光投影中隐藏的图像信息的独立可视化的制作方法

本发明涉及一种用于视觉信息显示的系统以及所述系统的使用方法。

背景技术：

已知的类似系统能够通过投影装置投影可见光谱范围内的光，对于投影光的反射范围内的每个观察者来说，投影光表现为各向同性光场，特别是表现为不可区分的白光场，除非光投影到特制的表面上。在光投影到特制的表面的情况下，对于观察者来说，投影光中以不可见方式提供的信息在该观察者观察对应的特定表面时，通过光在该表面上的反射而变得可见。

在某种程度上，这样的系统能够传输光学信息，然而，已知系统的目的是，使信息的显示仅仅依赖背景或者投影光落到的投影面。但是，在大量可能的应用中，特别期望的是，发出的信息能够被尽可能灵活或者高度可变地提供(render)或者发出。由此，信息的输出或信息的显示能够各自适应于相应的目的以及相应的场景来被示出或显示，并且，如果适用，甚至可以针对信息的观察者来单独被示出或显示。

目前，视觉信息在公共空间内已经是无处不在。显示面板、电视墙、跑马灯以及LED显示屏上的图像信息以及文字信息无处不在，并且更频繁不断地将观察者的注意力吸引至显示的每个信息段。由于普遍所观察到的信息过多，特别是因为视觉信息和竞争视觉的存在，重要的和不太重要的内容和信息可能不再彼此区分开来。换言之，这意味着，信息接收者越来越难以主动过滤或者选择信息段，以使被认为是令人满意的且适当的一些信息呈现。

确实，特定的视觉信息不被公众普遍感知而是只呈现给特定的并且相对优先的信息接收者，这在某些情况下是一种优点，以使信息接收者可以只在有需求时收集专门为他们设计的所显示的视觉信息，而相应的图像内容不应被所有的其他观察者所感知到。

技术实现要素：

相对应地，本发明的目的是进一步开发一种相应的系统，以及提供与所述进一步开发的系统相应的使用方法，其中所述系统和所述系统的使用方法能够使得视觉信息的显示变得高度灵活。

本发明的目的通过根据独立权利要求1的一种系统，以及根据权利要求15的系统相应的使用方法达到。本发明的其他方面的优点将在从属权利要求中达成。

根据本发明的用于视觉信息显示的系统包括投影装置，该投影装置包括光源和信息压印(imprint)装置，该信息压印装置用于通过相位调制的方式将二维空间信息，特别是时间信息压印到该投影装置的光路上。进一步地，该系统包括至少一个投影面，并且该系统选择性地包括至少一个过滤装置，其中，本发明的基本思想是通过这样一种系统实现的，该系统选择性地具有至少一个部分相位保持表面，并因此进一步可选地(如果可行)，该过滤装置设置在所述至少一个投影面与观察点之间的输出光路中，或者，可选地，该过滤装置在所述投影装置的投影光路中独立于至少一个投影面进行设置，事实上，可选地，将该过滤装置设置在该信息压印装置的输出与该投影面之间的期望位置处。

在本申请中，相位调制应被理解为各个光束射线的辐射的相位和/或偏振的特定变化。因此，在这种情况下，相位维持使各个射线具有保持与其他射线的相对相位关系的能力。能够过滤或使得相位调制信息可见的过滤装置是以这样的一种方式被设计，即具有不同相位或者不同振幅的光或射线选择性地通过或不通过所述过滤装置，并且如果未通过，就表示被过滤掉了，在过滤的过程中，实现了肉眼看不见的相位调制到幅度调制的转换，并且通过这种方式，信息转而变得可见。为了使这样的相位调制可行，所提出的系统假定光源提供具有明确定义的光或辐射，特别是具有明确的同质、相位关系或偏振的定义。信息压印装置相应地是一种活动的光学元件或组件，其以这样的一种方式被设计，即其能够选择性地改变辐射的某些特性。

由于相应的系统，能够进行多种不同形式的信息显示。通过这种方式，例如，所要显示的信息能够从每个观测点显示出来，并且独立于投影面，即，当该过滤装置设置在该信息压印装置的输出与该投影面之间的输入光路中时。

然而，可替换地，依赖于反射表面的信息的选择性显示能够被实现，其中，在此种情况下，根据所提出的系统的信息显示还依赖于相应的过滤装置是否意图设置在投影面与观察点之间相应的反射光路中。也就是说，这意味着，当通过投影装置发出的光落在任何投影面，特别是非相位保持的投影面上时，其表现为各向同性的光场，此外，在通过反射离开相位保持的反射面的情况下，只有在该过滤装置设置在相位保持的投影面与观察点之间时，其才不会被视为各向同性的光场。

该系统后面的可选实施方式提供的特别的优点在于，特定的视觉信息(例如，背景信息或视频的文本、音乐乐谱或附属记录，以及按照阶段性事件或与展览的展品相关的排序)不会出现在投影的任何观察点，但当相应地过滤装置被设置在输出光路中时，特定的视觉信息仍然分别显示在任何观察点。

所提出的系统的一个特别的优点在于，每个从投影装置发出的光或辐射被视为常规的照明，如用普通光源产生的辐射，即使该光或辐射不被投影面的相位保持表面所反射，或者相应的过滤装置没有被设置在输出光路中。

总体而言，根据本发明，相位调制由信息压印装置产生，从而实现将信息压印到在光束中。因此，信息压印装置依赖于相应的电气控制信号产生对光束中的每个独立分段(segment)(像素)的相位调制。

用于信息压印装置产生相位调制的材料特性例如是光学双折射。因此，信息压印装置的每一个分段都可以通过电控制信号(调制)来对光或辐射的偏振情况和相位产生不同的影响。

根据本发明的相位调制应当以这样一种方式被理解，即信息压印装置内的每个独立的分段的相应的相位调制的特定变化与一定量的分段(像素)一起进行。

然而，通过光的相位调制压印的信息仍然是肉眼不可见的，又由于没有进行幅度调制，因此，没有信息，更确切的说是图像内容可以通过亮度的变化被收集。

因此，本发明的基本思想还基于信息压印装置可选择性地用于相位调制和幅度调制。在最简单的情况下，通过在输出光路中增设的过滤装置实现将不可见的相位调制转换成可见的幅度调制。

由于与相应保护的具有相位调制的光投影的适应的实施方式相关的相位调制与振幅调制之间的转换可能性的应用，以及相位保持的投影面(并且，如果可行，该相位保持的投影面与同样被指定给不同的对应应用的可选的过滤装置相关)的附加应用，根据本发明的信息显示能够以特别灵活的方式来被设计。

因此，如前面的描述所表明的，大量不同配置(多达每个观察点的个人配置)以及相应调整的信息显示能够通过所提出的系统来实现。

根据该系统的第一种变型，其目的是使信息压印装置形成为空间光调制器，其中空间光调制器表示在空间和时间上，对辐射产生关于相位、幅度或偏振的选择性影响的组件。在本发明的更广泛的意义上，电光调制器(OEM)应当作为一般形式的空间光调制器来被理解，并且也包含在该实施方式中。并且，电光调制器还专门用于改变光束射线中各个射线的相位和偏振。

此外，如果该空间光调制器包括液晶面板(LC面板)，特别是包括硅基液晶面板(LCoS)，这是特别有利的。也就是说，这种LC面板构成为特定目的(例如，为了投影)形成的组件，该组件为空间光调制器的形式，该空间光调制器使得辐射在LC面板(LCD)的传输或者LC面板(LCoS)的反射中被调制，其中，该调制可以在LC面板的每个点(像素)中被独立地控制。示例地，视频信号可以用作信号发生器，以用于对该LC面板进行这样的控制。这种液晶面板已经广泛地在投影技术中使用，并因此能够得到相对高品质、同时相对低廉的液晶面板。此外，在通过相位调制将信息压印到光路中的方面，液晶面板具有特别好的特性。这样，这种液晶面板能进行例如高时间分辨率的相位调制或信息压印，以使为二维图像的时间序列形式的信息可以被压印到光路中，这可以被视为使用相应的相位调制以及随后的从相位调制到幅度调制的调制转换来从相应的观察点移动图像。

如果若干个这样的液晶面板是由信息压印装置组成的，这也是特别有利的。在这种情况下，每个液晶面板可以被以这样的方式设计，即以特定颜色将信息压印到投影装置的光路中，以使多种颜色或者彩色的信息可以使用相应的重叠被显示，这取决于投影面以及过滤装置的设置。因此，预期的是使信息压印装置包括若干个液晶面板，特别是三个液晶面板，其中每个液晶面板以特定颜色将信息压印到投影装置的光路中。

此外，在投影装置包括被形成用于容纳过滤装置的改变装置的情况下，其中，该改变装置使得该过滤装置能够进入或者离开该投影装置的光路，所提出的系统能够进一步达到信息显示的高灵活性的有益效果。

一方面，当过滤装置设置在投影装置的输入光路中时，该过滤装置设置在投影装置自身中，由此使得提出的系统变得特别紧凑。此外，投影装置的该改变装置使得过滤装置能够覆盖投影装置中的整个光路。因此，最终，所提出的系统能够被特别方便且快速地重新配置，即在选择性条件与其他选择性条件之间进行重新配置，其中一个选择性条件是，使得信息的显示独立于投影面的属性和观察点，其他选择性条件是，只有当过滤装置被放置在反射光路中时才能进行信息显示，其中，所述反射光路起始于至少一个投影面，并位于该投影面的具有相位保持属性的表面以下。

此外，如果所述至少一个投影面形成为半透明，这对所提出的系统是特别有利的。在这种情况下，该系统可以被设计为背投系统的形式，其中以上所描述的灵活性可以通过相应选择性形成的系统来被同样的实现。

假设背投系统通过半透明的投影面也包括至少部分相位保持表面，半透明的投影面可以通过金属薄片制成或者通过另一种透明载体制成，相应的涂层材料被施加到所述透明载体，所述投影面包括合适的图像对比度，以及至少局部或者部分相位保持特性或相位保持表面。同等的效果可以例如通过标识薄膜来实现。

然而，可替换地，至少一个投射面被形成为反射性的。对于这一点，无论是任意的反射投影面或者相应的相位保持的反射投影面均可以被选择。如果这样的反射投影面被选择，投影装置与相应的一个或多个投影面之间的大段空间距离能够被特别有利地覆盖。

所提出的系统特别适合用于文化机构(如博物馆、剧院等类似的机构)中的信息的多选显示或者选择性显示。因此，该系统的至少一个投影面由要被照亮的物体形成，特别是由展示品(exhibition piece)形成。同样，表演者(artist)以及背景幕布或部分背景幕布刚好适合作为一个相应的投影面。如果照亮通常不包含对应的相位保持表面的展示品，相应的展位或展品的照明仍然可以通过相应的系统来实现，其中，所提出的系统不仅可以实现在该展示品的区域上或者在该展示品的区域中进行信息的可选择和/或选择性显示，并且也可以同时进行额外需要或期望的照明。

此外，如果过滤装置形成为相位过滤器是特别有利的。因此，通过信息压印装置可以简单有效地完成相位调制的转化。也就是说，该过滤装置是光学元件或组件，在本实施例中，该过滤装置使得例如为线性偏振的光波选择性地通过，取决于其相位和方向。该过滤装置被相应地用于选择性转换，并因此用于将相位调制转换为幅度调制，从而，压印在辐射中的信息被从相位调制转到幅度调制，最终实现信息可视化。

如果设置在输出光路中的系统的过滤装置包括可变的，特别是空间可变的过滤装置，这是特别有利地。这样，允许在每个观察点通过这样一种的方式调整该过滤装置，即最佳的过滤效果，更确切地说是转换效果被实现，并因此，被投影装置的信息压印装置压印到投影装置的光路中的视觉信息能够在观察点被过滤，更确切地说是被转换成幅度调制，以对肉眼可见。

此外，如果位于输出光路中的过滤装置形成为移动的过滤装置，特别是形成为双目过滤装置，这能达到额外的优势。这样的过滤装置可以以眼镜的形式形成，例如，其包括作为透镜，更确切地说是代替透镜的相应的过滤器。与前面的实施例相结合，这样的过滤眼镜可以以这样一种方式被设计，即过滤方向的对应的所需方位是通过旋转一个或多个过滤装置，更确切地说是透镜来实现的。

总的来说，通过戴上或取下相应的过滤眼镜来简单地实现选择性的或可选的信息显示。此外，反射光或者来自输出光路的光(该光已经被至少部分配备了相位保持表面的投影面反射，并且包括通过信息压印装置压印的相应的信息)可以在相应的反射光或部分输出光路能够到达的任意观察点处显示。

如果所提出的系统还包括声音信息的输出装置，这也可以是特别有利的。其允许更进一步的独立或者可选择性的信息传输。

如果相应的声音输出设备被设计为是移动的输出设备，特别是个人输出设备，这也是有利的。这样的输出设备可以例如以小型扬声器或不同类型的耳机的形式被提供。

当所提出的系统被提供有声音输出设备时，如果投影装置和至少一个声音输出装置被信息连通，尤其是彼此同步，通过所提出的系统进行的信息传输可以被进一步发展为特别有利的。这允许视觉信息和声音信息例如可以相应地交替或并行、独立、同时地传送。

此外，本发明的另一目的是上述实施例的系统的使用方法，其中，该系统的使用方法使得在至少一个投影面上能够进行信息的多级选择性显示，其中，所述使用方法选择性地使能以下方面：无论对光源进行何种操作，特别是以照明为目的的操作，不显示任何信息；信息的显示与至少一个投影面、过滤装置以及观察点的空间设置以及所述投影面的属性有关；以及最后的且也是可选的，信息的显示独立于所述投影面的属性和所述观察点。针对每个信息显示，这样的系统使用方法允许系统根据相应的操作条件调整到最佳，同时保持高的灵活性。

附图说明

在下文中，将参考附图并以举例的方式来对所提出的系统的各个实施例进行解释说明。

在附图中：

图1示出了在本身多变的第一实施方式中，根据本发明的系统；

图2a示出了在第二实施方式中，根据本发明的系统；以及

图2b示出了在第三实施方式中，根据本发明的系统。

具体实施方式

图1示出了具有光源03和两个投影面05和07的投影装置01。图1的系统02显示了两个过滤设备09和11的两种可替换的设置方案。此外，四个示例性观察点12至15以及输出光路被显示，该输出光路起始于观测点12至15，并从投影面05和07的三个图像点16至18到相应的观测点12至15。

从图1能够轻易看出，所提出的系统被设计为反射系统，与背投系统相比，具有相对应的反射投影面05和07。总之，投影装置01的光源03在可见光频率范围内产生具有明确定义的光或电磁辐射，特别是在光路04的二维范围内具有恒定的相位方向或相位调整。为此，产生这种均匀的光，更确切地说在相位关系方面是一致的光的相应的光源03能够被使用，或者产生对应一致的相位关系的任何光源的光学器件10能够被提供。由于涉及反射系统，光源03与投影面05、07之间的所有射线被认为是输入光路，并且分别被从投影面05、07反射的射线或辐射被认为是输出光路。换言之，这意味着术语输入光路和输出光路是相对于投影面05、07来定义的。

除了光源03，投影装置01的壳体06内还设置有信息压印装置08，所述信息压印装置08通过在光路的各个射线中、或者针对投影装置的光路04中的各个图像点进行选择性相位调制来压印信息，例如，通过未示出的液晶面板。通过信息压印装置08、经由相应的控制信号来进行空间和时间的选择性相位调制，该控制信号可以由控制装置19提供，该控制装置19例如设置在投影装置的外部。

因此，如图1所示，在投影系统的第一状态下进行相应相位调制的辐射或光离开该投影系统。然后，该辐射被两个投影面05和07反射并且到达观察点12至15。在图1所示的例子中，投影面05是具有至少部分相位保持表面的投影面。相反地，投影面07是任意投影面。反射离开投影面05的辐射中的相位信息仍然可以在观察点12、13和14得到，但是，相应的过滤装置不处于这些观察点所在的位置，更确切地说，不在投影面05到观察点12至14的输出光路中，以对相应的信息进行转换并因此使得该信息可见。因此，投影面05反射的辐射只能作为未分化的各向同性光场出现在观察点12至14。

在观察点12至14，投影面07反射的辐射仍然作为未分化的各向同性光场到达，因为，由于投影面07的非相位保持的特性，信息压印装置产生的相位调制已经在投影面07的反射过程中丢失。

但是，在观察点15，相应的过滤装置11位于投影面05与观察点15之间的输出光路中，以及投影面07与观察点15之间的输出光路中。相应地，投影面05反射的辐射中的信息能够被转移到观察点15，从而能够变得可见或者被显示。如由过滤装置11的两个箭头所示，该过滤装置展示特定的过滤方向，该过滤方向能够通过合适的调整装置进行调整。相反地，对于投影面07反射的辐射，即使通过所提供的过滤装置11，也无法在观测点进行信息显示，因为，由于任意的投影面07上的非相位保持的反射，相应地相位调制已经丢失。

另一个过滤装置09也在图1中示出，该过滤装置09由改变装置20容纳，并且相对于投影装置01与改变装置一起进行移动，如图1中的箭头所示。在该过滤装置09进入具有改变装置20的投影装置01的光路04中的情况下，在辐射离开该投影装置之前，由信息压印装置08产生的相位调制的转换在投影装置内进行。在图1未示出的一种情况下，对应的视觉信息在观察点12至15均变为可见，并且独立于各自的投影面05和投影面07。在此种情况下，过滤装置11是可有可无的，更确切地说是过滤装置对视觉信息的显示不再有影响，或者，其感知力依赖于投影面或观察点。

图2a示出了一个系统，该系统包括投影装置01、具有相位保持表面的第一投影面05、具有任意属性的第二投影面07、以及由展示品形成的第三投影面21。在图2a所示的剪影表示观察点22，从观察点22可以观察到投影面05、07和21。进一步地，在图2a的示例中，没有提供任何过滤装置。在此种情况下，即使是投影装置中被具有相位保持表面的投影面05反射的辐射也不能在观察点22被转换成幅度调制。随后，由投影面反射且从投影装置出发的所有辐射在观测点22表现为未分化的各向同性光场。也就是说，这意味着，投影装置01只能被视为在观察点22为所有投影面进行照射的普通照明装置。

图2b所示的系统与图2a所示的系统大部分是相同的。但是，除了图2a的条件，在观察点22与投影面05、07和21之间的输出光路中提供了过滤装置。该过滤装置被设计为移动且双目的过滤装置，该装置为包括作为透镜，更确切地说是替代透镜的相应过滤元件的眼镜。如图2b中以棋盘样式示出的投影面05的阴影所表示的，通过在来自投影装置01的辐射中的相位调制得到的视觉信息是可见的，更确切地说是通过提供相应的过滤装置11在观察点22进行显示。此外，由投影面07和投影面21产生的辐射可以被视为未分化的各向同性光场，更确切地说是，被视为在观察点21，投影面07和投影面21的均匀但非结构化的照明。

比较图2a和图2b可轻易的认知到，所提出的系统的一个优点是根据过滤装置11在对应的输出光路中的位置，能够在观察点22显示或感知附加的视觉信息。另一优点是，信息的独立显示成为可能，其通过观察者在观察点22戴上具有过滤效果的相应的眼镜来实现。

如图2b所示，该系统还包括声音输出装置，该声音输出装置为移动的、个人输出装置23的形式。这使得在观察点22提供额外或可替换的声音信息以适应于相应的视觉信息。