DE19953596A1 - Vorrichtung zur Steuerung von LCD-Shutter-Brillen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Flüssigkristallanzeige(LCD)-Shutter-Brillen, um den rechten und linken LCD-Shutter der LCD-Shutter-Brille alternierend lichtdurchlässig zu machen. Ein Betrachter, der diese LCD-Shutter-Brille trägt, die durch diese Vorrichtung gesteuert wird, kann den dreidimensionalen Raumeffekt feststellen, wenn die Schaltgeschwindigkeit der alternierend lichtdurchlässig geschalteten rechten und linken LCD-Shutter mit dem Vertikalsynchronisationssignal des Bildschirmes übereinstimmt. Die Vorrichtung zur Steuerung von Flüssigkristall (LCD) Shutter-Brillen enthält eine erste Einrichtung (31), eine zweite Einrichtung (32) und eine dritte Einrichtung (33). Die erste Einrichtung (31) empfängt ein Vertikalsynchronisationssignal und generiert daraus ein Lichtdurchlaßsignal (61). Die zweite Einrichtung (32) generiert ein erstes Spannungssignal. Die dritte Einrichtung (33) empfängt sowohl das Lichtdurchlaßsignal (61) als auch das erste Spannungssignal und generiert ein erstes und zweites Steuersignal (68, 69) zur Steuerung des linken und des rechten LCD-Shutters, derart, daß der Betrachter einen dreidimensionalen Bildeffekt wahrnimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Flüssigkris­ tallanzeige (LCD)-Shutter- bzw. Schieber-Brillen, insbesondere eine Vorrichtung; die den rechten und linken LCD = Shutter der LCD-Shutter-Brille alternierend = leicht­ durchlässig steuert. Ein Betrachter, der die mit der genannten Steuervorrichtung versehene Shutter-Brille trägt, wird bei einem auf dem Bildschirm dargestellten Bild einen dreidimensionalen Effekt feststellen, wenn die Geschwindigkeit des alternierend lichtdurchlässig bzw. transparent geschalteten rechten und linken LCD-Shutters mit dem Vertikalsynchronisationssignal der Bildröhre überstimmt.

Durch die Fortschritte in der Computertechnologie hat auch die Computer- Software mit Hilfe der Hochgeschwindigkeits-Hardware unglaubliche Fortschritte gemacht. Ein Beispiel ist die rasch wachsende Computer-Software für die Darstel­ lung dreidimensionaler Bilder mit Stereoklang, während in der Vergangenheit nur zweidimensionale Bilder mit Mono-Audiosignalen kombiniert wurden. Für den Be­ trachter ist es besonders interessant, wenn er dreidimensionale Bilder oder Dar­ stellungen mit Hilfe einer LCD-Shutter-Brille mit rechtem und linkem LCD-Shutter betrachten kann.

Um den dreidimensionalen Effekt für den Betrachter zu erzeugen, wird üblicher­ weise die Methode der linearen Perspektive oder die Methode der Zweiaugen- Disparität zur Wahrnehmung der räumlichen Tiefe verwendet, wobei die Sehner­ ven den sogenannten 3D-Effekt durch die Wahrnehmung der räumlichen Tiefe erzeugen. Die erwähnte Methode der linearen Perspektive nutzt die Länge und den Unterschied einzelner Linien, um den 3D-Effekt darzustellen, so wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Fig. 1 zeigt die Vorderansicht eines parallelen Schienenpaa­ res bei Anwendung des Verfahrens der linearen Perspektive. Die weit vom Betrachter entfernten Enden der Schienen werden dabei aus der Sicht des Beobach­ ters miteinander verbunden. Andererseits nimmt die Entfernung zwischen den beiden Schienen zu, je näher sie beim Betrachter sind. D. h., daß für die Zwecke der Erzeugung eines dreidimensionalen Effekts mit Hilfe der linearen Perspektive die Distanz zwischen zwei parallelen Linien kleiner werden sollte, wenn diese Li­ nien weit weg vom Betrachter sind und daß die Distanz zwischen zwei parallelen Linien größer werden sollte, wenn diese Linien nahe beim Betrachter sind. Viele Computer-Software-Programme übernehmen üblicherweise die Methode der line­ aren Perspektive zur Produktion dreidimensionaler Bilder, aber diese dreidimen­ sionalen Bilder, die mit dieser Methode dargestellt werden, sind in Wirklichkeit nicht "dreidimensional". Diese Bilder unterscheiden sich von den dreidimensiona­ len Objekten der realen Welt und können nur in einer zweidimensionalen Ebene, beispielsweise auf Bildschirmen oder Anzeigevorrichtungen dargestellt werden.

Eine andere Methode zur Erzeugung des dreidimensionalen Effektes ist die Me­ thode der Zweiaugen-Disparität bzw. Ungleichheit. Wenn der Betrachter ein Ob­ jekt der realen Welt betrachtet, dann sind die Bilder, die auf der Retina des linken Auges gebildet werden, und die Bilder, die auf der Retina des rechten Auges ab­ gebildet werden, unterschiedlich voneinander und zwar wegen der unterschiedli­ chen Sehlinien. Je weiter die Distanz zwischen dem Objekt und dem Betrachter ist, um so größer ist die Differenz zwischen diesen zwei Bildern. Wenn die auf der Retina des linken und rechten Auges abgebildeten Bilder sich voneinander unter­ scheiden, könnte ein wahres "dreidimensionales" Bild aufgrund der Tiefenwahr­ nehmung geschaffen werden. Der aus US-Patent 5,796,373 "computerized ste­ reoscopic image system and method of using two-dimensional image for providing a view having visual depth" bekannte Stand der Technik verwendet sogenannte LCD-Shutter-Brillen und die Methode der Zweiaugen-Disparität, um einen dreidi­ mensionalen Effekt zu erzeugen. Bei diesem Stand der Technik ist die alternie­ rende Lichtdurchlaßrate des rechten und linken LCD-Shutters synchron mit der alternierenden Darstellungsrate des rechten und linken Bildes auf dem Compu­ terbildschirm. D. h., wenn das linke Bild für das linke Auge auf dem Bildschirm dargestellt wird, ist der linke LCD-Shutter lichtdurchlässig und der rechte ist licht­ undurchlässig. Umgekehrt, wenn das rechte Bild für das rechte Auge auf dem Bildschirm dargestellt wird, ist der rechte LCD-Shutter durchlässig und der linke undurchlässig. Wenn die alternierende Darstellungsrate für das linke und rechte Bild geringer ist als die Verzögerungszeit des Sehens, kann ein wirklichkeitsge­ treues dreidimensionales Bild erzeugt werden.

Das 3D-Bildsystem nach dem Stand der Technik enthält eine Steuereinheit, wie sie in Fig. 2(a) dargestellt ist. Diese Steuereinheit besteht im wesentlichen aus einer Stromversorgung, einem VGA-Schnittstellenpuffer, einer Shutter-Umschalt­ einrichtung, einer Shutter-Steuerschaltung und einer Ausgangs-Schaltung. Es gibt mehrere Verbindungsleitungen in der Steuerschaltung. Erstens, weil die Steuer­ schaltung vom Computer getrennt ist, kann es die Stromversorgung des Compu­ ters nicht benutzen und muß sich einer eigenen Stromversorgung bedienen. Die Funktion dieser eigenen Stromversorgung besteht darin, den externen Wechsel­ strom in einen Gleichstrom zu verwandeln, um eine stabile Energieversorgung für die anderen Schaltungen der Steuereinheit bereitzustellen. Die Stromversorgung belastet die Schaltungen der Steuereinheit und greift in die Stabilität der anderen Schaltungen in der Kontrolleinheit ein.

Zweitens wird die Steuereinheit wegen der Trennung der Steuereinheit vom Com­ puter mit der LCD-Shutter-Brille verbunden, wie dies in Fig. 2 (b) dargestellt ist. Das Tragen der LCD-Shutter-Brille mit der zusätzlichen Steuereinheit ist sowohl ungewöhnlich als auch unbequem. Drittens muß die Steuerschaltung nach dem Stand der Technik das durch die VGA-Karte erzeugte horizontale Synchronisier­ signal empfangen, um den positiven oder negativen Wert des Vertikalsynchroni­ sationssignals zu sperren oder durchzuschalten. Die Steuereinheit benötigt des­ halb die schon erwähnte Shutter-Umschalteinrichtung, um die Funktion des Sper­ rens und Durchschaltens zu bewerkstelligen. Das Erfordernis dieser Shutter- Umschalteinrichtung verkompliziert die Schaltung der Steuereinheit und erhöht darüber hinaus die Kosten. Viertens ist es zur Unterscheidung des Steuersignals für den linken LCD-Shutter von dem des rechten LCD-Shutters notwendig, in die Steuerschaltung eine Ausgangsschaltung einzubauen. Diese Ausgangsschaltung enthält einen Wechselschalter, um das Shutter-Steuersignal vom linken auf den rechten LCD-Shutter der LCD-Shutter-Brille zu schalten. Diese zusätzliche Aus­ gangsschaltung macht die Schaltung der Steuereinheit ebenfalls kompliziert und erhöht die Kosten.

Ausgehend von diesem Stand liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die nur einen vergleichs­ weise einfachen Aufbau ihrer Steuereinheit erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die in den Ansprüchen definiert ist.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Mehrzahl von Vorteilen aus:

• 1. eine eigene Stromversorgung ist im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich. Zugleich ist damit ist der entsprechende Schaltungsaufbau weni­ ger komplex ausgestaltet, da Zuleitungen von einer Stromversorgung zu Schaltungskomponenten der Steuereinheit entfallen;
• 2. die Steuerschaltung ist von der LCD-Shutter-Brille getrennt, so daß der Träger der Brille nicht mit dem Gewicht der Steuerschaltung belastet wird;
• 3. es wird lediglich ein Vertikalsynchronisationssignal, nicht jedoch auch ein ho­ rizontales Synchronisationssignal verwendet, so daß der Schaltungsaufbau weiter vereinfacht wird und Kosten gesenkt werden;
• 4. es werden Steuersignale für den rechten und den linken LCD-Shutter der LCD-Shutter-Brille gebildet, und zwar ohne Zuhilfenahme eines sogenannten Wechselschalters zur Umschaltung des Steuersignals auf den linken oder rechten LCD-Shutter.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung von Flüssigkristallanzeige (LCD)-Shutter-Brillen (nachfolgend "Sehvorrichtung" ge­ nannt) und im speziellen auf eine Vorrichtung, die den rechten und linken Shutter (Verschlußteil) der Sehvorrichtung alternierend lichtdurchlässig macht. Mit ande­ ren Worten, wenn das Bild für das linke Auge an einem Bildschirm gezeigt wird, wird der linke LCD-Shutter der Sehvorrichtung lichtdurchlässig und der rechte LCD-Shutter lichtundurchlässig geschaltet. Umgekehrt, wenn das Bild für das rechte Auge auf dem Bildschirm gezeigt wird, ist der rechte LCD-Shutter transpa­ rent bzw. lichtdurchlässig und der linke LCD-Shutter lichtundurchlässig. Die Steuersignale für den linken und rechten LCD-Shutter der Sehvorrichtung werden durch das Vertikalsynchronisationssignal, das zum Beispiel in der VGA-Karte eines Computers erzeugt wird, gesteuert. Mit Hilfe der abwechselnden Lichtdurch­ lässigkeit für den linken und rechter Shutter wird ein wirklicher dreidimensionaler Effekt erzeugt und zwar unter Anwendung des Verfahrens der Zweiaugen- Disparität.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 den dreidimensionalen Effekt am Beispiel eines Schienenpaares durch Anwendung der Methode der linearen Perspektive. Die weit vom Betrachter entfernten Schienenenden laufen aus der Sicht des Betrachters zusammen, während der Abstand zwischen den Schie­ nen mit zunehmender Nähe zum Betrachter größer wird;

Fig. 2(a) das Blockschaltbild einer Steuerschaltung für LCD-Shutter-Brillen nach dem Stand der Technik gemäß US-Patent 5,796,373;

Fig. 2(b) die bekannte Steuerschaltung gemäß Fig. 2 (a) mit der LCD-Shutter- Brille;

Fig. 3 das Blockschaltbild einer Steuerschaltung für einen Sehvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 die Wellenform eines Vertikalsynchronisationssignals am Eingang der Schaltung gemäß Fig. 3 und die Wellenform des Lichtdurchlaß­ signals am Ausgang dieser ersten Schaltungskomponente;

Fig. 5 das Blockschaltbild einer zweiten Schaltungskomponente gemäß der Erfindung, bestehend aus einer Oszillatorschaltung und einer Fre­ quenzteilerschaltung;

Fig. 6(a) die Schaltung einer dritten Komponente in einer Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 6(b) die Beziehung zwischen dem Eingangssignal und Ausgangssignal dieser dritten Schaltungskomponente.

Die Fig. 3 zeigt den Schaltungsaufbau für eine Steuerschaltung einer Sehvorrich­ tung (d. h. einer LCD-Shutter-Brille). Die Sehvorrichtung enthält sowohl rechte und linke LCD-Shutter. Ein Betrachter, der diese Sehvorrichtung trägt, kann auf diese Weise ein dreidimensionales Bild sehen. Das genannte Steuergerät enthält ein erste Einrichtung 31, eine zweite Einrichtung 32 und eine dritte Einrichtung 33. Die erste Einrichtung 31 empfängt ein Vertikalsynchronisationssignal zum Bei­ spiel von einer VGA-Karte in einem Computer und erzeugt ein Lichtdurchlaß­ signal, d. h., diese erste Einrichtung 31 erzeugt ausgelöst durch das Vertikalsyn­ chronisationssignal das zuvor genannte Lichtdurchlaßsignal. Die zweite Einrich­ tung 32 erzeugt ein erstes Spannungssignal, mit dem der linke oder der rechte LCD-Shutter in seiner Lichtdurchlässigkeit blockiert werden kann. Die dritte Einrichtung 33 empfängt das sogenannte Lichtdurchlaßsignal und dieses erste Spannungssignal und erzeugt ein erstes und ein zweites Steuersignal für den lin­ ken und rechten LCD-Shutter. Aufgrund der Tatsache, daß der linke und der rech­ te Shutter abwechselnd lichtdurchlässig geschaltet werden, kann der Betrachter einen dreidimensionalen Raumeffekt feststellen.

Die erste Einrichtung 31 kann die Frequenz des Vertikalsynchronisationssignals, das von der VGA-Karte kommt, reduzieren und dann das Lichtdurchlaßsignal er­ zeugen. Die Zeitdauer für den Hoch- oder Niederspannungsanteil des Lichtdurchlaßsignals beträgt jeweils die Hälfte der Periode des Lichtdurchlaß­ signals, d. h., der Arbeitszyklus des Lichtdurchlaßsignals beträgt 50/50. Fig. 4 zeigt die Wellenform des Vertikalsynchronisationssignals, das am Eingang des ersten Einrichtung 31 anliegt und die Wellenform des Lichtdurchlaßsignals, das durch diese erste Einrichtung 31 erzeugt wird. Wie in Fig. 4 dargestellt, beträgt der Arbeitszyklus des genannten Lichtdurchlaßsignals 50/50. Die Hochvoltphase 431 des Lichtdurchlaßsignals 43 kann zur Aktivierung des linken Shutters und die Niedervoltphase 432 zur Aktivierung des rechten Shutters verwendet werden bzw. umgekehrt.

Die genannte zweite Einrichtung 32 erzeugt das erste Spannungssignal, das den LCD-Shutter der Sehvorrichtung lichtundurchlässig macht. Üblicherweise ist der LCD-Shutter der Sehvorrichtung lichtdurchlässig, wenn kein Spannungssignal am LCD-Shutter anliegt. Umgekehrt sind die LCD-Shutter lichtundurchlässig, wenn ein Spannungssignal, dessen Frequenz ungefähr 1 KHz beträgt, an den LCD- Shuttern anliegt. Die zweite Einrichtung 32 erzeugt das erstes Spannungssignal mit einer Frequenz von ungefähr 1 KHz, um die LCD-Shutter lichtundurchlässig zu machen.

Eine andere Ausgestaltung des genannten zweiten Einrichtung 32 enthält eine Oszillatorschaltung 51 und eine Frequenzteilerschaltung 52. Wie in Fig. 5 darge­ stellt, erzeugt die Oszillatorschaltung 51 ein zweites Spannungssignal, dessen Frequenz ein Mehrfaches von 1 KHz, beispielsweise 2 KHz beträgt. Die genannte Frequenzteilerschaltung 52 empfängt dieses zweite Spannungssignal und erzeugt das bereits erwähnte erste Spannungssignal. Der Arbeitszyklus des ersten Span­ nungssignals beträgt ungefähr 50/50, d. h. die Zeitdauer der Hochvolt- bzw. Nie­ denroltphase des ersten Spannungssignals entspricht jeweils der halben Perio­ dendauer des ersten Spannungssignals.

Die dritte Einrichtung 33 der vorliegenden Erfindung empfängt das Lichtdurchlaß­ signal und das erste Spannungssignal zur Generierung des ersten und zweiten Steuersignals zur Steuerung des linken und des rechten LCD-Shutters. Auf diese Weise werden der linke und der rechte LCD-Shutter abwechselnd lichtdurchlässig gesteuert. Das Schaltbild der dritten Einrichtung 33 ist in Fig. 6(a) dargestellt. Ein erstes Eingangssignal 61, das der dritten Einrichtung 33 zugeführt ist, ist das schon beschriebene Lichtdurchlaßsignal, welches in der ersten Einrichtung 31 erzeugt wird, während ein zweites Eingangssignal 62 durch das erste Span­ nungssignal gebildet wird, welches in der zweiten Einrichtung 32 generiert wird. Die beiden Eingangssignale 61 und 62 werden zum Beispiels durch eine Kombi­ nation von NICHT-Gliedern und UND-Gliedern logisch verknüpft, wobei ein erstes Zeitsignal 63, ein zweites Zeitsignal 64, ein drittes Zeitsignal 65 und ein viertes Zeitsignal 66 erzeugt werden (siehe hierzu Fig. 6(b)). Das erste Zeitsignal 63 und das zweite Zeitsignal 64 werden einem ersten Differenzverstärker 671 zugeführt, der ein erstes Steuersignal 68 generiert. Das dritte Zeitsignal 65 und das vierte Zeitsignal 66 werden einem zweiten Differenzverstärkter 672 zugeführt, der ein zweites Steuersignal 69 generiert. Durch die beiden Steuersignale 68 und 69 wird jeweils der linke bzw. der rechte LCD-Shutter der Sehvorrichtung abwechselnd lichtdurchlässig und lichtundurchlässig geschaltet.

Wenn das Bild für das linke Auge des Betrachters auf dem Computerbildschirm dargestellt wird, ist der linke LCD-Shutter lichtdurchlässig geschaltet, während in dieser Zeit der rechte LCD-Shutter lichtundurchlässig ist. Zu einem anderen Zeit­ punkt, wenn das Bild für das rechte Auge auf dem Bildschirm dargestellt wird, wird der rechte LCD-Shutter lichtdurchlässig und der linke LCD-Shutter lichtundurch­ lässig geschaltet. Durch die wechselseitige Lichtdurchlässigkeit für den linken und rechten Shutter ergibt sich bei Anwendung der Methode der Zweiaugen- Disparität ein echter dreidimensionaler Effekt. Wie vorstehend erläutert, kann durch die vorliegende Erfindung der linke und der rechte Shutter des Sehvorrich­ tung abwechselnd lichtdurchlässig geschaltet werden, derart, daß der Wechsel­ takt für die Lichtdurchlässigkeit des linken und rechten Shutters mit dem Vertikal­ synchronisationssignal der VGA-Karte übereinstimmt. Auf diese Weise kann der Betrachter, der eine solche Sehvorrichtung trägt, einen dreidimensionalen Effekt feststellen. Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist ferner, daß keine eigene Stromversorgung benötigt wird und daß auch kein horizontales Synchronisations­ signal von der VGA-Karte empfangen werden muß, weshalb die Schaltung der vorliegenden Erfindung einfach und im Vergleich zu bekannten Schaltungen kos­ tengünstiger ist.

Wenngleich die Erfindung anhand eines bevorzugten und sehr praktikablen Aus­ führungsbeispiels erläutert worden ist, so ist sie doch nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die Erfindung umfaßt auch verschiedene Modifika­ tionen und äquivalente Lösungen, soweit sie vom Grundgedanken und vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche erfaßt sind.

Bezugszeichen

31

erste Einrichtung (

Fig.

3, 6(a))

32

zweite Einrichtung (

Fig.

3, 6(a))

33

dritte Einrichtung (

Fig.

3, 6(a))

4

7

erste Einrichtung (

Fig.

4)

42

Vertikalsynchronisationssignal

43

Lichtdurchlaßsignal

431

Hochvoltphase

432

Niedervoltphase

51

Oszillatorschaltung

52

Frequenzteilerschaltung

61

erstes Eingangssignal (Lichtdurchlaßsignal)

62

zweites Eingangssignal

63

erstes Zeitsignal

64

zweites Zeitsignal

65

drittes Zeitsignal

66

viertes Zeitsignal

671

erster Differenzverstärker

672

zweiter Differenzverstärker

68

erstes Steuersignal

69

zweites Steuersignal

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Steuerung einer Sehvorrichtung, bestehend aus einer LCD- Shutter-Brille mit einem rechten und einem linken LCD-Shutter, die von einem Betrachter eines Bildes getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgende Einrichtungen (31, 41; 32; 33) aufweist:

• - eine erste Einrichtung (31, 41), der am Eingang ein Vertikalsynchronisations­ signal (42) einer Bildanzeigeeinheit zugeführt wird, zur Erzeugung eines Licht­ durchlaßsignals (43);
• - eine zweite Einrichtung (32) zur Erzeugung eines ersten Spannungssignals;
• - eine dritte Einrichtung (33), an deren Eingang das besagte Lichtdurchlaß­ signal (43) und das erste Spannungssignal zugeführt werden, zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten Steuersignals (68, 69) zur Steuerung des lin­ ken und des rechten LCD-Shutters derart, daß ein dreidimensionaler Bildeffekt für den Betrachter erreicht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ein­ richtung (31, 41) die Frequenz des Vertikalsynchronisationssignals (42) verrin­ gert, um das Lichtdurchlaßsignal (43) zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Einrichtung (32) aufweist:

• - eine Oszillatorschaltung (59) zur Erzeugung eines zweiten Spannungssignals; und
• - eine Frequenzteilerschaltung (52), der am Eingang das zweite Spannungssig­ nal zugeführt wird, zur Erzeugung des ersten Spannungssignals.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die dritte Einrichtung (33) das linke und das rechte LCD-Shutter derart steuert, daß zu einem ersten Zeitpunkt das linke LCD-Shutter lichtdurchlässig geschaltet ist, während gleichzeitig das rechte LCD-Shutter lichtundurchlässig geschaltet ist, und daß zu einem zweiten Zeitpunkt das linke LCD-Shutter licht­ undurchlässig geschaltet ist, während gleichzeitig das rechte LCD-Shutter licht­ durchlässig geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vertikalsynchronisationssignal ein von einer VGA-Karte eines Com­ puters erzeugtes Signal ist.