DE69710017T2

DE69710017T2 - System zum Steuern der Fokusierung von Linsen mit einer variablen Fokusierung mittels einer Detektion der räumlichen Beziehung der Augen einer Person

Info

Publication number: DE69710017T2
Application number: DE69710017T
Authority: DE
Inventors: Jens Ole Sorensen
Original assignee: Gillan Holdings Ltd
Current assignee: Regatta Ltd
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JPH10232364A; EP0837603B1; US5861936A; ES2170919T3; EP0837603A3; EP0837603A2; DE69710017D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf optische Systeme und Verfahren und ist speziell darauf ausgerichtet, eine zumindest teilweise scharfe Darstellung eines von einer Person betrachteten Objekts zu gewinnen. Ein Objekt zu betrachten bedeutet, eine Gesamtdarstellung des Objekts wahrzunehmen, die sich aus der vom rechten und vom linken Auge wahrgenommenen Darstellungen des Objekts zusammensetzt. Ein Objekt kann virtuell sein, muß also nicht real vorhanden sein. Eine "scharfe Darstellung eines Objekts" ist eine klare von einem Auge oder von zwei Augen wahrgenommene Darstellung des Objekts.
Das U.S-Patent Nr. 5,359,444 beschreibt eine Brille, die ihren Brennpunkt selbst einstellt, und deren Gläser eine nematische flüssigkristalline Substanz mit variablen Brechungsindizes enthalten, die sich in Reaktion auf eine am Material der Flüssigkristallgläser angelegte Spannung verändern. Die angelegte Spannung verändert den Brechungsindex in Abhängigkeit zu einer gemessenen Entfernung eines Objekts, das von einer Person betrachtet wird, so daß sich der Brennpunkt der Gläser automatisch einstellt, wenn die Person unterschiedliche Objekte betrachtet, die sich unterschiedlich weit weg befinden. Die Entfernung wird durch ein Infrarot-Entfernungsmeßsystem gemessen, das am Rahmen der Brille angebracht ist; und die am Material der Flüssigkristallgläser anliegende Spannung wird in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung angepaßt, wobei die Entfernung durch ein Infrarot-Entfernungssignal ermittelt wird, das von einem im Rahmen der Brille eingebauten Mikroprozessor verarbeitet wird. Mit einem System zum Abtasten der Hornhaut wird die Ausrichtung des Auges gemessen, indem ein Infrarotsignal von der Hornhaut reflektiert und dadurch ein präzises Signal gewonnen wird, aus dem in Kombination mit dem Entfernungssignal Informationen über die momentane Ausrichtung der Sehlinie gewonnen werden. Bei der praktischen Anwendung wendet eine die Brille tragende Person ihr Gesicht dem Objekt zu, das sie betrachtet, so daß die Brille auf dieses Objekt gerichtet ist; der Brennpunkt der Gläser wird hierbei in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung zum Objekt automatisch eingestellt, wobei die Entfernung zum Objekt durch Verarbeiten des Infrarot-Entfernungssignals des am Rahmen der Brille angebrachten Infrarot- Entfernungsmeßsystems ermittelt wird.
Die U.S.-Patente Nr. 4,181,408 und Nr. 4,300,818 beschreiben jeweils Brillen mit Gläsern mit variabler Brennweite, die so eingestellt werden, daß sie gemäß dem angezeigten räumlichen Verhältnis zwischen den Augen einer Person eine zumindest teilweise scharfe Darstellung eines von der Person betrachteten Objekts liefern.
Das U.S.-Patent Nr. 5,446,834 beschreibt das Anpassen der Anzeige einer dreidimensionalen Darstellung eines virtuellen Objekts auf einem Bildschirm aufgrund gemessener Werte der dreidimensionalen Position jedes der beiden Augen des Betrachters oder der Blickrichtung des Betrachters, um durch die optischen Eigenschaften des Bildschirms begründete Verzerrungen zu korrigieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein System zur Verfügung, mit dem eine zumindest teilweise scharfe Darstellung eines von einer Person betrachteten Objekts gewonnen werden kann, das Vorrichtungen mit variabler Brennweite zur Darstellung eines Abbilds des Objekts auf einem Bildschirm umfaßt, sowie Vorrichtungen zum Anzeigen eines räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen der Person, und Vorrichtungen, die gemäß dem angezeigten Verhältnis die Vorrichtungen mit variabler Brennweite einstellen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiter ein Verfahren zur Verfügung, mit dem eine zumindest teilweise scharfe Darstellung eines von einer Person betrachteten Objekts gewonnen werden kann, das die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Anzeigen einer Darstellung des Objekts auf einem Bildschirm mittels der Vorrichtungen mit variabler Brennweite
(b) Anzeigen eines räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen der Person; und
(c) Einstellen der Vorrichtungen mit variabler Brennweite gemäß dem angezeigten Verhältnis.
In einer bevorzugten Ausführung ist das angezeigte Verhältnis die relative Position der Pupillen der Augen der Person; die Vorrichtungen mit variabler Brennweite werden in eine solche relative Position zu den Augen der Person gebracht, daß die von der Person wahrgenommene Schärfe von Abbildungen beeinflußt wird; die Reguliereinrichtungen stellen den Brennpunkt der Vorrichtungen mit variabler Brennweite entsprechend dem angezeigten Verhältnis ein, so daß von der Person die zumindest teilweise scharfe Darstellung im Scheitelpunkt des Konvergenzwinkels der Blickrichtung für die Augen der Person wahrgenommen wird.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungen hervor.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 ist die schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems, bei der die Vorrichtungen mit variabler Brennweite in einer Brille ausgebildet sind, die von einer ein bestimmtes Objekt betrachtenden Person getragen wird.
Fig. 2 zeigt Anordnungen von Lichtleitfasern, die sich im Rahmen der Brille des Systems nach Fig. 1 befinden, wie sie von einer die Brille tragenden Person gesehen werden. Die Darstellung in Fig. 2 ist nicht maßstabsgetreu.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das die Funktion des Systems nach Fig. 1 darstellt.
Fig. 4 ist die schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems zum scharfen Darstellen einer Abbildung, das in einem System zur dreidimensionalen Darstellung virtueller Realität enthalten ist.
Fig. 5 ist die schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems zum scharfen Darstellen einer Abbildung, das mit einem Monitor verwendet wird, der gleichzeitig verschiedene Objekte mit verschiedenen Schärfegraden anzeigt, so als ob diese sich in unterschiedlichen Abständen zu der den Monitor betrachtenden Person befänden.
Fig. 6 ist die schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems zum scharfen Darstellen einer Abbildung, das mit einer ferngesteuerten Vorrichtung verwendet wird, die Darstellungen von Objekten herstellt und sie an einen Monitor überträgt, auf dem sie von einer auf einen Monitor schauenden Person betrachtet werden.
Fig. 7 ist die schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems zum scharfen Darstellen einer Abbildung, bei der die Vorrichtungen mit variabler Brennweite in einer Kamera enthalten sind, um auf der Brennebene der Kamera eine scharfe Darstellung eines Objekts zu erhalten, das von einer Person durch eine Visiereinrichtung der Kamera betrachtet wird.

Ausführliche Beschreibung

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems eine Brille 10 mit einem Paar Gläser 11 mit variabler Brennweite, einen Computer 12, Treiberschaltungen 13 für die Gläser mit variabler Brennweite, einer IR-Quell-Schaltung 14 (infrarotes Licht), einer IR-Detektor-Schaltung 15, einem ersten optischen Faserbündel 16 und einem zweiten optischen Faserbündel 18. Die Brille 10 wird von einer Person 20 in einem solchen Verhältnis zu den Augen 22L, 22R der Person getragen, daß der von der Person wahrgenommene Brennpunkt von Abbildungen beeinflußt wird.
Jedes der Brillengläser 11 mit variabler Brennweite ist eine Anzeigevorrichtung mit einer nematischen flüssigkristallinen Substanz. Die Leiterplättchen der Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung sind mit der Treiberschaltung 13 für die Gläser mit variabler Brennweite durch Drähte 24 verbunden, die durch einen Bügel 26 der Brille 10 verlaufen und von elektrischen Kontakten (nicht gezeigt) in dem die Gläser 12 umfassenden Teil des Brillenrahmens 28 ausgehen, um an den jeweiligen Leiterplättchen der Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung entsprechende Steuerspannungen selektiv anzulegen.
Das erste optische Faserbündel 16 verläuft von der IR-Quell-Schaltung 14 in und durch einen Bügel 26 der Brille 10 und endet in einem paar rechter und linker faseroptischer Sendeanordnungen 30L, 30R, die, wie in Fig. 2 gezeigt, in dem jeweiligen Teil des Brillenrahmens 28 angeordnet sind, der das linke Brillenglas 11L mit variabler Brennweite bzw. das rechte Brillenglas 11R mit variabler Brennweite umschließt. Das zweite faseroptische Bündel 18 entspringt einem paar rechter und linker faseroptischer Empfängeranordnungen 32L, 32R, die abwechseln mit den Lichtleitfasern der entsprechenden faseroptischen Sendeanordnung 30L, 30R in den jeweiligen die das linke Brillenglas 11L mit variabler Brennweite und das rechte Brillenglas 11R mit variabler Brennweite umschließenden Teilen des Rahmens 28 angeordnet sind und verläuft durch den Bügel 26 der Brille 10 und aus diesem hinaus in die IR-Detektor-Schaltung 15. Die Anzahl der Lichtleitfasern in jeder der faseroptischen Sendeanordnungen 30L, 30R und der faseroptischen Empfängeranordnungen 32L, 32R ist vorzugsweise höher als in Fig. 2 gezeigt.
Das räumliche Verhältnis zwischen den Augen 22L, 22R einer Person verändert sich, wenn die Person 20 verschiedene Objekte 34, 35, 36, 37 (Fig. 1) betrachtet, die sich in verschiedenen Entfernungen befinden und zu den Augen 22L, 22R der Person verschiedene Winkel bilden. Befindet sich z. B. das von der Person betrachtete Objekt 36 näher zu den Augen 22L, 22R der Person, als ein weiter entferntes Objekt 37, dann stehen die Pupillen 38 der Augen 22L, 22R der Person näher zueinander, als wenn die Person 20 das weiter entfernte Objekt 37 betrachten würde.
Die IR-Detektor-Schaltung 15 liefert dem Computer 12 Daten 40, die die Position jedes der Augen 22L, 22R der Person und somit das räumliche Verhältnis zwischen den Augen 22L, 22R anzeigen und aus Licht, das von den Augen 22L, 22R der Person reflektiert wird, gewonnen werden; der Computer 12 übermittelt nach dem Verarbeiten solcher Daten 40 Scharfeinstellungssignale 42 an die Treiberschaltungen 13 für die Gläser mit variabler Brennweite, wodurch die Gläser 11L, 11R mit variabler Brennweite gemäß dem ermittelten räumlichen Verhältnis eingestellt werden.
Die Funktion einer bevorzugten Ausführung des Systems nach Fig. 1 wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, wobei (a) der Computer 12 ein neuronales Netz 44 beinhaltet, und (b) eine manuelle Kalibrierschaltung 46 mit dem Computer 12 verbunden ist.
In einem ersten Schritt 48 wird von der IR-Quell-Schaltung 14 durch lediglich eine Lichtleitfaser 30L, 30R zu einer Zeit in jeder der entsprechenden linken und rechten faseroptischen Sendeanordnungen 30L, 30R ein IR-Impuls abgegeben, um ein Paar Lichtimpulse zu erzeugen, die jeweils gleichzeitig vom linken und rechten Auge 22L, 22R der Person reflektiert und in einem zweiten Schritt S0 vom der IR-Detektor-Schaltung 15 von allen Lichtleitfasern in der jeweiligen linken und rechten faseroptischen Empfängeranordnung 32L, 32R empfangen werden. Die Abfolge des ersten Schritts 48 und des zweiten Schritts 50 wird ständig wiederholt, wobei die Lichtimpulse jedes Mal von einer anderen Lichtleitfaser 30L, 30R in jeweils der linken und der rechten faseroptischen Sendeanordnung 30L, 30R abgegeben werden, um sich wiederholende Sequenzen der aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Schritte 48, 50 zu erhalten, in deren Verlauf von jeder Lichtleitfaser 30L, 30R in jeder der linken und rechten faseroptischen Sendeanordnung 30L, 30R ein Lichtimpuls abgegeben und von der jeweiligen linken und rechten faseroptischen Empfängeranordnung 32L, 32R empfangen wird. Die durch Kombination der linken und rechten faseroptischen Empfängeranordnungen 32L, 32R registrierten Lichtmuster zeigen die relative Position der Pupillen 38 des linken und des rechten Auges 22L, 22R der Person an. Nach Ablauf einer vollständigen Sequenz der wiederholten Abfolge des ersten und des zweiten Schritts 48, 50, in der von jeder der verschiedenen Lichtleitfasern 30L, 30R in jeder der linken und der rechten faseroptischen Sendeanordnung 30L, 30R Lichtimpulse abgegeben werden, liegt eine genauere Angabe des räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen der Person vor.
Die IR-Detektor-Schaltung 15 reagiert auf die kombinierten Lichtmuster, die während jeder Sequenz der Abfolge des ersten und des zweiten Schritts 48, 50 gewonnen wurden, indem sie dem Computer 12 Positionsdaten 40L übermittelt, die die Lage des linken Auges 22L anzeigen, sowie Positionsdaten 40R, die die Lage des rechten Auges 22R anzeigen. Aus der Kombination der Positionsdaten 40L, 40R geht das räumliche Verhältnis zwischen den Augen 22L, 22R der Person hervor, sowohl in Bezug zueinander, als auch in Bezug zur Brille 10, durch die die Person 20 schaut.
Das neuronale Netz 44 im Computer 12 verarbeitet die Positionsdaten 40L, 40R, um ein linkes Scharfeinstellungssignal 42L für die Schärfeeinstellung des linken Brillenglases 11L mit variabler Brennweite und ein rechtes Scharfeinstellungssignal 42R für die Schärfeeinstellung des rechten Brillenglases 11R mit variabler Brennweite zu erhalten, die dem räumlichen Verhältnis zwischen dem linken Auge 22L und dem rechten Auge 22R, das durch die kombinierten Positionsdaten 40L, 40R für beide Augen ermittelt wurde, entsprechen. Die Treiberschaltung 13L für das linke Brillenglas und die Treiberschaltung 13R für das rechte Brillenglas legen an den Plättchen der Flüssigkristall-Displays des linken Brillenglases 11L mit variabler Brennweite und des rechten Brillenglases 11R mit variabler Brennweite gemäß den jeweiligen linken und rechten Scharfeinstellungssignalen 42L, 42R Spannungen an, um die Schärfe des linken Brillenglases 11L mit variabler Brennweite und des rechten Brillenglases 11R mit variabler Brennweite einzustellen, so daß die Person 20 eine zumindest teilweise scharfe Darstellung des Objekts 36 wahrnehmen kann, das sich im Scheitelpunkt des Konvergenzwinkels der Blickrichtung für die Augen 22L, 22R der Person befindet.
Vor Gebrauch der Brille 10 wird das neuronale Netz 44 so kalibriert, daß die Person eine zumindest teilweise scharfe Darstellung eines Objekts wahrnehmen kann, das sich in Relation zu den Augen der Person an einem bestimmten Ort befindet, wenn die Augen der Person eine bestimmte Position zueinander einnehmen. Diese Kalibrierung wird durch die manuelle Kalibrierschaltung 46 vorgenommen, die von der die Brille 10 tragenden Person bedient wird, um zu bewirken, daß das neuronale Netz 44 Kombinationen aus einem linken Scharfeinstellungssignal 42L und einem rechten Scharfeinstellungssignal 42R bildet, die das linke 11L mit variabler Brennweite und das rechte Brillenglas 11R mit variabler Brennweite so einstellen, daß die Person 20 eine zumindest teilweise scharfe Darstellung von verschiedenen Objekten 34, 35, 36, 37 wahrnehmen kann, die sich in bestimmten, von den Augen 22L, 22R der Person unterschiedlich weit entfernten Positionen befinden, wenn die Augen der Person gemäß den Positionsdaten 40L, 40R für beide Augen verschiedene bestimmte relative Positionen einnehmen, wenn die Person 20 die verschiedenen Objekte 34, 35, 36, 37 an ihren verschiedenen Positionen betrachtet.
Bei einer alternativen Ausführung, in der der Computer 12 kein neuronales Netz beinhaltet, verarbeitet der Computer 12 die kombinierten Positionsdaten 40L, 40R für die beiden Augen, um einen bestimmten Parameter für die Lage der Augen 22L, 22R der Person zueinander zu messen, wie z. B. die Entfernung zwischen den Pupillen 38 der Augen der Person, und stellt den Brennpunkt der Brillengläser 11L, 11R mit variabler Brennweite ein, indem er das linke und das rechte Scharfeinstellungssignal 42L, 42R an die Treiberschaltung 13L für das linke Brillenglas und die Treiberschaltung 13R für das rechte Brillenglas aus einer Verweistabelle im Computer 12 gemäß der Parameter-Messung entnimmt, um somit das linke und das rechte Brillenglas 11L, 11R mit variabler Brennweite auf eine von mehreren verschiedenen vorbestimmten Schärfeeinstellungen zu bringen, die dem räumlichen Verhältnis zwischen den Augen 22L, 22R der Person gemäß der Parametermessung entspricht. Bei dieser alternativen Ausführung wird die Verweistabelle durch einen Kalibrierungsprozeß erstellt, bei dem die die Brille 10 tragende Person eine manuelle Kalibrierschaltung bedient, um in der Verweistabelle solche Kombinationen aus dem Scharfeinstellungssignal 42L für das linke Brillenglas und dem Scharfeinstellungssignal 42R für das rechte Brillenglas abzuspeichern, mit denen die Person 20 eine zumindest teilweise scharfe Darstellung von mehreren verschiedenen Objekten 34, 35, 36, 37 wahrnehmen kann, die sich in Bezug zu den Augen 22L, 22R der Person in unterschiedlichen bestimmten Positionen befinden und die den verschiedenen Parametermessungen entsprechen, die vorgenommen werden, wenn die Person 20 die verschiedenen Objekte 34, 35, 36, 37 in ihren verschiedenen Positionen betrachtet.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems zur Scharfeinstellung von Darstellungen, das in einem System zur dreidimensionalen Darstellung virtueller Realität integriert ist, welches einen Computer 52 zum Generieren von Komponenten der vom rechten und vom linken Auge wahrgenommenen Darstellungen beinhaltet, sowie einen Bildschirm 53 zum Anzeigen der vom Computer generierten Komponenten der Darstellungen, und eine Brille 54, mittels derer eine durch sie hindurch auf den Bildschirm 53 schauende Person 55 dreidimensionale Darstellungen virtueller Objekte wahrnehmen kann, die von der Person 55 unterschiedlich weit entfernt zu sein scheinen. Die Linsen 57L, 57R der Brille 54 sind nematische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen wie in der Brille 10 der oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 beschriebenen Ausführung; Treiberschaltungen (nicht gezeigt) für die Linsen sind mit den Leiterplättchen solcher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen durch Drähte verbunden, die durch den Rahmen 58 der Brille 54 verlaufen, um an den entsprechenden Leiterplättchen der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen entsprechende Steuerspannungen selektiv anzulegen. Diese Steuerspannungen werden so angelegt, daß sie bewirken, daß die nematischen Flüssigkristalle sich so ausrichten, daß sie eine Anordnung vertikaler Schließer bilden, die innerhalb jeder Linse 57L, 57R selektiv angeordnet sind, so daß die linke Linse 57L der Brille 54 die Komponenten der für das rechte Auge angezeigten Darstellung für das linke Auge 60L der Person ausblendet, und daß die rechte Linse 57R die Komponenten der für das linke Auge angezeigten Darstellung für das rechte Auge 60R der Person ausblendet, um so der die Brille 54 tragenden Person eine dreidimensionale Darstellung zu bieten. Um die Auflösung zu verbessern, können die angezeigten Positionen der Komponenten der Darstellung für das linke Auge mit den angezeigten Positionen der Komponenten der Darstellung für das rechte Auge periodisch ausgetauscht werden, wobei die Schließer beim Austausch der angezeigten Positionen der Komponenten der Darstellungen verändert werden, so daß die Auflösung der von jedem Auge wahrgenommenen Darstellung das zweifache der ohne diesen Mechanismus angezeigten beträgt.
Zur Anzeige sowohl des räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen der Person, als auch der lateralen Position des von der die Brille 54 tragenden Person 55 betrachteten virtuellen Objekts ist ein Paar linker und rechter faseroptischer Sendeanordnungen (nicht gezeigt) in den entsprechenden die linke Linse 57L bzw. die rechte Linse 57R umschließenden Abschnitten des Rahmens 58 der Brille angeordnet; und ein Paar linker und rechter faseroptischer Empfängeranordnungen (nicht gezeigt) ist abwechselnd mit den Lichtleitfasern der entsprechenden faseroptischen Sendeanordnungen in den die linke Linse 57L und die rechte Linse 57R umschließenden Abschnitten des Rahmens 58 der Brille angeordnet, wobei diese Anordnungen genauso positioniert sind, wie die entsprechenden Anordnungen im Rahmen 28 der in Fig. 2 dargestellten Brille. Eine IR-Quell-Schaltung (nicht gezeigt) ist durch ein optisches Faserbündel mit den linken und den rechten faseroptischen Sendeanordnungen verbunden, und eine IR-Detektor-Schaltung (nicht gezeigt) ist durch ein anderes optisches Faserbündel mit den linken und den rechten faseroptischen Empfängeranordnungen so verbunden, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschrieben.
Die IR-Empfängerschaltung liefert Daten, die dem Computer 52 die Lage der Augen 60L, 60R und damit das räumliche Verhältnis der Augen 60L, 60R zueinander anzeigen, nachdem von den Augen 60L, 60R der Person reflektiertes Licht auf die gleiche Weise wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 beschrieben empfangen wurde. Nachdem der Computer 52 von der IR-Detektor-Schaltung die Daten zur Position der Augen empfangen hat, leitet er den Treiberschaltungen für die Linsen Scharfeinstellungssignale zu, die der lateralen Position des von der Person 55 durch die Brille 54 betrachteten virtuellen Objekts entsprechen, so daß die Treiberschaltungen für die Linsen die Schließer-Anordnungen in der linken und rechten Linse 57L, 57R so positionieren, daß der die Brille 54 tragenden Person eine dreidimensionale Darstellung geboten wird.
In einer Ausführung des Systems nach Fig. 4 reguliert der Computer 52 den Brennpunkt der auf dem Bildschirm 53 der die Brille 54 tragenden Person 55 angezeigten virtuellen Objekte, indem entsprechende vom Computer 52 generierte Komponenten der Darstellungen für das linke und für das rechte Auge zusammengestellt werden. In dieser Ausführung generiert der Computer 52 nach Erhalt der Daten zur Position der Augen von der IR-Detektor-Schaltung entsprechende Komponenten für die Darstellung für das linke Auge und Komponenten für die Darstellung für das rechte Auge, die bewirken, daß auf dem Bildschirm 53 eine zumindest teilweise scharfe Darstellung des von der Person 55 durch die Brille 54 betrachteten virtuellen Objekts gezeigt und von der die Brille 54 tragenden Person 55 wahrgenommen wird, entsprechend dem räumlichen Verhältnis der Augen 60L, 60R der Person zueinander, das die Positionsdaten zu den Augen anzeigen.
In einer alternativen Ausführung des Systems nach Fig. 4 sind die Linsen 57L, 57R der Brille 54 Linsen mit variabler Brennweite, wie auch die Gläser 11L, 11R der unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 beschriebenen Brille 10. Bei dieser alternativen Ausführung beinhalten die vom Computer 52 an die Treiberschaltungen für die Linsen gelieferten Steuersignale auch Scharfeinstellungs-Komponenten, die vom Computer 52 in Reaktion auf die von der IR-Detektor-Schaltung empfangenen Daten zur Position der Augen bereitgestellt werden, um die Linsen 57L, 57R mit variabler Brennweite einzustellen, so daß der die Brille 54 tragende Person 55 eine zumindest teilweise scharfe Darstellung des von der Person 55 betrachteten virtuellen Objekts dargeboten wird, gemäß dem durch die Daten zur Position der Augen angezeigten räumlichen Verhältnis der Augen 60L, 60R der Person zueinander.
In beiden Ausführungen des Systems nach Fig. 4 beinhaltet der Computer 52 ein neuronales Netz, und ist mit einer Kalibrierschaltung wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 für die Brillenausführung beschrieben verbunden.
Anhand von Fig. 5 wird eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems zur Scharfeinstellung von Darstellungen unter Verwendung eines Monitors 62 beschrieben, der einen Bildschirm 63 hat, auf dem nach Wahrnehmung des Betrachters gleichzeitig verschiedene Objekte 64, 65 mit unterschiedlichem Schärfegrad angezeigt werden, so als ob diese sich von einer auf den Monitor 62 schauenden Person 66 unterschiedlich weit entfernt befänden, wodurch die Darstellung von der Person 66 als dreidimensional wahrgenommen wird. In einer als Beispiel dienenden Darstellung ist ein Objekt 64 ein Baum, und ein anderes Objekt 65 ist ein Bär, der von der auf den Monitor 62 schauenden Person 66 weiter entfernt zu sein scheint als der Baum 64. Die Scharfeinstellung der angezeigten Objekte 64, 65 wird durch einen Computer 67 gesteuert, der die Erzeugung der vom Monitor 62 angezeigten Objektdarstellungen steuert. In dieser Beispielausführung ist die angezeigte Darstellung des Baums 64 unscharf, die angezeigte Darstellung des Bären 65 ist dagegen scharf. Die angezeigte Darstellung muß nicht unbedingt sowohl eine Bildkomponente für das linke Auge und als auch eine Bildkomponente für das rechte Auge enthalten, in einer Ausführung ist das auch nicht der Fall. Eine alternative Ausführung eines Systems für dreidimensionale Anzeigen, für das keine Spezialbrille zum Betrachten von angezeigten Objekten mit sowohl einer Bildkomponente für das linke Auge als auch einer Bildkomponente für das rechte Auge benötigt wird, ist in der Internationalen Veröffentlichung Nr. WO 95/05052 beschrieben.
Zum Feststellen des räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen 68 der Person sind neben dem Bildschirm 63 des Monitors 62 eine IR-Quelle 69 und eine Videokamera 70 angebracht, und an der Stirn der Person 66 ist zeitweise ein IR-Reflektor 72 befestigt. IR- Licht, das von der IR-Quelle 69 ausgestrahlt und auf die Person 66 gerichtet wird, wird von den Augen 68 der Person 66 sowie dem IR-Reflektor 72 reflektiert und von der Videokamera 70 registriert. Datensignale zur Position der Augen, die die räumliche Position der Augen 68 der Person 66 anzeigen, werden an den Computer 67 geleitet, nachdem die Videokamera 70 das reflektierte IR-Licht registriert hat. In einer alternativen Ausführung des Systems nach Fig. 5 wird das räumliche Verhältnis zwischen den Augen 68 der Person durch faseroptische Sendeanordnungen und faseroptische Empfängeranordnungen festgestellt, die im Rahmen einer Brille angebracht sind (nicht gezeigt), um Datensignale zur Position der Augen auf die gleiche Weise zu liefern, wie für die Brillenausführung unter Bezugnahme auf Fig. 1-3 beschrieben. In dieser alternativen Ausführung sind die Brillengläser keine Linsen mit variabler Brennweite, sondern aus Glas oder Plastik hergestellte Linsen, die gemäß den der Person verordneten Brillengläsern für die im Alltag getragene Brille gefertigt sind. Trägt die Person keine Brille, so können die Linsen aus dem Rahmen entfernt werden, oder es können stattdessen Linsen aus Fensterglas oder Plastik eingesetzt werden. Alternativ dazu können die Linsen der Brille Flüssigkristall-Schließer für das abwechselnde Sehen von Darstellungen für das linke und für das rechte Auge beinhalten.
In beiden Ausführungen des Systems nach Fig. 5 stellt der Computer 67 den entsprechenden Brennpunkt der Darstellungen der Objekte 64, 65 gemäß den Daten zur Position der Augen ein; der Computer bewirkt somit, daß der Monitor 62 gemäß dem durch die Daten zur Position der Augen angezeigten räumlichen Verhältnis der Augen 68 der Person zueinander eine zumindest teilweise scharfe Darstellung des von der Person betrachteten Objekts 64, 65 anzeigt.
In Fig. 6 ist eine Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zur Scharfeinstellung von Darstellungen gezeigt, das mit einer ferngesteuerten Vorrichtung 75 verwendet wird, die ein Darstellungs-Signal erzeugt und an einen Monitor 76, wie z. B. einen Fernsehbildschirm, überträgt; dieses Signal für die Darstellung bewirkt, daß der Monitor 76 eine Darstellung anzeigt, die von einer durch eine 3D-TV-Sichtbrille 79 auf den Monitor 76 schauenden Person 78 als dreidimensional wahrgenommen wird. Die 3D-TV-Sichtbrille 79 kann in der bekannten Ausführung gefertigt sein, in der eine Linse einen Rotfilter und die andere Linse einen Blaufilter enthält.
Die entsprechende Brennpunkte der verschiedenen in der angezeigten Darstellung enthaltenen Objekte 81 werden durch einen Computer 80 eingestellt. Die ferngesteuerte Vorrichtung 75 ist vorzugsweise mobil, und der Computer 80 ist vorzugsweise in der ferngesteuerten Vorrichtung 75 enthalten. Die ferngesteuerte Vorrichtung 75 enthält eine linke Linse 82L mit variabler Brennweite und eine rechte Linse 82R mit variabler Brennweite, wobei der jeweilige Brennpunkt der beiden Linsen 82L, 82R durch den Computer 80 eingestellt wird. Die von der linken Linse 82L mit variabler Brennweite und der rechten Linse 82R mit variabler Brennweite erzeugten Darstellungen werden vom Computer 80 elektronisch verarbeitet, um das Darstellungs-Signal zu generieren, das durch die ferngesteuerte Vorrichtung 75 an den Monitor 76 übertragen wird.
Eine Angabe des räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen 83 der Person wird durch den Einsatz von faseroptischen Sendeanordnungen (nicht gezeigt) und faseroptischen Empfängeranordnungen (nicht gezeigt) gewonnen, die im Rahmen der 3D-TV-Sichtbrille 79 angebracht sind, um Datensignale zur Position der Augen zu gewinnen, was auf die gleiche Weise geschieht, die für die Brillenausführung unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 oben beschrieben. In der in Fig. 6 gezeigten Ausführung sind die Linsen der 3D-TV-Sichtbrille 79 keine Linsen mit variabler Brennweite.
In einer alternativen Ausführung des in Fig. 6 gezeigten Systems, in der das vom Computer 80 generierte Darstellungs-Signal bewirkt, daß der Monitor 76 eine Darstellung anzeigt, die als dreidimensionale Darstellung wahrgenommen werden kann, ohne daß die 3D- TV-Sichtbrille 79 getragen werden muß, betrachtet die Person 78 die angezeigte Darstellung durch eine Brille von der unter Bezugnahme auf Fig. 5 oben beschriebenen alternativen Ausführung, in der eine Angabe über das räumliche Verhältnis zwischen den Augen 83 der Person durch den Einsatz von faseroptischen Sendeanordnungen und faseroptischen Empfängeranordnungen gewonnen wird, die im Rahmen einer Brille angebracht sind, um Datensignale zur Position der Augen zu gewinnen, die das räumliche Verhältnis zwischen den Augen 92 (richtig: 83, Anm. d. Übersetzers) des Betrachters anzeigen, was auf die gleiche Weise geschieht, die für die Brillenausführung unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 oben beschrieben. In dieser alternativen Ausführung sind die Brillengläser aus Glas oder Kunststoff hergestellte Linsen, die gemäß den der Person verordneten Brillengläsern für die im Alltag getragene Brille gefertigt sind. Trägt die Person keine Brille, so können die Linsen aus dem Rahmen entfernt werden, oder es können stattdessen Linsen aus Fensterglas oder Kunststoff eingesetzt werden.
Der Computer 80 reagiert auf die Daten zur Position der Augen, indem er die Einstellung der Linsen 82L, 82R mit variabler Brennweite der ferngesteuerten Vorrichtung 75 reguliert, so daß das Darstellungs-Signal, das vom Computer 80 nach Verarbeitung der von den Linsen 82L, 82R mit variabler Brennweite jeweils erzeugten Darstellungen generiert wird, den Monitor 75 eine Darstellung anzeigen läßt, in der das von der Person 78 betrachtete Objekt 77 von der Person 78 zumindest als teilweise scharf wahrgenommen wird.
Ein optionales Merkmal des Systems nach Fig. 6 ist, daß der Computer 80 auch in der Form auf die Daten zur Position der Augen reagiert, daß er bewirkt, daß die mobile ferngesteuerte Vorrichtung 75 sich hin zu oder weg von dem Objekt 81 bewegt, das von der die Brille 79 tragenden Person 78 betrachtet wird, wobei die dabei eingenommene Distanz dadurch bestimmt ist, welche Distanz nötig ist, um eine zumindest teilweise scharfe Darstellung des Objekts 81 zu erhalten, die durch Regulieren der Einstellungen der Linsen 82L, 82R mit variabler Brennweite auf die oben beschriebene Weise gewonnen wird.
In Fig. 7 ist ein erfindungsgemäßes System zur Scharfeinstellung von Darstellungen gezeigt, das in einer Kamera 86 mit einer Linse 87 mit variabler Brennweite verwendet wird. Das Einstellen der Linse 87 mit variabler Brennweite wird durch einen Computer 88 reguliert, der in der Kamera 86 enthalten ist. Ist die Blende der Kamera geöffnet, so wird der sich in der Brennebene der Kamera befindende Film durch ein Objekt belichtet, das eine Person 90 durch einen Bildsucher 91 der Kamera 86 betrachtet. Der Bildsucher 91 macht es möglich, daß das durch ihn betrachtete Objekt von beiden Augen 92 der Person 90 wahrgenommen wird.
Um den Bildsucher 91 herum ist eine Kappe 93 angebracht, die bewirkt, daß die Augen 92 der Person 90 in Relation zum Bildsucher 91 in einer konstanten Position gehalten werden können, indem die Kappe 93 in etwa in Höhe der Augen 92 angebracht ist; innerhalb der Kappe 93 sind um den Bildsucher 91 herum faseroptische Sendeanordnungen (nicht gezeigt) und faseroptische Empfängeranordnungen (nicht gezeigt) angebracht, um Datensignale zur Position der Augen zu erzeugen, die die räumliche Position der Augen 92 des Betrachters auf prinzipiell die gleiche Weise anzeigen, wie für die Brillenausführung unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 oben beschrieben.
Der Computer 88 reagiert auf die Datensignale zur Position der Augen, indem er den Brennpunkt der Linse 87 mit variabler Brennweite so einstellt, daß in der Brennebene der Kamera 86 eine zumindest teilweise scharfe Darstellung eines von der Person 90 durch den Bildsucher 91 der Kamera 86 betrachteten Objekts 95 entsteht.
In anderen alternativen Ausführungen (nicht gezeigt) können (a) Daten, die die Position der Augen der Person anzeigen, durch Detektion von Schallwellen, elektromagnetischer Strahlung, magnetischer Anziehung, Graviationsanziehung, Induktivität und/oder Kapazitanz an Stelle von oder zusätzlich zur Detektion von reflektiertem Licht gewonnen werden; kann (b) die Vorrichtung zum Reflektieren von auf das Auge gerichtetem Licht Kontaktlinsen, eine okulare Kontaktvorrichtung, intraokulare Linsen und/oder Augeneinsätze an Stelle von oder zusätzlich zu den Augen der Person beinhalten; können (c) die die Position der Augen der Person anzeigenden Daten von der sie registrierenden Vorrichtung an Stelle von oder zusätzlich zur drahtgebundenen Übertragung durch Schallwellen und/oder elektromagnetische Strahlung, wie z. B. Licht oder Mikrowellen, übertragen werden; können (d) die Scharfeinstellungssignale an Stelle von oder zusätzlich zur drahtgebundenen Übertragung durch Schallwellen und/oder elektromagnetische Strahlung, wie z. B. Licht oder Mikrowellen, übertragen werden; und können (e) die Linsen mit variabler Brennweite in Ferngläsern und Mikroskopen, die für die Wahrnehmung von dreidimensionalen Darstellungen adaptiert sind, enthalten sein.
Die hier ausdrücklich genannten Vorzüge müssen nicht zwingend in jeder denkbaren Ausführung der vorliegenden Erfindung enthalten sein. Die hier ausdrücklich genannten Vorzüge der vorliegenden Erfindung sind lediglich als Beispiele zu sehen und sollten nicht als die ausschließlichen Vorzüge der vorliegenden Erfindung verstanden werden.
Die in obiger Beschreibung enthaltenen Einzelheiten sind nicht als Begrenzung des Umfangs der vorliegenden Erfindung zu verstehen, sondern als Veranschaulichung der hier erläuterten bevorzugten Ausführungen. Weitere Variationen sind möglich, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die hier beschriebenen Ausführungen definiert, sondern durch die Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente.

Claims

1. System zur Gewinnung einer zumindest teilweise scharfen Darstellung eines von einer Person betrachteten Objekts mit

Vorrichtungen mit variabler Brennweite (11L, 11R, 57, 62, 82) zur Darstellung eines Abbilds des Objekts auf einem Bildschirm (53, 63);

Vorrichtungen (15, 50) zum Anzeigen eines räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen der Person; und

Vorrichtungen (12, 13, 44, 52, 67, 80) zum Einstellen Vorrichtungen mit variabler Brennweite entsprechend dem angezeigten Verhältnis.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtungen mit variabler Brennweite und die Einstellvorrichtung einen Computer (52, 67, 80) umfassen, der entsprechend dem angezeigten Verhältnis Komponenten für die Darstellung für das linke und für das rechte Auge generiert, und mit einem Bildschirm (53, 63) zur Darstellung der vom Computer generierten Bildkomponenten.

3. System nach Anspruch 2, mit einer Brille (54), die es einer durch die Brille auf den Bildschirm (53) schauenden Person (55) ermöglicht, Darstellungen von Objekten zu sehen, die von der Person jeweils unterschiedlich weit entfernt zu sein scheinen.

4. System nach Anspruch 2, das in einem System zur dreidimensionalen Darstellung von virtueller Realität enthalten ist, welches mittels einer Brille (54) es einer durch die Brille auf den Bildschirm (53) schauenden Person (55) ermöglicht, dreidimensionale Darstellungen von virtuellen Objekten so zu sehen, daß sie von der Person unterschiedlich weit entfernt zu sein scheinen.

5. System nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtungen mit variabler Brennweite durch einen Monitor (62) verwirklicht werden, der anscheinend gleichzeitig verschiedene Objekte (64, 65) auf dem Bildschirm (63) mit unterschiedlichem Schärfegrad darstellt, so als ob sie sich in unterschiedlicher Entfernung von der auf den Monitor schauenden Person (66) befänden.

6. System nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtungen mit variabler Brennweite so eingestellt werden, daß sie eine zumindest teilweise scharfe Darstellung des von der Person betrachteten Objekts erzeugen.

7. System nach Anspruch 1, wobei die Anzeigevorrichtung enthält:

Einrichtungen (15, 50) zum Bereitstellen von Daten (40, 40L, 40R), die die Position jedes Auges anzeigen; und

Einrichtungen (12, 52, 67, 80), die diese Positionsdaten kombinieren, um einen Wert über das relative räumliche Verhältnis der Augen der Person zu erhalten.

8. System nach Anspruch 1, wobei die Anzeigevorrichtung Einrichtungen (15, 50) zum Bereitstellen von Daten (40, 40L, 40R) beinhaltet, die die Position jedes Auges anzeigen; und wobei die Regulierungseinrichtungen ein neuronales Netz (44) zum Verarbeiten der Positionsdaten beinhalten, um Steuersignale zum Einstellen der Bildschärfe der Vorrichtungen mit variabler Brennweite zu erhalten.

9. System nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtungen mit variabler Brennweite (82) durch eine ferngesteuerte Einrichtung (75) verwirklicht werden, die ein Signal erzeugt und an einen Monitor (76) überträgt, das eine zumindest teilweise scharfe Darstellung des Objekts auf dem Monitor bewirkt, das von einer auf den Monitor schauenden Person betrachtet wird.

10. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anzeigeeinrichtungen das räumliche Verhältnis der Augen der Person zueinander anzeigen.

11. Verfahren zur Gewinnung einer zumindest teilweise scharfen Darstellung eines von einer Person betrachteten Objekts mit den Schritten:

(a) Darstellung eines Abbilds des Objekt auf einem Bildschirm (53, 63) unter Benutzung von Vorrichtungen mit variabler Brennweite (11L, 11R, 57, 62, 82);

(b) Anzeigen des räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen der Person; und

(c) Einstellen der Vorrichtungen mit variabler Brennweite entsprechend dem angezeigten Verhältnis.

12. Verfahren nach Anspruch 11 mit dem Schritt:

(d) Anordnen der Vorrichtungen mit variabler Brennweite in einem solchen Verhältnis zu den Augen der Person, dass der von der Person wahrgenommene Schärfegrad der Darstellungen beeinflusst wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei Schritt (b) folgende Schritte enthält:

(d) Bereitstellung von Daten (40, 40L, 40R), die die Position jedes Auges anzeigen; und

(e) Kombinieren dieser Positionsdaten, um einen Wert über das relative räumliche Verhältnis der Augen der Person zu erhalten.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei Schritt (b) folgenden Schritt enthält:

(d) Bereitstellen von Daten (40, 40L, 40R), die die Position jedes Auges anzeigen;

und wobei Schritt (c) folgenden Schritt enthält:

(e) Verarbeiten der Positionsdaten in einem neuronalen Netz (44), um Steuersignale für die Einstellung der Vorrichtungen mit variabler Brennweite zu erhalten.

15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei Schritt (c) folgende Schritte enthält:

(d) Bereitstellen von Steuersignalen für die Scharfeinstellung (42, 42L, 42R) gemäß dem angezeigten Verhältnis; und

(e) Einstellender Vorrichtungen mit variabler Brennweite gemäß den Steuersignalen für die Scharfeinstellung, so daß die Person die zumindest teilweise scharfe Darstellung des Objekts wahrnehmen kann.

16. Verfahren nach Anspruch 11 mit dem Schritt:

(d) Kalibrieren der Einstellvorrichtungen (12, 52) um zu bewirken, dass die Person eine zumindest teilweise scharfe Darstellung eines Objekts wahrnimmt, wobei sich das Objekt in Bezug auf die Augen der Person an einem bestimmten Ort befindet, wenn sich die Augen der Person in einer bestimmten relativen Position befinden.

17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Schritte (a) und (c) folgende Schritte enthalten:

(d) Erzeugen von Komponenten für die Darstellung für das linke Auge und von Komponenten für die Darstellung für das rechte Auge gemäß dem angezeigten Verhältnis; und

(e) Anzeigen der vom Computer erzeugten Bildkomponenten.

18. Verfahren nach Anspruch 17 mit dem Schritt:

(f) Schauen auf den Bildschirm (53) durch eine Brille (54), um Darstellungen von Objekten zu sehen, die von einer auf den Bildschirm schauenden Person (55) jeweils unterschiedlich weit entfernt zu sein scheinen.

19. Verfahren nach Anspruch 17 mit dem Schritt:

(f) Schauen auf den Bildschirm (53) durch eine Brille (54), um dreidimensionale Darstellungen von virtuellen Objekten zu sehen, die von einer auf den Bildschirm schauenden Person (55) jeweils unterschiedlich weit entfernt zu sein scheinen.

20. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Schritte (a) und (c) folgende Schritte enthalten:

(d) anscheinend gleichzeitiges Anzeigen verschiedener Objekte (64, 65) mit unterschiedlichem Schärfegrad, so als ob diese sich von einer auf den Bildschirm schauenden Person (66) unterschiedlich weit entfernt befänden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei Schritt (d) den Schritt enthält:

(e) Anzeigen einer zumindest teilweise scharfen Darstellung des von der Person betrachteten Objekts.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei Schritt (b) den Schritt enthält:

(g) Anzeigen des räumlichen Verhältnisses zwischen den Augen der Person.