DE69935579T2 - Am kopf montiertes projektionsanzeigsystem - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur und insbesondere auf ein derartiges Wiedergabesystem, wobei die Wiedergabe stereoskopisch ist.
• Es sind eine Veilzahl Kopfgarnitur-Wiedergabeanordnungen im Gebrauch oder wurden vorgeschlagen. Meistens betrifft es dabei eine CTR oder einen räumlichen Lichtmodulator, der mit einer Lichtquelle gekoppelt ist zum Schaffen des Wiedergabebildes. In den einfachsten Versionen werden die Bilder unmittelbar mit dem Auge gesehen, dabei geholfen durch eine geeignete Optik. Siehe beispielsweise die Japanische Kokai 4-34588 (A). Einige Versionen ermöglichen es, dass die Umgebung durch die Apparatur gesehen werden kann, während das Bild Information hinzugefügt wird. Siehe beispielsweise US Patent Nr. 5.677.795.
• In der UK Patentanmeldung GB 2 043 940 A ist ein Universal-Flugsimulator beschrieben, in dem ein einzelner rechter und linker Lichtstrahl von einem Laserabtastbildgenerator einer rechten und linken Projektionslinse zugeführt werden, die an einem Helm über den Augen eines Auszubildenden vorgesehen sind, und auf einen Rückprojektionsschirm projiziert werden. Ein Beugungsgitter vor dem Schirm stellt den Winkel des rückreflektierten Bildes ein, so dass die projizierten Strahlen auf einen flachen Spiegel reflektiert werden, der auf dem Helm zwischen den Projektionslinsen und den Augen des Betrachters vorgesehen ist. An dem Helm vorgesehene Motoren drehen den Spiegel um eine Abtastung der an dem Schirm reflektierten Lichtstrahlen zu erzielen um ein Wiedergabebild aufzubauen.
• Ein Nachteil des bekennten Systems ist, dass es komplex ist und teuer ist zum Implementieren, wodurch die Anwendbarkeit für Spezialgebrauch, wie militärisches oder kommerzielles Pilotentraining begrenzt wird.
• Aus WO92/18971 ist ein Flugsimulator bekannt, der einen Strahlspalter vor den Augen des Zuschauers benutzt um Licht von einer CRT in Richtung eines Rückreflexionsschirms zu reflektieren. Der Rückreflexionsschirm reflektiert das Licht zurück, so dass es durch den Strahlspalter hindurch zu den Augen des Zuschauers geht.
• Auf entsprechende Art und Weise ist es nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches als Kopfgarnitur ausgebildetes Wiedergabesystem geringer Leistungsaufnahme zu schaffen.
• Dazu ist ein System nach der vorliegenden Erfindung in Anspruch 1 definiert.
• Ein einfaches als Kopfgarnitur ausgebildetes Projektionswiedergabesystem geringer Leistungsaufnahme, insbesondere ein System, das ein Stereobild schafft, wäre in vielen Applikationen nützlich, insbesondere in VR-Systemen, beispielsweise auf dem Gebiet von Unterricht, Training und/oder Unterhaltung.
• Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur geschaffen, die wenigstens einen Projektor mit niedriger Leistungsaufnahme umfasst, der derart vorgesehen ist, dass das Bild von dem Projektor von den Augen des Betrachters weg gerichtet wird. Insbesondere ist der Projektor derart vorgesehen, dass er ein Bild in einer Richtung in der Sehrichtung des Betrachters sendet. An je einer Seite der Kopfgarnitur ist ein Projektor vorgesehen, und zwar in der Nähe des Auges des Betrachters und jeder Projektor ist in der Sehrichtung des Betrachters gerichtet.
• Ein weiterer Vorteil des Systems nach der vorliegenden Erfindung ist, dass ein Stereobild möglich ist.
• Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
• Das projizierte Bild wird einem Rückprojektionsschirm hoher Verstärkung zugeführt, wobei dieser Schirm Licht von den Projektoren mit geringer Leistung mit ausreichender Helligkeit für den Betrachter um die projizierten Bilder zu sehen, reflektiert. Durch den kleinen Reflexionswinkel (in der Größenordnung von etwa 1-2 Grad) sieht jedes Auge nur das Bild des benachbarten Projektors, wodurch ein Stereobild ermöglicht wird in dem Fall, dass einzelne Bilder von jedem Projektor projiziert werden, ohne Dämpfung, zeitliche oder optische Manipulation, was bei bekannten Stereowiedergabesystemen üblich ist.
• Der Rückreflexionswiedergabeschirm ist imstande, einen breiten Sehwinkel zu haben. Dieses Kennzeichen ermöglicht es, zusammen mit dem Rückreflexionsschirm, dass ein einziger Zuschauer oder mehrere Zuschauer, mit je einer eigenen Kopfgarnitur, dasselbe Bild oder verschiedene Bilder mit großen Gesichtswinkeln ohne wesentliche Degradation sehen können, was es ermöglicht, dass beispielsweise ein einziger Zuschauer oder mehrere Zuschauer sich in dem Zuschauraum bewegen kann oder ein Publikum ortsfester Zuschauer.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform des Projektionssystems nach der vorliegenden Erfindung mit einem Projektorpaar geringer Leistungsaufnahme an einer Kopfgarnitur und einem Rückreflexionsschirm hoher Verstärkung,
• 2 einen schematischen Schnitt durch einen der Projektoren geringer Leistungsaufnahme nach 1,
• 3 einen detaillierten Schnitt durch einen Teil des Schirms nach Fig., und
• 4 eine schematische Darstellung eines kugelförmigen Zuschauerraums mit einem transparenten Boden nach der vorliegenden Erfindung.
• In 1 sind die zwei Projektoren 12 und 14 an dem Kopf des Zuschauers je in der Nähe eines Auges vorgesehen. Jeder Projektor ist auf den Schirm 16 gerichtet, und zwar in der Richtung der Sehlinie des benachbarten Auges des Zuschauers. Die Projektoren 12 und 14 sind stabilisiert und mit Hilfe einer Kopfgarnitur 18 auf den Kopf des Zuschauers bezogen. Mögliche alternative Kopfgarnituren umfassen einen Hut oder einen Helm.
• Die Projektoren enthalten je eine Lichtquelle 20, einen elektrooptischen Lichtmodulator 22, wie eine LCD, und eine Projektionslinse 24, in der Anordnung in 2 schematisch dargstellt. Licht kann auf alternative Weise von einer Fernlichtquelle, beispielsweise über optische Fasern, geliefert werden. Wiedergabeinformation, wie Video oder von Computer gesteuerte Wiedergabesignale, werden dem Modulator 22 über nicht dargestellte elektrische Kabel geliefert.
• Der Wiedergabeschirm 16 ist rückreflektierend. Das heißt, der Schirm wirft alles auftreffende Licht innerhalb eines kleinen Winkels (etwa 1-2 Grad) zu der Quelle zurück. Folglich wird, ungeachtet Änderungen in dem Auftreffwinkel des projizierten Bildes, verursacht durch Bewegung des Kopfes des Zuschauers, der Schirm das projizierte Bild zu dem Zuschauer zurückwerfen. Der Wiedergabeschirm kann auch auf vorteilhafte Weise eine sehr hohe Verstärkung haben, beispielsweise 1600, wodurch der Zuschauer das projizierte Bild mit entsprechender Helligkeit sehen kann, trotz der Geringen Leistung der Projektoren. Diese geringe Leistung reduziert nicht nur die Kosten des Systems gegenüber komplexeren Hochleistungssystemen, sie ermöglicht auch die Anwendung von Batteriebetrieb, wodurch die Tragbarkeit eingeführt wird sowie die Möglichkeit der Eingabe von Wiedergabeinformation, wie vom Computer erzeugter Information, durch drahtlose Kopplung.
• Je nach der Applikation könnte der Schirm einen Teil einer Wand oder eine komplette Wand oder einen kompletten Raum bedecken. Die Wände des Raums könnten gekrümmt sein, zylinderförmig oder kugelförmig. So zeigt beispielsweise 4 einen kugelförmigen Raum 40, der einen transparenten Fußboden 42 und einen Zuschauer 44 enthält. In der Stereo-Mode der vorliegenden Erfindung könnte ein derartiger Raum 40 zum Projizieren von Bildern 46 und 48 über und unter dem Zuschauer 44 verwendet werden, beispielsweise zum Trainieren von Astronauten, da dies eine Erfahrung von im Raum schwebend verleihen könnte.
• In einer Ausführungsform in 3 besteht der Schirm aus einer Oberfläche einer Reihe einheitlich bemessener Mikrokügelchen 30, die durch eine reflektierende Farbe 32 an einem Substrat 34 befestigt sind. Die Mikrokügelchen können von jeder beliebigen Größe über der Wellenlänge des Lichtes sein und können auch von unterschiedlicher Größe sein. Eine Art und Weise eine große Schirmfläche zu konstruieren wäre, die Mikrokügelchen gegen einen Träger mit einer vorher aufgetragenen klebrigen Basis. Beispielsweise einer reflektierenden Farbe, zu blasen. Bekanntlich ist eine Alternative zu den reflektierenden Mikrokügelchen der sog. Eckwürfel. Rückreflexionsschirme sind auch kommerziell erhältlich. Zwei Beispiele sind die 3M Spezialeffekt Projektionsschirme #7610 und #7615.
• Die vorliegende Erfindung ist in Termen einer begrenzten Anzahl Ausführungsformen beschrieben worden. Andere Ausführungsformen, Abwandlungen von Ausführungsformen und Äquivalenten dürften dem Fachmann einfallen und sollen als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet werden, wie in den beiliegenden Patentansprüchen definiert.

Claims (8)

1. Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur und einem Projektionswiedergabeschirm (16) wobei die Kopfgarnitur zwei Projektoren (12, 14) aufweist, die je auf einer Seite der Garnitur vorgesehen sind, und Mittel (18) zum Befestigen der Projektoren neben den Augen der schauenden Person auf eine Art und Weise, dass in Richtung der Sichtlinie der schauenden Person ein Bildprojiziert wird, und wobei der Schirm (16) ein retroreflektierender Schirm ist.
2. Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur nach Anspruch 1, wobei der Projektionsschirm (16) eine Anordnung reflektierender Mikrokügelchen (30) auf einem Substrat (34) aufweist.
3. Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur nach Anspruch 2, wobei das Substrat (34) gekrümmt ist.
4. Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur nach Anspruch 2, wobei das Substrat (34) die Wand eines Raumes ist.
5. Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur nach Anspruch 3, wobei das Substrat (34) kugelförmig oder Halbkugelförmig ist.
6. Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur nach Anspruch 4, wobei das Substrat (34) ein kugelförmiger Raum mit einem transparenten Fußboden.
7. Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur nach Anspruch 1, wobei jeder Projektor (12, 14) geringer Leistung einen elektrooptischen Lichtmodulator (22) und eine Projektionslinse (24) aufweist.
8. Projektionswiedergabesystem mit einer Kopfgarnitur nach Anspruch 7, wobei jeder elektrooptischer Lichtmodulator (22) eine LCD Wiedergabeanordnung aufweist.