DE102013114527A1

DE102013114527A1 - Augennahe Anzeige mit Mikrolinsen-Array

Info

Publication number: DE102013114527A1
Application number: DE102013114527.2A
Authority: DE
Inventors: David Patrick Luebke; Douglas Lanman; Thomas F. Fox; Gerrit Slavenburg
Original assignee: Nvidia Corp
Current assignee: Nvidia Corp
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: DE102013114527B4; US20140168783A1; TWI565971B; CN103885582A; US20170269358A9; CN103885582B; TW201439590A; US9841537B2

Abstract

In Ausführungsformen der Erfindung kann eine Vorrichtung eine Anzeige, die mehrere Pixel aufweist, und ein Computersystem aufweisen, das mit der Anzeige gekoppelt und betriebsfähig ist, die Anzeige anzuweisen, Bilder anzuzeigen. Die Vorrichtung weist auf ferner ein Mikrolinsen-Array, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist und mehrere Mikrolinsen aufweist, wobei das Mikrolinsen-Array betriebsfähig ist, ein Lichtfeld zu erzeugen, indem Licht verändert wird, das von der Anzeige ausgestrahlt wird, um ein Objekt zu simulieren, das für einen Beobachter fokussiert ist, während die Anzeige und das Mikrolinsen-Array in einem augennahen Bereich des Beobachters angeordnet sind.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die folgenden mitanhängigen US-Patentanmeldungen sind hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke mit eingeschlossen: US-Patentanmeldung mit der Seriennummer ___, „”, ”___, Anwaltsaktenzeichen NVID P-SC-12-0347-US2, David Luebke, eingereicht am___; und US-Patentanmeldung mit der Seriennummer „___”, ___”, Anwaltsaktenzeichen NVID P-SC-12-0347-US3, David Luebke, eingereicht___.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Augennahe Anzeigen (NED) umfassen Kopf montierte Anzeige (HMD), die Bilder direkt in das Auge des Betrachters projizieren. Derartige Anzeigen können die Beschränkung der Bildschirmgröße überwinden, die durch Formfaktoren anderer mobiler Anzeigen auferlegt werden, indem virtuelle Anzeigeoberflächen mit großem Format zusammengefasst werden, oder derartige Anzeigen können für Anwendungen mit virtueller oder erweiterter Realität eingesetzt werden.
Augennahe Anzeigen können in zwei breitere Kategorien eingeteilt werden: Eindringende Anzeigen und durchsichtige Anzeigen. Die zuerst genannten können in einer Umgebung mit virtueller Realität (VR) eingesetzt werden, um das Betrachtungsfeld eines Anwenders mit synthetisch erzeugten Bildern vollständig zu erfassen. Die zuletzt genannten können in Anwendungen mit erweiterter Realität (AR) eingesetzt werden, wobei Text oder andere künstliche Anmerkungen oder Bilder der Betrachtung eines Anwenders der physikalischen Umgebung überlagert werden. Im Hinblick auf die Anzeigetechnik erfordern AR-Anwendungen halbdurchlässige Anzeigen (beispielsweise wird dies durch optische oder elektrooptische Vorgehensweisen erreicht), so dass die physikalische Welt gleichzeitig mit der augennahen Anzeige betrachtet werden kann.
Augennahe Anzeigen haben sich als schwierig im Aufbau erwiesen aufgrund der Tatsache, dass das nackte menschliche Auge Objekte nicht akkomodieren (fokussieren) kann, die unter geringen Abständen angeordnet sind, beispielsweise der Abstand zwischen den Linsen der Lesebrille zum Auge des Anwenders, wenn der Anwender die Brille trägt. Daher haben NED-Systeme konventionellerweise aufwändige und voluminöse optische Elemente benötigt, um es dem Betrachter zu ermöglichen, in angenehmer Weise auf die augennahe Anzeige, die ansonsten außerhalb des Fokus läge, und auf die physikalische Umgebung zu akkomodieren.
Eine konventionelle Lösung dazu besteht darin, einen Strahlteiler (beispielsweise einen teilweise versilberten Spiegel) direkt vor dem Auge des Betrachters anzuordnen. Dies ermöglicht eine direkte Betrachtung der physikalischen Szene, jedoch mit reduzierter Helligkeit. Ferner wird eine Anzeige (beispielsweise ein LCD-Panel) in dem zweiten optischen Pfad angeordnet. Das Einführen einer Linse zwischen dem Strahlteiler und der Anzeige hat die Wirkung, dass eine semi-transparente Anzeige synthetisch dargestellt wird, die in der physikalischen Umgebung angeordnet ist. In der Praxis sind mehrere optische Elemente erforderlich, um die Abberation zu minimieren und um ein weites Betrachtungsfeld für eine derartige Lösung zu erhalten, was zu voluminösen und teuren Brillen führt, die eine breite Akzeptanz beim Konsumenten verhindert haben.
Eine konventionelle Lösung für VR-Anwendungen besteht darin, ein Vergrößerungselement vor einer Mikro-Anzeige anzuordnen. Beispielsweise kann eine einzelne Linse über einem kleinen LCD-Panel platziert werden, so dass der Betrachter trotz des geringen Abstands auf die Anzeige akkomodieren oder fokussieren kann und auch die Anzeige vergrößern kann, so dass diese wesentlich größer und unter einem größeren Abstand erscheint.
KURZER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
In Ausführungsformen der Erfindung kann eine Vorrichtung eine Anzeige, die Pixel aufweist, und ein Computersystem aufweisen, das mit der Anzeige verbunden und ausgebildet bzw. betriebsfähig ist, die Anzeige anzuweisen, Bilder anzuzeigen. Die Vorrichtung kann ferner ein Mikrolinsen-Array enthalten, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist und mehrere Mikrolinsen umfasst, wobei das Mikrolinsen-Array ausgebildet ist, ein Lichtfeld zu zeugen, indem Licht, das von der Anzeige ausgesendet wird, verändert wird, um ein Objekt zu simulieren, das im Fokus eines Betrachters liegt, während die Anzeige und das Mikrolinsen-Array in einem augennahen Bereich des Beobachters angeordnet sind.
Diverse Ausführungsformen der Erfindung können eine Vorrichtung aufweisen, die eine Anzeige aufweist, die zur Erzeugung eines Bildes ausgebildet bzw. betriebsfähig ist. Die Vorrichtung kann ferner ein Mikrolinsen-Array aufweisen, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist, wobei das Mikrolinsen-Array zusammen mit der Anzeige ausgebildet ist, ein Lichtfeld zu erzeugen, das ein 3D-Objekt simuliert, das für einen Beobachter erkennbar ist, während die Anzeige und das Mikrolinsen-Array in einem augennahen Bereich des Beobachters angeordnet sind.
Einige Ausführungsformen der Erfindung können ein Verfahren beinhalten, das umfasst: Ermitteln eines vorgefilterten Bildes, das anzuzeigen ist, wobei das vorgefilterte Bild einem Zielbild entspricht bzw. zu einem Zielbild korrespondiert. Das Verfahren kann ferner umfassen: Anzeigen des vorgefilterten Bildes auf einer Anzeige und Erzeugen eines augennahen Lichtfeldes, nachdem das vorgefilterte Bild ein Mikrolinsen-Array durchlaufen hat, das benachbart zu der Anzeige ist, wobei das augennahe Lichtfeld geeignet bzw. betriebsfähig ist, ein Lichtfeld zu simulieren, das dem Zielbild entspricht.
Die folgende detaillierte Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen bietet ein besseres Verständnis der Natur und der Vorteile der vorliegenden Erfindung.
KURZER BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der begleitenden Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente benennen.
1 ist ein anschauliches Computersystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2A zeigt ein Auge eines Beobachters und einen entsprechenden minimalen Akkomodationsabstand.
2B und 2C zeigen wahrgenommene Bilder unter unterschiedlichen Betrachtungsabständen eines Beobachters.
3A zeigt einen Lichtstrahl, der aus einer Fokusebene entstammt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
3B zeigt eine Seitenansicht eines Mikrolinsen-Arrays einer augennahen Anzeige gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen Lichtstrahl, der Teil eines Lichtfeldes ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Seitenansicht der vergrößerten Ansicht des Mikrolinsen-Arrays der augennahen Anzeige gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6A zeigt eine Seitenansicht einer augennahen Anzeige mit einer Parallaxen-Barriere bzw. einer Parallaxen-Sperre gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6B zeigt eine Seitenansicht einer augennahen Anzeige mit einer Parallaxen-Sperre und einem Mikrolinsen-Array gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der augennahen Anzeige mit Parallaxen-Sperre gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Seitenansicht einer augennahen Mehrschicht-SLM-Anzeige gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der augennahen Mehrschicht-SLM-Anzeige gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Ansicht durch eine augennahe Anzeige mit Parallaxen-Sperre gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine Seitenansicht einer augennahen optischen Dekonvolutions-Anzeige gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
12A zeigt Bilder vor und nach der Konvolution gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
12B zeigt Bilder vor und nach der Dekonvolution bzw. Entfaltung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
12C zeigt ein entfaltetes Bild vor und nach der Konvolution gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines anschaulichen Prozesses zur Anzeige eines augennahen Bildes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt ein Flussdiagramm eines anschaulichen Prozesses zur Anzeige eines augennahen Bildes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun detailliert auf diverse Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, wovon Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Obwohl sie in Verbindung mit diesen Ausführungsformen beschrieben sind, ist zu beachten, dass sie nicht beabsichtigen, die Offenbarung auf diese Ausführungsformen einzuschränken. Vielmehr beabsichtigt die Offenbarung, Alternativen, Modifizierungen und Äquivalente abzudecken, die in dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der Offenbarung, wie sie durch die angefügten Patentansprüche definiert ist, enthalten sind. Ferner sind in der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung zahlreiche spezielle Details angegeben, um ein gründlicheres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung auch ohne diese speziellen Details praktiziert werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht detailliert beschrieben, um Aspekte der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig zu verdunkeln.
Einige Teile der detaillierten Beschreibungen, die folgen, sind in Begriffen von Prozeduren, Logikblöcken, Verarbeitung und anderen symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers angegeben. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind die Mittel, die der Fachmann in der Datenverarbeitung verwendet, um in höchst effizienter Weise den Inhalt seiner Arbeit einem anderen Fachmann zu vermitteln. In der vorliegenden Anmeldung wird eine Prozedur, ein Logikblock, ein Prozess oder dergleichen als eine selbstkonsistente Sequenz aus Schritten oder Befehlen verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führt. Die Schritte sind solche, die physikalische Manipulationen von physikalischen Größen verwenden. Für gewöhnlich, obwohl dies nicht notwendig ist, nehmen diese Größen die Form elektrischer oder magnetischer Signale an, die in einem Computersystem gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen oder anderweitig bearbeitet werden können. Es hat sich zu Zeiten als bequem erwiesen, insbesondere aus Gründen der üblichen Verwendung, diese Signale als Transaktionen, Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Abtastwerte, Pixel oder dergleichen zu bezeichnen.
Es sollte ferner beachtet werden, dass alle diese und ähnliche Begriffe mit geeigneten physikalischen Größen zu verknüpfen sind und lediglich bequeme Namen sind, die diesen Größen zugeordnet sind. Sofern dies nicht anderweitig angegeben ist oder aus der folgenden Erläuterung hervorgeht, ist zu beachten, dass durchwegs in der vorliegenden Offenbarung Erläuterungen unter Verwendung von Begriffen, etwa „Anzeigen”, „Erzeugung”, „Produzieren”, „Berechnung”, „Ermittlung”, „Strahlen”, „Aussenden”, „Abschwächen”, „Modulieren”, „Konvolution bzw. Faltung”, Dekonvolution bzw. Entfaltung”, „Ausführen” oder dergleichen Aktionen und Prozesse (beispielsweise Flussdiagramme 1300 und 1400 aus 13 und 14) eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Recheneinrichtung oder eines Prozessors (beispielsweise System 110 aus 1) bezeichnen. Das Computersystem oder eine ähnliche elektronischen Recheneinheit manipuliert und transformiert Daten, die als physikalische (elektronische) Größen in den Speichern, Registern oder anderen derartigen Informationsspeichern des Computersystems, einer Übertragung oder Anzeigegeräten enthalten sind.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können im allgemeinen Zusammenhang mit Computer ausführbaren Befehlen erläutert sein, die in einer gewissen Form eines computerlesbaren Speichermediums, etwa in Programmmodulen, enthalten sind, die von einem oder mehreren Computern oder anderen Geräten ausgeführt werden. Beispielsweise, ohne Einschränkung, können computerlesbare Speichermedien nicht-flüchtige computerlesbare Speichermedien und Kommunikationsmedien umfassen; nicht-flüchtige computerlesbare Medien umfassen alle computerlesbaren Medien mit Ausnahme eines flüchtigen, sich ausbreitenden Signals. Generell umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw., die spezielle Aufgaben ausführen oder spezielle abstrakte Datentypen realisieren. Die Funktion der Programmmodule kann kombiniert oder verteilt werden, wie dies in diversen Ausführungsformen gewünscht ist.
Computerspeichermedien umfassen flüchtige und nicht flüchtige, entfernbare und stationäre Medien, die ein beliebiges Verfahren oder eine Technik zur Speicherung von Information realisieren, etwa computerlesbare Befehle, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten. Zu Computerspeichermedien gehören, ohne Einschränkung, Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), elektrisch löschbare programmierbare ROM (EEPROM), Flash-Speicher oder andere Speichertechniken, Kompaktdisketten (CD-), digitale Vielseitigkeitsdisketten (DVD) oder andere optische Speicher, magnetische Kassetten, Magnetbänder, magnetische Diskettenspeicher oder andere magnetische Speichereinrichtungen, oder ein anderes Medium, das verwendet werden kann, um die gewünschte Information zu speichern, und auf das zugegriffen werden kann, um diese Information abzurufen.
Kommunikationsmedien können computerausführbare Befehle, Datenstrukturen und Programmmodule verkörpern und können beliebige Informationsauslieferungsmedien umfassen. Beispielsweise, ohne Einschränkung, umfassen Kommunikationsmedien verdrahtete Medien, etwa ein verdrahtetes Netzwerk oder eine direkt verdrahtete Verbindung, und drahtlose Medien, etwa akustische, Hochfrequenz-(HF), Infrarot- und andere drahtlose Medien. Kombinationen beliebiger der vorhergehenden Komponenten sind ebenfalls im Bereich der computerlesbare Medien.
1 ist eine Blockansicht eines Beispiels eines Rechensystems 110, das zur Realisierung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung geeignet ist. Das Rechensystem 110 repräsentiert in breiter Weise eine Recheneinrichtung mit einem einzelnen Prozessor oder Multiprozessor oder ein System, das in der Lage ist, computerlesbare Befehle auszuführen. Zu Beispielen des Rechensystems 110 gehören, ohne Einschränkung, Arbeitsplatzrechner, mobile Rechner, Endgeräte auf der Klientenseite, Dienstleister-Rechner, verteilte Rechensysteme, Handgeräte, getragene Geräte (z. B., am Kopf befestigte oder an der Hüfte getragene Geräte) oder ein anderes Rechensystem oder ein Gerät. In der grundlegendsten Konfiguration kann das Rechensystem 110 zumindest einen Prozessor 114 und einen Systemspeicher 116 umfassen.
Der Prozessor 114 repräsentiert generell eine beliebige Art oder Form einer Verarbeitungseinheit, die in der Lage ist, eine Datenverarbeitung auszuführen oder Befehle zu interpretieren und auszuführen. In gewissen Ausführungsformen kann der Prozessor 114 Befehle aus einer Software-Anwendung oder einem Modul empfangen. Diese Befehle können den Prozessor 114 veranlassen, die Funktionen eines oder mehrerer der anschaulichen Ausführungsformen, die hierin beschrieben und/oder dargestellt sind, auszuführen.
Der Systemspeicher 116 repräsentiert allgemein eine beliebige Art oder Form eines flüchtigen oder nicht flüchtigen Speichergeräts oder Mediums, das in der Lage ist, Daten und/oder andere computerlesbare Befehle zu speichern. Zu Beispielen des Systemspeichers 116 gehören, ohne Einschränkung, RAM, ROM, Flash-Speicher oder eine andere geeignete Speichereinrichtung. Obwohl nicht erforderlich, kann in gewissen Ausführungsformen das Rechensystem 110 sowohl eine flüchtige Speichereinheit (beispielsweise den Systemspeicher 116) als auch eine nicht-flüchtige Speichereinrichtung (beispielsweise eine primäre Speichereinrichtung 132) aufweisen.
Das Rechensystem 110 kann ferner eine oder mehrere Komponenten oder Elemente zusätzlich zu dem Prozessor 114 und den Systemspeicher 116 aufweisen. Beispielsweise umfasst in der Ausführungsform aus 3A das Rechensystem 110 eine Speichersteuerung 118, eine Eingabe/Ausgabe-(I/O-)Steuerung 120 und eine Kommunikationsschnittstelle 122, wobei jede dieser Komponenten mit den anderen über eine Kommunikationsinfrastruktur 112 verbunden sein kann. Die Kommunikationsinfrastruktur 112 repräsentiert generell eine beliebige Art oder Form einer Infrastruktur, die in der Lage ist, eine Kommunikation zwischen einer oder mehreren Komponenten einer Recheneinrichtung zu ermöglichen. Zu Beispielen der Kommunikationsinfrastruktur 112 gehören, ohne Einschränkung, ein Kommunikationsbus (etwa eine Industrie Standard Architektur (ISA), eine periphere Komponenten-Verbindung (PCI), PCI-Express (PCIe) oder ein ähnlicher Bus) und ein Netzwerk.
Die Speichersteuerung 118 repräsentiert generell eine beliebige Art oder Form einer Einrichtung, die in der Lage ist, einen Speicher oder Daten zu handhaben oder die Kommunikation zwischen einer oder mehreren Komponenten des Rechensystems 110 zu steuern. Beispielsweise kann die Speichersteuerung 118 die Kommunikation zwischen dem Prozessor 114, dem Systemspeicher 116 und der I/O-Steuerung 120 über die Kommunikationsinfrastruktur 112 steuern.
Die I/O-Steuerung 120 repräsentiert generell eine beliebige Art oder Form eines Moduls, das in der Lage ist, die Eingabe- und Ausgabefunktionen einer Recheneinrichtung zu koordinieren und/oder zu steuern. Beispielsweise kann die I/O-Steuerung 120 den Transfer von Daten zwischen einem oder mehreren Elementen des Rechensystems 110, etwa zwischen dem Prozessor 114, dem Systemspeicher 116, der Kommunikationsschnittstelle 122, einem Anzeigeadapter 126, einer Eingabeschnittstelle 130 und einer Speicherschnittstelle 134 koordinieren und/oder steuern.
Die Kommunikationsschnittstelle 122 repräsentiert ganz allgemein eine beliebige Art oder Form einer Kommunikationseinrichtung oder eines Adapters, die bzw. der in der Lage ist, eine Kommunikation zwischen dem anschaulichen Rechensystem 110 und einem oder mehreren weiteren Geräten zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 122 eine Kommunikation zwischen dem Rechensystem 110 und einem privaten oder öffentlichen Netzwerk ermöglichen, das weitere Rechensysteme enthalten kann. Zu Beispielen der Kommunikationsschnittstelle 122 gehören, ohne Einschränkung: eine verdrahtete Netzwerkschnittstelle (etwa eine Netzwerkschnittstellenkarte), eine drahtlose Netzwerkschnittstelle (etwa eine drahtlose Netzwerkschnittstellenkarte), ein Modem und jede andere geeignete Schnittstelle. In einer Ausführungsform stellt die Kommunikationsschnittstelle 122 eine direkte Verbindung zu einem entfernten Dienstleister über eine direkte Verbindung zu dem Netzwerk, etwa dem Internet, her. Die Kommunikationsschnittstelle 122 kann ferner indirekt eine derartige Verbindung über eine andere geeignete Verbindung herstellen.
Die Kommunikationsschnittstelle 122 kann auch einen übergeordneten Adapter repräsentieren, der ausgebildet ist, eine Kommunikation zwischen dem Rechensystem 110 und einem oder mehreren weiteren Netzwerk- oder Speichereinrichtungen über einen externen Bus oder einen Kommunikationskanal zu ermöglichen. Zu Beispielen von übergeordneten Adaptern bzw. Hauptadaptern gehören, ohne Einschränkung, Klein-Computer-System-Schnittstelle(SCSI-)Hauptadapter, universelle serielle Bus-(USB-)Hauptadapter, IEEE-(Institut für Elektroingenieure und Elektrotechnikingenieure) 1394-Hauptadapter, serielle Erweiterte Zusatztechnik- (SATA) und externe SATA-(eSATA)Hauptadapter, Erweiterte Zusatztechnik (ATA) und parallele ATA (PATA) Hauptadapter, Schnittstellenadapter für Glasfaserkanäle, Ethernet-Adapter und dergleichen. Die Kommunikationsschnittstelle 122 kann ferner ermöglichen, dass das Rechensystem 110 in eine verteilte oder entfernte Berechnung mit eingebunden wird. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 122 Befehle aus einem entfernten Gerät empfangen oder Befehle an ein entferntes Gerät zur Ausführung senden.
Wie in 1 gezeigt ist, kann das Rechensystem 110 ferner mindestens eine Anzeigeeinrichtung 124 aufweisen, die mit der Kommunikationsinfrastruktur 112 über einen Anzeigeadapter 126 verbunden ist. Die Anzeigeeinrichtungen 124 repräsentiert generell eine beliebige Art oder Form einer Einrichtung, die in der Lage ist, Information, die von dem Anzeigeadapter 126 zugeleitet ist, visuell anzuzeigen. In ähnlicher Weise repräsentiert der Anzeigeadapter 126 generell eine beliebige Art oder Form einer Einrichtung, die ausgebildet ist, Grafik, Text oder andere Daten für die Anzeige auf der Anzeigeeinrichtung 124 weiterzuleiten.
Wie in 1 gezeigt ist, kann das Rechensystem 110 ferner mindestens ein Eingabegerät 128 aufweisen, das mit der Kommunikationsinfrastruktur 112 über eine Eingabeschnittstelle 130 verbunden ist. Das Eingabegerät 128 repräsentiert generell eine beliebige Art oder Form einer Eingabeeinrichtung, die in der Lage ist, eine Eingabe, Computer-erzeugt oder Menschen-erzeugt, für das Rechensystem 110 bereitzustellen. Zu Beispielen des Eingabegeräts 128 gehören, ohne Einschränkung, eine Tastatur, ein Zeigergerät, eine Spracherkennungseinrichtung, ein Augenverfolgungsjustiersystem, ein Sensor zur Verfolgung einer Bewegung in der Umgebung, ein Kreiselsensor, Beschleunigungssensor, eine elektronischer Kompasssensor oder eine andere Eingabeeinrichtung.
Wie in 1 gezeigt ist, kann das Rechensystem 110 ferner eine primäre Speichereinrichtung 132 und eine Sicherungsspeichereinrichtung 133, die über eine Speicherschnittstelle 134 mit der Kommunikationsinfrastruktur 112 verbunden sind, umfassen. Die Speichereinrichtungen 132 und 133 der präsentierten generell eine beliebige Art oder Form einer Speichereinrichtungen oder eines Mediums, die bzw. das in der Lage ist, Daten und/oder andere computerlesbare Befehle zu speichern. Beispielsweise können die Speichereinrichtungen 132 und 133 ein Laufwerk mit magnetischer Diskette (beispielsweise eine so genannte Festplatte), ein Diskettenlaufwerk, ein Magnetbandlaufwerk, ein Laufwerk für eine optische Diskette, ein Flash-Laufwerk oder dergleichen sein. Die Speicherschnittstelle 134 repräsentiert generell eine beliebige Art oder Form einer Schnittstelle oder einer Einrichtung, um Daten zwischen den Speichereinrichtungen 132 und 133 und anderen Komponenten des Rechensystems 110 zu übertragen.
In einem Beispiel können Datenbanken 140 in der primären Speichereinrichtung 132 gespeichert sein. Die Datenbanken 140 können Teile einer einzelnen Datenbank oder einer Recheneinrichtung repräsentieren oder sie können mehrere Datenbanken oder Recheneinrichtungen repräsentieren. Beispielsweise können die Datenbanken 140 einen Teil des Rechensystems 110 repräsentieren (oder darin gespeichert sein) und/oder Teile einer anschaulichen Netzwerkarchitektur 200 in 2 (unten) repräsentieren. Alternativ können die Datenbanken 140 ein oder mehrere physikalische separate Einrichtungen repräsentieren (darauf gespeichert sein), die in der Lage sind, von einer Recheneinrichtung angesprochen zu werden, etwa dem Rechensystem 110 und/oder Bereichen der Netzwerkarchitektur 200.
Es sei weiterhin auf 1 verwiesen; die Speichereinrichtungen 132 und 133 können ausgebildet sein, eine entfernbare Speichereinheit zu lesen und/oder diese zu beschreiben, die ausgebildet ist, Computersoftware, Daten oder andere computerlesbare Information zu speichern. Zu Beispielen geeigneter entfernbarer Speichereinheiten gehören, ohne Einschränkung, eine Diskette, ein Magnetband, eine optische Diskette, eine Flash-Speichereinrichtung oder dergleichen. Die Speichereinrichtungen 132 und 133 können ferner ähnliche Strukturen oder Einrichtungen umfassen, die es ermöglichen, dass Computersoftware, Daten oder andere computerlesbare Befehle in das Rechensystem 110 geladen werden. Beispielsweise können die Speichereinrichtungen 132 und 133 ausgebildet sein, Software, Daten oder andere computerlesbare Befehle zu lesen und zu schreiben. Die Speichereinrichtungen 132 und 133 können auch Teil des Rechensystems 110 sein oder können separate Einrichtungen sein, auf die über andere Schnittstellensysteme zugegriffen werden kann.
Es können viele andere Geräte oder Subsysteme mit dem Rechensystem 110 verbunden sein. Ferner müssen nicht alle Komponenten und Einrichtungen, die in 1 gezeigt sind, vorhanden sein, um die hierin beschriebenen Ausführungsformen zu praktizieren. Die Einrichtungen und Subsysteme, die zuvor genannt sind, können in anderer Weise miteinander verbunden sein, wie dies in 1 gezeigt ist. Das Rechensystem 110 kann eine beliebige Anzahl an Software-, Firmware- und/oder Hardware-Konfigurationen einsetzen. Beispielsweise können die anschaulichen Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, als ein Computerprogramm (auch als eine Computersoftware, Softwareanwendung, computerlesbare Befehle oder Computer-Steuerlogik bezeichnet) auf einem computerlesbaren Medium kodiert sein.
Das computerlesbare Medium, das das Computerprogramm enthält, kann in das Rechensystem 110 geladen werden. Das gesamte Computerprogramm oder ein Teil davon, das auf dem computerlesbare Medien gespeichert ist, kann dann in dem Systemspeicher 116 und/oder in diversen Bereichen der Speichereinrichtungen 132 und 133 gespeichert werden. Bei Ausführung durch den Prozessor 114 kann ein in das Rechensystem 110 eingeladene Computerprogramm den Prozessor 114 veranlassen, die Funktionen der anschaulichen hierin beschriebenen und/oder dargestellten Ausführungsformen auszuführen und/oder Mittel für deren Ausführung bereitzustellen. Zusätzlich oder alternativ können die anschaulichen hierin beschriebenen und/oder dargestellten Ausführungsformen in Firmware und/oder Hardware realisiert werden.
Beispielsweise kann ein Computerprogramm zur Ermittlung eines vorgefilterten Bildes auf Basis eines Zielbildes bzw. Sollbildes auf dem computerlesbaren Medien gespeichert sein und kann dann in dem Systemspeicher 116 und/oder diversen Bereichen der Speichereinrichtungen 132 und 133 gespeichert werden. Bei Ausführung durch den Prozessor 114 kann das Computerprogramm den Prozessor 114 veranlassen, die Funktionen auszuführen und/oder Mittel für die Ausführung bereitzustellen, die für die Ausführung der der Ermittlung eines vorgefilterten Bildes erforderlich sind, wie zuvor erläutert.
AUGENNAHE ANZEIGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen augennahe Anzeigen bereit, die dünne Stapel aus halbtransparenten Anzeigen, die ausgebildet sind, direkt vor dem Auge eines Betrachters angeordnet zu werden, zusammen mit Vorverarbeitungsalgorithmen aufweisen zur Bewertung der dargestellten mehrschichtigen Bilder, ohne Notwendigkeit für teure und voluminöse optische Elemente, um eine komfortable Akkomodation zu unterstützen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen auf Abschwächung beruhende Lichtfeld-Anzeigen, die leichte augennahe Anzeigen ermöglichen. Es sollte beachtet werden, dass andere Ausführungsformen nicht auf nur auf Abschwächung beruhende Lichtfeld-Anzeigen beschränkt sind, sondern auch auf Lichtaussendung beruhende Lichtfeld-Anzeigen umfassen. Durch die Verwendung von augennahen Lichtfeld-Anzeigen kann eine komfortable Betrachtung erreicht werden, indem ein Lichtfeld, das einer virtuellen Anzeige, die in dem Akkomodationsbereich eines Beobachters liegt, synthetisiert bzw. mit aufgenommen wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen augennahe Anzeige bereit, die eine oder mehrere Anzeigen umfassen, die in der Nähe des Auges eines Betrachters angeordnet werden, wobei die Zielbilder anstatt dass ein Lichtfeld, synthetisiert wird, durch die abgeschätzte Punktverwaschungsfunktion für das Auge entfaltet werden, um eine komfortable Akkomodation zu ermöglichen. Ferner stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weitere Verfahren für augennahe Anzeigen bereit, wozu Verfahren gehören, die eine Lichtfeld-Anzeige und die optische Dekonvolution sowie Erweiterungen auf holographische Anzeigen kombinieren.
2A zeigt ein Auge 204 eines Beobachters und einen entsprechenden minimalen Akkomodationsabstand 218. Das Auge 204 enthält eine Linse 208, die betrachtete Objekte auf eine Retinaebene 212 des Auges 204 fokussiert. Das Auge 204 ist in der Lage, Objekte unter unterschiedlichen Abständen zu dem Auge 204 und der Linse 208 zu fokussieren. Beispielsweise kann das Auge 204 in der Lage sein, ein Objekt zu fokussieren, das weiter von dem Auge 204 entfernt ist als eine nahe Ebene 216, beispielsweise eine Fokusebene 214 jenseits der nahen Ebene 216.
Folglich kann das Auge 204 einen minimalen Akkomodationsabstand 218 haben, der den minimalen Abstand eines Objekts definiert, an welchem das Auge 204 in der Lage ist, noch zu fokussieren. Anders ausgedrückt, das Auge 204 ist gegebenenfalls nicht in der Lage, ein Objekt zu fokussieren, das mit einem Abstand zu dem Auge 204 angeordnet ist, der kleiner als der minimale Akkomodationsabstand 218 ist oder näher an dem Auge 204 liegt als die nahe Ebene 216. Wenn beispielsweise die Oberfläche eines Objekts an einer augennahen Ebene 222, die unter einem Abstand zu dem Auge 204 angeordnet ist, der kleiner ist als der minimale Akomodationsabstand 218, liegt die Oberfläche des Objekts außerhalb des Fokus des Beobachters. Objekte, die weiter entfernt sind Bezug auf das Auge 204 als die nahe Ebene 216 liegen innerhalb eines Akkomodationsbereichs und Objekte, die näher an dem Auge 204 sind als die nahe Ebene 216 liegen außerhalb des Akkomodationsbereichs. Objekte, die näher an dem Auge 204 liegen als die nahe Ebene 216 sind im augennahen Bereich.
2B und 2C zeigen wahrgenommene Bilder 230 und 240 unter verschiedenen Betrachtungsabständen eines Beobachters. Beispielsweise zeigt 2B eine Augenprüfkarte 230, wie sie von einem Beobachter wahrgenommen würde, wenn sie an der Fokusebene 214 des Auges 204 in 2A angeordnet wäre. Oder die Augenprüfkarte 230 kann an einer anderen Fokusebene angeordnet sein, solange die Augenprüfkarte 230 innerhalb des Akkomodationsbereichs liegt. Wie man erkennt, ist die Augenprüfkarte 230 fokussiert, scharf und/oder erkennbar.
Alternativ zeigt 2C eine Augenprüfkarte 240, wie sie von einem Beobachter wahrgenommen würde, wenn sie näher an dem Auge 204 liegt als die Fokusebene 214 in 2A. Anders ausgedrückt, die Augenprüfkarte 230 liegt außerhalb des Akkomodationsbereichs, beispielsweise bei der augennahen Ebene 222. Wie man erkennt, ist die Augenprüfkarte 240 nicht fokussiert, unscharf und/oder nicht erkennbar.
AUGENNAHE ANZEIGEN MIT MIKROLINSEN-ARRAY
Konventionelle Anzeigen, etwa Flüssigkristallanzeigen (LCD) und organische lichtemittierende Dioden (OLED) sind so gestaltet, dass Licht isotrop (gleichmäßig) in alle Richtungen ausgesendet wird. Im Gegensatz dazu erlauben Lichtfeld-Anzeigen die Steuerung einzelner Lichtstrahlen. Beispielsweise kann die Leuchtstärke des Lichtstrahls als Funktion des Ortes über die Anzeige hinweg sowie auch die Richtung, in der der Lichtstrahl die Anzeige verlässt, moduliert werden.
3A zeigt einen Lichtstrahl 320, die er aus einer Fokusebene 214 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stammt. 3A enthält das gleiche Auge 204, die Linse 208, die Retinaebene 212, die Fokusebene 214 und den Akkomodationsabstand 218 aus 2A. 3A enthält ferner einen Lichtstrahl 320, der aus der Oberfläche eines Objekts stammt, das in der Fokusebene 214 angeordnet ist. Der Ursprung, der Winkel, die Intensität und die Farbe des Lichtstrahls 320 und anderer Lichtstrahlen, die von den Beobachter erkennbar sind, liefern eine Ansicht eines fokussieren Objekts für den Beobachter.
3B zeigt eine Seitenansicht einer Mikrolinse-Array augennahe Anzeige bzw. augennahen Anzeige mit Mikrolinsen-Array 301 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 3B enthält die gleichen Elemente wie 3A wobei eine Anzeige 324 und ein Mikrolinsen-Array 328 hinzukommen. Obwohl 3A das Mikrolinsen-Array 328 zwischen der Anzeige 324 und dem Auge 204 zeigt, ermöglichen Ausführungsformen, dass die Anzeige 324 zwischen der Mikrolinsen-Array 328 und dem Auge 204 liegt.
Die Anzeige 324 kann, ohne darauf eingeschränkt zu sein, eine LCD oder eine OLED sein. Das Mikrolinsen-Arrays 328 kann eine Ansammlung mehrerer Mikrolinsen sein. Das Mikrolinsen-Array 328 oder jede einzelne Mikrolinse kann aus mehreren Oberflächen aufgebaut sein, um die optische Aberration zu minimieren. Die Anzeige 324 kann ein Bild liefern, wobei das Bild Lichtstrahlen isotop aussendet. Wenn jedoch die Lichtstrahlen das Mikrolinsen-Array 328 erreichen, ermöglicht es das Mikrolinsen-Array 328, dass gewisse Lichtstrahlen in Richtung zu dem Auge 204 gebrochen oder es durch durchlaufen, während andere Lichtstrahlen von dem Auge 204 weg gebrochen werden.
Daher ermöglicht es das Mikrolinsen-Array 328, dass Licht ausgewählter Pixel der Anzeige 324 in Richtung zu dem Auge 204 gebrochen werden oder es durchlaufen, während andere Lichtstrahlen durchgehen, aber von dem Auge 204 weg gebrochen werden. Folglich ermöglicht es das Mikrolinsen-Array 328, dass ein Lichtstrahl 221 durchgeht, wodurch der Lichtstrahl 320 aus 2A simuliert wird. Beispielsweise kann der Lichtstrahl 321 den gleichen Winkel, die gleiche Intensität und Farbe haben wie der Lichtstrahl 320. Wichtig ist dabei, dass der Lichtstrahl 321 nicht den gleichen Ursprungspunkt wie der Lichtstrahl 320 hat, da er von der Anzeige 324 und nicht aus der Fokusebene 214 stammt, aber aus der Sicht des Auges 204 ist der Lichtstrahl 320 gleichwertig mit dem Lichtstrahl 321. Unabhängig vom Ursprung des Lichtstrahls 321 erscheint daher das durch den Lichtstrahl 321 repräsentierte Objekt als in der Fokusebene 214 liegend, wobei tatsächlich kein Objekt in dieser Fokusebene 214 vorhanden ist.
Es sollte beachtet werden, dass die Mikrolinsen oder das Mikrolinsen-Array 328 vollständig elektro-optisch schaltbar sein kann, so dass das Mikrolinsen-Array 328 so konfiguriert werden kann, dass es entweder durchlässig oder undurchlässig ist (beispielsweise als eine flache Glasscheibe erscheint). Beispielsweise kann das Mikrolinsen-Array 328 aus Flüssigkristallen oder aus doppelbrechenden optischen Elementen zusammen mit Polarisatoren aufgebaut werden. Folglich können derartige schaltbare Mikrolinsen elektronisch gesteuert werden, so dass von einem Mikrolinsen-Array, das ausgebildet ist, ein Lichtfeld anzuzeigen, zu einem undurchlässigen Element umgeschaltet werden kann, das ähnlich zu einer flachen Glasscheibe erscheint, und auch ausgebildet ist, die Umgebung betrachten zu können. Der durchlässige und der undurchlässig Modus können rasch abgewechselt werden, räumlich durch Multiplexing gebündelt oder räumlich kombiniert und zeitlich moduliert sein. Folglich können Anwendungen mit erweiterter Realität bereitgestellt werden ähnlich zu jenen, wie sie mit Bezug zu den 6–10 erläutert sind. Weitere Anwendungen für die virtuelle Realität können unter Anwendung eines festgelegten Mikrolinsen-Arrays bereitgestellt werden.
Wichtig dabei ist, dass die Anzeige 324 außerhalb des Akkomodationsbereichs des Auges 204 liegt. Anders ausgedrückt, die Anzeige 324 ist unter einem Abstand angeordnet, der kleiner als der minimale Akkomodationsabstand 218 ist. Da jedoch das Mikrolinsen-Array 328 ein Lichtfeld erzeugt (wie nachfolgend erläutert ist), das die Lichtstrahlen nachahmt oder simuliert, die von einem Objekt außerhalb des minimalen Akkomodationsabstands 218 ausgesendet werden, das somit fokussiert werden kann, kann das in der Anzeige 324 gezeigte Bild im Fokus liegen.
4 zeigt einen Lichtstrahl 408, der Teil eines Lichtfeldes ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Lichtfeld kann die Erscheinung einer Oberfläche 404, mehrerer überlagerter Oberflächen oder einer allgemeinen 3D-Szene definieren oder beschreiben. Für eine allgemeine virtuelle 3D-Szene muss die Gruppe an (virtuellen) Strahlen, die auf das Mikrolinsen-Array 328 auftreffen, von der augennahen Anzeige wiederhergestellt werden. Folglich würde die Oberfläche 404 der Ebene der Anzeige 324 entsprechen und jeder Strahl 408 würde einem Stahl 320 entsprechen, der die Ebene der Anzeige 324 schneidet, woraus sich die Erzeugung eines ausgesendeten Strahls 321 aus dem Lichtfeld der augennahen Anzeige ergibt.
Genauer gesagt, das Lichtfeld kann Information für Lichtstrahlen reden Punkt und jedem Strahlungswinkel der Lichtstrahlen auf der Oberfläche 404 enthalten, wodurch die Erscheinung der Oberfläche 404 aus unterschiedlichen Abständen und Winkeln beschrieben werden kann. Beispielsweise kann für jeden Punkt auf der Oberfläche 404 und für jeden Strahlwinkel eines Lichtstrahls Information, etwa Intensität und Farbe des Lichtstrahls, ein Lichtfeld definieren, das die Erscheinungsform der Oberfläche 404 beschreibt. Eine derartige Information für jeden Punkt und jeden Strahlungswinkel bildet das Lichtfeld.
In 4 kann der Lichtstrahl 408 von einem Ursprungspunkt 412 auf der Oberfläche 404 ausgehen, der durch eine „x” und „y”-Koordinate beschrieben werden kann. Ferner kann der Lichtstrahl 408 in den 3-dimensionalen Raum mit einer Komponente in x (horizontal), y (vertikal) und z (Tiefe in und aus der Seite heraus) verlaufen. Ein derartiger Winkel kann durch die Winkel Φ und θ beschrieben werden. Daher können jeweils die Koordinaten (x, y, Φ, θ) einen Lichtstrahl, beispielsweise den gezeigten Lichtstrahl 408, beschreiben. Jede (x, y, B, Φ, θ)-Koordinate kann der Intensität und der Farbe eines Lichtstrahls entsprechen, wodurch zusammen das Lichtfeld gebildet wird. Für Video-Anwendungen können sich die Lichtfeldintensität und die Farbe im Laufe der Zeit (t) ebenfalls verändern.
Sobald das Lichtfeld für die Oberfläche 404 bekannt ist, kann die Erscheinung der Oberfläche 404 auch bei Fehlen der tatsächlichen Oberfläche 404 für einen Beobachter erzeugt oder simuliert werden. Die Ursprungspunkt für Lichtstrahlen, die die Oberfläche 404 simulieren, können sich von den tatsächlichen Ursprungspunkt der tatsächlichen Lichtstrahlen aus der Oberfläche 404 unterscheiden, aber aus der Sicht eines Beobachters erscheint die Oberfläche 404 so, als ob der Beobachter sie tatsächlich betrachtet.
Es sei wieder auf 3B verwiesen; die Anzeige 324 in Verbindung mit den Mikrolinsen-Array 328 können ein Lichtfeld erzeugen, das ein Objekt in der Fokusebene 214 nachahmt oder simuliert. Wie zuvor erläutert ist, kann aus der Sicht des Auges 204 der Lichtstrahl 321 äquivalent sein zu dem Lichtstrahl 320 aus 3A. Daher kann ein Objekt, das durch die Anzeige 324 und das Mikrolinsen-Array 328 simuliert wird, dass es in der Betrachtungsebene 214, so in Erscheinung treten, dass es im Fokus für das Auge 204 liegt, da das äquivalente Lichtfeld für ein reales Objekt simuliert wird. Da ferner das äquivalente Lichtfeld für ein reales Objekt simuliert wird, erscheint das simulierte Objekt als 3-dimensional.
In einigen Fällen können Beschränkungen der Auflösung einer Lichtfeld-Anzeige einen Lichtstrahl bewirken, der nur näherungsweise den Strahl wiedergibt. Beispielsweise mit Bezug zu den 3A und 3B kann der Lichtstrahl 321 eine geringfügig andere Farbe, Intensität, Position oder Winkel haben wie der Lichtstrahl 320. Entsprechend der Qualität des Vorfilterungsalgorithmus, den Eigenschaften der augennahen Anzeige mit Lichtfeld und den Fähigkeiten des menschlichen visuellen Systems zur Wahrnehmung von Unterschieden, kann die Gruppe von Strahlen 321, die von der augennahen Anzeige ausgesendet werden, die Erscheinung eines virtuellen Objekts näherungsweise oder vollständig wiedergeben, etwa als der Ort 404. In Fällen, in denen die Erscheinung angenähert ist, müssen Strahlen nicht notwendigerweise exakt wiedergegeben werden für eine geeignete oder zufriedenstellende Bilderwahrnehmung.
5 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der Anzeige 324 und des Mikrolinsen-Arrays 328 aus 3B gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 5 enthält ebenfalls das Auge 204 eines Beobachters aus 3B.
Die Anzeige 324 kann mehrere Pixel, beispielsweise Pixel 512, 522, 524 und 532 enthalten. Es kann Pixelgruppen geben, beispielsweise die Pixelgruppe 510 mit dem Pixel 512, die Pixelgruppe 520 mit den Pixel 522 und 524, und die Pixelgruppe 530 mit dem Pixel 532. Jede Pixelgruppe kann einer Mikrolinse des Mikrolinsen-Arrays 328 entsprechen. Beispielsweise können die Pixelgruppen 510, 520 und 530 benachbart zu den Mikrolinsen 516, 526 und 536 angeordnet sein.
Wie zuvor erläutert ist, können die Pixel Licht isotrop (gleichmäßig) in alle Richtungen aussenden. Jedoch kann das Mikrolinsen-Array 328 das von jedem Pixel ausgesendete Licht ausrichten, so dass es im wesentlichen anisotrop (nicht-gleichmäßig) in eine Richtung oder in einen schmalen Bereich von Richtungen wandert (beispielsweise kann ein austretender Strahl sich entsprechend einem kleinen Winkel aufweiten oder zusammenlaufen/fokussieren). Tatsächlich kann dies in einigen Fällen wünschenswert sein. Beispielsweise kann das Pixel 532 Lichtstrahlen in alle Richtungen aussenden, aber nachdem die Lichtstrahlen die Mikrolinse 536 erreichen, wird bewirkt, dass die Lichtstrahlen in einer einzigen Richtung voranschreiten. Wie gezeigt, können die von dem Pixel 532 ausgesandten Lichtstrahlen parallel in Richtung des Auges 204 wandern, nachdem sie die Mikrolinse 536 durchlaufen haben. Daher sind die Anzeige 324 und das Mikrolinsen-Array 328 ausgebildet, ein Lichtfeld unter Anwendung von Lichtstrahlen zu erzeugen, so dass die Erscheinung eines Objekts simuliert wird.
Die Richtung, in der die Lichtstrahlen verlaufen, kann von der Position des aussenden Pixel relativ zu der Mikrolinse abhängen. Während beispielsweise die von dem Pixel 532 ausgesandten Strahlen in die obere rechte Richtung laufen, bewegen sich Strahlen, die von dem Pixel 522 ausgesendet werden, in die untere rechte Richtung, da das Pixel 522 höher als das Pixel 532 relativ zu ihren entsprechenden Mikrolinsen angeordnet ist. Daher verlaufen die Lichtstrahlen eines jeden Pixel in der Pixelgruppe nicht notwendigerweise in Richtung zu dem Auge. Beispielsweise laufen die gepunkteten Lichtstrahlen, die von dem Pixel 524 abgegeben werden, nicht in Richtung zu dem Auge 204, wenn das Auge 204 in der gezeigten Weise angeordnet ist.
Es sollte beachtet werden, dass die Anzeige 324 Zeilen und Spalten an Pixel derart aufweisen kann, dass ein Pixel, das innerhalb oder außerhalb der Seite angeordnet ist, Lichtstrahlen erzeugen kann, die innerhalb oder außerhalb der Seite verlaufen können. Folglich kann bewirkt werden, dass ein derartiger Lichtstrahl in eine Richtung in oder aus der Seite verläuft, nachdem er eine Mikrolinse durchlaufen hat.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Anzeige 324 ein Bild anzeigen kann, das nur erkennbar ist oder im Fokus ist, wenn es durch das Mikrolinsen-Array 328 betrachtet wird. Wenn beispielsweise das Bild, das von der Anzeige 324 erzeugt wird, ohne das Mikrolinsen-Array 328 betrachtet wird, ist dieses gegebenenfalls nicht äquivalent zu dem Bild, das von dem Auge 204 mit der Hilfe des Mikrolinsen-Arrays 328 betrachtet wird, selbst wenn es unter einem Abstand betrachtet wird, der größer als die nahe Ebene 216 ist. Die Anzeige 324 kann ein vorgefiltertes Bild anzeigen, das einem Zielbild entspricht, das letztlich projiziert werden soll, das aber nicht erkennbar ist, wenn es ohne das Mikrolinsen-Array 328 betrachtet wird. Wenn das vorgefilterte Bild mit dem Mikrolinsen-Array 328 betrachtet wird, kann das Zielbild erzeugt werden und kann erkennbar sein. Ein Computersystem oder ein grafisches Verarbeitungssystem können das vorgefilterte Bild entsprechend dem Zielbild erzeugen.
Es sollte ferner beachtet werden, dass separate Mikrolinsen-Arrays und/oder Anzeigen vor jedem Auge eines Betrachters angeordnet werden können. Folglich kann eine zweiäugige Betrachtung erreicht werden. Daher kann eine Tiefenwahrnehmung durch zweiäugige Unterscheidung und Konvergenz vollständig oder teilweise simuliert werden. Das Lichtfeld kann ferner die Tiefenabstufung handhaben, um die korrekte Simulation der Akkomodation (fokussieren) zu erreichen. Durch die Verwendung eines Paares aus augennahen Lichtfeld-Anzeigen werden zweiäugige Unterschiede, Konvergenz und Akkomodation simultan und vollständig oder teilweise simuliert, wodurch eine „komfortable” Wahrnehmung der 3D-Szene erzeugt wird, die sich hinter die Anzeige 324 erstreckt.
Da ferner das synthetisierte Lichtfeld sich über die Linse/Pupille 208 hinauserstrecken kann, kann sich der Betrachter nach links/rechts/oben/unten bewegen, kann seinen Kopf drehen oder kann den Abstand zu dem Auge 204 (beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Anwender) ändern, wobei die Illusion der virtuellen 3D-Szene beibehalten wird. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch eine vierte Tiefenabstufung handhaben, der als Parallaxenverschiebung bezeichnet wird.
Ferner sollte beachtet werden, dass Mikrolinsen-Array und/oder Anzeigen nur einen Teil der Sicht eines Beobachters einnehmen können.
AUGENNAHE ANZEIGE MIT PARALLAXEN-SPERRE
6A zeigt eine Seitenansicht einer augennahen Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 6A beinhaltet das Auge 204 mit der Linse 208, der Retinaebene 212, der Fokusebene 214 und der nahen Ebene 216 aus 2. 6A beinhaltet ferner eine Anzeige 624 und ein räumliches Lichtmodulator-(SLM-)Array 626 (oder eine Parallaxen-Sperre oder ein Loch-Array). Ein SLM kann Lichtstrahlen absorbieren oder abschwächen, ohne dass ihre Richtung wesentlich geändert wird. Daher kann ein SLM die Intensität und möglicherweise die Farbe eines Strahls ändern, aber nicht seine Richtung. SLM können gedruckte Schichten, LCD, Lichtventile oder andere Mechanismen enthalten.
Obwohl die Anzeige 624 und das SLM-Array 626 innerhalb des minimalen Akkomodationsabstands 218 liegen, sind sie ausgebildet, ein Lichtfeld zu erzeugen, um ein Objekt fokussiert innerhalb des Akkomodationsbereichs des Auges 204 zu simulieren. Beispielsweise kann ein Lichtstrahl 621 von der Anzeige 624 und dem SLM-Array 626 erzeugt werden, der Teil eines Lichtfeldes ist, das ein Objekt simuliert, das jenseits der nahen Ebene 216 liegt.
Gebiete der Anzeige 624 und des SLM-Arrays 626 können in der Lage sein, zwischen transparent, semi-transparent und/oder undurchsichtig umzuschalten. Daher können Lichtstrahlen, die von jenseits der Anzeige 624 und dem SLM-Array 626 stammen (beispielsweise von der Umgebung) dennoch das Auge 204 erreichen. Beispielsweise kann ein Lichtstrahl 622, der von der Oberfläche eines Objekts stammt, das 10 Fuß entfernt ist, durch die Anzeige 624 und das SLM-Array 626 und schließlich zu dem Auge 204 wandern. Folglich ist ein Beobachter weiterhin in der Lage, zumindest Teile der Umgebung zu betrachten.
6B zeigt eine Seitenansicht einer augennahen Anzeige mit Parallaxen-Sperre und ein Mikrolinsen-Array gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 6B beinhaltet ähnliche Elemente wie 3B. 6A beinhaltet ferner ein Mikrolinsen-Array 328b, das zwischen der nahen Ebene 216 und der Anzeige 324 angeordnet sein kann. Das Mikrolinsen-Array 328b kann beispielsweise konkave Linsen anstelle von konvexen Linsen enthalten. Die Kombination der Mikrolinsen-Arrays 328 und 328b ermöglicht es, dass ein Strahl 623 durch ein Mikrolinsen-System verläuft. Die Mikrolinsen-Arrays 328 und 328b können mehrere Mikrolinsen beinhalten, zusätzlich zu anderen Elementen, wozu Masken, Prismen oder doppelbrechende Materialien gehören.
7 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der augennahen Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 7 beinhaltet die Anzeige 624 und das SLM-Array 626 aus 6A. Die Anzeige 624 kann mehrere Pixel, beispielsweise Pixel 722 und 725, enthalten. Das SLM-Array 626 kann mehrere Löcher aufweisen, die so gestaltet sind, dass eine Durchlassen, Blockieren oder eine anderweitige Modulation des Durchgangs von Licht an diversen Punkten des SLM-Arrays 626, beispielsweise für die Pixel 730, 735, 740 und 745 ermöglicht wird. Die Parallaxen-Sperre 626 kann durch einen beliebigen räumlichen Lichtmodulator realisiert werden. Beispielsweise kann die Parallaxen-Sperre 626 eine LCD oder eine OLED sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Anzeige 624 ein Array aus lichtemittierenden Elementen (beispielsweise eine semi-transparente OLED) und das SLM-Array 626 kann Licht abschwächende Elemente (beispielsweise eine semi-transparente LCD) aufweisen. In einer derartigen Ausführungsform werden die Lichtstrahlen 736, 741 und 746, die aus der Umgebung stammen, von der Anzeige 624 und dem SLM-Array 626 gegebenenfalls nicht modifiziert. Stattdessen wird eine Modifizierung derartiger Lichtstrahlen erreicht, indem ein zusätzlicher Lichtverschluss verwendet wird, der die Strahlen beim Eintritt blockiert, wenn die Anzeige 624 und das SLM-Array 626 in Betrieb sind.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind sowohl die Anzeige 624 als auch das SLM-Array 626 Licht abschwächende SLM. Die Anzeige 624 oder das SLM-Array 626 ein Array aus Schlitzen/Löchern anzeigen, während das andere Element ein vorgefiltertes Bild anzeigt, um ein Lichtfeld zu synthetisieren, indem Lichtstrahlen 736, 741 und 746 abgeschwächt werden, die aus der Umgebung stammen und durch die Schichten laufen. Dies würde für Fälle mit „geringer Leistung” geeignet sein, wobei bei Betrachtung einer Szene Strahlen blockiert werden, um Text oder Bilder zu erzeugen, anstatt dass diese aus der Anzeige 624 ausgesendet werden, und danach von dem SLM-Arrays 626 blockiert werden.
Das SLM-Array 626 kann gewisse Lichtstrahlen durchlassen während andere Lichtstrahlen blockiert werden. Beispielsweise kann das Pixel 730 einen Lichtstrahl 723, der von dem Pixel 722 ausgesendet wird, blockieren, während der Durchgang eines weiteren Lichtstrahls 724, der von dem Pixel 723 ausgesendet wird, zugelassen wird. Folglich kann ein Lichtfeld erzeugt werden, da das SLM-Array 626 bewirkt, dass das Licht anisotrop in einer Richtung läuft. Alternativ können mehrere Lichtstrahlen, die von dem Pixel 723 ausgesendet werden, durch das SLM-Array 626 laufen. In einer konventionellen Parallaxen-Sperre (Schlitze und Löcher) kann nur eine einzelne Richtung durchgehen, aber in einer allgemeinen Lösung können mehrere Richtungen durchgelassen werden (selbst alle Richtungen in einigen Fällen, woraus sich keine Blockierung oder Modulation von Lichtstrahlen ergibt, die von dem Pixel 723 ausgesendet werden). Ferner kann das SLM-Array 626 Licht zu einem variierenden Grad teilweise abschwächen. Beispielsweise kann das Pixel 745 einen Lichtstrahl 726, der von dem Pixel 725 ausgegeben wird, teilweise abschwächen.
Die Anzeige 624 kann eine semi-transparente Anzeige sein (beispielsweise eine transparente LCD oder OLED). Daher können Lichtstrahlen, die von hinter der Anzeige 624 und dem SLM-Array 626 aus Sicht des Auges 204 stammen, durch die Anzeige 624 laufen. Folglich ist das Auge 204 in der Lage, die Umgebung selbst dann zu betrachten, wenn die Anzeige 624 und das SLM-Arrays 626 vor dem Auge 204 angeordnet sind.
Jedoch kann das SLM-Arrays 626 solche Lichtstrahlen durchlassen oder blockieren, die von der Umgebung stammen. Beispielsweise kann ein Lichtstrahl 736, der von der Umgebung stammt, zu dem Auge 204 durch das Pixel 735 durchgelassen werden, während ein Lichtstrahl 741, der von der Umgebung stammt, für den Durchgang zu dem Auge 204 durch das Pixel 740 blockiert werden kann. Die Lichtstrahlen 736, 741 und 746 können ebenfalls durch die Anzeige 624 moduliert werden. Daher kann sich die Anzeige 624 wie ein weiterer SLM ähnlich zu dem SLM-Array 626, wie ein semi-transparenter Lichtstrahler oder wie eine Kombination aus einem SLM-Array und einem Sender verhalten.
Ferner kann das SLM-Array 626 teilweise ein derartiges Licht mit einem variierenden Grad abschwächen. Beispielsweise kann das Pixel 745 einen Lichtstrahl 746, der von hinter der Anzeige 624 und dem SLM-Array 626 aus Sicht des Auges 204 herkommt, teilweise abschwächen.
Da folglich Lichtstrahlen aus der Umgebung das Auge 204 erreichen können, ist ein Betrachter in der Lage, generell die Umgebung zu betrachten, während die Anzeige 624 und das SLM-Array 626 das modifizieren können, was der Betrachter sieht, indem Lichtstrahlen hinzugefügt und/oder entfernt werden. Beispielsweise kann ein Licht abschwächendes Element (beispielsweise eine LCD) einen schwarzen Text in die Sicht eines Beobachters mit einbinden, indem Licht blockiert wird, oder ein lichtemittierendes Element (beispielsweise eine OLED) kann weißen Text in das Sichtfeld eines Beobachters mit einbinden, indem Licht ausgesendet wird. Folglich können die Anzeige 624 und das SLM-Array 626 das Erleben einer erweiterten Realität bereitstellen.
Beispielsweise zeigt 10 eine Ansicht durch die augennahe Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Sicht beinhaltet die Umgebung, die in diesem Beispiel Straßen, Gebäude, Bäume usw. beinhaltet. Die augennahe Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 kann diese Ansicht modifizieren, indem beispielsweise ein Kaffee-Zeichen 1005 mit einem Pfeil 1010 mit eingeschlossen wird, der in die Richtung eines Cafés zeigt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung können Werte bzw. Abstufungen für die Akkomodation bereitgestellt werden. Wenn beispielsweise der Pfeil 1010 stattdessen auf das Gebäude 1015 zeigen und dieses bezeichnen würde, und wenn die Augen des Betrachters auf einen Wagen 1020 fokussiert sind, der näher als das Haus 1015 positioniert ist, dann kann der Pfeil 1010 leicht verschwommen sein, um näherungsweise dem Grad an Verwaschung des Gebäudes 1015 entsprechen. Folglich kann der natürliche Effekt der Akkomodation/Defokussierung simuliert werden.
Es sollte beachtet werden, dass die augennahe Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 das Erlebnis einer virtuellen Realität bereitstellen kann, wenn sie als eine eindringende Anzeige betrieben wird, beispielsweise indem das gesamte Licht aus der Umgebung blockiert wird und indem Bilder über die Anzeige 624 und das SLM-Array 626 bereitgestellt werden.
In den 6 und 7 liegt das SLM-Arrays 626 zwischen dem Auge 204 und der Anzeige 624. Es sollte jedoch bedacht werden, dass Ausführungsformen der Erfindung auch zulassen, dass die Anzeige 624 zwischen dem Auge 204 und dem SLM-Arrays 626 liegt.
Es sollte ferner bedacht werden, dass die Anzeige 624 und/oder das SLM-Array 626 ein Bild erzeugung können, dass erkennbar ist oder im Fokus liegt nur dann, wenn es betrachtet wird, wobei es näher an der nahen Ebene 216 liegt. Beispielsweise kann das Bild verschwommen bzw. verwaschen erscheinen oder kann deshalb des Fokus erscheinen, wenn es im Akkomodationsbereich betrachtet wird. Die Anzeige 624 kann ein vorgefiltertes Bild anzeigen, das dem Zielbild entspricht, das letztlich projiziert wird, d. h. nicht erkennbar ist, wenn es ohne das SLM-Arrays 626 betrachtet wird. Wenn das vorgefilterte Bild mit dem SLM-Arrays 626 betrachtet wird, kann das Zielbild erzeugt werden und kann sichtbar sein. Ein Computersystem oder ein grafisches Verarbeitungssystem können das vorgefilterte Bild entsprechend dem Zielbild erzeugen.
Des weiteren sollte beachtet werden, dass die 6 und 7 die augennahe Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 aus einer Seitenansicht zeigen, und dass die augennahe Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 ein dreidimensionales Objekt sein kann, das sich in oder aus der Seite heraus erstreckt. Beispielsweise kann sich die augennahe Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 horizontal und vertikal über eine Lesebrille erstrecken. Ferner ist zu beachten, dass separate augennahe Anzeigen mit Parallaxen-Sperre vor jedem Auge eines Betrachters angeordnet werden können. Des Weiteren ist zu beachten, dass die augennahe Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 gegebenenfalls nur einen Teil des Sichtfeld eines Beobachters einnimmt.
8 zeigt eine Seitenansicht einer augennahen Anzeige mit Mehrschicht-SLM 800 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die augennahe Anzeige mit Mehrschicht-Array 800 aus 8 kann ähnlich sein zu der augennahen Anzeige mit Parallaxen-Sperre 600 aus 6A. Jedoch beinhaltet die augennahe Anzeige mit Mehrschicht-SLM 800 aus 8 mehrere SLM-Arrays 826. Durch die Verwendung mehrerer SLM-Arrays können die Helligkeit, die Auflösung, und/oder die Tiefe des Feldes verbessert werden. Durch die Verwendung von Arrays mit hoher Geschwindigkeit, die schneller aufgefrischt werden als der Schwellwert des menschlichen Flackerempfindens, kann die Auflösung näherungsweise die Auflösung der natürlichen Darstellungsauflösung erreichen. Ausführungsformen der Erfindung beinhalten die Anwendung von Anzeigen mit hoher Geschwindigkeit wie in den 6 und 7, von SLM mit zwei Schichten oder von Konfigurationen mit zwei Schichten und von Mehrschicht-SLM.
9 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der augennahen Anzeige mit Mehrschicht-SLM 800 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 9 ist ähnlich zu 7, indem sie das Auge 204 und eine Anzeige 824 beinhaltet. Jedoch beinhaltet 9 ferner mehrere SLM-Arrays 826, beispielsweise die SLM-Arrays 830, 832 und 834. In der gezeigten Ausführungsform enthalten die mehreren SLM-Arrays 826 drei SLM-Arrays. Jedoch können Ausführungsformen der Erfindung eine beliebige Anzahl an SLM-Arrays zulassen.
Die mehreren SLM-Arrays 826 ermöglichen eine bessere Steuerbarkeit des Lichts, das zu dem Auge 204 durchgelassen wird. Beispielsweise ermöglichen die mehreren SLM-Arrays 826 ein besser definiertes Lichtfeld, das für das Auge 204 bereitgestellt wird, da jedes zusätzliche SLM-Array dabei helfen kann, die Lichtstrahlen besser zu definieren. Folglich können die Auflösung und/oder die Tiefe des Feldes der Bilder verbessert werden. Beispielsweise kann ein Lichtstrahl 905 zu dem Auge 204 durchgelassen werden, während ein Lichtstrahl 920 von dem SLM-Array 832 blockiert wird, der ansonsten in der Lage gewesen wäre, durchzugehen, wenn nur das SLM-Arrays 830 zwischen dem Lichtstrahl 920 und dem Auge 204 angeordnet wäre. Es sollte beachtet werden, dass Pixel in den mehreren SLM-Arrays 826 teilweise einen Lichtstrahl schwächen können, ähnlich zu dem Pixel 745 aus 7.
Da sich ferner die Pfade der mehreren Lichtstrahlen überlappen können, können derartige Strahlen das gleiche SLM-Element eines SLM-Arrays durchlaufen, und folglich kann mehr Licht das Auge 204 erreichen. Beispielsweise können die Lichtstrahlen 905 und 910 durch das gleiche SLM-Element des SLM-Arrays 832 laufen und die Lichtstrahlen 905 und 915 können durch das gleiche SLM-Element des SLM-Arrays 834 laufen.
Des weiteren können die Auflösung oder die Helligkeit gebessert werden, indem die SLM-Arrays mit hohen Geschwindigkeiten moduliert werden. Wenn beispielsweise das menschliche Auge nur in der Lage ist, Bilder mit 60 Hz zu erkennen, können die SLM-Arrays zehnmal schneller mit 600 Hz moduliert werden. Wenn ein Lichtstrahl auf dem Weg zum Auge 204 während eines ersten Bildes blockiert war, können die SLM-Arrays so modulieren, dass der gleiche Lichtstrahl durchgeht, wodurch die Auflösung oder die Helligkeit verbessert werden.
In den 8 und 9 sind die mehreren SLM-Arrays 826 zwischen dem Auge 204 und der Anzeige 824 angeordnet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass Ausführungsformen der Erfindung auch zulassen, dass die Anzeige 824 zwischen dem Auge 204 und den mehreren SLM-Arrays 826 liegt.
Es sollte ferner beachtet werden, dass separate SLM-Arrays und/oder Anzeigen vor jedem Auge eines Betrachters angeordnet werden können. Folglich kann eine zweiäugige Betrachtung erreicht werden. Daher können Abstufungen der Tiefenwahrnehmung, zweiäugige Unterscheidung und Konvergenz vollständig oder näherungsweise simuliert werden. Jedes Lichtfeld kann ferner die Tiefenabstufung unterstützen, so dass Akkomodation (fokussieren) korrekt simuliert wird. Durch die Verwendung zweier SLM-Array-Anzeigen können die Verschiedenheit durch Zweiäugigkeit, die Konvergenz und die Akkomodation gleichzeitig und vollständig oder näherungsweise simuliert werden, wodurch eine „komfortable” Wahrnehmung der 3D-Szene erzeugt wird, die sich hinter die Anzeige 624 oder 824 erstreckt.
Da sich ferner das synthetisierte Lichtfeld über die Linse/Pupille 208 hinauserstrecken kann, kann sich der Betrachter nach links/rechts/oben/unten bewegen, kann seinen Kopf drehen oder einen Abstand zum Auge 204 (beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Anwender) ändern, wobei die Illusion der virtuellen 3D-Szene beibehalten wird. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch eine vierte Tiefenabstufung unterstützen, die als Parallaxenverschiebung bezeichnet ist.
Es sollte ferner beachtet werden, dass die SLM-Arrays und/oder Anzeigen auch nur einen Teil des Sichtfeldes eines Beobachters einnehmen können.
AUGENNAHE ANZEIGEN MIT OPTISCHER DEKONVOLUTION
11 zeigt eine Seitenansicht einer optischen Dekonvolution augennaher Anzeige bzw. augennahen Anzeige mit optischer Dekonvolution 1100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 11 beinhaltet das Auge 204 mit der Linse 208, der Retinaebene 212, der Fokusebene 214 und der nahen Ebene 216 aus 2. 11 beinhaltet ferner eine erste Anzeige 1124 und optional zusätzliche Anzeigen, etwa eine Anzeige 1125. Diese Anzeigen können näher an dem Auge 204 als die nahe Ebene 216 angeordnet sein. Wie in Bezug mit 2A erläutet ist, ist daher ein Bild, das auf der Anzeige 1124 angezeigt wird, außerhalb des Fokus des Auges 204.
Jedoch erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass die Anzeige 1124 ein Bild erzeugt, das klar ist und in Fokus liegt, wenn es für das Auge 204 bereitgestellt wird. Oberflächen, die unter einem derartigen nahen Abstand betrachtet werden, sind in gewisser Weise verschwommen bzw. verwaschen. Ausführungsformen der Erfindung erlauben, dass die Anzeige eines Bildes, das invers verschwommen gemacht wurde, so dass ein natürlicher Effekt der Verwaschung eines Auges durch die inverse Verwaschung ausgelöscht wird, woraus sich ein verbessertes Bild ergibt.
12 zeigt Bilder vor und nach der Konvolution gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 12A enthält einen Fleck 1204 auf einer Oberfläche. Wenn der Fleck 1204 von einem Auge innerhalb des minimalen Akkomodationsabstands des Auges betrachtet wird, erscheint der Fleck 1204 für einen Beobachter als verschwommen. Beispielsweise kann das wahrgenommene verschwommene Bild als eine Scheibe 1208 gezeigt werden. Eine Funktion s(x, y), die die Scheibe 1208 beschreibt, kann das Ergebnis einer Konvolutionsoperation einer Funktion i(x, y) sein, die den Fleck 1204 mit einer zweiten Funktion h(x, y) beschreibt. Die zweite Funktion kann beispielsweise die Punktverwaschungsfunktion (PSF) sein. Die Punktverwaschungsfunktion beschreibt die Wirkung eines nicht fokussieren Auges, das versucht, eine Ebene außerhalb des Akkomodationsabstands des Auges zu betrachten.
Folglich kann der natürliche Effekt der Verwaschung, der von dem Auge hervorgerufen wird, durch eine Konvolutionsoperation beschrieben werden. Beispielsweise kann die folgende mathematische Gleichung die Abhängigkeit zwischen dem Fleck 1204 und der Scheibe 1208 beschreiben: i(x, y)·h(x, y) = s(x, y)
12B zeigt Bilder vor und nach der Dekonvolution gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 12B zeigt den gleichen Fleck 1204 wie in 12A. Um die Wirkung der Verwaschung auszulöschen, zu invertieren oder dieser entgegenzuwirken, die von dem Auge hervorgerufen wird, kann ein entfaltetes oder vorgefiltertes Bild erzeugt werden. Beispielsweise kann ein entfalteter Fleck 1212 des Flecks 1204 erzeugt werden, indem eine Dekonvolutionsoperation an dem Fleck 1204 ausgeführt wird. Das Ergebnis der Dekonvolutionsoperation, beispielsweise der entfaltete Fleck 1212, kann durch zwei konzentrische Ringe dargestellt werden. Die zwei konzentrischen Ringe haben unterschiedliche Intensitäten.
Wenn insbesondere der Fleck 1204 durch die Funktion i(x, y) beschrieben ist, und mit der Inversen der zweiten Funktion h^–1(x, y) gefaltet wird, kann die resultierende Funktion, die den entfalteten Fleck 1212 beschreibt, ĩ(x, y) sein. Die Inverse der zweiten Funktion kann beispielsweise die Inverse der PSF sein.
Folglich kann das Gegenteil oder die Umkehrung des natürlichen Effekts der Verwaschung, der von dem Auge hervorgerufen wird, durch eine Dekonvolutionsoperation beschrieben werden. Die folgende mathematische Gleichung kann die Abhängigkeit zwischen dem Fleck 1204 und dem entfalteten Fleck 1212 beschreiben: i(x, y)·h^–1(x, y) = ĩ(x, y)
Die Dekonvolutionsoperation kann negative Werte reduzieren, die nicht von der Anzeige synthetisiert werden, oder Werte außerhalb des dynamischen Bereichs der Anzeige. Das entfaltete Bild ĩ(x, y) kann gefiltert werden, um die Dekonvolution-Ausgabe so zu transformieren, dass sie innerhalb des dynamischen Bereichs der Anzeige liegt.
12C zeigt ein entfaltetes Bild vor und nach der Konvolution gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wenn eine Konvolutionsoperation an einer Funktion ausgeführt wird, die ein entfaltetes Bild beschreibt, kann die resultierende Funktion das ursprüngliche Bild beschreiben. Wenn beispielsweise der entfaltete Fleck 1012, der durch ĩ(x, y) beschrieben ist, einer Konvolutionsoperation mit der zweiten Funktion h(x, y) unterzogen wird, kann das Ergebnis die Funktion i(x, y) sein, die den ursprünglichen Fleck 1204 beschreibt. Die zweite Funktion kann beispielsweise die PSF sein.
Die folgende mathematische Gleichung kann die Abhängigkeit zwischen dem entfalteten Fleck 1112 und dem Fleck 1204 angeben: ĩ(x, y)·h(x, y) = i(x, y)
Folglich kann ein Auge ein Bild vollständig oder zumindest näherungsweise ähnlich zu dem ursprünglichen Fleck 1204 fokussiert sehen, wenn eine entfaltete Version 1212 des Flecks in einem augennahen Bereich (näher an dem Auge als die nahe Ebene des Auges) liegt, da die Konvolutionswirkung des Auges die entfaltete Version des Fleckes vollständig oder zumindest näherungsweise ähnlich zu dem ursprünglichen Fleck 1204 transformieren kann. Diese Approximation kann einen geringeren Kontrast oder andere Bildfehler haben, sie kann aber dennoch die Verständlichkeit oder Erkennbarkeit des Bildes verbessern, im Vergleich zu einer konventionellen Anzeige ohne Vorfilterung oder angewendeter Dekonvolution.
Es sollte beachtet werden, dass die Funktion i(x, y) mehrere Punkte oder Pixel auf einer Oberfläche beschreiben kann, die zusammen ein Bild ergeben. Folglich kann die entfaltete Funktion ĩ(x, y) mehreren Punkten oder Pixel entsprechen, die zusammen einer entfalteten Version des Bildes entsprechen. Wenn folglich die entfaltete Version des Bildes, das von der entfalteten Funktion ĩ(x, y) beschrieben wird, in augennahen Bereichen betrachtet wird, kann das ursprüngliche Bild, das durch die Funktion i(x, y) beschrieben ist, von einem Beobachter wahrgenommen werden.
Es sei wieder auf 11 verwiesen; es kann ein entfaltetes Bild von der Anzeige 1124 angezeigt werden. Da die Anzeige 1124 in dem augennahen Bereich liegt, nimmt der Beobachter eine gefaltete Version des entfalteten Bildes wahr. Wie zuvor erläutert ist, führt eine Konvolution eines Bildes, das mit der Inversen der Konvolutionsfunktion entfaltet ist, zu im wesentlichen dem ursprünglichen Bild. Folglich nimmt der Beobachter ein fokussiertes Bild war, da die Wirkung der Verwaschung des Auges durch die Anzeige des entfalteten Bildes aufgehoben wird. Daher kann ein Bild von einem Betrachter den augennahen Bereichen nicht erkennbar sein.
Es sollte beachtet werden, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Vorfilterungsprozesse, die keine Dekonvolution sind, ebenfalls mit einschließt. Beispielsweise können andere Operationen neben der Dekonvolution angewendet werden, um ein vorgefiltertes Bild zu erzeugen, das bei Betrachtung unter augennahen Abständen ein erkennbares Bild für den Beobachter liefert, nachdem dieses dem Konvolutionseffekt des Auges unterliegt.
Es sollte beachtet werden, dass mehrere Anzeigen verwendet werden können. Zu beachten ist ferner, dass die Anzeigen 1124 und 1125 halbdurchlässig sein können. Folglich ist das Auge 204 in der Lage, Bilder, die von der Anzeige 1124 angezeigt werden, über die Anzeige 1125 zu betrachten. Das Auge 204 kann ferner in der Lage sein, die Umgebung sowohl durch die Anzeige 1124 als auch die Anzeige 1122 zu betrachten. Mehrere Schichten aus Anzeigen können ferner Bildfehler verringern oder eliminieren und den Kontrast verbessern.
Es sollte auch beachtet werden, dass Anzeigen mit optischer Dekonvolution das Licht aus der Umgebung blockieren können, um VR-Anwendungen zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Anzeige einen Teil des Sichtfeldes eines Beobachters blockieren, während ein entfaltetes Bild in einem weiteren Bereich angezeigt wird. Oder eine erste Anzeige in einer Mehrschicht-Dekonvolutionsanzeige kann beispielsweise Licht blockieren, während eine zweite Anzeige ein entfaltetes Bild bereitstellt.
Alternativ können derartige Anzeigen generell zulassen, dass Licht aus der Umgebung durchgelassen wird und nur Bereiche des eintreffenden Lichts und/oder zusätzliche Bereiche mit Licht, die von der Anzeige erzeugt werden, durchgelassen werden, um VR-Anwendungen bereitzustellen.
Es sollte ferner beachtet werden, dass die Anzeigen 1124 und 1125 ein Bild anzeigen können, das nur dann erkennbar ist oder im Fokus ist, wenn es betrachtet wird, während es näher als die nahe Ebene 216 liegt. Beispielsweise kann das Bild verschwommen sein oder außerhalb des Fokus liegen, wenn es in dem Akkomodationsbereich liegt. Die Anzeigen 1124 und 1125 können ein vorgefiltertes Bild anzeigen, das einem Zielbild entspricht, das letztlich zu projizieren ist, d. h. nicht erkennbar ist, wenn es innerhalb des Akkomodationsbereichs betrachtet wird. Wenn das vorgefilterte Bild innerhalb des Akkomodationsbereichs betrachtet wird, kann das Zielbild erkennbar sein. Ein Computersystem oder ein grafisches Verarbeitungssystem können das vorgefilterte Bild entsprechend dem Zielbild erzeugen.
WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es sollte beachtet werden, dass Ausführungsformen der Erfindung auch eine Kombination von Schichten von augennahen Anzeigen mit Lichtfeld, augennahen Anzeigen mit Parallaxen-Sperre und/oder augennahen Anzeigen mit optischer Dekonvolution berücksichtigen. Lichtfeld-Anzeigen und Anzeigen mit optischer Dekonvolution können unterschiedliche Kompromisse im Leistungsverhalten bieten. Lichtfeld-Anzeigen können zu Grunde liegende Anzeigen mit hoher Auflösung erfordern, um scharfe Bilder erhalten, wobei sie ansonsten den Kontrast bewahren. Im Gegensatz dazu können Anzeigen mit optischer Dekonvolution die Bildauflösung bewahren, jedoch mit reduziertem Kontrast.
Die Lichtfeld-Anzeigen und die Anzeigen mit optischer Dekonvolution können kombiniert werden, um das Verhalten jeder Anzeige vorteilhaft zu nutzen und um einen geeigneten Kompromiss zwischen Auflösung und Kontrast zu erhalten. Beispielsweise umfassen Ausführungsformen der Erfindung die Ausführung einer optischen Dekonvolution in dem Lichtfeldbereich anstatt, dass diese unabhängig für jede Anzeigeschicht ausgeführt wird.
Augennahe Lichtfeld-Anzeigen, augennahe Anzeigen mit Parallaxen-Sperre und/oder augennahen Anzeigen mit optischer Dekonvolution können kombiniert werden, da derartige Anzeigen halbdurchlässige Anzeigen realisieren. Beispielsweise können derartige Anzeigen eine Kombination aus Licht abschwächenden (beispielsweise LCD) oder lichtemittierenden (beispielsweise OLED) Anzeigen realisieren.
Es sollte beachtet werden, dass Ausführungsformen der Erfindung die Verwendung mehrerer Anzeigen ermöglichen, die zusammengesetzt werden, um eine wirksame Anzeige zu bilden. Beispielsweise können die Anzeige 324, die Anzeige 624, die Anzeigen 824 und die Anzeige 1124 und 1125 mehrere Teilanzeigen enthalten. Teilanzeigen können unterteilt werden, beispielsweise nebeneinander, um eine Formanzeige zu bilden. Anders als bei Arbeitsplatzrechnern mit mehreren Bildschirmen führt eine beliebige Lücke zwischen den Anzeigen zu keinen Bildfehlern, da die vorgefilterten Bilder so modifiziert werden können, dass jeder Teilbereich angezeigt wird, um die Lücken dazwischen zu berücksichtigen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen sowohl Anwendungen für virtuelle Realität (VR) und erweiterter Realität (AR). Beispielsweise können augennahe Lichtfeld-Anzeigen, augennahe Anzeigen mit Parallaxen-Sperre und/oder augennahe Anzeige mit optischer Dekonvolution das Licht aus der Umgebung blockieren, um eine VR-Anwendung zu ermöglichen. Alternativ können derartige Anzeigen das Licht aus der Umgebung durchlassen und nur Teile des eintreffenden Lichts blockieren und/oder Bereiche mit Licht erweitern, das von der Anzeige erzeugt wird, um AR-Anwendungen zu ermöglichen.
In diversen Ausführungsformen kann das Licht aus der Umgebung als ein Hintergrundlicht dienen, wobei die Anzeigeschichten das eintreffende Lichtfeld abschwächen. In einigen Ausführungsformen enthält mindestens eine Anzeigeschicht lichtemittierende Elemente (beispielsweise ein OLED-Panel). In Ausführungsformen der Erfindung kann eine Kombination aus Licht abschwächenden und lichtemittierenden Schichten eingesetzt werden. Es sollte beachtet werden, dass mehr als eine Schicht Licht aussenden kann. Beispielsweise können in 9 zusätzlich zu der Anzeige 824 auch die SLM-Arrays 830, 832 und 834 Licht aussenden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jede Anzeigeschicht eine Licht abschwächende Anzeige oder eine lichtemittierende Anzeige oder eine Kombination von beidem (jedes Pixel kann abschwächen und/oder Lichtstrahlen aussenden) enthalten. Weitere Ausführungsformen können Einrichtungen mit mehreren Schichten, beispielsweise OLED und LCD, LCD und LCD, usw. enthalten.
Für augennahe Lichtfeld-Anzeigen für VR-Anwendungen kann eine 2D-Anzeige mit einer Parallaxen-Sperre oder eine Mikrolinsen-Array abgedeckt werden, um eine komfortable Akkomodation zu ermöglichen. Ferner können mehrere Licht abschwächende Schichten eingesetzt werden, um die Helligkeit, die Auflösung und die Tiefe des Felds zu verbessern.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung können holographische Anzeigeelemente umfassen. Beispielsweise kann mit zunehmender Auflösung der Abstand klein genug werden, so dass Beugungseffekte berücksichtigt werden können. Bilderzeugungsbefehle und Optimierungsverfahren können eingesetzt werden, um die Beugung zu berücksichtigen, so dass die Verwendung von Computer erzeugten Hologrammen für augennahe Anzeigen in einer Weise, die mit Lichtfeld-Anzeigen verträglich ist, mit eingeschlossen ist. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten die Anwendung der optischen Dekonvolution auf holographische Systeme, wobei der Kontrastverlust, der bei inkohärenten Anzeigen beobachtet wird, vermieden wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können „sonnenbrillenartige” Formfaktoren mit geringem Gewicht mit einem breiten Gesichtsfeld unter Anwendung augennahe Anzeigen bereitstellen, wie dies zuvor erläutert ist. Derartige Anzeigen können praktisch mit großen Stückzahlen und bei geringen Kosten hergestellt werden. Derartige Anzeigen haben ein großes kommerzielles Potenzial als Informationsanzeigen, beispielsweise zur Darstellung grundlegender Statusnachrichten, der Tageszeit, und für die Erweiterung der direkt wahrgenommenen physikalischen Welt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Einstellung erzeugte Bilder, so dass Aberration oder Defekten der Augen eines Betrachters Rechnung getragen werden können. Die Abberationsfehler können beispielsweise Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit, Astigmatismus und/oder die Altersweitsichtigkeit mit einschließen. Beispielsweise können einige augennahe Lichtfeld-Anzeigen, eine augennahe Anzeigen mit Parallaxen-Sperre oder eine augennahe Anzeigen mit optischer Dekonvolution Bilder erzeugen, die die Wirkungen der Abberation des Beobachters auf der Grundlage optischer Rezepte des Beobachters neutralisieren. Als Folge davon kann ein Beobachter in die Lage versetzt werden, Bilder im Fokus betrachten, ohne dass er eine korrigierende Sehhilfe wie Brillen oder Kontaktlinsen benutzt. Es sollte beachtet werden, dass Ausführungsformen der Erfindung auch automatisch die Einstellungen der Sehkorrektur unter Nutzung eines Rückkopplungssystems, das die Defekte eines Auges bestimmt, kalibrieren kann.
Ausführungsformen der Erfindung können auch das bereitgestellte Bild auf der Grundlage einer Information aus einem Augenverfolgungsjustiersystem justieren, das die Blickrichtung und/oder den Abstand des Auges von der oder den Anzeigen bestimmen kann. Folglich können die Anzeige(n) das angezeigte Bild so einstellen, dass die Erkennbarkeit des Bildes für unterschiedliche Blickrichtungen, Abstände des Auges zu der Anzeige und/oder Aberration optimiert wird.
Ausführungsformen der Erfindung können ferner das bereitgestellte Bild auf der Grundlage einer Information aus einem oder mehreren Sensoren einstellen. Beispielsweise können Ausführungsformen eine Komponente zur Verfolgung einer Bewegung in der Umgebung aufweisen, die eine Kamera enthalten kann. Die Komponente zur Verfolgung der Bewegung in der Umgebung kann eine Bewegung oder Änderungen in der Umgebung verfolgen (beispielsweise Bewegung von Objekten oder Änderung der Beleuchtung). In einem weiteren Beispiel kann die Bewegung des Körpers eines Anwenders verfolgt werden und es kann zugehörige Information bereitgestellt werden. Folglich können Ausführungsformen der Erfindung das bereitgestellte Bild auf der Grundlage der Umgebung eines Anwenders, von Bewegungen eines Anwenders oder einer globalen Bewegung eines Anwenders einstellen.
In einem weiteren Beispiel können Ausführungsformen der Erfindung eine interne Komponente zu Bewegungsverfolgung enthalten, die einen Kreiselsensor, einen Beschleunigungssensor, einem elektronischen Kompasssensor oder dergleichen umfasst. Die interne Komponente zu Bewegungsverfolgung kann eine Bewegung des Anwenders verfolgen und kann Information, die mit der verfolgten Bewegung verknüpft ist, bereitstellen. Daher können Ausführungsformen der Erfindung das bereitgestellte Bild auf der Grundlage einer Bewegung einstellen. In anderen Beispielen können Sensoren die Position eines Anwenders ermitteln und bereitstellen (beispielsweise GPS), oder können eine Kopfposition oder Orientierung eines Anwenders, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Kopfposition und Orientierung des Betrachters, eine Umgebungsfeuchtigkeit, die Umgebungstemperatur, die Höhe usw. bestimmen und bereitstellen.
Informationen, die mit den Sensorergebnissen in Beziehung stehen, können relativ oder in einem absoluten Bezugssystem ausgedrückt werden. Beispielsweise kann das GPS ein absolutes Bezugssystem entsprechend für die Längengrade und Breitengrade der Erde sein. Alternativ können Trägheitssensoren ein relatives Bezugssystem haben, wenn Geschwindigkeit und Beschleunigung relativ zu einem Anfangszustand (beispielsweise das Telefon bewegt sich aktuell mit 2 mm/s im Vergleich dazu, dass das Telefon bei einer gegebenen Breite/Länge positioniert ist) gemessen werden.
Augennahe Lichtfeld-Anzeigen, augennahe Anzeigen mit Parallaxen-Sperre und/oder augennahe Anzeigen mit optischer Dekonvolution können in Brillen enthalten sein. Beispielsweise können derartige Anzeigen konventionelle Linsen in einer Brille ersetzen.
13 zeigt ein Flussdiagramm 1300 eines anschaulichen Prozesses zur Anzeige eines augennahen Bildes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem Block 1302 wird ein vorgefiltertes Bild, das anzuzeigen ist, ermittelt, wobei das vorgefilterte Bild einem Zielbild entspricht. Beispielsweise kann ein Computersystem ein vorgefiltertes Bild ermitteln, dass verschwommen sein kann, wenn es innerhalb eines Akkomodationsbereichs betrachtet wird, aber es keinen fokussiert sein, wenn es durch einen Filter oder ein Element betrachtet wird, das ein Lichtfeld erzeugt.
In einem Block 1304 wird das vorgefilterte Bild auf einer Anzeige angezeigt. Beispielsweise wird in den 3B, 6 und 8 ein vorgefiltertes Bild entsprechend auf der Anzeige 324, 624 und 826 angezeigt.
In einem Block 1306 wird ein augennahes Lichtfeld erzeugt, nachdem das vorgefilterte Bild ein Element zur Erzeugung eines Lichtfeld durchläuft, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist, wobei das augennahe Lichtfeld geeignet ist, ein Lichtfeld zu simulieren, das dem Zielbild entspricht. Beispielsweise wird in 3A ein Lichtfeld, das einem Zielbild entspricht, erzeugt, nachdem das vorgefilterte Bild das Mikrolinsen-Array 328 durchlaufen hat. In ähnlicher Weise wird in den 6 und 8 ein Lichtfeld erzeugt, das einem Zielbild entspricht, nachdem das vorgefilterte Bild das SLM-Array 626 und mehrere SLM-Arrays 826 durchlaufen hat.
14 zeigt ein Flussdiagramm 1400 eines anschaulichen Prozesses zur Anzeige eines augennahen Bildes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem Block 1402 wird ein Zielbild empfangen. Beispielsweise kann ein Computersystem ein Zielbild aus einem grafischen Verarbeitungssystem empfangen.
In einem Block 1404 wird ein entfaltetes Bild, das einem Zielbild entspricht, ermittelt, wobei, wenn das entfaltete Bild in einem augennahen Bereich eines Beobachters angezeigt wird, das Zielbild als im Fokus durch den Anwender wahrgenommen wird. Beispielsweise wird in 12B eine entfaltete Version eines Zielbildes ermittelt. Wie in 12C wird, wenn die entfaltete Version des Zielbilds einer Konvolutionsoperation des Auges unterliegt, das Zielbild von einem Beobachter als fokussiert wahrgenommen.
In einem Block 1406 wird das entfaltete Bild auf einer Anzeige angezeigt. Beispielsweise kann in 11 ein entfaltetes Bild auf einer Anzeige 1124 oder 1125 angezeigt werden.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit diversen Anzeigen erläutert und dargestellt sind, die innerhalb der nahen Ebene aber unter einem Abstand zu dem Auge angeordnet sind, beispielsweise in den 3B, 6, 8, 11, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch Anzeigen umfassen, die angrenzend zu dem Auge angeordnet sind. Beispielsweise können eine oder mehrere Schichten von Anzeigen geeignet sein, an ein Auge anzugrenzen ähnlich zu einer Kontaktlinse. Da derartige Anzeigen eine halbsphärische Form besitzen, können die Anzeigen die Auswirkungen der Form so berücksichtigen, dass dem Auge ein scharfes und erkennbares Bild geboten wird.
Obwohl die vorhergehende Offenbarung diverse Ausführungsformen unter Anwendung spezieller Blockdiagramme, Flussdiagramme und Beispiele angibt, kann jede Komponente einer Blockansicht, eines Schritts eines Flussdiagramms, eine Operation und/oder einer Komponente, die hierin beschrieben und/oder dargestellt ist, individuell und/oder Kollektiv realisiert werden unter Anwendung einer großen Fülle von Hardware, Software oder Firmware (oder einer Kombination davon). Ferner sollte die Offenbarung von Komponenten, die in anderen Komponenten enthalten sind, als Beispiele betrachtet werden, da viele andere Architekturen realisiert werden können, um die gleiche Funktion zu erreichen.
Die Prozessparameter und die Reihenfolge von Schritten, die beschrieben und/oder hierin dargestellt sind, sind nur als Beispiel angegeben. Während die dargestellten und/oder hierin beschriebenen Schritte beispielsweise in einer speziellen Reihenfolge gezeigt oder erläutert sind, müssen diese Schritte nicht notwendigerweise in der dargestellten oder erläuterten Reihenfolge ausgeführt werden. Die diversen beispielhaften Verfahren, die hierin beschrieben und/oder dargestellt sind, können auch einen oder mehrere der Schritte, die hierin beschrieben oder dargestellt sind, weglassen, oder können weitere Schritte zusätzlich zu den offenbarten Schritten enthalten.
Obwohl diverse Ausführungsformen hierin beschrieben und/oder dargestellt sind im Zusammenhang mit vollständig funktionsfähigen Rechensystemen, können eine oder mehrere dieser beispielhaften Ausführungsformen als ein Programmprodukt in einer Vielzahl von Formen verteilt werden, unabhängig von der speziellen Art des computerlesbaren Mediums, das zur tatsächlichen Ausführung der Verteilung eingesetzt wird. Die hierin offenbarten Ausführungsformen können ferner unter Anwendung von Softwaremodulen, die gewisse Aufgaben ausführen, realisiert werden. Diese Softwaremodule können Skripte, Stapel oder andere ausführbare Dateien enthalten, die auf einem computerlesbaren Speichermedium oder in einem Rechensystem gespeichert werden können. Diese Softwaremodule können ein Rechensystem konfigurieren, um eine oder mehrere der anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen auszuführen. Eines oder mehrere der Softwaremodule, die hierin offenbart sind, können in einer Wolken-Rechenumgebung realisiert werden. Wolken-Rechenumgebungen liefern diverse Dienstleistungen und Anwendungen über das Internet. Diese wolkengestütztem Dienstleistungen (beispielsweise Software als Dienstleistung, Plattform als Dienstleistung, Infrastruktur als Dienstleistung, usw.) können über eine Netz-Suchanwendung oder über eine andere entfernte Schnittstelle angesprochen werden. Diverse Funktionen, die hierin beschrieben sind, können über eine Fern-Tischrechner-Umgebung oder jede andere wolkengestützte Rechnerumgebung bereitgestellt werden.
Die vorhergehende Beschreibung wurde zum Zwecke der Erläuterung mit Bezug zu speziellen Ausführungsformen angegeben. Jedoch sind die anschaulichen Erläuterungen zuvor nicht als umfassend oder als Einschränkung der Erfindung auf die genauen offenbarten Formen beabsichtigt. Es sind viele Modifizierungen und Variationen im Lichte der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um am besten die Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendungen zu erläutern, um damit einen anderen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung und die diversen Ausführungsformen mit diversen Modifizierungen einzusetzen, wie sie für die spezielle betrachtete Anwendung als geeignet erscheinen.
Es sind somit Ausführungsformen gemäß der Erfindung beschrieben. Obwohl die vorliegende Offenbarung in speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht als eingeschränkt betrachtet werden sollte durch derartige Ausführungsformen, sondern sie ist durch den nachfolgenden Patentansprüche festgelegt.

Claims

Eine Vorrichtung aufweisend: eine Anzeige aufweisend mehrere Pixel; ein Computersystem, das mit der Anzeige gekoppelt und betriebsfähig ist, die Anzeige zum Anzeigen von Bildern anzuweisen; und ein Mikrolinsen-Array, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist und mehrere Mikrolinsen aufweist, wobei das Mikrolinsen-Array betriebsfähig ist, ein Lichtfeld zu erzeugen, indem Licht, das von der Anzeige ausgesendet wird, verändert wird, um ein Objekt zu simulieren, das für einen Beobachter fokussiert ist, während die Anzeige und das Mikrolinsen-Array innerhalb eines augennahen Bereich des Beobachters angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner mehrere Gruppen an Pixel in den mehreren Pixel aufweist, wobei jede Mikrolinse der mehreren Mikrolinsen zu einer Gruppe an Pixel aus den mehreren Gruppen an Pixel korrespondiert.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei jede Mikrolinse betriebsfähig ist, Licht aus jedem Pixel in einer Gruppe an Pixel, die zu der jeweiligen Mikrolinse korrespondieren, zu verändern.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Mikrolinsen-Array betriebsfähig ist, anisotropes Licht zu projizieren durch Verändern von von der Anzeige erzeugtes isotropes Licht.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Lichtfeld betriebsfähig ist, ein 3D-Objekt, das jenseits des augennahen Bereichs des Beobachters angeordnet ist, zu simulieren.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Computersystem betriebsfähig ist, ein Bild für die Anzeige zu ermitteln, das Abberationen des Auges des Beobachters entgegenwirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ein Rückkopplungssystem umfasst, das betriebsfähig ist, Messungen der Abberationen des Auges des Beobachters vorzunehmen; und wobei das Computersystem ferner betriebsfähig ist, ein Bild für die Anzeige zu ermitteln, das der Abberation auf der Grundlage der Messungen entgegenwirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner einen Sensor aufweist, der betriebsfähig ist, Information, die eine Umgebung betrifft, bereitzustellen; und wobei das Computersystem ferner betriebsfähig ist, ein Bild für die Anzeige zu ermitteln, das den Abberationen auf der Grundlage der Information entgegenwirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ein Augenverfolgungsjustiersystem aufweist, das betriebsfähig ist, eine Blickrichtung eines Auges zu verfolgen, wobei das Augenverfolgungsjustiersystem betriebsfähig ist, Information, die die Blickrichtung eines Auges betrifft, dem Computersystem zu kommunizieren zur Ermittlung durch das Computersystem auf der Grundlage der Information eines Bildes für ein Bild für die Anzeige.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die mehreren Mikrolinsen betriebsfähig sind, elektrooptisch zwischen einem transparenten und einem undurchsichtigen Zustand umzuschalten.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Anzeige mehrere Teilanzeigen, die nebeneinander angeordnet sind, aufweist.
Eine Vorrichtung aufweisend: eine Anzeige, die betriebsfähig ist, ein Bild zu erzeugen; und ein Mikrolinsen-Array, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist, wobei das Mikrolinsen-Array zusammen mit der Anzeige betriebsfähig ist, ein Lichtfeld zu erzeugen, das ein 3D-Objekt simuliert, das für einen Beobachter erkennbar ist, während die Anzeige und das Mikrolinsen-Array in einem augennahen Bereich des Beobachters angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei das Bild aus dem Fokus ist, wenn es ohne das Mikrolinsen-Array betrachtet wird, und wobei das Bild fokussiert ist, wenn es durch das Mikrolinsen-Array betrachtet wird.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei das Mikrolinsen-Array betriebsfähig ist, unterschiedliche Versionen eines Bildes, das von der Anzeige erzeugt wird, in unterschiedliche Richtungen anzuzeigen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei das Mikrolinsen-Array betriebsfähig ist, einen Teil des Sichtfelds des Beobachters, der kleiner als das gesamte Sichtfeld des Beobachters ist, abzudecken.