ITTO20010422A1

ITTO20010422A1 - Apparato portatile di visualizzazione di immagini.

Info

Publication number: ITTO20010422A1
Application number: IT2001TO000422A
Authority: IT
Inventors: Giorgio Grego
Original assignee: Telecom Italia Lab Spa
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2002-11-07
Also published as: US20040246588A1; EP1386190A1; ITTO20010422A0; WO2002091061A1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Apparato portatile di visualizzazione di immagini"

TESTO DELLA DESCRIZIONE SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione si riferisce ad un apparato portatile di visualizzazione di immagini comprendente una struttura di supporto atta ad essere applicata sulla testa della persona sostanzialmente a guisa di occhiale, un dispositivo di visualizzazione, montato su detta struttura, avente una superficie di visualizzazione su cui si formano distribuzioni spaziali di intensità luminosa ed un dispositivo di controllo di detto dispositivo di visualizzazione .

ARTE NOTA

Sono noti apparati portatili di visualizzazione di immagini del tipo a cui si riferisce l'invenzione in cui l'immagine da visualizzare viene formata sulla superficie di visualizzazione e focalizzata sulla retina dell'occhio attraverso un sistema ottico montato sulla struttura di supporto dell'apparato. Tali apparati, a causa di detto sistema ottico, presentano l'inconveniente di essere relativamente pesanti e poco estetici per essere indossati dalle persone.

DESCRIZIONE DELL<1 >INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un apparato portatile di visualizzazione di immagini che non necessiti di un sistema ottico per la focalizzazione dell'immagine sulla retina e sia, quindi, più leggero ed estetico per essere indossato dalle persone.

Risolve tale problema tecnico un apparato portatile di visualizzazione di immagini caratterizzato da ciò che detto dispositivo di controllo è atto a controllare detto dispositivo di visualizzazione per generare sulla sua superficie di visualizzazione una distribuzione spaziale di emissione luminosa corrispondente sostanzialmente alla trasformata di Fourier dell'immagine da visualizzare.

Secondo un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, detto apparato di visualizzazione è caratterizzato da ciò che detto dispositivo di controllo comprende mezzi atti a trasmettere al dispositivo di visualizzazione tramite onde elettromagnetiche segnali codificati corrispondenti alla trasformata di Fourier dell'immagine da visualizzare e che detto dispositivo di visualizzazione comprende mezzi di ricezione di detti segnali codificati.

DESCRIZIONE SINTETICA DELLE FIGURE

Questa ed altre caratteristiche della presente invenzione risulteranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferita di esecuzione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

Fig. 1 rappresenta uno schema di un sistema ottico che illustra i principi fisici su cui si basa l'invenzione;

Fig. 2 rappresenta una vista prospettica, parzialmente sezionata, della forma preferita di esecuzione dell'apparato di visualizzazione in accordo con 1 'invenzione ;

Fig. 3 rappresenta una vista prospettica parziale di una variante della forma preferita di esecuzione dell'apparato di visualizzazione in accordo con l'invenzione;

Fig. 4 rappresenta uno schema a blocchi logici della forma preferita di esecuzione dell'apparato di visualizzazione secondo l'invenzione;

Fig. 5 rappresenta una sezione di una porzione del dispositivo di visualizzazione dell'apparato secondo 1 'invenzione .

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERITA DI REALIZZAZIONE

Con riferimento alla Fig. 1, è noto dalla fisica (si veda per esempio il libro: "Optics" di Eugene Hecht edito da Addison Wesley Longman 3° Edizione 1998, cap. 13) che dati: (a) un sistema ottico costituito da una lente biconvessa 1, con asse ottico 2, spazio oggetto 3 e spazio immagine 4 e (b) una figura bidimensionale luminosa 5 (per esempio una fenditura con la forma di detta figura, retroilluminata di luce quasi-monocromatica e spazialmente coerente), giacente sul piano focale 6 dello spazio oggetto 3, perpendicolare all'asse ottico 2 e centrata rispetto allo stesso, allora la distribuzione spaziale di emissione luminosa 7 che si forma sul piano focale 8 dello spazio immagine 4, perpendicolare all'asse ottico 2, corrisponde alla trasformata di Fourier dell'oggetto luminoso 5 (trasformata di Fourier della distribuzione spaziale bidimensionale del campo elettromagnetico associato all'oggetto luminoso ovvero della intensità luminosa di détto oggetto) che fornisce lo spettro, in ampiezza e fase, delle frequenze spaziali di detta distribuzione).

E' altresì noto, per il principio di inversione dei cammini ottici che, reciprocamente, l'immagine della distribuzione spaziale di emissione luminosa 7 (rispettando intensità e fase di ciascun punto della stessa) che si forma sul piano oggetto 6, corrisponde alla figura bidimensionale 5.

In accordo con i suddetti principi fisici, se la lente 1 è il sistema ottico cornea-cristallino di un occhio e la distribuzione spaziale di emissione luminosa 7 è posta di fronte all'occhio sul piano focale del sistema corneacristallino a risposo (circa 15,6 mm) l'immagine che si crea sulla retina è la figura bidimensionale 5.

Sulla base dei suddetti principi fisici, secondo una forma preferita di esecuzione l'apparato portatile di visualizzazione di immagini oggetto della presente invenzione comprende (Figg. 2 e 4) un gruppo visore 10 atto ad essere indossato da una persona a guisa di occhiale ed un dispositivo di controllo 30.

Il gruppo visore 10 comprende una struttura di supporto 11 sostanzialmente a forma di montatura di occhiali, su cui sono montati (al posto delle normali lenti) due dispositivi di visualizzazione a colori a cristalli liquidi o a cristalli elettro-ottici 13a e 13b; la struttura di supporto 11 è comprensiva di due stanghette 14a e 14b regolabili in lunghezza mediante scorrimento delle loro parti terminali 15a e 15b rispetto alle loro parti 16a e 16b, per permettere di regolare la distanza dei dispositivi di visualizzazione 13a e 13b dagli occhi della persona che indossa il gruppo visore 10.

I dispositivi di visualizzazione 13a e 13b a cristalli liquidi (Liquid Cristal .Display o LCD) sono di tipo noto "twisted nematic" e ciascuno di essi comprende una struttura multistrato suddivisa in una matrice bidimensionale di aree elementari o punti di visualizzazione (pixel) 20, per ciascuno dei colori fondamentali rosso, verde e blu.

La struttura multistrato di ciascun pixel 20 (Fig. 5) è suddivisa a sua volta, nella direzione del suo spessore, in due sub-strutture 21 e 22 sovrapposte e separate da uno strato di biossido di silicio (Si02) trasparente 56, aventi le funzioni di modulazione di ampiezza (21) e, rispettivamente, di modulazione di fase (22) del fascio luminoso 23 incidente. La sub-struttura 22 è quella più vicina all'occhio (parte interna dei dispositivi di visualizzazione 13a e 13b).

La sub-struttura di modulazione d'ampiezza 21 comprende uno strato di filtro monocromatico 50, uno strato di materiale polarizzatore di luce 51, uno strato di cristalli liquidi 53 racchiuso fra due strati elettricamente conduttori e trasparenti 52 e 54, un altro strato polarizzatore di luce 55 con piano di polarizzazione perpendicolare a quello dello strato 51 ed avente funzione di analizzatore di luce polarizzata. Lo strato 53 è atto a far ruotare il piano di polarizzazione della luce incidente 23 che lo attraversa da “un minimo di zero gradi ad un massimo di novanta gradi,e perciò di modulare (da zero ad un massimo) l'intensità luminosa della luce emergente 24 dalla sub-struttura 21 del pixel 20, in funzione della differenza di potenziale elettrico applicata agli elettrodi 52 e 54.

La sub-struttura di modulazione di fase 22 comprende uno strato di materiale elettro-ottico 58, quale ad esempio il niobato di litio (LiNb03) o il titanato di bario (BaTi03), racchiuso fra due strati elettricamente conduttori e trasparenti 57 e 59. Lo strato 58 è atto a variare la velocità di propagazione della luce che lo attraversa (a causa della variazione del suo indice di rifrazione) e perciò la fase del campo elettromagnetico associato, in funzione della differenza di potenziale elettrico applicata agli elettrodi 57 e 59.

Secondo una variante della struttura di pixel su descritta, lo strato 53 della sub-struttura di modulazione d<'>'ampiezza 21, invece che di cristalli liquidi, può essere anch'esso costituito da cristalli elettro-ottici quali, ad esempio, cristalli di niobato di litio. In tal caso la rotazione del piano di polarizzazione della luce che attraversa lo strato 53 e quindi la modulazione della sua intensità luminosa è ottenuta, in modo noto, sfruttando la birifrangenza indotta della tensione elettrica applicata agli elettrodi 52 e 54, nei cristalli di niobato di litio, opportunamente orientati.

Gli elettrodi 52 e 54 e, rispettivamente, 57 e 59 dei pixel 20 dei dispositivi di visualizzazione 13a e 13b sono organizzati in modo noto in strutture a matrice e connessi a corrispondenti dispositivi di pilotaggio dell'ampiezza delle emissioni luminose dei pixel 17a e 17b di tipo noto e, rispettivamente, a dispositivi di pilotaggio della fase delle emissioni luminose dei pixel 18a e 18b, di tipo noto ed alloggiati in opportune cavità ricavate nella struttura di supporto 11.

Il dispositivo di controllo 30 comprende (Fig. 4) un'unità centrale di elaborazione (CPU) 31, di tipo noto, un canale (BUS) di scambio dati/indirizzi/comandi 32 controllato dalla CPU 31, una memoria a sola lettura (ROM) 33, di tipo noto, connessa alla CPU 31 tramite il BUS 32, una memoria volatile ad accesso causale (RAM) 34, di tipo noto, connessa alla CPU 31 tramite il BUS 32 e comprendente campi di memoria 35a e 35b e 36a e 36b, una unità di controllo ingresso/uscita (input/output controller) 38 connessa al BUS 32 ed atta a ricevere dati attraverso una porta d'ingresso 39 ed a porre in uscita dati attraverso una porta d'uscita 40. I dispositivi di pilotaggio 17a e 17b e 18a e 18b del visore 10 sono collegati tramite un cavetto 19 alla porta 40 del dispositivo di controllo 30.

Nella ROM 32 sono memorizzati programmi per elaboratore specificatamente codificati in un opportuno linguaggio di programmazione per controllare la CPU 31 a svolgere le seguenti funzioni in sequenza:

(a) memorizzare in sequenza nei campi di memoria 35a e 35b codici (secondo codifiche standard note) dei pixel di corrispondenti immagini digitalizzate ricevute in ingresso tramite la porta 39;

(b) generare e memorizzare nei campi di memoria 36a e 36b codici (secondo dette codifiche standard) di ampiezza e di fase dei pixel di distribuzioni spaziali di emissioni luminose digitalizzate corrispondenti alle trasformate di Fourier delle immagini digitalizzate memorizzate nei campi di memoria 35a e, rispettivamente, 35b;

(c) trasmettere tramite la porta 40 i codici di ampiezza e di fase dei pixel delle distribuzioni spaziali di emissioni luminose memorizzati nei campi di memoria 36a e 36b ai circuiti di pilotaggio 17a e 17b e, rispettivamente 18a e 18b per pilotare i dispositivi di visualizzazione 13a e, rispettivamente, 13b a formare corrispondenti distribuzioni ‘spaziali di emissioni luminose tramite la loro struttura multistrato 20, come su descritto. A titolo esemplificativo, la funzione descrìtta al punto (b) che precede, può essere eseguita tramite un programma di tipo noto di " Two Dimensionai Fast Fourier Transform" (FFT2D) (si veda, a titolo esemplificativo, l'articolo "2 Dimensionai FFT" di Paul Bourke del Luglio 1998 reperibile in Internet all'indirizzo:

www.swin.edu.au/astronomy/pbourke/analysis/fft2d/) oppure il testo on-line "HPR2 Image Processing Learning Resources" © 2000 Robert Fisher, Simon Perkins, Ashley Walker, Erik Wolfart, reperibile in Internet al sito:

http://www.dai.ed.ac.uk/HIPR2/hipr_top.htm).

Alla porta di ingresso 39 dell'unità di controllo 30 può essere collegata l'uscita di un qualunque apparato atto a memorizzare ed elaborare codici (secondo codifiche standard note) dei pixel di immagini digitalizzate, quali, ad esempio, un lettore di digitai video disk (DVD) 43 od un computer portatile (non indicato in figura).

In accordo con una variante della forma preferita di esecuzione (Fig. 3), il collegamento fra il dispositivo di controllo 30 ed i circuiti di pilotaggio 17a e 17b e 18a e 18b è realizzato mediante' una rice-trasmittente di onde elettromagnetiche 45 di .tipo noto, connessa all'uscita 40 del dispositivo di controllo 30 ed atta ad inviare segnali radio codificati secondo un protocollo di trasmissione noto, per esempio il protocollo "Bluetooth" ad una corrispondente rice-trasmittente 46 di tipo noto, montata sulla struttura di supporto 11 e connessa ai dispositivi di pilotaggio 17a e 17b e 18a e 18b.

Il funzionamento dell'apparato di visualizzazione portatile fin qui descritto è il seguente.

L'utente indossa il visore 10 a guisa di occhiale, con lo strato 59 delle strutture 20 dei dispositivi di visualizzazione 13a e 13b sostanzialmente di fronte ai due occhi, centrate sul loro asse ottico, ad una distanza sostanzialmente uguale alla distanza focale del sistema cornea-cristallino a riposo. Quando l'apparato non è attivo il visore 10 funziona come un normale occhiale trasparente. Quando l'apparato ed il lettore di DVD 43 sono attivati e due immagini digitalizzate memorizzate nel DVD (una per ogni occhio, per la visione stereoscopica) sono lette dal lettore, i codici dei corrispondenti pixel sono trasmesse all'unità di controllo 30 che ne elabora la trasformata di Fourier e quindi trasmette ai dispositivi di pilotaggio 17a e 17b e 18a e 18b del visore 10 codici di ampiezza e rispettivamente di fase di pixel di due distribuzioni spaziali ‘di emissioni luminose che corrispondono alla trasformata di Fourier delle suddette due immagini digitalizzate.

Tali distribuzioni si formano nella struttura multistrato 20 dei dispositivi di visualizzazione 13a e 13b del visore 10 e, per il principio fisico su descritto con riferimento alla Fig.l, tramite il sistema corneacristallino degli occhi formano sulla retina immagini corrispondenti a quelle digitalizzate memorizzate nel video CD.

Qualora la visione da parte dell'utente non sia nitida, egli può regolare la distanza dei dispositivi 13a e 13b dagli occhi, mediante regolazione della lunghezza delle stanghette 14a e 14b, come sopra descritto, fino ad ottenere la visione nitida.

Secondo un'altra forma di realizzazione della presente invenzione, anziché disporre di un dispositivo di controllo 30 ad hoc, tale dispositivo è parte integrante di un normale computer portatile dotato di lettore DVD. In tal caso, tutti gli elementi hardware (CPU, ROM, RAM, BUS, Input-Out controller) del dispositivo di controllo 30 sono quelli di normale dotazione del computer portatile, mentre il programma di FFT2D su descritto è memorizzato nell'unità a disco rigido (HDU) del computer portatile, ed il visore 10 è connesso all'uscita seriale del computer portatile ed agisce come monitor esterno dello stesso.

Secondo un'altra forma di realizzazione della presente invenzione, il visore 10 è connesso direttamente all'uscita del lettore di DVD; in tal caso i DVD letti dal lettore devono portare memorizzati i codici dei pixel delle trasformate di Fourier delle immagini digitalizzate da visualizzare .

La memorizzazione di tali codici può essere effettuata preventivamente, in modo noto, mediante un normale personal computer dotato di "masterizzatore" di DVD e di un programma di FFT2D.

Modifiche ovvie o varianti sono possibili alla descrizione di cui sopra, nelle dimensioni, forme, materiali, componenti, elementi circuitali, collegamenti e contatti, così come nei dettagli della circuiteria e della costruzione illustrata e del metodo di operare senza allontanarsi dallo spirito dell'invenzione come precisato dalle rivendicazioni seguenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparato portatile di visualizzazione di immagini comprendente una struttura di supporto atta ad essere applicata sulla testa della persona sostanzialmente a guisa di occhiale, un dispositivo di visualizzazione, montato su detta struttura, avente una superficie di visualizzazione su cui si formano distribuzioni spaziali di emissioni luminose, un dispositivo- di controllo di detto dispositivo di visualizzazione e caratterizzato da ciò che detto dispositivo di controllo è atto a pilotare detto dispositivo di visualizzazione per generare sulla sua superficie di visualizzazione una distribuzione spaziale di emissione luminosa corrispondente sostanzialmente alla trasformata di Fourier dell'immagine da visualizzare.
2 . Apparato di visualizzazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che detto dispositivo di visualizzazione è montato su detta struttura in modo tale che, quando detta struttura è applicata sulla testa della persona, detta superficie di visualizzazione si trovi di fronte all'occhio, centrata sul suo asse ottico, ad una distanza sostanzialmente uguale alla distanza focale del sistema cornea-cristallino a riposo.
3 . Apparato di visualizzazione secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato da ciò che detto dispositivo di controllo comprende mezzi atti a ricevere in ingresso una forma digitalizzata dell'immagine da visualizzare, mezzi di elaborazione atti a generare una forma digitalizzata della trasformata dì Fourier di detta forma digitalizzata dell'immagine da visualizzare e mezzi atti a trasmettere detta forma digitalizzata della trasformata di Fourier al dispositivo di visualizzazione.
4. Apparato di visualizzazione secondo la rivendicazione 3 caratterizzato da ciò che detti mezzi di trasmissione sono atti a trasmettere segnali codificati tramite onde elettromagnetiche e che detto dispositivo di visualizzazione comprende mezzi di ricezione di detti segnali codificati.
5 . Apparato di visualizzazione secondo una delle precedenti rivendicazioni caratterizzato da ciò che detto dispositivo di visualizzazione comprende mezzi di visualizzazione a cristalli liquidi.
6. Apparato di visualizzazione secondo una delle precedenti rivendicazioni caratterizzato da ciò che detto dispositivo di visualizzazione comprende mezzi di visualizzazione a cristalli elettro-ottici.
7. Apparato di visualizzazione secondo una delle precedenti rivendicazioni caratterizzato da ciò che detto dispositivo di visualizzazione è suddiviso in zone elementari (pixel) e comprende mezzi per modulare l'ampiezza dell'emissione luminosa di ciascuna di dette zone elementari.
8. Apparato di visualizzazione secondo la rivendicazione 7 caratterizzato da ciò che detto dispositivo di visualizzazione comprende mezzi per modulare la fase dell'emissione luminosa di ciascuna di dette zone elementari .
9. Apparato di visualizzazione secondo una delle precedenti rivendicazioni caratterizzato da ciò che detta struttura di supporto comprende mezzi per regolare la distanza del dispositivo di visualizzazione dall'occhio.