ES2868974T3 - Dispositivo de visualización y método de control para el mismo - Google Patents
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Abstract
Un aparato de visualización (100, 200, 300, 400), que comprende: un circuito de control; una unidad de visualización (101, 105, 201, 301, 401), configurada para generar una imagen; que comprende un primer modulador espacial de luz (102, 202, 302, 403) que adopta modulación de fase, colocado frente a la unidad de visualización y conectado al circuito de control, en el que el primer modulador espacial de luz está configurado para establecer parámetros de modulación basados en las señales electrónicas generado por el circuito de control a partir de la información de profundidad como una distancia de imagen correspondiente; caracterizado por que comprende además un segundo modulador de luz espacial (303, 403) que adopta modulación de fase y se coloca detrás de la unidad de visualización; y compensando el segundo modulador de luz espacial la luz ambiental para compensar los cambios generados cuando la luz ambiental pasa a través del primer modulador de luz espacial y la unidad de visualización, de modo que los cambios de campo de luz generados, después de que la luz ambiental pase a través del aparato de visualización, en dos direcciones de polarización perpendiculares son las mismas.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de visualización y método de control para el mismo
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se refiere a un aparato de visualización y a un método para controlarlo y, en particular, a un aparato de visualización que puede ajustar dinámicamente distancias de formación de imágenes y a un método para controlarlo.
Específicamente, un primer aspecto de la invención se refiere a un aparato de visualización que comprende: un circuito de control; una unidad de visualización, configurada para generar una imagen; que comprende: un primer modulador de luz espacial que adopta modulación de fase, colocado frente a la unidad de visualización y conectado al circuito de control, en el que el primer modulador de luz espacial está configurado para establecer parámetros de modulación basados en las señales electrónicas generadas por el circuito de control a partir de la información de profundidad como una distancia de imagen correspondiente.
Específicamente, un segundo aspecto de la invención se refiere a un método para controlar un aparato de visualización, en el que el aparato de visualización comprende un circuito de control y una unidad de visualización, y el método de control comprende: generar imágenes mediante la unidad de visualización, comprendiendo cada imagen cuadros, en el que cada cuadro comprende uno o más subcuadros, y cada subcuadro comprende objetos de un único cuadro correspondiente a la profundidad seleccionada y la información de profundidad del mismo; en el que un primer modulador de luz espacial que adopta modulación de fase se coloca delante de la unidad de visualización y está conectado al circuito de control a través de señales, y cuando se muestra cada subcuadro, en el que los parámetros de modulación como una distancia de imagen correspondiente basada en la información de profundidad del subcuadro se establecen por el modulador espacial de luz.
TÉCNICA RELACIONADA
El documento US 2015/0212326 A1 divulga un aparato de visualización y un método de los tipos genéricos definidos anteriormente.
Con el desarrollo de las tecnologías de visualización, se han inventado dispositivos tales como las gafas inteligentes. Las gafas inteligentes, también conocidas como gafas AR, es un término colectivo de gafas que, al igual que un teléfono inteligente, tienen un sistema operativo independiente, en el que los usuarios pueden instalar programas como software y juegos proporcionados por proveedores de servicios de software, capaces de implementar, bajo control de voz o acción, funciones tales como agregar horarios, navegación de mapas, interacción con amigos, toma de fotos y videos y videollamadas, y también puede implementar el acceso a la red inalámbrica a través de una red de comunicaciones móviles.
El documento US 2015/0212326 A1 divulga una pantalla montada en la cabeza ("HMD") que incluye un módulo de visualización, un combinador óptico, circuitos de control y una lente. El módulo de visualización genera luz de una imagen y el combinador óptico es para combinar la luz de la imagen con luz de una escena externa. La lente está posicionada para recibir la luz de la imagen. La lente es capaz de cambiar dinámicamente al menos una propiedad de lente de la lente. El circuito de control controla la lente para cambiar dinámicamente al menos una propiedad de lente de la lente.
El documento US 2014/0211146 A1 divulga un aparato óptico que incluye un combinador óptico, una lente de imagen y una lente de escena externa. El combinador óptico tiene un lado del ojo y un lado de la escena externa e incluye una rejilla de difracción parcialmente reflectante que es al menos parcialmente reflectante a la luz de la imagen que incide a través del lado del ojo y al menos parcialmente transmisiva a la luz de la escena externa que incide a través del lado de la escena externa. Se coloca una primera montura para sujetar la lente de imagen en una trayectoria óptica de la luz de la imagen para aplicar una primera prescripción correctiva a la luz de la imagen. Se coloca una segunda montura para sujetar una lente de escena externa sobre el lado de la escena externa del combinador óptico para aplicar una segunda prescripción correctiva a la luz de la escena externa. El combinador óptico combina la luz de la imagen con la luz de la escena para formar una imagen combinada que se corrige de acuerdo con la primera y segunda prescripciones correctivas.
El documento US 8.666.212 B1 divulga un aparato óptico de una pantalla montada en la cabeza que incluye un haz de fibras fusionadas, una fuente de imagen y una lente de imagen. El haz de fibras fusionadas incluye una matriz de fibras ópticas fusionadas que tienen una superficie de acoplamiento interno ubicada en un primer extremo y una superficie de acoplamiento externo orientada físicamente hacia la dirección del ojo y que está ubicada en un segundo extremo. El haz de fibras fusionadas se estrecha de manera que la superficie de acoplamiento interno tenga un área de superficie mayor que la superficie de acoplamiento externo para comprimir la imagen de la luz. La fuente de imagen está dispuesta en el primer extremo del haz de fibras fusionadas y alineada ópticamente con la superficie de acoplamiento para lanzar la imagen de la luz al interior del haz de fibras fusionadas. La lente de
imagen está dispuesta en el segundo extremo y alineada ópticamente con la superficie de acoplamiento exterior para enfocar la imagen de la luz emitida desde el segundo extremo hacia un ojo cuando se usa la pantalla montada en la cabeza.
El documento US 8.970.571 B1 divulga un aparato que incluye una fuente de luz, una matriz de visualización, un relé de luz, un fotodetector, circuitos de control y circuitos de medición. La fuente de luz es para proporcionar luz de lámpara durante un tiempo de encendido de la fuente de luz. La matriz de visualización está posicionada para recibir y manipular selectivamente la luz de la lámpara. El relé de luz está posicionado para recibir la luz de la imagen de la matriz de visualización. El fotodetector está acoplado ópticamente para recibir luz. Los circuitos de control están acoplados a la fuente de luz para ciclar la fuente de luz y acoplados a los circuitos de medición para coordinar las mediciones de luz del fotodetector.
Para un producto nuevo como las gafas inteligentes, es necesario desarrollar una tecnología de visualización más innovadora.
SUMARIO
La presente invención proporciona un nuevo aparato de visualización y un método para controlarlo. El aparato de visualización puede ajustar dinámicamente las distancias de formación de imágenes, de modo que un usuario sienta que las imágenes existen respectivamente a diferentes distancias espaciales durante la visualización y se genera una experiencia visual distintiva.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de visualización que comprende:
un circuito de control;
una unidad de visualización, configurada para generar una imagen; que comprende
un primer modulador de luz espacial que adopta modulación de fase, colocado frente a la unidad de visualización y conectado al circuito de control a través de señales, en el que el primer modulador de luz espacial está configurado para establecer parámetros de modulación basados en las señales electrónicas generadas por el circuito de control a partir de la información de profundidad como una distancia de imagen correspondiente; comprendiendo el aparato de visualización además un segundo modulador de luz espacial que adopta modulación de fase y se coloca detrás de la unidad de visualización; y
compensando el segundo modulador de luz espacial la luz ambiental para compensar los cambios generados cuando la luz ambiental pasa a través del primer modulador de luz espacial y la unidad de visualización, de modo que los cambios de campo de luz generados, después de que la luz ambiental pase a través del aparato de visualización, en dos direcciones de polarización perpendiculares son las mismas.
Preferentemente, el aparato de visualización anterior incluye además un divisor de haz de polarización colocado delante del primer modulador espacial de luz, donde
un extremo del divisor de haz de polarización recibe imágenes moduladas por el primer modulador de luz espacial, y otro extremo del prisma polarizador convierte o filtra la luz ambiental en la primera luz polarizada linealmente y proyecta la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación a un usuario después de combinar la primera luz linealmente polarizada y las imágenes de modulación; y
las direcciones de polarización de la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación son perpendiculares.
Preferentemente, el aparato de visualización anterior incluye además un polarizador situado detrás de la unidad de visualización, para convertir o filtrar la luz ambiental en la primera luz polarizada linealmente, donde
la unidad de visualización y el primer modulador espacial de luz son unidades transparentes;
la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación se proyectan a un usuario después de combinarse; y
las direcciones de polarización de la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación son perpendiculares.
Preferentemente, la unidad de visualización y el primer modulador espacial de luz son unidades transparentes. Preferentemente, en el aparato de visualización anterior, las direcciones de polarización de las imágenes de modulación emitidas por el primer modulador de luz espacial y la emisión de luz ambiental modulada por el segundo modulador de luz espacial son las mismas.
Preferentemente, en el aparato de visualización anterior, el primer y/o segundo modulador espacial de luz simula además gafas y compensa dioptrías y astigmatismo de los ojos de los usuarios con dioptrías y astigmatismo,
basándose en señales generadas por el circuito de control.
Preferentemente, en el aparato de visualización anterior, la unidad de visualización es una pantalla OLED, o una combinación de una pantalla LCoS o LCD transmisiva y una guía de luz, o una combinación de un LCoS, un dispositivo de microespejo digital (DMD) o una LCD y una fuente de luz y un combinador, o una combinación de una pantalla OLED y un combinador.
Preferentemente, en el aparato de visualización anterior, el combinador es una combinación de un BS, un PBS o una guía de luz transparente y una película DOE/HOE.
Preferentemente, en el aparato de visualización anterior, el primer y/o el segundo modulador de luz espacial es un LCD o un modulador de luz espacial LCoS que no cambia la dirección de polarización de la luz incidente.
Preferentemente, en el aparato de visualización anterior, el aparato de visualización son gafas para llevar.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para controlar un aparato de visualización. El aparato de visualización incluye un circuito de control y una unidad de visualización, y el método de control incluye:
generar imágenes mediante la unidad de visualización, comprendiendo cada imagen cuadros, en el que cada cuadro incluye uno o más subcuadros, y cada subcuadro incluye un objeto de un solo cuadro correspondiente a la profundidad seleccionada y a la información de profundidad del mismo;
en el que un primer modulador de luz espacial que adopta modulación de fase se coloca delante de la unidad de visualización y se conecta al circuito de control a través de señales, y
cuando se muestra cada subcuadro, en el que los parámetros de modulación como una distancia de imagen correspondiente basada en la información de profundidad del subcuadro se establecen por el modulador de luz espacial, y, además
un segundo modulador de luz espacial que adopta modulación de fase se coloca detrás de la unidad de visualización; y
el segundo modulador de luz espacial compensa la luz ambiental para compensar los cambios generados cuando la luz ambiental pasa a través del primer modulador de luz espacial y la unidad de visualización, de modo que los cambios de campo de luz generados, después de que la luz ambiental pase a través del aparato de visualización, en dos direcciones de polarización perpendiculares son las mismas.
Preferentemente, en el método de control anterior, los datos de modulación en el primer modulador de luz espacial se generan en tiempo real en base a la información de profundidad.
Preferentemente, en el método de control anterior, los datos de modulación en el primer modulador de luz espacial se generan de antemano y se almacenan en el circuito de control, y los datos de modulación se seleccionan en tiempo real en base a la información de profundidad y se envían al primer modulador de luz espacial mediante el circuito de control.
Preferentemente, en el método de control anterior, cada subcuadro se divide además en varias subcuadros de color bicolor o multicolor, el modulador de luz espacial modula imágenes a diferentes distancias a través de multiplexación por división de tiempo en color, y los datos de modulación de cada color o longitud de onda respectivamente corresponden a los parámetros de modulación (donde los datos de modulación cambian correspondientemente para una longitud de onda diferente a la misma profundidad).
Preferentemente, en el método de control anterior, las frecuencias de actualización de la unidad de visualización y el primer modulador de luz espacial son las mismas, siendo las frecuencias de actualización N*C veces la frecuencia de cuadros de la unidad de visualización, siendo N la cantidad de subcuadros de profundidad, C es la cantidad de subcuadros de color, siendo N y C ambos números naturales, y siendo la cantidad de subcuadros de cada cuadro en la imagen N*C.
Preferentemente, en el método de control anterior, cada subcuadro se divide además en varias subcuadros parciales, modulando los subcuadros parciales imágenes de colores correspondientes a los subcuadros parciales a la misma distancia de imagen, siendo los datos de modulación de los subcuadros parciales diferentes, y la acumulación de errores entre los datos de modulación de los varios subcuadros parciales y los datos de modulación ideales son menores que el error entre los datos de modulación de un solo cuadro y los datos de modulación ideales.
Preferentemente, en el método de control anterior, las frecuencias de actualización de la unidad de visualización y el
primer modulador de luz espacial son diferentes, siendo la frecuencia de actualización de la unidad de visualización N*C veces la frecuencia de cuadros de la unidad de visualización, N es la cantidad de subcuadros de profundidad , C es la cantidad de subcuadros de color, siendo la frecuencia de actualización del primer modulador de luz espacial M*N*C multiplicado por la frecuencia de cuadros de la unidad de visualización, siendo M, N y C números naturales, siendo la cantidad de subcuadros de cada cuadro en la imagen N*C y siendo la cantidad de subcuadros parciales M*N*C.
Debe entenderse que las descripciones generales anteriores y las siguientes descripciones detalladas de la presente invención son meramente ejemplares e ilustrativas, y tienen como objetivo proporcionar explicaciones adicionales para la presente invención de acuerdo con las reivindicaciones.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los dibujos adjuntos se incluyen para proporcionar una mejor comprensión de la presente invención, y están registrados y constituyen una parte de esta solicitud. Los dibujos adjuntos muestran realizaciones de la presente invención y, junto con la memoria descriptiva, sirven para explicar el principio de la presente invención. En los dibujos adjuntos:
La figura 1a es un diagrama esquemático de una primera realización ejemplar de un aparato de visualización que no es de acuerdo con la presente invención;
La figura 1b muestra el principio de visualización del aparato de visualización de la figura 1a;
La figura 1c y la figura 1d muestran dos realizaciones variantes de la primera realización ejemplar;
La figura 2 es un diagrama esquemático de una segunda realización ejemplar de un aparato de visualización que no es de acuerdo con la presente invención;
La figura 3 es un diagrama esquemático de una realización de un aparato de visualización según la presente invención; y
La figura 4 es un diagrama esquemático de otra realización ejemplar de un aparato de visualización que no es de acuerdo con la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Las realizaciones se describen en detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos. Se hace referencia específicamente a las realizaciones preferidas de la presente invención, y en los dibujos adjuntos se muestran ejemplos de las realizaciones preferidas. Se utilizan los mismos números en todos los dibujos adjuntos para representar partes iguales o similares en todos los casos posibles. Además, aunque los términos usados en la presente invención se seleccionan de términos generalmente conocidos y usados, el solicitante puede elegir algunos términos usados en la memoria descriptiva de la presente invención basándose en su determinación, y los significados detallados de los términos se describen en partes relacionadas de las descripciones de la memoria descriptiva. Además, se requiere que la presente invención se entienda no solo a través de los términos realmente utilizados, sino también a través de los significados implícitos de cada término.
En primer lugar, se describen un principio básico y un ejemplo de realización con referencia a la figura 1a y la figura 1 b.
Como se muestra en la figura 1a y la figura 1b, un aparato de visualización 100 incluye principalmente un circuito de control (no mostrado), una unidad de visualización 101 y un primer modulador de luz espacial 102. Específicamente, el aparato de visualización 100 pueden ser gafas para llevar. Además, el aparato de visualización 100 puede aplicarse simultáneamente a los ojos izquierdo y derecho, y se forma un paralaje entre los ojos izquierdo y derecho para crear una experiencia 3D más intensa. Además, el aparato de visualización 100 puede usar además un sensor para detectar la distancia focal del observador, gestos, señales de detección de movimiento o similares, enviar la retroalimentación al sistema de control y sincronizar el modulador de luz espacial para ajustar automáticamente las distancias de formación de imágenes.
La unidad de visualización 101 está configurada para generar imágenes. Por ejemplo, la unidad de visualización 101 puede utilizar un chip de micropantalla, por ejemplo, un dispositivo tal como un DMD, un LCoS o un chip LCD más una fuente de luz (LED, LD o similares) o una pantalla OLED. Además, la unidad de visualización 101 puede ser una combinación de una pantalla LCoS o LCD transmisiva y una guía de luz, o una combinación de un LCoS, un DMD o una LCD y una fuente de luz y un combinador, o una combinación de una pantalla OLED y un combinador. El combinador puede ser una combinación de BS, PBS o una guía de luz transparente y una película HOE.
El primer modulador de luz espacial 102 se coloca delante de (es decir, un extremo delantero de una trayectoria
óptica) la unidad de visualización 101 y está conectado al circuito de control a través de señales. El primer modulador de luz espacial 102 está configurado para cambiar patrones de modulación o contenidos basados en señales electrónicas generadas por el circuito de control, para ajustar dinámicamente las distancias de formación de imágenes espaciales. De esta manera, el primer modulador de luz espacial 102 puede presentar la imagen a una distancia del observador según el requisito.
El primer modulador de luz espacial 102 puede usar un dispositivo de modulación de fase (por ejemplo, usar un dispositivo tal como un LCD transmisivo o un LCoS transmisivo que esté en un modo ECB o VA que no cambie la dirección de polarización y la intensidad de la luz incidente). Al cambiar la distribución de fase en el primer modulador de luz espacial 102 (por ejemplo, la capacidad de modulación del primer modulador de luz espacial 102 a través de la modulación de fase en una banda de onda de luz visible que varía de 380 a 700 nm es mayor que 2n), el primer modulador de luz espacial 102 se convierte en una lente especial cuya propiedad óptica (por ejemplo, la distancia focal) se puede ajustar en tiempo real a través del control de señal eléctrica, de modo que el primer modulador de luz espacial 102 puede modular la imagen de la unidad de visualización 101 en imágenes virtuales a diferentes distancias lejos del observador.
El circuito de control es responsable de transmitir señales de la imagen a la unidad de visualización 101 y controlar que se muestren, transmitir señales de modulación al primer modulador de luz espacial 102 y sincronizar el primer modulador de luz espacial 102 y la unidad de visualización 101.
Basándose en la estructura anterior, un método para controlar un aparato de visualización puede incluir: transmitir información de imágenes a la unidad de visualización 101 y generar imágenes mediante la unidad de visualización 101. Cada cuadro de la imagen incluye uno o más subcuadros, y cada subcuadro incluye información de profundidad del mismo; y
cuando se muestra cada subcuadro, establecer, mediante el primer modulador de luz espacial 102, los parámetros de modulación (por ejemplo, la distribución de fase de una longitud de onda correspondiente, y la distribución de fase puede almacenarse en una unidad de control de antemano y elegirse en tiempo real basándose en la información de profundidad y la longitud de onda, o la distribución de fase, pueden generarse por una unidad de control en tiempo real) como una distancia de imagen correspondiente basada en la información de profundidad del subcuadro.
En el siguiente ejemplo descrito, preferentemente, las frecuencias de actualización de la unidad de visualización 101 y el primer modulador de luz espacial 102 son las mismas, las frecuencias de actualización de los mismos son N veces la frecuencia de cuadros de las imágenes de entrada de la unidad de visualización 101, N es un número natural, y la cantidad de subcuadros de cada cuadro en la imagen es N. Además, cada subcuadro puede dividirse adicionalmente en varios subcuadros bicolores o multicolores, modulando el primer modulador de luz espacial imágenes a diferentes distancias mediante multiplexación por división de tiempo en color.
Preferentemente, en la realización ejemplar mostrada en la figura 1a y la figura 1b, el aparato de visualización 100 incluye además un divisor de haz de polarización 103 colocado delante del primer modulador de luz espacial 102. El divisor de haz de polarización 103 se coloca en un dispositivo de guía de luz 108, por ejemplo, una guía de ondas. El divisor de haz de polarización 103 está configurado para reflejar la luz de la imagen, transmitir luz ambiental externa y combinar estos dos tipos de luz.
Como se muestra en la figura, un extremo del divisor de haz de polarización 103 recibe imágenes de modulación moduladas por el primer modulador de luz espacial 102, y el otro extremo del divisor de haz de polarización 103 convierte o filtra la luz ambiental en la primera luz polarizada linealmente y proyecta la primera luz polarizada linealmente y la imagen de modulación a un usuario después de combinar la primera luz polarizada linealmente y la imagen de modulación; y las direcciones de polarización de la primera luz polarizada linealmente y la imagen de modulación son perpendiculares.
Además, se pueden añadir otros elementos ópticos (por ejemplo, un difusor y lentes, etc.) delante o detrás del primer modulador de luz espacial 102 para cambiar los parámetros ópticos de la imagen (por ejemplo, el ángulo de visión). La luz de la imagen modulada por el modulador de luz espacial se polariza linealmente (por ejemplo, luz S) y se refleja en los ojos del observador después de transmitirse al divisor de haz de polarización 103. La luz ambiental del escenario externo se combina con la luz de la imagen en una trayectoria después de pasar a través del divisor de haz de polarización. Cuando el observador usa el aparato de visualización 100 para ver, se logra un efecto de superposición de imágenes virtuales en el escenario externo, y las distancias entre las imágenes virtuales y el observador pueden ajustarse arbitrariamente usando el modulador de luz espacial.
Además, haciendo referencia a la figura 1b, el principio se analiza más a fondo.
El circuito de control puede utilizar la persistencia de la visión de los ojos para sincronizar rápidamente la unidad de visualización 101 y el primer modulador de luz espacial 102, de modo que el observador vea imágenes virtuales a
diferentes profundidades en la misma imagen. Por ejemplo, la figura 1b incluye los objetos virtuales A1, A2, B1, B2, B3, C, D1, D2, E, F, G, A1 y A2 están a la misma profundidad, B1, B2 y B3 están a la misma profundidad, D1 y D2 están a la misma profundidad, y A, B, C, D, E, F y G están a diferentes profundidades.
En una implementación, la frecuencia de actualización de la unidad de visualización 101 en el aparato de visualización 100 es de 360 Hz, la frecuencia de actualización del modulador de luz espacial también es de 360 Hz, la frecuencia de cuadros de un video de entrada es de 60 Hz, cada cuadro de imagen que entra incluye seis subcuadros, y cada subcuadro de cada cuadro de imagen incluye información de profundidad independiente. Cuando se muestra el subcuadro 1, la unidad de visualización muestra los objetos A1 y A2, y el circuito de control establece sincrónicamente los parámetros de modulación en el primer modulador de luz espacial 102 para que sean la distancia de la imagen A, de modo que el observador vea los objetos A1 y A2 en una profundidad de A en este período de tiempo, cuando se muestra el segundo subcuadro B, la unidad de visualización 101 muestra los objetos B1, B2 y B3, y el primer modulador de luz espacial 102 establece los parámetros de modulación para que sean la distancia de la imagen B, y cuando se muestra el tercer subcuadro, la unidad de visualización 101 muestra el objeto C, y el primer modulador de luz espacial 102 establece los parámetros de modulación para que sean la distancia de la imagen C. Por analogía, durante 1/60 s para mostrar un cuadro de imagen, el observador puede ver imágenes a seis distancias diferentes en total, y debido a la persistencia de la visión de los ojos, el observador considera que una pluralidad de imágenes a diferentes distancias se ven en un mismo cuadro de imagen.
En otra implementación, debido a que la mayoría de los moduladores de luz espacial están relacionados con la longitud de onda, cada subcuadro de distancia puede dividirse además en subcuadros de color bicolor o multicolor. Debido a que cada color tiene diferentes longitudes de onda, el modulador de luz espacial modula diferentes subcuadros de color en un período de tiempo específico usando respectivamente, basados en diferentes colores, parámetros correspondientes a diferentes longitudes de onda, para mostrar imágenes a diferentes distancias a través de la multiplexación por división de tiempo en color. Por ejemplo, en la figura 1b, la frecuencia de actualización de la unidad de visualización 101 es de 1080 Hz, la frecuencia de actualización del primer modulador de luz espacial 102 es de 1080 Hz, la frecuencia de cuadro de la señal de vídeo de entrada es de 60 Hz, pudiendo incluir cada cuadro de imagen seis subcuadros de distancia de información de distancia diferente, y cada subcuadro de distancia puede dividirse además en subcuadros de color en tres colores primarios, a saber, rojo, verde y azul. Cuando el objeto B1 se muestra en rojo, B2 en verde y B3 en azul, se establece una subcuadro de distancia correspondiente para que sea la distancia B. Cuando se muestra un subcuadro de color correspondiente, el circuito de control controla respectivamente el primer modulador de luz espacial 102 para mostrar sincrónicamente información de modulación (por ejemplo, distribución de fase) de la distancia B correspondiente a las longitudes de onda (por ejemplo, 450 nm, 520 nm y 650 nm) de rojo, verde y azul. Cuando se muestra el objeto C cuyo color incluye el nivel de gris (rojo 14, verde 91 y azul 255), la unidad de visualización 101 muestra el nivel de gris de color de la imagen C como rojo 14 correspondiente a un subcuadro rojo, como verde 91 correspondiente a un subcuadro verde, y como azul 255 correspondiente a un subcuadro azul. El circuito de control controla respectivamente el primer modulador de luz espacial 102 para mostrar de forma sincrónica información de modulación de la distancia C correspondiente a las longitudes de onda de rojo, verde y azul.
De manera similar, la visualización de imágenes en color a diferentes distancias puede realizarse dividiendo primero cada cuadro en cuadros de imagen en subcuadros de color, y luego dividiendo el mismo subcuadro de color en subcuadros de distancia.
Además, en realidad, el modulador de luz espacial a menudo tiene desviaciones debido al hardware (y por lo tanto no crea un efecto de modulación como el de una lente ideal). Cada subcuadro puede dividirse además en varios subcuadros parciales, y los subcuadros parciales de cada subcuadro modulan imágenes de los correspondientes subcuadros o subcuadros de color a la misma profundidad. Sin embargo, los datos de modulación de los subcuadros parciales son diferentes y las variaciones entre los datos de modulación de cada uno de los subcuadros parciales y los datos de modulación ideales son diferentes. Debido a la persistencia de la visión, una imagen final vista por los ojos es la integración (acumulación) relativa al tiempo de los subcuadros parciales iterados rápidamente. Al establecer los datos de cada subcuadro parcial, las variaciones generadas por los subcuadros parciales relativas a la modulación ideal pueden compensarse entre sí, de modo que la variación total entre los subcuadros parciales y la modulación ideal sea menor que una variación entre un solo subcuadro y la modulación ideal, mejorando así la calidad de la formación de imágenes. Por ejemplo, en el ejemplo anterior, la frecuencia de actualización de la unidad de visualización 101 es de 1080 Hz, la frecuencia de actualización del primer modulador de luz espacial 102 es de 3240 Hz, cada subcuadro se divide además en tres subcuadros parciales, cada subcuadro parcial modula imágenes de la misma longitud de onda a la misma distancia de formación de imágenes, pero los datos de modulación son diferentes, las variaciones se compensan entre sí y la variación acumulada generada por los tres subcuadros parciales en relación con el tiempo es menor que la variación de usar el subcuadro único, mejorando así la calidad de la formación de imágenes.
La figura 1c y la figura 1d muestran dos realizaciones variantes de la primera realización anterior. En la realización variante mostrada en la figura 1c, se puede usar un reflector 104 para configurar la unidad de visualización 101 para que esté en el mismo lado del observador. En la realización variante mostrada en la figura 1d, se puede usar el mismo dispositivo 105 (por ejemplo, una pantalla LCD, un LCoS o un DMD) para formar la unidad de visualización
101 anterior. En esta realización, se añade un aparato de iluminación 106 entre el divisor de haz de polarización 103 y el dispositivo 105 (cuando el dispositivo 105 es un DMD, la dirección de polarización de la luz emitida por el aparato de iluminación 106 es perpendicular a la dirección de polarización de la luz externa que pasa a través del divisor de haz de polarización 103, y un prisma 107 entre el dispositivo 105 y el aparato de iluminación 106 puede ser un aparato de reflexión interna total (TIR), y el prisma 107 refleja la luz emitida desde el 106 al DMD). Las imágenes son generadas por el DMD, y la luz de la imagen entra en el dispositivo de guía de luz 108 a través del prisma 107 después de ser reflejada, de modo que la luz de la imagen es reflejada por el divisor de haz de polarización 103 y se combina con la luz ambiental externa en una trayectoria. Cuando el dispositivo 105 es un LCoS, la dirección de polarización de la luz emitida por el aparato de iluminación 106 es la misma que la dirección de polarización de la luz externa que pasa a través del divisor de haz de polarización 103, el prisma 107 entre el dispositivo 105 y el aparato de iluminación. 106 es un divisor de haz de polarización PBS, el prisma 107 refleja la luz al LCoS 105, y el LCoS genera imágenes y refleja la luz de la imagen, y gira la dirección de polarización de la luz de la imagen en 90°, de modo que la luz de la imagen puede entrar en el dispositivo de guía de luz 108 a través del prisma 107, reflejándose así por el divisor de haz de polarización 103 y combinándose con la luz ambiental externa en una trayectoria).
En las variantes de realización anteriores, el modulador de luz espacial también se puede combinar con la unidad de visualización en el mismo dispositivo, se forma una imagen a través de interferencia y se agrega información de difracción y modulación (por ejemplo, se agrega modulación de fase a la imagen), por lo que la distancia de la imagen vista por el observador se modula mientras se forma la imagen.
La figura 2 es un diagrama esquemático de una segunda realización ejemplar de un aparato de visualización que no es de acuerdo con la presente invención. En esta realización, un aparato de visualización 200 incluye principalmente un circuito de control (no mostrado), una unidad de visualización 201 y un primer modulador de luz espacial 202, y un polarizador 203. Los principios de la unidad de visualización 201 y el primer modulador de luz espacial 202 en esta realización son básicamente los mismos que los de la unidad de visualización 101 y el primer modulador de luz espacial 102 en la primera realización analizada anteriormente. Por lo tanto, los detalles no se describen nuevamente.
Una diferencia principal entre la primera realización y la segunda realización radica en el polarizador 203 colocado detrás (es decir, colocado en el extremo trasero de una trayectoria óptica) de la unidad de visualización 201, para convertir o filtrar la luz ambiental en la primera luz polarizada linealmente (por ejemplo, luz Pe). Además, en la segunda realización, la unidad de visualización 201 y el primer modulador de luz espacial 202 son unidades transparentes. Por ejemplo, la unidad de visualización 201 puede usar un OLED transparente, y el primer modulador de luz espacial 202 puede usar una lente LCD o un LCoS transmisivo con modo ECB (donde las moléculas de cristal líquido no se retuercen y la dirección de polarización de la luz incidente no cambia).
El polarizador 203 está configurado de modo que la luz polarizada en una dirección específica pueda filtrarse. Por ejemplo, la luz ambiental incluye componentes Pe y Se en una dirección P y una dirección S, cuyas direcciones de polarización son perpendiculares entre sí. Después de pasar a través del polarizador 203, la parte Se de la luz ambiental se filtra y solo la parte Pe puede pasar. La luz de imagen generada por la unidad de visualización transparente 201 es luz polarizada Si en la dirección S. La luz transmitida al primer modulador de luz espacial 202 a través de la unidad de visualización 201 incluye la luz ambiental Pe y la luz de imagen Si generada por la unidad de visualización 201, es decir, las direcciones de polarización de la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación son perpendiculares, y ambas se proyectan a un usuario después de combinarse. En esta realización, el primer modulador de luz espacial 202 usado puede modular solo la luz en la dirección S, y modula la luz de la imagen a Si', y no genera modulación de fase en la luz ambiental en la dirección P, es decir, esa luz P pasa a través del primer modulador de luz espacial 202 es equivalente solo a que la luz P pasa a través de una pieza de medio transparente uniforme de espesor uniforme (que no genera el impacto similar al de una lente), y el efecto final visto por el observador detrás del primer modulador de luz espacial 202 es similar a un escenario externo que se ve detrás de una pieza de vidrio transparente uniforme y una imagen virtual cuya distancia se puede cambiar en tiempo real.
La figura 3 es un diagrama esquemático de una realización de un aparato de visualización según la presente invención. En esta realización, un aparato de visualización 300 incluye principalmente un circuito de control (no mostrado), una unidad de visualización 301 y un primer modulador de luz espacial 302, y un segundo modulador de luz espacial 303. El principio de la unidad de visualización 301 y/o del primer modulador de luz espacial 302 en esta realización es básicamente el mismo que los principios de la unidad de visualización 101 y el primer modulador de luz espacial 102 en la primera realización analizada anteriormente. Por lo tanto, los detalles no se describen nuevamente.
Una diferencia principal entre el primer ejemplo de realización y la realización según la presente invención reside en el segundo modulador espacial de luz 303 situado detrás (es decir, situado en un extremo trasero de una trayectoria óptica) de la unidad de visualización. Además, en la realización según la presente invención, la unidad de visualización 301 y el primer modulador de luz espacial 302 son unidades de visualización transparentes. Por ejemplo, la unidad de visualización 301 puede usar un OLED transparente, y el primer modulador de luz espacial
302 puede usar una lente LCD o un LCoS transmisivo con el modo ECB (donde las moléculas de cristal líquido no se retuercen, y la dirección de polarización de la luz incidente no cambia).
Particularmente, el segundo modulador de luz espacial 303 compensa la luz ambiental, para compensar los cambios (por ejemplo, cambios de campo de luz) generados cuando la luz ambiental pasa a través del primer modulador de luz espacial 302 y la unidad de visualización 301, de modo que los cambios de campo de luz generados, después de que la luz ambiental pasa a través del aparato de visualización 300, en dos direcciones de polarización perpendiculares son iguales (es decir, los campos de luz generados después de que la luz ambiental pasa a través del segundo modulador de luz espacial 303, la unidad de visualización 301 y el primer modulador de luz espacial 302 en el aparato de visualización 300 y generados cuando la luz ambiental se transmite en el espacio libre son los mismos); o el cambio de luz ambiental en la dirección de polarización S que se modula por el modulador de luz espacial es el mismo que el cambio de luz ambiental en la dirección de polarización P que no se modula por el modulador de luz espacial. Finalmente, un efecto final visto por el observador detrás del primer modulador de luz espacial 302 es similar a un escenario externo que se ve directamente (o un escenario externo visto a través de una pieza de gafas transparentes) y una imagen virtual cuya distancia se puede cambiar en tiempo real, y este método tiene poco impacto en el brillo de la luz ambiental y no genera un efecto similar al efecto de gafas de sol de un polarizador.
Además, en esta realización, las direcciones de polarización de las imágenes de modulación emitidas por el primer modulador de luz espacial 302 y la salida de luz ambiental modulada por el segundo modulador de luz espacial 303 son las mismas. Por ejemplo, el segundo modulador de luz espacial 303 y el primer modulador de luz espacial 302 modulan ambos solo luz polarizada en la dirección S. La luz de imagen generada por la unidad de visualización 301 es Si en la dirección de polarización S, y Si' se genera después de que Si se modula por el primer modulador de luz espacial 302. El observador ve una imagen virtual cuya distancia se puede cambiar en tiempo real. La luz ambiental Pe en la dirección P transmite el modulador de luz espacial sin ser modulada por el modulador de luz espacial, mientras que la luz ambiental Se en la dirección S primero se modula a Se" por el modulador de luz espacial 2 y luego se modula por el primer modulador de luz espacial 302, y la luz ambiental Se” en la dirección S se restaura a Se, que tiene la misma fase que la luz Pe. Finalmente, un efecto final visto por el observador detrás del primer modulador de luz espacial 302 es similar al escenario externo que se ve detrás de una pieza de vidrio transparente uniforme y una imagen virtual cuya distancia se puede cambiar en tiempo real.
Además, preferentemente, puede establecerse un polarizador entre la unidad de visualización 301 y el segundo modulador de luz espacial 303, para convertir o filtrar la luz ambiental en luz linealmente polarizada.
Alternativamente, en otra realización preferida, el primer y/o segundo modulador espacial de luz puede simular además gafas, compensar dioptrías y astigmatismo, etc. basándose en señales de dioptrías generadas por el circuito de control, para facilitar el uso de un observador miope.
Con referencia a la figura 4, la figura 4 es un diagrama esquemático de otro ejemplo de realización. En esta realización, la luz de imagen polarizada Si en la dirección S que es generada por una unidad de visualización 401 es guiada hacia un medio de guía de ondas 402, Si se transmite después de varias veces de reflexión interna total en el medio de guía de ondas 402, y se inyecta en el otro lado del medio de guía de ondas 402 a una película HOE 405 (rejillas ópticas) antes de salir. La solución en la que la película HOE 405 se combina con el medio de guía de ondas 402 puede realizar un campo de visión y caja ocular relativamente grande, y convertir imágenes que salen del medio de guía de ondas 402 y la película HOE 405 en una imagen virtual a distancia (por ejemplo, infinitamente lejos) del observador. Un modulador de luz espacial 403 modula la luz de imagen Si que sale de 405, y modula Si en tiempo real a la imagen virtual a una distancia requerida del observador. La luz ambiental externa primero pasa a través de un polarizador 404, solo la luz polarizada Pe en la dirección P pasa a través del polarizador 404, y esa luz ambiental pasa a través del medio de guía de ondas 402 y la película HOE 405 es similar a la de la luz ambiental que pasa a través de un pieza de medio transparente uniforme de espesor uniforme.
En la presente invención, el parámetro/información de modulación en el modulador de luz espacial (por ejemplo, distribución de fase) puede generarse externamente por adelantado (por ejemplo, generarse usando un ordenador externa de antemano) y almacenarse en la unidad de control, y el parámetro/información de modulación se selecciona para su visualización en tiempo real por la unidad de control en base a la información de profundidad de una imagen y la longitud de onda correspondiente; o se genera un parámetro/información de modulación en tiempo real y se muestra en la unidad de control basándose en la información de profundidad de una imagen y la longitud de onda correspondiente.
Además, en las realizaciones anteriores, el polarizador o el segundo modulador de luz espacial se puede reemplazar con un material a prueba de luz para evitar que entre la luz ambiental, cambiando así el aparato de visualización a un dispositivo de visualización de realidad virtual (VR) en el que las distancias de formación de imágenes se pueden cambiar en tiempo real.
Es evidente para un experto en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones a los ejemplos de las realizaciones de la presente invención.
Claims (18)
1. Un aparato de visualización (100, 200, 300, 400), que comprende:
un circuito de control;
una unidad de visualización (101, 105, 201, 301, 401), configurada para generar una imagen; que comprende un primer modulador espacial de luz (102, 202, 302, 403) que adopta modulación de fase, colocado frente a la unidad de visualización y conectado al circuito de control, en el que el primer modulador espacial de luz está configurado para establecer parámetros de modulación basados en las señales electrónicas generado por el circuito de control a partir de la información de profundidad como una distancia de imagen correspondiente; caracterizado por
que comprende además un segundo modulador de luz espacial (303, 403) que adopta modulación de fase y se coloca detrás de la unidad de visualización; y
compensando el segundo modulador de luz espacial la luz ambiental para compensar los cambios generados cuando la luz ambiental pasa a través del primer modulador de luz espacial y la unidad de visualización, de modo que los cambios de campo de luz generados, después de que la luz ambiental pase a través del aparato de visualización, en dos direcciones de polarización perpendiculares son las mismas.
2. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un divisor de haz de polarización (103) situado delante del primer modulador espacial de luz, en el que
un extremo del divisor de haz de polarización recibe imágenes moduladas por el primer modulador de luz espacial, y otro extremo del divisor de haz de polarización convierte o filtra la luz ambiental en la primera luz polarizada linealmente y proyecta la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación a un usuario después de combinar la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación; y
las direcciones de polarización de la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación son perpendiculares.
3. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un polarizador (203) colocado detrás de la unidad de visualización, para convertir o filtrar la luz ambiental en la primera luz polarizada linealmente, en el que
el primer modulador espacial de luz es una unidad transparente;
la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación se proyectan a un usuario después de combinarse; y
las direcciones de polarización de la primera luz polarizada linealmente y las imágenes de modulación son perpendiculares.
4. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 1, en el que
la unidad de visualización y el primer modulador espacial de luz son unidades transparentes.
5. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las direcciones de polarización de las imágenes de modulación emitidas por el primer modulador de luz espacial y la salida de luz ambiental modulada por el segundo modulador de luz espacial son las mismas.
6. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende además un conjunto de polarizador entre la unidad de visualización y el segundo modulador de luz espacial, para convertir o filtrar la luz ambiental en luz polarizada linealmente.
7. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 4, en el que el primer y/o segundo modulador espacial de luz simula además gafas y compensa dioptrías y astigmatismo basándose en señales generadas por el circuito de control.
8. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la unidad de visualización es una pantalla OLED, o una combinación de una pantalla LCoS o LCD transmisiva y una guía de luz (108), o una combinación de un LCoS, un dispositivo de microespejo digital (DMD) o una pantalla LCD y una fuente de luz (106) y un combinador, o una combinación de una pantalla OLED y un combinador.
9. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el combinador es una combinación de un BS, un PBS o una guía de luz transparente (402) y una película HOE (405).
10. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 4, en el que el primer y/o segundo modulador de luz espacial es un LCD o un modulador de luz espacial LCoS que no cambia la dirección de polarización de la luz incidente.
11. El aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el aparato de visualización son gafas para llevar.
12. Un método para controlar un aparato de visualización (100, 200, 300, 400), en el que el aparato de visualización comprende un circuito de control y una unidad de visualización (101, 105, 201, 301, 401), y el método de control comprende:
generar imágenes mediante la unidad de visualización, comprendiendo cada imagen cuadros, en el que cada cuadro comprende uno o más subcuadros, y cada subcuadro comprende objetos de un solo cuadro correspondiente a la profundidad seleccionada y la información de profundidad del mismo;
en el que un primer modulador de luz espacial (102, 202, 302, 403) que adopta modulación de fase se coloca delante de la unidad de visualización y se conecta al circuito de control a través de señales, y
cuando se muestra cada subcuadro, en el que los parámetros de modulación como una distancia de imagen correspondiente basada en la información de profundidad del subcuadro se establecen por el modulador de luz espacial, caracterizado por que
un segundo modulador de luz espacial (303, 403) que adopta modulación de fase se coloca detrás de la unidad de visualización; y
el segundo modulador de luz espacial compensa la luz ambiental para compensar los cambios generados cuando la luz ambiental pasa a través del primer modulador de luz espacial y la unidad de visualización, de modo que los cambios de campo de luz generados, después de que la luz ambiental pase a través del aparato de visualización, en dos direcciones de polarización perpendiculares son las mismas.
13. El método para controlar un aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los datos de modulación en el primer modulador de luz espacial se generan en tiempo real basándose en la información de profundidad.
14. El método para controlar un aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los datos de modulación en el primer modulador de luz espacial se generan de antemano y se almacenan en el circuito de control, y los datos de modulación se seleccionan en tiempo real en base a la información de profundidad y se envían al primer modulador espacial de luz por el circuito de control.
15. El método para controlar un aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 12, en el que cada subcuadro se divide además en varios subcuadros de color bicolor o multicolor, modulando el modulador de luz espacial imágenes a diferentes distancias mediante multiplexación de color por división de tiempo y datos de modulación de cada color o la longitud de onda corresponde a los parámetros de modulación.
16. El método para controlar un aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 12, en el que las frecuencias de actualización de la unidad de visualización y el primer modulador de luz espacial son las mismas, las frecuencias de actualización son N*C veces la frecuencia de cuadros de la unidad de visualización, N es la cantidad de subcuadros de profundidad, C es la cantidad de subcuadros de color, N y C son ambos números naturales, y la cantidad de subcuadros de cada cuadro es N*C.
17. El método para controlar un aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 12, en el que cada subcuadro se divide además en varios subcuadros parciales, modulando los subcuadros parciales imágenes de colores correspondientes a los subcuadros parciales a la misma distancia de imagen, siendo los datos de modulación de los subcuadros parciales diferentes, y la acumulación de variaciones entre los datos de modulación de los varios subcuadros parciales y los datos de modulación ideales es menor que las variaciones entre los datos de modulación de un solo cuadro y los datos de modulación ideales.
18. El método para controlar un aparato de visualización de acuerdo con la reivindicación 12, en el que las frecuencias de actualización de la unidad de visualización y el primer modulador de luz espacial son diferentes, siendo la frecuencia de actualización de la unidad de visualización N*C veces la frecuencia de cuadros de la unidad de visualización, siendo C la cantidad de subcuadros de color, siendo la frecuencia de actualización del primer modulador de luz espacial M*N*C multiplicado por la frecuencia de cuadros de la unidad de visualización, siendo M, N y C números naturales, siendo la cantidad de subcuadros de cada cuadro en la imagen N*C, y siendo la cantidad de subcuadros parciales M*N*C.
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