DE60211219T2

DE60211219T2 - Am kopf angebrachte anzeige

Info

Publication number: DE60211219T2
Application number: DE60211219T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Folsom SHAW
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2002-01-02
Filing date: 2002-12-31
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2023-01-01
Also published as: JP2006504979A; DE60211219D1; CN100353206C; US20030122732A1; EP1461658A1; US6674493B2; WO2003062901A1; TWI256485B; CN1613025A; EP1461658B1; TW200301826A; ATE325362T1

Description

Hintergrund
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf am Kopf angebrachte Anzeigen (head mounted displays), welche ein Bild darstellen, das vor dem Benutzer erscheint.
Am Kopf angebrachte Anzeigen können Flüssigkristallanzeigen verwenden, welche nahe an den Augen des Benutzers positioniert werden, um ein virtuelles Bild darzustellen, welches vor dem Benutzer zu schweben scheint. Die Flüssigkristallanzeigen können sehr klein und daher relativ leicht sein, wodurch ein sehr tragbares Anzeigesystem ermöglicht wird. Zum Beispiel kann das Bild vor dem Benutzer erscheinen, wodurch es dem Benutzer ermöglicht wird, sich, während er das Bild weiterhin sieht, zu bewegen. Dies kann dabei nützlich sein, das Erfüllen relativ komplexer Aufgaben zu erleichtern, wie zum Beispiel das Zusammensetzen von Produkten.
Die Anzeige erzeugt ein Bild mit umso geringerer Beeinträchtigung für den Benutzer, je leichter die am Kopf angebrachte Anzeige gemacht werden kann. Je mehr die Bewegungen des Benutzers durch das Gewicht der Anzeige beeinträchtigt werden, um so weniger wahrscheinlich ist es, daß Benutzer diese Arten von Anzeigen verwenden.
Gewöhnlich umfaßt die am Kopf angebrachte Anzeige eine Flüssigkristallanzeige vor jedem Auge. Somit können stereoskopische oder dreidimensionale Bilder erzeugt werden.
Jedoch können das zusätzliche Gewicht der Optik und der Anzeigen für jedes Auge die Last der am Kopf angebrachten Anzeige für den Benutzer erhöhen.
Daher bestehen Bedarf an besseren Wegen, um am Kopf angebrachte Anzeigen zum stereoskopischen Betrachten bereitzustellen.
US 6,239,908 offenbart ein Binokularabbildungssystem, welches eine einzige Anzeige verwendet, das zwei Strahlteiler, einen Spiegel und zwei Augenlinsen umfaßt, jeweils nahe einem jeweiligen Verschluß (shutter). Im Betrieb blockiert der rechte Verschluß das Licht von der Bildanzeige, welches einem für das linke Auge vorgesehenen Bild entspricht. Die Bildanzeige wechselt dann mit einer geeigneten Rate auf das Bild für das rechte Auge und zur gleichen Zeit öffnet der rechte Verschluß und der linke Verschluß schließt sich. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform offenbart die Vorrichtung eine Einrichtung zum Wechseln des Polarisationszustandes des dargestellten Bildes. Ein erster flacher Strahlteiler ist vorgesehen, welcher eine Einrichtung des Transmittierens eines Polarisationszustandes und des Reflektierens des orthogonalen Polarisationszustandes umfaßt, wie zum Beispiel einen Polarisationsstrahlteiler.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist; und
3 ist eine schematische Darstellung einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine am Kopf angebrachte Anzeige 10 eine Flüssigkristallanzeige 12 umfassen. Die Flüssigkristallanzeige 12 kann mit nicht gezeigten, geeigneten Verarbeitungsvorrichtungen gekoppelt sein. Diese Vorrichtungen können Bilder zur Anzeige auf der Flüssigkristallanzeige 12 erzeugen. In einigen Fällen können die Verarbeitungsvorrichtungen Teil der am Kopf angebrachten Anzeigen und in anderen Fällen können sie getrennt davon sein.
Das von der Flüssigkristallanzeige 12 erzeugte Bild läuft durch einen Flüssigkristallanzeigenverschluß, einen Spiegel und einen Strahlteiler 14. Der Flüssigkristallanzeigenverschluß des Strahlteilers 14 ermöglicht es einem Bild für einen Moment, den Strahlteiler 14 zu durchlaufen, und für einen nachfolgenden Moment, davon reflektiert zu werden.
Daher kann, wenn das Bild reflektiert wird, es von dem rechten Auge des Benutzers betrachtet werden, welches in 1 mit R angedeutet ist. Umgekehrt kann, wenn das Bild transmitiert wird, es durch einen parabolischen Spiegel 16 zur Betrachtung durch das linke Auge des Benutzers reflektiert werden (L in 1).
Der Strahlteiler 14 teilt einen Strahl in zwei getrennte Bilder und tut dies zu verschiedenen Zeiten aufgrund der Wirkungsweise seines Flüssigkristallanzeigeverschlusses. Ein Flüssigkristallanzeigeverschluß ist eine elektronisch betätigte Vorrichtung, welche die Transmissionsund/oder Reflektionscharakteristiken des Strahlteilers 14 ändert. Daher wirkt für einen Moment (instance) der Strahlteiler 14 als ein Reflektor und für den nächsten Moment (instance) wirkt er als eine effektiv transparente Vorrichtung. Als Folge davon können das linke und rechte Bild nacheinander an das linke und rechte Auge gegeben werden. Wenn dieses aufeinanderfolgende Wechseln der Bilder mit einer genügend hohen Geschwindigkeit ausgeführt wird, kann es von dem Benutzer nicht bemerkt werden.
Als Folge der Konfiguration der am Kopf angebrachten Anzeige 10, welche in 1 gezeigt ist, wird eine zweite Flüssigkristallanzeige 12 nicht benötigt. D.h., eine einzige Flüssigkristallanzeige 12 kann verschiedene Bilder oder Frames für verschiedene Zeitmomente (instances of time) an das linke und rechte Auge bereitstellen. Als Folge davon glaubt der Betrachter, daß er oder sie durchgehend stereoskopische linke und rechte Bilder betrachtet. Das linke und rechte Bild können nacheinander und selektiv an das linke und rechte Auge durch die Wirkung des Strahlteilers 14 bereitgestellt werden.
Als Folge davon kann der Leistungsverbrauch, das Gewicht und die Größe der am Kopf angebrachten Anzeige 10 in einigen Ausführungsformen dramatisch reduziert werden. Da Flüssigkristallverschlüsse relativ leicht sind, führt ein Hinzufügen eines Verschlusses und Entfernen einer Flüssigkristallanzeige zu einer beträchtlichen Gewichtsreduktion. Ferner kann der Flüssigkristallverschluß deutlich kostengünstiger als eine zusätzliche Flüssigkristallanzeige sein.
Unter Bezugnahme auf 2, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, arbeitet die Anzeige 12 wie in Verbindung mit 1 beschrieben, jedoch sorgt der Strahlteiler 14a nur für eine Strahlteilungsfunktion. In diesem Falle sind die Flüssigkristallverschlüsse 18a und 18b für jedes der linken und rechten Bilder vorgesehen, welche jeweils von dem linken (L) und rechten (R) Auge des Benutzers betrachtet werden. Dies erhöht das Gewicht und die Größe der am Kopf angebrachten Anzeige 10a etwas. Jedoch kann dies den Aufbau des Strahlteilers 14 vereinfachen.
Unter Bezugnahme auf 3 kann eine am Kopf angebrachte Anzeige 10b einen Flüssigkristallanzeigeverschluß 20 umfassen. In diesem Fall kann ein von einer Flüssigkristallanzeige 12 erzeugtes Bild selektiv und nacheinander an das linke und rechte Auge abgezweigt werden. Zum Beispiel kann das Bild der Anzeige 12 von dem Strahlteiler 22 an den Spiegel 26a zur Betrachtung durch das rechte Auge für einen ersten Zeitmoment reflektiert werden, und für den nächsten Zeitmoment kann es transmittiert und dann durch den Spiegel 22 auf den Spiegel 26b zum Betrachten durch das linke Auge reflektiert werden.
Während zum Bereitstellen der Bilder für das linke und rechte Auge Spiegel dargestellt sind, können in anderen Ausführungsformen eine Anzahl anderer Wellenleiter verwendet werden, umfassend Glasfaservorrichtungen, Glas, holographische oder Kombinationen dieser Vorrichtungen.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Adapter 24 die unterschiedlichen Lauflängen der Bilder für das linke und das rechte Auge anpassen. Der Adapter 22 kann daher eine Linse sein, welche unterschiedliche Eigenschaften für das linke und rechte Bild aufweist, so daß das Bild, wie es von dem Benutzer gesehen wird, aus der gleichen Entfernung zu kommen scheint. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung können die Anzeige 12, der Strahlteiler 20 und der Spiegel 22 alle auf einem integrierten Schaltkreis 14 gebildet sein, welcher weitere Komponenten, wie zum Beispiel einen Prozessor, umfassen kann. Ferner können die Elemente 12, 20 und 22 auf dem Siliziumsubstrat des integrierten Schaltkreises 14 gebildet werden, zum Beispiel mit Hilfe von Mikrobearbeitungsmethoden. Diese Integration kann die Größe des resultierenden Produktes wesentlichen reduzieren.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird der Fachmann auf dem Gebiet sich zahlreicher Abänderungen und Abwandlungen derselben bewußt sein. Es ist beabsichtigt, das die beigefügten Ansprüche all solche Abänderungen und Abwandlungen abdecken, wie sie dem wahren Umfang dieser vorliegenden Erfindung entsprechen.

Claims

Verfahren, welches umfaßt: Erzeugen von Bildern von einer einzigen Anzeige (12); gekennzeichnet durch das Verwenden nur eines Flüssigkristallverschlusses in einer am Kopf angebrachten Anzeige, wodurch der Flüssigkristallverschluß für einen Moment als ein Reflektor und für den nächsten Moment als eine effektiv transparente Vorrichtung wirkt, um die Bilder nacheinandern für das linke und das rechte Auge eines Benutzers bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen eines Bildes ein Reflektieren eines Strahles auf einen ersten optischen Pfad für einen ersten Zeitmoment und ein Transmittieren des Strahles auf einen zweiten optischen Pfad für einen zweiten Zeitmoment umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches ein Strahlteilen eines Strahles umfaßt, um getrennte Bilder für das linke und das rechte Auge bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches ein Strahlteilen des Strahles umfaßt, und verschiedene Bilder für jedes Auge für verschiedene Zeitmomente zu liefern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches ein Teilen des Strahles in einen linken und rechten Kanal und selektives Darstellen jedes Kanals für die Augen des Benutzers umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welches ein Erzeugen eines Bildes von einer Anzeige (12) und Teilen des Strahles, welcher das Bild umfaßt, in zwei Kanäle für das linke und das rechte Auge umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6, welches ein Übertragen jedes Kanals an ein anderes Auge umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, welches ein Berücksichtigen des Unterschieds in den Pfadlängen zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welches ein Darstellen eines Bildes für ein Auge eines Benutzers für einen ersten Zeitmoment auf einem ersten Kanal und ein Darstellen eines Bildes für einen zweiten Zeitmoment für das andere Auge des Benutzers auf einem zweiten Kanal umfaßt.
Am Kopf angebrachte Anzeige (10), welche umfaßt: ein einziges Anzeigeelement (12); und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Bildern von dem Anzeigeelement (12) für das linke und das rechte Auge des Benutzers für verschiedene Zeitmomente, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung nur einen Flüssigkristallverschluß umfaßt, wobei der Flüssigkristallverschluß für einen Moment als ein Reflektor und für den nächsten Moment als eine effektiv transparente Vorrichtung wirkt, um die Bilder nacheinander für das linke und das rechte Auge des Benutzers bereitzustellen.
Anzeige nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung einen Strahlteiler (14) umfaßt.
Anzeige nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Flüssigkristallverschluß mit einem Strahlteiler (14) integriert ist.
Anzeige nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Flüssigkristallverschluß und der Strahlteiler (14) separate Vorrichtungen sind.
Anzeige nach einem der Ansprüche 10 bis 12, welche einen integrierten Schaltkreis umfaßt, der das Anzeigeelement (12), einen Strahlteiler (14) und einen Flüssigkristallverschluß umfaßt.
Anzeige nach einem der Ansprüche 10 bis 14, welche einen Adapter (24) zum Anpassen der unterschiedlichen Pfadlängen des Lichtes von dem Anzeigeelement (12) zu dem linken und rechten Auge umfaßt.
Anzeige nach einen der Ansprüche 11 bis 15, welche ein Transmissionsmittel zum Übertragen von Licht, welches von dem Strahlteiler aufgeteilt wird, an das linke und das rechte Auge umfaßt.
Anzeige nach Anspruch 16, wobei das Transmissionsmittel reflektierende Oberflächen umfaßt.