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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Bildprojektionsanzeige, die einen Bildprojektor zum projizieren von Licht zur
Erzeugung eines Bildes aufweist, sowie Mittel, die eine
abbildende Fläche definieren, von der wenigstens ein Teil des
Lichtes reflektiert wird, um von einem Benutzer der Anzeige als ein
Bild gesehen zu werden, wobei die abbildende Fläche und der
Projektor gemeinsam außerachsige Projektionsfaktoren aufweisen,
die ein geradlinig projiziertes Bild verzerren, so daß der
Benutzer der Anzeige ein Bild mit verzerrter Charakteristik
wahrnehmen würde, falls keine Kompensationsmaßnahmen getroffen
würden, und wobei der Projektorbereich kompensierende
Bildverzerrungsmittel aufweist, die ein faseroptisches Korrekturelement
zur Erzeugung eines projizierten Bildes mit
Bildkorrekturverzerrung umfassen, so daß der Benutzer der Anzeige ein Bild mit
weitgehend wiederhergestellter Geradlinigkeit sieht, wobei das
faseroptische Korrekturelement eine Vielzahl von optischen
Fasern aufweist, die sich hierdurch erstrecken und gemeinsam
gegenüberliegende Flächen des Korrekturelementes definieren.
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Eine solche Bildprojektionsanzeige ist aus der US-A-5 309
169 bekannt.
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Insbesondere betrifft die gegenwärtige Erfindung eine
Bildprojektionsanzeige, die am Kopf oder am Helm befestigt ist.
Kopfbefestigte Anzeigen können am Kopf des Benutzers z. B. mit
Hilfe einer Kappe oder eines Kopfaufsatzes befestigt werden. Am
Helm befestigte Anzeigen können auch mit einem Schutzhelm
verbunden sein, der von dem Benutzer der Anzeige getragen wird. In
beiden Fällen weist die Anzeige einen transparenten und
wenigstens teilweise reflektierenden Kombinator auf, durch den der
Benutzer die Außenwelt sehen kann und auf dem ein von der
Anzeige projiziertes Bild überlagert wird. Das projizierte Bild
kann eine verbesserte gleichzeitige Ansicht der Außenwelt sein,
wie etwa ein Nachtbild, oder kann dem Benutzer eine andere
Information anzeigen. Da sich die Anzeige mit dem Benutzer
bewegt, so daß die angezeigte Bildinformation z. B. in Textform
oder in Bildform gesehen werden kann, während sie mit der
Ansicht der Außenwelt überlagert ist, kann der Benutzer mehr
Information aufnehmen, oder Information in einer kombinierten
oder aktuelleren Form, als es nur mit herkömmlichen
Instrumenten und Anzeigen möglich wäre, die dem Benutzer zur Verfügung
stehen.
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Diese Faktoren machen am Kopf befestigte Anzeigen
vorteilhaft zur Verwendung bei Fliegern.
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Genauer gesagt betrifft die gegenwärtige Erfindung eine
Anzeige mit einer Bildquelle, einer Projektoroptik und einem
Kombinator, der sowohl transparent ist, so daß ein Benutzer der
Anzeige durch den Kombinator nach außen sehen kann, als auch
reflektierend ist, so daß das auf den Kombinator projizierte
Bild zur Betrachtung durch den Benutzer reflektiert wird. Der
Kombinator kann von einem Visier getrennt sein oder kann z. B.
Teil eines Visiers sein, das zur Verwendung mit einem Helm
ausgebildet ist. Dieses Visier kann z. B. notwendig sein, um für
einen Flieger Schutz vor Wind bereitzustellen. Der Kombinator
kann alternativ eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, wie
etwa eines Flugzeugs oder eines Kraftfahrzeugs, sein. Die
Projektion des Bildes auf den Kombinator zur Betrachtung durch den
Benutzer ist außerachsig in bezug auf geradlinige Verhältnisse
des Bildes selbst. D. h. die Projektion des Bildes kann
geometrische Faktoren wie etwa sphärische, parabolische, konische
oder trapezförmige Verzerrungen des projizierten Bildes
aufweisen. Demnach wäre das Bild verzerrt, wenn es von dem Benutzer
der Anzeige betrachtet würde, ohne daß das Bild korrigiert
würde. Jedoch sorgen die Bildquelle und/oder die Projektionsoptik
der gegenwärtigen Anzeige für eine ausgewählte
Kompensationsverzerrung des Bildes, so daß das projizierte Bild, wie es von
dem Benutzer gesehen wird, eine weitgehend wieder hergestellte
Geradlinigkeit aufweist.
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Herkömmliche, am Kopf befestigte Anzeigen weisen eine
Bildquelle, eine Übertragungsoptik oder Projektoroptik sowie
einen transparenten oder reflektierenden Kombinator auf, die
sämtlich am Kopf eines Benutzers befestigt sind oder damit
zusammenhängen. Wie oben erwähnt, muß die Anzeige in bezug auf
den Kopf des Benutzers durch die Verwendung einer Kappe oder
eines Kopfaufsatzes befestigt sein, oder muß an einem Helm, den
der Benutzer trägt, befestigt sein oder damit zusammenhängen.
In bezug auf solche am Helm befestigte Anzeigen zur Verwendung
durch Flieger und um eine aerodynamische Form des Helms bereitzustellen,
muß die Bildquelle und die Übertragungsoptik
innerhalb der aerodynamischen Hülle des Helms integriert sein. Die
aerodynamische Form ist wichtig, falls der Flieger von einem
Luftfahrzeug mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen werden muß.
Diese Anforderung für Flieger erfordert einen speziell
angepaßten Helm, der erheblich größer, schwerer, komplexer und teurer
als die Standardhelme ist. In jedem Fall, in dem die Bildquelle
und die Übertragungsoptik in einen Helm mit aufgenommen sind,
falls das Visier als ein Kombinator verwendet wird, erstrecken
sich dieses Visier als auch die Übertragungsoptik vollständig
um das Gesicht des Trägers, wodurch die Größe und das Gewicht
des Helms vergrößert werden. Falls andererseits das am Helm
befestigte Anzeigesystem einen separaten Kombinatorschirm
verwendet, der innerhalb eines Visiers plaziert wird, dann muß die
Übertragungsoptik vollständiger in den Helm selbst integriert
sein, was wenig Raum zwischen dem Gesicht des Benutzers und
dieser Optik läßt. Diese Designalternativen führen beide zu
einem Helm von größeren Abmessungen, höherem Gewicht, größerer
Komplexität und größeren Kosten.
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Um die Packungsdichte einer am Helm befestigten Anzeige in
bezug auf die Struktur des menschlichen Kopfes selbst zu
verbessern, wurden Versuche gemacht, um eine außerachsige
Projektion des Bildes zu verwenden. D. h. das Visier oder ein anderer
Kombinatorschirm können dazu ausgebildet sein, sich um das
Gesicht des Benutzers zu erstrecken, um so Augenschutz
bereitzustellen. Dieses Visier wird ferner als ein Kombinator genutzt,
indem das Bild auf die Innenfläche des Visiers projiziert wird,
um zu dem Benutzer reflektiert zu werden. Diese Nützlichkeit
führt zu verschiedenen Verzerrungen des Bildes, das von dem
Benutzer gesehen wird. Herkömmlicherweise verwenden diese Anzeigen
eine Kathodenstrahlröhre als die Bildquelle. Um die
Bildverzerrung zu kompensieren, die durch die Übertragungsoptik und
die außerachsige Projektion des Bildes erzeugt wird, wird die
Kathodenstrahlröhre herkömmlicherweise durch eine elektronische
Schaltung gesteuert, die Maßnahmen zur Korrektur der Verzerrung
beinhaltet. Mit anderen Worten ist das von der
Kathodenstrahlröhre erzeugte Bild kompensionsmäßig verzerrt, so daß das von
dem Benutzer der Anzeige gesehene Bild eine wiederhergestellte
Geradlinigkeit aufweist.
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Bei einer solchen Anzeige unter Verwendung einer
Kathodenstrahlröhre als Bildquelle wird die Auflösung des erfaßten
Bildes nicht nachteilig durch die anfängliche Verzerrung des
Bildes an der Kathodenstrahlröhre beeinflußt. Dies ist deshalb der
Fall, weil die Kathodenstrahlröhre dieselbe Anzahl von Pixeln
in dem Bild unabhängig von der elektronisch erzeugten
kompensierenden Verzerrung der Kathodenstrahlröhre erzeugen wird.
D. h., falls die Kathodenstrahlröhre ein Bild von 640 · 480
Pixeln erzeugt, wird das elektronisch verzerrte Bild immer noch
diese Anzahl von Pixeln haben. Wenn somit das Bild zur
Betrachtung durch den Benutzer der Anzeige projiziert wird, wird die
Kompensationsverzerrung durch die Projektion entfernt, und der
Benutzer wird das Bild noch mit der vollen Auflösung von z. B.
640 · 480 Pixeln sehen.
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Jedoch hat diese Art von herkömmlichen Anzeigen
verschiedene Nachteile und Beschränkungen. Erstens ist eine
Kathodenstrahlröhre keine erwünschte Bildquelle für gegenwärtige
Anwendungen infolge ihres inhärenten Mangels einer robusten
Festkörpernatur. Mit anderen Worten haben Bildquellen mit
Kathodenstrahlröhren alle die Begrenzungen, die bei Vakuumröhren vorhanden
sind, wobei solche Begrenzungen bei vielen gegenwärtigen
Anwendungen zum Ersatz von Vakuumröhren durch
Festkörpereinrichtungen geführt haben. D. h. eine Kathodenstrahlröhre hat
eine größere Größe, ein größeres Gewicht, eine größere
Wärmeerzeugung, eine begrenztere Lebensdauer und eine bruchanfälligere
Art als es Festkörpereinrichtungen haben.
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Zusätzlich zu dem obigen wurde die Verwendung von
geradlinigen Bildquellen der Festkörperart, wie etwa aktive Matrix-
Flüssigkristallanzeigen (AMLCD), zur Verwendung mit am Kopf
befestigten Anzeigen vorgeschlagen.
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Um das Bildverzerrungsproblem zu korrigieren, das durch
die außerachsige Projektion erzeugt wird, wurde es
vorgeschlagen, ein Bildkorrekturschema in der Projektionsoptik zu
integrieren. Diese Bildkorrekturschemata weisen solche Hilfsmittel
wie die Verwendung eines Strahlteilers auf, der zwischen der
Bildquelle und der Projektion des Bildes auf den Kombinator
angeordnet ist. Der Strahlteiler würde verwendet, um die axialen
Strahlen auf der Achse zu halten und um den Rest des Bildes in
seiner projizierten Form zu korrigieren, um die Verzerrung
durch außerachsige Projektion zu kompensieren. Alternativ wurde
ein außerachsig korrigierendes Übertragungsoptik-Linsensystem
vorgeschlagen, die durch die außerachsige Projektion erzeugte
Bildverzerrung korrigieren würde. Sämtliche dieser
vorgeschlagenen Lösungen für das Problem der außerachsigen Verzerrung
führen ihre eigenen Probleme ein.
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Z. B. ist der Wirkungsgrad der Lichtübertragung von
Strahlteilersystemen unannehmbar niedrig. Somit kann das von der
Anzeige bereitgestellte Bild zu schwach sein, um unter bestimmten
Umständen gesehen zu werden. Alternativ kann eine Bildquelle
mit einer viel größeren Bildhelligkeit zur Projektion notwendig
sein, um den niedrigen optischen Wirkungsgrad des optischen
Systems, das das Bild erzeugt, zu kompensieren. Ferner hat das
außerachsige kompensierende Projektionslinsensystem den
Nachteil der Vergrößerung des Gewichtes und der Komplexität einer
am Kopf befestigten Anzeige. Die vergrößerte Komplexität führt
zu zusätzlichen Kosten und Wartungsproblemen, da das
zusätzliche Gewicht immer für die Benutzer solcher Systeme nachteilig
ist. Die Benutzer von am Kopf befestigten Anzeigen würden ein
System bevorzugen, das so leicht ist, daß der Benutzer sein
Tragen vergessen kann.
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Ein Beispiel einer herkömmlichen am Kopf befestigten
Anzeige ist aus der US-A-5 200 827 zu sehen. Dieses Patent soll
eine am Helm befestigte Anzeige offenbaren, bei der das
Visier/der Kombinator oder das Visier mit einer gesonderten
Kombinatorscheibe mit einer Bildquelle und einer Übertragungsoptik
in eine Einheit integriert ist, die an einem herkömmlichen
Infanteriehelm befestigt werden kann oder damit zusammenhängt.
D. h. die Anzeigeeinheit kann an einem Kopfaufsatz aufgenommen
sein, die allein oder unter dem Helm getragen wird. Alternativ
kann die Anzeige an dem Helm des Trägers in ähnlicher Weise wie
bei einem aufklappbaren Visier befestigt sein. In jedem Fall
umfaßt die Anzeige das Visier/den Kombinator oder den separaten
Kombinatorschirm, die Bildquelle und die Übertragungsoptik
sämtlich in einer Einheit.
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Folglich hat die am Kopf befestigte Anzeige, die von dem
Patent von Hanson gelehrt wird, viele der Nachteile wie Größe,
Gewicht und Komplexität, die mit herkömmlichen am Kopf befestigten
Anzeigen verbunden sind und die oben diskutiert wurden.
Eine kurze Prüfung des Patentes von Hanson zeigt auch schnell
die Komplexität, die mit einer solchen am Kopf befestigten
Anzeige verbunden ist.
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Eine andere herkömmliche am Kopf befestigte Anzeige für
einen Flieger ist aus der US-A-4 468 101 bekannt. Gemäß der
Offenbarung dieses Patentes verwendet die am Kopf befestigte
Anzeige eine Bildquelle und Übertragungsoptik, die extern an dem
Visier des Helms des Benutzers befestigt sind. Eine
transparente und teilweise reflektierende Kombinatorlinse ist vor dem
Visier im Gesichtsfeld des Benutzers aufgehängt, so daß ein von
der Bildquelle und der Übertragungsoptik projiziertes Bild von
dem Benutzer zusammen mit einer Ansicht der Außenwelt durch
diese Kombinatorlinse gesehen werden kann. Bei einer solchen am
Kopf befestigten Anzeige gemäß diesem Patent ist die begrenzte
Packungsdichte und die mit einer achsengetreuen Projektion des
Bildes verbundene Komplexität offensichtlich. Auch ist es
offensichtlich, daß das Vorhandensein eines Kombinatorschirms,
der außerhalb des Helmvisiers herabhängt und an dem man
anstoßen kann, oder der während der Verwendung des Anzeigesystems
von einem Hindernis erfaßt werden kann, unerwünscht ist.
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Die eingangs genannte US-A-5 309 169 verwendet eine
faseroptische Kopfplatte, die an einem Ende mit der Bildanzeige
gekoppelt ist und die an ihrem anderen Ende poliert ist, um eine
asphärische Oberfläche zu erzeugen. Die Form der asphärisch
geformten Oberfläche wird mit Hilfe einer
Strahlenfolgemodellierung bestimmt.
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Obwohl diese faseroptische Kopfplatte die Fähigkeiten für
die Korrektur des verzerrten Bildes vergrößert, kann sie
weitere Designnachteile einführen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine außerachsige
Bildprojektionsanzeige anzugeben, die verbesserte Mittel zur
Bildkorrektur aufweist, um ein Bild, das von einem Benutzer der
Anzeige aufgefaßt wird, wieder weitgehend geradlinig
herzustellen.
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Die Bildprojektionsanzeige soll besonders zur Verwendung
als eine am Kopf aufgenommene oder am Helm aufgenommene Anzeige
geeignet sein.
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Bei einer Bildprojektionsanzeige gemäß der eingangs
genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens
mehrere optische Fasern in einer nicht parallelen Weise
angeordnet sind, so daß ausgewählte Bildpixel physikalisch in Bezug
auf andere Bildpixel versetzt werden.
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Demnach gibt die gegenwärtige Erfindung eine
Bildprojektionsanzeige an, die einen Bildprojektor aufweist, der Licht zur
Erzeugung eines Bildes projiziert, wobei ein Mittel zum
Definieren einer Bildfläche aus wenigstens einem Teil des Lichtes
reflektiert wird, um als ein Bild von einem Benutzer der
Anzeige gesehen zu werden, wobei die Anzeige außerachsige
Projektionsfaktoren aufweist, die ein geradlinig projiziertes Bild
verzerren, so daß der Benutzer der Anzeige ein Bild mit verzerrter
Geradlinigkeit erfassen würde, und wobei der Projektorbereich
ein projiziertes Bild mit einer kompensierenden Bildverzerrung
bereitstellt, so daß der Benutzer der Anzeige ein Bild mit
weitgehend wieder hergestellter Geradlinigkeit sieht; wobei die
Projektionsbildanzeige folgendes aufweist: eine Bildquelle zum
Erhalten eines geradlinigen Bildsignals zur Erzeugung eines
ersten Bildes als Antwort darauf; einen optischen Bereich eines
Projektors zum Erhalten des ersten Bildes von der Bildquelle
und zum Erzeugen eines zweiten Bildes mit einer kompensierenden
Bildverzerrung, wobei der Projektorbereich das
kompensationsmäßig verzerrte projizierte Bild auf die Bildfläche mit
kompensierender Verzerrung projiziert; und Mittel zur physikalischen
Verschiebung ausgewählter Bildelemente (Pixel) von dem ersten
oder dem zweiten Bild, um das projizierte Bild
kompensationsmäßig zu verzerren.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung
werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung
einer besonders bevorzugten beispielhaften Ausführung der
Erfindung im Zusammenhang mit den zugehörigen Figuren der Zeichnung
erkennbar.
In der zugehörigen Zeichnung:
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Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer
Anzeigevorrichtung unter Verwendung der gegenwärtigen Erfindung;
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Fig. 2A bis 2D zeigen verschiedene geometrische
Darstellungen eines geradlinigen Bildfeldes, eines Bildfeldes, das
durch eine beispielhafte Kombination eines konischen
Abschnittes und einer schrägen Projektion (trapezförmige Verzerrung)
verzerrt ist, eines Bildfeldes, das gemäß einer Trapezfunktion
erster Ordnung oder einer schrägen Projektion verzerrt ist, sowie
eines Bildfeldes, das gemäß einer bogenförmigen Funktion
oder einer zylindrischen Projektion verzerrt ist;
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Fig. 3A bis 3D zeigen schematische Darstellungen der
Schritte beim Verfahren zur Herstellung eines
kompensationsmäßigen faseroptischen Korrekturelementes zur Verwendung bei der
Anzeigevorrichtung gemäß der gegenwärtigen Erfindung;
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Fig. 4 bis 7 zeigen schematische Darstellungen von
alternativen Ausführungen eines faseroptischen Korrekturelementes
zur Verwendung in einer Bildprojektionsanzeige gemäß der
gegenwärtigen Erfindung; und
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Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Benutzers,
der einen Helm gemäß der gegenwärtigen Erfindung trägt, um ein
Bild auf ein Visier/Kombinator des Helms zur Betrachtung durch
den Träger des Helms zu projizieren.
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Es sei auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine
beispielhafte Anzeigevorrichtung 10 gemäß der gegenwärtigen Erfindung
schematisch dargestellt ist. Lediglich als Anwendungsbeispiel,
jedoch nicht einschränkend, kann die Anzeigevorrichtung 10 in
einem Kraftfahrzeug, einem Luftfahrzeug oder einem anderen
Fahrzeug (nicht dargestellt) vorkommen, das einen transparenten
Windschirm oder eine Windschutzscheibe 12 aufweist. Hinter der
Windschutzscheibe 12 befindet sich ein Fahrer, ein Passagier
oder eine andere Person (allgemein durch das schematische
Augensymbol angedeutet und mit der Ziffer 14 bezeichnet). Die
Person 14 hat eine Sicht durch die Windschutzscheibe 12 und
empfängt auch ein Bild (angedeutet mit Pfeilen 16) mit Fokus
auf unendlich, das zu der Person 14 von der Innenfläche 18 der
Windschutzscheibe 12 reflektiert wird. D. h., die
Windschutzscheibe 12 ist transparent, so daß die Person 14 aus dem
Fahrzeug schauen kann, und ist etwas reflektierend, so daß auf die
Innenfläche 18 der Windschutzscheibe projiziertes Licht, wie
durch die Pfeile 16 angedeutet, wenigstens teilweise zu der
Person 14 reflektiert wird. Dieses projizierte Licht kann ein
Bild bilden, das auf unendlich fokussiert ist, so daß das Bild
der Person 14 der Außenwelt, die durch die Windschutzscheibe 12
gesehen wird, überlagert erscheint.
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Es versteht sich jedoch, daß die gegenwärtige Erfindung
nicht auf eine Verwendung mit reflektierenden Oberflächen
eingeschränkt ist, die durch transparente Materialien gebildet
werden. D. h. die gegenwärtige Erfindung kann auch mit nicht
transparenten reflektierenden Oberflächen oder Anzeigeschirmen
verwendet werden, die nicht flach sind. Eine solche Verwendung
kann z. B. in einem Cockpit-Flugsimulator auftreten. In einem
solchen Fall wären vorzugsweise die inneren Konturen der
tatsächlichen Kabinenhaube des Luftfahrzeugs in einer virtuellen
Kabinenhaube mit einem simulierten Luftfahrzeug-Cockpit
aufgenommen, um dem Benutzer des Simulators den Gesamteindruck zu
bewahren, daß er tatsächlich ein Luftfahrzeug einer bestimmten
Art fliegt. Jedoch mag die Kabinenhaube nicht transparent sein,
und sowohl ein Bild, das die Außenwelt repräsentiert, als auch
ein Bild, das überlagerte Bildinformation und Textinformation
repräsentiert, kann auf die Innenfläche dieser virtuellen
Kabinenhaube zur Verwendung in dem Simulator projiziert sein. Der
Benutzer des Simulators wird das Bild, das die Außenwelt
repräsentiert, sehen, als ob es durch eine tatsächliche transparente
Kabinenhaube eines Luftfahrzeuges gesehen würde, und wird
ferner die überlagerte Information sehen, die der Benutzer des
tatsächlichen Luftfahrzeuges als der Außenwelt überlagerte
Information sehen würde. Demnach kann die Erfindung auch z. B. in
Virtual Reality und in Trainingsvorrichtungen mit einer
reflektierenden Oberfläche verwendet werden, die nicht transparent
ist, die das projizierte Bild für einen Benutzer bereitstellt.
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Bei der gegenwärtigen Ausführung der Erfindung sei die
Windschutzscheibe 12 als ein transparenter und teilweise
reflektierender Kombinator für die Vorrichtung 10 aufgefaßt. D. h.
die Qualitäten der Windschutzscheibe bezüglich des
Lichtdurchlasses und der Lichtreflexion führen zu einer Ansicht der
Außenwelt, die mit dem für die Person 14 projizierten Bild
überlagert ist. Wie in der schematischen Darstellung von Fig. 1 zu
sehen ist, kann die Windschutzscheibe 12 z. B. eine Form und
Ausführung haben, die anders als eine flache oder ebene Scheibe
aus Glas oder Kunststoff ist. D. h., die Windschutzscheibe (der
Kombinator) kann in einer oder mehreren Ebenen gekrümmt sein,
so daß der Kombinator auf die Projektion des Bildes 16 in der
Vorrichtung 10 einen Linseneffekt hat. Wie in Fig. 1
angedeutet, wäre der Linseneffekt der Windschutzscheibe 12 der eines
konkaven Vergrößerungsspiegels. Ferner kann das projizierte
Bild durch Winkeleffekte verzerrt sein, wie gleichfalls in Fig.
1 angedeutet ist.
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Um diese Winkeleffekte zu verdeutlichen, kann ein Beispiel
mit der Verwendung eines Overhead-Projektors gemacht werden.
Wenn das Bild von einem solchen Projektor hoch nach oben auf
einen Schirm projiziert wird, so daß z. B. alle in einem eng
gefüllten Raum das Bild sehen können, dann erfährt dieses Bild
eine trapezförmige Projektionsverzerrung. Nur wenn die Mitte
des projizierten Bildes auf der Ebene des Projektionskopfes des
Overhead-Projektors gehalten wird, kann eine solche Verzerrung
des projizierten Bildes vermieden werden. Eine andere Art von
Projektionsverzerrung ist in OmniMax-Theatern zu sehen, wobei
ein halbsphärischer Schirm verwendet wird, auf dem ein Bild zur
Betrachtung durch eine Zuhörerschaft projiziert wird. In diesen
Theatern wird ein spezieller Korrekturlinsensatz verwendet, um
das Bild bezüglich sphärischer und anderer
Projektionsverzerrungen zu kompensieren, so daß der Zuhörerschaft im
wesentlichen ein geradliniges Bild gezeigt wird.
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Zusätzlich zu der Verzerrung oder dem Linseneffekt auf das
Bild 16, der von irgendwelchen Krümmungen oder Formfaktoren des
Kombinators (der Windschutzscheibe) 12 herrührt, zeigt Fig. 1,
daß das Bild 16 aus einem Projektor stammt, der allgemein mit
der Ziffer 20 bezeichnet ist. Der Projektor 20 weist ein
Projektionsfenster oder eine optische Öffnung auf, die mit 22
bezeichnet ist, von wo ein Konus von projiziertem Licht
(angedeutet mit dem Bezugspfeil 24), zu der Innenoberfläche 18
des Kombinators 12 zur Reflexion zu der Person 14 gelangt. Wie
aus Fig. 1 zu ersehen ist, hat das projizierte Bild 24 eine
divergierende Konusform zwischen der Öffnung 22 und der Fläche
18. Falls ein flacher Schirm, wie etwa eine Kinoleinwand, an
der Lage der Innenfläche 18 plaziert würde, und wenn er in
irgendeiner Weise irgendeinen speziellen Punkt der Fläche 18
berühren würde (wie durch die gestrichelte Linie 26 angedeutet),
dann wäre zu sehen, daß das Bild 24 auf diesem Schirm überall
unfokussiert ist und auch durch die Geometrie der Projektion
des Bildes 24 verzerrt ist. Mit anderen Worten unterliegt das
von der Person 14 gesehene Bild einer Verzerrung durch
Formfaktoren, die mit dem Kombinator 12 zusammenhängen, als auch durch
Faktoren, die mit der Projektionsgeometrie des Kombinators 12
in bezug auf den Projektor 20 und die Person 14 zusammenhängen.
Die hier dargestellte Projektionsgeometrie kann als eine
außerachsige Geometrie bezeichnet werden, da sie nicht die
Geradlinigkeit des projizierten Bildes gewährleistet.
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Um das Obige weiter zu erläutern, weist Fig. 2A ein
rechteckförmiges Bildfeld 28 auf. Dieses Bildfeld besteht aus
geraden Linien, die sich miteinander in Winkeln von 90º schneiden.
Falls das Bild 16, das von der Person 14 als auf unendlich
fokussiert und mit der äußeren Szene überlagert angesehen wird,
das gleiche wie das geradlinige Bildfeld 28 wäre, so wäre es
offensichtlich, daß das von dem Projektor 20 projizierte Bild
wegen des Formfaktors und wegen der Projektionsverzerrungen
deutlich anders sein müßte. Es versteht sich, daß das
geradlinige Bildfeld 28 lediglich als ein Beispiel verwendet wird.
Jedes äquivalente Bild könnte verwendet werden, um das Verhältnis
zwischen dem von der Person 14 empfundenen Bild und dem vom
Projektor 20 projizierten Bild zu erläutern. Jedoch erleichtert
die Verwendung des geradlinigen Bildfeldes ein Verständnis der
Bildverzerrung und der Kompensationsfaktoren. Die Fachleute
werden verstehen, daß dann, wenn dem Benutzer 14 ein
geradliniges Bild von der Anzeigevorrichtung bereitgestellt wird, andere
Bilder auf ähnliche Weise für den Benutzer 14 bereitgestellt
werden können, wobei ihre Geradlinigkeit eingehalten wird oder
weitgehend wieder hergestellt wird.
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Betrachtet man wieder Fig. 1, so ist zu erkennen, daß der
Projektor 20 ein Paar von Faltprismen 30, 32 aufweist, die
verwendet werden, um die Länge des optischen Weges innerhalb des
Projektors 20 ohne eine entsprechende Vergrößerung in der
externen physikalischen Größe dieses Projektors zu erreichen. Der
Projektor 20 weist ferner einen Satz von Feldprojektionslinsen
34 auf. Es ist wichtig, daß der Projektor 20 als Teil einer
Bildquelle eine Lichtquelle 36 aufweist, die hinter einem
aktiven Matrix-Flüssigkristallanzeigeschirm (AMLCD) 38 angeordnet
ist. D. h., der AMLCD-Schirm 38 ist ein hinterleuchteter Schirm,
so daß, falls diese Anzeige direkt betrachtet würde, ein
lichtemittierendes Bild gesehen würde. Jedoch ist der Schirm 38 in
Folge der gegenwärtigen Erfindung auch entlinearisiert. D. h.,
dieses Bild, das am Anzeigebildschirm 38 erzeugt wird, ist in
einer ausgewählten Weise verzerrt. Fig. 2D zeigt ein
beispielhaftes Bild 40, wie es am Schirm 38 bei direkter Betrachtung
erscheinen würde. Das Bild 40 ist eine Darstellung eines
geradlinigen Bildes wie das Bildfeld 28, das verzerrt ist, um
Verzerrungen, die in der Vorrichtung 10 inhärent sind, teilweise
zu kompensieren. Wie in Fig. 2D zu sehen ist, ist das Bild 40
in bezug auf die vertikalen Linien linear, jedoch in bezug auf
horizontale Linien in dem Bild entlinearisiert und bogenförmig.
Andere Arten von physikalischen Entlinearisierungen können in
ein geradliniges Bild am Schirm 38 eingeführt werden, wie aus
der folgenden Erläuterung zu sehen ist. D. h. z. B., daß das Bild
am Schirm 38 in einer Serpentinenkonfiguration statt in einer
bogenförmigen Konfiguration entlinearisiert werden könnte.
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An diesem Punkt ist es wichtig, festzuhalten, daß das
entlinearisierte Bild am Schirm 38 nicht äquivalent mit dem ist,
das entweder von der elektronischen Manipulation eines Bildes
resultiert, wie sie herkömmlicherweise mit einer
Kathodenstrahlröhrenbildquelle gemacht wird, noch zu der elektronischen
Bildtransformation äquivalent ist, die herkömmlicherweise mit
Bildmanipulationssoftware und einem schnellen Grafikprozessor
auf einem Computersystem gemacht wird, das eine Flüssigkristallanzeige
steuert. Dieses Erhalten der Auflösung ist jedoch
nicht einfach mit einer Festkörperbildquelle zu erreichen.
D. h., daß die Bildtransformationsergebnisse in einigen Teilen
des Bildes expandiert oder gestreckt sind, während sie in
anderen Teilen des Bildes komprimiert oder geschrumpft sind. Mit
einem Bild, das dieselbe Auflösung (z. B. 640 · 480 Pixel) wie
die Anzeigevorrichtung hat, auf der es erscheinen soll, wird
sich in einigen Fällen ein Bildpixel über benachbarte
Anzeigepixel verteilen, und das Manipulationsverfahren wird diesen
Anzeigepixeln eine Grauskala-Zwischenwert zuordnen. Dieses
Aufspreizen von Bildpixeln und Zuordnen von Zwischentönen führt
zu einem Auflösungsverlust.
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Mit anderen Worten werden zwei oder mehr Bildpixel in ein
Anzeigepixel schrumpfen, und das Umsetzungsverfahren wird
diesem Pixel der Anzeige einen Zwischenwert zuordnen, der
repräsentativ für alle diejenigen Bildpixel ist, die in dieses
spezielle Bildpixel geschrumpft wurden. Wiederum ergibt sich ein
Verlust an Bildauflösung. Ferner wird das umgesetzte Bild fast
sicher nicht weiterhin der Form des geradlinigen Arrays von
Pixeln (z. B. 640 · 480) in der Anzeigevorrichtung entsprechen, so
daß der Umsetzprozessor die relative Größe des Anzeigebildes
anzupassen hat, um eine Anpassung an das Array von Pixeln zu
erreichen, die in der Anzeigeeinrichtung (z. B. AMLCD)
erhältlich sind. Als ein Ergebnis werden einige Pixel der Bildanzeige
überhaupt nicht angesteuert, da die Bildanzeige, die innerhalb
der Grenzen der Anzeigevorrichtung liegt, einige der Pixel
nicht verwendet. Wiederum ergibt sich ein Verlust bei der
Bildauflösung. Dieser Verlust an Bildauflösung wird durch das
gegenwärtige Bildprojektionsanzeigesystem minimiert oder
vollständig vermieden, wie weiter erläutert wird. Andererseits enthält
der Schirm 38 selbst die gesamte ursprüngliche
Bildauflösung, da die Pixelorte physikalisch verschoben werden, um
wenigstens einen Teil von wenigstens einem der Ablenkungsfaktoren
zu kompensieren, die in der Vorrichtung 10 wirken.
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Der Schirm 38 kann ein geradliniges AMLCD sein, auf dem
die Pixel in einer nichtlinearen Art und Weise angeordnet sind.
Wie in Fig. 2D ohne einzuschränken dargestellt ist, kann das
Muster der Pixel des Schirms 38 z. B. gekrümmt oder bogenförmig
sein. Der Schirm 38 erhält ein Bildsignal von einem
Signalgenerator 42 über eine Signalaufbereitungsschaltung 44. Die
Signalaufbereitungsschaltung 44 kann in ähnlicher Weise zu
herkömmlichen Schaltungen zur Verzerrungskompensation ausgewählt
sein, wie sie gegenwärtig verwendet werden, um Bildquellen mit
Kathodenstrahlröhren anzutreiben, um dem resultierenden Bild
eine bestimmte Verzerrungskompensation aufzuprägen, oder kann
eine Version eines Bildprozessors für ein digitales Bild sein.
Soweit die elektronisch kompensierende Bildverzerrung durch die
Schaltung 44 verwendet wird, um das Bild in bezug auf
Verzerrungen der Vorrichtung 10 zu kompensieren, versteht es sich,
daß sich ein bestimmter Verlust in der Auflösung ergeben kann,
wie oben beschrieben wurde. Jedoch ist dieser Verlust in der
Auflösung gering und akzeptabel, da andere Aspekte der
gegenwärtigen Erfindung die Bildauflösung bewahren.
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Z. B. kann im vorliegenden Fall die Schaltung 44 dazu
konfiguriert sein, eine geringe zusätzliche Nichtlinearität in die
horizontalen Linienelemente des Bildes 40 einzurühren. Die
hauptsächliche Nichtlinearität dieser Linienelemente ist aus
der gekrümmten oder bogenförmigen Form der horizontalen
Pixelreihen zu sehen, wie oben diskutiert wurde. Bei dieser hauptsächlichen
Nichtlinearität wird eine zusätzliche
Nichtlinearität erreicht, indem z. B. eine mittenbezogene Pixelverschiebung
erfolgt. D. h., Pixel in der Nähe der Mitte des Bildes werden um
eine oder mehrere Anzeigepixelpositionen nach unten gegenüber
der Lage verschoben, wo sie sonst auftreten würden. Dieses
Verschieben von Pixeln würde in das projizierte Bild einen
horizontalen Verzerrungsfaktor "Welligkeit" einführen. Diese
Pixelverschiebung ist in Fig. 2D durch die Schraffur von
Pixelsäulen dargestellt, wobei das obere eine oder die oberen zwei
Anzeigepixel ausgelassen wurden, um anzuzeigen, daß das obere
eine oder die oberen beiden Pixel z. B. nicht mit
Bildinformation gesteuert werden. Somit werden mittlere Spalten von Pixeln
selektiv nach unten verschoben, und es ist zu sehen, daß einige
Pixel in der Mitte des Bodens des Bildes verlorengehen. Demnach
wird ein geringer Anteil von Bildinformation verloren.
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Jedoch ist der hauptsächliche kompensierende
Bildverzerrungsfaktor bei der Anzeige 38 offensichtlich die bogenförmige
physikalische Verschiebung der Bildpixel. Die gesamte Anzeige
38 ist bogenförmig, um eine kompensierende Verzerrung des
erzeugten Bildes mit geringer oder keiner elektronischer
Bildmanipulation und Verlust an Bildauflösung bereitzustellen.
Alternativ kann der Schirm 38 selbst so konfiguriert sein, daß die
Pixelspalten bogenförmig oder gekrümmt sind, während die
Pixelreihen dieses Anzeigeschirms gerade sind. Andere kompensierende
physikalische Verschiebungen der Pixel des Schirms 38 sind
möglich, um bezüglich eines oder mehrerer der Verzerrungsfaktoren
der Anzeigevorrichtung 10 teilweise oder vollständig zu
kompensieren. Es versteht sich vor dem obigen Hintergrund, daß die
Bildquelle der Vorrichtung 10 (d. h. am Schirm 38) selektiv
mittels entweder elektronischer Manipulation eines Bildsignals
oder durch physikalische Verschiebung der Pixelelemente der
Bildquelle, oder durch beides, verzerrt wird, so daß ein
geradliniges Bildsignal wie das Feld 28 ein selektiv verzerrtes Bild
wie z. B. das Bild 40 erzeugt.
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In dem Projektor 20 ist ein faseroptisches
Korrekturelement 46 als ein zusätzliches Element der Bildquelle aufgenommen
und zwischen dem Schirm 38 und dem Faltprisma 32 angeordnet.
Dieses Korrekturelement hat ein Ende 48, das mit dem AMLCD-
Schirm 38 zusammenhängt, um so das lichtemittierende Bild, das
von dem Schirm 38 erzeugt wird, zu erhalten. An einem
gegenüberliegenden Ende 50 gibt das faseroptische Korrekturelement
46 das Bild mit einem zusätzlichen kompensierenden
Verzerrungsfaktor wieder, wie noch erläutert wird. D. h., Pixel des Bildes,
die an der Fläche 50 erzeugt werden, sind zusätzlich
physikalisch verschoben, um eine zusätzliche ausgewählte Verzerrung
auf das Bild, das von dem Projektor 20 projiziert wird,
aufzuprägen. Wie die Fachleute verstehen werden, weist das
faseroptische Element 46 eine große Anzahl von optischen Fasern auf,
die sich zwischen den gegenüberliegenden Enden 48 und 50
erstrecken. Z. B. kann ein typisches AMLCD von ungefähr 1 Inch auf
einer Seite ein Array von Pixeln haben, das 640 · 480 ist (d. h.
ungefähr 307.000 Pixel). Andererseits kann ein typisches
faseroptisches Bündel aus optischen Fasern hergestellt sein, die
ungefähr 10 um Durchmesser (0,01 mm) haben.
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Demnach ist zu erkennen, daß jedem Pixel des
Anzeigeschirms 38 z. B. zehn, zwölf oder mehr der optischen Fasern in
dem Element 46 zugeordnet sein können. Somit ist es
offensichtlich, daß das Korrekturelement 46 eine sehr große optische
Öffnung hat, sowie einen hohen Wirkungsgrad der Lichtübertragung
innerhalb des Projektors 20. Am Ende 48 kann das Element 46
rechteckförmig wie der Schirm 38 und gleichfalls geradlinig wie
das Bild von Fig. 2A ausgebildet sein. D. h., an dem Ende 48
werden die einzelnen Fasern des Elementes 46 z. B. in
regelmäßigen Zeilen und Spalten angeordnet oder in irgendeinem anderen
regelmäßigen geometrischen Muster, wie etwa in einem
hexagonalen Array. Jedoch sind die Fasern des Elementes 46 am Ende 50
in einem Muster angeordnet, das schematisch in Fig. 2C
angedeutet ist. D. h., es wurde eine trapezförmige Verzerrung auf das
Array der optischen Fasern des Elementes 46 aufgeprägt, so daß
ein geradliniges Bild, das an der Fläche 48 bereitgestellt
wird, an der Fläche 50, wie in Fig. 2C zu sehen, präsentiert
würde. Es sei bemerkt, daß in Fig. 2C Zeilen und Spalten des
Bildes nach wie vor gerade sind, daß sich Linien jedoch nicht
senkrecht schneiden.
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Fig. 2B zeigt eine schematische und bildliche Darstellung
des Bildes, das an der Fläche 50 des Korrektorelementes 46
durch die Überlagerung der entlinearisierten physikalischen
Verschiebungen von Pixelpositionen und der sich ergebenden
bogenförmigen Form des Bildes der Anzeige 38 zusammen mit der
trapezförmigen Kompensationsverzerrung, die durch das
Korrektorelement 46 erzeugt wird, ergibt. Betrachtet man Fig. 2B, so
ist zu sehen, daß das resultierende Bild kompensierende
Verzerrungselemente von bogenförmiger Verzerrung von Pixelzeilen
sowie trapezförmige Verzerrung von Pixelsäulen aufweist. Ferner
würde auch jede Pixelverschiebung (Bildumsetzung), die
elektronisch an dem Schirm 38 durch den Betrieb der Schaltung 44
erzeugt würde, auf dem Bild gemäß Fig. 2B erscheinen. Das Bild
von Fig. 2B wird durch das Korrektorelement 46 dem Faltprisma
32 zur Projektion durch die Linsen 34 und das Prisma 30 auf den
Kombinatorschirm 12 zugeführt. Wie erläutert, wird das auf den
Kombinator 12 projizierte Bild teilweise zu der Person 14 zur
Betrachtung zusammen mit einer Ansicht nach außen durch den
Kombinator 12 reflektiert.
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Indem jetzt auf die Fig. 3A bis 3D Bezug genommen wird,
seien Schritte bei dem Herstellungsverfahren eines
beispielhaften faseroptischen Korrekturelementes 46 erläutert. Das
Verfahren zum Herstellen des Korrekturelementes 46 beinhaltet die
Bereitstellung eines langgestreckten faseroptischen Werkstückes
52. Dieses Werkstück 52 weist eine große Anzahl von
langgestreckten und miteinander verbundenen optischen Glasfasern auf,
die sich von einem Ende 54 zu dem gegenüberliegenden Ende 56
des Werkstückes 52 erstrecken, wie durch die Linien auf dem
Werkstück 52 angedeutet ist, die mit dem Pfeil 58 bezeichnet
sind. Ein rechter Teil von Fig. 3A (d. h. Fig. 3A(2)) zeigt eine
Endansicht des Werkstückes 52 und der Vielzahl von optischen
Fasern an dem Ende 56.
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Fig. 3B zeigt, daß ein zentraler Bereich 60 des
Werkstückes 52 beheizt wird, wie durch die Pfeile 62 angedeutet ist, um
diesen Bereich des Werkstückes 52 teilweise zu erweichen.
Während der Bereich 60 auf eine kontrollierte Temperatur
aufgeheizt wird, wird das Werkstück 52 gelängt, wie durch die Pfeile
64 angedeutet ist. Die Längung des Werkstückes 52 führt dazu,
daß sich der Bereich 60 auf eine Sanduhrform einschnürt, wie in
Fig. 3B zu sehen ist. Die Individualität der optischen Fasern
in dem Werkstück 52 wird durch diesen Aufheiz- und Ziehvorgang
nicht beeinträchtigt. Nachdem das Werkstück 52 abgekühlt ist,
wird es an der Linie, die durch die Bezugsziffer 66 angedeutet
ist, geschnitten und poliert, um ein Werkstück 52' zu erzeugen.
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Fig. 3C zeigt, daß das sich ergebende Werkstück 52'
wiederum an der Linie, die durch die Bezugsziffer 68 angedeutet
ist, geschnitten und poliert wird, um ein Werkstück 52" zu
erzeugen. Das Werkstück 52 " ist in Fig. 3D zu sehen und weist
gegenüberliegende Endflächen 70 und 72 auf. Die betreffenden
Bereiche am linken Ende und am rechten Ende von Fig. 3D (Fig.
3D(2) und 3D(3))zeigen, daß die Fläche 70 rechteckförmig ist,
und die geradlinige Anordnung des Arrays von optischen Fasern
58 erhält. Auf der anderen Seite ist die Fläche 72
trapezförmig, wenn sie in Projektion auf diese Fläche betrachtet wird.
Die optischen Fasern, die die Fläche 72 definieren, haben
zueinander eine trapezförmige Anordnung. Es versteht sich, daß
das rechteckförmige Muster gemäß Fig. 3D(2) und das
trapezförmig verzerrte Muster auf dem rechten Teil dieser Figur, 3D(3),
nicht ein Merkmal der dargestellten Struktur sind, sondern auf
diesen Figuren der Zeichnung dargestellt sind, um die
Geometrien der Arrays von optischen Fasern an dem Werkstück 52"
in ihrer relativen Lage zueinander schematisch zu
verdeutlichen. Falls ein Beobachter tatsächlich die Flächen 70 und 72
betrachten würde, wären die Gitterlinien nicht vorhanden, und
die relativen Positionen der ausgerichteten optischen Fasern
könnten durch den normalen Betrachter nicht erfaßt werden,
infolge ihrer äußerst geringen Größe.
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Jedoch sei beim Betrachten von Fig. 3D erwähnt, daß die
optischen Fasern, die die Fläche 72 bilden, sich mit dieser
Fläche an verschiedenen Winkeln entlang der Ausdehnung dieser
Fläche schneiden. Zusätzlich zu dieser hauptsächlichen
Übertragung von Licht innerhalb einer optischen Faser (normalerweise
hat die Lichtintensität eine glockenförmige Verteilungskurve
mit der höchsten Intensität auf der optischen Achse des Faserkerns),
führt das Schneiden der Achsen der Fasern mit der
Fläche 72 zu einem "Prisma"-Effekt, so daß der größte Anteil des
Lichtes von der Fläche 72 Richtungen, wie durch die Pfeile 74
angedeutet, haben würde. Mit anderen Worten würde die
Winkelausrichtung des austretenden Lichtes einen größeren Winkel zu
der Fläche 72 gemäß dem Winkel der betreffenden Fasern haben,
deren Enden diese Fläche definieren. Verständlicherweise ist
diese Richtung des Lichtes von dem Korrekturelement 46 (von dem
ein Bild geformt werden soll) nicht erwünscht.
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Demnach wird eine Diffusionsschicht oder eine Behandlung,
wie durch die Ziffer 76 angedeutet, auf die Fläche 72
angewandt. Die Diffusionsschicht 76 kann aus einer
lichtdurchlässigen Farbe hergestellt sein, die auf die Fläche 72 aufgebracht
wird, oder aus einer dünnen Schicht von durchsichtigem Glas
(wie z. B. Milchglas), das z. B. mit der Fläche 72 gebondet ist.
Alternativ kann die Fläche 72 selbst dazu ausgebildet sein,
Licht, das an dieser Fläche über die optischen Fasern ankommt,
zu verteilen, indem diese Fläche geätzt oder teilchengestrahlt
wird, um eine aufgerauhte und durchsichtige Streuschicht des
Glases der Fasern 58 selbst zu erzeugen. Als ein Ergebnis der
Streuschicht oder Behandlung 76 wird das Bild, das an der
Fläche 72 über die Fasern 75 ankommt, noch erhalten, jedoch
erfordert die Projektionsrichtung des Bildlichtes von der Fläche 72
eine Verteilung hauptsächlich entlang der senkrechten Richtung
(Pfeil 78) zu der Fläche 72. Das Werkstück 52 " wird nach
Fertigstellung als das Verbindungselement 46 verwendet, wobei die
Fläche 70 an dem Ende 48 angeordnet ist, und die Fläche 50
durch die Diffusionsbeschichtung oder die Behandlung 76
definiert ist.
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Kehrt man nun zur weiteren Erläuterung zu Fig. 1 zurück,
so ist zu sehen, daß das Bildlicht (Pfeile 74) von der Fläche
72 des Korrekturelementes 46 von dem Prisma 32 zur Übertragung
durch den Rest des Projektors 20 und auf den Kombinator 12
erhalten wird. Es versteht sich, daß der in Fig. 1 gezeigte
Abstand zwischen dem Korrekturelement 46 und dem Faltprisma 32
ein Merkmal der schematischen Darstellung der Vorrichtung 10
und nicht eine physikalische Ausgestaltung der Vorrichtung ist.
Vorzugsweise wird das Faltprisma 32 äußerst nahe oder in
Kontakt mit dem Korrektor 46 plaziert, um einen möglichst großen
Anteil des Bildlichtes zu empfangen, das von diesem
Korrekturelement ausstrahlt. Da der nichtlineare Schirm 38 und das
trapezförmig verzerrte Korrekturelement 46 gemeinsam eine
kompensierende Verzerrung des projizierten Bildes erzeugen, wie in
Fig. 2B dargestellt ist, sieht der Benutzer 14 das Bild nach
der Projektion auf die Fläche 18 und Reflexion zu dem Benutzer
mit einer wiederhergestellten Geradlinigkeit, wie in Fig. 2A
angedeutet. Da das faseroptische Korrekturelement 46 eine große
optische Öffnung aufweist und tatsächlich sehr nahe oder in
Kontakt mit der Fläche 72 (oder in Kontakt mit der
Streubeschichtung 76 auf dieser Fläche) angeordnet ist, fängt der
Korrektor 46 einen großen Teil des zu diesem Korrektor 46
übertragenen Bildlichtes ein. Dieses Licht wird auf den Kombinator 12
projiziert, um dazu zu führen, daß die Anzeigevorrichtung 10
eine erheblich größere Helligkeit und besser sichtbares Bild
hat, als es von herkömmlichen Anzeigen mit einem entsprechendem
Pegel von Eingangslicht von der Bildquelle (d. h. von Licht 36
und dem AMLCD-Schirm 38) bereitgestellt werden könnte.
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Es versteht sich, daß das obige lediglich ein Beispiel der
gegenwärtigen Erfindung darstellt, und daß die kompensierende
Verzerrung für die Form, die Projektion und andere Faktoren,
die mit dem Projektor 20 und der Umgebung, in der die
Vorrichtung 10 verwendet wird, zusammenhängen, anders als die
dargestellte trapezförmige und gekrümmtlineare Korrektur sein kann,
die in bezug auf Fig. 2 diskutiert wurde. Die Fig. 4 bis 7
zeigen Beispiele von anderen Korrekturfaktoren, die z. B. mit
dem Korrekturelement 46 erzielt werden können. Fig. 4 zeigt,
daß das Korrekturelement 46 eine rechteckwinklige und eine
geradlinige Fläche 80 an einem Ende und eine linear gekrümmte
Fläche 82 an dem gegenüberliegenden Ende haben kann. In diesem
Fall wäre eine gekrümmtlineare Korrektur an dem Schirm 38 wie
die oben beschriebene nicht notwendig, da das Korrekturelement
46 diesen Teil der kompensierenden Bildverzerrung übernehmen
würde. Der Schirm 38 könnte dann in einer anderen Weise
verzerrt werden, um die gesamte kompensierende Verzerrung zu
erhalten, die für die Vorrichtung 10 notwendig ist, wobei daran
zu erinnern ist, daß die kompensierenden Verzerrungen additiv
mittels des Projektors 20 überlagert werden.
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Fig. 5 zeigt, daß das Korrekturelement 46 dazu ausgebildet
sein kann, sowohl eine gekrümmtlineare (entlang von
horizontalen Linien wie dargestellt) als auch eine trapezförmig
kompensierende Verzerrung zu liefern. Bei dieser Konfiguration des
Korrekturelementes würde ein geradliniger Input in das
Korrekturelement 46 unmittelbar ein Bild erzeugen, das wie in Fig. 2B
dargestellt verzerrt ist. Somit könnte der Schirm 38 geradlinig
sein oder könnte durch physikalische Verschiebung von
Bildpixeln auf andere Weise verzerrt werden, um eine kompensierende
Bildverzerrung durch Überlagerung zu erreichen, die an die
Besonderheiten der Umgebung angepaßt ist, in der die Vorrichtung
10 verwendet wird. Es sei daran erinnert, daß das auf dem
Schirm 38 präsentierte Bild in allen Fällen elektronisch
abgebildet oder pixelverschoben sein kann, wie oben beschrieben.
Jedoch ist es erwünscht, um einen Verlust in der Bildauflösung
zu vermeiden, die kompensierende Bildverzerrung, die für eine
bestimmte Anwendung der Vorrichtung 10 bei ihrem Gebrauch in
der Umgebung notwendig ist, durch Auswahl der Konfiguration des
Bildquelleschirms 38 AMLCD und des faseroptischen
Korrekturelementes 46 bereitzustellen. Eine Bildmanipulation kann dann
überhaupt vermieden werden oder nur in einer begrenzten Weise
wie oben beschrieben verwendet werden, infolge des
unerwünschten Verlustes in der Bildauflösung, die von einer solchen
Bildmanipulation herrührt.
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Fig. 6 zeigt ein anderes Beispiel eines Korrekturelementes
46, das in diesem Fall eine rechtwinklige und eine geradlinige
Fläche 84 an einem Ende aufweist, sowie eine zweidimensional
gekrümmte Fläche 86 an dem anderen Ende. Die zweidimensional
gekrümmte Fläche 86 hat Spitzen 88' an dem Schnittpunkt der
gekrümmten Seiten der Fläche. Sämtliche der Zeilen und Spalten
dieser Korrekturelemenfläche sind gekrümmt (oder das Array der
Fasern auf dieser Fläche ist in äquivalenter Weise angeordnet,
falls nicht in Zeilen und Spalten) und sämtliche der Linien
schneiden sich in Winkeln, die anders als rechtwinklig sind
(außer im geometrischen Zentrum der Fläche).
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Es sei darauf hingewiesen, daß die in den Fig. 4 bis 6
dargestellten Korrekturelemente 46 mit ihren Flächen nicht
relativ zueinander abgewinkelt sind, wie das Korrekturelement
gemäß Fig. 3. Jedoch können alle Korrekturelemente auch diesen
Aspekt der relativen Abwinklung der gegenüberliegenden Flächen
des Elementes aufweisen, um eine ausgewählte kompensierende
Bildverzerrung zu erreichen, wie oben unter Bezugnahme auf Fig.
3 diskutiert wurde. Ferner kann die durchsichtige
Streubeschichtung oder die Behandlung an der Lichtausgangsfläche des
Korrekturelementes 46 notwendig sein oder nicht notwendig, in
Abhängigkeit von der relativen Abwinklung an der Fläche, an der
Licht aus dem Korrekturelement 46 austritt. Ferner kann die
Richtung der Lichtübertragung durch die Korrekturelemente 46 in
jeder Richtung sein. Fig. 7 zeigt, daß dann, wenn ein
geradliniges Bild (wie das von Fig. 2A) auf die gekrümmtlineare Fläche
86 eines Korrekturelementes 46 wie die in Fig. 6 gezeigte
angewandt wird, das Bild an der gegenüberliegenden Fläche 84 des
Korrekturelementes kompensationsmäßig wie in Fig. 7 verzerrt
wird.
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Vor dem obigen Hintergrund ist zu erkennen, daß die
Vorrichtung 10 ein Bild zu einem Betrachter projiziert, das
außerachsig ist. D. h., die Geradlinigkeit eines geradlinigen Bildes
würde von dem Projektor zerstört, so daß das von dem Betrachter
gesehene Bild verzerrt wäre. Jedoch wird durch die Verwendung
einer selektiv und kompensationsmäßig verzerrten Bildquelle
oder eines selektiv und kompensationsmäßig faseroptischen
Korrekturelementes, oder durch beides, das projizierte Bild
kompensationsmäßig verzerrt, so daß der Betrachter ein Bild mit
weitgehend wiederhergestellter Geradlinigkeit sieht. Wenn
sowohl eine verzerrte Bildquelle als auch ein faseroptisches
Korrekturelement gemeinsam verwendet werden, sind die durch beide
erzeugten kopensationsmäßigen Verzerrungen additiv durch
Überlagerung, wie oben beschrieben. Ferner kann bei der
gegenwärtigen Vorrichtung eine Bildmanipulation verwendet werden, falls
notwendig, um für den Benutzer der Anzeige ein weitgehend
geradliniges Bild bereitzustellen, wobei zu berücksichtigen ist,
daß eine solche Manipulation einen Preis hinsichtlich der
Bildauflösung hat.
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Fig. 8 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführung der
gegenwärtigen Erfindung bei der ein Benutzer 88 einen im
wesentlichen standardmäßigen Flughelm 90 für einen Flieger trägt. An
dem Flughelm 90 ist anstelle des Standardvisiers ein
transparentes Visier/Kombinator-Modul 92 gemäß der gegenwärtigen
Erfindung befestigt. Das Visier/Kombinator-Modul 92 weist einen
gekrümmten Sichtbereich, der allgemein mit der Ziffer 94
bezeichnet ist, auf. Dieser gekrümmte Sichtbereich 94 würde ein
geradliniges darauf projiziertes Bild verzerren, ähnlich zu der
Verzerrung, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde.
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An dem Helm 90 ist in einer temporären Position abnehmbar
ein Projektormodul befestigt, das durch die Ziffer 96
angedeutet ist. Das Visier/Kombinator-Modul 92 und das Projektormodul
96 ergeben zusammen eine außerachsige
Bildprojektionsvorrichtung 10 wie die oben beschriebene. Jedoch ist in diesem Fall
die Vorrichtung besonders zur Befestigung an dem Kopf des
Benutzers 88 angepaßt. Das Projektormodul 96 weist ein angepaßtes
Schutzgehäuse 98 auf, das eine Bildquelle (z. B. Licht 36 und
AMLCD-Schirm 38) trägt, sowie ein faseroptisches
Korrekturelement 46 und eine Projektionsoptik (z. B. Faltprismen 30, 32 und
Linsensatz 34). Das Gehäuse ist vorzugsweise abnehmbar an dem
Helm 90 befestigt. Die Bildquelle erhält ihre Leistung und
Bildsignale über ein Kabel 100, das sich von dem Gehäuse 98
z. B. zur Bildquelle und zu Bildaufbereitungsschaltungen 42, 44
erstreckt, wie oben beschrieben.
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Wie ferner in Fig. 8 dargestellt, stellt das
Projektormodul 96 für den Benutzer 88 ein Bild bereit, das durch einen
peripheren Fensterbereich 102 des Visier/Kombinator-Moduls 92
projiziert wird. Diese Projektion des Bildes durch den
peripheren Fensterbereich 102 des Visiers/Kombinator erzeugt einen der
Verzerrungsfaktoren, die bei dem dargestellten
Umgebungsgebrauch der Vorrichtung 10 berücksichtigt werden müssen. Es
versteht sich, daß der Helm 90 ein rechtes Modul 96, ein linkes
Modul 96 oder beides tragen kann.
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Ein Vorteil der gegenwärtigen Erfindung liegt in ihrer
Fähigkeit, zusammen mit einem im wesentlichen standardmäßigen
Fliegerhelm verwendet werden zu können, und in der Vermeidung
der Notwendigkeit von großen, komplexen und teuren Helmen mit
eingebauten, am Kopf befestigten Anzeigen. Ein weiterer Vorteil
der gegenwärtigen Erfindung liegt in ihrer Anpaßbarkeit auf
eine große Anzahl von Verwendungsumgebungen, in denen eine
Bildprojektionsanzeige verwendet werden kann. Solche Verwendungen
werden insbesondere durch die Fähigkeit der Erfindung
erleichtert, außerachsige Projektionen des Bildes, die die
Geradlinigkeit des Bildes, das von dem Betrachter gesehen wird,
verzerren, zu kompensieren. Die Vorrichtung ist verwendbar, um ein
geradliniges Bildsignal für ein Bild mit einer Vielzahl von
Bildelementen oder Pixeln zu erhalten und selektiv Pixel des
Bildes zu verschieben, um ein projiziertes Bild mit
kompensationsmäßiger Verzerrung zu entlinearisieren, so daß ein Bild, das
von einem Benutzer der Anzeige erfaßt wird, mit
wiederhergestellter Geradlinigkeit betrachtet wird.
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Obwohl die gegenwärtige Erfindung unter Bezugnahme auf
mehrere besonders bevorzugte beispielhafte Ausführungen der
Erfindung
dargestellt wurde, stellen solche Bezugnahmen keine
Beschränkung der Erfindung dar, und es ist keine solche
Beschränkung beabsichtigt. Die Erfindung ist nur durch den Rahmen der
folgenden Ansprüche begrenzt.