DE112014003730T5

DE112014003730T5 - Hybridoptik für augennahe Anzeigen

Info

Publication number: DE112014003730T5
Application number: DE112014003730.3T
Authority: DE
Inventors: Douglas Lanman; David Luebke
Original assignee: Nvidia Corp
Current assignee: Nvidia Corp
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-10-27
Also published as: US10838459B2; US10642311B2; US20190101954A1; US9880325B2; US20170147034A1; US20150049390A1; WO2015023455A1

Abstract

Ein Verfahren zum Anzeigen eines Bildes einer augennahen Lichtfeldanzeige (NELD) wird offenbart. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen eines anzuzeigenden vorgefilterten Bildes, wobei das vorgefilterte Bild einem Zielbild entspricht. Es umfasst ferner ein Anzeigen des vorgefilterte Bildes auf einer Anzeige. Anschließend umfasst es ein Erzeugen eines augennahen Lichtfelds, nachdem das vorgefilterte Bild durch ein Mikrolinsenarray benachbart zu der Anzeige läuft, wobei das augennahe Lichtfeld eingerichtet ist, um ein dem Zielbild entsprechendes Lichtfeld zu simulieren. Schließlich umfasst es ein Verändern des augennahen Lichtfelds unter Verwendung von wenigstens einer Sammellinse, wobei das Verändern einem Benutzer ermöglicht, auf das Zielbild bei einer vergrößerten Tiefenschärfe bei einem vergrößerten Abstand von einem Auge des Benutzer zu fokussieren und wobei das Verändern die räumliche Auflösung des Zielbildes erhöht.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Application No. 61/865,784, Attorney Docket NVID-P-SC-13-1213-US0, eingereicht am 14. August 2013, wobei die gesamte Offenbarung derselben hier durch Bezug aufgenommen ist.
Die folgenden gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldungen werden hier durch Bezug für alle Zwecke aufgenommen: U.S. Patent Application Serial No. 13/720809, "NEAR-EYE MICROLENS ARRAY DISPLAYS", Attorney Docket NVID P-SC-12-0347-US1, David Luebke, eingereicht am 19. Dezember 2012; und U.S. Patent Application Serial No. 13/720831, "NEAR-EYE PARALLAX BARRIER DISPLAYS", Attorney Docket NVID P-SC-12-0347-US2, David Luebke, eingereicht am 19. Dezember 2012; und U.S. Patent Application Serial No. 13/720842, "NEAR-EYE OPTICAL DECONVOLUTION DISPLAYS", Attorney Docket NVID P-SC-12-0347-US3, David Luebke, eingereicht am 19. Dezember 2012.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Augennahe Anzeigen (NEDs = „Near-Eye Displays“) umfassen am Kopf angebrachte Anzeigen (HMDs = „Head Mounted Displays“), die Bilder direkt in die Augen eines Betrachters projizieren können. Derartige Anzeigen können die begrenzte Bildschirmgröße, die durch Formfaktoren anderer mobiler Anzeigen gewährt wird, durch Synthetisieren virtueller Anzeigeoberflächen großen Formats überwinden, oder können für virtuelle oder erweiterte Realitätsanwendungen verwendet werden.
Augennahe Anzeigen können in zwei große Kategorien eingeteilt werden: immersive Anzeigen und Durchsicht-Anzeigen. Die Ersteren können in Umgebungen virtueller Realität (VR = „Virtual Reality“) eingesetzt werden, um das Blickfeld eines Benutzers vollständig mit synthetisch gerenderten Bildern zu umschließen. Die Letzteren können in Anwendungen der erweiterten Realität (AR = „Augmented Reality“) eingesetzt werden, wobei Text, andere synthetische Annotationen oder Bilder im Blick eines Benutzers der physischen Umgebung überlagert werden können. Hinsichtlich der Anzeigetechnologie erfordern AR-Anwendungen semi-transparente Anzeigen (z.B. erreicht durch optische oder elektro-optische Vorgehensweisen), so dass die physische Welt gleichzeitig mit der augennahen Anzeige betrachtet werden kann.
Es hat sich als schwierig erwiesen, augennahe Anzeigen (NEDs) aufzubauen, aufgrund der Tatsache, dass sich das bloße menschliche Auge nicht auf Objekte akkommodieren (fokussieren) kann, die innerhalb geringer Abstände angeordnet sind, beispielsweise dem Abstand zwischen der Linsen einer Lesebrille zu dem Auge eines Benutzers, wenn der Benutzer die Brille trägt. Als Ergebnis erforderten NED-Systeme herkömmlicherweise komplexe und platzraubende optische Elemente, um dem Betrachter zu ermöglichen, sich bequem auf die augennahe Anzeige zu akkommodieren, welche andernfalls defokussiert sein würde.
Eine herkömmliche Lösung besteht darin, einen Strahlteiler (z.B. einen teilweise versilberten Spiegel) direkt vor das Auge des Betrachters anzuordnen. Dies ermöglicht eine direkte Ansicht der physischen Szene, wenn auch mit verringerter Helligkeit. Außerdem wird eine Anzeige (z.B. ein LCD-Panel) auf dem sekundären optischen Pfad angeordnet. Das Einführen einer Linse zwischen dem Strahlteiler und der Anzeige kann die Wirkung des Synthetisierens einer semi-transparenten Anzeige aufweisen, die innerhalb der physischen Umgebung lokalisiert ist. In der Praxis sind mehrere optische Elemente erforderlich, um Aberrationen zu minimieren und ein weites Blickfeld für eine derartige Lösung zu erreichen, was zu einer platzraubenden und aufwändigen Brille führt, die eine weit verbreitete Verbraucherannahme unterbunden hat.
Eine herkömmliche Lösung für VR-Anwendungen besteht darin, ein Vergrößerungsglas vor einer Mikroanzeige anzuordnen. Beispielsweise eine über ein kleines LCD-Panel angeordnete einzelne Linse, so dass der Betrachter trotz des geringen Abstands sowohl auf die Anzeige akkommodieren oder fokussieren kann, sowie auch die Anzeige vergrößern kann, so dass es scheint, als ob sie viel größer ist und sich an einem größeren Abstand befindet.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen augennahe Anzeigen bereit, wobei eine Anzeige durch ein Lichtfeld-erzeugendes Element, z.B. ein Mikrolinsenarray, das in der Nähe der Anzeige angeordnet ist, und eine Sammellinse, die benachbart zu dem Lichtfeld-erzeugenden Element angeordnet ist, betrachtet wird. In einer Ausführungsform wirken das Mikrolinsenarray und die Anzeige zusammen, um ein Lichtfeld für virtuelle Objekte anschaulich darzustellen, die innerhalb einer komprimierten Tiefenschärfe lokalisiert sind. Demgemäß stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Hybridoptiksystem bereit, wobei ein primäres Vergrößerungsglas, das herkömmlicherweise in am Kopf angebrachten Anzeigen (HMDs = „Head Mounted Displays“) verwendet wird, mit einem Mikrolinsenarray, das in Architekturen der augennahen Lichtfeldanzeige (NELD) verwendet wird, kombiniert wird. Verglichen mit NELD-Architekturen kann die Sammellinse die Tiefenschärfe verringern, die mit der Lichtfeldanzeige anschaulich dargestellt werden muss, und sie näher an das Auge des Benutzers zu verschieben. Als Ergebnis schließen Ausführungsformen der Erfindung die Notwendigkeit für zusätzliche kostenaufwändige oder platzraubende optische Elemente aus, um eine bequeme Akkommodation der am Kopf angebrachten Anzeigen (HMDs) zu unterstützen.
Die Sammellinse, die vor dem Mikrolinsenarray (z.B. zu dem Auge hin) angeordnet ist, induziert eine künstliche Myopie (Kurzsichtigkeit) in dem Betrachter. Demgemäß kann die darunterliegenden augennahe Lichtfeldanzeige, die in einer Ausführungsform eine Kombination des Mikrolinsenarrays und einer Anzeige ist, auf eine Art und Weise betrieben werden, die einen größeren Prozentsatz der systemeigenen Anzeigeauflösung bewahrt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbessern daher die wahrgenommene räumliche Auflösung für den Benutzer. Durch Erleichtern der Anforderung für Anzeigen hoher Auflösung können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in praktischere Formfaktoren aufgenommen werden, die mit niedrigeren Kosten als herkömmliche am Kopf angebrachte Anzeigen erzeugt werden können.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Anzeigen eines Bildes einer augennahen Lichtfeldanzeige (NELD) offenbart. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen eines anzuzeigenden vorgefilterten Bildes, wobei das vorgefilterte Bild einem Zielbild entspricht. Es umfasst ferner das Anzeigen des vorgefilterten Bildes auf einer Anzeige. Anschließend umfasst es das Erzeugen eines augennahen Lichtfelds, nachdem das vorgefilterte Bild durch ein Mikrolinsenarray läuft, das benachbart der Anzeige angeordnet ist, wobei das augennahe Lichtfeld betriebsfähig ist, um ein dem Zielbild entsprechendes Lichtfeld zu simulieren. Schließlich umfasst es das Verändern des augennahen Lichtfelds unter Verwendung von wenigstens einer Sammellinse, wobei das Verändern einem Benutzer ermöglicht, auf das Zielbild bei einer vergrößerten Tiefenschärfe bei einem vergrößerten Abstand von einem Auge des Benutzers zu fokussieren und die räumliche Auflösung des Zielbildes zu erhöhen.
In einer anderen Ausführungsform wird ein System zum Anzeigen eines NELD-Bildes offenbart. Das System umfasst eine Anzeige, die eine Mehrzahl von Pixeln umfasst, und ein Computersystem, das mit der Anzeige gekoppelt und betriebsfähig ist, um die Anzeige zu veranlassen, ein Zielbild zu rendern. Es umfasst ferner ein Mikrolinsenarray, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist und eine Mehrzahl von Mikrolinsen umfasst, wobei das Mikrolinsenarray betriebsfähig ist, um ein dem Zielbild entsprechendes Lichtfeld durch Verändern des von der Anzeige emittierten Lichts zu erzeugen, und wobei die Anzeige und das Mikrolinsenarray innerhalb eines augennahen Bereichs eines Beobachters angeordnet sind. Es umfasst ebenfalls wenigstens eine Sammellinse, die zwischen dem Mikrolinsenarray und einer erwarteten Position eines Auges des Beobachters angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Sammellinse betriebsfähig ist, um ferner das von dem Mikrolinsenarray emittierte Lichtfeld zu verändern, um einem Benutzer zu ermöglichen, auf das Zielbild bei einer vergrößerten Tiefenschärfe bei einem vergrößerten Abstand von einem Auge des Beobachters zu fokussieren, und um die räumliche Auflösung des Zielbildes zu erhöhen.
In einer unterschiedlichen Ausführungsform wird eine Einrichtung zum Anzeigen eines NELD-Bildes offenbart. Die Einrichtung umfasst eine gebogene Anzeige, die eine Mehrzahl von Pixeln umfasst, die betriebsfähig ist, um ein einem Zielbild entsprechendes vorgefiltertes Bild anzuzeigen. Sie umfasst ebenfalls ein gebogenes Mikrolinsenarray, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist und eine Mehrzahl von Mikrolinsen umfasst, wobei das Mikrolinsenarray betriebsfähig ist, ein dem Zielbild entsprechendes Lichtfeld durch Verändern des von der Anzeige emittierten Lichts zu erzeugen, und wobei die Anzeige und das Mikrolinsenarray innerhalb eines augennahen Bereichs eines Beobachters angeordnet sind. Schließlich umfasst sie in einer Ausführungsform wenigstens eine Sammellinse, wobei die wenigstens eine Sammellinse betriebsfähig ist, um das von dem Mikrolinsenarray emittierte Lichtfeld vor Eintritt in ein Auge des Beobachters weiter zu verändern, um dem Beobachter zu ermöglichen, auf das Zielbild bei einer vergrößerten Tiefenschärfe bei einem vergrößerten Abstand von einem Auge des Beobachters zu fokussieren und die räumliche Auflösung des Zielbildes zu erhöhen.
Die folgende detaillierte Beschreibung wird zusammen mit den begleitenden Zeichnungen ein besseres Verständnis des Wesens und der Vorteile der vorliegenden Erfindung bereitstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf ähnliche Elemente beziehen.
1 ist ein beispielhaftes Computersystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2A veranschaulicht eine herkömmliche augennahe Anzeige (NED), die eine Sammellinse vor einer Anzeige umfasst.
2B veranschaulicht ein System einer augennahen Lichtfeldanzeige (NELD), das ein Mikrolinsenarray umfasst, das benachbart zu einer Anzeige angeordnet ist.
2C veranschaulicht eine Architektur für eine Hybridoptik für eine augennahe Anzeige (HONED = „Hybrid Optics for Near-Eye Display“), wobei eine Sammellinse vor einem Mikrolinsenarray gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
3 veranschaulicht die Unzulänglichkeiten der NELD-Architektur.
4 veranschaulicht die Art und Weise, in der die Architektur der Hybridoptik für augennahe Anzeigen die wahrgenommene räumliche Auflösung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhöht.
5 veranschaulicht die wahrgenommene Auflösung der Hybridoptik für die Architektur einer augennahen Anzeige, die als eine Funktion des virtuellen Objektabstands gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgetragen ist.
6 ist eine Tabelle, die Gestaltungsbeispiele für HONED-Architekturen umfasst.
7 veranschaulicht die Art und Weise, in der das Biegen des Mikrolinsenarrays in einer NELD-Architektur die wahrgenommene Auflösung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhöht.
8 veranschaulicht die Art und Weise, in der das Biegen des Mikrolinsenarrays zusätzlich zu der Verwendung der Sammellinse der Hybridoptik für die Architektur der augennahen Anzeigen die wahrgenommene Auflösung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhöht.
9A–9F veranschaulichen die Arten der Hybridoptik für augennahe Anzeigen, die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften computer-implementierten Prozesses zum Anzeigen eines NELD-Bildes mit erhöhter räumlicher Auflösung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezug wird nun detailliert auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht werden. Obwohl in Verbindung mit diesen Ausführungsformen beschrieben, versteht es sich, dass sie nicht dazu bestimmt sind, die Offenbarung zu diesen Ausführungsformen zu beschränken. Die Offenbarung ist im Gegenteil dazu bestimmt, Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, die innerhalb des Geists und Schutzumfangs der Offenbarung umfasst sein können, wie durch die angehängten Ansprüche definiert. Des Weiteren werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein tiefgehendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann. In anderen Fällen wurden bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht detailliert beschrieben, um Aspekte der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise zu verschleiern.
Einige Abschnitte der detaillierten Beschreibungen, die folgen, werden in Begriffen von Prozeduren, Logikblöcken, Verarbeitung und anderen symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers präsentiert. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind die Mittel, die von Fachleuten auf dem/den relevanten Fachgebiet(en) der Datenverarbeitung verwendet werden, um die Substanz ihrer Arbeit am wirksamsten an andere Fachleute zu vermitteln. In der vorliegenden Anmeldung wird eine Prozedur, ein Logikblock, ein Prozess oder dergleichen konzipiert, eine selbstkonsistente Folge von Schritten oder Anweisungen zu sein, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Die Schritte sind die, welche physikalische Manipulationen von physikalischen Größen benutzen. Gewöhnlicherweise jedoch nicht notwendigerweise nehmen diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen an, die dazu fähig sind, gespeichert, transferiert, kombiniert, verglichen und anderweitig in einem Computersystem manipuliert zu werden. Es hat sich mitunter als zweckmäßig erwiesen, hauptsächlich aus Gründen des verbreiteten Gebrauchs, sich auf diese Signale als Transaktionen, Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Abtastungen, Pixel oder dergleichen zu beziehen.
Es sollte jedoch im Sinn behalten werden, dass alle diese und ähnliche Begriffe den geeigneten physikalischen Größen zuzuordnen sind und lediglich zweckmäßige Bezeichnungen sind, die für diese Größen verwendet werden. Wenn nicht spezifisch anders angegeben, wie aus den folgenden Erläuterungen ersichtlich, ist zu erkennen, dass durch die vorliegende Offenbarung hindurch Erläuterungen, die Begriffe wie beispielsweise "Bestimmen," "Anzeigen," "Erzeugen," "Verändern" oder dergleichen benutzen, sich auf Handlungen und Prozesse (z.B., Ablaufdiagramm 1000 von 10) eines Computersystems oder ähnlicher elektronischer Rechenvorrichtung oder Prozessor beziehen (z.B., System 110 von 1). Das Computersystem oder eine ähnliche elektronische Rechenvorrichtung manipuliert und transformiert Daten, die als physikalische (elektronische) Größen innerhalb der Speicher und Register des Computersystems oder anderer derartiger Informationsspeicher, Übertragungs- oder Anzeigevorrichtungen repräsentiert sind.
Hier beschriebene Ausführungsformen können im allgemeinen Zusammenhang von computerausführbaren Anweisungen erläutert werden, die sich auf einer Form von computerlesbaren Speichermedium befinden, wie beispielsweise Programmmodule, die von einem oder mehreren Computern oder anderen Vorrichtungen ausgeführt werden. Beispielhaft und nicht beschränkend können computerlesbare Speichermedien nicht vorübergehende computerlesbare Speichermedien und Kommunikationsmedien umfassen; wobei nicht vorübergehende computerlesbare Medien alle computerlesbaren Medien mit Ausnahme eines vorübergehenden, sich ausbreitenden Signals umfassen. Im Allgemeinen umfassen Programmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen, usw., die besondere Aufgaben durchführen oder besondere abstrakte Datenarten implementieren. Die Funktionalität der Programmmodule kann wie gewünscht in verschiedenen Ausführungsformen kombiniert oder verteilt werden.
Computerspeichermedien umfassen flüchtige und nichtflüchtige, entfernbare und nichtentfernbare Medien, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zur Speicherung von Information, wie beispielsweise computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder andere Daten, implementiert sind. Computerspeichermedien umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Direkt-Zugriffs-Speicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), elektrisch löschbare programmierbare ROM (EEPROM), Flash-Speicher oder anderen Speichertechnologie, Compact-Disk-ROM (CD-ROM), Digital Versatile Disks (DVDs) oder andere optische Speicher, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen, oder ein beliebiges anderes Medium, das verwendet werden kann, um die gewünschte Information zu speichern, und auf das zugegriffen werden kann, um die Information abzurufen.
Kommunikationsmedien können computerausführbare Anweisungen, Datenstrukturen und Programmmodule verkörpern und umfassen beliebige Informationsliefermedien. Beispielhaft und nicht beschränkend umfassen Kommunikationsmedien verdrahtete Medien, wie beispielsweise ein verdrahtetes Netzwerk oder eine direkt verdrahtete Verbindung, und drahtlose Medien, wie beispielsweise akustische, hochfrequente (RF), infrarote und andere drahtlose Medien. Beliebige Kombinationen des oben genannten können ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs von computerlesbaren Medien umfasst sein.
1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Rechensystems 110, das dazu fähig ist, Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu implementieren. Das Rechensystem 110 stellt allgemein irgendeine Einzel- oder Mehrfach-Prozessor-Rechenvorrichtung oder System dar, die/das dazu fähig ist, computerlesbare Anweisungen auszuführen. Beispiele des Rechensystems 110 umfassen ohne Beschränkung Workstations, Laptops, clientseitige Terminals, Servers, verteilte Rechensysteme, handgehaltene Vorrichtungen, am Kopf angebrachte Computeranzeigesysteme oder ein beliebiges anderes Rechensystem oder Vorrichtung. In seiner grundlegendsten Konfiguration kann das Rechensystem 110 mindestens einen Prozessor 114 und einen Systemspeicher 116 umfassen.
Der Prozessor 114 stellt im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form einer Verarbeitungseinheit dar, die dazu fähig ist, Daten zu verarbeiten oder Anweisungen zu interpretieren und auszuführen. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit 114 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder beides darstellen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Prozessor 114 Anweisungen von einer Softwareanwendung oder einem Modul empfangen. Diese Anweisungen können den Prozessor 114 veranlassen, die Funktionen von einer oder mehrerer der hier beschriebenen und/oder veranschaulichten Beispielausführungsformen durchzuführen.
Der Systemspeicher 116 stellt im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speichervorrichtung oder Medium dar, die oder das dazu fähig ist, Daten und/oder andere computerlesbare Anweisungen zu speichern. Beispiele des Systemspeichers 116 umfassen ohne Beschränkung RAM, ROM, Flash-Speicher oder jede andere geeignete Speichervorrichtung. Obwohl nicht erforderlich, kann in bestimmten Ausführungsformen das Rechensystem 110 sowohl eine flüchtige Speichereinheit (wie beispielsweise den Systemspeicher 116) als auch eine nicht-flüchtige Speichervorrichtung (wie beispielsweise die primäre Speichervorrichtung 132) umfassen.
Das Rechensystem 110 kann ebenfalls ein oder mehrere Komponenten oder Elemente zusätzlich zu dem Prozessor 114 und dem Systemspeicher 116 umfassen. Beispielsweise umfasst in der Ausführungsform von 1 das Rechensystem 110 einen Speichercontroller 118, einen Eingabe/Ausgabe(E/A)-Controller 120 und eine Kommunikationsschnittstelle 122, die jeweils über eine Kommunikationsinfrastruktur 112 miteinander verbunden sein können. Die Kommunikationsinfrastruktur 112 stellt im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von Infrastruktur dar, die dazu fähig ist, die Kommunikation zwischen einer oder mehreren Komponenten einer Rechenvorrichtung zu erleichtern. Beispiele der Kommunikationsinfrastruktur 112 umfassen ohne Beschränkung einen Kommunikationsbus (wie beispielsweise einen Industry Standard Architektur (ISA), Peripheral Component Interconnect (PCI), PCI Express (PCIe) oder ähnlichen Bus) und ein Netzwerk.
Der Speichercontroller 118 stellt im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von Vorrichtung dar, die dazu fähig ist, Speicher oder Daten zu handhaben oder eine Kommunikation zwischen einer oder mehreren Komponenten des Rechensystems 110 zu steuern. Beispielsweise kann der Speichercontroller 118 eine Kommunikation zwischen dem Prozessor 114, dem Systemspeicher 116 und dem E/A-Controller 120 über die Kommunikationsinfrastruktur 112 steuern.
Der E/A-Controller 120 stellt im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von Modul dar, das dazu fähig ist, die Eingabe- und Ausgabe-Funktionen einer Rechenvorrichtung zu koordinieren und/oder zu steuern. Beispielsweise kann der E/A-Controller 120 den Transfer von Daten zwischen einem oder mehreren Elementen des Rechensystems 110, wie beispielsweise dem Prozessor 114, dem Systemspeicher 116, der Kommunikationsschnittstelle 122, dem Anzeigeadapter 126, der Eingabeschnittstelle 130 und der Speicherschnittstelle 134, steuern oder erleichtern.
Die Kommunikationsschnittstelle 122 stellt allgemein eine beliebige Art oder Form von Kommunikationsvorrichtung oder Adapter dar, die/der dazu fähig ist, eine Kommunikation zwischen dem Beispielrechensystem 110 und einer oder mehreren zusätzliche Vorrichtungen zu erleichtern. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 122 eine Kommunikation zwischen dem Rechensystem 110 und einem privaten oder öffentlichen Netzwerk einschließlich zusätzlichen Rechensystemen erleichtern. Beispiele der Kommunikationsschnittstelle 122 umfassen ohne Beschränkung eine verdrahtete Netzwerkschnittstelle (wie beispielsweise eine Netzwerkschnittstellenkarte), eine drahtlose Netzwerkschnittstelle (wie beispielsweise eine drahtlose Netzwerkschnittstellenkarte), ein Modem und irgendeine andere geeignete Schnittstelle. In einer Ausführungsform stellt die Kommunikationsschnittstelle 122 eine direkte Verbindung zu einem entfernten Server über eine direkte Verbindung zu einem Netzwerk, wie beispielsweise das Internet, bereit. Die Kommunikationsschnittstelle 122 kann ebenfalls eine derartige Verbindung durch eine beliebige andere geeignete Verbindung indirekt bereitstellen.
Die Kommunikationsschnittstelle 122 kann ebenfalls einen Host-Adapter darstellen, der ausgelegt ist, um eine Kommunikation zwischen dem Rechensystem 110 und einem oder mehreren zusätzlichen Netzwerken oder Speichervorrichtungen über einen externen Bus oder Kommunikationskanal zu erleichtern. Beispiele von Host-Adaptern umfassen ohne Beschränkung Host-Adapter der Small Computer System Interface (SCSI), Host-Adapter des Universal Serial Bus (USB), Host-Adapter des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1394, Host-Adapter der Serial Advanced Technology Attachment (SATA) und External SATA (eSATA), Host-Adapter des Advanced Technology Attachment (ATA) und Parallel ATA (PATA), Fibre Channel Schnittstellen-Adapters, Ethernet-Adapters oder dergleichen. Die Kommunikationsschnittstelle 122 kann dem Rechensystem 110 ebenfalls ermöglichen, in verteiltem oder entferntem Rechnen aktiv zu werden. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 122 Anweisungen von einer entfernten Vorrichtung empfangen oder Anweisungen an eine entfernte Vorrichtung zur Ausführung senden.
Wie in 1 veranschaulicht, kann das Rechensystem 110 ebenfalls wenigstens eine Anzeigevorrichtung 124 umfassen, die mit der Kommunikationsinfrastruktur 112 über einen Anzeige-Adapter 126 gekoppelt ist. Die Anzeigevorrichtung 124 stellt im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von Vorrichtung dar, die dazu fähig ist Information visuell anzuzeigen, die von dem Anzeigeadapter 126 weitergeleitet wird. In einer Ausführungsform ist die Anzeigevorrichtung 124 eine am Kopf angebrachte Vorrichtung, die eine Anzeige und Linsenanordnung umfasst, die in Verbindung mit den nachstehenden Figuren, z.B. 2B–C, 3, 4, 7 und 8, weiter beschrieben wird. Auf ähnliche Weise stellt der Anzeigen-Adapter 126 im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von Vorrichtung dar, die ausgelegt ist, um Graphik, Text und andere Daten zur Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 124 weiterzuleiten.
Wie in 1 veranschaulicht, kann das Rechensystem 110 ebenfalls wenigstens eine Eingabevorrichtung 128 umfassen, die mit der Kommunikationsinfrastruktur 112 über eine Eingabeschnittstelle 130 gekoppelt ist. Die Eingabevorrichtung 128 stellt im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von Eingabevorrichtung, die dazu fähig ist, eine Eingabe, die entweder Computer- oder menschlich erzeugt wird, an das Rechensystem 110 zu liefern. Beispiele der Eingabevorrichtung 128 umfassen, ohne Beschränkung, eine Tastatur, eine Zeigevorrichtung, eine Spracherkennungsvorrichtung oder eine beliebige andere Eingabevorrichtung. Falls das Rechensystem 110 innerhalb einer am Kopf angebrachten Anzeige liegt, dann kann die Eingabevorrichtung 128 ebenfalls Mechanismen zur Verfolgung von Kopf, Auge oder Körper umfassen.
Wie in 1 veranschaulicht, kann das Rechensystem 110 auch eine primäre Speichervorrichtung 132 und eine Sicherungsspeichervorrichtung 133 umfassen, die mit der Kommunikationsinfrastruktur 112 über eine Speicherschnittstelle 134 gekoppelt sind. Die Speichervorrichtungen 132 und 133 stellen im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von Speichervorrichtung oder Medium dar, die dazu fähig ist, Daten und/oder andere computerlesbare Anweisungen zu speichern. Beispielsweise können die Speichervorrichtungen 132 und 133 ein Magnetplattenlaufwerk (z.B. eine sogenannte Festplatte), ein Floppy-Disk-Laufwerk, ein Magnetbandlaufwerk, ein optisches Plattenlaufwerk, ein Speicherstick oder dergleichen sein. Die Speicherschnittstelle 134 stellt im Allgemeinen eine beliebige Art oder Form von Schnittstelle oder Vorrichtung zum Transferieren von Daten zwischen den Speichervorrichtungen 132 und 133 und anderen Komponenten des Rechensystems 110 dar.
In einem Beispiel können Datenbanken 140 in der primären Speichervorrichtung 132 gespeichert werden. Die Datenbanken 140 können Abschnitte einer einzelnen Datenbank oder Rechenvorrichtung darstellen oder sie können mehrere Datenbanken oder Rechenvorrichtungen darstellen. Beispielsweise können Datenbanken 140 (gespeichert werden auf) einen Abschnitt des Rechensystems 110 und/oder Abschnitte der Beispielnetzwerkarchitektur 200 in 2 (nachstehend) darstellen. Alternativ können Datenbanken 140 eine oder mehrere physisch getrennte Vorrichtungen darstellen (gespeichert werden auf), die für den Zugriff durch eine Rechenvorrichtung, wie beispielsweise dem Rechensystem 110 und/oder Abschnitten der Netzwerkarchitektur 200, geeignet sind.
Fortfahrend mit Bezug auf 1 können die Speichervorrichtungen 132 und 133 ausgelegt sein, um aus einer entfernbaren Speichereinheit zu lesen und/oder auf dieselbe zu schreiben, die ausgelegt ist, um Computersoftware, Daten oder andere computerlesbare Information zu speichern. Beispiele von geeigneten entfernbaren Speichereinheiten umfassen ohne Beschränkung eine Floppy-Disk, ein Magnetband, eine optische Platte, eine Flash-Speicher-Vorrichtung oder dergleichen. Die Speichervorrichtungen 132 und 133 können ebenfalls andere ähnliche Strukturen oder Vorrichtungen umfassen, um Computersoftware, Daten oder anderen computerlesbaren Anweisungen zu ermöglichen, in das Rechensystem 110 geladen zu werden. Beispielsweise können Speichervorrichtungen 132 und 133 ausgelegt sein, um Software, Daten oder andere computerlesbare Information zu lesen und zu schreiben. Die Speichervorrichtungen 132 und 133 können ebenfalls ein Teil des Rechensystems 110 oder getrennte Vorrichtungen sein, auf die durch andere Schnittstellensysteme zugegriffen wird.
Viele andere Vorrichtungen oder Subsysteme können mit dem Rechensystem 110 verbunden sein. Umgekehrt müssen nicht alle der in 1 veranschaulichten Komponenten und Vorrichtungen vorhanden sein, um die hier beschriebenen Ausführungsformen zu praktizieren. Die Vorrichtungen und Subsysteme, auf die oben Bezug genommen wird, können ebenfalls auf unterschiedliche Weisen von dem in 1 gezeigten miteinander verbunden sein. Das Rechensystem 110 kann ebenfalls eine beliebige Anzahl von Software-, Firmware- und/oder Hardware-Konfigurationen benutzen. Beispielsweise können die hier offenbarten Beispielausführungsformen als ein Computerprogramm (auch als Computersoftware, Softwareanwendungen, computerlesbare Anweisungen oder Computersteuerlogik bezeichnet) auf einem computerlesbaren Medium codiert werden.
Das computerlesbare Medium, welches das Computerprogramm enthält, kann in das Rechensystem 110 geladen werden. Das gesamte oder ein Abschnitt des auf dem computer-lesbaren Medium gespeicherten Computerprogramms kann dann im Systemspeicher 116 und/oder verschiedenen Abschnitten der Speichervorrichtungen 132 und 133 gespeichert werden. Wenn durch den Prozessor 114 ausgeführt, kann ein in das Rechensystem 110 geladene Computerprogramm den Prozessor 114 veranlassen, die Funktionen der hier beschriebenen und/oder veranschaulichten Beispielausführungsformen durchzuführen oder ein Mittel zum Durchführen derselben zu sein. Zusätzlich oder alternativ können die hier beschriebenen und/oder veranschaulichten Beispielausführungsformen in Firmware und/oder Hardware implementiert werden.
Beispielsweise kann ein Computerprogramm zum Bestimmen eines vorgefilterten Bildes basierend auf einem Zielbild auf dem computerlesbaren Medium und dann im Systemspeicher 116 und/oder verschiedenen Abschnitten der Speichervorrichtungen 132 und 133 gespeichert werden. Wenn durch den Prozessor 114 ausgeführt, kann das Computerprogramm den Prozessor 114 veranlassen, die Funktionen durchzuführen und/oder ein Mittel zum Durchführen derselben zu sein, die zum Ausführen der Bestimmung eines oben erläuterten vorgefilterten Bildes erforderlich sind.
HYBRIDOPTIK FÜR AUGENNAHE ANZEIGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen augennahe Anzeigen bereit, wobei eine Anzeige durch ein Lichtfeld-erzeugendes Element, z.B. ein Mikrolinsenarray, das in der Nähe einer Anzeige angeordnet ist, und eine Sammellinse, die benachbart zu dem Mikrolinsenarray angeordnet ist, betrachtet wird. In einer Ausführungsform wirken das Mikrolinsenarray und die Anzeige zusammen, um ein Lichtfeld für virtuelle Objekte anschaulich darzustellen, die innerhalb einer komprimierten Tiefenschärfe lokalisiert sind. Demgemäß stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Hybridoptiksysteme bereit, wobei ein primäres Vergrößerungsglas, der herkömmlicherweise in am Kopf angebrachten Anzeigen (HMDs = „Head Mounted Displays“) verwendet wird, mit einem Mikrolinsenarray kombiniert wird, das in Architekturen der augennahen Lichtfeldanzeige (NELD) verwendet wird. Verglichen mit NELD-Architekturen kann die Sammellinse die Tiefenschärfe verringern, die mit der Lichtfeldanzeige anschaulich dargestellt werden. Als Ergebnis schließen Ausführungsformen der Erfindung die Notwendigkeit für zusätzliche kostenaufwändige oder platzraubende optische Elemente aus, um eine bequeme Akkommodation für am Kopf angebrachte Anzeigen zu unterstützen.
Die Komponenten, Funktionen und Prozesse, die eine NELD-Architektur umfassen, werden detailliert im Folgenden beschrieben: U.S. Patent Application Serial No. 13/720809, "NEAR-EYE MICROLENS ARRAY DISPLAYS", Attorney Docket NVID P-SC-12-0347-US1, David Luebke, eingereicht am 19. Dezember 2012; und U.S. Patent Application Serial No. 13/720831, "NEAR-EYE PARALLAX BARRIER DISPLAYS", Attorney Docket NVID P-SC-12-0347-US2, David Luebke, eingereicht am 19. Dezember 2012; und U.S. Patent Application Serial No. 13/720842, "NEAR-EYE OPTICAL DECONVOLUTION DISPLAYS", Attorney Docket NVID P-SC-12-0347-US3, David Luebke, eingereicht am 19. Dezember 2012 ("the NELD-Architecture applications"), die alle hier durch Bezug aufgenommen sind.
Wie oben angegeben, stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Hybridoptiksystem für die in den NELD-Architekturanwendungen erläuterte NELD-Architektur durch Kombinieren einer Sammellinse vor dem Mikrolinsenarray bereit. Die vor dem Mikrolinsenarray angeordnete Sammellinse induziert eine künstliche Myopie (Kurzsichtigkeit) in dem Betrachter. Demgemäß kann die darunterliegende augennahe Lichtfeldanzeige, die eine Kombination des Mikrolinsenarrays und der Anzeige ist, wie in den NELD-Architekturanwendungen erläutert, auf eine Art und Weise betrieben werden, die einen größeren Prozentsatz der systemeigenen Anzeigeauflösung bewahrt. Obwohl die Erläuterung der vorliegenden Erfindung ein Mikrolinsenarray als ein Beispiel auf einem Lichtfeld-erzeugenden Element verwendet, wird ein Fachmann erkennen, dass, wie in weiterem Detail in den NELD-Architekturanwendungen beschrieben, das Lichtfeld-erzeugende Element auf verschiedene unterschiedliche Weisen, z.B., Stapel von Anzeigen usw., aufgebaut werden kann.
Die in den NELD-Architekturanwendungen offenbarte NELD-Architektur widmet sich seit langem bestehenden Herausforderungen für Architekturen von augennahen Anzeigen für virtuelle Realität, die eine dünne, leichtgewichtige Vergrößerungsoptik, die Fähigkeit, die optischen Aberrationen des Benutzers zu korrigieren (z.B., Eliminieren der Notwendigkeit für Brillen auf Rezept), und bequemes Betrachten ermöglichen, indem der Akkommodations-Konvergenz-Konflikt und die Darstellung der ungefähr richtigen retinalen Defokussier-Verwischung angesprochen wird. Die NELD-Anzeigen können in einer Ausführungsform scharfe Bilder mit weitem Blickfeld unter Verwendung von optischen Elementen außer Fokus synthetisieren. In einer Ausführungsform wird eine Anzeige durch ein Mikrolinsenarray betrachtet, das in unmittelbarer Nähe angeordnet ist. Jede Mikrolinse und jedes Anzeigesegment wirkt als ein herkömmliches HMD-Vergrößerungsglas, das ein virtuelles, aufrechtes Bild an einem bequemen Fokussierabstand für den Betrachter anschaulich darstellt. Diese Architektur präsentiert virtuelle Objekte mit korrektem retinalen Fokus und Defokussier-Hinweisen, wodurch die Tiefenwahrnehmung des Benutzers gesteigert wird. Des Weiteren sind, da die Mikrolinsen-Aperturen verglichen mit herkömmlicher HMD-Vergrößerungsoptik relativ klein sind, geringe Brennweiten erreichbar, die dünne, leichtgewichtige HMDs ermöglichen. Diese Vorteile kommen jedoch nicht umsonst, weil die wahrgenommene räumliche Auflösung relativ zu der systemeigenen Anzeigeauflösung verringert wird.
Durch Anordnen eines konvergierenden optischen Elements vor dem Mikrolinsenarray der NELD-Architektur, steigern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die wahrgenommene räumliche Auflösung der in den NELD-Architekturanwendungen offenbarten augennahen Lichtfeldanzeigen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung steigern erheblich die Auflösung in jeder Dimension unter Verwendung von Vergrößerungsoptik. Diese Vorteile können beispielsweise in einer Ausführungsform durch Hinzufügen einer einzelnen Linse mit einer Gesamtdicke vor dem Mikrolinsenarray verwirklicht werden, wobei die Sammellinse in direktem Kontakt mit oder physisch getrennt von dem Mikrolinsenarray angeordnet werden kann. Demgemäß können die Formfaktorvorteile der NELD-Ausgestaltungen beibehalten werden, ohne räumliche Auflösung zu opfern. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen daher, dass die NELD-Ausgestaltungen in praktischere Formfaktoren aufgenommen werden, weil die Notwendigkeit für Anzeigen mit besonders hoher Auflösung entspannter ist. Als Ergebnis verringern sie vorteilhafterweise auch die Kosten für am Kopf angebrachte Anzeigen.
2A veranschaulicht eine herkömmliche augennahe Anzeige (NED), die eine Sammellinse 203 vor einer Anzeige 204 umfasst. Der Benutzer nimmt ein virtuelles, aufrechtes Bild 202 war, das erscheint, weit weg lokalisiert zu sein. Typischerweise wird die Sammellinse 203 durch ihre Brennweite 201 von der Anzeige 204 getrennt, so dass das virtuelle Bild im optischen Unendlichen erscheint.
2B veranschaulicht ein System einer augennahen Lichtfeldanzeige (NELD), wie in den NELD-Architekturanwendungen erläutert, das ein Mikrolinsenarray 220 umfasst, das benachbart zu einer Anzeige 210 angeordnet ist. Da die Mikrolinsen relativ geringe Brennweiten verglichen mit Linsen aufweisen, die in herkömmlichen NEDs, z.B., der in 2A veranschaulichten NED, verwendet werden, kann die HMD-Dicke erheblich verringert werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht virtuellen Objekten, eine erweiterte Tiefenschärfe 225 hindurch anschaulich dargestellt zu werden.
2C veranschaulicht eine Architektur einer Hybridoptik für augennahe Anzeigen (HONED), wobei eine Sammellinse vor einem Mikrolinsenarray gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Die HONED-Architektur der vorliegenden Erfindung arbeitet in einer Ausführungsform als eine Kombination von herkömmlichen augennahen Anzeigen, z.B. der in 2A gezeigten Architektur, und einer NELD-Ausgestaltung, z.B. der in 2B gezeigten Architektur. Genauer gesagt wird eine Mikrolinse 240 benachbart zu einer Sammellinse 230 angeordnet. In einer Ausführungsform wirken das Mikrolinsenarray 240 und die Anzeige 250 zusammen, um ein Lichtfeld für virtuelle Objekte anschaulich darzustellen, die innerhalb der komprimierten Tiefenschärfe 226 lokalisiert sind. Es sollte erkennbar sein, dass, verglichen mit der in 2B beispielhaft dargestellten NELD-Architektur, die Sammellinse 230 von 2C die Tiefenschärfe dramatisch verringert, die mit der Lichtfeldanzeige anschaulich dargestellt werden muss. Mit anderen Worten ermöglicht eine Tiefenschärfe, die nahe der Anzeige lokalisiert ist, z.B., die Tiefenschärfe 226, durch die Mikrolinsen und die Anzeige anschaulich dargestellt zu werden. Da virtuelle Objekte, wie durch die darunterliegende NELD-Anzeige anschaulich dargestellt, nahe der Anzeige in der Tiefenschärfe 226 lokalisiert sind, wird eine größere Auflösung bewahrt. Die Tiefenschärfe 226 wird jedoch von der Sammellinse 230 transformiert, so dass das virtuelle Objekt am Ort 280 innerhalb der gleichen Tiefenschärfe 225 wie die in 2B veranschaulichte NELD-Architektur wahrgenommen werden kann. Demgemäß ermöglicht die Sammellinse dem Betrachter, bequem auf Objekte zu fokussieren, die innerhalb ihres natürlichen Akkommodationsbereichs erscheinen. Die HONED-Architektur ermöglicht daher, dass ein größerer Prozentsatz der systemeigenen Anzeigeauflösung bewahrt wird, obwohl die Vorteile der NELD-Architektur beibehalten werden und einem Benutzer ermöglicht wird, ohne weiteres auf das virtuelle Bild zu fokussieren.
3 veranschaulicht die Unzulänglichkeiten der NELD-Architektur, wobei ein Beispiel derselben in 2B gezeigt wird. Wie oben erläutert, wird die wahrgenommene räumliche Auflösung in der NELD-Architektur relativ zu der systemeigenen Anzeigeauflösung verringert. Wie in 3 gezeigt, definiert in NELD-Architekturen die Mitte jeder Mikrolinse im Mikrolinsenarray 330 und die Eyebox 340 ein Sicht-Frustum, z.B. das Frustrum 305. Es sei bemerkt, dass in einer Ausführungsform eine Eyebox die physikalische Region ist, über die sich die Pupille vor der augennahen Anzeige (NED) bewegen kann, so dass die Bilder ohne bedeutende Artefakte oder Verzerrungen wahrgenommen werden. Diese Region ist typischerweise ein dreidimensionaler Konstrukt, der sich in Länge, Breite und Höhe vor der Anzeige erstreckt. Zwecks Veranschaulichung wird sie jedoch als eine zweidimensional Box an einem festen Abstand vor dem Mikrolinsenarray gezeigt. Dieser Abstand entspricht dem typischen Abstand einer Pupille eines Betrachters, wenn die NED als Teil einer am Kopf angebrachten Einrichtung getragen oder anderweitig betrachtet wird.
Das nächste virtuelle Bild 350 stellt den nächsten Abstand dar, auf den das bloße menschliche Auge akkommodieren kann. Es sollte erkennbar sein, dass benachbarte Sicht-Frusta an diesem Abstand, z.B. der Überlappungsregion 360, eine beträchtliche Überlappung aufweisen. Dies führt zu einer bedeutenden Redundanz innerhalb des gerenderten Lichtfelds für ein virtuelles Objekt, das an dieser Tiefe lokalisiert ist, und demgemäß wird die wahrgenommene räumliche Auflösung verglichen mit der systemeigenen Anzeigeauflösung verringert. Beispielsweise wird irgendein Punkt auf dem nächsten virtuellen Bild 350, der innerhalb der Überlappungsregion 360 fällt, dazu führen, dass er auf der Anzeige 390 mehr als einmal anschaulich dargestellt wird, womit ein Verlust der Auflösung verursacht wird.
4 veranschaulicht die Art und Weise, in der die Architektur der Hybridoptik für augennahe Anzeigen die wahrgenommene räumliche Auflösung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhöht. Das Benutzen der Sammellinse 470 vor dem Mikrolinsenarray 430 verringert die Tiefenschärfe, die mit der Lichtfeldanzeige anschaulich dargestellt werden muss, wie oben erläutert. Das Mikrolinsenarray 430 und die Anzeige 420 erzeugen eine erste virtuelle Bildebene 410 an einem verringerten Abstand 481 im Vergleich zu der herkömmlichen NELD-Architektur, wobei die nächste virtuelle Bildebene 450 am Abstand 482 von der Eyebox erzeugt wird. Die Sammellinse 470 transformiert die von dem Mikrolinsenarray und der Anzeige erzeugte Lichtfeldanzeige, um zu ermöglichen, dass ein Bild an der zweiten virtuellen Bildebene 450 am Abstand 482 wahrgenommen wird. Obwohl die Lichtfeldanzeige die nächste Bildebene 410 näher zu der Anzeige 420 erzeugt, nimmt der Benutzer somit das Bild immer noch am Abstand 482 aufgrund der Sammellinse 470 wahr. Anders ausgedrückt, obwohl das Mikrolinsenarray 430 und die Anzeige 420 zusammen wirken, um eine Lichtfeldanzeige zu erzeugen, die ein virtuelles Bild 410 am Abstand 481 erzeugt, verändert die Sammellinse 470 die Lichtfeldanzeige, so dass das Bild an der virtuellen Bildebene 450 am virtuellen Bildabstand 482 von dem Benutzer wahrgenommen wird.
Somit weist die HONED-Architektur die Wirkung auf, die nächste virtuelle Bildebene (z.B. Bildebene 410) näher zu dem Mikrolinsenarray 430 zu bringen. Demgemäß ist das nächste virtuelle Bild unter der HONED-Architektur 410 erheblich näher zu dem Mikrolinsenarray 430 im Vergleich zu dem nächsten virtuellen Bild 450 unter der NELD-Architektur. Wie in 4 ersichtlich, wird die Überlappung, z.B. die Überlappungsregion 460, zwischen benachbarten Frusta verringert, indem die nächste virtuelle Bildebene näher an das Mikrolinsenarray 430 gebracht wird.
Demgemäß sind HONED-Architekturen dazu fähig, auf einen viel geringeren Abstand zu akkommodieren und die geometrische Überlappung zwischen benachbarten Sicht-Frusta wirksam zu verringern, indem geringere NELD-dargestellte virtuelle Bildabstände, z.B. an der Bildebene 410, ermöglicht werden. Durch Verringern der Überlappung werden Wiederholungen verringert, was seinerseits zu vergrößerter wahrgenommener räumlicher Auflösung führt. Es sei jedoch bemerkt, dass der Benutzer fortfahren wird, das Bild am Abstand 482 aufgrund der Sammellinse 470 wahrzunehmen, welche die Lichtfeldanzeige verändert, die erzeugt wurde, um den wahrgenommenen virtuellen Bildabstand zu erhöhen.
Wie in Verbindung mit 5 gezeigt wird, wird ein großer Bruchteil der systemeigenen Anzeigeauflösung in der HONED-Architektur bewahrt, falls der nächste virtuelle Bildabstand 481 nahe am Augenabstand 480 ist. Es sei jedoch bemerkt, dass der nächste virtuelle Bildabstand 481 innerhalb des natürlichen Bereichs zur menschlichen Akkommodation lokalisiert sein muss. Beispielsweise weist eine durchschnittliche 40 Jahre alte Einzelperson einen Nahpunkt bei 25 cm und einen Fernpunkt bei Unendlich auf.
Wie detailliert in den NELD-Architekturanwendungen erläutert, sollte erkennbar sein, dass die Anzeige 390 in der NELD-Architektur ein Bild anzeigen kann, das nur erkennbar oder fokussiert ist, wenn es durch das Mikrolinsenarray 330 betrachtet wird. Falls das von der Anzeige 390 erzeugte Bild beispielsweise ohne das Mikrolinsenarray 330 betrachtet wird, kann es nicht mit dem Bild äquivalent sein, das vom Auge mit Hilfe des Mikrolinsenarrays 330 wahrgenommen wird. Die Anzeige 324 kann ein einem Zielbild entsprechendes vorgefiltertes Bild anzeigen, das schließlich projiziert wird, das nicht erkennbar ist, wenn es ohne das Mikrolinsenarray 330 betrachtet wird. Wenn das vorgefilterte Bild mit dem Mikrolinsenarray 330 betrachtet wird, kann das Zielbild erzeugt werden und ist erkennbar. Ein Computersystem oder Graphikverarbeitungssystem kann das dem Zielbild entsprechende vorgefilterte Bild erzeugen.
Im Vergleich wird in einer HONED-Architektur die nächste virtuelle Bildebene 410 viel näher zu der Anzeige 420 als in der NELD-Architektur angeordnet. Als Ergebnis wird die Anzeige nicht fokussiert sein, wenn sie durch das Mikrolinsenarray 430 betrachtet wird. Die Sammellinse 470 wird ebenfalls benötigt, so dass die nächste virtuelle Bildebene 410 fokussiert erscheinen kann. Indem die Tiefenschärfe verringert und die nächste virtuelle Bildebene näher an das Mikrolinsenarray 430 gebracht wird, führt die HONED-Architektur vorteilhafterweise zu schlankeren Formfaktoren und verbesserter räumlicher Auflösung.
Es sei bemerkt, dass die Sammellinse 470 ein einzelnes optisches Element in einer Ausführungsform umfassen kann. Alternativ kann sie in anderen Ausführungsformen ein Verbundsystem von Linsen benutzen, die, während die gesamte HMD-Dicke vergrößert wird, arbeiten, um Aberrationen zu minimieren und die optische Leistung und wahrgenommene Auflösung zu erhöhen. In einer Ausführungsform wird das Mikrolinsenarray 430 in Kontakt mit der Sammellinse 470 angeordnet, um den Abstand zwischen ihnen zu minimieren und dadurch die Dicke der HMD zu minimieren. In dieser Ausführungsform wird die darunterliegende Lichtfeldanzeige dem Betrachter ohne bedeutende Veränderung erscheinen. In einer unterschiedlichen Ausführungsform kann das Mikrolinsenarray 430 jedoch von der Sammellinse 470 verschoben sein. In dieser Ausführungsform wird der Betrachter eine vergrößerte Lichtfeldanzeige bei Betrachtung durch die primäre Sammellinse wahrnehmen.
Wie in den NELD-Architekturanwendungen erläutert, wird ein Fachmann erkennen, dass die ELD-Architekturen, wie in den ELD-Architekturanwendungen erläutert, und die HONED-Architektur der vorliegenden Erfindung mehr als eine einfache virtuelle Bildebene an einem festen Abstand anschaulich darstellen können. Beispielsweise kann allgemeiner 3D-Inhalt, der Objekte umfasst, die sich durch einen zugelassenen Tiefenschärfebereich erstrecken, einschließlich mehrerer virtueller Bildebenen an veränderlichen Abständen, sowie auch allgemeine 3D-Formen, Objekte, Texturen oder andere Elemente anschaulich dargestellt werden.
5 veranschaulicht die wahrgenommene Auflösung der Hybridoptik für eine Architektur der augennahen Anzeige, die als eine Funktion des virtuellen Objektabstands gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgetragen ist. Es sei bemerkt, dass die Linie 520 eine beispielhafte Auftragung der wahrgenommenen Auflösung der HONED-Architektur unter Annahme einer Mikrolinsen-Brennweite von 4 mm und einem Augenabstand von 18 mm mit einer 4K UHD darunterliegenden Anzeige ist, die eine horizontale Auflösung von 3840 Pixel aufweist. Die Linie 530 entspricht der oberen Schranke für die Auflösung von NELD-Ausgestaltungen, die in den NELD-Architekturanwendungen offenbart werden (für den Ort virtueller Bilder am optischen Unendlichen). Verglichen mit der Auftragung 530 der NELD-Architektur zeigt die Auftragung 520 der HONED-Architektur in 5, dass sich die Auflösung verbessert, so wie der virtuelle Bildabstand 565 durch Erhöhen der Leistung der in der Architektur verwendeten Sammellinse verkürzt wird. Wie oben entlang der 5 gezeigt, wird eine Änderung in dem virtuellen Objektabstand durch Ändern der optischen Leistung der Sammellinse 560 erreicht. Die Erhöhung der optischen Leistung der Sammellinse bewahrt einen größeren Bruchteil der systemeigenen Anzeigeauflösung.
Wie oben erläutert, umfasst die HONED-Architektur in einer Ausführungsform eine zusätzliche Sammellinse vor einem Mikrolinsenarray. Dieser Linse führt eine künstliche Myopie (Kurzsichtigkeit) in den Betrachter ein, die geringere NELD-dargestellte virtuelle Bildabstände ermöglicht, die in der Lage sind, einen größeren Bruchteil der systemeigenen Anzeigeauflösung zu bewahren. Anders ausgedrückt weist die Hinzufügung einer Sammellinse zusammen mit der Darstellung von virtuellen NELD-dargestellten Bildern an einem geringeren Abstand 481 die Wirkung auf, die Wiederholung zwischen elementaren Bildern, z.B. dem elementaren Bild 491, zu verringern. Demgemäß wird die von dem Betrachter wahrgenommene räumliche Auflösung vergrößert, da weniger Elemente unter benachbarten Ansichten der Szene repliziert werden.
6 ist eine Tabelle, die Ausgestaltungsbeispiele für HONED-Architekturen umfasst. Wie aus 6 ersichtlich ist, nimmt die wahrgenommene Auflösung mit zunehmender optischer Leistung der zusätzlichen Sammellinse 470 zu (äquivalent mit dem Verringern der Brennweite der Sammellinse). Die beispielhaften Berechnungen für die in 6 bereitgestellten Werte wurden unter Annahme einer Mikrolinsen-Brennweite von 4,0 mm, einem Augenabstand von 18 mm und einer Anzeige mit einer Auflösung von 3840 × 2160 Pixel durchgeführt.
In einer Ausführungsform kann die Mikrolinsen-Brennweite ebenfalls vergrößert werden, um einen größeren Bruchteil der systemeigenen Auflösung der Anzeige zu bewahren.
7 veranschaulicht die Art und Weise, in der das Biegen des Mikrolinsenarrays in einer NELD-Architektur die wahrgenommene Auflösung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhöht. Wie oben erläutert, kann die wahrgenommene Auflösung durch Verringern der Überlappung zwischen benachbarten Sicht-Frusta vergrößert werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewahrt das Biegen des Mikrolinsenarrays 730 und der darunterliegenden Anzeige 720 einen größeren Bruchteil der systemeigenen Anzeigeauflösung. Falls das Mikrolinsenarray 730 und die darunterliegende Anzeige 720 gebogen sind, werden die Frusta divergieren und zu einer zunehmenden wahrgenommenen Auflösung führen. Beispielsweise ist die Überlappungsregion 760 bedeutend schmaler verglichen mit der Überlappungsregion 360 in 3.
In einer Ausführungsform würde eine derartige Ausgestaltung zuvor gekachelte HMD-Architekturen umfassen. Derartige Ausgestaltungen können praktischerweise unter Verwendung von multiplanaren Näherungen zu einer idealen gebogenen Anzeige, z.B. durch Ausnutzen von aneinandergrenzenden planaren ELD-Ausgestaltungen, implementiert werden.
8 veranschaulicht die Art und Weise, in der das Biegen des Mikrolinsenarrays zusätzlich zum Verwenden der Sammellinse der Hybridoptik der Architektur für augennahe Anzeigen die wahrgenommene Auflösung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhöht. Wie oben erläutert, verringert der Einsatz der Sammellinse 870 vor dem Mikrolinsenarray 830 die Tiefenschärfe, die mit der Lichtfeldanzeige anschaulich dargestellt werden muss, wie oben erläutert. Dies hat die Wirkung, die nächste virtuelle Bildebene 810 näher an das Mikrolinsenarray 830 zu bringen. Demgemäß ist das nächste virtuelle Bild unter der HONED-Architektur 810 erheblich näher an dem Mikrolinsenarray 830 im Vergleich zu dem nächsten virtuellen Bild unter der NELD-Architektur 850. Dies erhöht die wahrgenommene räumliche Auflösung, wie oben erläutert. Ferner führt das Biegen der Anzeige und des Mikrolinsenarrays dazu, dass die Frusta divergieren, was ebenfalls zu der Zunahme der wahrgenommenen Auflösung beiträgt. Wie in 8 ersichtlich, ist die beispielhafte Überlappungsregion 860 schmaler als die in 4 gezeigte Überlappungsregion 460, welche die HONED-Architektur ohne die gebogene Anzeige und das gebogene Mikrolinsenarray veranschaulicht. Es sei ferner bemerkt, dass in einer Ausführungsform die Sammellinse 870 ebenfalls, beispielsweise unter Verwendung von einer oder mehreren flexiblen Fresnellinsen, gebogen sein kann.
9A–9F veranschaulichen die Arten der Hybridoptik für augennahe Anzeigen, die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. In der Ausführungsform von 9A kann die Hybridoptik unter Verwendung eines Systems von bikonvexen Linsen implementiert werden. In der Ausführungsform von 9B kann die Hybridoptik unter Verwendung eines Systems von plankonvexen Linsen implementiert werden, was ermöglicht, dass zwei Oberflächen flach ausgeführt werden können. In der Ausführungsform von 9C kann der Luftspalt zwischen einem plankonvexen HONED-Linsensystem beseitigt werden, was eine Einzel-Element-HONED-Linse ermöglicht. In der Praxis kann das Linsensystem daher als ein einzelnes optisches Element implementiert werden, wobei die vordere Oberfläche eine Sammellinse und die hintere Oberfläche ein Mikrolinsenarray ist.
In der Ausführungsform von 9D kann die Sammellinse 470 kaskadiert sein. Anstatt eine einzelne Sammellinse mit einem hohen Dioptriewert einzusetzen, die zu dick sein kann, können einige Sammellinsen kaskadiert werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen. In einer Ausführungsform können die eingesetzten Linsen im Abstand und der Brennweite oder anderen optischen Eigenschaften, z.B., der Form oder der Beschichtung der optischen Oberflächen, variieren. In der Ausführungsform von 9E kann ein Mikrolinsenarray 920 für die konvergierende Schicht verwendet werden, wobei die konvergierende Schicht weniger Linsen als das Mikrolinsenarray umfassen kann, das verwendet wird, um die Lichtfeldanzeige zu erzeugen. Des Weiteren können die beiden Mikrolinsenarrays unähnliche optische Eigenschaften, einschließlich Brennweite und Größe der Mikrolinsen, aufweisen. Und schließlich kann in der Ausführungsform von 9F eine Kombination von Sammellinsen und Mikrolinsenarrays verwendet werden, um die gewünschte Auflösung zu erhalten, wobei die Sammellinsen im Abstand und der Brennweite variieren können. In einer Ausführungsform könnten die in 9E und 9F veranschaulichten Konfigurationen auf eine Mehrzahl von Mikrolinsenarrays und/oder Sammellinsen, z.B. durch Stapeln von drei oder mehr Mikrolinsenarrays, erweitert werden.
Es sollte erkennbar sein, dass die Mikrolinsen oder das Mikrolinsenarray 430 vollständig elektro-optisch umschaltbar sein können/kann, so dass das Mikrolinsenarray ausgelegt werden kann, um entweder optisch äquivalent mit einem Array von Mikrolinsen oder optisch äquivalent mit einer flachen Platte aus transparentem Glas zu sein. Beispielsweise kann das Mikrolinsenarray 430 durch Flüssigkristalle oder durch doppelbrechende Optik zusammen mit Polarisatoren gebildet sein. Als Ergebnis können derartige umschaltbare Mikrolinsen abwechselnd von einem Mikrolinsenarray elektronisch gesteuert werden, das betriebsfähig ist, um ein Lichtfeld an einem transparenten Element anzuzeigen, das ähnlich einer Flachglasscheibe erscheint, die betriebsfähig ist, um das Betrachten der umgebenden Umgebung zu ermöglichen. Die beiden Moden können schnell zwischen räumlich-multiplext oder kombiniert räumlich und temporal alterniert werden. Demgemäß können Applikationen der erweiterten Realität bereitgestellt werden. Ferner können Applikationen der virtuellen Realität unter Verwendung eines festen Mikrolinsenarrays bereitgestellt werden.
In einer Ausführungsform werden die in 2B–C, 3, 4, 7 und 8 veranschaulichten HONED- und NELD-Architekturen in einer HMD aufgenommen. Die HMD würde typischerweise anfangs eine Verbindung mit einem Computersystem herstellen, um der Firmware der HMD zu ermöglichen, programmiert zu werden. Einige Merkmale des HONED- oder NELD-Systems können auf die Firmware für die HMD, z.B. der virtuelle Bildabstand 481, die Abmessungen des virtuellen Bildes, die Größe der Eyebox und der Abstand von der Anzeige usw., vorprogrammiert werden. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform das Rechensystem innerhalb der HMD mit einer virtuellen Tiefenschärfe programmiert werden, die alle möglichen virtuellen Bildabstände, auf die ein Betrachter bequem akkommodieren kann, sowie auch die Tiefenschärfebereiche umfasst, über welche die Architektur, z.B., HONED, virtuelle Bilder oder allgemeine 3D-Szenen, ohne offensichtliche Artefakte oder Verzerrungen genau anschaulich darstellt.
In einer Ausführungsform würde eine Konfigurationsdatei in die HMD geladen werden, welche die Eigenschaften der Anzeige 420 einschließlich Größe und Anzahl von Pixeln auf der Anzeige, das Mikrolinsenarray 430 einschließlich der physikalische Größe und Brennweite der Linsen, die Eigenschaften des virtuellen Bildes 410 oder 450, usw. umfasst. Die HMD-Vorrichtung wird dann eine augennahe Lichtfeldanzeige anzeigen, die mit den Parametern in der Konfigurationsdatei übereinstimmt.
In einer Ausführungsform können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgelegt sein, um ein Brillenglasrezept eines Benutzers zu akkommodieren. Unter Verwendung einer augennahen Lichtfeldanzeige kann das System ausgelegt sein, um Lichtstrahlen zu emittieren, die mit einem virtuellen Platz übereinstimmen, der an einem beliebigen Abstand vor dem Betrachter lokalisiert sein kann. In einer Ausführungsform kann das Rezept des Benutzers in die HMD programmierbar sein. In einer Ausführungsform kann das Rezept des Benutzers ein Parameter in der Konfigurationsdatei sein. Falls ein Betrachter beispielsweise kurzsichtig ist, dann ist ihr Akkommodationsbereich nahe am Gesicht, z.B. von 6 cm bis 25 cm, lokalisiert. In diesem Fall wird das Anordnen eines virtuellen Objekts irgendwo in diesem Bereich dem Benutzer ermöglichen, darauf zu fokussieren. Falls der kurzsichtige Benutzer ein Videospiel spielt, das typischerweise Objekte von 25 cm bis optisch Unendlich erzeugt, dann kann die Szene auf den Akkommodationsbereich des Benutzers von 6 bis 25 cm skaliert werden. Mit anderen Worten kann eine HMD, die entweder mit dem HONED- oder dem NELD-System ausgelegt ist, mit dem Rezept eines Benutzers programmiert werden – wobei die augennahe Lichtfeldanzeige in jeder der beiden Architekturen dann Strahlen emittieren würden, die mit den Objekten im skalierten Tiefenbereich übereinstimmen.
Des Weiteren können in einer Ausführungsform die HONED- oder NELD-Architekturen verwendet werden, um das optische Rezept des Betrachters in einem oder beiden Augen unter Verwendung einer Reihe von vorliegenden Bildern zusammen mit voraufgezeichnetem Dialog und Anweisungen iterativ zu bewerten. Beispielsweise kann der Benutzer eine von zwei Schaltflächen drücken, um die wahrgenommene virtuelle Bildebene näher oder weiter weg zu bewegen. Wenn ein komfortabler Abstand erreicht ist, wird das System dazu fähig sein, das optische Rezept des Betrachters zu schätzen, um dadurch die Notwendigkeit zu beseitigen, diese Parameter vorzeitig zu kennen. In einer Ausführungsform kann jedoch das Rezept automatisch von dem HMD-Computersystem ohne interaktive Mitwirkung durch den Benutzer bestimmt werden.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm 1000 eines beispielhaften computer-implementierten Prozesses zum Anzeigen eines Bildes einer augennahen Lichtfeldanzeige (NELD) mit vergrößerter räumlicher Auflösung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Obwohl die verschiedenen Schritte in diesem Ablaufdiagramm sequentiell präsentiert und beschrieben werden, wird ein Fachmann erkennen, dass einige oder alle Schritte in unterschiedlichen Reihenfolgen ausgeführt und einige oder alle Schritte parallel ausgeführt werden können. Ferner kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung einer oder mehrere der nachstehend beschriebenen Schritte weggelassen, wiederholt und/oder in einer unterschiedlichen Reihenfolge durchgeführt werden. Demgemäß sollte die spezifische Anordnung der in 10 gezeigten Schritte nicht als den Schutzumfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden. Stattdessen wird es für einen Fachmann auf dem/den relevanten Fachgebiet(en) aus den hier bereitgestellten Lehren offensichtlich sein, dass andere Funktionsabläufe innerhalb des Schutzumfangs und Geists der vorliegenden Erfindung liegen. Das Ablaufdiagramm 1000 kann mit fortwährendem Bezug auf oben beschriebene beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, obwohl das Verfahren nicht auf jene Ausführungsformen beschränkt ist.
In einem Block 1002 wird unter Verwendung einer vorfilternden Prozedur und den Parametern in der Konfigurationsdatei, die in die HMD von einer Rechenvorrichtung programmiert wurden, ein anzuzeigendes vorgefiltertes Bild bestimmt, wobei das vorgefilterte Bild einem Zielbild entspricht. Beispielsweise kann ein Computersystem ein vorgefiltertes Bild bestimmen, das verschwommen sein kann, wenn es für sich in einem Akkommodationsbereich betrachtet wird, jedoch fokussiert sein kann, wenn es durch ein Filter oder ein Lichtfeld-erzeugendes Element betrachtet wird. Die vorfilternde Prozedur ist eine perspektivische Rendering-Prozedur, welche die Pixel von einer virtuellen Bildebene, z.B. der Bildebene 410, auf eine Anzeige rendert. Mit anderen Worten kann die vorfilternde Prozedur eine perspektivische Projektion der Pixel auf die Anzeige 420 sein, wobei die Projektion für jedes elementare Bild, z.B. dem elementaren Bild 491, entsprechend der durch die Eyebox 440 definierten Sicht-Frusta und der jeweiligen Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays 430 durchgeführt wird.
In einem Block 1004 wird das vorgefilterte Bild auf einer Anzeige angezeigt. Beispielsweise wird in 3, 4, 7 und 8 ein vorgefiltertes Bild jeweils auf der Anzeige 390, 420, 720 und 820 angezeigt. Der Anzeigeschritt kann das Verwenden der projizierten Daten umfassen, um Pixelwerte von der Rechenvorrichtung zu der Anzeige 420 zu transferieren. Ferner kann er ein Beleuchten der Pixel mit den berechneten Werten umfassen.
In einem Block 1006 wird ein augennahes Lichtfeld erzeugt, nachdem das vorgefilterte Bild durch ein Lichtfeld-erzeugendes Element benachbart zu der Anzeige läuft, wobei das augennahe Lichtfeld betriebsfähig ist, um ein dem Zielbild entsprechendes Lichtfeld zu simulieren. Beispielsweise wird in 4 ein einem Zielbild entsprechendes Lichtfeld erzeugt, nachdem das vorgefilterte Bild durch das Mikrolinsenarray 430 läuft.
Schließlich wird in einem Block 1008 das augennahe Lichtfeld unter Verwendung einer Sammellinse 470 verändert, wobei die Veränderung wirkt, eine Tiefenschärfe zu erhöhen, die mit dem Lichtfeld anschaulich dargestellt ist, um dem Benutzer zu ermöglichen, ohne weiteres auf das wahrgenommene Bild zu fokussieren. Die Veränderung des augennahen Lichtfelds durch die Sammellinse ermöglicht ebenfalls eine vergrößerte räumliche Auflösung des Zielbildes.
Obwohl die vorhergehende Offenbarung verschiedene Ausführungsformen unter Verwendung von spezifischen Blockdiagrammen, Ablaufdiagrammen und Beispielen darlegt, kann jede Blockdiagrammkomponente, jeder Ablaufdiagrammschritt, jede Operation und/oder jede Komponente, die hier beschrieben und/oder veranschaulicht sind, einzeln und/oder zusammen unter Verwendung einer Vielzahl von Hardware-, Software- oder Firmware-(oder irgendeiner Kombination derselben)Konfigurationen implementiert werden. Außerdem sollte irgendeine Offenbarung von Komponenten, die innerhalb anderer Komponenten enthalten sind, als Beispiele betrachtet werden, weil viele andere Architekturen implementiert werden können, um die gleiche Funktionalität zu erzielen.
Die hier beschriebenen und/oder veranschaulichten Prozessparameter und Folge von Schritten werden lediglich beispielhaft gegeben. Beispielsweise müssen, obwohl hier beschriebene und/oder veranschaulichte Schritte in einer besonderen Reihenfolge gezeigt oder erläutert sein können, diese Schritte nicht notwendigerweise in der veranschaulichten oder erläuterten Reihenfolge durchgeführt werden. Die hier beschriebenen und/oder veranschaulichten verschiedenen Beispielverfahren können ebenfalls einen oder mehrere der hier beschriebenen oder veranschaulichten Schritte weglassen oder zusätzliche Schritte zusätzlich zu den offenbarten umfassen.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen hier im Zusammenhang von vollständig funktionsfähigen Rechensystemen beschrieben und/oder veranschaulicht wurden, kann eine oder mehrere von diesen Beispielausführungsformen als ein Programmprodukt in einer Vielfalt von Formen verteilt werden, ohne Rücksicht auf die besondere Art von computerlesbaren Medien, die verwendet werden, um die Verteilung tatsächlich auszuführen. Die hier offenbarten Ausführungsformen können ebenfalls unter Verwendung von Softwaremodulen implementiert werden, die bestimmte Aufgaben durchführen. Diese Softwaremodule können Script-, Batch- oder andere ausführbare Dateien umfassen, die auf einem computerlesbaren Speichermedium oder in einem Rechensystem gespeichert werden können. Diese Softwaremodule können ein Rechensystem auslegen, um ein oder mehrere der hier offenbarten Beispielausführungsformen durchzuführen. Ein oder mehrere der hier offenbarten Softwaremodule können in einer Cloud-Rechenumgebung implementiert sein. Cloud-Rechenumgebungen können verschiedene Dienste und Anwendungen über das Internet bereitstellen. Diese Cloud-basierenden Dienste (z.B., Software als ein Dienst, Plattform als ein Dienst, Infrastruktur als ein Dienst, usw.) können durch einen Webbrowser oder eine andere entfernte Schnittstelle zugänglich sein. Verschiedene hier beschriebene Funktionen können durch eine entfernte Desktopumgebung oder irgendeine andere Cloud-basierte Rechenumgebung bereitgestellt werden.
Die vorhergehende Beschreibung wurde zwecks Erläuterung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die obigen veranschaulichenden Erläuterungen sind jedoch nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarten Formen zu beschränken. Viele Modifikationen und Variationen sind im Hinblick auf die obigen Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen am besten zu erläutern, um dadurch anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung und verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen am besten zu nutzen, wie es für die in Erwägung gezogene besondere Verwendung geeignet sein kann.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden somit beschrieben. Obwohl die vorliegende Offenbarung in besonderen Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte erkennbar sein, dass die Erfindung nicht ausgelegt werden sollte, als auf derartige Ausführungsformen beschränkt zu sein, sondern stattdessen gemäß den nachstehenden Ansprüchen auszulegen ist.

Claims

Verfahren zum Anzeigen eines Bildes einer augennahen Lichtfeldanzeige (NELD-Bild), umfassend: Bestimmen eines anzuzeigenden vorgefilterten Bildes, wobei das vorgefilterte Bild einem Zielbild entspricht; Anzeigen des vorgefilterten Bildes auf einer Anzeige; Erzeugen eines augennahen Lichtfelds, nachdem das vorgefilterte Bild durch ein Mikrolinsenarray läuft, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist, wobei das augennahe Lichtfeld eingerichtet ist, um ein dem Zielbild entsprechendes Lichtfeld zu simulieren; und Verändern des augennahen Lichtfelds unter Verwendung von wenigstens einer Sammellinse, wobei das Verändern einem Benutzer ermöglicht, auf das Zielbild bei einer vergrößerten Tiefenschärfe bei einem vergrößerten Abstand von einem Auge des Benutzers zu fokussieren und die räumliche Auflösung des Zielbildes zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine oder eines von der Anzeige, der Sammellinse und dem Mikrolinsenarray gebogen ist, um die wahrgenommene räumliche Auflösung zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Sammellinse zwischen dem Mikrolinsenarray und einer erwarteten Position eines Auges des Benutzers angeordnet ist und ferner ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer bikonvexen Linse, einer plankonvexen Linse, einem einzelnen optischen Element mit einer vorderen Oberfläche, die eine Sammellinse ist, und einer hinteren Oberfläche, die ein Mikrolinsenarray ist, einer Kaskade von Sammellinsen mit veränderlichen Brennweiten und Abständen, und einer Kaskade von Mikrolinsenarrays.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mikrolinsenarray eine Mehrzahl von Mikrolinsen umfasst und wobei wenigstens eine der Mehrzahl von Mikrolinsen elektro-optisch umschaltbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen von einem Computersystem ausgeführt wird, und wobei das Computersystem ferner betreibbar ist, um mit einer virtuellen Tiefenschärfe programmiert zu werden.
System zum Anzeigen eines NELD-Bildes, umfassend: eine Anzeige, die eine Mehrzahl von Pixeln umfasst; ein Computersystem, das mit der Anzeige gekoppelt und betreibbar ist, um die Anzeige zu veranlassen, ein Zielbild zu rendern; ein Mikrolinsenarray, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist und eine Mehrzahl von Mikrolinsen umfasst, wobei das Mikrolinsenarray eingerichtet ist, um ein Lichtfeld, das dem Zielbild entspricht, durch Verändern von durch die Anzeige emittiertem Licht zu erzeugen, wobei die Anzeige und das Mikrolinsenarray innerhalb eines augennahen Bereichs eines Beobachters angeordnet sind; und wenigstens eine Sammellinse, die zwischen dem Mikrolinsenarray und einer erwarteten Position eines Auges des Beobachters angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Sammellinse eingerichtet ist, um ferner das von dem Mikrolinsenarray emittierte Lichtfeld zu verändern, um dem Beobachter zu ermöglichen, auf das Zielbild bei einer vergrößerten Tiefenschärfe bei einem vergrößerten Abstand von einem Auge des Beobachters zu fokussieren und eine räumliche Auflösung des Zielbildes zu erhöhen.
System nach Anspruch 6, wobei wenigstens eine oder eines von der Anzeige, der Sammellinse und dem Mikrolinsenarray gebogen ist, um die wahrgenommene räumliche Auflösung zu erhöhen.
System nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Sammellinse ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer bikonvexen Linse, einer plankonvexen Linse, einem einzelnen optischen Element mit einer vorderen Oberfläche, die eine Sammellinse ist, und einer hinteren Oberfläche, die ein Mikrolinsenarray ist, einer Kaskade von Sammellinsen mit veränderlichen Brennweiten und Abständen und einer Kaskade von Mikrolinsenarrays.
System nach Anspruch 6, wobei das Mikrolinsenarray eine Mehrzahl von Mikrolinsen umfasst und wobei wenigstens eine der Mehrzahl von Mikrolinsen elektro-optisch umschaltbar ist.
System nach Anspruch 6, wobei das Lichtfeld eingerichtet ist, um ein 3D-Objekt zu simulieren.
System nach Anspruch 6, wobei das Computersystem mit einer virtuellen Tiefenschärfe programmiert ist.
System nach Anspruch 6, wobei das Computersystem betreibbar ist, um mit einem Brillenglasrezept eines Beobachters programmiert zu werden, wobei die Brillengläser auf Rezept als ein Parameter beim Bestimmen des virtuellen Bildabstands verwendet werden, und wobei ein Verfahren, um das Computersystem mit den Brillengläsern auf Rezept zu programmieren, ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus: manuelles Eingeben der Brillengläser auf Rezept, automatisches Bestimmen der Brillengläser auf Rezept und interaktives Bestimmen der Brillengläser auf Rezept.
System nach Anspruch 6, wobei das Computersystem betreibbar ist, um mit einer Mehrzahl von Parametern konfiguriert zu werden, wobei die Mehrzahl von Parametern das Lichtfeld steuert, und wobei die Mehrzahl von Parametern ausgewählt werden kann aus einer Gruppe bestehend aus: Abmessung des virtuellen Bildes, Größe einer Eyebox, Abstand der Eyebox von der Anzeige, Größe der Anzeige, Anzahl von Pixeln auf den Anzeigen, Größe des Mikrolinsenarrays und Brennweite der Linsen, die das Mikrolinsenarray umfassen.
System nach Anspruch 6, wobei die Anzeige, das Mikrolinsenarray und die wenigstens eine Sammellinse Komponenten einer am Kopf angebrachten Vorrichtung sind.
System nach Anspruch 6, wobei das Mikrolinsenarray, die Anzeige und die wenigstens eine Sammellinse eingerichtet sind, um eine virtuelle Realitätserfahrung für den Beobachter bereitzustellen.
Einrichtung zum Anzeigen eines NELD-Bildes, umfassend: eine Anzeige, die eine Mehrzahl von Pixeln umfasst und die betreibbar ist, um ein einem Zielbild entsprechendes vorgefiltertes Bild anzuzeigen; und ein gebogenes Mikrolinsenarray, das benachbart zu der Anzeige angeordnet ist und eine Mehrzahl von Mikrolinsen umfasst, wobei das Mikrolinsenarray eingerichtet ist, um eine dem Zielbild entsprechendes Lichtfeld durch Verändern des von der Anzeige emittierten Lichts zu erzeugen, wobei die Anzeige und das Mikrolinsenarray innerhalb eines augennahen Bereichs eines Beobachters angeordnet sind; und wenigstens eine Sammellinse, wobei die wenigstens eine Sammellinse eingerichtet ist, um das von dem Mikrolinsenarray emittierte Lichtfeld vor Eintritt in ein Auge des Beobachters weiter zu verändern, um dem Beobachter zu ermöglichen, auf das Zielbild bei einer vergrößerten Tiefenschärfe bei einem vergrößerten Abstand von einem Auge des Beobachters zu fokussieren und eine räumliche Auflösung des Zielbildes zu erhöhen.
Einrichtung nach Anspruch 16, wobei die wenigstens eine Sammellinse zwischen dem gebogenen Mikrolinsenarray und einem erwarteten Ort des Auges des Beobachters angeordnet ist und ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer bikonvexen Linse, einer plankonvexen Linse, einem einzelnen optischen Element mit einer vorderen Oberfläche, die eine Sammellinse ist, und einer hinteren Oberfläche, die ein Mikrolinsenarray ist, einer Kaskade von Sammellinsen mit veränderlichen Brennweiten und Abständen und einer Kaskade von Mikrolinsenarrays.
Einrichtung nach Anspruch 16, wobei die Anzeige, das Mikrolinsenarray und die wenigstens eine Sammellinse Komponenten einer am Kopf angebrachten Vorrichtung sind.
Einrichtung nach Anspruch 16, wobei die Sammellinse gebogen ist.
Einrichtung nach Anspruch 19, wobei das Computersystem betreibbar ist, um mit einer Mehrzahl von Parametern konfiguriert zu werden, wobei die Mehrzahl von Parametern das Lichtfeld steuert, und wobei die Mehrzahl von Parametern ausgewählt werden kann aus einer Gruppe bestehend aus: Abmessung des virtuellen Bildes, Größe einer Eyebox, Abstand der Eyebox von der Anzeige, Größe der Anzeige, Anzahl von Pixeln auf den Anzeigen, Größe des Mikrolinsenarrays und Brennweite der Linsen, die das Mikrolinsenarray umfassen.