Очки дополненной реальности (др) и способ добавления виртуальных изображений в изображение, видимое носителю очков по меньшей мере через одно стекло очков - RU2019135236A

1. Очки дополненной реальности (ДР) для добавления виртуальных изображений в изображение, видимое носителю очков по меньшей мере через одно стекло очков, отличающиеся тем, что несколько стекловолоконных проекторов (59) из многомодовых стекловолокон (42) проецируют виртуальное изображение, имеющее большую глубину резкости, по меньшей мере в один глаз носителя очков, причем виртуальное изображение представляет собой интегральное изображение (Integral Imaging) из растра расположенных рядом друг с другом и друг над другом отдельных проекций (48), которые при близком рассмотрении сливаются для носителя очков в одну общую проекцию, при этом каждая из отдельных проекций представляет собой фрагмент (37) виртуального изображения, при этом на входном конце каждого стекловолокна (42) установлен управляемый вычислительным устройством пространственный модулятор света (ПМС) (24) или другая воспроизводящая изображения система, для которой вычислительное устройство рассчитывает комплексный пиксельный шаблон, определенный преобразованием первоначального изображения с помощью матрицы (36) преобразования стекловолокна (42), оптика вводит (41) в стекловолокно (42) полученный от пространственного модулятора света (ПМС) в виде голограммы или в виде комплексной проекции фронт волны с амплитудами и относительными сдвигами (39) фаз, и на выходном конце каждого стекловолокна (42) может быть предусмотрена другая оптическая система, чтобы проецировать выходящее из стекловолокна (42) первоначальное изображение в глаз носителя очков.

2. Очки дополненной реальности (ДР) по п.1, отличающиеся тем, что стекловолоконные проекторы (42) или примыкающие к ним продлевающие микрооптические системы проложены через маскировочные каналы в стекле очков непосредственно к оптимальному положению для растра интегрального изображения (64), при этом градиентная оптика отклоняет свет, проходящий сквозь стекло очков, вокруг каналов (66) и делает каналы невидимыми снаружи, при этом градиент показателя преломления оптической среды градиентной оптики в направлении каналов снижается с окружающего высокого показателя до более низкого показателя (69).

3. Очки дополненной реальности (ДР) по п.1, отличающиеся тем, что множество концов стекловолоконных проекторов размещено вокруг края стекла очков и оттуда направлено в стекло очков (18), и стекло очков снабжено несколькими расположенными друг над другом или рядом друг с другом быстро переключаемыми зеркальными поверхностями (19), которые, когда они включены, зеркально отражая, отклоняют проекцию (21) и направляют из стекла очков на глаз.

4. Очки дополненной реальности (ДР) по п.2, отличающиеся тем, что в маскировочных каналах скрыты целые микрооптические системы (10), в которые дополнительно интегрирована ИС логика переключения и/или МЭМС-микромеханика или зеркальные DMD–поля и/или напечатанные 3D градиентные микрооптики (70, 15).

5. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что точки проекции интегрального изображения размещены параллельно по меньшей мере в двух растровых плоскостях (47, 46), при этом для каждой плоскости предусмотрены разные выходные оптики, разные углы выхода и поэтому разные разрешения.

6. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что наложения расположенных рядом друг с другом и друг над другом отдельных проекций могут обрезаться (51) с эффективным разрешением подходящим друг к другу образом, за счет того, что расстояния между точками интегральной проекции (11) выбираются в соотношении с оптимальным или минимальным размером зрачка носителя очков (58), и/или за счет того, что выходная оптика точек проекции носителя очков сформирована так, что проекция создает эффективную используемую квадратную форму, и что установлена по меньшей мере одна глазная камера (53), которая измеряет размер зрачков.

7. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что вне поля зрения установлен по меньшей мере один ПМС (пространственный модулятор света) (24), и ПМС (24) освещается по меньшей мере одним источником (22) света, и создаваемый ПМС (24) световой фронт падает на другую ПМС –поверхность (76) или непосредственно на оптику (26) ввода, и что в поле (28) ввода размещено по меньшей мере одно стекловолокно, имеющее предвключенную оптику ввода, и что волокно ведет через дужку (9) очков или по другому пути к стеклу очков, где по меньшей мере в одном месте размещена точка выхода проекции (18), которая может иметь другие оптики, или продолжения световода с оптическими фильтры и микрооптиками, или целые системы чипов с ИС-логикой (10) и МЭМС-элементами в качестве фильтров и микрооптик.

8. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что применяется оптимизированный для стекловолоконного ДР-проецирования на DMD-чипе ПМС (пространственный модулятор света) для использования множественных или комплексных световодов, который может наклонять или устанавливать множество микрозеркал на DMD-чипе каждое в дополнительных направлениях и положениях, и/или имеет разные дополнительные зеркальные или дифракционные структуры на отдельных зеркалах, чтобы использовать для проецирования различные источники света из разных направлений.

9. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что оптимизированный для стекловолоконной ДР-проекции FLCOS (сегнетоэлектрические жидкие кристаллы на кремнии)-ПМС, находящиеся на нем зеркала имеют несколько независимо настраиваемых FLCD (сегнетоэлектрический жидкокристаллический экран)-слоев, чтобы независимо настраивать градации серого и сдвиги фаз.

10. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что когерентность источника света снижается, за счет того, что установлены стекловолокна для прохода света и/или применяются вибрирующие пьезоэлектрически перемещаемые зеркала или диффузоры.

11. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что применяется поле (28) ввода, имеющее несколько оптик ввода в качестве первой ступени, такое как стекловолоконный многократный фильтр, при этом в голографическом проекторе голограмма сама может активировать соответствующую оптику ввода, в то время как не используемые стекловолокна могут закрываться предшествующими FLCD (сегнетоэлектрический жидкокристаллический экран)-диафрагмами (27) или другими диафрагмами.

12. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что после поля ввода активные стекловолоконные отдельные фильтры или последовательно включающиеся системы фильтров обеспечивают управление точками проекции (10), при этом они включаются с помощью МЭМС-элементов, или с помощью DMD-зеркала или актуаторов электрохромного зеркала или пьезо-актуаторов.

13. Очки дополненной реальности (ДР) по одному из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что на концах стекловолокон для входа и выхода фронтов волны установлено расширение или сужение волокна с переменным показателем преломления, которое позволяет создавать более высокое разрешение или лучшие точечные источники света.

14. Способ добавления виртуальных изображений в изображение, видимое носителю очков по меньшей мере через одно стекло очков, отличающийся тем, что с помощью нескольких стекловолоконных проекторов (59) из многомодовых стекловолокон (42) проецируют виртуальное изображение, имеющее большую глубину резкости, по меньшей мере в один глаз носителя очков, причем виртуальное изображение представляет собой интегральное изображение (Integral Imaging) из растра расположенных рядом друг с другом и друг над другом отдельных проекций (48), которые при близком рассмотрении сливаются для носителя очков в одну общую проекцию, при этом каждая из отдельных проекций представляет собой фрагмент (37) виртуального изображения, причем для установленного на входном конце каждого стекловолокна (42) управляемого вычислительным устройством пространственного модулятора света (ПМС) (24) или другой воспроизводящей изображения системы посредством вычислительного устройства рассчитывают комплексный пиксельный шаблон, определенный преобразованием первоначального изображения с помощью матрицы (36) преобразования стекловолокна, с помощью оптики в стекловолокно (42) вводят полученный от пространственного модулятора света (ПМС) в виде голограммы или комплексной проекции фронт волны, имеющий амплитуды и относительные сдвиги (39) фаз, и выходящее из каждого стекловолокна (42) первоначальное изображение проецируют в глаз носителя очков.

15. Способ добавления виртуальных изображений по п.14, отличающийся тем, что в первом процессе (87) калибровки для всех проложенных многомодовых стекловолокон (92) отдельно измеряют смешивающее свет свойство (96) волокна для всех компонентов цвета и всех возможных путей (102) пропускания, и отсюда статически рассчитывают математические матрицы (98) преобразования, или измерения сохраняют в других формах данных и дополнительно оптимизируют для оптимального использования, причем в нормальном процессе проецирования изображения или шаблоны дифракции, необходимые для ПМС, составляют и рассчитывают вычислительным устройством из самого отображаемого изображения, а также из сохраненной в памяти матрицы преобразования или других сохраненных в памяти и оптимизированных информационных данных (84) преобразования, причем с помощью ПМС генерируют возникающий из этого фронт (39) волны соответственно в быстрой очередности последовательно во времени в разных компонентах цвета и для необходимых точек проекции и вводят в каждое стекловолокно, и при этом на стекле очков соответственно устанавливают возможные другие фильтры (10) или зеркальные поверхности (19), чтобы направлять свет к желаемым точкам выхода.

16. Способ добавления виртуальных изображений по одному из пп.14, 15, отличающийся тем, что стекловолоконные проекторы (42) или примыкающие к ним продолжающие световые каналы или оптические системы прокладываются через маскировочные каналы в стекле очков непосредственно к оптимальному положению для растра интегрального изображения (64), при этом градиентная оптика отклоняет проходящий сквозь стекло очков свет вокруг каналов (66) и делает каналы невидимыми снаружи, при этом градиент показателя преломления оптической среды (69) нарастает в наружном направлении от низкого показателя внутри до более высокого показателя, до показателя окружающего стекла, слоями или без перехода.

17. Способ добавления виртуальных изображений по одному из пп.14-16, отличающийся тем, что точками проекции интегрального изображения управляют параллельно по меньшей мере в двух растровых плоскостях (47, 46), причем фокусируемую носителем очков область регистрируют глазной камерой (53), и устанавливают, какие точки проекции с высоким разрешением и какие точки проекции с низким разрешением должны задействоваться, при этом для каждой плоскости может осуществляться рендеринг разных разрешений и глубин цвета.

18. Способ добавления виртуальных изображений по одному из пп.14-17, отличающийся тем, что наложения отдельных проекций интегрального изображения обрезают подходящим друг к другу образом (51), при этом посредством глазной камеры и датчиков определяют размер зрачка и/или силу окружающего света и включают в расчет рамки отсечения, и во время рендеринга изображений осуществляют рендеринг выступающих областей изображений жестким образом, или с плавным переходом, или совсем не осуществляют рендеринг.

19. Способ добавления виртуальных изображений по одному из пп.14-18, отличающийся тем, что генерирование изображений преимущественно осуществляют голографическими методами, то есть с помощью рассчитываемых компьютером комплексных шаблонов дифракций, которые, отображаясь на ПМС, освещают лазерным светом или другим светом и так создают комплексный фронт волны, которые настраивают как амплитуды, так и сдвиг фаз, при этом путем освещения ПМС множественными источниками света или более сложными фронтами света и путем использования оптимизированных конструкций ПМС могут повышаться качество и глубина градаций серого голограмм для стекловолоконного проектора.

20. Способ добавления виртуальных изображений по одному из пп.14-19, отличающийся тем, что генерированные изображения преимущественно выполняют с помощью простой пиксельной графики, то есть с помощью непосредственного переноса расчетных комплексных образцов амплитуды и фаз, однако с применением оптимизированных конструкций ПМС и комплексных освещений, с помощью которых тогда также генерируются амплитуды, а также дифференцирующие сдвиг фаз проекции.

21. Способ добавления виртуальных изображений по одному из пп.14-20, отличающийся тем, что при использовании оптимизированных для стекловолоконных проекторов DMD-ПМС, вместе с каким–либо соответственно пригодным для этого множественным или комплексным источником света, рассчитанный ПМС-образец составляет оптимизированную смесь из данных источников света, чтобы создавать оптимальный образец амплитуды и сдвига фаз в точке ввода.

22. Способ добавления виртуальных изображений по одному из пп.14-21, отличающийся тем, что для стекловолоконной проекции с низким разрешением достаточно 3 ПМС-циклов для 3 компонентов цвета, так как градации серого на цикл генерируются голограммой, множественными источниками света, или шаблоном (96) пропускания на пиксель, благодаря чему с помощью быстрого ПМС становится возможным справиться с большим количеством проекций окружающей среды.