JP2008529054A - 直接網膜ディスプレイ - Google Patents
直接網膜ディスプレイ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008529054A JP2008529054A JP2007552081A JP2007552081A JP2008529054A JP 2008529054 A JP2008529054 A JP 2008529054A JP 2007552081 A JP2007552081 A JP 2007552081A JP 2007552081 A JP2007552081 A JP 2007552081A JP 2008529054 A JP2008529054 A JP 2008529054A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reflector
- scanning
- optical beam
- eye
- retina
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
- G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
Abstract
広い視野で目(62)の網膜に映像を表示するための直接網膜ディスプレイ(50)。この直接網膜ディスプレイ(50)は、映像で変調された走査光学ビーム(58)を2つの次元において走査角にわたって発生するように構成された走査光源(52)を備えている。直接網膜ディスプレイ(50)は、更に、走査光学ビーム(58)の経路にある発散反射器(54)であって、この発散反射器(54)に入射する走査光学ビーム(58)を拡大走査角で外方に収斂反射器(56)に向けて反射するように構成された発散反射器(54)を備え、収斂反射器(56)は、走査光学ビームを実質的に目(62)の瞳孔(60)における収斂スポットに向けて反射して、映像を再構成し広い視野で網膜に表示するように構成される。
【選択図】 図11
【選択図】 図11
Description
本発明は、直接網膜ディスプレイ(DRD)に係る。より詳細には、本発明は、DRDにより与えられる視野を改善するための開発に係る。
DRDは、映像情報で変調されたレーザビーム又は他の光学的ビームを、瞳孔を経てユーザの目の網膜へ直接走査することにより、視聴映像を与える。より詳細には、多数の色のレーザビームを使用して、これらビームの強度を変調することにより、ユーザの目にカラー映像を発生することができる。例えば、網膜にわたってラスタパターンで光スポットを走査することにより映像が順次に発生される。
DRDは、既存のスクリーンベースのディスプレイに勝る効果を発揮する。解像度をより高くすることができ、そして実際の生活シーンに映像を重ね合わせることができる。これは、DRDを、特に、バーチャル又は増加リアリティディスプレイにおいて広範囲に利用するための望ましいオプションにする。例えば、ヘッドセット形態のDRDは、ドライバーやパイロットに、操縦しているシーンを見るのと同時に可視形態で情報を与えることができる。
人間の目の「実生活」の像形成能力に一致させるために、ディスプレイ装置は、理想的には、単一の眼球に対して水平140°及び垂直90°の視野をもつことになる。目が認知し得る最大解像度は、1アーク分(arc minute)の角度解像度であり、これは、水平8400x垂直5400ピクセルに換算される。既存のDRD技術によって与えられる解像度は、レーザの波長、スキャナの速度、変調帯域巾、及び走査光学系に依存する。回折制限レーザは、約1アーク分の網膜に対する角度解像度を発生することができる。しかしながら、視野は、既存の技術により与えられる走査速度及び変調帯域巾を含む多数のファクタにより規定される。視野を改善するために、走査角(網膜上にレーザビームが走査されるところの水平及び垂直角度)を増加しなければならない。スキャナにおいて走査角を機械的に増加すると、同じ解像度を維持するのに、走査速度及び/又は変調帯域巾を増加することも必要になる。それ故、走査速度及び変調帯域巾を決定する現在技術の能力では視野が限定される。
米国特許出願第2004/0164926号は、楕円形の反射器を経てユーザの目を走査して広視野の映像表示を与える頭部取り付け型ディスプレイシステムを提案している。
本発明の目的は、改良された直接網膜ディスプレイを提供し、又は少なくとも大衆に有用な選択肢を提供することである。
第1の態様では、本発明は、一般に、広い視野で目の網膜に映像を表示するための直接網膜ディスプレイにおいて、各次元の走査角にわたって二次元で走査光学ビームを発生するように構成された走査光源であって、走査光学ビームが映像で変調されるような走査光源と、走査光学ビームの経路にある発散反射器であって、この発散反射器に入射する走査光学ビームを拡大走査角で外方に反射するように構成された発散反射器と、反射された走査光学ビームの経路にある収斂反射器であって、拡大走査角を有する走査光学ビームを実質的に目の瞳孔における収斂スポットに向けて反射して、映像を再構成し広い視野で網膜に表示するように構成された収斂反射器と、を備えた直接網膜ディスプレイに関する。
好ましくは、発散反射器は、その少なくとも一部分が、走査光学ビームの経路に球状の反射面を備え、この球状の反射面に入射する走査光学ビームが、走査角を拡大するように変更された角度で反射されて、広い視野を形成する。1つの形態において、発散反射器は、半球状の反射器でよい。別の形態において、発散反射器は、球状の反射器でよい。
好ましくは、収斂反射器は、その少なくとも一部分が、発散反射器から反射された走査光学ビームの経路に実質的に楕円状の反射面を備え、その実質的に楕円状の反射面に入射する走査光学ビームが実質的に目の瞳孔における収斂スポットに向かって反射されるようにする。1つの形態において、収斂反射器は、楕円状反射器でよい。別の形態において、収斂反射器は、発散反射器の形状により生じる目の瞳孔における走査光学ビームの誤収斂を減少する形状の準楕円状反射器でよい。
好ましくは、走査光源は、光学ビームを発生するための光学ビーム発生器と、各走査位置において光学ビーム上に映像ピクセルを与えるための変調器と、2つの次元において各次元の走査角にわたり走査中の光学ビームを再指向するためのスキャナとを含むことができる。1つの形態において、光学ビーム発生器は、レーザの配列体を含んでもよい。或いは又、スキャナの光学ビーム発生器は、発光ダイオードの配列体を含んでもよい。
1つの形態において、走査光源は、各次元における走査角にわたり光学ビームを非直線的に走査して、発散反射器における走査角の非直線的拡大を補償し、これにより、映像が網膜に正しく表示されるよう確保することができる。
別の形態において、走査光源は、映像に非直線的な予歪を与えて、発散反射器における走査角の非直線的拡大を補償し、これにより、映像が網膜に正しく表示されるよう確保することができる。
好ましくは、走査光源は、光学ビームを2つの次元で走査して、光学ビームの円錐状束を発生するように構成される。更に好ましくは、走査光源は、目の網膜上に二次元映像を走査するように構成される。それに加えて、又はそれとは別に、走査光源は、映像の各ピクセルの相対的深さに基づいて光学ビームの焦点を調整して、目の網膜に三次元映像を表示するように構成される。
1つの形態において、収斂反射器は、部分的に反射性で且つ部分的に透明であり、リアリティ増加のために実生活のシーンに映像を重ねることができる。
好ましくは、直接網膜ディスプレイは、更に、目の動きを追跡し、そして瞳孔が動くときに収斂スポットが瞳孔をたどるように発散及び収斂反射器の位置を調整するように構成された追跡制御メカニズムを備えている。更に好ましくは、この追跡制御メカニズムは、目の動きを追跡する上で助けとなる網膜像形成コンポーネントを含むことができる。
好ましくは、収斂スポットは、目の瞳孔を実質的にカバーして目の動きの影響を減少するに充分なほど大きなものである。
好ましくは、目に対して水平方向に目に生じる視野は、少なくとも80度で、より好ましくは、少なくとも100度で、更に好ましくは、少なくとも120度である。
好ましくは、目に対して垂直方向に目に生じる視野は、少なくとも60度で、より好ましくは、少なくとも80度で、更に好ましくは、少なくとも90度である。
好ましくは、表示される映像の解像度は、水平方向に少なくとも800ピクセルx垂直方向に少なくとも600ピクセル、より好ましくは、水平方向に少なくとも1280ピクセルx垂直方向に少なくとも1024ピクセル、更に好ましくは、水平方向に少なくとも8000ピクセルx垂直方向に少なくとも5000ピクセルである。
好ましくは、各次元における走査角は、少なくとも2度であり、より好ましくは、少なくとも5度である。
好ましくは、各次元における走査角は、少なくとも20倍拡大され、より好ましくは、少なくとも25倍拡大される。
1つの形態において、前記ディスプレイは、2つの目の網膜に映像を表示するためのもので、各目に1つづつ、2つの収斂反射器を備え、前記走査光源は、それら収斂反射器間に位置する発散反射器の両側に向けて、2つの次元において映像で変調された2つの走査光学ビームを、各次元の走査角にわたり発生するように構成され、発散反射器は、各走査光学ビームを拡大走査角で各収斂反射器に向けて反射するように構成され、各収斂反射器は、各走査光学ビームを実質的に各々の目の瞳孔における収斂スポットに向けて反射し、映像を再構成して各々の目の網膜に表示するように構成される。好ましくは、収斂反射器は、走査光学ビームを各目の瞳孔における収斂スポットに収斂する形状の準楕円状反射器であり、そして発散反射器は、球状反射器である。
別の形態において、直接網膜ディスプレイは、2つの目の網膜に映像を表示するためのものであり、各目に対して走査光源、発散反射器及び収斂反射器を備えている。
好ましくは、直接網膜ディスプレイは、ユーザの頭部に取り付けるように構成される。
第2の態様では、本発明は、一般に、広い視野で目の網膜に映像を表示するための直接網膜ディスプレイにおいて、2つの次元で走査光学ビームを、各次元の走査角にわたって発生するように構成された走査光源であって、光学ビームが映像で変調されるような走査光源と、走査光学ビームの経路に球状の反射面を有する発散反射器であって、この球状の反射面に入射する走査光学ビームを拡大走査角で外方に反射するように構成された発散反射器と、反射された走査光学ビームの経路に楕円状の反射面を有する収斂反射器であって、拡大走査角を有する走査光学ビームを実質的に目の瞳孔における収斂スポットに向けて反射して、映像を再構成し広い視野で網膜に表示するように構成された収斂反射器と、を備えた直接網膜ディスプレイに関する。
好ましくは、収斂反射器の楕円状反射面は、発散反射器の球状反射面の形状により生じる目の瞳孔における走査光学ビームの誤収斂を減少する形状の準楕円状反射面である。
好ましくは、走査光源は、光学ビームを発生するための光学ビーム発生器と、各走査位置において光学ビーム上に映像ピクセルを与えるための変調器と、2つの次元において各次元の走査角にわたり走査中の光学ビームを再指向するためのスキャナとを含む。
好ましくは、走査光源は、各次元における走査角にわたり光学ビームを非直線的に走査して、発散反射器における走査角の非直線的拡大を補償し、これにより、映像が網膜に正しく表示されるよう確保する。
好ましくは、走査光源は、映像に非直線的な予歪を与えて、発散反射器における走査角の非直線的拡大を補償し、これにより、映像が網膜に正しく表示されるよう確保する。
好ましくは、走査光源は、光学ビームを2つの次元で走査して、光学ビームの円錐状束を発生するように構成される。
好ましくは、走査光源は、目の網膜上に二次元映像を走査するように走査を行うよう構成される。
好ましくは、走査光源は、映像の各ピクセルの相対的深さに基づいて光学ビームの焦点を調整して、目の網膜に三次元映像を表示するように構成される。
第3の態様では、本発明は、一般に、ユーザの2つの目の網膜に映像を表示するための直接網膜ディスプレイにおいて、2つの次元で、各目に1つづつ、2つの走査光学ビームを、各次元の走査角にわたって発生するよう構成された走査光源であって、走査光学ビームが映像で変調されるような走査光源と、走査光学ビームの経路にある発散反射器であって、この発散反射器の両側に入射する走査光学ビームを拡大走査角で外方に反射するように構成された発散反射器と、各反射された走査光学ビームの経路に各々ある、各目に1つづつの、2つの収斂反射器であって、拡大走査角を有する走査光学ビームを実質的に各目の瞳孔における収斂スポットに向けて反射して、映像を再構成し広い視野で目の網膜に表示するように構成された2つの収斂反射器と、を備えた直接網膜ディスプレイに関する。
好ましくは、発散反射器は、走査光学ビームの経路に実質的に球状の反射面を含む。より好ましくは、発散反射器は、2つの収斂反射器間に配置された球状反射器である。
好ましくは、収斂反射器は、発散反射器から反射される走査光学ビームの経路に準楕円状反射面を含む。
1つの形態において、各目に1つづつ、2つの発散反射器があり、その各々は、1つの走査光学ビームの経路に配置されて、走査光学ビームを各収斂反射器に反射するように構成される。より好ましくは、発散反射器は、球状反射器であり、そして収斂反射器は、準楕円状反射器である。
好ましくは、ディスプレイは、ユーザの頭部に固定できるように構成される。
本明細書及び特許請求の範囲で使用する「備える(comprising)」という語は、「少なくとも一部分は〜より成る(consisting at least in part of)」ことを意味し、即ち、この用語を含む本明細書及び特許請求の範囲の記述を解釈するときには、各記述においてその用語を伴う特徴が全て存在する必要があるが、他の特徴が存在してもよい。
本発明は、以上に述べたものを含むと共に、以下に一例として示すものも包含する。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
本発明は、各目に対して、例えば、おおよそ水平100度、垂直90度の広い視野を発生するDRDシステムに係る。DRDは、非直線的で且つ非近軸の光学的設計を含む。DRDは、比較的小さな角度の入力走査から広い角度の出力走査を可能にする。特に、DRDは、発散反射器を使用して、光源からの走査ビームの角度を拡大すると共に、収斂反射器を使用して、目の瞳孔に実質的に一致する収斂ポイント又はスポットへビーム走査を収斂させ、目の網膜に映像を再構成する。収斂ポイント又はスポットは、DRDシステムの仕様に基づいて表面積サイズが変化することが明らかであろう。好ましい形態では、収斂スポットは、目の瞳孔を実質的にカバーする。
図1には、DRD装置10の好ましい実施形態が示されている。上述したように、DRD10は、非直線的な光学角度拡大を使用して、比較的小さな角度の入力走査から広い視野(広い角度の出力走査)を目に発生する。DRD10は、発散反射器12を使用して、走査光源14からの走査ビーム角を拡大すると共に、収斂反射器16を使用して、ビーム走査を、目の瞳孔18に実質的に一致する位置に収斂させる。このような構成では、DRD10は、比較的小さな角度の入力走査から広い視野を発生する。
明瞭化のために、DRDは、図1に示すDRD10の二次元(2D)平面図を参照して一次元(1D−線)映像を発生することに関連して主として説明する。しかしながら、DRDは、図11ないし16を参照して以下に述べるように、二次元又は三次元(3D)映像を網膜に発生するように構成できることも明らかであろう。更に、図1は、1つの目に対するDRD10を示すが、必要に応じて2つの目にも容易に適させることができ、これについても、図14ないし16を参照して以下に説明する。
DRD10は、走査光源14を使用し、これは、光学ビーム発生器と、希望の角度20にわたってビームを走査して発散光線束22を発生するためのスキャナとを備えている。好ましくは、光学ビーム発生器は、希望の波長のレーザビームを発生する。スキャナは、DRD用途においてレーザビームを走査するための既知の適当な技術である。スキャナは、小さな所定の走査角、例えば、少なくとも2°の機械的角度しか必要とせず、例えば、チルト−チルトスキャナでもよいし、又は他の形式のマイクロ・オプチカル電気−機械的システム(MOEMS)ベースのスキャナでもよい。好ましくは、スキャナは、少なくとも20kHzのビデオレートで動作するが、用途次第ではそれより低いスキャナ速度も使用できることが明らかである。更に、スキャナは、例えば、映像が1Dであるか、2Dであるか又は3Dであるかに基づいて、水平方向、垂直方向、又はその両方に、1つ又は2つの自由度で、ビームを走査できることが明らかであろう。光学ビーム発生器は、例えば、カラーレーザビームを発生するためのレーザ又は発光ダイオード(LED)の配列体で構成されてもよい。好ましい実施形態では、光学ビーム発生器にレーザが使用される。又、走査光源14は、走査光源から放射されるレーザビームに映像情報を変調するための変調能力も備えている。
動作中に、走査光源14により順次走査される束22の各レーザビームは、その経路内にある発散反射器12に入射する。図1に示す好ましい実施形態では、発散反射器12は、半球状又は実質的に半球状であるが、発散反射器は、球状又は実質的に球状であってもよいし、或いは光線束22の走査角20の横方向限界において入射レーザビームを受け入れるに充分な球面又は実質的な球面を有するだけでよいことが明らかであろう。完全球の反射器が使用される場合には、他方の半分が、ユーザの第2の目に対するDRD用の発散反射器の部分を形成することができ、これについては、図14ないし16を参照して以下に説明する。
走査レーザビームは、発散反射器14に当たった後に、発散反射器から収斂反射器16へと反射される。収斂反射器は、1つの焦点から発生した光線が第2の焦点に収斂するという幾何学的特性を有する楕円をベースとするものである。好ましい実施形態では、収斂反射器16は、増加された走査角の横方向限界で発散反射器12から反射されるレーザビーム24を受け入れるに充分な大きさの変更型楕円状(準楕円状)の凹面を含む。変更型楕円状反射器16は、発散反射器12から反射された入射レーザビーム24を瞳孔に再収斂する形状にされる。次いで、目のレンズが、光線束24から網膜に一次元映像(この場合に)を再構成することができる。変更型楕円状反射器の幾何学的形状の計算は、図4ないし10を参照して以下に説明する。
発散反射器12及び収斂反射器16は、ガラス、プラスチック、又は他の適当な材料で形成することができる。好ましい形態では、発散反射器12は、ガラスから整形及び研磨され、そして収斂反射器16は、プラスチック、例えば、アクリルから成形され、又は射出成形される。反射器12、16を形成するのに使用される材料に基づいて、固有の反射クオリティを有するか、又は保護アルミニウムのような反射被覆でコーティングされる。発散反射器12は、全反射性であるが、収斂反射器は、全反射性でもよいし、又はユーザが見た実生活シーンに映像がオーバーレイするようなリアリティ増加表示が要求される場合には部分反射性でもよいことが明らかであろう。
図1に示すDRDの好ましい実施形態の動作を、以下に詳細に説明する。一次元映像を形成するために、走査光源14からのレーザビームが発生されて、角度20、この場合には、4.5度、にわたって走査されるが、この入力走査角は、希望のDRDの用途、仕様、及び走査光源のスキャナ技術仕様に基づいて異なってもよいことが明らかであろう。走査角20にわたる各個別のポイントにおいて、レーザビームは、網膜に表示するための映像の1ピクセルに関係した個別の映像搬送ビームを発生するように変調される。走査角20にわたる個々の変調されたビームの組み合せは、走査座標がカルテシアン座標でも極座標でもよい映像、即ちラスタ走査を含む。個々の変調されたラスタビーム(光線束22で示す)は、半球状反射器12に順次に当たる。半球状反射器12は、次いで、束22の各ビームを準楕円状反射器16に向けて反射し、その間に、半球状反射器12に対する各入射(入力)角度(θ)に基づく出力角度(φ)で各ビームを反射する。図2は、4.5度にわたる入力走査角(θ)と出力走査角(φ)との間の関係を示すグラフで、約12倍の走査角倍率ファクタを示している。図3は、入力走査に対する瞳孔の角度(β)を示すグラフで、見掛け上の視野角は、最初の走査ポイントと最後の走査ポイントとに対するβ角度の差である。これは、図6を参照して良好に説明され、この場合、β0は、最初の走査ポイントからの瞳孔の角度で、例えば、約115度であり、そしてβnは、最後の走査ポイントからの瞳孔の角度で、例えば、約13度である。これら2つのβ角度間の差が、瞳孔の視野であり、この場合には、100度を越える。
図1に示すように、各ビームの、その隣接ビームに対する反射角は、半球状反射器12に入射する隣接ビームの相対的角度との比較において変化する。このように、光線束22の発散が増加されて、準楕円状反射器16に入射するビームの走査角は、半球状反射器12に入射するビームの走査角20より大きくなる。この場合に、走査角は、4.5度から53度へ増加する。これは、図3に示すように、網膜に最終的に表示される映像の見掛け上の視野を、元の視野の約22倍に増加する。これは、走査光源14における元の走査角を増加する必要なく、且つ同じ解像度を保つために変調帯域巾及び走査速度を増加するという関連する問題を取り扱う必要なく、同じ映像をより大きなフォーマットで網膜に表示できるようにする。反射角(φ)の大きさは、球の半径、走査光源14から半球状反射器12の距離、及び入射走査角(θ)に依存する。
半球状反射器12の角度倍率ファクタは、入射走査角(θ)に対して直線的ではなく、これは、網膜上に非直線的なピクセル間隔を招く。この非直線性は、入力走査光源14において、必要な直線的間隔を発生するようにビーム角20にわたって非直線的走査を行なうことにより、即ち、ラスタ走査パターンに予歪を設けるか、或いは又表示されるべき映像に予歪を設けることにより、補償することができる。準楕円状反射器16に入射する発散した光線束24は、次いで、目の瞳孔に一致する収斂ポイント18へ再収斂される。次いで、瞳孔が束24の各個々のビームを網膜上の位置に沿って順次に収束し、各変調されたレーザビームにより表わされたピクセルから映像を再構成する。
変更型楕円状反射器の幾何学的形状の計算について、図4ないし10を参照して以下に説明する。図4は、変更型楕円状反射器ではなく、非変更楕円状反射器32を使用するDRD30の別の実施形態を示す。図示されたように、非変更楕円状反射器32は、瞳孔に光線束の誤収斂34を生じさせるので、好ましいものではなく、これは、低質の映像を生じさせる。誤収斂の理由は、半球状反射器12に入射するビーム走査光線22及びそれにより生じる反射光線36を示した図5を参照して説明することができる。非変更楕円状反射器は、図5に示すように半球状反射器12の内部の平均仮想原点36に位置する焦点と、図4に示すように目の収斂ポイント18に位置する焦点とを有する。誤収斂光線34のパターンは、ポイント38における半球状反射器12の内部の仮想光線パターンの拡大反射である。しかしながら、非変更楕円状反射器32の表面は、レーザビームの誤収斂を補正するように変更して、図1の好ましい実施形態DRDに示すような準楕円状反射器16を形成することができる。
例えば、二次元における変更型楕円状反射器16又は変更型楕円関数の幾何学的形状を計算する方法について、数学方程式及び図6ないし10を参照して以下に説明する。先ず、計算プロセスの概略について説明する。このプロセスは、非変更楕円を伴うDRD30構成体の仕様及び幾何学的パラメータを使用する反復計算を含む。より詳細には、幾何学的代数を使用して、半球状反射器12の表面を横切ってビームを有効に走査し、ビームが非変更楕円状反射器32へ反射され、次いで、その楕円状反射器から収斂ポイント18(瞳孔)に向かって反射されるようにする。各ビーム位置に対して、図6及び7に示すように、1組の三角形が形成される。これら三角形の辺の長さ及び角度を、以下に述べるように計算し、これを使用して、これを使用して、変更型楕円又は楕円形状の一部を形成する空間内のポイントPnを計算する。次いで、半球状反射器12からの反射光線が、瞳孔に一致する1つのポイント18に再収斂されるよう確保するために、各ポイントPnが配置される。これは、各ビーム位置に対して異なる楕円パラメータを計算することにより達成される。楕円の半長軸が固定されるが、偏心性は、楕円ごとに変化する。楕円焦点の一方は、ポイント18における目の瞳孔に一致する位置に固定される。他方の焦点は、図7に示すように、半球状反射器12における走査光線の遮断ポイントF2 nに一致して、異なる楕円ごとに位置を変化させる。
数学的計算プロセスの詳細な実施例を、数学方程式及び図6ないし10を参照して以下に説明する。この数学的説明の場合に、半球状反射器12は、球と称され、そして楕円状反射器16は、楕円と称される。図6ないし8を参照し、変数の定義、変更型楕円を発生するための出発式及びその解について、以下に述べる。
変数の定義:
走査される入力角度=走査角+オフセット角(θ=θscan+θoff)
オフセット光線に対する走査光源から球面までの距離は、dであり、球の半径は、Rである。
走査される入力角度=走査角+オフセット角(θ=θscan+θoff)
オフセット光線に対する走査光源から球面までの距離は、dであり、球の半径は、Rである。
瞳孔と、球における光線のヒットポイントとに焦点をもつ楕円が形成される。図6を参照すれば、瞳孔における焦点F1は、固定されたままであるが、球上のヒットポイントにおける焦点F2は、光線が走査されるにつれて移動し、即ち、F2は、球上の各光線のヒットポイントを表わす。各走査位置(nまでの)に対して、新たな楕円が発生され、その新たな楕円上の光線ヒットポイントに位置する変更型楕円のための空間位置Pnが与えられる。焦点F2は、どんな番号の楕円をポイントが定義するか指示するためにnが上付きにされている。
楕円パラメータ:半長軸a、半短軸b、及び偏心性ε。半長軸aは、固定され、偏心性εは、楕円が発生されるときに変化し、そしてテーブルとしてインデックスされる。一方の焦点F1のポイントは、固定され、他方の焦点F2のポイントは、固定されず、それ故、テーブルとしてインデックスされる。焦点F1に対して1つの位置(瞳孔に固定された)しか存在しない。楕円表面上のポイントPnもテーブルとしてインデックスされる。
任意の精度で変更型楕円を発生するに必要なポイントの数は、nである。特に、n=0から必要なポイント数、である。例えば、n=0は、θoffポイントであり、即ちθscan=0又は第1の楕円である。
図7を参照すれば、三角形の辺は、焦点間の距離Gn、楕円上の光線ヒットポイントと焦点との間の距離An、Bnにより定義される。
楕円の三角形の辺の対向角度は、A、B、Gに対応する小文字のギリシャ文字=α、β、γを使用し、即ち、Aは、対向角度αを有し、Bは、対向角度βを有し、そしてGは、対向角度γを有する。これらの角度は、辺に対応するリストとしてインデックスされる。
図8を参照すれば、ヒットポイント及び球の中心から抱かれる角度は、φであり、そして水平からの反射光線の角度は、Ψである。球状のヒットポイントに入射しそして反射する角度は、ξである。図6及び7を参照すれば、水平に対する楕円長軸の傾斜角は、δである。三角形の辺Bと楕円の長軸との間の角度は、Ωである。これらの角度は、全て、テーブルとしてインデックスされる。
図8を参照すれば、球の半径Rから、水平軸における球のヒットポイントの投影点を差し引いたものが、ΔRで、ΔR=R(1−cosφ)である。垂直軸における球のヒットポイントベクトルRの投影点がh2である。球が入力ビームの原点(走査が始まるところのポイント)から変位する垂直距離がh1であり、これは、固定で、オフセット角度θoffにより定義され、インデックステーブルではない。走査ビームの原点への水平線は、一般的に、40で示される。
出発方程式:
θをφの関数として表わし、次いで、φについて解く。検査により、これらの出発式/方程式をもたせる。
θ = θscan + θoff [1]
h1 = d Tan[θoff] [2]
h2 = R Sin[φ] [3]
(h1 + h2) / (d + ΔR) = Tan[θ]
又は
(h1 + h2) = (d + ΔR) Tan[θ] [4]
θをφの関数として表わし、次いで、φについて解く。検査により、これらの出発式/方程式をもたせる。
θ = θscan + θoff [1]
h1 = d Tan[θoff] [2]
h2 = R Sin[φ] [3]
(h1 + h2) / (d + ΔR) = Tan[θ]
又は
(h1 + h2) = (d + ΔR) Tan[θ] [4]
式[1]及び[2]を[4]に代入すると、次のようになる。
d Tan[θoff] + R Sin[φ] = (d + ΔR) Tan[θ]
又は
Tan[θ] = (d Tan[θoff] + R Sin[φ])/(d + ΔR) [5]
図8から、ΔR = R - R Cos[φ]を使用すると、 [6]
θ = ArcTan[(d Tan[θoff] + R Sin[φ])/(d + R-R Cos[φ])] [7]
d Tan[θoff] + R Sin[φ] = (d + ΔR) Tan[θ]
又は
Tan[θ] = (d Tan[θoff] + R Sin[φ])/(d + ΔR) [5]
図8から、ΔR = R - R Cos[φ]を使用すると、 [6]
θ = ArcTan[(d Tan[θoff] + R Sin[φ])/(d + R-R Cos[φ])] [7]
第4の解が使用される。というのは、その他のものは、否定的であるか又は率直に間違った仕方だからである。図9を参照すれば、ヒットポイントにおける球の角度(φ)に対する入力走査角(θscan)の関係がラジアンでプロットされている。
図6を参照すれば、球上のヒットポイントからの反射光線が水平とでなす角度は、次のように定義される。
Ψ = 2φ + θ [9]
Ψ = 2φ + θ [9]
図10を参照すれば、ヒットポイントにおける水平からの発散反射光線の角度(Ψ)に対する入力走査角(θscan)の関係は、ラジアンでプロットされる。
ここで、楕円の主軸aは角度δだけ傾斜され、そしてビームが走査されて、楕円がεnで発生されるにつれて、傾斜角δnが変化する。角度の検査により(πは、180度ラジアン)、次のようになる。
π - (Ω + δn ) = Ψ
又は
Ω = π - δn - Ψ [11]
π - (Ω + δn ) = Ψ
又は
Ω = π - δn - Ψ [11]
r(又はBn)を角度Ωにおいて焦点(ヒットポイント)から楕円状のポイントまでの距離とすれば、rをΩの関数として表わすと、次のようになる。
R = a (1 -ε2) / (1 + ε Cos[Ω]) [12]
R = a (1 -ε2) / (1 + ε Cos[Ω]) [12]
図6又は7を参照し、Bn = | r |にセットすれば、次のようになる。
Bn = a (1 -ε2) / (1 + ε Cos[Ω])
Bn = a (1 -ε2) / (1 + ε Cos[Ω])
Ωに対して前記式[11]を使用すると、次のようになる。
Bn = a (1 - ε2) / (1 + ε Cos[π - δn - Ψ])
= a (1 -ε2) / (1 + ε Cos[π- δn - 2 φ - θscan - θoff] ) [13]
Bn = a (1 - ε2) / (1 + ε Cos[π - δn - Ψ])
= a (1 -ε2) / (1 + ε Cos[π- δn - 2 φ - θscan - θoff] ) [13]
図6を参照すれば、三角形に対する水平の辺Gnは、次のように定義される。
X = G0 Cos δ0 [14]
Y = G0 Sin δ0 [15]
X = G0 Cos δ0 [14]
Y = G0 Sin δ0 [15]
更に、
X + ΔR = Gn Cos[δn] [16]
従って、
Cos δn = (X + ΔR) / Gn [17]
X + ΔR = Gn Cos[δn] [16]
従って、
Cos δn = (X + ΔR) / Gn [17]
式[6]及び[14]を[17]に代入すると、次のようになる。
δn = ArcCos [(G0 Cos δ0 + R (1 - Cos φ)) / Gn] [18]
δn = ArcCos [(G0 Cos δ0 + R (1 - Cos φ)) / Gn] [18]
Gnに対する式を得るために、Gnのカルテシアン側の和又は平方を考える。
Gn = √ ((X ΔR)2 + (Y +h2)2) [19]
Gn = √ ((X ΔR)2 + (Y +h2)2) [19]
式[3]、[6]、[14]及び[15]を[19]に代入すると、次のようになる。
Gn = √ ((G0 Cos δ0 + R (1 - Cos[φ]))2 + (G0 Sin δ0 + R Sin[φ])2) [20]
Gn = √ ((G0 Cos δ0 + R (1 - Cos[φ]))2 + (G0 Sin δ0 + R Sin[φ])2) [20]
式[20]を式[18]に代入すると、次のようになる。
δn = ArcCos [(G0 Cos δ0 + R (1 - Cos φ )) /
√ ((G0 Cos δ0 + R (1 - Cos[φ]))2 + (G0 Sin δ0 + R Sin[φ])2)] [21]
δn = ArcCos [(G0 Cos δ0 + R (1 - Cos φ )) /
√ ((G0 Cos δ0 + R (1 - Cos[φ]))2 + (G0 Sin δ0 + R Sin[φ])2)] [21]
式[13]及び[21]を使用すると、a、ε、φ、θscan、θoff、G0、δn、及びRに関して、Bnの式を与える。式[7]に対する解で示されるように、φは、R、d、θoff及びθscanで表わすことができる。R及びdは既知であり、そしてθoffは、初期設定幾何学形状から既知であり、従って、φを計算することができる。θscanは、方程式の全セット、及び楕円の発生を推進する推進パラメータである。G0及びδnも、初期設定幾何学形状から既知であり、この段階において唯一未知であるのは、楕円の半長軸a、及び楕円の偏心性εである。先に述べたように、半長軸aは、固定であり、そして偏心性εは、楕円ごとに変化する。
半長軸aは、楕円の標準式を使用して初期設定幾何学形状から計算することができる。
a = (A0 + B0) / 2 [22]
但し、A0及びB0は、初期設定幾何学形状から分る。
a = (A0 + B0) / 2 [22]
但し、A0及びB0は、初期設定幾何学形状から分る。
光線が走査されるときに、変更型楕円の表面を二次元で定義するために空間中の1組のポイントPnが発生される。
Gn = 2aεであるので、
εn = Gn / 2 a [23]
従って、三角形の辺Gnの長さを使用して、楕円の偏心性を計算することができ、次いで、この偏心性を使用し、δnに対する式[21]と式[13]とを使用して、Bnを計算することができる。
Gn = 2aεであるので、
εn = Gn / 2 a [23]
従って、三角形の辺Gnの長さを使用して、楕円の偏心性を計算することができ、次いで、この偏心性を使用し、δnに対する式[21]と式[13]とを使用して、Bnを計算することができる。
変更型楕円の空間内の位置Pnを得るためには、基準ポイントが必要である。例えば、球の中心を基準ポイントとして選択することができる。
図8を参照すれば、ベクトルR及びrの追加が必要とされる。
位置Pnのテーブルは、変更型楕円の形状を与え、これは、nを増加することにより任意の精度で計算することができる。上述した技術は、2D又は3DのDRDに対する変更型楕円の幾何学形状を発生するように、三次元へと容易に拡張できることが明らかであろう。
位置Pnのテーブルは、変更型楕円の形状を与え、これは、nを増加することにより任意の精度で計算することができる。上述した技術は、2D又は3DのDRDに対する変更型楕円の幾何学形状を発生するように、三次元へと容易に拡張できることが明らかであろう。
図11は、目の網膜に二次元映像を発生するための好ましい実施形態DRD50を示す。DRD50の構成は、網膜に一次元映像を発生するための図1のDRD10の拡張である。DRD10と同様に、DRD50は、走査光源52と、半球状反射器54と、変更型楕円状反射器56とを備えている。走査光源52で発生されるレーザビーム58は、半球状反射器54の2つの次元(ラスタ走査)にわたって走査され、そして二次元映像を保持し、これは、変更型楕円状反射器56(準楕円状反射面)に反射され、ユーザの目62の瞳孔60に二次元的に再収斂され、網膜に映像を再構成することができる。走査光源52のスキャナは、例えば、水平及び垂直方向の少なくとも2つの自由度でレーザビームを走査して、二次元映像として示された光線の円錐(光線の円錐状の束)を発生することができる。一次元走査に関連して上述した非直線性及び楕円変更技術は、二次元走査に適用するように容易に適応させることができる。DRD50は、更に、ビームの再収束によって網膜に三次元映像を与えるように適応できることが明らかである。レーザビームの焦点を適切に調整することにより、各ピクセルの相対的な深さを網膜に伝達することができる。
図12には、DRD50により形成されるレーザビームスポット又は出口アパーチャーの強度プロフィール面が示されている。特に、ユーザの目62の瞳孔60におけるレーザビームスポットの強度プロフィールが、発散半球状反射器54及び収斂変更型楕円状反射器56からの反射の後に、示されている。図13は、図12の同じ強度プロフィール面を、映像のより暗い部分がレーザビームスポットのより強力な部分に対応するような強度の逆グレーレベル映像として示している。図13の映像は、例えば、レーザビームスポット(出口アパーチャー)のサイズの指示を与えるスケールを有する。この場合に、出口アパーチャーは、直径が約12mmであり、これは、目の動きの影響を最小にする比較的大きな出口アパーチャーである。特に、出口アパーチャーサイズは、目の瞳孔をカバーするに充分な大きさであり、目が若干動いてもレーザビームが依然として網膜へ貫通するようにされる。出口アパーチャーは、コンポーネントの仕様及び設計要求に基づいてそのサイズを増減できることが明らかであろう。目の全体的な動きが大きくて、出口アパーチャーが瞳孔から外れてしまう状態では、以下に述べるように、追跡制御メカニズムを使用して、出口アパーチャーが目の瞳孔を確実にカバーするようにDRD反射コンポーネント又はスキャナ位置を動かすことができる。
図14は、ユーザの頭部72に取り付けられるDRDシステム70の好ましい実施形態の側面図である。DRD70は、走査光源と、発散球状反射器74と、収斂変更型楕円状反射器76とを使用する。この図には走査光源が示されておらず、走査レーザビームは、球状反射器74へと紙面に向けられる。走査レーザビームは、角度がオフセットされて、2つの方向75へ走査され、発散球状反射器74から、ユーザの目78の前に取り付けられた収斂変更型楕円状反射器76へと反射される。走査レーザビームは、次いで、ユーザの瞳孔79へ反射されて戻され、図12及び13に示すものと同様の強度プロフィールを発生する。
図15は、ユーザの頭部82に取り付けられるDRDシステム80の別の好ましい実施形態の平面図である。このDRD80では、2つの収斂変更型楕円状反射器84が、各目86に1つづつ、示されているが、発散球状反射器88は、1つしか使用されず、これは、例えば、ユーザの鼻85の鼻梁に取り付けることができる。走査光源、又は走査光源のスキャナ87は、頭部82の側部に取り付けられて、小さなオフセット走査角を形成し、これは、垂直及び/又は水平方向においてユーザの瞳孔に90度以上の角度の視野を形成するように拡大される。
図16は、鼻96の各側において各目94の付近に取り付けられた2つの発散球状反射器92を使用するDRDシステム90の別の実施形態を示す平面図である。DRD90の他のコンポーネントは、図15のDRD80について述べたものと同じである。
図14ないし16を参照して説明した頭部取り付け型DRDは、眼鏡に一体化することもできるし、或いはDRDは、ユーザによりしっかり着用できる眼鏡の形態でもよいことが明らかであろう。更に、DRDは、上述したように、1D、2D又は3D映像を形成するように構成できることも明らかであろう。
上述したように、ここに述べるDRDは、目が動いて瞳孔がレーザビームスポット(出口アパーチャー)の外側へ移動した場合に、発散及び収斂反射器を移動させて目の動きを追跡し映像の連続性を確保するために追跡制御メカニズムを含むことができる。例えば、これらの反射器は、一緒に移動するように互いに取り付けることができる。このように、球状反射器の内側の変更型楕円状反射器の第1焦点は、その変更型楕円状反射器に対して固定のままである。この構成では、瞳孔における第2の焦点が反射器と一緒に移動する。更に、この移動は、眼窩における眼球の移動と同様に、あるポイントの周りで枢着運動することができる。或いは又、視野を若干減少して、スキャナによる映像全体の角度移動を許し、目の動きを補償することができる。
又、ここに述べるDRDは、映像を表示するのと同時に、網膜における血管網を像形成する能力を含むこともできる。これは、走査が瞳孔上の中心に保たれ且つ映像が網膜に対して固定であるよう確保するために、目の動きを後で補償すべく測定する上で助けとなる。又、血管網の映像を使用して、DRDのユーザを独特に識別することができる。上述したように、DRDは、部分反射の収斂反射器を使用して、映像を実生活のシーンに重ね合わせることもできる。DRDは、好ましい形態のものも、付加的な任意の特徴をもつものも、マイクロ電気−機械的又はマイクロ・オプチカル電気−機械的システム(MEMS/MOEMS)を使用して実施されて、装置の全サイズを減少することができる。
要約すれば、本発明のDRDは、映像で変調された比較的小さな角度の入力走査から目の瞳孔に広い角度の出力走査を発生することにより広い視野を提供する。DRDは、片方の目に又は両方の目に同時に、映像を表示するように構成できる。DRDは、1D、2D又は3Dの映像をカラー又は白黒で表示するように構成できる。DRDにより目に対して水平方向に形成される視野は、必要に応じて変更することができ、そして人間の目の水平方向の角度性能に厳密に一致するには、好ましくは、少なくとも80度で、より好ましくは、少なくとも100度で、更に好ましくは、少なくとも120度である。又、DRDにより目に対して垂直方向に形成される視野も、必要に応じて変更することができ、そして人間の目の垂直方向の角度性能に一致するには、好ましくは、少なくとも60度で、より好ましくは、少なくとも80度で、更に好ましくは、少なくとも90度である。DRDにより表示される映像の解像度(ピクセル単位)は、映像ソースのクオリティに基づいて、必要に応じて選択することができ、人間の目の解像度限界に一致するには、好ましくは、少なくとも800x600(水平x垂直)で、より好ましくは、少なくとも1280x1024で、更に好ましくは、少なくとも8000x5000である。走査光源の入力走査角は、好ましくは、少なくとも2度で、更に好ましくは、少なくとも5度である。入力走査角の拡大は、希望の視野を形成するように、スキャナから球状反射器までの距離d及び球状反射器の半径Rを変化させることで、調整できることが明らかである。例えば、拡大した走査角に対する入力走査角の倍率ファクタは、好ましくは、少なくとも20で、より好ましくは、少なくとも25である。DRDは、必要に応じて、スチール映像又は動画(例えば、ビデオ)映像を表示するように構成できることが明らかである。
本発明によるDRDを利用できる広範囲な用途が存在する。これは、娯楽、医療、軍事、トレーニング装置、等のための仮想及びリアリティ増加ディスプレイシステムに合体させることができる。
本発明の以上の説明は、その好ましい態様を包含する。特許請求の範囲で規定された本発明の範囲から逸脱せずに、変更がなされ得ることを理解されたい。
Claims (49)
- 広い視野で目の網膜に映像を表示するための直接網膜ディスプレイにおいて、
2つの次元で走査光学ビームを各次元の走査角にわたり発生するように構成された走査光源であって、走査光学ビームが映像で変調されるような走査光源と、
前記走査光学ビームの経路にある発散反射器であって、この発散反射器に入射する走査光学ビームを実質的に拡大した走査角で外方に非対称的に反射するように構成された発散反射器と、
前記反射された走査光学ビームの経路にある収斂反射器であって、実質的に拡大された走査角を有する走査光学ビームを実質的に目の瞳孔における収斂スポットに向けて反射して、映像を再構成し広い視野で網膜に表示するように構成された収斂反射器と、
を備えた直接網膜ディスプレイ。 - 前記発散反射器は、その少なくとも一部分が、前記走査光学ビームの経路に球状の反射面を備え、この球状の反射面に入射する走査光学ビームが、前記走査角を実質的に拡大するように変更された角度で非対称的に反射されて、広い視野を形成する、請求項1に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記発散反射器は、半球状の反射器である、請求項2に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記発散反射器は、球状の反射器である、請求項2に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記収斂反射器は、その少なくとも一部分が、前記発散反射器から反射された走査光学ビームの経路に実質的に楕円状の反射面を備え、その実質的に楕円状の反射面に入射する走査光学ビームが実質的に目の瞳孔における収斂スポットに向かって反射されるようにする、請求項1から4のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記収斂反射器は、楕円状反射器である、請求項5に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記収斂反射器は、前記発散反射器の形状により生じる目の瞳孔における走査光学ビームの誤収斂を減少する形状の準楕円状反射器である、請求項5に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、光学ビームを発生するための光学ビーム発生器と、各走査位置において光学ビーム上に映像ピクセルを与えるための変調器と、2つの次元において各次元の走査角にわたり光学ビームを再指向するためのスキャナとを含む、請求項1から7のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記光学ビーム発生器は、レーザの配列体を含む、請求項8に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記スキャナの光学ビーム発生器は、発光ダイオードの配列体を含む、請求項8に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、各次元の走査角にわたり光学ビームを非直線的に走査して、前記発散反射器における走査角の非直線的拡大を補償し、これにより、映像が網膜に正しく表示されるよう確保する、請求項1から10のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、映像に非直線的に予歪を与えて、前記発散反射器における走査角の非直線的拡大を補償し、これにより、映像が網膜に正しく表示されるよう確保する、請求項1から10のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、光学ビームを2つの次元で走査して、光学ビームの円錐状束を発生するように構成される、請求項1から12のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、目の網膜上に二次元映像を走査するように構成される、請求項1から13のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、映像の各ピクセルの相対的深さに基づいて光学ビームの焦点を調整して、目の網膜に三次元映像を表示するように構成される、請求項1から13のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記収斂反射器は、部分的に反射性で且つ部分的に透明であり、リアリティ増加のために実生活のシーンに映像を重ねることができる、請求項1から15のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記収斂スポットは、目の瞳孔を実質的にカバーして目の動きの影響を減少するに充分な大きさである、請求項1から16のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 目に対して水平方向に目に生じる視野は、少なくとも80度である、請求項1から17のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 目に対して水平方向に目に生じる視野は、少なくとも100度である、請求項1から17のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 目に対して水平方向に目に生じる視野は、少なくとも120度である、請求項1から17のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 目に対して垂直方向に目に生じる視野は、少なくとも60度である、請求項1から20のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 目に対して垂直方向に目に生じる視野は、少なくとも80度である、請求項1から20のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 目に対して垂直方向に目に生じる視野は、少なくとも90度である、請求項1から20のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 表示される映像の解像度は、水平方向に少なくとも800ピクセルx垂直方向に少なくとも600ピクセルである、請求項1から23のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 表示される映像の解像度は、水平方向に少なくとも1280ピクセルx垂直方向に少なくとも1024ピクセルである、請求項1から23のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 表示される映像の解像度は、水平方向に少なくとも8000ピクセルx垂直方向に少なくとも5000ピクセルである、請求項1から23のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 各次元における走査角は、少なくとも2度である、請求項1から26のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 各次元における走査角は、少なくとも5度である、請求項1から26のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 各次元における走査角は、少なくとも10倍拡大される、請求項1から28のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 各次元における走査角は、少なくとも20倍拡大される、請求項1から28のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記ディスプレイは、2つの目の網膜に映像を表示するためのもので、各目に1つづつ、2つの収斂反射器を備え、前記走査光源は、それら収斂反射器間に位置する発散反射器の両側に向けて、2つの次元において映像で変調された2つの走査光学ビームを、各次元の走査角にわたり発生するように構成され、前記発散反射器は、各走査光学ビームを、実質的に拡大した走査角で、各収斂反射器に向けて非対称的に反射するように構成され、各収斂反射器は、各走査光学ビームを実質的に各々の目の瞳孔における収斂スポットに向けて反射し、映像を再構成して各々の目の網膜に表示するように構成される、請求項1から30のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記収斂反射器は、前記走査光学ビームを各目の瞳孔における収斂スポットに収斂する形状の準楕円状反射器であり、そして前記発散反射器は、球状反射器である、請求項31に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記直接網膜ディスプレイは、2つの目の網膜に映像を表示するためのもので、各目に対して、走査光源、発散反射器及び収斂反射器を備えた、請求項1から30のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記直接網膜ディスプレイは、ユーザの頭部に取り付けるように構成される、請求項1から33のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 広い視野で目の網膜に映像を表示するための直接網膜ディスプレイにおいて、
2つの次元で走査光学ビームを、各次元の走査角にわたって発生するように構成された走査光源であって、光学ビームが映像で変調されるような走査光源と、
前記走査光学ビームの経路に球状の反射面を有する発散反射器であって、その球状反射面に入射する走査光学ビームを、実質的に拡大した走査角で外方に非対称的に反射するように構成された発散反射器と、
反射された走査光学ビームの経路に実質的に楕円状の反射面を有する収斂反射器であって、実質的に拡大した走査角を有する走査光学ビームを実質的に目の瞳孔における収斂スポットに向けて反射して、映像を再構成し、広い視野で網膜に表示するように構成された収斂反射器と、
を備えた直接網膜ディスプレイ。 - 前記収斂反射器の楕円状反射面は、前記発散反射器の球状反射面の形状により生じる目の瞳孔における走査光学ビームの誤収斂を減少する形状の準楕円状反射面である、請求項35に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、光学ビームを発生するための光学ビーム発生器と、各走査位置において光学ビーム上に映像ピクセルを与えるための変調器と、2つの次元において各次元の走査角にわたり光学ビームを再指向するためのスキャナとを含む、請求項35又は36に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、各次元の走査角にわたり光学ビームを非直線的に走査して、前記発散反射器における走査角の非直線的拡大を補償し、これにより、映像が網膜に正しく表示されるよう確保する、請求項35から37のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、映像に非直線的に予歪を与えて、前記発散反射器における走査角の非直線的拡大を補償し、これにより、映像が網膜に正しく表示されるよう確保する、請求項35から37のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、光学ビームを2つの次元で走査して、光学ビームの円錐状束を発生するように構成される、請求項35から39のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、目の網膜上に二次元映像を走査するように走査を行うよう構成される、請求項35から40のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記走査光源は、映像の各ピクセルの相対的深さに基づいて光学ビームの焦点を調整して、目の網膜に三次元映像を表示するように構成される、請求項35から40のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- ユーザの2つの目の網膜に映像を表示するための直接網膜ディスプレイにおいて、
2つの次元で、各目に1つづつ、2つの走査光学ビームを、各次元の走査角にわたって発生するように構成された走査光源であって、走査光学ビームが映像で変調されるような走査光源と、
走査光学ビームの経路にある発散反射器であって、この発散反射器の両側に入射する走査光学ビームを、実質的に拡大した走査角で外方に非対称的に反射するように構成された発散反射器と、
各反射された走査光学ビームの経路に各々ある、各目に1つづつの、2つの収斂反射器であって、実質的に拡大した走査角を有する走査光学ビームを実質的に各目の瞳孔における収斂スポットに向けて反射して、映像を再構成し、広い視野で目の網膜に表示するように構成された2つの収斂反射器と、
を備えた直接網膜ディスプレイ。 - 前記発散反射器は、走査光学ビームの経路に実質的に球状の反射面を含む、請求項43に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記発散反射器は、2つの収斂反射器間に配置された球状反射器である、請求項43又は44に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記収斂反射器は、前記発散反射器から反射される走査光学ビームの経路に準楕円状反射面を含む、請求項43から45のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
- 各目に1つづつ、2つの発散反射器があり、その各々は、1つの走査光学ビームの経路に配置されて、走査光学ビームを各収斂反射器に非対称的に反射するように構成される、請求項43に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記発散反射器は、球状反射器であり、前記収斂反射器は、準楕円状反射器である、請求項47に記載の直接網膜ディスプレイ。
- 前記ディスプレイは、ユーザの頭部に固定できるように構成される、請求項43から48のいずれかに記載の直接網膜ディスプレイ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NZ537849A NZ537849A (en) | 2005-01-21 | 2005-01-21 | Direct Retinal Display projecting a scanned optical beam via diverging and converging reflectors |
PCT/NZ2006/000005 WO2006078177A1 (en) | 2005-01-21 | 2006-01-24 | Direct retinal display |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008529054A true JP2008529054A (ja) | 2008-07-31 |
Family
ID=36692492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007552081A Pending JP2008529054A (ja) | 2005-01-21 | 2006-01-24 | 直接網膜ディスプレイ |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20090122385A1 (ja) |
JP (1) | JP2008529054A (ja) |
CN (1) | CN100543514C (ja) |
AU (1) | AU2006206864A1 (ja) |
CA (1) | CA2594640A1 (ja) |
NZ (1) | NZ537849A (ja) |
WO (1) | WO2006078177A1 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014500518A (ja) * | 2010-10-21 | 2014-01-09 | ロッキード マーティン コーポレーション | 一つ以上の反射光学表面を使用する頭取付けディスプレイ装置 |
KR20140045291A (ko) * | 2010-12-28 | 2014-04-16 | 록히드 마틴 코포레이션 | 하나 이상의 반사 광학 표면이 수반된 헤드 장착 디스플레이 장치 |
JP2019049724A (ja) * | 2018-10-01 | 2019-03-28 | アイウェイ ビジョン エルティーディー. | 目用投影システム |
US11054639B2 (en) | 2014-03-03 | 2021-07-06 | Eyeway Vision Ltd. | Eye projection system |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0622325D0 (en) * | 2006-11-09 | 2006-12-20 | Optos Plc | Improvements in or relating to retinal scanning |
CN101414425B (zh) | 2007-10-16 | 2013-07-17 | 宋学锋 | 显示装置及其显示方法 |
US10359545B2 (en) | 2010-10-21 | 2019-07-23 | Lockheed Martin Corporation | Fresnel lens with reduced draft facet visibility |
US8781794B2 (en) | 2010-10-21 | 2014-07-15 | Lockheed Martin Corporation | Methods and systems for creating free space reflective optical surfaces |
US9632315B2 (en) | 2010-10-21 | 2017-04-25 | Lockheed Martin Corporation | Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses |
US9720228B2 (en) | 2010-12-16 | 2017-08-01 | Lockheed Martin Corporation | Collimating display with pixel lenses |
US9699433B2 (en) * | 2013-01-24 | 2017-07-04 | Yuchen Zhou | Method and apparatus to produce re-focusable vision with detecting re-focusing event from human eye |
US9851568B2 (en) | 2013-09-25 | 2017-12-26 | Logitech Europe S.A. | Retinal display projection device |
JP6415608B2 (ja) * | 2014-03-03 | 2018-10-31 | アイウェイ ビジョン エルティーディー. | 目用投影システム |
US10684476B2 (en) * | 2014-10-17 | 2020-06-16 | Lockheed Martin Corporation | Head-wearable ultra-wide field of view display device |
WO2016141054A1 (en) | 2015-03-02 | 2016-09-09 | Lockheed Martin Corporation | Wearable display system |
US9921645B2 (en) | 2015-06-29 | 2018-03-20 | Logitech Europe S.A. | Retinal projection device and method for activating a display of a retinal projection device |
US10754156B2 (en) | 2015-10-20 | 2020-08-25 | Lockheed Martin Corporation | Multiple-eye, single-display, ultrawide-field-of-view optical see-through augmented reality system |
US9995936B1 (en) | 2016-04-29 | 2018-06-12 | Lockheed Martin Corporation | Augmented reality systems having a virtual image overlaying an infrared portion of a live scene |
DE102016124538A1 (de) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | tooz technologies GmbH | Datenbrille, Brillenglas für eine Datenbrille und Verfahren zum Generieren eines Bildes auf der Netzhaut |
CA3057878A1 (en) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | Avegant Corp. | Steerable foveal display |
CN108319015B (zh) * | 2017-04-21 | 2023-02-10 | 北京耐德佳显示技术有限公司 | 视网膜投影式近眼显示装置 |
KR102455474B1 (ko) * | 2017-06-22 | 2022-10-17 | 삼성디스플레이 주식회사 | 헤드 마운티드 디스플레이 장치 |
CN107807448B (zh) * | 2017-12-08 | 2024-07-02 | 深圳创维新世界科技有限公司 | 虚拟现实显示光学*** |
CN107797290B (zh) * | 2017-12-08 | 2024-07-02 | 深圳创维新世界科技有限公司 | 虚拟现实显示光学***及虚拟现实眼镜 |
CN107831593B (zh) * | 2017-12-08 | 2024-07-02 | 深圳创维新世界科技有限公司 | 增强现实显示光学***及增强现实眼镜 |
CN113196132A (zh) | 2018-12-07 | 2021-07-30 | 阿维甘特公司 | 可操纵定位元件 |
KR20210111795A (ko) | 2019-01-07 | 2021-09-13 | 아브간트 코포레이션 | 제어 시스템 및 렌더링 파이프라인 |
CN217739617U (zh) | 2019-03-29 | 2022-11-04 | 阿维甘特公司 | 使用波导提供可转向混合显示器的*** |
WO2021142486A1 (en) | 2020-01-06 | 2021-07-15 | Avegant Corp. | A head mounted system with color specific modulation |
US11495194B1 (en) * | 2021-08-10 | 2022-11-08 | Varjo Technologies Oy | Display apparatuses and methods incorporating pattern conversion |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06308408A (ja) * | 1993-04-19 | 1994-11-04 | Olympus Optical Co Ltd | 映像表示装置 |
JP3497607B2 (ja) * | 1995-05-26 | 2004-02-16 | オリンパス株式会社 | 接眼光学系及びそれを用いた画像表示装置 |
JP2950306B2 (ja) * | 1997-11-27 | 1999-09-20 | 日本電気株式会社 | 画像表示装置 |
JP2000039582A (ja) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Fuji Xerox Co Ltd | 映像投影装置 |
US6252565B1 (en) * | 1998-10-30 | 2001-06-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Elliptical cavity optical retinal display |
DE10127367A1 (de) * | 2001-06-06 | 2002-12-12 | Klaus Dietrich | Vorrichtung und Verfahren zur Laserprojektion hochauflösender Bilder auf die Netzhaut des Auges, überlagert mit dem Bildinhalt des Gesichtsfeldes |
US7432879B2 (en) * | 2003-02-10 | 2008-10-07 | Schonlau William J | Personal viewer |
-
2005
- 2005-01-21 NZ NZ537849A patent/NZ537849A/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-01-24 JP JP2007552081A patent/JP2008529054A/ja active Pending
- 2006-01-24 AU AU2006206864A patent/AU2006206864A1/en not_active Abandoned
- 2006-01-24 CA CA002594640A patent/CA2594640A1/en not_active Abandoned
- 2006-01-24 US US11/814,435 patent/US20090122385A1/en not_active Abandoned
- 2006-01-24 WO PCT/NZ2006/000005 patent/WO2006078177A1/en active Application Filing
- 2006-01-24 CN CNB2006800028513A patent/CN100543514C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014500518A (ja) * | 2010-10-21 | 2014-01-09 | ロッキード マーティン コーポレーション | 一つ以上の反射光学表面を使用する頭取付けディスプレイ装置 |
KR20140045291A (ko) * | 2010-12-28 | 2014-04-16 | 록히드 마틴 코포레이션 | 하나 이상의 반사 광학 표면이 수반된 헤드 장착 디스플레이 장치 |
KR101928764B1 (ko) * | 2010-12-28 | 2018-12-13 | 록히드 마틴 코포레이션 | 하나 이상의 반사 광학 표면이 수반된 헤드 장착 디스플레이 장치 |
US11054639B2 (en) | 2014-03-03 | 2021-07-06 | Eyeway Vision Ltd. | Eye projection system |
JP2019049724A (ja) * | 2018-10-01 | 2019-03-28 | アイウェイ ビジョン エルティーディー. | 目用投影システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2006078177A1 (en) | 2006-07-27 |
CN100543514C (zh) | 2009-09-23 |
CA2594640A1 (en) | 2006-07-27 |
US20090122385A1 (en) | 2009-05-14 |
NZ537849A (en) | 2007-09-28 |
AU2006206864A1 (en) | 2006-07-27 |
CN101107557A (zh) | 2008-01-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008529054A (ja) | 直接網膜ディスプレイ | |
JP6415608B2 (ja) | 目用投影システム | |
US7234813B2 (en) | Apparatus for displaying image by projection on retina of viewer with eliminated adverse effect of intervening optics | |
US7365892B2 (en) | Scanned light display system using array of collimating elements in conjunction with large numerical aperture light emitter array | |
CN108700751A (zh) | 使用空间光调制器生成全息图像的头戴式显示器 | |
US20040196213A1 (en) | Scanned beam display with focal length adjustment | |
JP2007219562A (ja) | 光ファイバ点光源を有するバーチャル網膜ディスプレイ | |
JP2004538501A (ja) | 視野の画像内容に重ね合わせる高解像度のレーザ網膜投影のための装置および方法 | |
US10114215B1 (en) | Scanning laser devices with reduced exit pupil disparity | |
CN107077001A (zh) | 图像显示装置 | |
JP2008176096A (ja) | 画像表示装置 | |
JP6680109B2 (ja) | 映像投射装置及びそれを備えるヘッドアップディスプレイ装置 | |
JP4681825B2 (ja) | 走査型表示光学系 | |
JP4082075B2 (ja) | 画像表示装置 | |
US11867916B2 (en) | Device apparatus for projecting a laser beam for generating an image on the retina of an eye | |
TWI832308B (zh) | 頭戴式裝置之光學系統 | |
JP2019120888A (ja) | 画像表示装置 | |
CN210605210U (zh) | 一种可变焦视网膜扫描成像三维显示装置 | |
JP2009192561A (ja) | 画像表示装置 | |
JP4070128B2 (ja) | 表示装置および表示方法 | |
CN110727112A (zh) | 一种可变焦视网膜扫描成像三维显示装置 | |
JP4423936B2 (ja) | 画像表示装置 | |
US11495194B1 (en) | Display apparatuses and methods incorporating pattern conversion | |
KR20200022890A (ko) | 수렴 및 조절 불일치 문제가 없는 입체 영상 표시 장치 | |
US20220413292A1 (en) | Virtual reality head mounted display |