SE508116C2

SE508116C2 - Method for simulating focussing depth in virtual pictures

Info

Publication number: SE508116C2
Application number: SE9604649A
Authority: SE
Inventors: Torbjoern Gustafsson; Stan Zyra
Original assignee: Foersvarets Forskningsanstalt
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-08-31
Also published as: SE9604649L; SE9604649D0

Abstract

An object in the picture is generated with the aid of at least one lens (7) with controllable focus, at a focal distance which corresponds to its distance in the picture or at this distance corrected with an intentional displacement of the focussing depth. The intentional displacement consists of a correction of the field of vision of the eye of an observer. An observer is made to experience that he or she can see a three-dimentional picture, by means of different pictures being alternatingly viewed by the right and left eyes. This can also be achieved by different pictures being composed of different wavelengths and simultaneously viewed by the right and left eyes.

Description

15 20 25 30 35 508 116 fig. 3 visar en tredje utföringsform av uppfinningen, fig. 4 visar en fjärde utföringsform av uppfinningen. fig. 5 visar en femte utföringsform av uppfinningen och fig. 6 visar en sjätte utföringsform av uppfinningen. Fig. 3 shows a third embodiment of the invention, Fig. 4 shows a fourth embodiment of the invention. Fig. 5 shows a fifth embodiment of the invention and Fig. 6 shows a sixth embodiment of the invention.

Den grundläggande idén vid uppfinningen är att införa en variationsmöjlighet så att ögats fokuseringsansträngning kommer efterlikna den som hade skett vid betrak- tandet av en verklig bild i stället för bilden projicerad till ett plan.The basic idea of the invention is to introduce a possibility of variation so that the focusing effort of the eye will mimic that which had taken place when looking at a real image instead of the image projected onto a plane.

Metoden bygger på en anordning där ljus, från en eller flera punktforrniga ljuskällor, intensitetsmoduleras och avlänkas så att en bild byggs upp, antingen för vart öga eller en gemensam bild för båda ögonen. Sådan utrustning är känd exempelvis genom det svenska patentet 9101778-0. Eftersom ljuskällan eller ljuskälloma här ligger på ett fast avstånd så kommer ögat att vara konstant fokuserat på ett och samma avstånd oberoende av det fiktiva avstånd som objektet hari den visade bilden. För att undvika detta, med de tidigare påtalade nackdelama detta medför, anger föreliggande uppfinning en möjlighet att variera fokuseringen.The method is based on a device where light, from one or more point-shaped light sources, is intensity modulated and deflected so that an image is built up, either for each eye or a common image for both eyes. Such equipment is known, for example, from the Swedish patent 9101778-0. Since the light source or light sources here are at a fixed distance, the eye will be constantly focused on one and the same distance regardless of the fictitious distance that the object has in the displayed image. To avoid this, with the previously pointed out disadvantages this entails, the present invention provides an opportunity to vary the focus.

Detta sker genom att en lins med varierbar brännvidd placeras framför den punkt- forrniga ljuskällan. Vid generering av ett sceneri i en dator är avståndet till objekten i detsamma kända. varför den bildgenererande datom kan styra linsens brännvidd så att den punktfonniga ljuskällan framträder skarpt endast under förutsättning att det betraktande ögat har ställt in sig för det avstånd som objektet befinner sig på i sceneriet. När dethär och i det följande talas om en lins är det självklart att man i stället kan använda flera linser.This is done by placing a lens with a variable focal length in front of the point-shaped light source. When generating a scene in a computer, the distance to the objects in it is known. why the image-generating computer can control the focal length of the lens so that the point light source appears sharp only provided that the viewing eye has adjusted to the distance the object is at in the scenery. When talking about a lens here and in the following, it is obvious that you can use several lenses instead.

Den varierbara linsen kan vara av olika förut kända slag. En lins som med fördel kan användas är den som anges i vår patentansökan nr. 9604648-7 inlämnad denna dag och som i korthet innebär att olika områden av en lins utgörs av olika delar av minst två tänkta linser, lämpligen Fresnel-linser, med olika brännvidd.The variable lens can be of different previously known types. A lens that can be used to advantage is the one specified in our patent application no. 9604648-7 filed this day and which in short means that different areas of a lens consist of different parts of at least two imaginary lenses, preferably Fresnel lenses, with different focal lengths.

Genom att låta en bländare omväxlande låta delar av de olika tänkta linsema bryta strålningen varieras fokuseringen.By allowing an aperture to alternately allow parts of the various imaginary lenses to refract the radiation, the focus is varied.

Ett system av ovan beskrivet slag kommer även ha fördelen av att det kan göras korrigerande för några av de vanligaste synfelen. Detta kan ske genom att, för datom, ange data för den synkorrektion som nonnalt utförs av glasögon, vilket möjliggör att datom kan ta hänsyn till detta och ändra brännviddskorrektionen så att glasögon ej behöver användas. 10 15 20 25 30 35 508111116 När det gäller olika tänkbara utföringsformer av uppfinningen, presenteras sex sådana i figurerna. l figur 4 visas användning av ett antal ljuskällor 1, vilket möjlig- gör generering av en bild i flera färger. I andra figurer visas generering av en monokrom bild med hjälp av endast en ljuskälla 1. Vinkelmodulatorer i horisontell och vertikal led betecknas 2 och 3, under det att 4 betecknar en styranordning för ingående reglerbara komponenter, exempelvis en PC eller motsvarande. Det äri princip möjligt att flytta en eller båda vinkelmodulatorerna till källan 1, men en sådan lösning ställer stora krav på utformningen av spegelytan, på vilken strålarna projice- ras, och betraktarens fysiska placering. lntensitetsmoduleringen kan ske direkt som en modulering 5 av ljuskällan eller ljus- källoma 1 eller med ett optisk modulator 6 i strålgången. Det är härvid tänkbart att använda en modulator med flytande kristall.A system of the type described above will also have the advantage that it can be corrected for some of the most common vision defects. This can be done by, for the computer, entering data for the sync correction normally performed by glasses, which enables the computer to take this into account and change the focal length correction so that glasses do not need to be used. In the case of various conceivable embodiments of the invention, six such are presented in the figures. Figure 4 shows the use of a number of light sources 1, which enables the generation of an image in several colors. Other figures show the generation of a monochrome image by means of only one light source 1. Angular modulators in horizontal and vertical directions are denoted 2 and 3, while 4 denotes a control device for input controllable components, for example a PC or the like. It is in principle possible to move one or both angle modulators to the source 1, but such a solution places great demands on the design of the mirror surface, on which the beams are projected, and the physical location of the viewer. The intensity modulation can take place directly as a modulation 5 of the light source or light sources 1 or with an optical modulator 6 in the beam path. It is conceivable to use a liquid crystal modulator.

Den varierbara linsen 7 kan vara placerad på olika ställen i strålgången. När den är placerad nära ljuskällan eller ljuskällorna 1 måste den ha en utsträckning som minst motsvarar den betraktade punktens ofokuserade utsträckning, då betraktarens fokuseringsplan ligger på linsen i stället för på det fokuseringsdjup som motsvarar punktens fokuseringsdjup i sceneriet. Vid placering nära ögat kan den vara mindre.The variable lens 7 can be placed in different places in the beam path. When placed close to the light source or sources 1, it must have an extent that is at least equal to the unfocused extent of the viewed point, as the viewer's focusing plane is on the lens instead of the focusing depth corresponding to the point's focusing depth in the scenery. When placed close to the eye, it may be smaller.

Ett sätt att med den nämnda tekniken visa stereobilder är att kombinera figurerna 1 och 2. Genom att samtidigt intensitetsmodulera 5 källan 1 och använda intensitets- modulatorer 6V och 6H framför vänster resp. höger öga erhåller man en anordning enligt fig. 5. Ljuset från ljuskällan 1 passerar de elektriskt styrda linserna 7V för vänster öga och 7H för höger öga, vinkelmodulatorema 2 och 3 och de två intensi- tetsmodulatorerna 6V och 6H. Dessa intensitetsmodulatorer styrs från datom. Styr- ningen sker på sådant sätt att då information som är hänförlig till ett öga visas, så släpps inget ljus igenom till det andra ögat. Växlingen mellan ögon kan exempelvis ske efter varje bild. Det är dock inget som hindrar att den sker efter t.ex. varje linje.One way of displaying stereo images with the said technique is to combine Figures 1 and 2. By simultaneously intensity modulating the source 1 and using intensity modulators 6V and 6H in front of the left and left, respectively. In the right eye, a device according to Fig. 5 is obtained. The light from the light source 1 passes the electrically controlled lenses 7V for the left eye and 7H for the right eye, the angle modulators 2 and 3 and the two intensity modulators 6V and 6H. These intensity modulators are controlled from the computer. The control takes place in such a way that when information that is attributable to one eye is displayed, no light is transmitted to the other eye. The change between eyes can, for example, take place after each image. However, there is nothing to prevent it from happening after e.g. each line.

Nackdelen med denna metod är att informationen måste visas dubbelt så ofta som då man visar samma information för båda ögonen samtidigt.The disadvantage of this method is that the information must be displayed twice as often as when showing the same information to both eyes at the same time.

En annan metod för stereoseende som inte har den sista nackdelen, är en metod som kan åskådliggöras med fig. 6, som är en variant av fig. 4. Här använder man olikfärgade ljuskällor 1V och 1H samt anaglyfteknik. Detta innebär att man använ- der olika bandspärrfilter anpassade till ljuskälloma så endast ljus från ljuskällan 1V kan nå vänster öga och endast ljus från ljuskällan 1H kan nå höger öga. l detta fall 508116 10 15 20 måste varje ljuskälla moduleras med den information som hänför sig till det öga som skall se informationen. Tekniken möjliggör att man kan projicera flera bilder, i färg, på samma skäm1, samtidigt som man filtrerar bort den eller de bilder som man ej vill se.Another method for stereo vision that does not have the last disadvantage is a method that can be illustrated with Fig. 6, which is a variant of Fig. 4. Here, different colored light sources 1V and 1H are used, as well as anaglyph technique. This means that different band-blocking filters adapted to the light sources are used so that only light from the light source 1V can reach the left eye and only light from the light source 1H can reach the right eye. In this case, each light source must be modulated with the information relating to the eye which is to see the information. The technology enables you to project several images, in color, on the same screen1, while filtering out the image or images you do not want to see.

Mer precist är gången följande. Datorsystemet 4 styr medelst SV och SH varsin av minst två intensitetsmodulerade ljuskällor 1V och 1H, vars ljusstràlar 9V och 9H skiljer sig våglängdsmässigt åt.More precisely, the time is as follows. The computer system 4 controls by means of SV and SH each of at least two intensity modulated light sources 1V and 1H, whose light beams 9V and 9H differ in wavelength.

Dessa ljusstràlar sammanstrålas och når så småningom åskådarens betraktnings- anordning där ljusstrålarna avlänkas av vinkelmodulatorerna 2 och 3. Därefter passerar ljuset 9V, ﬁltret BV men ej filtret 8H. På motsvarande sätt passerar ljuset 9H, filtret SH men inte ﬁltret 8V. Linsema 7V resp 7H kan styras individuellt från datom.These light beams are beamed together and eventually reach the spectator's viewing device where the light beams are deflected by the angle modulators 2 and 3. Then the light passes 9V, the filter BV but not the filter 8H. Correspondingly, the light passes 9H, the filter SH but not the filter 8V. The lenses 7V and 7H, respectively, can be controlled individually from the computer.

Man kan använda fler ljuskällor 1 än två i samband med den metod som åskådlig- görs i figur 6.You can use more light sources 1 than two in connection with the method illustrated in Figure 6.

Ordningsföljden på de ingående optiska elementen 2, 3, 6 och 7 är godtycklig i de visade exemplen.The order of the included optical elements 2, 3, 6 and 7 is arbitrary in the examples shown.

Claims

10 15 508116 Patent claims:

A method of simulating focusing depth in virtual images, comprising constructing an image in a known manner by modulating light generated in a light source in intensity and deflected in two dimensions, characterized in that when generating objects in the image, these are generated, by means of at least one lens (7) with controllable focal length, at a focal distance corresponding to their intended distance in the image or at this distance corrected with a deliberate shift of the focusing depth.

2. A method according to claim 1, characterized in that the intentional displacement constitutes a correction of a viewing error of a viewing eye.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the viewer is made to experience that he sees a three-dimensional image by different images being displayed alternately to the right and left eye.

4. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the viewer is made to experience that he sees a three-dimensional image by showing different images composed of different wavelengths simultaneously to the right and left eye.