DE20023883U1 - Stereoscopic display system e.g. head mounted display system, for use in TV-monitor, has switch which separately couples represented image information from common part of observation optical path to respective separate optical paths - Google Patents

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Abstract

The system has a display (7) on which charts are displayed sequentially. Two separate partial optical paths (21) are provided for observing the left and right charts. A polarization switch (5) is image synchronous with the representation of the charts on the display. The switch separately couples the image information represented on the display from a common part of an observation optical path to respective separate optical paths. An independent claim is also included for an observation system with a stereoscopic display system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stereoskopisches Darstellungssystem mit einem einzigen Display, auf dem zeitlich sequentiell rechte und linke Teilbilder darstellbar sind. Derartige stereoskopische Darstellungssysteme sind beispielsweise in der DE-C1 41 34 033 und in der WO96/04581 beschrieben. Das in der DE-C1 41 34 033 beschriebene System baut dabei auf einem herkömmlichen TV-Monitor mit einer Brownschen Röhre auf, auf dem alternierend das rechte und linke Teilbild im Halbbildverfahren dargestellt wird und ein vor dem Monitor angeordneter Polarisationsschalter bildsynchron mit der Darstellung der rechten und linken Teilbilder geschaltet wird. Durch Beobachtung der auf dem Monitor dargestellten Bilder mit Hilfe einer passiven Polarisationsbrille ergibt sich dann der stereoskopische Seheindruck.The The present invention relates to a stereoscopic display system with a single display, on which temporally sequential right and left fields can be displayed. Such stereoscopic display systems are for example in DE-C1 41 34 033 and in WO96 / 04581 described. The system described in DE-C1 41 34 033 builds doing it on a conventional TV monitor with a Brownian tube on which alternate the right and left field is displayed in field mode and a polarization switch arranged in front of the monitor is image-synchronous is switched with the representation of the right and left partial images. By observing the images displayed on the monitor with help Passive polarization glasses then give the stereoscopic Visual impression.

In der WO96/04581 ist ein Projektionssystem mit einem Digital Mirror Display (DMD) beschrieben, das zur Sehprüfung, insbesondere auch zur stereoskopischen Sehprüfung eingesetzt werden soll. Zur stereoskopischen Sehprüfung soll eine schnell drehbare Filterscheibe mit Polarisationsfiltern unterschiedlicher Polarisation entweder im Beobachtungs- oder im Beleuchtungsstrahlengang des DMD angeordnet sein. Die stereoskopische Beobachtung erfolgt wiederum mit einer passiven Polarisationsbrille vor den Augen der Testperson.In WO96 / 04581 is a projection system with a digital mirror Display (DMD) described for visual inspection, especially for stereoscopic visual examination should be used. For stereoscopic visual examination should a fast rotating filter disc with polarizing filters different Polarization either in the observation or in the illumination beam path be arranged of the DMD. The stereoscopic observation takes place again with a passive polarization glasses in front of the eyes Subject.

Darüberhinaus sind beispielsweise in der US 5 106 179 , US 5 371 556 und US 5 526 184 sogenannte Headmounted-Displayeinrichtungen beschrieben, die unmittelbar am Kopf des Beobachters getragen werden. Da bei solchen Headmounted-Displays ohnehin separate Teilstrahlengänge für das linke und rechte Auge vorgesehen sind, werden hier üblicherweise separate Displays für das rechte und linke Auge vorgesehen, von denen eins nur vom rechten Auge und das andere nur vom linken Auge beobachtet wird.Moreover, for example, in the US 5 106 179 . US 5,371,556 and US 5 526 184 so-called head-mounted display devices are described, which are worn directly on the head of the observer. Since separate partial beam paths for the left and right eye are provided anyway in such headmounted displays, separate displays for the right and left eye are usually provided here, one of which is observed only by the right eye and the other only by the left eye.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein stereoskopisches Darstellungssytem, das eine einfache und kompakte Bauweise aufweist und insbesondere zum Einsatz in am Kopf getragenen Displayeinrichtungen geeignet ist.aim the present invention is a stereoscopic imaging system, which has a simple and compact design and in particular for Use is suitable in head-worn display devices.

Dieses Ziel wird durch ein stereoskopisches Darstellungssystem mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.This The goal is through a stereoscopic display system with the Features of the claims 1 and 10 solved. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Characteristics of the dependent Claims.

Das erfindungsgemäße stereoskopische Darstellungssystem weist ein einziges Display auf, auf dem zeitlich sequentiell rechte und linke Teilbilder darstellbar sind. Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 1 sind zwei separate Teilstrahlengänge für die Beobachtung vorgesehen, von denen der eine nur zum linken Auge des Beobachters und der andere nur zum rechten Auge des Beobachters führt und dementsprechend der eine nur zur Übertragung der linken Teilbilder und der andere zur Übertragung nur der rechten Teilbilder dient. Es ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die bildsynchron mit der Darstellung der rechten und linken Teilbilder auf dem Display die auf dem Display dargestellte Information aus einem gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges alternierend jeweils in einen der zwei separaten Teilstrahlengänge einkoppelt.The Stereoscopic display system according to the invention has a single display on which temporally sequential right and left fields can be displayed. In the embodiment according to claim 1, two separate partial beam paths are provided for observation, one of which is only to the left eye of the observer and the other only leads to the right eye of the observer and accordingly the one for transmission only the left partial images and the other for transmission only the right one Partial images serves. It is provided a switching device, the synchronous with the representation of the right and left fields on the display the information shown on the display from a common part of the observation beam alternately each coupled into one of the two separate partial beam paths.

Die Umschalteinrichtung kann einen in den Beobachtungsstrahlengang ein- und ausschaltbaren Spiegel aufweisen. Ein derartiges System hat den Vorteil, daß es ohne eine Polarisationstrennung auskommt und demzufolge hinsichtlich eines störenden Übersprechens der dargestellten Bildinformation in den falschen Teilstrahlengang sehr unkritisch ist.The Switching device can be inserted into the observation beam path. and turn off mirror. Such a system has the advantage of that without a separation of polarization and consequently with regard to a disturbing crosstalk the displayed image information in the wrong part of the beam path very uncritical.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist entweder im Beleuchtungsstrahlengang oder im gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges ein Polarisationsschalter vorgesehen, durch den die Polarisationsrichtung des Lichtes bildsynchron geschaltet wird. Die nachfolgende Aufteilung des gemeinsamen Beobachtungsstrahlenganges in die beiden Teilstrahlengänge erfolgt dann vorzugsweise durch einen Polarisationsstrahlteiler. Alternativ zu einem Polarisationsstrahlteiler kann für die Strahlteilung auch ein gewöhnlicher teildurchlässiger Spiegel vorgesehen sein, wenn in den separaten Teilstrahlengänge Polarisationsfilter mit zueinander gekreuzten Durchlaßrichtungen vorgesehen sind.at an alternative embodiment either in the illumination beam path or in the common part of the Observation beam provided a polarization switch, through which the polarization direction of the light is synchronously switched becomes. The subsequent division of the common observation beam path in the two partial beam paths then preferably takes place by a polarization beam splitter. Alternatively to a polarization beam splitter can be used for beam splitting also an ordinary one semi-transparent Mirror be provided when in the separate partial beam paths polarizing filter are provided with mutually crossed transmission directions.

Bei einem Einsatz der Erfindung als sogenanntes Headmounted-Display, das also am Kopf des Beobachters getragen wird, weist vorzugsweise einer der beiden Teilstrahlengänge eine Transferoptik auf, die den Weglängenunterschied zwischen dem Display und den beiden Augen des Beobachters ausgleicht.at an application of the invention as a so-called head-mounted display, that is so worn on the head of the observer, preferably has a the two partial beam paths a transfer optics on which the path length difference between the display and balances the two eyes of the observer.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 10 weist ebenfalls ein einziges Display auf, auf dem zeitlich sequentiell rechte und linke Teilbilder darstellbar sind. Das System weist weiterhin einen Beleuchtungsstrahlengang für das Display auf, durch den das Display zeitlich sequentiell mit Licht unterschiedlicher Polarisationsrichtungen beleuchtet wird. Der Beleuchtungsstrahlengang für das Display weist dabei einen Polarisationsstrahlteiler auf, durch den das von zwei Lichtquellen stammende Licht einander überlagert wird.The embodiment according to claim 10 also has a single display on which time sequentially right and left partial images can be displayed. The system continues to point a lighting beam path for the display, through which the display sequentially with time Light of different polarization directions is illuminated. The illumination beam path for The display has a polarization beam splitter, through the light coming from two light sources is superimposed on each other becomes.

Dieses System hat den besonderen Vorteil, daß jeweils das gesamte im Beobachtungsstrahlengang vorhandene Licht bzw. das auf einem Projektionsschirm vorhandene Licht zu einem der beiden Augen des Beobachters gelangen kann, ohne daß eine Filterung oder Abschwächung erfolgt. Ein solches System kann sich daher durch eine besonders hohe Brillanz auszeichnen. Darüberhinaus lassen sich Probleme einer unvollständigen Auslöschung, wie diese bei schnell geschalteten Polarisationsschaltern oder im Strahlengang rotierenden Polarisationsfiltern auftreten können, vermeiden.This system has the particular advantage that each of the existing in the observation beam light or on a Projekti Onsschirm existing light can reach one of the two eyes of the observer, without any filtering or attenuation takes place. Such a system can therefore be characterized by a particularly high brilliance. Moreover, it is possible to avoid problems of incomplete extinction, as can occur with rapidly switched polarization switches or in the beam path of rotating polarization filters.

Nachfolgend werden Einzelheiten der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:following Details of the invention with reference to those shown in FIGS embodiments explained in more detail. in the single show:

1 die Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung im Schnitt; 1 the schematic diagram of a first embodiment of the invention in section;

2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der das gesamte Darstellungssystem in eine Brillenfassung integriert ist; 2 a second embodiment of the invention, in which the entire display system is integrated in a spectacle frame;

3 die Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform der Erfindung; 3 the schematic diagram of a third embodiment of the invention;

4 die Aufsicht auf eine Chopper-Scheibe bei einem Beleuchtungssystem entsprechend der Ausführungsform nach 3 und 4 the top view of a chopper disk in a lighting system according to the embodiment according to 3 and

5a und 5b den zeitlichen Verlauf der Lichtintensitäten in den beiden Beleuchtungsstrahlengängen beim Ausführungsbeispiel nach 3. 5a and 5b the time course of the light intensities in the two illumination beam paths in the embodiment according to 3 ,

Das Ausführungsbeispiel in 1 weist eine einzige Lichtquelle (1), beispielsweise eine Kaltlichtlampe oder eine weiße LED mit einem nachgeschalteten Farbfilterrad (2) auf. Das Farbfilterrad (2) weist drei verschiedene Farbfilter (2a, 2b) auf, von denen eines nur rotes Licht, das zweite nur blaues Licht und das dritte nur grünes Licht transmitrieren läßt. Die Drehbewegung des Farbfilterrades (2) wird über einen Antriebsmotor (3) angesteuert.The embodiment in 1 has a single light source ( 1 ), for example a cold light lamp or a white LED with a downstream color filter wheel ( 2 ) on. The color filter wheel ( 2 ) has three different color filters ( 2a . 2 B ), of which one transmits only red light, the second only blue light and the third transmits only green light. The rotational movement of the color filter wheel ( 2 ) is powered by a drive motor ( 3 ).

Dem Farbfilterrad (2) folgt in Lichtrichtung gesehen ein Strahlhomogenisierer (20) und diesem nachfolgen eine Kollimatoroptik (4), durch die das aus dem Strahlhomogenisierer (20) austretende Licht kollimiert wird. Auf die Kollimatoroptik (4) folgt ein Polarisationsschalter (5) durch den die Polarisation des transmittierten Lichtes zwischen zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen (horizontol-vertikal, linkszirkular-rechtszirkular) geschaltet werden kann. Durch einen nachfolgenden Strahlteiler (6) wird das Licht des Beleuchtungsstrahlenganges zu einem reflektiven Display (7), beispielsweise einem DMD, gelenkt. Der Polarisationsschalter (5) kann als großflächiges Flüssigkristall-System ausgebildet sein, durch das – je nach an den Elektroden angelegter Spannung – das transmittierte Licht unterschiedlich polarisiert wird.The color filter wheel ( 2 ) follows in the light direction seen a beam homogenizer ( 20 ) and this follow a collimator optics ( 4 ), through which the from the beam homogenizer ( 20 ) light is collimated. On the collimator optics ( 4 ) is followed by a polarization switch ( 5 ) by which the polarization of the transmitted light between two orthogonal polarization directions (horizontal-vertical, left-circular-right circular) can be switched. By a subsequent beam splitter ( 6 ), the light of the illumination beam path becomes a reflective display ( 7 ), for example a DMD. The polarization switch ( 5 ) can be formed as a large-area liquid crystal system, through which - depending on the voltage applied to the electrodes - the transmitted light is polarized differently.

Eine Videokontrolleinheit (19) steuert das Display (7) und ebenfalls den Polarisationsschalter (5) und den Antriebsmotor (3) für das Farbfilterrad (2) an. Die Ansteuerung erfolgt dabei derart, daß für jedes stereoskopische Teilbild zeitlich nacheinander die gewünschte Videoinformation in den drei Grundfarben rot, grün und blau dargeboten wird. Ein gesamtes farbiges Stereobildpaar setzt sich demzufolge aus insgesamt sechs Einzelbildern zusammen. Dabei können entweder zunächst die zu einem stereoskopischen Teilbilder gehörigen drei Farbbilder zeitlich nacheinander dargeboten werden, d.h. die Umschaltfrequenz des Polarisationsschalters (5) beträgt 1/3 der Bildfrequenz des Displays (7) und der Schaltfrequenz des Farbfilterrades (2), oder es werden zeitlich nacheinander jeweils die stereoskopischen Teilbilder in der selben Farbe dargeboten. Im letzteren Falle ist die Schaltfrequenz des Polarisationsschalters (5) doppelt so hoch wie die Schaltfrequenz des Farbfilterrades (2).A video control unit ( 19 ) controls the display ( 7 ) and also the polarization switch ( 5 ) and the drive motor ( 3 ) for the color filter wheel ( 2 ) at. The control takes place in such a way that the desired video information in the three primary colors red, green and blue is presented temporally successively for each stereoscopic partial image. An entire colored stereo image pair is therefore composed of a total of six individual images. In this case, either the three color images belonging to a stereoscopic partial image can first be presented in chronological succession, ie the switching frequency of the polarization switch ( 5 ) is 1/3 of the frame rate of the display ( 7 ) and the switching frequency of the color filter wheel ( 2 ), or the stereoscopic partial images in the same color are presented in chronological succession. In the latter case, the switching frequency of the polarization switch ( 5 ) twice the switching frequency of the color filter wheel ( 2 ).

Mit Hilfe des Strahlteilers (6) erfolgt eine Abtrennung des Beobachtungsstrahlenganges vom Beleuchtungsstrahlengang. Im gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges ist zunächst eine Abbildungsoptik (8) angeordnet, und darauffolgend ein Polarisationsstrahlteiler (9), durch den eine Aufteilung in separate Teilstrahlengänge (21, 22) für die beiden Augen des Beobachters erfolgt. In dem am Polarisationsstrahlteiler (9) abgelenkten Teilstrahlengang (21) sind zwei weitere Umlenkspiegel (10, 11) vorgesehen, durch die der abgelenkte Strahlengang zweimal um jeweils 90° umgelenkt wird. In dem am Polarisationsstrahlteiler (9) transmittierten Teilstrahlengang (22) folgt auf den Polarisationsstrahlteiler (9) zunächst eine Transferoptik (14, 15) und darauf folgend drei Umlenkspiegel (16, 17, 18), die den am Polarisationsstrahlteiler (9) transmittierten Teilstrahlengang (22) insgesamt dreimal um jeweils 90° so umlenken, daß die beiden Teilstrahlengänge (21, 22) nach Umlenkung am jeweils letzten Spiegel (11) bzw. (18) parallel zueinander verlaufen.With the help of the beam splitter ( 6 ) is carried out a separation of the observation beam path from the illumination beam path. In the common part of the observation beam path is initially an imaging optics ( 8th ), and subsequently a polarization beam splitter ( 9 ), by a division into separate partial beam paths ( 21 . 22 ) for the two eyes of the observer. In the polarization beam splitter ( 9 ) deflected partial beam path ( 21 ) are two further deflecting mirrors ( 10 . 11 ), by which the deflected beam path is deflected twice by 90 °. In the polarization beam splitter ( 9 ) transmitted partial beam path ( 22 ) follows the polarization beam splitter ( 9 ) first a transfer optics ( 14 . 15 ) and subsequently three deflecting mirrors ( 16 . 17 . 18 ), which at the polarization beam splitter ( 9 ) transmitted partial beam path ( 22 ) a total of three times by 90 ° so deflect that the two partial beam paths ( 21 . 22 ) after deflection at the respective last mirror ( 11 ) respectively. ( 18 ) parallel to each other.

Die Abbildungsoptik (8) im gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges ist so ausgelegt, daß sie das Display (7) hinter dem letzten Umlenkspiegel (11) des für das linke Auge vorgesehenen Teilstrahlenganges (21) in der Brennebene eines linken Okulars (12) abbildet. Die Transferoptik (14, 15) in dem am Polarisationsstrahlteiler (9) transmittierten Teilstrahlengang ist so ausgelegt, daß trotz der größeren Weglänge in dem am Polarisationsstrahlteiler (9) transmittierten Teilstrahlengang (22) das Display (7) über die Optik (8) und die Transferoptik (14, 15) im gleichen Abbildungsmaßstab wie für das linke Auge in der Brennebene des rechten Okulars (13) hinter dem Umlenkspiegel (18) abgebildet wird.The imaging optics ( 8th ) in the common part of the observation beam path is designed so that the display ( 7 ) behind the last deflecting mirror ( 11 ) provided for the left eye partial beam path ( 21 ) in the focal plane of a left eyepiece ( 12 ) maps. The transfer optics ( 14 . 15 ) in the polarization beam splitter ( 9 ) transmitted partial beam path is designed so that, despite the greater path length in the polarization beam splitter ( 9 ) transmitted partial beam path ( 22 ) the display ( 7 ) about the optics ( 8th ) and the transfer optics ( 14 . 15 ) in the same magnification as for the left eye in the focal plane of the right eyepiece ( 13 ) behind the deflection mirror ( 18 ) is displayed.

Durch den Polarisationsstrahlteiler (9) im gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges zusammen mit dem Polarisationsschalter (5) im Beleuchtungsstrahlengang wird erreicht, daß jeweils die nur für das linke Auge vorgesehene Bildinformation in den für das linke Auge vorgesehenen Teilstrahlengang und nur die für das rechte Auge vorgesehene Bildinformation in den zum rechten Auge führenden Teilstrahlengang eingekoppelt wird. Der Polarisationsschalter (5) und der Polarisationsstrahlteiler (9) sind dazu entsprechend aufeinander abgestimmt, daß das den Polarisationsschalter (5) transmittierende Licht in jedem der beiden Schaltzustände des Polarisationsschalters (5) am Polarisationsstrahlteiler (9) vollständig reflektiert oder vollständig transmittiert wird.Through the polarization beam splitter ( 9 ) in the common part of the observation beam path together with the polarization switch ( 5 ) in the illumination beam path ensures that in each case the image information provided only for the left eye is coupled into the partial beam path provided for the left eye and only the image information provided for the right eye is fed into the partial beam path leading to the right eye. The polarization switch ( 5 ) and the polarization beam splitter ( 9 ) are correspondingly matched to each other that the polarization switch ( 5 ) transmitting light in each of the two switching states of the polarization switch ( 5 ) at the polarization beam splitter ( 9 ) is completely reflected or completely transmitted.

Das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist insbesondere zur Einspiegelung stereoskopischer Bilder in Mikroskopen geeignet. Der Aufbau des Beobachtungsstrahlenganges entspricht dabei im wesentlichen dem Aufbau üblicher binokularer Beobachtungstuben. Insbesondere ist durch Drehung der jeweils aus zwei Umlenkspiegeln und dem zugehörigen Okular bestehenden Baueinheiten (10, 11, 12) bzw. (17, 18, 13) um die zueinander parallelen optischen Achsen (21, 22) eine Einstellung auf unterschiedliche Pupillenabstände des Beobachters möglich.That in the 1 illustrated embodiment is particularly suitable for reflecting stereoscopic images in microscopes. The structure of the observation beam path corresponds essentially to the structure of conventional binocular observation tubes. In particular, by rotation of each consisting of two deflecting mirrors and the associated eyepiece assemblies ( 10 . 11 . 12 ) respectively. ( 17 . 18 . 13 ) about the parallel optical axes ( 21 . 22 ) an adjustment to different pupillary distances of the observer possible.

Eine gegenüber der Ausführungsform nach 1 leicht abgewandelte Ausführungsform ergibt sich, indem der Polarisationsschalter (5) statt im Beleuchtungsstrahlengang im gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges angeordnet ist, beispielsweise zwischen der Abbildungsoptik (8) und dem Polarisationsstrahlteiler (9). Eine weitere leicht abgewandelte Ausführungsform ergibt sich, indem anstelle eines Polarisationsschalters (5) und eines Polarisationsstrahlteilers (9) am Ort des Polarisationsstrahlteilers (9) bzw. der Teilerfläche des Polarisationsstrahlteilers ein in den Strahlengang ein- und ausschaltbarer Spiegel vorgesehen wird, der bildsynchron mit der Darstellung der rechten und linken Teilbilder geschaltet wird.One over the embodiment according to 1 slightly modified embodiment is obtained by the polarization switch ( 5 ) is arranged in the common part of the observation beam path instead of in the illumination beam path, for example between the imaging optics ( 8th ) and the polarization beam splitter ( 9 ). A further slightly modified embodiment results in that instead of a polarization switch ( 5 ) and a polarization beam splitter ( 9 ) at the location of the polarization beam splitter ( 9 ) or the splitter surface of the polarization beam splitter, a mirror which can be switched on and off in the beam path is provided which is connected in synchronism with the representation of the right and left partial images.

Beim Ausführungsbeispiel nach 2 ist das gesamte Darstellungssystem gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 deutlich miniaturisiert und, bis auf eine Ansteuereinheit (39) vollständig in eine am Kopf des Beobachters zu tragende Brillenfassung (30) integriert. Das Display (31) kann als LCOS Mikrodisplay mit einer Kantenlänge von 1cm × 1cm oder als ein anderes Silizium basierendes Flüssigkristalldisplay ausgebildet sein. Das Mikrodisplay (31) wird zeitlich nacheinander von einer miniaturisierten Beleuchtungseinrichtung (32) auf LED Basis in den drei Grundfarben rot, grün und blau ausgeleuchtet. Dem Mikrodisplay (31) nachgeschaltet im gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges ist ein Polarisationsschalter (35) der bildsynchron mit der Wiedergabe der rechten und linken Teilbilder geschaltet ist. Auf den Polarisationsschalter (35) folgt ein Umlenkspiegel (36), der den gemeinsamen Beobachtungsstrahlengang senkrecht zur Blickrichtung des Beobachters umlenkt. Auf den Umlenkspiegel (36) folgt im umgelenkten Teil des gemeinsamen Beobachtungsstrahlenganges eine Abbildungsoptik (37) und auf die Abbildungsoptik (37) ein Polarisationsstrahlteiler (38). Die Abbildungsoptik (37) ist dabei so ausgelegt, daß das Display (31) nach Umlenkung am Polarisationsstrahlteiler (38) auf die Retina des rechten Auges (42) abgebildet wird. In dem den Polarisationsstrahlteiler (38) transmittierenden Teilstrahlengang folgt wiederum eine Transferoptik (39, 40) und auf die Transferoptik ein Umlenkspiegel (41), der den zum linken Auge (43) führenden Teilstrahlengang in Richtung auf das Auge (43) ablenkt. Die Transferoptik (39, 40) ist so ausgelegt, daß gemeinsam mit der Abbildungsoptik (37) das Display (31) trotz des längeren Lichtweges zum linken Auge (43) auf der Retina des linken Auges (43) abgebildet wird.According to the embodiment 2 is the entire display system over the embodiment according to 1 clearly miniaturized and, except for a control unit ( 39 ) completely into a spectacle frame to be worn on the observer's head ( 30 ) integrated. The display ( 31 ) may be formed as LCOS microdisplay with an edge length of 1cm x 1cm or as another silicon based liquid crystal display. The microdisplay ( 31 ) is sequentially timed by a miniaturized illumination device ( 32 ) on LED basis in the three primary colors red, green and blue illuminated. The microdisplay ( 31 ) downstream in the common part of the observation beam path is a polarization switch ( 35 ) which is synchronized with the reproduction of the right and left fields. On the polarization switch ( 35 ) follows a deflection mirror ( 36 ), which deflects the common observation beam perpendicular to the line of sight of the observer. On the deflection mirror ( 36 ) follows in the deflected part of the common observation beam path imaging optics ( 37 ) and on the imaging optics ( 37 ) a polarization beam splitter ( 38 ). The imaging optics ( 37 ) is designed so that the display ( 31 ) after deflection at the polarization beam splitter ( 38 ) on the retina of the right eye ( 42 ) is displayed. In which the polarization beam splitter ( 38 ) transmits partial beam path again follows a transfer optics ( 39 . 40 ) and on the transfer optics a deflection mirror ( 41 ) facing the left eye ( 43 ) leading partial beam path in the direction of the eye ( 43 ) distracts. The transfer optics ( 39 . 40 ) is designed so that, together with the imaging optics ( 37 ) the display ( 31 ) despite the longer light path to the left eye ( 43 ) on the retina of the left eye ( 43 ) is displayed.

Wie bei dem anhand der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Polarisationsstrahlteiler (38) und der Polarisationsschalter (35) aufeinander abgestimmt, so daß die auf dem Display (31) dargestellte Bildinformation entweder nur zum rechten Auge (42) oder nur zum linken Auge (43) gelangt.As with the basis of the 1 described embodiment also in this embodiment, the polarization beam splitter ( 38 ) and the polarization switch ( 35 ) are matched so that the on the display ( 31 ) displayed image information either only to the right eye ( 42 ) or only to the left eye ( 43 ).

Das Darstellungssystem in 3 weist für die Darstellung rechter und linker stereoskopischer Teilbilder separate Lichtquellen (50, 51) auf. Beiden Lichtquellen (50, 51) folgt ein Farbfilterrad (52), das nachfolgend anhand der 4 noch näher beschrieben wird, und jeweils eine Beleuchtungsoptik (53, 54). Nach Umlenkung eines der beiden Strahlengänge mit Hilfe eines Umlenkspiegels (55) werden beide Beleuchtungsstrahlengänge mit Hilfe eines Polarisationsstrahlteilers (56) einander koaxial überlagert und mit Hilfe eines Umlenkspiegels (57) zu einem reflektiven Display (58), beispielsweise einem DMD, umgelenkt. Die auf dem DMD (58) dargestellten stereoskopischen Teilbilder werden mit Hilfe einer Projektionsoptik (60) auf eine die Polarisation erhaltende Leinwand projiziert. Die Beobachtung der stereoskopischen Teilbilder erfolgt hier mit einer Polarisationsbrille (62), die für das linke und rechte Auge jeweils ein Polarisationsfilter mit zueinander senkrechten Durchlaßrichtungen aufweist.The presentation system in 3 has separate light sources for the representation of right and left stereoscopic partial images ( 50 . 51 ) on. Both light sources ( 50 . 51 ) is followed by a color filter wheel ( 52 ), which is described below on the basis of 4 will be described in more detail, and in each case an illumination optics ( 53 . 54 ). After deflection of one of the two beam paths by means of a deflecting mirror ( 55 ), both illumination beam paths are detected by means of a polarization beam splitter ( 56 ) coaxially superimposed on each other and with the aid of a deflecting mirror ( 57 ) to a reflective display ( 58 ), for example, a DMD, redirected. The on the DMD ( 58 ) shown stereoscopic partial images are using a projection optics ( 60 ) projected onto a polarization-preserving screen. The observation of the stereoscopic partial images takes place here with polarized glasses ( 62 ), which for the left and right eye each have a polarizing filter with mutually perpendicular transmission directions.

Die Ansteuerung des Displays (58) erfolgt wiederum über eine Steuereinrichtung (59), die gleichzeitig auch zur Ansteuerung des Antriebsmotors (60) für das Farbfilterrad (52) dient.The control of the display ( 58 ) takes place again via a control device ( 59 ), which at the same time also for controlling the drive motor ( 60 ) for the color filter wheel ( 52 ) serves.

Das Farbfilterrad (52) weist über den Umfang verteilt drei Filterbereiche (61, 62, 63) auf, die sich jeweils über einen Winkelbereich von 60° erstrecken und jeweils voneinander durch nicht durchlässige Bereiche, die sich ebenfalls über einen Winkelbereich von 60° erstrecken getrennt sind. Einer der Filterbereich (61) weist dabei ein rotdurchlässiges Glas, ein Filterbereich (62) ein gründurchlässiges Glas und der dritte Filterbereich (63) ein blauchdurchlässiges Glas auf. Die sich mit diesem Filterrad (52) ergebende Farblichtsequenz im Beleuchtungsstrahlengang der Lampe (50) ist in der 5a und im Beleuchtungsstrahlengang der Lampe (51) in 5b dargestellt. Dabei ist vorausgesetzt, daß die beiden Lampen (50, 51) bezüglich der Rotationsachse (64) des Filterrades (52) um 180° zueinander angeordnet sind, was in der 4 durch die gestrichelt angedeuteten Lampenpositionen angedeutet ist. Ein wesentlicher Vorteil dieser Beleuchtungsanordnung ist, daß für die Bildtrennung zwischen rechtem und linken Stereoteilbild kein weiterer Polarisationsschalter im Beleuchtungsstrahlengang oder im Beobachtungsstrahlengang erforderlich ist. Die Aufgabe des Polarisationsschalters wird vielmehr durch das Filterrad in Verbindung mit dem Polarisationsstrahlteiler (56) erreicht.The color filter wheel ( 52 ) has three filter areas distributed over the circumference ( 61 . 62 . 63 ), each extending over an angular range of 60 ° and each separated by non-transmissive areas, which also extend over an angular range of 60 ° are separated. One of the filter area ( 61 ) has a rotdurchlässiges glass, a filter area ( 62 ) a permeable glass and the third filter area ( 63 ) a blue-transparent glass. Which deals with this filter wheel ( 52 ) resulting color light sequence in the illumination beam path of the lamp ( 50 ) is in the 5a and in the illumination beam path of the lamp ( 51 ) in 5b shown. It is assumed that the two lamps ( 50 . 51 ) with respect to the axis of rotation ( 64 ) of the filter wheel ( 52 ) are arranged at 180 ° to each other, which in the 4 is indicated by the dashed lines indicated lamp positions. An essential advantage of this illumination arrangement is that no further polarization switch in the illumination beam path or in the observation beam path is required for the image separation between the right and left stereo partial image. The task of the polarization switch is rather by the filter wheel in conjunction with the polarization beam splitter ( 56 ) reached.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für die Polarisationstrennung das Filterrad (52) bildsynchron mit der Darstellung rechter und linker Teilbilder, genauer gesagt des jeweiligen Farbanteiles des linken und rechten Teilbildes geschaltet, indem das Filterrad (52) zwischen zwei Farbteilbildern jeweils um 60° weitergedreht wird.In this embodiment, for the polarization separation, the filter wheel ( 52 ) synchronously with the representation of right and left partial images, more precisely the respective color component of the left and right partial image switched by the filter wheel ( 52 ) is further rotated by 60 ° between two color sub-images.

Die Beleuchtungseinrichtung mit zwei Lichtquellen (50, 51) entsprechend der 3 ist natürlich nicht nur für große Projektionsdisplays anwendbar, sondern liefert die selben Vorteile auch bei miniaturisierten Displays, beispielsweise indem das Projektionsobjektiv (60) und die Leinwand (61) durch einen Beobachtungstubus entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1 mit einer Abbildungsoptik (8) und einem Polarisationsstrahlteiler (9), der den gemeinsamen Beobachtungsstrahlengang in zwei Teilstrahlengänge aufteilt, eingesetzt wird.The illumination device with two light sources ( 50 . 51 ) according to the 3 is of course not only applicable to large projection displays, but also provides the same advantages in miniaturized displays, for example by the projection lens ( 60 ) and the canvas ( 61 ) by a observation tube according to the embodiment according to 1 with an imaging optics ( 8th ) and a polarization beam splitter ( 9 ), which divides the common observation beam path into two partial beam paths, is used.

Anstelle von zwei Lichtquellen (50, 51) und einem den Lichtquellen nachgeschalteten Farbfilterrad (52) ist es für miniaturisierte stereoskopische Darstellungssysteme auch denkbar, für jeden der beiden Beleuchtungsstrahlengänge jeweils eine rote, blaue und grüne LED vorzusehen, deren Licht über einen Polarisationsstrahlteiler (56) einander überlagert wird und die von der Videosteuerung (59) bildsynchron mit der Darstellung der stereoskopischen Farbteilbilder jeweils getrennt, entsprechend der in den 5a und 5b dargestellten Sequenzen angesteuert werden. Ein derartiges stereoskopisches Darstellungssystem kommt ohne jegliche mechanisch bewegte Teile und ohne schnelle Polarisationsschalter aus.Instead of two light sources ( 50 . 51 ) and a light filter downstream of the color filter wheel ( 52 ), it is also conceivable for miniaturized stereoscopic display systems to provide a red, blue and green LED for each of the two illumination beam paths, the light of which is emitted via a polarization beam splitter ( 56 ) is superimposed on each other and that of the video control ( 59 ) synchronously with the representation of the stereoscopic color partial images each separately, according to the in the 5a and 5b sequences are controlled. Such a stereoscopic display system does without any mechanical moving parts and without fast polarization switch.

Claims (13)

Stereoskopisches Darstellungssystem mit einem einzigen Display (7, 31), auf dem zeitlich sequentiell rechte und linke Teilbilder darstellbar sind, zwei separaten Teilstrahlengängen (21, 22) für eine Beobachtung nur linker und nur rechter Teilbilder und einer Umschalteinrichtung (5, 9, 35, 38) die bildsynchron mit der Darstellung rechter und linker Teilbilder auf dem Display (7, 31) die auf dem Display (7, 31) dargestellten Informationen aus einem gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges alternierend jeweils separat in einen der zwei separaten Teilstrahlengänge (21, 22) einkoppelt.Stereoscopic display system with a single display ( 7 . 31 ), on the temporally sequential right and left partial images can be displayed, two separate partial beam paths ( 21 . 22 ) for an observation of only left and right-hand partial images and a switching device ( 5 . 9 . 35 . 38 ) synchronous with the representation of right and left fields on the display ( 7 . 31 ) on the display ( 7 . 31 ) information from a common part of the observation beam path alternately in each case separately into one of the two separate partial beam paths ( 21 . 22 ). Stereoskopisches Darstellungssystem nach Anspruch 1, wobei die Umschalteinrichtung einen in den Strahlengang ein- und ausschaltbaren Spiegel aufweist.Stereoscopic display system according to claim 1, wherein the switching device has an opening in the beam path. and disengageable mirror. Stereoskopisches Darstellungssystem nach Anspruch 1, wobei die Umschalteinrichtung (5, 9; 35, 38) einen Polarisationsschalter (5, 35) im Beleuchtungsstrahlengang oder im gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges aufweist.Stereoscopic display system according to claim 1, wherein the switching device ( 5 . 9 ; 35 . 38 ) a polarization switch ( 5 . 35 ) in the illumination beam path or in the common part of the observation beam path. Stereoskopisches Darstellungssystem nach Anspruch 3, wobei ein teildurchlässiger Spiegel vorgesehen ist und wobei in den separaten Teilstrahlengängen Polarisationsfilter mit zueinander gekreuzten Durchlaßrichtungen angeordnet sind.Stereoscopic display system according to claim 3, wherein a partially permeable Mirror is provided and wherein in the separate partial beam paths polarizing filter are arranged with mutually crossed Durchlaßrichtungen. Stereoskopisches Darstellungssystem nach Anspruch 3, wobei ein Polarisationsstrahlteiler (9, 38) vorgesehen ist.Stereoscopic display system according to claim 3, wherein a polarization beam splitter ( 9 . 38 ) is provided. Stereoskopisches Darstellungssystem nach Anspruch 5, wobei der Polarisationsschalter (35) im gemeinsamen Teil des Beobachtungsstrahlenganges angeordnet ist.Stereoscopic display system according to claim 5, wherein the polarization switch ( 35 ) is arranged in the common part of the observation beam path. Stereoskopisches Darstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–6, wobei einer der beiden separaten Teilstrahlengänge (22) eine Transferoptik (14, 15; 39, 40) aufweist.Stereoscopic display system according to one of claims 1-6, wherein one of the two separate partial beam paths ( 22 ) a transfer optics ( 14 . 15 ; 39 . 40 ) having. An einem Kopf tragbares Beobachtungssystem mit einem stereoskopischen Darstellungssystem nach einem der Ansprüche 1–7.On a head portable observation system with a Stereoscopic display system according to any one of claims 1-7. Beobachtungssystem nach Anspruch 8, wobei zwischen dem Display (31) und dem Strahlteiler (38) ein Umlenkspiegel (36) angeordnet ist.Observation system according to claim 8, wherein between the display ( 31 ) and the beam splitter ( 38 ) a deflection mirror ( 36 ) is arranged. Stereoskopisches Darstellungssystem mit einem einzigen Display (58), auf dem zeitlich sequentiell rechte und linke Teilbilder darstellbar sind, einem Beleuchtungsstrahlengang (50–57) durch den das Display (58) zeitlich sequentiell mit Licht unterschiedlicher Polarisationsrichtungen beleuchtbar ist, wobei der Beleuchtungsstrahlengang einen Polarisationsstrahlteiler (56) aufweist.Stereoscopic display system with a single display ( 58 ), on the temporally sequential right and left fields are displayed, an illumination beam path ( 50 - 57 ) through which the display ( 58 ) is time sequentially illuminatable with light of different polarization directions, wherein the illumination beam path is a polarization beam splitter ( 56 ) having. Stereoskopisches Darstellungssystem nach Anspruch 10, wobei zwei Lichtquellen (50, 51) vorgesehen sind, und das von den beiden Lichtquellen (50, 51) emittierte Licht durch den Polarisationsstrahlteiler (56) einander koaxial überlagerbar ist.Stereoscopic display system according to claim 10, wherein two light sources ( 50 . 51 ), and that of the two light sources ( 50 . 51 ) emitted light through the polarization beam splitter ( 56 ) Is superimposed coaxially. Stereoskopisches Darstellungssystem nach Anspruch 11, wobei hinter den beiden Lichtquellen (50, 51) ein gemeinsames Farbfilterrad (52) angeordnet ist.Stereoscopic display system according to claim 11, wherein behind the two light sources ( 50 . 51 ) a common color filter wheel ( 52 ) is arranged. Stereoskopisches Darstellungssystem nach Anspruch 12, wobei das Farbfilterrad bildsynchron mit der Darstellung stereoskopischer Farbsequenzen angesteuert ist.Stereoscopic display system according to claim 12, wherein the color filter wheel is synchronized with the representation stereoscopic Color sequences is controlled.
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