Fokuspunkter spelar en viktig roll i tredimensionell (3-D) djup perception. Konventionella stereoskopiska displayer saknar dock förmågan att korrekt göra dessa signaler, eftersom de presenterar ett par stereoskopiska bilder på ett fast bildplan samtidigt som de tvingar ögonen att konvergera på olika avstånd för att se objekt på olika djup. Med hjälp av en snabb vätske-lins enhet presenterar vi design och implementation av en tidsmultiplex dual-focal plane display som är kapabel att rendera korrekta eller nära-korrekta fokus linjer samt andra djup signaler, såsom ocklusion och skuggning för en 3-D scen. De två fokalplanens fokusområde kan variera från oändlighet till så nära 8 dioptrar. Två körmekanismer föreslås för att göra nära-korrekta fokussignaler och deras effekter på bildskärpa, flimmer och ljusstyrka jämförs. © 2009 Optiska Society of America OCIS koder: 120.2040, 120.2820, 120.4570, 220.1080, 330.1400 Focus cues (accommodation and retinal oskärpa) av en 3-D scen spelar en betydande roll i 3-D djup perception [1]. Konventionella stereoskopiska displayer saknar dock förmågan att korrekt ge dessa signaler, eftersom de presenterar ett par stereoskopiska bilder på ett fast bildplan och samtidigt tvingar ögonen att konvergera på olika avstånd för att uppfatta djup. Dessa displayer tvingar på så sätt en onaturlig frikoppling av boende- och konvergenssignalerna och framkallar felaktiga näthinnesuddar som inte varierar med det utförda djupet av en virtuell scen. Många forskare har genomfört studier för att undersöka de negativa effekterna av sådana onaturliga synförhållanden [1] [2] [3] [4]. Deras resultat tyder på att otrogna fokus signaler är förknippade med en mängd olika visuella artefakter, såsom underskattning av det utsmyckade djupet av en 3-D scen och visuell trötthet efter en långvarig exponering för stereoskopiska miljöer. Det har funnits nya forskningsintressen när det gäller att utveckla 3-D-displayer med rätt eller nästan korrekt fokus. Klassificerad som en av de verkliga 3-D-displayer, en volymetrisk display kan göra rätt fokus linjer genom att porträttera miljontals voxels i en fysisk volym [5, 6]. Den praktiska utvecklingen av sådan teknik står emellertid inför många tekniska utmaningar, såsom låg beräkningseffektivitet, begränsad renderingsvolym och svårigheten att korrekt återge synberoende ljuseffekter såsom ocklusion, spegelreflektion och skuggning. Multifokala planskärmar ger nära-korrekta fokussignaler för virtuella objekt i olika djup genom att presentera perspektivbilder på flera diskreta fokalplan. Var och en av de fokala planen ansvarar för att rendera 3-D-objekt med ett djupområde centrerat runt det, och dessa diskreta fokalplan tillsammans ger en volym av 3-D-objekt med nära-korrekta fokussignaler specifika för en given synvinkel. Rolland m.fl. presenterade en teoretisk ram av en rumsligt multiplexad multifokal plan huvudmonterad display (HMD) genom att använda en stack av 14 planar displayer som bildkälla [7], och Akeley et al. nyligen visat en tre-fokal plan display prototyp genom att optiskt dela en stor vätskekristall display panel i tre zoner som ligger på olika djup [8]. Ett alternativ till det rumsligt multiplexade systemet är det tidsmultiplexade tillvägagångssättet genom användning av aktiva optiska element, där 3-D-objekt av olika djup återges sekventiellt på ett enda 2-D-fokalplan vars brännvidd justeras i synkronisering med djupet av de objekt som återges. Om en tillräckligt hög hastighet kan uppnås verkar alla objekt ha nära-korrigerade fokussignaler utan synlig flimmer. Schowengerdt och Seibel [9] visade en retinalskanning i två plan med hjälp av en deformerbar membranspegel (DMM). I denna design, en 2-D-bild genereras på en pixel-för-pixel grund genom raster skanning en laserstråle över det visuella fältet, och fokus linjer för varje pixel återges genom att defokusera laserstrålen genom DMM. Vår inställning till en tid-multiplex multi-focalplane display uppnås genom att modulera fokalt avstånd för en 2-D-display tid-sekventiellt med en flytande lins [10]. Det kräver inga rörliga delar för att rendera fokus linjer och använder konventionella mikrodisplay och grafik hårdvara. Främst på grund av den låga hastigheten på vätskelins enheten, de preliminära resultaten i en dual-focal plan prototyp misslyckades med att visa trogna fokus linjer med en bildhastighet högre än 5 Hz [10]. Vi har nu antagit en snabbare flytande lins (Arctic 314, Varioptisk, Inc.), med en svarshastighet på ca 9 ms, för att öka bildhastigheten för en dubbel-focal plan display upp till 37,5 Hz. Vi har också utforskat en alternativ renderingsmekanism som minskar artefakter och förbättrar djupets noggrannhet. Dessutom, för att kompensera den reducerade klara bländaren från 3 mm (Arctic 320) till 2,5 mm (Arctic 314), har vi gjort ändringar i den ursprungliga konstruktionen [10]. Som visas i bild. 1 a), Den flytande linsen är offset från mitten av radien krökning O av den sfäriska spegeln av  på så sätt exit pupillen av HMD förstoras av m p = R /  på R +2 till storleken på den klara öppningen av den flytande linsen. Fokalavståndet anges av
REF har visat en flytande linsbaserad lösning för att ändra fokusplanet inuti en huvudmonterad display (HMD).
Time-multiplexed dual-focal plane head-mounted display with a liquid lens
{'venue': 'Optics letters', 'journal': 'Optics letters', 'mag_field_of_study': ['Medicine', 'Physics']}