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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von
Flüssigkristallanzeige(LCD)-Shutter-
bzw. Schieber-Brillen, insbesondere eine Vorrichtung, die den rechten
und linken LCD-Shutter der LCD-Shutter-Brille alternierend lichtdurchlässig steuert.
Ein Betrachter, der die mit der genannten Steuervorrichtung versehene
Shutter-Brille trägt,
wird bei einem auf dem Bildschirm dargestellten Bild einen dreidimensionalen
Effekt feststellen, wenn die Geschwindigkeit des alternierend lichtdurchlässig bzw.
transparent geschalteten rechten und linken LCD-Shutters mit dem
Vertikalsynchronisationssignal der Bildröhre überstimmt.
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Durch
die Fortschritte in der Computertechnologie hat auch die Computer-Software mit Hilfe
der Hochgeschwindigkeits-Hardware unglaubliche Fortschritte gemacht.
Ein Beispiel ist die rasch wachsende Computer-Software für die Darstellung
dreidimensionaler Bilder mit Stereoklang, während in der Vergangenheit
nur zweidimensionale Bilder mit Mono-Audiosignalen kombiniert wurden.
Für den
Betrachter ist es besonders interessant, wenn er dreidimensionale
Bilder oder Darstellungen mit Hilfe einer LCD-Shutter-Brille mit
rechtem und linkem LCD-Shutter betrachten kann.
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So
ist aus dem
US-Patent 5,808,588 eine Shutter-Synchronisierungsschaltung
für stereoskopische
Systeme bekannt, welche ein Shutter-Schaltsignal und daraus abgeleitete
Signale für
ein linkes und ein rechtes LCD-Shutter einer LCD-Shutter-Brille generiert.
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Um
den dreidimensionalen Effekt für
den Betrachter zu erzeugen, wird üblicherweise die Methode der
linearen Perspektive oder die Methode der Zweiaugen-Disparität zur Wahrnehmung
der räumlichen
Tiefe verwendet, wobei die Sehnerven den sogenannten 3D-Effekt durch
die Wahrnehmung der räumlichen
Tiefe erzeugen. Die erwähnte
Methode der linearen Perspektive nutzt die Länge und den Unterschied einzelner
Linien, um den 3D-Effekt darzustellen, so wie dies in 1 dargestellt
ist. 1 zeigt die Vorderansicht eines parallelen Schienenpaares
bei Anwendung des Verfahrens der linearen Perspektive. Die weit
vom Betrachter entfernten Enden der Schienen werden dabei aus der
Sicht des Beobachters miteinander verbunden. Andererseits nimmt
die Entfernung zwischen den beiden Schienen zu, je näher sie
beim Betrachter sind. D. h., daß für die Zwecke
der Erzeugung eines dreidimensionalen Effekts mit Hilfe der linearen
Perspektive die Distanz zwischen zwei parallelen Linien kleiner
werden sollte, wenn diese Linien weit weg vom Betrachter sind und daß die Distanz
zwischen zwei parallelen Linien größer werden sollte, wenn diese
Linien nahe beim Betrachter sind. Viele Computer-Software-Programme übernehmen üblicherweise
die Methode der linearen Perspektive zur Produktion dreidimensionaler
Bilder, aber diese dreidimensionalen Bilder, die mit dieser Methode
dargestellt werden, sind in Wirklichkeit nicht "dreidimensional". Diese Bilder unterscheiden sich von
den dreidimensionalen Objekten der realen Welt und können nur
in einer zweidimensionalen Ebene, beispielsweise auf Bildschirmen
oder Anzeigevorrichtungen dargestellt werden.
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Eine
andere Methode zur Erzeugung des dreidimensionalen Effektes ist
die Methode der Zweiaugen-Disparität bzw. Ungleichheit. Wenn der
Betrachter ein Ob jekt der realen Welt betrachtet, dann sind die
Bilder, die auf der Retina des linken Auges gebildet werden, und
die Bilder, die auf der Retina des rechten Auges abgebildet werden,
unterschiedlich voneinander und zwar wegen der unterschiedli chen
Sehlinien. Je weiter die Distanz zwischen dem Objekt und dem Betrachter
ist, um so größer ist
die Differenz zwischen diesen zwei Bildern. Wenn die auf der Retina
des linken und rechten Auges abgebildeten Bilder sich voneinander
unterscheiden, könnte ein
wahres "dreidimensionales" Bild aufgrund der Tiefenwahrnehmung
geschaffen werden. Der aus
US-Patent
5,796,373 "computerized
stereoscopic image system and method of using two-dimensional image
for providing a view having visual depth" bekannte Stand der Technik verwendet
sogenannte LCD-Shutter-Brillen und die Methode der Zweiaugen-Disparität, um einen
dreidimensionalen Effekt zu erzeugen. Bei diesem Stand der Technik
ist die alternierende Lichtdurchlaßrate des rechten und linken LCD-Shutters
synchron mit der alternierenden Darstellungsrate des rechten und
linken Bildes auf dem Computerbildschirm. D. h., wenn das linke
Bild für das
linke Auge auf dem Bildschirm dargestellt wird, ist der linke LCD-Shutter
Lichtdurchlässig
und der rechte ist lichtundurchlässig.
Umgekehrt, wenn das rechte Bild für das rechte Auge auf dem Bildschirm dargestellt
wird, ist der rechte LCD-Shutter durchlässig und der linke undurchlässig. Wenn
die alternierende Darstellungsrate für das linke und rechte Bild geringer
ist als die Verzögerungszeit
des Sehens, kann ein wirklichkeitsgetreues dreidimensionales Bild
erzeugt werden.
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Das
3D-Bildsystem nach dem Stand der Technik enthält eine Steuereinheit, wie
sie in 2(a) dargestellt ist. Diese
Steuereinheit besteht im wesentlichen aus einer Stromversorgung,
einem VGA-Schnittstellenpuffer, einer Shutter-Umschalteinrichtung,
einer Shutter-Steuerschaltung und einer Ausgangs-Schaltung. Es gibt
mehrere Verbindungsleitungen in der Steuerschaltung. Erstens, weil
die Steuerschaltung vom Computer getrennt ist, kann es die Stromversorgung
des Computers nicht benutzen und muß sich einer eigenen Stromversorgung
bedienen. Die Funktion dieser eigenen Stromversorgung besteht darin,
den externen Wechselstrom in einen Gleichstrom zu verwandeln, um
eine stabile Energieversorgung für die
anderen Schaltungen der Steuereinheit bereitzustellen. Die Stromversorgung
belastet die Schaltungen der Steuereinheit und greift in die Stabilität der anderen
Schaltungen in der Kontrolleinheit ein.
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Zweitens
wird die Steuereinheit wegen der Trennung der Steuereinheit vom
Computer mit der LCD-Shutter-Brille verbunden, wie dies in 2(b) dargestellt ist. Das Tragen der LCD-Shutter-Brille
mit der zusätzlichen
Steuereinheit ist sowohl ungewöhnlich
als auch unbequem. Drittens muß die
Steuerschaltung nach dem Stand der Technik das durch die VGA-Karte
erzeugte horizontale Synchronisiersignal empfangen, um den positiven
oder negativen Wert des Vertikalsynchronisationssignals zu sperren
oder durchzuschalten. Die Steuereinheit benötigt deshalb die schon erwähnte Shutter-Umschalteinrichtung,
um die Funktion des Sperrens und Durchschaltens zu bewerkstelligen.
Das Erfordernis dieser Shutter-Umschalteinrichtung
verkompliziert die Schaltung der Steuereinheit und erhöht darüber hinaus
die Kosten. Viertens ist es zur Unterscheidung des Steuersignals für den linken
LCD-Shutter von dem des rechten LCD-Shutters notwendig, in die Steuerschaltung
eine Ausgangsschaltung einzubauen. Diese Ausgangsschaltung enthält einen
Wechselschalter, um das Shutter-Steuersignal vom linken auf den
rechten LCD-Shutter der LCD-Shutter-Brille zu schalten. Diese zusätzliche
Ausgangsschaltung macht die Schaltung der Steuereinheit ebenfalls
kompliziert und erhöht
die Kosten.
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Ausgehend
von diesem Stand liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die nur einen
vergleichsweise einfachen Aufbau ihrer Steuereinheit erfordert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung gelöst,
die in den Ansprüchen
definiert ist.
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Die
Erfindung zeichnet sich durch eine Mehrzahl von Vorteilen aus:
- (1) eine eigene Stromversorgung ist im Gegensatz
zum Stand der Technik nicht erforderlich. Zugleich ist damit ist
der entsprechende Schaltungsaufbau weniger komplex ausgestaltet,
da Zuleitungen von einer Stromversorgung zu Schaltungskomponenten
der Steuereinheit entfallen;
- (2) die Steuerschaltung ist von der LCD-Shutter-Brille getrennt,
so daß der
Träger
der Brille nicht mit dem Gewicht der Steuerschaltung belastet wird;
- (3) es wird lediglich ein Vertikalsynchronisationssignal, nicht
jedoch auch ein horizontales Synchronisationssignal verwendet, so
daß der
Schaltungsaufbau weiter vereinfacht wird und Kosten gesenkt werden;
- (4) es werden Steuersignale für den rechten und den linken
LCD-Shutter der LCD-Shutter-Brille gebildet, und zwar ohne Zuhilfenahme
eines sogenannten Wechselschalters zur Umschaltung des Steuersignals
auf den linken oder rechten LCD-Shutter.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung
von Flüssigkristallanzeige(LCD)-Shutter-Brillen
(nachfolgend „Sehvorrichtung" genannt) und im
speziellen auf eine Vorrichtung, die den rechten und linken Shutter
(Verschlußteil)
der Sehvorrichtung alternierend lichtdurchlässig macht. Mit anderen Worten,
wenn das Bild für
das linke Auge an einem Bildschirm gezeigt wird, wird der linke
LCD-Shutter der Sehvorrichtung lichtdurchlässig und der rechte LCD-Shutter
lichtundurchlässig geschaltet.
Umgekehrt, wenn das Bild für
das rechte Auge auf dem Bildschirm gezeigt wird, ist der rechte LCD-Shutter
transpa rent bzw. lichtdurchlässig
und der linke LCD-Shutter lichtundurchlässig. Die Steuersignale für den linken
und rechten LCD-Shutter der Sehvorrichtung werden durch das Vertikalsynchronisationssignal,
das zum Beispiel in der VGA-Karte eines, Computers erzeugt wird,
gesteuert. Mit Hilfe der abwechselnden Lichtdurchlässigkeit
für den
linken und rechter Shutter wird ein wirklicher dreidimensionaler
Effekt erzeugt und zwar unter Anwendung des Verfahrens der Zweiaugen-Disparität.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1:
den dreidimensionalen Effekt am Beispiel eines Schienenpaares durch
Anwendung der Methode der linearen Perspektive. Die weit vom Betrachter
entfernten Schienenenden laufen aus der Sicht des Betrachters zusammen,
während
der Abstand zwischen den Schienen mit zunehmender Nähe zum Betrachter
größer wird;
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2(a): das Blockschaltbild einer Steuerschaltung
für LCD-Shutter-Brillen
nach dem Stand der Technik gemäß
US-Patent 5,796,373 ;
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2(b): die bekannte Steuerschaltung gemäß 2(a) mit der LCD-Shutter-Brille;
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3:
das Blockschaltbild einer Steuerschaltung für eine Sehvorrichtung gemäß der Erfindung;
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4:
die Wellenform eines Vertikalsynchronisationssignals am Eingang
der Schaltung gemäß 3 und
die Wellenform des Lichtdurchlaßsignals am
Ausgang dieser ersten Schaltungskomponente;
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5:
das Blockschaltbild einer zweiten Schaltungskomponente gemäß der Erfindung,
bestehend aus einer Oszillatorschaltung und einer Frequenzteilerschaltung;
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6(a): die Schaltung einer dritten Komponente in
einer Anordnung gemäß der Erfindung.
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6(b): die Beziehung zwischen dem Eingangssignal
und Ausgangssignal dieser dritten Schaltungskomponente.
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Die 3 zeigt
den Schaltungsaufbau für eine
Steuerschaltung einer Sehvorrichtung (d. h. einer LCD-Shutter-Brille).
Die Sehvorrichtung enthält sowohl
rechte und linke LCD-Shutter. Ein Betrachter, der diese Sehvorrichtung
trägt,
kann auf diese Weise ein dreidimensionales Bild sehen. Das genannte Steuergerät enthält eine
erste Einrichtung 31, eine zweite Einrichtung 32 und
eine dritte Einrichtung 33. Die erste Einrichtung 31 empfängt ein
Vertikalsynchronisationssignal zum Beispiel von einer VGA-Karte
in einem Computer und erzeugt ein Lichtdurchlaßsignal, d. h., diese erste
Einrichtung 31 erzeugt ausgelöst durch das Vertikalsynchronisationssignal
das zuvor genannte Lichtdurchlaßsignal.
Die zweite Einrichtung 32 erzeugt ein erstes Spannungssignal,
mit dem der linke oder der rechte LCD-Shutter in seiner Lichtdurchlässigkeit
blockiert werden kann. Die dritte Einrichtung 33 empfängt das
sogenannte Lichtdurchlaßsignal
und dieses erste Spannungssignal und erzeugt ein erstes und ein
zweites Steuersignal für
den linken und rechten LCD-Shutter. Aufgrund der Tatsache, daß der linke
und der rech te Shutter abwechselnd lichtdurchlässig geschaltet werden, kann
der Betrachter einen dreidimensionalen Raumeffekt feststellen.
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Die
erste Einrichtung 31 kann die Frequenz des Vertikalsynchronisationssignals,
das von der VGA-Karte kommt, reduzieren und dann das Lichtdurchlaßsignal
erzeugen. Die Zeitdauer für
den Hoch- oder Niederspannungsanteil des Lichtdurchlaßsignals
beträgt
jeweils die Hälfte
der Periode des Lichtdurchlaßsignals,
d. h., der Arbeitszyklus des Lichtdurchlaßsignals beträgt 50/50. 4 zeigt
die Wellenform des Vertikalsynchronisationssignals, das am Eingang
der ersten Einrichtung 31 anliegt und die Wellenform des
Lichtdurchlaßsignals,
das durch diese erste Einrichtung 31 erzeugt wird. Wie
in 4 dargestellt, beträgt der Arbeitszyklus des genannten Lichtdurchlaßsignals
50/50. Die Hochvoltphase 431 des Lichtdurchlaßsignals 43 kann
zur Aktivierung des linken Shutters und die Niedervoltphase 432 zur
Aktivierung des rechten Shutters verwendet werden bzw. umgekehrt.
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Die
genannte zweite Einrichtung 32 erzeugt das erste Spannungssignal,
das den LCD-Shutter der Sehvorrichtung lichtundurchlässig macht. Üblicherweise
ist der LCD-Shutter der Sehvorrichtung lichtdurchlässig, wenn
kein Spannungssignal am LCD-Shutter anliegt. Umgekehrt sind die
LCD-Shutter lichtundurchlässig,
wenn ein Spannungssignal, dessen Frequenz ungefähr 1 KHz beträgt, an den LCD-Shuttern anliegt.
Die zweite Einrichtung 32 erzeugt das erste Spannungssignal
mit einer Frequenz von ungefähr
1 kHz, um die LCD-Shutter lichtundurchlässig zu machen.
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Eine
andere Ausgestaltung der genannten zweiten Einrichtung 32 enthält eine
Oszillatorschaltung 51 und eine Frequenzteilerschaltung 52.
Wie in 5 dargestellt, erzeugt die Oszillatorschaltung 51 ein
zweites Spannungssignal, dessen Frequenz ein Mehrfaches von 1 KHz,
beispielsweise 2 KHz beträgt.
Die genannte Frequenzteilerschaltung 52 empfängt dieses
zweite Spannungssignal und erzeugt das bereits erwähnte erste
Spannungssignal. Der Arbeitszyklus des ersten Spannungssignals beträgt ungefähr 50/50,
d. h. die Zeitdauer der Hochvolt- bzw. Niedervoltphase des ersten
Spannungssignals entspricht jeweils der halben Periodendauer des
ersten Spannungssignals.
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Die
dritte Einrichtung 33 der vorliegenden Erfindung empfängt das
Lichtdurchlaßsignal
und das erste Spannungssignal zur Generierung des ersten und zweiten
Steuersignals zur Steuerung des linken und des rechten LCD-Shutters.
Auf diese Weise werden der linke und der rechte LCD-Shutter abwechselnd
lichtdurchlässig
gesteuert. Das Schaltbild der dritten Einrichtung 33 ist
in 6(a) dargestellt. Ein erstes
Eingangssignal 61, das der dritten Einrichtung 33 zugeführt ist,
ist das schon beschriebene Lichtdurchlaßsignal, welches in der ersten
Einrichtung 31 erzeugt wird, während ein zweites Eingangssignal 62 durch
das erste Spannungssignal gebildet wird, welches in der zweiten
Einrichtung 32 generiert wird. Die beiden Eingangssignale 61 und 62 werden
zum Beispiel durch eine Kombination von NICHT-Gliedern und UND-Gliedern
logisch verknüpft,
wobei ein erstes Zeitsignal 63, ein zweites Zeitsignal 64,
ein drittes Zeitsignal 65 und ein viertes Zeitsignal 66 erzeugt werden
(siehe hierzu 6(b)). Das erste Zeitsignal 63 und
das zweite Zeitsignal 64 werden einem ersten Differenzverstärker 671 zugeführt, der
ein erstes Steuersignal 68 generiert. Das dritte Zeitsignal 65 und
das vierte Zeitsignal 66 werden einem zweiten Differenzverstärkter 672 zugeführt, der
ein zweites Steuersignal 69 generiert. Durch die beiden
Steuersignale 68 und 69 wird jeweils der linke
bzw. der rechte LCD-Shutter der Sehvorrichtung abwechselnd lichtdurchlässig und
lichtundurchlässig
geschaltet.
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Wenn
das Bild für
das linke Auge des Betrachters auf dem Computerbildschirm dargestellt wird,
ist der linke LCD-Shutter lichtdurchlässig geschaltet, während in
dieser Zeit der rechte LCD-Shutter lichtundurchlässig ist. Zu einem anderen
Zeitpunkt, wenn das Bild für
das rechte Auge auf dem Bildschirm dargestellt wird, wird der rechte LCD-Shutter
lichtdurchlässig
und der linke LCD-Shutter lichtundurchlässig geschaltet. Durch die wechselseitige
Lichtdurchlässigkeit
für den
linken und rechten Shutter ergibt sich bei Anwendung der Methode
der Zweiaugen-Disparität ein echter
dreidimensionaler Effekt. Wie vorstehend erläutert, kann durch die vorliegende
Erfindung der linke und der rechte Shutter des Sehvorrichtung abwechselnd lichtdurchlässig geschaltet
werden, derart, daß der Wechseltakt
für die
Lichtdurchlässigkeit
des linken und rechten Shutters mit dem Vertikalsynchronisationssignal
der VGA-Karte übereinstimmt.
Auf diese Weise kann der Betrachter, der eine solche Sehvorrichtung
trägt,
einen dreidimensionalen Effekt feststellen. Vorteilhaft bei der
vorliegenden Erfindung ist ferner, daß keine eigene Stromversorgung
benötigt wird
und daß auch
kein horizontales Synchronisationssignal von der VGA-Karte empfangen
werden muß,
weshalb die Schaltung der vorliegenden Erfindung einfach und im
Vergleich zu bekannten Schaltungen kostengünstiger ist.
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Wenngleich
die Erfindung anhand eines bevorzugten und sehr praktikablen Ausführungsbeispiels
erläutert
worden ist, so ist sie doch nicht auf die dargestellte Ausführungsform
beschränkt.
Die Erfindung umfaßt
auch verschiedene Modifikationen und äquivalente Lösungen,
soweit sie vom Grundgedanken und vom Schutzumfang der nachfolgenden
Ansprüche
erfaßt
sind.
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- 31
- erste
Einrichtung (3, 6(a))
- 32
- zweite
Einrichtung (3, 6(a))
- 33
- dritte
Einrichtung (3, 6(a))
- 41
- erste
Einrichtung (4)
- 42
- Vertikalsynchronisationssignal
- 43
- Lichtdurchlaßsignal
- 431
- Hochvoltphase
- 432
- Niedervoltphase
- 51
- Oszillatorschaltung
- 52
- Frequenzteilerschaltung
- 61
- erstes
Eingangssignal (Lichtdurchlaßsignal)
- 62
- zweites
Eingangssignal
- 63
- erstes
Zeitsignal
- 64
- zweites
Zeitsignal
- 65
- drittes
Zeitsignal
- 66
- viertes
Zeitsignal
- 671
- erster
Differenzverstärker
- 672
- zweiter
Differenzverstärker
- 68
- erstes
Steuersignal
- 69
- zweites
Steuersignal