Система для отображения информации пользователю
Изобретение относится к системе для выборочного просмотра и отображения изображений. Техническим результатом является снижение энергопотребления и повышение контрастности изображения. Результат достигается тем, что излучающее устройство (12, 13) выполнено с возможностью излучать свет с тем, чтобы отображать информацию пользователю (18), излучающее устройство (12, 13) приспосабливается для излучения света импульсным образом, так что интенсивность света изменяется между высоким значением и низким значением, устройство (16) выборочного просмотра содержит панель, панель приспособлена так, что пользователь может видеть свет (11'), который излучается излучающим устройством, через эту панель с тем, чтобы визуально воспринимать отображаемую информацию, панель имеет переменную прозрачность, которая может изменяться между состоянием высокой прозрачности и состоянием низкой прозрачности, система приспособлена для синхронизации излучающего устройства (12, 13) и устройства (16) выборочного просмотра, так что состояния излучающего устройства, излучающего свет со значением высокой интенсивности, и состояния панели устройства выборочного просмотра высокой прозрачности перекрываются по времени, излучающее устройство приспособлено так, что свет излучается импульсным образом с рабочим циклом менее или равным 1/10, при этом панель устройства выборочного просмотра приспособлена для работы по существу с тем же рабочим циклом. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе для выборочного просмотра и отображения изображений.
Уровень техники
Обычным явлением при использовании, например, экранов портативных компьютеров или современных смартфонов в ярко освещенных окружениях, таких как, например, на улице днем, является то, что зачастую яркость устройства не является пригодной для чтения контента, который отображается. Проще говоря, окружающий свет является слишком ярким, по сравнению с яркостью экрана, чтобы предоставлять возможность для хорошего контраста. Конечно, это можно исправить, переместившись в окружение в помещении или, в целом, в менее освещенное окружение. Однако, такие действия могут быть непрактичными. Дополнительно, необходимость делать это снижает легкость использования устройства.
Даже внутри помещений контраст может быть снижен для экрана, который находится перед сильно освещенной сценой, например, когда размещается перед окном, которое выходит на яркий летний день. В таком случае, зритель может воспринимать плохой контраст при взгляде на экран, поскольку интенсивность окружающего света является слишком высокой, чтобы комфортно просматривать контент, отображаемый экраном.
Аналогично, сниженный контраст может также испытываться вследствие отражений на самом экране, если, например, яркий свет из окружения отражается от экрана и маскирует отображаемую информацию.
Одним документом, который (попутно) относится к этой проблеме, является US 2012/0194657 A1, в котором явление, которое влияет на контраст, объясняется, как описано в последующих абзацах:
общей целью очков с активным затвором является предоставление возможности 3d-зрения с 2d-дисплеев. С этой целью, пара очков с активным затвором, содержащая два противоположно синхронизированных отдельных элемента очков с активным затвором, конфигурируется, чтобы передавать свет в левый и правый глаз поочередным образом, так что у двух чередующихся видеосигналов, одного для левого и одного для правого глаза, устраняется чересстрочность, имеется в виду, они правильно пропускаются для левого и правого глаза. Проще говоря, каждый элемент очков с активным затвором открывается так, что глазу за ним (левому или правому) демонстрируются правильные изображения, в то же время закрываясь, когда показывается неправильное изображение.
Часто жесткая синхронизация между излучающим экраном и такими очками с активным затвором обеспечивается посредством применения коротких промежутков темноты при переключении между левыми и правыми изображениями.
Эти промежутки в излучении света имеют множество целей, включающих в себя пресечение артефактов, которые могут быть привнесены, когда LCD-кристаллы, которые являются частью видеоэкрана, переориентируются между двумя последовательными изображениями. Для синхронизации очков с активным затвором с видеоэкраном эти темные промежутки могут быть полезными, поскольку они могут быть использованы для того, чтобы гарантировать, что времена открытия затвора являются достаточно длительными, чтобы передавать большую часть света для предназначенного кадра изображения, в то же время не допуская риска пропускания света, принадлежащего предыдущему или последующему изображению. Переключение очков с активным затвором в периодах темноты экрана может быть особенно полезным в случаях, в которых время переключения очков с активным затвором с включенного на выключенное состояние (или наоборот) было таким же длительным как значительная доля всего периода просмотра.
Типичными рабочими характеристиками для таких 3D-видеоочков с активным затвором являются частота излучения 120 Гц для видеоэкрана, подразумевающая 60 Гц для каждого элемента очков с активным затвором, что является эквивалентным всему периоду, длящемуся 16,66 мс, тогда как типично времена открытия и закрытия могут добавлять до нескольких миллисекунд для каждого полного периода.
Тогда как легко видеть, что короткие темные периоды между кадрами изображений, излучаемыми видеоэкраном, делают пропускание с помощью медленно реагирующих очков с активным затвором более надежным, сочетание с точной синхронизацией означает, что во всех значимых частях полного периода просмотра одиночный элемент очков с активным затвором не является открытым. Как побочный эффект, окружающее освещение видимо снижается.
US 2012/0194657A1 объясняет, что это явление может вести к проблемам в некоторых слабоосвещенных окружениях, в которых пользователь может иметь проблемы навигации, и что пользователь может уже не видеть препятствия, которые могут находиться в затемненном внутреннем окружении.
US 2012/0194657A1 предлагает противодействие этому явлению сниженного окружающего освещения, продлевая времена открытия очков с активным затвором сверх времен излучения дисплея, а значит, в периоды темноты экрана. Эта более новая схема увеличила интенсивность окружающего освещения по сравнению с более старой схемой точной синхронизации, поскольку теперь окружающее освещение пропускается в течение более длительных периодов времени по сравнению с изображениями, которые должны быть восприняты.
Изобретатели осознали, что ранее сообщенная проблема снижения окружающего освещения при низких интенсивностях света, может быть обращена в преимущество в контексте более ярких окружений. Это становится возможным при идентификации и установлении ключевых параметров далеко за пределами их типично используемого диапазона и изменении их согласованным образом.
Изобретатели осознали, что устройства предшествующего уровня техники также имеют чрезмерно большое потребление энергии, типично вследствие светоизлучающих устройств. В случае мобильных устройств (мобильных телефонов, портативных компьютеров, планшетов) это может вести к снижению срока службы аккумулятора и необходимости частой перезарядки аккумулятора. Также, чрезмерное потребление мощности любого светоизлучающего устройства (включающего в себя стационарные экраны) может увеличивать формирование избыточного тепла, которое может потребовать использования аппаратных значительных теплоотводов, вместе с сильноточным совместимым источником питания, может увеличивать форм-фактор устройства.
Настоящие изобретатели, однако, также обнаружили, что существуют другие проблемы с технологией предшествующего уровня техники. В частности, они обнаружили, что такие устройства ведут к плохой контрастности изображения.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение касается, по меньшей мере, смягчения, по меньшей мере, некоторых из таких проблем.
Изобретение определяется пунктом 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определяются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно пункту 1, система для отображения информации содержит излучающее устройство, которое выполнено с возможностью излучать свет с тем, чтобы отображать информацию пользователю. Такое излучающее устройство может, например, быть компьютерным экраном. Оно также может быть проекционным устройством, используемым, например, в домашнем кинотеатре или общественных демонстрационных окружениях.
Излучающее устройство приспособлено для излучения света импульсным образом, так что интенсивность света меняется между высоким значением и низким значением. Такие изменения интенсивности приводят в результате к изменениям яркости в воспринимаемом свете. Под излучением света импульсным образом подразумевается, что, типично повторяющимся образом, свет излучается с более высоким значением интенсивности в течение некоторых периодов времени и, между такими периодами времени, излучается с более низкой интенсивностью. Частота повтора импульсов высокой интенсивности выбирается достаточно высокой с тем, чтобы избегать мерцания (типично, частота повтора выше 50 Гц).
Система для отображения информации дополнительно содержит устройство селективного просмотра, которое содержит панель. Такое устройство селективного просмотра может, например, быть очками, которые должны носиться пользователем, где стекла таких очков будут тогда формировать панель. Панель приспособлена так, что пользователь может видеть свет, который излучается посредством излучающего устройства, через эту панель с тем, чтобы визуально воспринимать отображаемую информацию. Панель имеет переменную прозрачность, которая может изменяться между состоянием высокой прозрачности и состоянием низкой прозрачности. Под высокой прозрачностью и низкой прозрачностью мы подразумеваем, что видимый свет либо более сильно блокируется, в состоянии низкой прозрачности, либо его прохождение через панель сильно увеличивается в состоянии высокой прозрачности. По сравнению с низкой прозрачностью состояние высокой прозрачности относится к состоянию, когда светопропускание является, по меньшей мере, в 50 раз более высоким, предпочтительно, по меньшей мере, в 500 раз более высоким.
В практических вариантах осуществления изобретения, в которых панель содержит LCD-очки с активным затвором, отклонения зависящей от времени функции пропускания от идеальной П-образной функции могут возникать, так что границы определяются менее резко.
Система приспособлена для синхронизации излучающего устройства и устройства выборочного просмотра, так что состояния излучающего устройства, излучающего свет с высоким значением интенсивности, и состояния панели устройства выборочного просмотра высокой прозрачности перекрываются по времени. Под перекрыванием подразумевается, что они, по меньшей мере, происходят для некоторых частей их высоких значений прозрачности/высоких значений интенсивности одновременно (т.е. в одно и то же время). Таким образом, гарантируется, что всякий раз, когда излучающее устройство излучает свет с высоким значением интенсивности, устройство выборочного просмотра также имеет высокую прозрачность, таким образом, предоставляя возможность зрителю видеть излучаемый свет. Это предоставляет возможность выборочного просмотра света, который излучается посредством излучающего устройства, в то же время гася или, по меньшей мере, препятствуя свету, который может присутствовать в окружении в остальное время.
Излучающее устройство приспособлено так, что свет излучается периодически повторяющимся импульсным образом с рабочим циклом менее или равным 1/10, при этом панель устройства выборочного просмотра приспособлена для работы по существу с таким же рабочим циклом, что и излучающее устройство. Рабочим циклом мы называем отношение времени, в течение которого свет излучается с высоким значением интенсивности, по сравнению со временем полного периода излучения, который обычно является обратной величиной частоты повторения импульсов.
Типично, интенсивность таких пиков будет слегка колебаться - т.е., она не будет иметь идеальную П-образную функцию, которая описывает излучения высокой интенсивности. Соответственно, рабочий цикл относится к соотношению между такими периодами времени, в течение которых интенсивность излучаемого света равна не менее 90% пиковой интенсивности, которая излучается посредством этого устройства в течение конкретного периода повторения, разделенной на полный период повторения таких пиков высокой интенсивности. Периоды времени, когда интенсивность света находится при низком значении интенсивности, определяются по интенсивности менее 50% от пикового значения высокой интенсивности в течение этого периода.
В то время как предпочтительная реализация использует бинарные состояния включения и выключения экрана, которые временно соответствуют бинарным открытым и закрытым состояниям очков с активным затвором, соответственно, варианты этой схемы могут также вести к некоторому снижению контраста. Является существенным то, что значительная доля всего света, излучаемого в течение заданного периода времени, излучается и пропускается в течение одного или более коротких субпериодов полного периода. В качестве характеристики, зависящий от времени сигнал излучения экрана будет иметь сильно увеличенное среднеквадратическое отклонение по сравнению с очками с активным затвором, эксплуатируемыми для приложений 3D-зрения.
По сравнению с решениями предшествующего уровня техники, которые применяют базовую схему, согласно которой окружающее освещение выборочно пресекается посредством очков, так что свет, излучаемый с видеоэкрана, воспринимается с более высокой контрастностью, заявленное решение обеспечивает более высокий контраст и/или более низкое потребление мощности и/или накладывает меньше ограничений на диапазон длин волн света, который используется. Предложенные варианты осуществления этих стратегий включают в себя оптические элементы и фильтры, настроенные, чтобы выборочно передавать частотные характеристики некоторых светоизлучающих видеоэкранов. В частности, решения предшествующего уровня техники, прежде всего, предлагают подавление света на основе выборочного пропускания света некоторых узкочастотных диапазонов (диапазонов длин волн), которые излучаются посредством таких видеоэкранов. Кроме того, они предполагают, что использование видеоочков с активным затвором, которые работают с той же частотой и синхронизируются с модулированным по времени видеоэкраном, может улучшать его контрастность, даже если очки с активным затвором работают с частотами (типично 50-240 Гц), которые на много порядков величины ниже по сравнению с частотами колебаний излучаемых световых волн. Субъективно, такие изображения могут просматриваться при сравнительно более высоких интенсивностях при ношении обычных очков с активным затвором, особенно, когда очки являются синхронизированными с излучающим видеоэкраном.
Проблематично и логично наряду с описанием выборочного пропускания света по электромагнитной частоте (длине волны) устройства предшествующего уровня техники ссылаются на это явление снижения окружающего освещения как способ совмещения частотных характеристик между излучающим экраном и очками с активным затвором. При этом они уделяют особое внимание не только совмещению точной частоты повторения, но также возможному временному сдвигу. Согласно решениям предшествующего уровня техники, возможный сдвиг, который может уменьшать эффект снижения окружающего освещения, может быть минимизирован посредством схем, согласно которым очки с активным затвором синхронизируются со временем излучения экрана. Поскольку целью является не 3D-зрение, прежде всего, в контексте некоторых устройств предшествующего уровня техники, предложенные устройства предшествующего уровня техники используют схему, в которой очки с активным затвором открываются одновременно. Времена открытия каждого стекла очков, однако, остаются сравнимыми с одиночными временами открытия 3D-очков с активным затвором, и, следовательно, эффект лишь незначительного ослабления окружающего освещения значительно не изменяется или улучшается.
В то время как возможно полезно в некоторых окружениях, или в сочетании с пропусканием по длине волны, устройства предшествующего уровня техники не предоставляют возможности для сильного выборочного ослабления должным образом интенсивного окружающего солнечного света на основе лишь пропускания очков с активным затвором.
Это означает, что устройства предшествующего уровня техники предоставляют возможность лишь уменьшать окружающее освещение до той же степени, что описана в US 2012/0194657 A1, который описывает это явление как проблему, которая может возникать в условиях более низкого освещения. В частности, устройства предшествующего уровня техники систематически не устраняют проблему того, что интенсивный солнечный свет (с яркостями света, вероятнее всего, превышающими 100000 лк) может быть во множество сотен раз ярче по сравнению с типичным экраном портативного устройства, который типично излучает с яркостью менее 500 лк).
Проблема оптимизации улучшения контраста до такой степени, что видеоэкраны имеют удовлетворительный контраст в интенсивно освещенных солнцем окружениях, может также не быть успешно решена посредством переворачивания схемы, которую предшествующий уровень техники (US 2012/0194657 A1) использовал для увеличения окружающего освещения, воспринимаемого глазом. Согласно такому выводу, можно попытаться использовать времена открытия затвора, которые являются более короткими по сравнению с временами излучения экрана. Это, однако, приведет в результате к тому же контрасту, который воспринимается с очками с активным затвором, которые точно синхронизируются с временами излучения, и дополнительное улучшение контраста не будет получено.
Изобретатели обнаружили, что заявленная система создает в некоторых вариантах осуществления гораздо более лучший контраст по сравнению с системами предшествующего уровня техники. В частности, изобретатели ощутили важность наличия короткого рабочего цикла, который не был ранее реализован, оговорен и/или упомянут на предшествующем уровне техники. Дополнительно, является преимуществом, если в течение таких периодов, когда свет излучается, он излучается с более высокой интенсивностью по сравнению с "обычными" устройствами. Соответственно, в течение таких периодов, излучаемый свет является "более ярким" в сравнении и более легко видимым наблюдателю. Дополнительно, поскольку свет излучается лишь в течение некоторого времени, потребление энергии может быть уменьшено. С новым и заявленным решением, то, что сообщалось как недостаток в US 2012/0194657 A1, качественно и количественно улучшается и увеличивается, так что недостаток превращается в преимущество.
Изобретение полагается на схему чередования параметров, которая не была упомянута и/или оговорена решениями предшествующего уровня техники.
Наряду с оптимизацией контраста посредством совмещения частот электромагнитных колебаний, решения предшествующего уровня техники в сущности указывали частоту и минимизацию сдвига посредством схемы синхронизации в качестве важных параметров.
Один важный параметр не имеет аналога в области совмещения длин волн и, следовательно, вероятно не был идентифицирован как имеющий высокую важность для эффективной оптимизации контраста с помощью очков с активным затвором. Это рабочий цикл, который указывает соотношение времен включения в течение одного периода.
Уменьшение этого рабочего цикла, который типично равен около 40%, до значений ниже 10%, предпочтительно ниже 0,5%, является первым шагом к реализации изобретения, сообщенного здесь. Только одна эта модификация способна снижать энергозатраты источника света, освещающего дисплей, приблизительно в 4-100 раз, в некоторых сценариях она может снижать это потребление энергии в 500 раз по сравнению с предшествующим уровнем техники.
Вторым параметром, чья оптимизация является благоприятной, чтобы предоставлять возможность использования видеоэкранов при интенсивном солнечном свете, является сильное увеличение интенсивности экрана во время продолжительности импульса излучения/вспышки. Тогда как обычные компьютерные экраны излучают свет типично с максимальной интенсивностью 500 лк, или ниже, изобретатели идентифицировали использование источников света с интенсивностями в 100 (предпочтительно 500) раз выше как очень полезное.
Когда предпринимаются вместе, правильный выбор рабочего цикла (параметр, на который не полагались устройства предшествующего уровня техники) и использование импульсов высокой интенсивности (также на которые не полагались устройства предшествующего уровня техники), предоставляют возможность просмотра видеоэкранов в интенсивно освещенном солнцем окружении без привнесения затрат более высокого энергопотребления.
Устройства предшествующего уровня техники не фокусируются на этих двух параметрах (рабочий цикл, интенсивности импульсов). Следовательно, схемы предшествующего уровня техники воспроизводят лишь снижение окружающего света, пропускаемого затвором, до той же небольшой степени, которая была сообщена в US 2012/0194657 A1 ранее. В частности, устройства предшествующего уровня техники не предоставляют возможность просмотра высококонтрастных видеоэкранов в интенсивно освещенных солнцем окружениях.
Дополнительным преимуществом, достигаемым посредством настоящего изобретения, является то, что светоизлучающие устройства системы могут быть уменьшены в размере. В частности, теплоотводы как часть светоизлучающего LED-устройства могут быть способны уменьшаться в размере вследствие того факта, что средняя по времени интенсивность и энергопотребление могут быть уменьшены. Как правило, при формировании света с высокими интенсивностями формирование тепла может быть главной проблемой. Это может вызывать проблемы для самого источника света, электроники, также как оптических элементов системы. Дополнительно, при ношении установленного на голову устройства чрезмерное формирование тепла может вызывать дискомфорт и даже вред для пользователя. Поскольку меньше энергии потребляется посредством изобретения, описанного в данном документе, формирование тепла может также быть уменьшено. В некоторых вариантах осуществления изобретения это может предоставлять возможность уменьшения размера системы, в частности, относительно физического размера аккумулятора, аппаратных средств регулирования тепла и источника света.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения рабочий цикл излучающего устройства предпочтительно меньше или равен 1/20, более предпочтительно меньше или равен 1/100, и даже еще более предпочтительно меньше или равен 1/250. Такие рабочие циклы улучшают восприятие просмотра еще больше.
В дополнительном предпочтительном варианте состояния устройства выборочного просмотра, имеющего высокую прозрачность, попадают в период времени, в течение которого излучающее устройство излучает свет с высокой интенсивностью. Т.е., состояния высокой прозрачности полностью перекрываются с периодами времени высокой интенсивности излучающего устройства. Это гарантирует, что просмотр является особенно эффективным, поскольку человек видит излучающее устройство, только когда оно излучает свет с высокой интенсивностью. Соответственно, влияние света из окружения дополнительно снижается.
Альтернативно или дополнительно, является предпочтительным, что состояния излучающего устройства, излучающего свет с высокой интенсивностью, попадают в периоды времени, во время которых устройство выборочного просмотра имеет высокую прозрачность. Это означает, что состояния высокой интенсивности излучающего устройства перекрываются с временными периодами, в течение которых устройство выборочного просмотра имеет высокую прозрачность, так что состояния высокой интенсивности излучающего устройства не продолжаются за пределами таких времен высокой прозрачности. Это означает, что свет, который излучается светоизлучающим устройством, используется особенно эффективно, поскольку он не излучается, когда устройство выборочного просмотра имеет низкую прозрачность (когда он будет менее легко заметным).
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления является предпочтительным то, что состояния излучающего устройства, излучающего свет с высокой интенсивностью, по существу совпадают с временными периодами, в течение которых устройство выборочного просмотра имеет высокую прозрачность. Т.е., такие состояния, по существу, следуют той же временной структуре. Под их совпадением по существу подразумевается, что предпочтительно не более чем 5% соответствующих состояний высокой интенсивности/состояний высокой прозрачности находятся за пределами соответствующего другого состояния излучающего устройства/устройства выборочного просмотра и, в частности, не излучается в течение интервалов времени, во время которых функция пропускания ниже 50% от максимального пропускания. Это объединяет преимущества, перечисленные ранее.
В одном предпочтительном варианте настоящего изобретения излучающее устройство содержит экран, подходящий для использования в качестве компьютерного экрана или в мобильном телефоне, портативном компьютере, планшетном компьютере, экран на цифровой камере или телевизионном приемнике, при этом экран приспособлен для излучения света с высоким значением интенсивности и импульсным образом с пиковой освещенностью более 500 лк, предпочтительно более 2000 лк, еще более предпочтительно более 5000 лк, еще более предпочтительно более 30000 лк, даже еще более предпочтительно более 100000 лк и наиболее предпочтительно более 500000 лк. Эта освещенность гарантирует, что свет, который излучается излучающим устройством, может "конкурировать" с окружающим светом, в частности, солнечным светом, который сам может обуславливать уровни окружающего освещения до 100000 лк или выше.
Другой предпочтительный вариант настоящего изобретения является тем, что излучающее устройство приспособлено для проецирования информации на окружения. По сравнению с ранее описанным вариантом изобретения, когда излучающее устройство содержит экран, в системе, которая имеет излучающее устройство, которое выполнено с возможностью проецировать информацию на окружения, проектор создает изображение, которое должно просматриваться зрителем на некотором другом, типично, неизлучающем свет объекте (например, стене или куске холста в случае, скажем, кинотеатра). На этом неизлучающем свет объекте формируется изображение, которое должно быть просмотрено.
В отличие от этого, в случае экрана, такого как ранее описанный, экран излучает свет и формирует изображение сам. Изобретатели осознали, что наличие проектора, вместе с устройством выборочного просмотра, предоставляет возможность проецирования света на окружения в ситуациях реальной жизни. Это может, например, принимать форму системы дополненной реальности, где проецирующее устройство проецирует информацию на окружения, которая может не быть не видна человеку, стоящему рядом, который не имеет устройства выборочного просмотра. Например, это может принимать форму навигационной системы, где, например, стрелка проецируется на тротуар, чтобы показывать человеку, куда он или она должен идти. Благодаря устройству выборочного просмотра эта стрелка будет гораздо более видимой человеку, носящему это устройство выборочного просмотра, по сравнению с посторонним лицом, таким образом, избегая беспокойства этого постороннего лица.
В этом контексте, одним вариантом является то, что система является устанавливаемым на голову лазерным проектором, с излучающим устройством, являющимся лазерным источником света, имеющим усредненную по времени мощность оптического выхода предпочтительно более 1 мкВт и предпочтительно менее 10 мВт, более предпочтительно менее 3 мВт, еще более предпочтительно менее 1 мВт и наиболее предпочтительно менее 100 мкВт. Такие лазерные проекторы гарантируют, что воспринимаемая интенсивность или яркость является достаточной для просмотра солнечным днем, по меньшей мере, при проецировании на непосредственное окружение человека, использующего эту систему. Дополнительно, такие уменьшенные средние по времени мощности лазерного излучения могут уменьшать опасные факторы лазерного излучения для посторонних лиц и, следовательно, должны удовлетворять требованиям лазерной безопасности. Лазер излучается в импульсном режиме (с частотой типично выше 20 Гц), так что пиковые интенсивности лазера превышают усредненную по времени мощность лазера на коэффициент выше 10, предпочтительно выше 50, наиболее предпочтительно выше 250. Это гарантирует, что излучение может не быть опасным для постороннего лица в соответствии с нормами лазерной безопасности, в то же время предоставляя возможность для хорошей контрастности просмотра.
Другим вариантом является то, что система является устанавливаемым на голову LED-проектором, с излучающим устройством, являющимся LED-источником света, имеющим усредненную по времени мощность оптического выхода более 1 мкВт и менее 5 Вт, предпочтительно менее 250 мВт, более предпочтительно менее 10 мВт и наиболее предпочтительно менее 250 мкВт.
Также здесь LED-свет излучается импульсным образом (с частотой типично выше 20 Гц), так что пиковые интенсивности превышают усредненную по времени интенсивность излучения на коэффициент выше 10, предпочтительно выше 50, наиболее предпочтительно выше 250). Опять же, изобретение предоставляет возможность свету, излучающему посредством проектора, конкурировать с окружающим светом, в то же время также избегая беспокойства посторонних лиц, в то же время также устраняя необходимость в тяжеловесном аккумуляторе и/или избегая чрезмерного формирования тепла. Большой аккумулятор приведет к длительному времени, в течение которого перезарядка не нужна, а также предоставляет возможность высокого пикового тока. Соответственно, этот вариант осуществления изобретения предоставляет основу дружественных для пользователя, компактных и ненавязчивых систем дополненной реальности.
В случае проекционных систем, каждый кадр изображения может подразделять каждый кадр изображения на множество последовательных изображений базовых цветов, т.е., красный, синий и зеленый кадр. В таком случае, панель, как часть изобретения, может пропускать свет для каждого отображаемого подкадра. В одном предпочтительном варианте осуществления эти подкадры излучаются перекрывающимся по времени или почти перекрывающимся образом, так что панель не должна переключаться в непропускающее состояние между отдельными подкадрами, принадлежащими одному и тому же кадру изображения.
Дополнительным вариантом является то, что система выполнено с возможностью защиты видеоизображений в театральном окружении. Под этим подразумевается, что система выполнено с возможностью защиты видеоизображений, например, на стене домашнего кинотеатрального окружения. Однако, также предусматривается, что такая проекционная система может быть использована в общественном демонстрационном окружении, например, для демонстраций фильмов на открытом воздухе, которые могут часто проводиться летом. Ясно, что такие системы являются гораздо более масштабными по сравнению с ранее описанными устанавливаемыми на голову системами. Излучающие устройства, в таком случае, выполняются с возможностью излучать свет с пиковым световым потоком более 10000 лм, предпочтительно более 5000 лм, более предпочтительно более 100000 лм, и наиболее предпочтительно более 500000 лм. Опять же, это гарантирует, что система может конкурировать с окружающим светом, в частности, солнечным светом. Такие системы могут также быть использованы днем и, следовательно, являются весьма полезными, благодаря более хорошей эксплуатационной пригодности. Например, если оператор кинотеатра на открытом воздухе имеет возможность эксплуатировать свой кинотеатр днем, становится возможным показывать несколько раз столько фильмов днем, нежели ранее, когда он был ограничен показами фильмов только в часы темноты. Очевидно, что это делает возможной эксплуатацию кинотеатра на открытом воздухе гораздо более эффективно.
Примечательно, поскольку уменьшенное формирование тепла может получаться в результате изобретения, проекционные системы, которые ранее были ограничены тепловыми ограничениями, могут иметь возможность работать с более высокими максимальными интенсивностями, когда пульсируют с очень коротким рабочим циклом, как указано изобретением. Поскольку в некоторых случаях увеличенные пиковые интенсивности не будут полностью компенсировать влияние уменьшенных рабочих циклов на среднюю по времени интенсивность, сочетание с устройством выборочного просмотра посредством изобретения может, тем не менее, вести к уменьшенному энергопотреблению, в то же время также увеличивая контрастность.
Является дополнительно предпочтительным, что устройство выборочного просмотра имеет форму очков, при этом панель является одним или более стеклами очков. Такие системы являются особенно дружественными для пользователя, поскольку они могут легко носиться носящим.
В некоторых контекстах также является предпочтительным, что излучающее устройство в форме проекционного устройства встраивается в или присоединяется к очкам. Это предоставляет возможность особенно дружественного для пользователя устройства дополненной реальности. Дополнительно, при условии, что общая интенсивность излучаемого света источников света является сравнительно низкой, по сравнению с предшествующим уровнем техники, проекционные устройства, описанные ранее, могут быть легко миниатюризированы и могут тогда быть встроены в очки, без становления всей системы слишком громоздкой для ношения.
Наконец, может быть предпочтительным, что система сконфигурирована так, что излучающее устройство синхронизируется с устройством выборочного просмотра. Т.е., используя язык соотношения главный/подчиненный, обычно используемый в компьютерных системах, излучающее устройство служит в качестве подчиненного устройства по отношению к устройству выборочного просмотра. Это может означать, что, например, человек, имеющий или носящий конкретное устройство выборочного просмотра, может иметь все другие излучающие устройства, с которыми он или она может потенциально взаимодействовать, синхронизированные с его или ее устройством выборочного просмотра. Это улучшает комфорт пользователя.
Также является предпочтительным, что система синхронизируется с внешне предоставленным тактовым сигналом, предпочтительно радиосигналом времени. Это предоставляет возможность нескольким таким системам работать синхронно, что может быть хорошо, если кто-то хочет гарантировать, что все пользователи этого типа устройства могут воспринимать одинаковую информацию. Например, это может быть использовано для выборочного отображения информации группе лиц (а именно, тем, которые носят соответствующие очки).
Также является предпочтительным, что система сконфигурирована так, что пиковая интенсивность света, который излучается, является, по меньшей мере, такой же высокой, что и интенсивность окружения излучающего устройства, а предпочтительно, по меньшей мере, в 3 раза выше интенсивности окружения излучающего устройства. Это предоставляет возможность хорошей контрастности воспринимаемого изображения.
Является особенно предпочтительным, если система дополнительно содержит датчик яркости для определения интенсивности окружения излучающего устройства. Это предоставляет возможность автоматической регулировки системы до интенсивности света в окружении.
Также является предпочтительным, если излучающее устройство является использующим LED или лазерный источник проектором, который является частью мобильного телефона, планшетного компьютера, портативного компьютера или другого переносного электронного устройства. Такие устройства объединяют преимущества, упомянутые ранее, с преимуществами, достигаемыми посредством таких мобильных устройств.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает схематично компоновку одного варианта осуществления системы.
Фиг. 2 показывает схематично зависимость по синхронизации устройства выборочного просмотра и излучающего устройства.
Фиг. 3 показывает, в смежном расположении, восприятие компьютерного экрана с помощью обычного просмотра и с помощью заявленного изобретения.
Фиг. 3' предоставляет другой пример восприятия экрана с помощью изобретения.
Фиг. 4 показывает потенциальное применение заявленной системы.
Фиг. 5 показывает второй вариант осуществления изобретения.
Подробное описание чертежей
Фиг. 1 показывает, схематично, первый вариант осуществления настоящего изобретения. Источник 12 света предусматривается с тем, чтобы освещать LCD-матрицу 13. Такой источник 12 света может быть задней подсветкой компьютерного экрана. С источником 12 света соединяется формирователь 14b, который, в свою очередь, соединяется с генератором 15 функций. Этот генератор 15 функций соединяется со вторым формирователем 14a, который, в свою очередь, соединяется с очками 16 с активным затвором. Наблюдатель 18 просматривает изображение, которое воспроизводится посредством источника 12 света, излучающего свет 11', который пропускается через LCD-матрицу 13. Следует отметить, источник 10 окружающего света (например, солнце) также присутствует и излучает свет 11.
Очки 16 с активным затвором выполняются с возможностью периодически переключаться между состоянием высокой прозрачности и состоянием низкой прозрачности, как показано на фиг. 2. Здесь, фиг. 2b) показывает, как интенсивность источника 12 света изменяется по времени. С этим изменением интенсивности синхронизируются очки 16 с активным затвором, как показано на фиг. 2c), где метка "открыто" относится к тому, что очки с активным затвором имеют высокую прозрачность, и где метка "закрыто" относится к тому, что очки с активным затвором имеют низкую прозрачность. В отличие от этого, свет, излучаемый посредством источника 10 окружающего света, является постоянным на одном и том же уровне (см. фиг. 2a)). Посредством выборочного открытия очков 16 с активным затвором для света 11', излучаемого посредством источника 12 света, только в течение тех периодов времени, когда очки 16 с активным затвором имеют высокую прозрачность, этот свет 11' выборочно воспринимается наблюдателем 18. Поскольку глаза человека, как правило, воспринимают только среднюю интенсивность света, свет, излучаемый источником 12 света, таким образом, преимущественно наблюдается, также поскольку свет, излучаемый источником света, является, в течение тех периодов времени, когда свет излучается с высокой интенсивностью, по меньшей мере, таким же ярким или даже ярче окружающего света. Следовательно, воспринимаемая контрастность изображения увеличивается и является достаточной, чтобы предоставлять возможность удовлетворительного просмотра экрана даже в окружениях высокой интенсивности окружающего освещения. Мы также отметили, что использование обычного генератора 15 функций для первого формирователя 14b и второго формирователя 14a делает синхронизацию очков 16 с активным затвором и источника 12 света более легкой для реализации. Мы также отметили, что на фиг. 2c) периоды времени указываются как Ton и Toff, которые показывают периоды времени, когда очки с активным затвором имеют высокую прозрачность (Ton), и когда они имеют низкую прозрачность (Toff). В этом контексте рабочий цикл может быть определен как T Ton / (Ton+Toff). Ton равно 50 мкс, а Toff равно 0,00995 с, приводя к улучшению контрастности в 200 раз.
Фиг. 3 показывает результаты, полученные с помощью экспериментальной системы. На левом виде виден обычный вид (т.е., без изобретенной технологии) портативного компьютера одного из изобретателей в домашнем окружении. В то время как экран портативного компьютера может быть виден, также заметно, что контрастность не является очень высокой. Дополнительно, легко заметно, что окружающий свет является гораздо более ярким. На правой стороне этого изображения то же окружение показано с помощью заявленного изобретения. Заметно, что окружающее освещение ослабляется до значительной степени, и что также контрастность на компьютерном экране является гораздо более высокой. Т.е., посредством выборочного "затемнения" окружающего освещения и выборочного "пропускания" света портативного компьютера достигается более высокая контрастность изображения, которое должно просматриваться на экране портативного компьютера. В таких случаях, экран может служить в качестве "подчиненного" устройства для очков.
Результаты изобретения могут также быть видны на фиг. 3', которая показывает фотографии экрана без изобретения (фотография 50) и с использованием изобретения (экран 50'). Как может быть видно из фотографии 50, существует множество артефактов (отражений) клавиатуры 54 и других объектов 56 внутри комнаты, в которой располагается наблюдаемый экран. Ясно, что эти отражения мешают восприятию моста 52, который является объектом наблюдения. В отличие от этого, фотография 50' показывает тот же мост 52', но без артефактов 54, 56. Действительно, как может быть видно с позиций, соответствующих этим артефактам (ссылочные номера 56', 54'), артефакты не видны на фотографии 50', которая использует изобретение.
Фиг. 4 показывает другое применение настоящего изобретения, а именно, в окружении дополненной реальности. Фиг. 4a) показывает типичное изображение футбольного матча. Фиг. 4b) показывает изображение дополненной реальности того же футбольного матча, где настоящая технология может быть применена. В ситуации, которая показана на фиг. 4, видеопроекторы, которые выборочно освещают игроков только одной команды (команды, носящей белые футболки в настоящем случае), будут выполнены с возможностью излучать световое пятно, которое освещает только таких игроков. Дополнительно, система будет также снабжать такие световые пятна номерами игроков, как показано на фиг. 4b). Такие световые пятна и примечания будут проецироваться с помощью импульсных источников света. В таком случае, человек, который специально хочет прочитать информацию, проецируемую рядом с игроками, может тогда носить очки, составляющие устройства выборочного просмотра настоящего изобретения, которые будут синхронизироваться со светом, формирующим такие световые пятна и примечания. Однако, такие световые пятна не будут восприниматься человеком, не носящим такие очки, при условии, что они не будут иметь возможность конкурировать с окружающим светом, когда воспринимаются невооруженным глазом.
Фиг. 5 показывает дополнительный вариант осуществления изобретения. В этом окружении проекционное устройство 112 присоединяется к оправе очков 110. Дополнительно предусматриваются стекла 116 очков, служащие в качестве устройств выборочного просмотра, которые имеют прозрачность, которая может изменяться. Проекционное устройство 112, служащее в качестве излучающего устройства, проецирует, в настоящем случае, стрелку 122 в качестве примера некоторой информации, которая должна быть отображена, на тротуар 120 (например, визуальный стимул как для навигационной системы). Проекционное устройство 112 излучает свет импульсным образом тем же способом, что и описанный ранее для источника 12 света, с тем, чтобы проецировать стрелку 122 на тротуар 120. Очки 116, имеющие переменную по времени прозрачность, конфигурируются так, чтобы синхронизироваться со светом, излучаемым проекционным устройством 112, с тем, чтобы предоставлять возможность носящему выборочно воспринимать стрелку 122 на тротуаре 120. Частота повтора для изображений, которые должны быть отображены на тротуаре, может быть 50 Гц, а время включения проектора 0,08 мс в течение каждого периода, так что рабочий цикл системы равен 0,08 мс/20 мс=0,004. Следовательно, полученное с помощью изобретения улучшение контрастности является 250-кратным. В дополнение к тому, что проекционное устройство 112 встраивается в очки 116, оно может также быть частью переносного электронного устройства, такого как мобильный телефон, планшетный компьютер, портативный компьютер.
1. Система для отображения информации пользователю, содержащая:
излучающее устройство (12, 112), выполненное с возможностью излучать свет с тем, чтобы отображать информацию пользователю, излучающее устройство (12, 112) приспособлено, чтобы излучать свет импульсным образом, так что интенсивность света изменяется между высоким значением и низким значением,
устройство (16, 116) выборочного просмотра, содержащее панель, причем панель приспособлена так, что пользователь может видеть свет, который излучается излучающим устройством (12, 112), через эту панель с тем, чтобы визуально воспринимать отображаемую информацию, панель имеет переменную прозрачность, которая может изменяться между состоянием высокой прозрачности и состоянием низкой прозрачности,
причем система приспособлена для синхронизации излучающего устройства (12, 112) и устройства (16, 116) выборочного просмотра, так что состояния излучающего устройства (12, 112), излучающего свет с высоким значением интенсивности, и состояния панели устройства (16, 116) выборочного просмотра высокой прозрачности перекрываются по времени,
излучающее устройство (12, 112) приспособлено так, что свет излучается импульсным образом с рабочим циклом менее или равным 1/20, при этом панель устройства (16, 116) выборочного просмотра приспособлена для работы по существу с тем же рабочим циклом,
при этом устройство (116) выборочного просмотра имеет форму очков, при этом панель является одним или более стеклами очков,
при этом излучающее устройство (12, 112) содержит экран, подходящий для использования в качестве компьютерного экрана, в мобильном телефоне, в портативном компьютере, в планшетном компьютере, на цифровой камере, в навигационной системе и/или в телевизионном приемнике, при этом экран приспособлен для излучения света импульсным образом с пиковой освещенностью более 2000 лк,
при этом состояния излучающего устройства (12, 112), излучающего свет с высокой интенсивностью, совпадают с временными периодами, в течение которых устройство выборочного просмотра имеет высокую прозрачность.
2. Система по п. 1, при этом рабочий цикл излучающего устройства (12, 112) меньше или равен 1/100, предпочтительно меньше или равен 1/250.
3. Система по одному из предшествующих пунктов, при этом излучающее устройство (12, 112) содержит экран, подходящий для использования в качестве компьютерного экрана, в мобильном телефоне, в портативном компьютере, в планшетном компьютере, на цифровой камере, в навигационной системе и/или в телевизионном приемнике, при этом экран приспособлен для излучения света импульсным образом с пиковой освещенностью более 2000 лк, пиковой освещенностью предпочтительно более 5000 лк, еще более предпочтительно более 30000 лк, еще более предпочтительно более 100000 лк и наиболее предпочтительно более 500000 лк.
4. Система по одному из предшествующих пунктов, причем система сконфигурирована так, что излучающее устройство синхронизируется с устройством выборочного просмотра.
5. Система по одному из пп. 1-3, при этом система синхронизируется с внешне предоставляемым тактовым сигналом, предпочтительно радиосигналом времени.
6. Система по одному из предшествующих пунктов, причем система сконфигурирована так, что пиковая интенсивность света, который излучается, является сравнимой с интенсивностью окружения излучающего устройства и предпочтительно, по меньшей мере, в 3 раза выше интенсивности окружения излучающего устройства.
7. Система по п. 6, дополнительно содержащая по меньшей мере один датчик яркости для определения интенсивности окружения излучающего устройства.
