DE19844301A1

DE19844301A1 - Tragbares multifunktionales Breitbandkommunikationsgerät

Info

Publication number: DE19844301A1
Application number: DE19844301A
Authority: DE
Inventors: Clemens Baack; Herbert Venghaus; Karl-Otto Velthaus
Original assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Current assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Ein tragbares multifuntionales Breitbandkommunikationsgerät weist eine funkbetriebene mobile Sende-/Empfangseinheit und eine Bildwiedergabeeinheit auf, wobei die Sende-/Empfangseinheit eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle nach UMTS-Standard zur Übertragung von Bewegtbildern und hochauflösenden Bildern aufweist, die Bildwiedergabeeinheit als Datenbrille ausgebildet ist, die Mittel zur Abbildung der empfangenen Bilddaten auf mindestens einen Teil mindestens eines Brillenglases aufweist, denen eine optische Komponente vorgeschaltet ist, und die Sende-/Empfangseinheit und die Datenbrille miteinander verbunden und Mittel zur Bedienung des Breitbandkommunikationsgerätes vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein tragbares multifunktionales Breitbandkommunikationsgerät.

Mobilität ist ein wichtiges Merkmal der Informationsgesellschaft. Die Nutzer wollen möglichst viele Informationen (Daten, Bilder) an einem beliebigen Ort empfangen können.

So sind Handys entwickelt worden, die in sich eine Sende-/Empfangseinheit und ein Display mit vorgesetzter Linse vereinen. Bei derartigen Geräten sind jedoch die Hände des Benutzers nicht frei und eventuelle Interaktionen sind praktisch nicht ausführbar. Ein in ein Handy integriertes Display ist bisher nicht als 3D-Display ausgeführt. Außerdem ist ein solches Handy nicht für eine längere Betriebsdauer geeignet.

In COMTEC 4/1997, S. 35 wird über ein Handy der Firma NEC Corp. berichtet, bei dem mittels eines speziell entwickelten Signalprozessors Videobilder auf ein in das Handy integriertes Display übertragen werden. Die Größe des Displays ist von der Größe des Handys abhängig, das ja möglichst klein und leicht ausgestaltet sein soll. Somit ist in dieser technischen Lösung die Größe des dargestellten Bildes sehr begrenzt. Auch bei anderen technischen Entwicklungen werden die elektronischen Komponenten immer kleiner und lassen eine sinnvolle Integration z. B. von Direktsichtdisplays nicht zu.

In den letzten Jahren wurden neue Anzeigeeinheiten entwickelt, jedoch entsprechen diese nicht den Anforderungen an ein Hochleistungsdatensichtgerät bei gleichzeitiger Nutzung einer ultramobilen Sende- und Empfangseinheit.

Die sogenannten Helmet Mounted Devices (HMD), die Anzeigeeinheiten für spezielle Simulationszwecke oder Virtual Reality darstellen, ermöglichen eine Bilddarstellung in einer für den Betrachter angenehmen Größe. Diese Geräte weisen aber ein sehr großes Gewicht auf.

Eine Weiterentwicklung dieser HMD-Anzeigegeräte sind sogenannte Viewfinder, welche als leichtere Anzeigeeinheit an Helmen montiert werden. Hierbei wird ein Display vor das Gesichtsfeld geschwenkt und kann dort mit einem Auge betrachtet werden (s. beispielsweise Prospekt "M1 LIQUID IMAGE" der Firma Liquid Image Corporation). Je nach aktueller Aufgabenstellung muß hier der Betrachter manuell die Bedingung (Anordnung des Displays vor dem Gesichtsfeld oder Rausschwenken aus diesem) einstellen.

In US 4,806,011 ist ein Brillendisplay beschrieben, bei dem im Bügel ein Display angeordnet ist, dessen Bild mittels eines Reflektors auf das innere Brillenglas in Übereinstimmung mit der Blickrichtung des Betrachters abgebildet wird. Für den Zweck der Abbildung ist das Brillenglas innen teilweise mit einem metallischen Überzug versehen. Diese technische Lösung hat den Nachteil, daß nur sehr kleine Bildausschnitte (≈ 200×200 Punkte) dargestellt werden können.

Von der ungarischen Firma Albacomp ist eine Datenbrille entwickelt worden, in deren Gehäuse ein Flüssigkristall-Monitor von Sony angeordnet ist, dessen Bild auf zwei kleine Spiegel vor den Augen projiziert wird (Mitteilung in "Spiegel" 21/1998, S. 210). Eine derartige Datenbrille isoliert den Benutzer von der Umwelt, erfordert eine aufwendige Optik, wodurch die Datenbrille schwerer und mechanisch anfälliger ist und eine größere Tiefenausdehnung aufweist.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein tragbares multifunktionales Breitbandkommunikationsgerät anzugeben, das die Übertragung von Daten und Bildern ermöglicht und mit kleinen, leichten und handlichen Mitteln sowohl die Betrachtung des übertragenen Bildes als auch die Betrachtung des realen Bildes gestattet. Die Bedienung soll für den Betrachter auch ohne Einsatz seiner Hände möglich sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein tragbares multifunktionales Breitbandkommunikationsgerät, das eine funkbetriebene mobile Sende-/Empfangseinheit und eine Bildwiedergabeeinheit aufweist, wobei die Sende-/Empfangseinheit eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle nach UMTS-Standard zur Übertragung von Bewegtbildern und hochauflösenden Bildern aufweist, die Bildwiedergabeeinheit als Datenbrille ausgebildet ist und die Datenbrille Mittel zur Abbildung der empfangenen Bilddaten auf mindestens einen Teil mindestens eines Brillenglases aufweist, denen eine optische Komponente vorgeschaltet ist, die Sende- /Empfangseinheit und die Datenbrille miteinander verbunden und Mittel zur Bedienung des Breitbandkommunikationsgerätes vorgesehen sind.

Bei dem erfindungsgemäßen tragbaren multifunktionalen Breitband kommunikationsgerät ist die Sende-/Empfangseinheit von der Bildwiedergabeeinheit getrennt angeordnet. Damit kann die als Datenbrille ausgebildete Bildwiedergabeeinheit sehr kompakt und leicht aufgebaut werden. Der Nutzer hat die Möglichkeit, die Sende-/Empfangseinheit, beispielsweise ein Handy, an/in seiner Kleidung zu befestigen und die Datenbrille ständig in Betrachterposition zu haben.

Vorteilhaft ist die Ausbildung der Datenbrille, die auch in Abmessungen und Gewicht annähernd einer konventionellen Brille entspricht. In Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mittel zur Abbildung der empfangenen Bilddaten Displays, wobei jeweils ein Display auf dem unteren Teil des rechten und des linken Brillenglases angeordnet ist, oder ein im Brillengehäuse angeordnetes Display und mindestens teilweise als Spiegel ausgebildete Brillengläser, auf die das auf dem Display dargestellte Bild projiziert ist, aufweisen oder vollständig mit einem Display versehene Brillengläser sind. Den Displays sind jeweils in Betrachterrichtung optische Komponenten vorgeschaltet, die eine ca. 30fache Vergrößerung des virtuellen Bildes realisieren.

Die Ausbildung des Datensichtgerätes als Datenbrille in den genannten Ausführungen ermöglicht die Überlagerung des virtuellen Bildes mit dem realen Bild, was bei speziellen Tätigkeiten des Betrachters beispielsweise für dessen Orientierung notwendig ist. Außerdem bietet die Datenbrille die Möglichkeit einer echten 3D-Darstellung. Während der Datensichtung hat der Nutzer beide Hände frei. Bei der erfindungsgemäßen Lösung, beispielsweise bei der Ausführung ähnlich einer Lesebrille, kann der Benutzer mit einem Blick nach unten die Daten sichten, während er ansonsten von der Datenbrille nicht in seinem Gesichtsfeld eingeschränkt ist. In Verbindung mit hohen Übertragungsraten (bis zu 2 MBit/s) im zukünftigen Mobilfunksystem UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) von einer Sende- /Empfangseinheit (beispielsweise einem Handy) ermöglicht somit die Erfindung, hochaufgelöste Bilddaten in 2D- und 3D-Bilddarstellungen mit einer ultraportablen Anzeigeeinheit einzusehen, wobei eine Benutzung der Hände nicht notwendig ist.

In einer weiteren Ausführungsform sind diese Displays Elektroluminszenz-Dis plays, die in bevorzugter Ausführung jeweils auf einem Si-Chip mit aktiver Ansteuerung angeordnet sind.

Eine zum Betrachter hin dem Display vorgeschaltete optische Komponente ist beispielsweise eine Linse. Die optische Komponente dient zum einen einer effizienten Lichtauskopplung und zum anderen der Vergrößerung des empfangenen Bildes.

Zur weiteren Erhöhung der Effizienz der Lichtauskopplung ist zwischen Elektrolumineszenz-Display und Linse eine Glasplatte angeordnet, die aus parallel dicht benachbart angeordneten Glasfasern gebildet ist. Bedingt durch einen angepaßten Brechungsindex und durch die Parallelisierung des austretenden Lichtes erhöht sich der Auskopplungswirkungsgrad der elektrolumineszierenden Schicht, und somit ist die Wirkung der vorgeschalteten optischen Komponente optimiert. So ist eine um den Faktor 2 bis 3 höhere Leuchtdichte am Auge im Vergleich zu einem herkömmlichen Aufbau feststellbar. Diese Anordnung gewährleistet auch eine bessere Abschirmung gegen Fremd- und Streulicht und ermöglicht einen robusten vollverklebten Aufbau, der nur gering anfällig ist gegen Bruch und Dejustage.

Anstelle der genannten Glasplatte und der erwähnten Linse kann auch eine mittels Grautonlithographie hergestellte Dickschichtlinse verwendet werden, die das gesamte Display bedeckt. Diese Ausführungsform ermöglicht insbesondere die Herstellung sehr dünner, relativ leichter Brillengläser bei gleichzeitig sehr effizienter Auskopplung des im Display erzeugten Lichtes, da hierbei eine weitere vorgeschaltete optische Komponente nicht mehr notwendig ist.

Die Displays können in Ausführungsformen auch als reflektives, in vorteilhafter Weise auf einem Si-Chip mit aktiver Ansteuerung angeordnetes, oder als transmissives Flüssigkristall-Display ausgebildet sein. Die Ansteuertransistoren im Display bestehen aus Polysilizium und können mit herkömmlicher Si-Technik in hoher Auflösung realisiert werden.

Während die Elektrolumineszenz-Displays in einem größeren Temperaturbereich einsetzbar sind, robuster in ihrer Handhabbarkeit sind und ihre optische Einrichtung flacher ausgebildet werden kann, da dieses Display ein selbstemissives ist, benötigt ein Flüssigkristall-Display weniger Leistung zum Betreiben und ist derzeit billiger herstellbar, jedoch ist ein tieferer optischer Aufbau erforderlich. Die Displays sind in Abhängigkeit ihrer Vor- und Nachteile für jedes Einsatzgebiet entsprechend auszuwählen.

Je nach dem, welches Display in der Datenbrille Anwendung findet, können die Mittel zur Spalten- und Zeilenansteuerung auch in der Brillenfassung angeordnet sein.

Die Verbindung zwischen Sende-/Empfangseinheit und Datenbrille kann drahtlos oder über Draht ausgeführt sein. Die drahtlose Verbindung, die durch eine Infrarot-Verbindung bzw. eine Funkverbindung mit niedriger Leistungsdichte realisiert ist, erhöht die zueinander unabhängige Portabilität der beiden Einheiten für Sendung/Empfang und Bildwiedergabe und begrenzt nicht die Nutzungsdauer des Breitbandkommunikationsgerätes.

In einer Ausführungsform sind die Mittel zur Daten- und Bildbearbeitung in die Sende-/Empfangseinheit integriert. So kann beispielsweise ein integrierter Daten- und Bildbearbeitungscomputer die empfangenen Signale derart verarbeiten, daß die Displays auf den Brillengläsern entsprechend der darzustellenden Bilder angesteuert werden.

Die Bedienung des erfindungsgemäßen Breitbandkommunikationsgerätes ist zum einen berührungslos mittels Ton, zum anderen durch Berührung mit der Hand, beispielsweise mittels Maus, Joystick, Datenhandschuh, vorgesehen. Diese Ausführungsformen ermöglichen somit die Anwendung des Gerätes in verschiedenen Einsatzgebieten unter Berücksichtigung einer gewünschten Bedienung durch den Nutzer.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, an der Datenbrille Lautsprecher für den individuellen Tonempfang des Nutzers anzuordnen, die mit der Sende-/Empfangseinheit verbunden sind. Werden beispielsweise kleine Lautsprecher, die im Ohr des Nutzers angeordnet sind, verwendet, so wird die Umgebung nicht belästigt und können Informationen vertraulich behandelt werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend näher erläutert.

Ein Nutzer trägt an seiner Kleidung befestigt eine funkbetriebene Sende- /Empfangseinheit mit einer Hochgeschwindigkeitsschnittstelle nach UMTS-Standard zur Übertragung von Bewegtbildern und hochauflösenden Bildern in Form eines Handys. Die Sende-/Empfangseinheit ist über Kabel mit einer als Datenbrille ausgebildeten Bildwiedergabeeinheit verbunden, die der Nutzer wie eine normale Brille trägt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Brillengläser der Datenbrille in ihrem unteren Teil - ähnlich einer Lesebrille - mit jeweils einem Elektrolumineszenz-Display versehen. Eine dem Elektrolumineszenz-Display vorgeschaltete Linse realisiert eine Größe eines mit dem Display dargestellten virtuellen Bildes ähnlich der Bildgröße eines 17''-Monitors. Die Bilddarstellung erfolgt in 3D, da einer solchen Datenbrille die Trennung von Links-Rechts-Information inhärent ist. Das Handy weist auch einen integrierten Daten- und Bildbearbeitungscomputer auf, mit dessen Hilfe die vom Handy mit sehr hoher Datenrate empfangenen Daten in (bewegte) Bilder auf dem Display umgesetzt werden. Je nach Anwendungszweck und Bedarf sind an dem Brillengestell Mikrofon und Ohrhörer befestigt. Damit bleibt der Nutzer frei beweglich und muß nicht seine Hände für die Bedienung, die nunmehr per Sprache erfolgt; einsetzen, sondern kann diese nutzen beispielsweise für die Reparatur eines Gerätes, das er sich durch den oberen Teil der Brillengläser ansehen kann. Ohrhörer und Display gestatten die Übermittlung von vertraulichen Informationen, welche von anderen nicht einsehbar sind. Somit ist die von der Empfangs- und Sendeelektronik getrennte Bildwiedergabeeinheit kompakt und leicht als "persönliches virtuelles Bildwiedergabesystem" ausführbar. In Verbindung mit der hohen Datenrate des zukünftigen neuen Mobilfunkstandards ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Breitbandkommunikationsgerät erstmals die Möglichkeit, hochaufgelöste Bilddaten in 2D- und 3D-Darstellung mit einer ultraportablen Bildwiedergabeeinheit, einer Datenbrille, einzusehen, bei der die Hände nicht für die Bedienung eingesetzt werden müssen.

Claims

1. Tragbares multifunktionales Breitbandkommunikationsgerät, aufweisend eine funkbetriebene mobile Sende-/Empfangseinheit und eine Bildwiedergabeeinheit, wobei

- die Sende-/Empfangseinheit eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle nach UMTS-Standard zur Übertragung von Bewegtbildern und hochauflösenden Bildern aufweist,
- die Bildwiedergabeeinheit als Datenbrille ausgebildet ist, die Mittel zur Abbildung der empfangenen Bilddaten auf mindestens einen Teil mindestens eines Brillenglases aufweist, denen eine optische Komponente vorgeschaltet ist,
- die Sende-/Empfangseinheit und die Datenbrille miteinander verbunden sind und
- Mittel zur Bedienung des Breitbandkommunikationsgerätes vorgesehen sind.

2. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Abbildung der empfangenen Bilddaten Displays aufweisen, wobei jeweils ein Display auf dem unteren Teil des rechten und des linken Brillenglases angeordnet ist.

3. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Abbildung der empfangenen Bilddaten ein im Brillengehäuse angeordnetes Display und mindestens teilweise als Spiegel ausgebildete Brillengläser aufweisen, auf die das auf dem Display dargestellte Bild projiziert ist.

4. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Abbildung der empfangenen Bilddaten vollständig mit einem Display versehene Brillengläser sind.

5. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschaltete optische Komponente eine Linse ist.

6. Breitbandkommunikationsgerät nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Display ein Elektrolumineszenz-Display ist.

7. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolumineszenz-Display auf einem Si-Chip mit aktiver Ansteuerung angeordnet ist.

8. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Elektrolumineszenz-Display und Linse eine Glasplatte angeordnet ist, wobei die Glasplatte aus parallel dicht benachbart angeordneten Glasfasern gebildet ist.

9. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolumineszenz-Display in Richtung des Lichtaustritts mit einer mittels Grautonlithographie hergestellten Dickschichtlinse bedeckt ist.

10. Breitbandkommunikationsgerät nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Display ein reflektives Flüssigkristall-Display ist.

11. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektive Flüssigkristall-Display auf einem Si-Chip mit aktiver Ansteuerung angeordnet ist.

12. Breitbandkommunikationsgerät nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Display ein transmissives Flüssigkristall-Display ist.

13. Breitbandkommunikationsgerät nach einem der Ansprüche 6, 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Zeilen- und Spaltenansteuerung in der Brillenfassung angeordnet sind.

14. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Sende-/Empfangseinheit und Datenbrille drahtlos erfolgt.

15. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Verbindung eine Infrarot-Verbindung ist.

16. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Verbindung eine Funkverbindung mit niedriger Leistungsdichte ist.

17. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Sende-/Empfangseinheit und Datenbrille über Draht erfolgt.

18. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sende-/Empfangseinheit Mittel zur Daten- und Bildbearbeitung integriert sind.

19. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienung des Breitbandkommunikationsgerätes berührungslos per Sprache erfolgt und an der Datenbrille ein Mikrofon angeordnet ist, das mit den Mitteln zur Daten- und Bildverarbeitung in der Sende-/Empfangseinheit verbunden ist.

20. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienung des Breitbandkommunikationsgerätes durch Berührung mit Hand (Maus, Joystick, Datenhandschuh) erfolgt und diese Mittel mit den Mitteln zur Daten- und Bildverarbeitung in der Sende-/Empfangseinheit verbunden sind.

21. Breitbandkommunikationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Datenbrille Lautsprecher für den individuellen Tonempfang des Nutzers angeordnet sind, die mit der Sende-/Empfangseinheit verbunden sind.