier Lichtemitter (2)) als Torsionsaktor (3) gelöst, erklärt sich nach der bekannten Fertigungstechnik, wel che ihren Einsatz findet z. B. bei der Scannertechnik (Silicon Mirrors and Micromir ror Arrays for Spatial Laser Beam Modulation, Transducers 97, Intern. Conf. on So lid-State Sensors and Actuators, Chicago 1997 und Elektronik 24/1999).The image carrier in an application example is composed of a matrix of cardanic actuators with a central carrier plate ( 1 ) and corresponding light emitters ( 2 ) to form an image display area. The single gimbal actuator ie the single device for all-round rotatable suspension of a body (here light emitter ( 2 )) as a torsion actuator ( 3 ) is explained by the known manufacturing technology, which che is used z. As in scanning technology (on Silicon mirrors and Micromir ror arrays for Spatial Laser Beam modulation, Transducers 97, Intern. Conf. So lid-State Sensors and Actuators, Chicago in 1997 and electronics 24/1999).
Die eingesetzten Torsionsaktoren (3) ermöglichen eine hohe Schwingfrequenz in alle Richtungen des Einblickwinkels des Betrachters, zudem eine einfache geome trische sektionierte Anordnung zueinander, wodurch eine eng gefaßte Konfiguration der Lichtwellenemitter (2) und deren unkomplizierte Spannungsversorgung durch Leiterbeschichtung ohne Materialunterbrechungen erreicht wird.The torsion actuators used ( 3 ) allow a high oscillation frequency in all directions of the viewing angle of the viewer, also a simple geometric sectioned arrangement to each other, whereby a narrow configuration of the light wave emitters ( 2 ) and their uncomplicated power supply is achieved by conductor coating without material interruptions.
Die zentrale Trägerplatte (1) des Torsionsaktors (3) ist bei Bedarf, siehe schemati sche Darstellung Fig. 2, mit einer Distanzplatte (4) versehen um in ihrer Größe dem Torsionsaktor (3) entsprechenden Lichtemitter (2) aufzunehmen, wodurch erreicht wird, daß die Bildanzeigefläche lediglich geringste Lichtemitterfehlstellen aufweist. Auf der Distanzplatte (4) oder direkt auf der zentralen Trägerplatte (1) befinden sich mehrere Strahlungsemitter, welche sich durch starke Lichtbündelung, geringe Di vergenz, geringe spektrale Linienbreite (Monochromasie, Kohärenz), sowie geig nete Intensität und die Möglichkeit kurze Impulse zu erzeugen auszeichnen.The central support plate ( 1 ) of the torsion actuator ( 3 ) is, if necessary, see schematic representation Fig. 2, provided with a spacer plate ( 4 ) to accommodate the size of the torsion actuator ( 3 ) corresponding light emitter ( 2 ), whereby that the image display area has only the slightest light emitter defects. On the spacer plate ( 4 ) or directly on the central carrier plate ( 1 ) there are several radiation emitters, which are due to strong light bundling, low di vergence, small spectral line width (monochromaticity, coherence), as well as suitable intensity and the possibility of generating short pulses award.
Bei geringeren Anforderungen ist es ausreichend, wie in Fig. 1, daß die zentralen Trägerplatten (1) direkt mit Lichtemittern (2) beschichtet werden, um daraus eine Matrix als Bildträger zu organisieren.If the requirements are less, it is sufficient, as in FIG. 1, that the central carrier plates ( 1 ) are coated directly with light emitters ( 2 ) in order to organize a matrix from them as an image carrier.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licences declared | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |