Sistema de visualización que tiene una superficie de visualización tridimensional convexa.

Un sistema de visualización incluyendo;

una superficie de visualización (5) que tiene una forma tridimensional convexa; y caracterizado por un sistema de proyección

(7) para proyectar un campo de objeto como una imagen intermedia a través de un sistema de lentes (4) sobre un campo de imagen continuo en un interior de la superficie de visualización (5); donde el sistema de lentes (4) tiene una distancia de imagen variable para adaptación a la distancia al interior de la superficie de visualización (5) de tal manera que la proyección de la imagen intermedia sobre el campo de imagen continuo se enfoque sustancialmente en el interior de la superficie de visualización (5); y

donde el sistema de visualización está dispuesto de modo que una relación de una distancia de imagen más larga a una distancia de imagen más corta sea al menos 1,75 y una distancia de imagen en un punto de imagen de vértice (312A) sea más larga que una distancia de imagen en un punto de imagen de campo completo (312J).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2003/040554.

Solicitante: Global Imagination.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 129 E. Campbell Ave. Campbell, CA 95008 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: UTT,STEVEN W, RUBESIN,PHILIP C, FOODY,MICHAEL A.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > FOTOGRAFIA; CINEMATOGRAFIA; TECNICAS ANALOGAS QUE... > APARATOS O DISPOSITIVOS PARA HACER FOTOGRAFIAS, PARA... > Proyectores o visores del tipo por proyección; Sus... > G03B21/14 (Detalles)

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Fragmento de la descripción:

Sistema de visualizaciïn que tiene una superficie de visualizaciïn tridimensional convexa Antecedentes de la invenciïn 1. Campo de la invenciïn Esta invenciïn se refiere en general a sistemas de visualizaciïn por proyecciïn y, mïs especïficamente, a sistemas de visualizaciïn por proyecciïn capaces de proyectar imïgenes sobre una superficie de visualizaciïn tridimensional convexa que es mïs grande que un hemisferio.

2. Descripciïn de la tïcnica relacionada En muchos campos de actividad se ha buscado desde hace mucho el objetivo de proporcionar un sistema de visualizaciïn que pueda generar una imagen que cubra una esfera completa o, mïs en general, que cubra toda la superficie de alguna forma convexa. Tal sistema de visualizaciïn tendrïa muchos usos diferentes. Por ejemplo, en las ciencias planetarias, el sistema de visualizaciïn podrïa ser usado para presentar informaciïn tal como el tiempo meteorolïgico y la temperatura planetarios. Las aplicaciones farmacïuticas incluyen visualizar molïculas. Las aplicaciones arquitectïnicas incluyen visualizar edificios. Otras aplicaciones serïn evidentes.

Otros han intentado crear dicho sistema de visualizaciïn y sus esfuerzos se pueden clasificar en varias categorïas diferentes. En una categorïa, el sistema de visualizaciïn incluye mïltiples elementos que individualmente conducen y emiten luz, por ejemplo como se muestra en la Patente de Estados Unidos nïmero 5.030.100, “Sistema de visualizaciïn medioambiental”; sin embargo, estos sistemas son tïpicamente caros y difïciles de fabricar. A menudo requieren miles de elementos diminutos, tïpicamente LEDs o conductores de fibra ïptica, y el extremo de visualizaciïn de los elementos se debe colocar tïpicamente con mucha exactitud con el fin de lograr una visualizaciïn de calidad. En el caso de los conductores de fibra ïptica, ambos extremos del conductor deben estar colocados tïpicamente exactamente. Como un ejemplo, una resoluciïn tïpica para sistemas informïticos de visualizaciïn por mïdem es 1024 por 768 pixeles. Se requerirïan mïs de 750.000 elementos para implementar un sistema de visualizaciïn con una resoluciïn similar. Ademïs, si la visualizaciïn se ha de ver desde su exterior, las porciones de no visualizaciïn de los elementos (por ejemplo, el cableado para LEDs o los tramos de fibras) se dirigen tïpicamente a travïs del interior de la pantalla. Con tantos elementos dirigidos a travïs del interior de la pantalla, la pantalla se debe construir tïpicamente a partir de mïltiples piezas que posteriormente se juntan. Sin embargo, esto da lugar a costuras que a menudo puede ser fïcilmente detectadas por el observador.

En otra clase de aproximaciones, el sistema de visualizaciïn se construye a partir de un nïmero de pantallas individuales que se parchean conjuntamente para formar una pantalla segmentada. Los ejemplos de este acercamiento incluyen la Patente de Estados Unidos nïmero 5.023.725, “Mïtodo y aparato para sistema dodecaïdrico de formaciïn de imïgenes” y la Patente de Estados Unidos nïmero 5.703.604, “Sistema dodecaïdrico de visiïn vïdeo por inmersiïn”. Sin embargo, , este acercamiento requiere mïltiples fuentes de imagen (una para cada pantalla) , cada una de las cuales proyecte sobre una porciïn de la pantalla general. Los sistemas intentan corregir las costuras, solapamiento o errores de correspondencia en la imagen compuesta resultante. Pueden ser sustancialmente mïs caros de fabricar, montar y alinear que un sistema que use solamente un solo proyector. Ademïs, estos sistemas se usan muy a menudo en situaciones donde el observador estï situado en el interior de la superficie de visualizaciïn, tal como cïpulas para pantallas planetarias o en simuladores de vuelo. Esto es debido a que las mïltiples fuentes de imagen y proyecciïn ïptica se pueden situar entonces fuera de la superficie de visualizaciïn, donde hay mïs espacio. Esta clase de sistemas de visualizaciïn no es muy adecuada para pantallas transmisivas (es decir, pantallas que se ven desde el exterior) o para superficies de visualizaciïn de tamaïo mïs pequeïo, por ejemplo de menos de unos pocos pies de diïmetro, debido al tamaïo y la complejidad de disponer las fuentes de imagen y la proyecciïn ïptica.

Los reflectores convexos forman la base de otra categorïa, como ejemplifica la Patente de Estados Unidos nïmero 6.327.020, “Sistema de proyecciïn de pantalla esfïrica envolvente plena y aparato de registro para el mismo”. Sin embargo, estos sistemas tambiïn padecen varias limitaciones. Un inconveniente significativo es que estos sistemas tienen tïpicamente zonas muertas donde no se puede ver luz. Por ejemplo, en un diseïo comïn, un proyector sobresale al interior de la superficie de visualizaciïn. La imagen es proyectada por el proyector a un espejo convexo a un espejo reflector a la superficie de visualizaciïn. El espejo convexo estï situado profundo en el interior de la superficie de visualizaciïn. En esta geometrïa, puede haber zonas muertas en la posiciïn del proyector, delante o detrïs del espejo convexo, detrïs del espejo reflector, y/o detrïs de los soportes para los espejos. En muchas situaciones estas zonas muertas serïn observables, por ejemplo en pantallas de visiïn externa donde el observador puede acercase a la pantalla y verla desde todos los ïngulos diferentes, o en pantallas de visiïn interna donde el observador tiene la libertad y el deseo de mirar en cualquier direcciïn tal como en un planetario donde el observador estï rodeado por el universo. Ademïs, el espejo convexo es sustancialmente mayor que el proyector, dando lugar a una zona muerta mucho mayor que la generada por el proyector solo.

Las pantallas volumïtricas son otra clase de aproximaciones, por ejemplo como se muestra en la Patente de Estados Unidos nïmero 6.183.088, “Sistema de visualizaciïn tridimensional”. En este acercamiento, se usa algïn tipo de mecanismo complejo para generar una pantalla que se puede describir como una colecciïn de vïxeles (en contraposiciïn a una proyecciïn de pixeles sobre una superficie no plana) . Sin embargo, estas pantallas estïn limitadas tïpicamente a visiïn externa. Ademïs, por lo general son caras porque requieren una cantidad sustancial de electrïnica personalizada y mecanismos mecïnicos complejos. Tambiïn pueden originar problemas de fiabilidad. Esta clase general tampoco es muy madura como tecnologïa o industria. Asï, tienen tïpicamente baja resoluciïn y un rango limitado de colores.

Asï, se necesita un sistema de visualizaciïn que pueda generar imïgenes en una superficie de visualizaciïn tridimensional (es decir, no plana) y que supere algunos o todos los inconvenientes explicados anteriormente.

JP-A-08314401 describe una aeronave incluyendo un cuerpo de globo formado de plïstico blando en forma de uno de los personajes de Arabian Nights. La parte de cara del cuerpo de globo estï formada por una pantalla del tipo de transmisiïn y formada tridimensionalmente. Una base estï compuesta por un proyector para proyectar un vïdeo de la cara y un espejo para reflejar el vïdeo sobre la cara.

US-A-4240721 describe un sistema incluyendo un proyector en el que se colocan diapositivas que tienen varias recetas de cocina impresas, y una pantalla sobre la que se proyecta la receta muy ampliada, de modo que el ama de casa pueda ver mïs fïcilmente el texto ampliado.

EP-A-0999469 describe un sistema de proyecciïn de imïgenes de globo que tiene un proyector montado en el exterior de la superficie curvada de un globo, y un espejo convexo que refleja la imagen del proyector a travïs de una ventana transparente al interior del globo, visualizando la imagen en la superficie interior del globo.

WO-A-99/54863... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de visualizaciïn incluyendo;

una superficie de visualizaciïn (5) que tiene una forma tridimensional convexa; y caracterizado por

un sistema de proyecciïn (7) para proyectar un campo de objeto como una imagen intermedia a travïs de un sistema de lentes (4) sobre un campo de imagen continuo en un interior de la superficie de visualizaciïn (5) ;

donde el sistema de lentes (4) tiene una distancia de imagen variable para adaptaciïn a la distancia al interior de la superficie de visualizaciïn (5) de tal manera que la proyecciïn de la imagen intermedia sobre el campo de imagen continuo se enfoque sustancialmente en el interior de la superficie de visualizaciïn (5) ; y

donde el sistema de visualizaciïn estï dispuesto de modo que una relaciïn de una distancia de imagen mïs larga a 15 una distancia de imagen mïs corta sea al menos 1, 75 y una distancia de imagen en un punto de imagen de vïrtice (312A) sea mïs larga que una distancia de imagen en un punto de imagen de campo completo (312J) .

2. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 1, donde el campo de imagen cubre al menos 240 grados de la superficie de visualizaciïn (5) . 20

3. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde el campo de imagen cubre al menos 300 grados de la superficie de visualizaciïn (5) .

4. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde la superficie de visualizaciïn (5) es aproximadamente 25 esfïrica.

5. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 4, donde la superficie de visualizaciïn (5) es translïcida.

6. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde la superficie de visualizaciïn (5) incluye una abertura, y el 30 campo de imagen cubre sustancialmente todo el interior de la superficie de visualizaciïn a excepciïn de la abertura.

7. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 6, incluyendo ademïs:

un soporte fïsico (21) para la superficie de visualizaciïn (5) , donde el soporte fïsico oculta la abertura a la vista. 35

8. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 6, donde el sistema de proyecciïn (7) tiene un eje ïptico que entra en el interior de la superficie de visualizaciïn a travïs de la abertura.

9. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 8, donde el eje ïptico estï basculado con relaciïn a la vertical. 40

10. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde el sistema de lentes (4) sirve para proyectar un campo de objeto virtual sobre el campo de imagen continuo en el interior de la superficie de visualizaciïn (5) .

11. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 10, donde el sistema de proyecciïn (7) incluye ademïs:

un proyector (3) acoplado ïpticamente al sistema de lentes (4) , estando destinado el proyector para proyectar el campo de objeto sobre un campo de imagen plano, donde el campo de objeto para el proyector es plano y el campo de imagen plano para el proyector (3) sirve como el campo de objeto virtual para el sistema de lentes (4) .

12. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 11, donde el proyector (3) incluye un proyector vïdeo digital.

13. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 11, donde el proyector (3) incluye un proyector de diapositivas.

14. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 11 donde el proyector (3) incluye un proyector de cine. 55

15. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 11, donde el proyector (3) incluye una televisiïn de proyecciïn.

16. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 10, donde el campo de objeto virtual es generado por un

proyector (3) y el sistema de lentes (4) estï adaptado para montarse mecïnicamente al proyector. 60

17. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 10, donde el sistema de proyecciïn (7) puede acomodar superficies de visualizaciïn (5) de tamaïo variable variando el enfoque del proyector (3) .

18. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde la superficie de visualizaciïn (5) incluye mïltiples 65 materiales.

19. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde la superficie de visualizaciïn (5) es ininterrumpida.

20. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde el campo de objeto no es circular.

21. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde el sistema de proyecciïn (7) incluye:

un proyector (3) que incluye ademïs un sistema integral de lentes de proyecciïn que proyecta el campo de objeto sobre el campo de imagen continuo en el interior de la superficie de visualizaciïn, donde el campo de objeto es plano.

22. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 21, donde el campo de objeto es plano y un objeto en el campo de objeto incluye una pantalla controlada electrïnicamente.

23. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 21, donde el campo de objeto es plano y un objeto en el campo de objeto incluye una pantalla a base de pelïcula.

24. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde la superficie de visualizaciïn (5) es de forma esferoide.

25. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde el interior de la superficie de visualizaciïn (5) es reflectante.

26. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde la superficie de visualizaciïn (5) tiene aproximadamente forma de un sïlido rectangular.

27. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 2, donde el sistema de proyecciïn (7) genera una imagen adecuada para visualizaciïn estereoscïpica.

28. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 1, donde el campo de objeto es un campo de objeto plano virtual, y el campo de imagen es un campo de imagen continuo que tiene una forma tridimensional convexa.

29. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 28, donde el campo de imagen es aproximadamente esfïrico.

30. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 28, donde haces de rayos (310J) destinados al punto de imagen de campo completo (312J) salen de una ïltima superficie clara del sistema de lentes (4) en un ïngulo que es sustancialmente perpendicular a un eje ïptico del sistema de lentes.

31. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 28, donde el sistema de lentes (4) incluye: un grupo de lentes (322, 323) para corregir la aberraciïn cromïtica.

32. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 28, donde el sistema de lentes incluye: al menos una superficie asfïrica (324) .

33. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 32, donde la al menos ïnica superficie asfïrica (324) cambia de forma significativa una distancia de imagen a un punto de imagen, como una funciïn de altura de campo del punto de imagen.

34. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 33 donde, en la superficie asfïrica (324) , una huella de un haz de rayos (310A) destinado al punto de imagen de vïrtice (312A) no se solapa con una huella de un haz de rayos (310J) destinado al punto de imagen de campo completo (312J) .

35. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 28, donde el sistema de lentes incluye:

un grupo de lentes (325, 326, 327) con potencia negativa para incrementar un ïngulo de salida entre un eje ïptico del sistema de lentes (4) y un rayo destinado a un punto de imagen, cuando una altura de campo del punto de imagen aumenta.

36. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 35, donde, dentro del grupo de lentes (325, 326, 327) , una huella de un haz de rayos (310A) destinado al punto de imagen de vïrtice (312A) no se solapa con una huella de un haz de rayos (310J) destinado al punto de imagen de campo completo (312J) .

37. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 35, donde lentes en el grupo de lentes (325, 326, 327) tienen una superficie plana alrededor de sus bordes de modo que las lentes se coloquen adecuadamente cuando las superficies planas contacten una con otra.

38. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 28, donde el sistema de lentes (4) incluye, en el orden siguiente a lo largo de un eje ïptico:

un primer grupo de lentes (322, 323) situado cerca de una abertura del sistema de lentes (4) , corrigiendo el primer 5 grupo de lentes la aberraciïn cromïtica;

un segundo grupo de lentes que incluye una superficie asfïrica (324) , para cambiar de forma significativa una distancia de imagen a un punto de imagen como una funciïn de altura de campo del punto de imagen; y

un tercer grupo de lentes (325, 326, 327) con potencia negativa para incrementar un ïngulo de salida entre el eje ïptico y un rayo destinado a un punto de imagen, cuando una altura de campo del punto de imagen incrementa, donde el segundo grupo de lentes actïa como una lente de campo parcial entre el primer grupo de lentes y el tercer grupo de lentes.

39. El sistema de visualizaciïn de la reivindicaciïn 28, donde el campo de objeto es asimïtrico alrededor de un eje ïptico del sistema de lentes.

*CONFIGURACIïN PARAXIAL DE LENTE

5

APERTURA

Radio de haz de entrada:* 0, 724036 Pendiente de rayo axial de imagen: 0, 010000

Apertura n. de objeto: 0, 000453 Nïmero F: -37, 131424

Apertura n. de imagen: 0, 010000 Nïmero F operativo: 50, 000000

CAMPO

ïngulo de campo: 10, 342657 Altura de objeto:* 292, 000000

Altura de imagen gaussiana: -13, 213647 Altura de rayo principal: 19, 605736

CONJUGADOS

Distancia de objeto: 1, 6000e+03 Sup. 1 a p. prin. 1: 358, 025381

Dist. de imagen gaussiana: -55, 481113 Sup. 19 a p. prin. 2: 0, 720991

Longitud general de lente: 225, 842060 Longitud de recorrido total: 1, 4062e+03

Amplificaciïn paraxial: -0, 045252 Sup. 19 a sup. de imagen: 32, 000000

OTROS DATOS

Radio de pupila de entrada: 0, 724036 Sup 1 a pupila de entrada: -

Radio de pupila de salida: 0, 094539 Sup 19 a pupila de salida: -46, 027214

Invariante Lagrange: 0, 132136 Radio Petval: 54, 277855

Longitud focal efectiva: -53, 768941

DIAGRAMAS DE PUNTO

Divisiones de apertura: 17, 030000 Spec. apod. gaussiana Apagado

Irrad. ent. X 1/e*2 1, 000000 Irrad. entr. Y 1/e*2 1, 000000

Nota: Este sistema ïptico contiene datos de superficie especiales.

Los cïlculos basados en un trazado de rayo paraxial pueden no ser vïlidos.

10

FIG. 3C (Cont.)

*CONFIGURACIïN PARAXIAL DE LENTE 5

APERTURA Radio de haz de entrada: 3, 000000 Pendiente de rayo axial de imagen: Apertura n. de objeto: 0, 120571 Nïmero F: Apertura n. de imagen:* 0, 001517 Nïmero F operativo: CAMPO ïngulo de campo: 5, 1566e-18 Altura de objeto:* Altura de imagen gaussiana: 715, 316127 Altura de rayo principal: CONJUGADOS Distancia de objeto: 24, 700000 Sup. 1 a p. prin. 1: Dist. de imagen gaussiana: 418, 643524 Sup. 13 a p. prin. 2: Longitud general de lente: 146, 262197 Longitud de recorrido total: Amplificaciïn paraxial: -79, 479792 Sup. 13 a sup. de imagen: OTROS DATOS Radio de pupila de entrada: 1, 2146e+19 Sup 1 a pupila de entrada: Radio de pupila de salida: 0, 718294 Sup 13 a pupila de salida: Invariante Lagrange: -1, 093117 Radio Petval: Longitud focal efectiva: 5, 913958 DIAGRAMAS DE PUNTO Divisiones de apertura: Spec. apod. gaussiana Irrad. ent. X 1/e*2 Irrad. entr. Y 1/e*2

Nota: Este sistema ïptico contiene datos de superficie especiales. Los cïlculos basados en un trazado de rayo paraxial pueden no ser vïlidos. 10 FIG. 9B (Cont.)

-0, 001528 2, 4346e-19 329, 596329

-9, 000000 -13, 092823

-18, 711634 -57, 310580 112, 962197 -60, 000000

1, 0000e+20 -51, 396622 -100, 672057

Apagado 1, 000000