СПОСОБ И МНОГОФОКУСНОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК G09G3/20 G02B3/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к многофокусному устройству отображения (MFD) и к соответствующему способу обеспечения многофокусного отображения. MFD устройство может конкретно установлено в оптической системе, например, устройство дисплей рядом с глазом (NED), приспособление или устройство рядом с глазом (NTE) или устройство отображения, устанавливаемое на голове (HMD). Изобретение, в частности, относится к обеспечению цветных изображений, полученных с помощью MFD способа и устройства.

Уровень техники

В последнее время MFD устройства получили большое распространение в связи с их способностью обеспечивать отображение изображения на небольшом, портативном дисплее. Применение таких MFD устройств особенно важно в области расширенной реальности (AR), которое обычно использует NED устройства с функцией «сквозного просмотра», и виртуальной реальности (VR), которую, как правило, используют в NED устройстве с эффектом присутствия.

Пример типового MFD устройства показана на фиг.9. Традиционное MFD устройство, показанное на фиг.9, относится к устройству с временным мультиплексированием (которое отличается от MFD устройства пространственного мультиплексирования). В этом обычном MFD, расстояние просмотра одного 2D дисплея от глаз пользователя быстро переключают синхронно с визуализацией кадров многофокальных плоскостей для формирования потенциально немерцающего восприятия 3D изображения.

Это требует, с одной стороны, элементы высокоскоростного фокусного модулятора. Эти элементы могут содержать линзы переменной силы (линза с настройкой фокуса) и способны быстро корректировать или модулировать фокусное расстояние (или, эквивалентно, оптическую силу) линзы. Так, например, для этой цели может быть использована линза с электрической настройкой фокуса или устройство c зеркалом с изменяемой поверхностью отображения (DMMD). Фиг 10 показывает, как оптическая сила D такой линзы может быть изменена во времени. Как правило, оптическая сила изменяется ступенчато, и каждое значение оптической силы соответствует различной фокальной плоскости изображения, воспринимаемого 3D-изображения. Каждый уровень оптической силы (т.е. каждой фокальной плоскости изображения), используемый MFD устройством (здесь на фиг.10 показаны четыре уровня оптической силы), применяют один раз в течение длительности кадра, например, 1/60 сек. Для каждого уровня оптической силы (фокальной плоскости изображения) предоставляют информацию о цвете (здесь обозначено как «RGB»), то есть, она должна быть обеспечена в течение еще более короткого периода времени, например, 4,2 мс.

Поэтому, с одной стороны, необходим сверхбыстрый элемент отображения для последовательного отображения цветных изображений для слияния мельканий пороговой скорости, например, частоты кадров 60 Гц. На самом деле, этот элемент отображения является ключевым компонентом для цифровой обработки оптических сигналов (DLP), выполненной в MFD устройстве. Сверхбыстрый элемент отображения может содержать цифровое микрозеркальное устройство (DMD) или устройство на жидких кристаллах на кремниевом основании (LCOS), например, устройство на сегнетоэлектрических LCOS (FLCOS).

DMD устройство включает в себя множество микрозеркал, в котором каждое зеркало является одним пикселем изображения, которое должно отображаться. Микрозеркала выполнены с возможностью наклона либо в сторону источника света (ON) или от источника света (OFF) для формирования пикселя света или темноты на поверхности проекции или экрана, на котором отражается свет от источника света посредством микрозеркал. Так, например, n-битовая последовательность может быть использована для отображения 2ⁿ полутоновых уровней (или битовых шаблонов) либо с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM), либо способом переменной интенсивности освещения, причем последний способен поддерживать значительно более высокую частоту кадров.

Сверхбыстрый элемент отображения может дополнительно содержать цветовой элемент, например, реализованный с помощью вращающегося стеклянного колеса с сегментами разных цветов. Цветовой элемент расположен между источником света и DMD, и используется для обеспечения цвета света источника света, который освещает DMD. Таким образом, может быть получено цветное изображение. Это означает, что элемент отображения, содержащий цветовой элемент и DMD управляется с помощью последовательного битового шаблона (битовой последовательности), определяющего цвет и компоновку экспозиции. Это, как правило, известно, как операция последовательной подсветки цветов (FSC) или карусель.

На фиг.11 показан пример 8-битового битового шаблона для отображения цветного изображения (здесь только для красного цвета). В верхней части фиг. 11 показан 8-битовый шаблон с 8 битами, которые обозначены R1, R2, R4, R8, R16, R32, R64 и R128, соответственно. R1 представляет собой наименее значимый бит (LSB) или 8-ю битовую плоскость. R128 является наиболее значимым битом (MSB) или 1-ю битовую плоскость.

8-битная битовая последовательность обеспечивается контроллером в течение определенного периода времени, и для каждого бита последовательности, корректируют интенсивность освещенности цветового элемента с помощью источника света в соответствии с заданным определенным весом освещенности. DMD, например, предоставляет каждый вес освещения, соответствующий битовой плоскости (определенное изображение). Как можно видеть на фиг.11, 1-я (самая важная) битовая плоскость, соответствующая MSB, получает самую высокий вес освещенности, в то время как 8-я (не менее важная) битовая плоскость, соответствующая младшему биту, получает самую низкий вес освещенности. В этом примере 8-я битовая плоскость может принимать только 1/128 освещенности 1-й битовой плоскости. Кроме того, различные битовые плоскости, здесь 8 битовых плоскостей, соответствующие 8 битам битового шаблона, накладываются друг на друга, чтобы сформировать конечное изображение, которое выводится элементом отображения в элементы фокального модулятора.

Фиг. 12 иллюстрирует недостаток в работе обычного MFD устройства. Как уже упоминалось выше, в элементах фокального модулятора корректируют оптическую силу линзы с настройки фокуса, а именно путем подачи управляющего сигнала (например, управляемый электрический ток) в линзу. Для генерирования нескольких (например, четырех) уровней оптической силы (для генерирования нескольких изображений фокальной плоскости), как показано на фиг.10, в кадре, может быть использован управляющий сигнал в виде ступенчатой функции. К сожалению, из-за инерционных свойств линзы, появляется артефакт колебания (выброс фронта импульса + затухающие колебания) в оптическом ответе линзы, который характеризуется временем нарастания и времени осаждения. Такие артефакты, показанные на фиг. 12, появляются при переходах от одного уровня оптической силы к другому. Кроме того, артефакт колебаний также может появиться в середине уровня оптической силы (плато).

Поскольку битовый шаблон для формирования цветного изображения, как показано на фиг.11, обеспечивается в течение периода времени одного плато оптической силы, как показано на фиг.12, по меньшей мере, начало и конец битового шаблона обеспечивается во время артефакта, т.е. на переходах от одного уровня к другому. Это может привести к серьезным цветовым артефактам и артефактов глубины фокуса в окончательном изображении. Пульсация в оптической силе и артефакты соответствующего цвета и глубины фокуса могут также возникать в то время как ток управления поддерживается на уровне постоянной, то есть, между двумя последовательными изменениями уровня, как также показано на фиг.12.

Другими словами, применение обычного битового шаблона, показанного на фиг.11, для каждой фокальной плоскости изображения в обычном MFD устройстве по фиг. 9 может вызывать артефакты цвета и глубины в изображениях, по меньшей мере, из-за артефактов во время переходов оптической силы, так как показано на фиг.13, наибольшая интенсивность освещения конкретного бинарного цветного шаблона (например, B128) в одной фокальной плоскости изображения следует за самой низкой интенсивности освещения следующего бинарного цветового шаблона (например, R1) в другой фокальной плоскости изображения. Это может существенно повлиять на воспринимаемое качество изображения в целом, генерируемого многофокусного (цветного) изображения.

Раскрытие сущности изобретения

С учетом указанных выше дефектов и недостатков, задачей настоящего изобретения является усовершенствование обычного MFD устройства и способа. Задачей настоящего изобретения является обеспечение MFD способа и устройства, который генерирует улучшенные цветные изображения для многофокусного дисплея. В частности, цветные изображения должны иметь меньше артефактов цвета и глубины фокуса. В частности, отрицательное воздействие на цветные изображения из-за переходов оптической силы линзы с настройкой фокуса, должно быть снижено, предпочтительно устранено.

Данную задачу решают с помощью решения, указанного в прилагаемых независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения дополнительно определены преимущественные варианты осуществления.

В частности, изобретение предлагает решение вышеуказанной задачи путем переупорядочения или перекомпоновки обычного бинарного шаблона (в дальнейшем только упоминается как «битовая последовательность»). Переупорядочение или перекомпоновка может быть сделана таким образом, чтобы импульсы освещения устройства отображения в элементе отображения будут согласованы в соответствии с их интенсивностью. Более конкретно, предложено генерировать импульсы освещения высокой интенсивности в течение стационарного периода оптического отклика линзы и менее интенсивные импульсы освещенности вовремя или около нестационарного периода. Кроме того, может быть принята во внимание чувствительность человеческого глаза к различным цветам.

Первый аспект настоящего изобретения обеспечивает MFD устройство, содержащее элемент отображения, выполненный с возможностью генерировать изображение, контроллер, выполненный с возможностью управлять элементом отображения в соответствии с битовой последовательностью, представленной в течение определенного периода времени, для генерирования изображения с одним или более цветами, при этом битовая последовательность включает в себя для каждого цвета количество бит различной значимости, в котором для каждого цвета, ни первый бит, ни последний бит подпоследовательности не является наиболее значимым битом подпоследовательности.

Расположение бит подобным образом, т.е. как указано битовой последовательностью, имеет эффект, что MSB (соответствует самым высоким значениям интенсивности) каждого цвета не появится ни в начале, ни в конце каждой последовательности экспозиции кадра и, таким образом, не будет использоваться, когда артефакты колебаний, как ожидается, будут значительными. Другими словами, MSB будет появляться не в момент времени, но после перехода оптической силы, когда амплитуда колебаний линзы уменьшилась. Таким образом, артефакты, возникающие при переходах оптической силы линзы с настройкой фокуса, не повлияют на MSB. Это уменьшает артефакты цвета и глубины фокуса в окончательном интегрированном изображении, и улучшает общее качество сгенерированного изображения.

В одном варианте осуществления первого аспекта, первый бит и последний бит подпоследовательности являются двумя наименее значимым битами подпоследовательности. То есть, первый бит является LSB и второй бит является вторым наименее значимым битом (также упоминается, как второй LSB), или vice versa.

Это уменьшает артефакты цвета и глубины фокуса в сгенерированном изображении.

В конкретной форме реализации, подпоследовательность монотонно возрастает в значении от первого бита до самого значимого бита подпоследовательности и монотонно убывает по значимости от наиболее значимого бита до последнего бита подпоследовательности.

Это уменьшает артефакты цвета и глубины фокуса в сгенерированном изображении.

В дополнительной форме реализации первого аспекта, два или более цвета и их соответствующие подпоследовательности бит чередуются друг с другом.

Как следствие, артефакты колебаний не влияют преимущественно на один конкретный цвет, но в равной степени во всех цветах, таким образом, обеспечивая в целом более качественное цветное изображение.

В дополнительной реализации первого аспекта, один или более цвета включают в себя зеленый цвет и красный или синий цвет, и первый бит или последний бит, или как первый бит, так и последний бит последовательности предназначен для красного или синего цвета.

Таким образом, учитывают различие в чувствительности человеческого глаза к различным цветам. В частности, так как человеческий глаз более чувствителен к зеленому, и менее чувствителен к синему и красному, это может быть выгодно, чтобы расположить эти последние цвета на позициях, где возникают артефакты оптического отклика. Таким образом, артефакты генерированного изображения могут стать менее заметными. Таким образом, возможно повысить воспринимаемое качество изображения.

В дополнительной реализации первого аспекта, четный бит цвета расположен ближе к началу битовой последовательности, чем нечетный бит того же цвета, в то время как нечетный бит одного и того же цвета расположен ближе к концу битовой последовательности, чем четный бит одного и того же цвета или нечетный бит цвета расположен ближе к началу битовой последовательности, чем четный бит одного и того же цвета, в то время как четный бит того же цвета расположен ближе к концу битовой последовательности, чем нечетного бита одного и того же цвета.

Это означает, например, что четные битовые плоскости могут быть освещены первыми на основании некоторого расположения цвета, вслед за освещением нечетных битовых плоскостей, например, в обратном порядке, на основании того же расположения цвета. Изменение расположения в середине битовой последовательности, которая является следствием указанного расположения нечетного/четного бита, может подсвечивать определенный цвет при переходах оптической силы. Например, синий цвет, к которому человеческий глаз наименее чувствителен, может быть подсвечен во время переходов оптической силы линзы.

В дополнительной реализации первого аспекта, четные биты расположены в подпоследовательности в порядке, обратном порядку нечетных битов в подпоследовательности.

Таким образом, для каждого значения, цвета, к которому человеческий глаз наименее чувствителен, могут быть расположены ближе к началу или концу битовой последовательности.

В дополнительной реализации первого аспекта, контроллер выполнен с возможностью обеспечивать биты битовой последовательности через нерегулярные интервалы в течение определенного периода времени.

Таким образом, в частности, частота кадров остается постоянной и равномерной. Так, например, при наличии ожидаемой основной пульсация в пределах плато оптической силы линзы, то есть, в середине битовой последовательности, интервал времени в битовой последовательности и/или между битовыми последовательностями можно регулировать для предотвращения подсветки импульсов во время этих пульсаций.

В дополнительной реализации первого аспекта, контроллер выполнен с возможностью обеспечивать смещение битовой последовательности в момент времени от начала и/или конца заданного периода времени.

Таким образом, можно предотвратить появление артефактов основных колебаний при переходах оптической силы между изображениями фокальной плоскости.

В дополнительной реализации первого аспекта, MFD устройство дополнительно содержит хранилище, хранящее множество битовых групп, при этом битовая последовательность является конкатенацией этих битовых групп, в котором контроллер выполнен с возможностью управлять устройством отображения в соответствии с первой битовой группой во время первой части определенного периода времени и, в соответствии со второй битовой группой во второй части определенного периода времени.

Таким образом, импульсы освещения могут быть разделены на две или более группы, например, при ожидании появления основной пульсации в центре оптического отклика линзы. Эти группы могут быть организованы таким образом, что положение основной пульсации находится между группами.

В дополнительной реализации первого аспекта, MFD устройство дополнительно содержит хранилище, хранящее, по меньшей мере, одну заданную временную точку или интервал времени в течение определенного периода времени, в котором контроллер выполнен с возможностью расположить менее значимые биты одного или нескольких цветов во временной точке, или в пределах интервала времени, и более значимые биты этих цветов не во временной точке или за пределами интервала времени.

Сохраненная информация о временной точке или интервале времени может указывать, например, наличие основной пульсации в пределах плато оптической силы. Таким образом, MSB могут быть организованы таким образом, что не зависит от этой основной пульсации.

В дополнительной реализации первого аспекта, элемент отображения содержит DMD или LCOS, каждый бит битовой последовательности определяет интенсивность света для подсветки DMD или LCOS, и менее значимый бит относится к более низкой интенсивности света подсветки.

В дополнительной реализации первого аспекта, MFD устройство дополнительно содержит цветовой элемент, выполненный с возможностью обеспечивать свет для подсветки DMD или LCOS с различными цветами, в котором каждый бит битовой последовательности относится к цвету, представленному светом.

В дополнительной реализации первого аспекта, битовая последовательность включает в себя, по меньшей мере, шесть битов для каждого из красного, зеленого и синего цвета, для генерирования элементом отображения, по меньшей мере, 18-битного цветного изображения.

В дополнительной реализации первого аспекта, MFD устройство дополнительно содержит линзу с настройкой фокуса, в котором контроллер выполнен с возможностью выборочно настраивать фокус линзы на множество фокальных плоскостей различного индекса в течение периода кадра, и на одну из этих фокальных плоскостей в течение определенного периода времени.

Различные фокальные плоскости выбирают путем регулировки оптической силы линзы, которая может быть получена путем обеспечения управляющего сигнала другого значения для каждой фокальной плоскости, например, сигнал тока с различными интенсивностями тока.

В дополнительной реализации первого аспекта, контроллер выполнен с возможностью управлять элементом отображения в соответствии с различными битовыми последовательностями в зависимости от индекса фокальной плоскости в течение заданного периода времени и/или в зависимости от индекса фокальной плоскости во время предшествующего и/или следующего определенного периода времени.

Таким образом, основные пульсации, которые являются характеристиками конкретного плато оптической силы (т.е. из фокальной плоскости определенного индекса), могут быть учтены посредством корректировки битовой последовательности соответствующим образом. Кроме того, в зависимости от индекса фокальной плоскости во время перехода фокальной плоскости могут возникнуть различные виды артефактов и может потребоваться другая компоновка битовой последовательности. То есть, может быть обеспечена тщательно управляемая битовая последовательность, что может гарантировать, что каждая величина интенсивности света в последовательности силы в оптическом отклике линзы достигает относительно постоянную (установившаяся составляющая отклика) оптическую силу. Каждый бит последовательности может отображаться с различным смещением в фокальной плоскости.

Второй аспект настоящего изобретения относится к способу для обеспечения MFD, содержащий этапы управления элементом отображения в соответствии с битовой последовательностью, представленной в течение определенного периода времени, чтобы сгенерировать изображение с одним или нескольких цветами, при этом битовая последовательность включает в себя для каждого цвета подпоследовательность бит различной значимости, в котором для каждого цвета, ни первый бит, ни последний бит подпоследовательности для соответствующего цвета не является MSB подпоследовательности.

В реализации второго аспекта, первый бит и последний бит подпоследовательности являются двумя менее значимыми битами подпоследовательности.

В реализации второго аспекта, подпоследовательность монотонно возрастает в значении от первого бита до самого значимого бита подпоследовательности и монотонно убывает по значимости от наиболее значимого бита до последнего бита подпоследовательности.

В реализации второго аспекта, подпоследовательности бит, ассоциированные с различными цветами, чередуются друг с другом в битовой последовательности.

В дополнительной реализации второго аспекта, один или более цветов включают в себя зеленый цвет и красный или синий цвет, и первый бит или последний бит, или как первый бит, так и последний бит последовательности предназначен для красного или синего цвета.

В дополнительной реализации второго аспекта, четные биты расположены в подпоследовательности в порядке, обратном порядку нечетных битов в подпоследовательности.

В дополнительной реализации второго аспекта, биты битовой последовательности обеспечиваются через нерегулярные интервалы в течение определенного периода времени.

В дополнительной реализации второго аспекта, предоставлено смещение битовой последовательности в момент времени от начала и/или конца заданного периода времени.

В дополнительной реализации второго аспекта, способ дополнительно содержит хранение множества битовых групп, при этом битовая последовательность является конкатенацией этих битовых групп, в котором устройство отображения управляется в соответствии с первой битовой группой во время первой части определенного периода времени и, в соответствии со второй битовой группой во второй части определенного периода времени

В дополнительной реализации второго аспекта, способ дополнительно содержит этапы хранения, по меньшей мере, одной заданной временной точки или интервала времени в пределах определенного периода времени, в котором менее значимые биты одного или нескольких цветов расположены во временной точке или в пределах интервала времени, и более значимые биты этих цветов не расположены во временной точке или за пределами интервала времени.

В дополнительной реализации второго аспекта, элемент отображения содержит DMD или LCOS, каждый бит битовой последовательности определяет интенсивность света для подсветки DMD или LCOS, и менее значимый бит относится к более низкой интенсивности подсветки.

В дополнительной реализации второго аспекта, способ дополнительно содержит представление света для подсветки DMD или LCOS с различными цветами, в котором каждый бит битовой последовательности относится к цвету, представленному светом.

В дополнительной реализации второго аспекта, битовая последовательность включает в себя, по меньшей мере, шесть битов для каждого из красного, зеленого и синего цвета, чтобы генерировать элементом отображения, по меньшей мере, 18-битное цветное изображение.

В дополнительной реализации второго аспекта, способ дополнительно содержит выборочно настройку фокуса линзы с настройкой фокуса на множество фокальных плоскостей различного индекса в течение периода кадра и на одну из этих фокальных плоскостей в течение определенного периода времени.

В дополнительной реализации второго аспекта, элемент отображения управляется в соответствии с различными битовыми последовательностями в зависимости от индекса фокальной плоскости в течение заданного периода времени и/или в зависимости от индекса фокальной плоскости во время предшествующего и/или следующего определенного периода времени.

С помощью способа по второму аспекту и его реализаций могут быть получены все преимущества и эффекты MFD устройства по первому аспекту и его реализаций, соответственно.

Третий аспект настоящего изобретения предусматривает компьютерный программный продукт, содержащий программный код для управления MFD устройством в соответствии с первым аспектом или любой из его реализаций.

Соответственно, могут быть получены преимущества и эффекты MFD устройства по первому аспекту.

Следует отметить, что все устройства, элементы, блоки и средства, описанные в настоящем изобретении, могут быть реализованы в программных или аппаратных элементах, или каких-либо их комбинаций. Все этапы, которые выполняют с помощью различных объектов, описанных в настоящем изобретении, а также описанных функциональных возможностей, которые должны выполняться различными объектами, предназначены для обозначения, что соответствующий объект выполнен с возможностью или выполненный с возможностью выполнять соответствующие этапы и функциональные возможности. Даже, если в последующем описании конкретных вариантов осуществления не указано, что конкретная функциональность или этап должны быть выполнены внешними объектами в описании конкретного детального элемента этого объекта, который выполняет конкретный этап или функциональную возможность, специалисту в данной области должно быть понятно, что эти способы и функциональные возможности могут быть реализованы в соответствующих программных или аппаратных элементах, или какой-либо их комбинацией.

Краткое описание чертежей

Описанные выше аспекты и формы реализации настоящего изобретения будут объяснены в последующем описании конкретных вариантов осуществления совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 показывает MFD устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 показывает MFD устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 показывает битовую последовательность, используемую в MFD устройстве в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 показывает расположение битовых последовательностей при переходе оптической силы.

Фиг. 5 показывает битовую последовательность, используемую в MFD устройстве в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6 показывает расположение битовых последовательностей, используемых при переходе оптической силы.

Фиг. 7 показывает MFD устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 показывает оптический отклик линзы во время перехода фокальной плоскости. Фиг. 8 также показывает битовую последовательность, используемую в MFD устройстве в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 9 показывает обычное MFD устройство.

Фиг. 10 показывает переходы оптической силы различных фокальных плоскостей во времени.

Фиг. 11 показывает обычный 8-битный битовый шаблон последовательности для красного цвета.

Фиг. 12 показывает оптический отклик линзы с настройкой фокуса.

Фиг. 13 показывает использование обычной битовой последовательности при переходе силы.

Осуществление изобретения

Фиг. 1 показывает MFD устройство 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. MFD устройство 100 может представлять собой NED устройство, NTE устройство или HMD устройство, или может быть предусмотрено в любом таком устройстве.

MFD устройство 100 включает в себя элемент 101 отображения, который может содержать DMD или LCOS, и может дополнительно содержать цветовой элемент, как хроматический круг. Кроме того, MFD устройство 100 включает в себя контроллер 102, который может представлять собой компьютерный процессор, микроконтроллер или тому подобное.

Контроллер 102 выполнен с возможностью управлять элементом 101 отображения в соответствии с битовой последовательностью 103, представленной в течение определенного периода времени. То есть, контроллер 102 обеспечивает битовую последовательность 103 элементу 101 отображения в определенный период времени, в котором определенный период времени, например, представляет собой продолжительность одной фокальной плоскости изображения. Элемент 101 отображения выполнен с возможностью генерировать изображение в соответствии с битовой последовательностью. В частности, элемент 101 отображения выполнен с возможностью генерировать изображение с одним или несколькими цветами, в котором битовая последовательность 103 включает в себя битовые подпоследовательности различного значения для каждого цвета изображения.

Для каждого цвета, чтобы избежать появления MSB цвета в момент времени появления артефактов, таких как выброс на фронте импульса, в оптической силе линз, ни первый бит, ни последний бит подпоследовательности для соответствующего цвета не являются наиболее значимым битом подпоследовательности.

Фиг. 2 показывает MFD устройство 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, на основании MFD устройства 100, показанного на фиг. 1. Опять же, MFD устройство 100 включает в себя элемент 101 отображения и контроллер 102, который поставляет в элемент 101 отображения битовую последовательность 103. Здесь битовая последовательность 103 может быть, или может включать в себя, «последовательность подсветки», которая определяет силу подсветки соответствующей битовой плоскости, и/или один или более «битовых шаблонов», согласно которому элемент 101 отображения воспроизводит различные битовые плоскости. Элемент 101 отображения конкретно включает в себя, предпочтительно, DMD 201 (или LCOS), который принимает от контроллера 102 один или более битовых шаблонов, в котором битовый шаблон определяет, переключен ли DMD 201 в положение ON «1» или OFF «0». Последовательность подсветки и битовые шаблоны, соответственно, могут быть получены из битовой последовательности 103. Каждую битовую плоскость иллюминируют в соответствии с последовательностью подсветки.

Элемент 101 отображения на фиг.2 также включает в себя цветовой элемент 200, который выполнен с возможностью обеспечивать световую подсветку DMD 201 (или LCOS) различными цветами, в котором каждый бит битовой последовательности 103 относится к цвету, поставленному световым излучением. Таким образом, элемент 101 отображения генерирует битовую плоскость для каждого бита, а затем интегрирует эти битовые плоскости в изображение на одной фокальной плоскости.

Это изображение затем, предпочтительно, как показано на фиг.2, поставляют в линзу 202 с настройкой фокуса. То есть, MFD устройство 100 на фиг. 2 также содержит линзу 202 с настройкой фокуса. Линза 202 с настройкой фокуса может представлять собой одну линзу или составную линзу. Составная линза представляет собой линзу в сборе, в котором две или более единичные линзы расположены одна за другой. Контроллер 102 дополнительно выполнен с возможностью выборочно настраивать фокус линзы 202 на множество фокальных плоскостей различного индекса в течение периода кадра и на одну из этих фокальных плоскостей в течение определенного периода времени, в течение которого предоставлена битовая последовательность 103. Данная операция может быть выполнена контроллером 102, обеспечивающим «функцию управления линзой» и «функцию компоновки фокальной плоскости» линзы 202 с настройкой фокуса.

Фиг. 3 показывает битовую последовательность 103, используемую контроллером 102 MFD устройства 100 согласно фиг. 1 или фиг. 2. Можно видеть, что биты R2, G2, В2 расположены близко к началу битовой последовательности 103, тогда как биты R1, G1, B1 расположены близко к концу битовой последовательности 103. R1, G1 и B1 обозначают LSBs цветов красного, зеленого и синего. R2, G2, B2 обозначают вторые менее значимые биты цветов красный, зеленый и синий. Соответственно, менее значимый бит каждого цвета расположен ближе к, или на том же расстоянии, началу и/или концу битовой последовательности 103, чем более значащий бит каждого цвета. При таком расположении, и аналогичным образом битовой последовательности 103, используемой для следующей (или предшествующей) фокальной плоскости изображения, будут использованы только LSBs во время переходов оптической силы, что вызывает появление артефактов при этих переходах. Это проиллюстрировано на фиг. 4, что свидетельствует о росте оптической силы D с течением времени, в частности, шаг оптической силы для управления линзой 202 от одной фокальной плоскости к другой. В течение длительности каждого уровня оптической силы предоставляют битовую последовательность 103, и, как можно видеть, в критической области перехода оптической силы иллюминируют только LSBs В1, R2, (и, возможно, G2, B2) и, таким образом, зависит от артефактов, в то время как в обычном MFD устройстве (см битовую последовательность, изображенную серым цветом для сравнения) и, по меньшей мере, один MSB бит, а именно B128, подвержен воздействию.

Фиг. 5 показывает другую битовую последовательность 103, которая может быть использована в MFD устройстве 100, показанном на фиг. 1 и фиг. 2, соответственно. В настоящем описании, так как человеческий глаз более чувствителен к зеленому цвету и менее чувствителен к синему и красному цветам, то, во-первых, иллюминируют четные битовые плоскости на основании расположения BRG цветового поля (например, как показано ниже: B2, R2, G2, В8, R8, G8 , B32, R32, G32, B128, R128, G128) и следуют за нечетными битовыми плоскостями, иллюминируемые в обратном порядке на основании расположения GRB цветового поля (например, как показано ниже: G64, R64, B64, G16, R16, В16, G4 , R4, В4, G1, R1, В1).

Таким образом, последующая экспозиция битовых плоскостей для следующей фокальной плоскости будет только засвечивать LSBs во время перехода оптической силы и, дополнительно, изменение расположения цветового поля в середине битовых последовательностей 103 засвечивает синий цвет во время перехода оптической силы. Это можно видеть на фиг. 6, где биты В1 и В2 синего цвета находятся в момент перехода силы, в то время как в обычном MFD устройстве (битовая последовательность изображена в сером цвете для сравнения) бит R1 красного цвета и MSB синего цвета B128 расположены при переходе силы. Следует отметить, что в зависимости от появления артефакта оптического перехода в течение двух шагов перехода оптической силы, LSBs R1, B1 и B2, R2 могут быть даже опущены.

Фиг. 7 показывает MFD устройство 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, согласно MFD устройству 100, показанному на фиг. 1. MFD устройство 100 включает в себя дополнительно хранилище 700, которое хранит множество битовых групп 701 (различные битовые группы здесь обозначены 701а, 701b, 701с и 701d для иллюстративных четырех битовых групп). Битовая последовательность 103 может быть объединена с помощью контроллера 102 с использованием битовых групп 701 в хранилище 700. В частности, контроллер 102 выполнен с возможностью управлять устройством 101 отображения в соответствии с первой битовой группой 701b во время первой части определенного периода времени и, в соответствии со второй битой группой 701a во второй части определенного периода времени. В третьей части определенного периода времени, в данном примере, может быть использована битовая группа 701с, и четвертая часть определенного периода времени может относится к заключительной четвертой битовой группе 701d. Тем не менее, могут быть использованы также более четырех битовых групп, а также различные части, управляемые в соответствии с различными битовыми группами, могут быть в любом положении в битовой последовательности 103.

В частности, две или более группы могут разделить импульсы подсветки, если основная пульсация, как ожидается, в центре ступенчатого отклика линзы, то есть, в центре плато оптической силы. Это, например, показано на фиг.8, где проиллюстрирован переход оптической силы между двумя оптическими силами во времени. Во время первого плато оптической силы какая-либо серьезная пульсация отсутствует. Битовая последовательность 103 такова, что интенсивность света для световой подсветки является высокой в центре плато. Более конкретно, более значимые биты расположены дальше от начала или конца битовой последовательности 103, в то время как менее значимые биты расположены ближе к началу или концу битовой последовательности 103.

Во время второго оптического плато появляется основная пульсация приблизительно в середине заданного периода времени. Поскольку положение основной пульсации известно заранее, то может быть выполнена тщательная корректировка битовой последовательности 103 контроллером 102 и поставлена в элемент 101 отображения Таким образом, непосредственной близости от пульсации отсутствует световое излучение. С этой целью, например, две группы могут разделить битовую последовательность 103.

В качестве альтернативы, хранилище 700 может также хранить, по меньшей мере, информацию относительно одного заданного момента времени или временной интервал, в течение определенного периода времени, который, например, соответствует положению и/или продолжительности основной пульсации. Затем контроллер 102 может быть выполнен с возможностью скомпоновать менее значимые биты одного или нескольких цветов, или вовсе без каких-либо битов, в момент времени или в течение временного интервала и более значимые биты этих цветов не в момент времени, так и вне этого временного интервала основной пульсации.

Специалисты в данной области техники могут разработать и осуществить вариации описанных выше вариантов осуществления без отхода от объема формулы изобретения. В формуле изобретения, а также в описании, глагол «содержать» не исключает дополнительные элементы или этапы, и неопределенный артикль «а» или «an» не исключает множественного числа. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких объектов или модулей, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые действия указаны в различных пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих действий не может быть использована в преимущественной реализации.

Изобретение относится к средствам генерирования многофокусного изображения с одним или более цветами. Технический результат заключается в уменьшении артефактов цвета и глубины фокуса. В соответствующий период времени в периоде кадра настраивают фокус линзы с настройкой фокуса на фокальную плоскость и управляют элементом отображения, в соответствии с битовой последовательностью, предоставленной для пикселя в течение периода времени, причем битовая последовательность включает в себя, для каждого цвета, подпоследовательность битов различной значимости, при этом ни первый бит, ни последний бит подпоследовательности для соответствующего цвета не является наиболее значимым битом подпоследовательности. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Многофокусное устройство отображения, содержащее:

элемент отображения, выполненный с возможностью генерирования изображения с одним или более цветами,

линзу с настройкой фокуса,

контроллер, выполненный с возможностью, в течение периода времени в период времени формирования кадра:

настройки фокуса линзы с настройкой фокуса в фокальной плоскости и управления элементом отображения в соответствии с битовой последовательностью, предоставляемой для пикселя в течение указанного периода времени для генерирования изображения, причем битовая последовательность включает в себя, для каждого цвета, подпоследовательность битов различной значимости, при этом ни первый бит, ни последний бит подпоследовательности не является наиболее значимым битом подпоследовательности.

2. Многофокусное устройство отображения по п.1, в котором первый бит и последний бит подпоследовательности являются двумя наименее значимыми битами подпоследовательности.

3. Многофокусное устройство отображения по п.2, в котором подпоследовательность монотонно возрастает, по значимости, от первого бита до самого значимого бита подпоследовательности и монотонно убывает, по значимости, от самого значимого бита до последнего бита подпоследовательности.

4. Многофокусное устройство отображения по п.1, в котором один или более цветов являются двумя или более цветами, а их соответствующие подпоследовательности бит перемежаются друг с другом.

5. Многофокусное устройство отображения по п.1, в котором один или более цветов включают в себя зеленый цвет и красный или синий цвет, при этом первый бит или последний бит, или как первый бит, так и последний бит последовательности предназначен для красного или синего цвета.

6. Многофокусное устройство отображения по п.1, в котором четные биты расположены в подпоследовательности в порядке, обратном порядку нечетных битов в подпоследовательности.

7. Многофокусное устройство отображения по п.1, в котором контроллер выполнен с возможностью предоставления битов битовой последовательности через неравные интервалы в течение периода времени.

8. Многофокусное устройство отображения по п.1, в котором

контроллер выполнен с возможностью предоставления смещения битовой последовательности во времени от начала или конца периода времени.

9. Многофокусное устройство отображения по п.1, дополнительно содержащее:

устройство хранения для хранения множества групп битов, причем битовая последовательность является конкатенацией указанных групп битов, при этом

контроллер выполнен с возможностью управления устройством отображения в соответствии с первой группой битов во время первой части периода времени и, в соответствии со второй группой битов во время второй части периода времени.

10. Многофокусное устройство отображения по п.1, в котором

элемент отображения содержит устройство цифровых микрозеркал (DMD), или жидких кристаллов на кремнии (LCOS), при этом

положение каждого бита битовой последовательности находится в соответствии с интенсивностью света для подсветки DMD или LCOS, а

наименее значимый бит относится к более низкой интенсивности подсветки света.

11. Многофокусное устройство отображения по п.10, дополнительно содержащее:

цветной элемент, выполненный с возможностью обеспечения света для подсветки DMD или LCOS с различными цветами, при этом

каждый бит битовой последовательности относится к цвету, обеспеченному светом.

12. Многофокусное устройство отображения по любому из пп.1-11, в котором битовая последовательность включает в себя по меньшей мере 6 битов для каждого из красного, зеленого и синего цвета для генерирования, элементом отображения, по меньшей мере 18-битного цветного изображения.

13. Способ генерирования многофокусного изображения содержащего один или более цветов, содержащий выполнение, в течение периода времени в период времени формирования кадра, этапов, на которых:

настраивают фокус линзы с настройкой фокуса в фокальной плоскости и управляют элементом отображения, в соответствии с битовой последовательностью, предоставленной для пикселя в течение периода времени, причем битовая последовательность включает в себя, для каждого цвета, подпоследовательность битов различной значимости, при этом ни первый бит, ни последний бит подпоследовательности для соответствующего цвета не является наиболее значимым битом подпоследовательности.