JP2018151674A - 3次元仮想現実および拡張現実表示システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国特許法§119のもと、米国仮特許出願第61/563,403号(2011年11月23日出願)の利益を主張する。これによって、上述の出願は、その全体が本願に参照によって援用される。
本発明は、仮想現実および拡張現実画像化および可視化システムに関する。
3Dディスプレイが、真の深度感、より具体的には、模擬表面深度感をもたらすために、ディスプレイの視野内の各点が、その仮想深度に対応する適応的応答を生成することが望ましい。ディスプレイ点への適応的応答が、輻輳および立体視の双眼深度の手かがりによって決定されるような、その点の仮想深度に対応しない場合、人間の眼は、適応対立を被り得、不安定な結像、有害な眼精疲労、頭痛、および適応情報がない場合は、表面深度の完全な欠如をもたらす。図1を参照すると、拡張現実シナリオ(8)が、ユーザの現実内の実際のオブジェクト(例えば、公園設定におけるコンクリート台座オブジェクト(1120)を含む結像アイテム)についてのユーザの眺め、および、「拡張」現実の眺めをもたらすように眺めの中に追加された仮想オブジェクトの眺めとともに描写されている。ここでは、ロボット像(1110)が、台座オブジェクト(1120)の上に仮想的に立って示され、ハチのキャラクタ(2)がユーザの頭部付近で空中を飛んで示されている。好ましくは、拡張現実システムは、3D能力があり、その場合、像(1110)が台座(1120)の上に立っていて、かつ、ハチのキャラクタ(2)がユーザの頭部の近くを飛んでいるという知覚をユーザに提供する。この知覚は、視覚オブジェクト(2、1110)が異なる焦点深度を有し、ロボット像(1110)の焦点深度または焦点半径が台座(1120)のものとほぼ同一であるという、ユーザの眼および脳への視覚適応手かがりを利用することによって大きく増進され得る。図2で描写されるもの等の従来の立体3Dシミュレーション表示システムは、典型的には、一定の半径方向焦点距離(10)で、各眼に1つずつ、2つのディスプレイ(74、76)を有する。上記のように、この従来の技術は、3次元における深度を検出して解釈するために人間の眼によって利用される、有益な手掛かり(眼に関する異なる焦点深度に到達するための眼球複合体内の水晶体についての眼の再配置と関連付けられる適応手がかりを含む)の多くが欠けている。人間の眼/脳の画像処理複合体の適応局面を考慮する、適応が正確な表示システムの必要性がある。
一実施形態は、3次元画像可視化システムを対象とし、その3次元画像可視化システムは、見る人の眼に関する空間内の投影デバイス位置から見る人の眼に向かって画像を投影するための選択的に透明な投影デバイスであって、その投影デバイスは、いかなる画像も投影されないときに実質的に透明な状態をなすことが可能である、投影デバイスと、投影デバイスに結合された遮閉マスクデバイスであって、その遮閉マスクデバイスは、投影デバイスによって投影される画像と相関する遮閉パターンで見る人の眼から、投影デバイスの反対側の1つ以上の位置から眼に向かって進む光を選択的に遮断するように構成されている、遮閉マスクデバイスと、見る人の眼と投影デバイスとの間に挿入されたゾーンプレート回折パターン形成デバイスであって、そのゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、投影デバイスからの光が眼へ進む場合に、投影デバイスからの光に、選択可能な幾何学形状を有する回折パターンを通過させ、回折パターンの選択的な幾何学形状に少なくとも部分的に基づいて、眼からの模擬焦点距離で眼に進入させるように構成されている、ゾーンプレート回折パターン形成デバイスとを備える。本システムは、投影デバイスと、遮閉マスクデバイスと、ゾーンプレート回折パターン形成デバイスとに動作可能に結合されたコントローラをさらに備え得、そのコントローラは、画像の投影および関連遮閉パターン、ならびに選択可能な幾何学形状における回折パターンの挿入を調整するように構成されている。コントローラは、マイクロプロセッサを備えてもよい。投影デバイスは、ディスプレイ面を実質的に占めている、実質的に平面的な透明デジタルディスプレイを備えてもよい。ディスプレイ面は、見る人の眼の視軸から実質的に垂直に配向されてもよい。実質的に平面的な透明デジタルディスプレイは、液晶ディスプレイを備えてもよい。実質的に平面的な透明デジタルディスプレイは、有機発光ダイオードディスプレイを備えてもよい。投影デバイスは、見る人の眼の焦点深度が無限遠焦点深度であるように、コリメートされた形態で眼に向かって画像を投影するように構成されてもよい。投影デバイスは、見る人の眼への送達前に画像のサイズを拡張するように構成された基板誘導型遅延射出瞳拡張デバイスに結合された高速小型プロジェクタを備えてもよい。小型プロジェクタは、見る人の眼の視軸と実質的に垂直に装着されてもよく、基板誘導型遅延射出瞳拡張デバイスは、小型プロジェクタから画像を受け取り、眼の視軸と実質的に整合した配向で拡張されたサイズにおいて、画像をゾーンプレート回折パターン形成デバイスに送達して、見る人の眼に送達するように構成される。ゾーンプレート回折パターン形成デバイスおよび投影デバイスは、少なくとも1つの共通構造を備えてもよい。ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、導波路に組み込まれ、投影デバイスは、導波路に結合された高速小型プロジェクタを備え、高速小型プロジェクタは、画像が見る人の眼へ向かう途中で導波路から出る前に、回折パターンを通して画像を進ませるように構成され得る。小型プロジェクタは、見る人の眼の視軸と実質的に垂直に装着されてもよく、導波路は、小型プロジェクタから画像を受け取り、眼の視軸と実質的に整合した配向で拡張されたサイズにおいて、画像を見る人の眼に送達するように構成されてもよい。遮閉マスクデバイスは、ディスプレイを備え、ディスプレイは、ディスプレイの複数の部分の各々において光を遮閉するか、または通過させるかのいずれかを、各部分において光を遮閉し、または通過させる関連コマンドに応じて、行うように構成されてもよい。遮閉マスクデバイスは、1つ以上の液晶ディスプレイを備えてもよい。ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、高周波数バイナリディスプレイを備え、高周波数バイナリディスプレイは、ディスプレイの複数の部分の各々において光を遮閉するか、または通過させるかのいずれかを、各部分において光を遮閉し、または通過させる関連コマンドに応じて、行うように構成されてもよい。ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、約500Hzから約2,000Hzの間のリフレッシュレートを有してもよい。ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、約720Hzのリフレッシュレートを有してもよい。コントローラは、毎秒約30フレームから約60フレームの間で投影デバイスおよび遮閉マスクデバイスを動作させるように構成され、コントローラは、投影デバイスおよび遮閉マスクデバイスの各フレームに対して最大約12の異なる回折パターンをデジタル表示するように、ゾーンプレート回折パターン形成デバイスを動作させるように構成されてもよい。投影デバイス、遮閉マスクデバイス、およびゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、見る人の1つの眼のための結像モジュールを集合的に備えてもよく、本システムは、見る人の別の眼のための第2の結像モジュールをさらに備えてもよい。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
3次元画像可視化システムであって、前記3次元画像可視化システムは、
a.見る人の眼に関する空間内の投影デバイス位置から前記見る人の前記眼に向かって画像を投影するための選択的に透明な投影デバイスであって、前記投影デバイスは、いかなる画像も投影されないときに実質的に透明な状態をなすことが可能である、投影デバイスと、
b.前記投影デバイスに結合された遮閉マスクデバイスであって、前記遮閉マスクデバイスは、前記投影デバイスによって投影される前記画像と相関する遮閉パターンで、前記見る人の前記眼から、前記投影デバイスの反対側の1つ以上の位置から前記眼に向かって進む光を選択的に遮断するように構成されている、遮閉マスクデバイスと、
c.前記見る人の前記眼と前記投影デバイスとの間に挿入されたゾーンプレート回折パターン形成デバイスであって、前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、前記投影デバイスからの光が眼へ進む場合に、前記投影デバイスからの光に、選択可能な幾何学形状を有する回折パターンを通過させ、前記回折パターンの前記選択的な幾何学形状に少なくとも部分的に基づいて、前記眼からの模擬焦点距離で前記眼に進入させるように構成されている、ゾーンプレート回折パターン形成デバイスと
を備える、3次元画像可視化システム。
(項目2)
前記投影デバイスと、前記遮閉マスクデバイスと、前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスとに動作可能に結合されたコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記画像の投影および関連遮閉パターン、ならびに前記選択可能な幾何学形状における前記回折パターンの挿入を調整するように構成されている、項目1に記載のシステム。
(項目3)
前記コントローラは、マイクロプロセッサを備える、項目2に記載のシステム。
(項目4)
前記投影デバイスは、ディスプレイ面を実質的に占めている、実質的に平面的な透明デジタルディスプレイを備える、項目1に記載のシステム。
(項目5)
前記ディスプレイ面は、前記見る人の前記眼の視軸から実質的に垂直に配向されている、項目4に記載のシステム。
(項目6)
前記実質的に平面的な透明デジタルディスプレイは、液晶ディスプレイを備える、項目4に記載のシステム。
(項目7)
前記実質的に平面的な透明デジタルディスプレイは、有機発光ダイオードディスプレイを備える、項目4に記載のシステム。
(項目8)
前記投影デバイスは、前記見る人の前記眼の焦点深度が無限遠焦点深度であるように、コリメートされた形態で前記眼に向かって前記画像を投影するように構成されている、項目1に記載のシステム。
(項目9)
前記投影デバイスは、前記見る人の前記眼への送達前に前記画像のサイズを拡張するように構成された基板誘導型遅延射出瞳拡張デバイスに結合された高速小型プロジェクタを備える、項目1に記載のシステム。
(項目10)
前記小型プロジェクタは、前記見る人の前記眼の視軸と実質的に垂直に装着され、前記基板誘導型遅延射出瞳拡張デバイスは、前記小型プロジェクタから前記画像を受け取り、前記眼の前記視軸と実質的に整合した配向で拡張されたサイズにおいて、前記画像を前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスに送達して、前記見る人の前記眼に送達するように構成されている、項目9に記載のシステム。
(項目11)
前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスおよび投影デバイスは、少なくとも1つの共通構造を備える、項目1に記載のシステム。
(項目12)
前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、導波路に組み込まれ、前記投影デバイスは、前記導波路に結合された高速小型プロジェクタを備え、前記高速小型プロジェクタは、前記画像が前記見る人の前記眼へ向かう途中で前記導波路から出る前に、前記回折パターンを通して前記画像を進ませるように構成されている、項目11に記載のシステム。
(項目13)
前記小型プロジェクタは、前記見る人の前記眼の視軸と実質的に垂直に装着され、前記導波路は、前記小型プロジェクタから前記画像を受け取り、前記眼の前記視軸と実質的に整合した配向で拡張されたサイズにおいて、前記画像を前記見る人の前記眼に送達するように構成されている、項目12に記載のシステム。
(項目14)
前記遮閉マスクデバイスは、ディスプレイを備え、前記ディスプレイは、前記ディスプレイの複数の部分の各々において光を遮閉するか、または通過させるかのいずれかを、各部分において光を遮閉し、または通過させる関連コマンドに応じて、行うように構成されている、項目1に記載のシステム。
(項目15)
前記遮閉マスクデバイスは、1つ以上の液晶ディスプレイを備える、項目14に記載のシステム。
(項目16)
前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、高周波数バイナリディスプレイを備え、前記高周波数バイナリディスプレイは、ディスプレイの複数の部分の各々において光を遮閉するか、または通過させるかのいずれかを、各部分において光を遮閉し、または通過させる関連コマンドに応じて、行うように構成されている、項目1に記載のシステム。(項目17)
前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、約500Hzから約2,000Hzの間のリフレッシュレートを有する、項目2に記載のシステム。
(項目18)
前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、約720Hzのリフレッシュレートを有する、項目17に記載のシステム。
(項目19)
前記コントローラは、毎秒約30フレームから約60フレームの間で前記投影デバイスおよび遮閉マスクデバイスを動作させるように構成され、前記コントローラは、前記投影デバイスおよび遮閉マスクデバイスの各フレームに対して最大約12の異なる回折パターンをデジタル表示するように、前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスを動作させるように構成されている、項目2に記載のシステム。
(項目20)
前記投影デバイス、遮閉マスクデバイス、および前記ゾーンプレート回折パターン形成デバイスは、前記見る人の1つの眼のための結像モジュールを集合的に備え、前記システムは、前記見る人の別の眼のための第2の結像モジュールをさらに備える、項目1に記載のシステム。
図3Aおよび図3Bを参照すると、AADシステムの種々の局面が描写されている。図3Aを参照すると、単純な説明図が、立体視(図2)の場合のような2つの従来のディスプレイの代わりに、各画像の種々の局面(14)に対する種々の半径方向焦点深度(12)を有する、各眼に1つずつ、2つの複合画像が、知覚された画像内の3次元深度層の知覚を各眼に提供するために利用され得ることを示す。
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