JP2019508724A - 深度平面にわたって分配される等しくない数の成分色画像を有する仮想および拡張現実システムおよび方法 - Google Patents
深度平面にわたって分配される等しくない数の成分色画像を有する仮想および拡張現実システムおよび方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本願は、米国仮出願第62/275987号(2016年1月7日出願)の米国特許法§119(e)に基づく優先権の利益を主張し、上記出願の全開示は、参照により本明細書に援用される。
本願は、以下の特許出願の各々の全内容を参照により本明細書に援用する:米国出願第14/641,376号(2015年3月7日出願)、米国出願第14/555,585号(2014年11月27日出願)、米国出願第14/690,401号(2015年4月18日出願)、米国出願第14/212,961号(2014年3月14日出願)、米国出願第14/331,218号(2014年7月14日出願)、および米国仮出願第62/156,809号(2015年5月4日出願)。
本開示は、仮想現実および拡張現実結像ならびに可視化システムに関する。
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見え得る様式、もしくはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実または「VR」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。拡張現実または「AR」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。例えば、図1を参照すると、拡張現実場面(1)が、描写されており、AR技術のユーザは、背景における人々、木々、建物を特徴とする実世界公園状設定(1100)と、コンクリートプラットフォーム(1120)とを見る。これらのアイテムに加え、AR技術のユーザは、実世界プラットフォーム(1120)上に立っているロボット像(1110)と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ(1130)とも「見ている」と知覚するが、これらの要素(1130、1110)は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であるので、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、VRまたはAR技術の生成は、困難である。
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムが、提供される。システムは、各々が第1の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成される第1の複数の導波管と、各々が第2の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成される第2の複数の導波管とを含む、導波管のスタックを含む。第1の複数の導波管は、第2の複数の導波管を形成する導波管の総数より多い導波管の総数を有する。システムは、各々が第3の波長範囲に対応する光を出力することによって画像を表示するように構成される第3の複数の導波管も含み得る。第3の複数の導波管は、第1または第2の複数の導波管内の導波管の数と異なる導波管の総数を含み得る。いくつかの実施形態では、第1の波長範囲は、緑色の色の光を包含し、第2の波長範囲は、赤色の色の光を包含し、第3の波長範囲は、青色の色の光を包含する。
VRおよびAR体験は、複数の深度平面に対応する画像が視認者に提供されるディスプレイを有するディスプレイシステムによって提供されることができる。画像は、深度平面ごとに異なり得(例えば、場面またはオブジェクトの若干異なる提示を提供する)、視認者の眼によって別個に集中させられ得る。その結果、ユーザは、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に焦点を合わせるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および/または、焦点から外れている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、深度の手掛かりを提供される。本明細書のいずれかに議論されるように、そのような深度の手掛かりは、深度の真実味のある知覚を提供する。
Claims (70)
- ディスプレイシステムであって、前記システムは、導波管のスタックを備え、前記導波管のスタックは、
第1の複数の導波管であって、各々は、第1の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成されている、第1の複数の導波管と、
第2の複数の導波管であって、各々は、第2の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成されている、第2の複数の導波管と
を備え、
前記第1の複数の導波管は、合計で、前記第2の複数の導波管より多い導波管の数になる、システム。 - 第3の複数の導波管をさらに備え、各々は、第3の波長範囲の光を出力することによって画像を表示するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記第3の複数の導波管は、合計で、前記第1または第2の複数の導波管と異なる導波管の数になる、請求項2に記載のシステム。
- 前記第1、第2、および第3の波長範囲は、それぞれ、異なる第1、第2、および第3の色に対応し、前記第3の色は、赤色である、請求項2に記載のシステム。
- 前記第2の色は、青色および緑色から成る群から選択され、前記第1の色は、前記青色および緑色から成る群からの他方の色である、請求項4に記載のシステム。
- 前記第3の複数の導波管は、合計で、前記第1または第2の複数の導波管のうちの1つと同一の導波管の数になる、請求項5に記載のシステム。
- 前記第1の複数の導波管の各導波管は、関連付けられた深度平面を有し、前記第1の複数の導波管の各導波管は、その導波管の関連付けられた深度平面から生じているように見える画像を生成するように構成され、前記第1の複数の導波管の各導波管は、前記第1の複数の導波管のうちの少なくとも1つの他の導波管と異なる関連付けられた深度平面を有し、
前記第2の複数の導波管の各導波管は、関連付けられた深度平面を有し、前記第2の複数の導波管の各導波管は、その導波管の関連付けられた深度平面から生じているように見える画像を生成するように構成され、前記第2の複数の導波管の各導波管は、前記第2の複数の導波管のうちの少なくとも1つの他の導波管と異なる関連付けられた深度平面を有し、
前記第3の複数の導波管の各導波管は、関連付けられた深度平面を有し、前記第3の複数の導波管の各導波管は、その導波管の関連付けられた深度平面から生じているように見える画像を生成するように構成され、前記第3の複数の導波管の各導波管は、前記第3の複数の導波管のうちの少なくとも1つの他の導波管と異なる関連付けられた深度平面を有する、
請求項2に記載のシステム。 - 深度平面間の間隔は、前記第1、第2、および第3の複数の導波管の各々に対して異なる、請求項7に記載のシステム。
- 前記第1、第2、および第3の複数の導波管の各導波管は、光抽出光学要素を備え、前記光抽出光学要素のための構成は、前記導波管に関連付けられた前記深度平面に応じて変動する、請求項7に記載のシステム。
- 前記光抽出光学要素は、発散ビームを提供するような屈折力を有する、請求項9に記載のシステム。
- 前記光抽出光学要素は、回折格子を備えている、請求項10に記載のシステム。
- 異なる深度平面のための前記光抽出光学要素は、各深度平面に対して出射光の異なる発散を提供するような異なる屈折力を有する、請求項10に記載のシステム。
- 前記導波管のスタックは、N個の色を出力するように構成され、前記導波管のスタックは、各々が前記N個の色のうちの1つに対応する光を出力することによって画像を表示するように構成されているN個の複数の導波管を備え、各複数の導波管は、合計で、前記複数の導波管のうちの他と異なる数になり、Nは、正の整数である、請求項2に記載のシステム。
- 前記第1および第2の複数の導波管の各導波管に関連付けられた射出瞳をさらに備え、前記第1の複数の導波管のうちの導波管のための射出瞳サイズは、前記第2の複数の導波管のうちの導波管のための射出瞳サイズより大きい、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1および第2の複数の導波管の各導波管は、ある出射ビームサイズを伴う光を出力し、前記出射ビームサイズは、前記第1および第2の複数の導波管のうちの導波管間で異なる、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1および第2の複数の導波管の各導波管は、ある出射ビームサイズを伴う光を出力し、前記第1の複数の導波管のうちの導波管のための出射ビームサイズは、5mmより小さい、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の複数の導波管のうちの導波管は、前記第2の複数の導波管のうちの導波管と異なる出射ビームサイズを伴う光を出力する、請求項1に記載のシステム。
- 第3の複数の導波管をさらに備え、各々は、第3の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成され、前記第3の複数の導波管のうちの導波管は、前記第1または第2の複数の導波管のうちの導波管と異なる出射ビームサイズを伴う光を出力する、請求項1に記載のシステム。
- 画像投入デバイスをさらに備え、各画像投入デバイスは、画像情報を前記第1および第2の複数の導波管の各々の対応する入力縁の中に投入するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記画像投入デバイスは、前記第1および第2の複数の導波管の対応する入力縁の中に投入される光のための可変開口を備えている、請求項19に記載のシステム。
- 前記システムは、視認者によって装着されるように構成されているフレームを備え、前記導波管のスタックは、前記フレームに取り付けられている、請求項1に記載のシステム。
- 別の導波管のスタックをさらに備え、
前記導波管のスタックは、画像情報を視認者の第1の眼に向かわせるように構成され、前記導波管の他方のスタックは、画像情報を前記視認者の第2の眼に向かわせるように構成されている、請求項1に記載のシステム。 - 前記導波管のスタックおよび前記導波管の他方のスタックは、画像組を複数の深度平面上に生成するように構成され、
深度平面間の距離の進度と、
深度平面の総数と、
深度平面のための焦点距離と
のうちの1つ以上のものは、前記導波管のスタックの前記深度平面と前記導波管の他のスタックの前記深度平面との間で異なる、請求項22に記載のシステム。 - 前記導波管の各々は、全内部反射によってその中で光を伝搬するように構成され、各導波管は、
前記導波管から外へ視認者の方に前記導波管内を伝搬する光を向け直すように構成されている回折光学要素を備えている、請求項1に記載のシステム。 - ぼやけを前記導波管の中に投入される画像情報に導入するための光学要素または画像処理モジュールをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記光学要素または画像処理モジュールは、異なる量のぼやけを前記第1および第2の複数の導波管のうちの導波管に導入するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 第3の複数の導波管をさらに備え、各々は、第3の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成され、光学要素または画像処理モジュールは、異なる量のぼやけを前記第1、第2、および第3の複数の導波管のうちの導波管に導入するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の複数の導波管によって生成される画像のための第1のピクセルサイズは、前記第2の複数の導波管によって生成される画像のための第2のピクセルサイズより小さい、請求項1に記載のシステム。
- 第3の複数の導波管をさらに備え、前記第3の複数の導波管によって生成される画像のための第3のピクセルサイズは、前記第1または第2のピクセルサイズと異なる、請求項1に記載のシステム。
- 2つの近隣深度平面間において、前記近隣深度平面間の点の輝度を分布させるように構成されているコントローラをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。
- ディスプレイシステムであって、前記システムは、
複数の成分色画像を出力するように構成されているディスプレイを備え、前記成分色画像は、複数の深度平面に対応し、
第1の色の成分色画像は、合計で、第2の色の成分色画像より大きい数になり、前記第1の色の成分色画像は、第1の波長範囲内の波長を有する光によって形成され、前記第2の色の成分色画像は、第2の波長範囲内の波長を有する光によって形成される、システム。 - 第3の色の成分色画像は、合計で、前記第2の色の成分色画像より少ない数になり、前記第3の色の成分色画像は、第3の波長範囲内の波長を有する光によって形成される、請求項31に記載のシステム。
- 前記システムは、複数の導波管を備え、各導波管は、単一色の成分色画像を出力するように構成されている、請求項31に記載のシステム。
- 各導波管は、単一の関連付けられた深度平面のための成分色画像を出力するようにさらに構成されている、請求項33に記載のシステム。
- 各導波管は、異なる深度平面の知覚を提供するように構成されている屈折力を伴う光学要素を備えている、請求項33に記載のシステム。
- 深度平面間の間隔は、前記第1、第2、および第3の色の成分色画像のための複数の深度平面の各々に対して異なる、請求項31に記載のシステム。
- 射出瞳が、各成分色画像を形成する光に関連付けられており、前記射出瞳サイズは、前記成分色画像の色に伴って変動する、請求項31に記載のシステム。
- 各成分色画像を形成する光は、ある出射ビームサイズを有し、前記出射ビームサイズは、5mmより小さい、請求項31に記載のシステム。
- 前記出射ビームサイズは、前記成分色画像の色に伴って変動する、請求項38に記載のシステム。
- 前記システムは、視認者によって装着されるように構成されているフレームを備え、前記ディスプレイは、前記フレームに取り付けられている、請求項31に記載のシステム。
- 前記ディスプレイは、各眼のために1組の2組の成分色画像を出力するように構成され、
深度平面間の距離の進度と、
深度平面の総数と、
深度平面のための焦点距離と
のうちの1つ以上のものは、各組の深度平面間で異なる、請求項31に記載のシステム。 - ぼやけを前記成分色画像に導入するための光学要素または画像処理モジュールをさらに備えている、請求項31に記載のシステム。
- 前記光学要素または画像処理モジュールは、異なる量のぼやけを異なる色の成分色画像に導入するように構成されている、請求項42に記載のシステム。
- 前記第1の色の成分色画像のための第1のピクセルサイズは、前記第2の色の成分色画像のための第2のピクセルサイズと異なる、請求項31に記載のシステム。
- 第3の色の成分色画像をさらに備え、前記第3の色の成分色画像のための第3のピクセルサイズは、前記第1または第2のピクセルサイズと異なる、請求項44に記載のシステム。
- 前記成分色画像は、4つ以上の色を備えている、請求項44に記載のシステム。
- 2つの近隣深度平面間において、前記近隣深度平面間の点の輝度を分布させるように構成されているコントローラをさらに備えている、請求項31に記載のシステム。
- ディスプレイシステムであって、前記システムは、
1つ以上の導波管を備え、前記1つ以上の導波管は、
第1の波長範囲の光を外部結合し、第1の複数の成分色画像を生成するように構成されている第1の複数の回折光学要素であって、各画像は、前記第1の複数の回折光学要素のためのX個の最大可能深度平面のうちの1つに設定される、第1の複数の回折光学要素と、
第2の波長範囲の光を外部結合し、第2の複数の成分色画像を生成するように構成されている第2の複数の回折光学要素であって、各画像は、前記第2の複数の回折光学要素のためのY個の最大可能深度平面のうちの1つ上に設定される、第2の複数の回折光学要素と
を備え、
XおよびYは、整数であり、XおよびYは、異なる、システム。 - 前記第1および第2の複数の回折光学要素は、単一導波管の一部である、請求項48に記載のシステム。
- 前記第1および第2の複数の回折光学要素のうちの回折光学要素は、光学的回折状態と非回折状態との間で切り替え可能である、請求項49に記載のシステム。
- 前記第1および第2の複数の回折光学要素は、液晶を備えている、請求項49に記載のシステム。
- 前記第1の複数の回折光学要素のうちの回折光学要素は、前記第1の複数の回折光学要素のうちの回折光学要素と異なる1つ以上の導波管の一部であり、前記第1および第2の複数の回折光学要素のうちの回折光学要素は、光学的回折状態と非回折状態との間で切り替え可能である、請求項48に記載のシステム。
- 第3の波長範囲の光を外部結合し、第3の複数の成分色画像を生成するように構成されている第3の複数の回折光学要素をさらに備え、各画像は、前記第3の複数の回折光学要素のためのZ個の最大可能深度平面のうちの1つ上に設定される、請求項48に記載のシステム。
- Zは、XおよびYと異なる、請求項53に記載のシステム。
- 前記第1、第2、および第3の波長範囲の光は、それぞれ、赤色、緑色、および青色着色光を備えている、請求項53に記載のシステム。
- 前記第1の複数の回折光学要素のための深度平面間の間隔の進度は、前記第2の複数の回折光学要素のための深度平面間の間隔の進度と異なる、請求項48に記載のシステム。
- 前記システムは、外部結合される光の波長に応じて異なる射出瞳サイズを用いて、前記光を外部結合するように構成されている、請求項48に記載のシステム。
- 各成分色画像を形成する光は、ある出射ビームサイズを有し、前記出射ビームサイズは、5mmより小さい、請求項48に記載のシステム。
- 前記出射ビームサイズは、前記成分色画像の色に伴って変動する、請求項58に記載のシステム。
- 前記システムは、視認者によって装着されるように構成されているフレームを備え、前記ディスプレイは、前記フレームに取り付けられている、請求項48に記載のシステム。
- 前記ディスプレイシステムは、各眼のために1組の2組の成分色画像を出力するように構成され、
深度平面間の距離の進度と、
深度平面の総数と、
深度平面のための焦点距離と
のうちの1つ以上のものは、各組の前記深度平面間で異なる、請求項48に記載のシステム。 - ぼやけを前記成分色画像に導入するための光学要素または画像処理モジュールをさらに備えている、請求項48に記載のシステム。
- 前記光学要素または画像処理モジュールは、異なる量のぼやけを異なる色の成分色画像に導入するように構成されている、請求項62に記載のシステム。
- 前記第1の波長範囲の光を使用して生成される前記成分色画像のための第1のピクセルサイズは、前記第2の波長範囲の光を使用して生成される前記成分色画像のための第2のピクセルサイズと異なる、請求項48に記載のシステム。
- 第3の色の成分色画像をさらに備え、前記第3の色の成分色画像のための第3のピクセルサイズは、前記第1または第2のピクセルサイズと異なる、請求項64に記載のシステム。
- 2つの近隣深度平面間において、前記2つの近隣深度平面間の点の輝度を分布させるように構成されているコントローラをさらに備えている、請求項48に記載のシステム。
- ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイシステムは、
複数の成分色画像を出力するように構成されているディスプレイであって、前記成分色画像は、複数の深度平面に対応する、ディスプレイと、
コントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記深度平面のうちの少なくとも1つのために表示されるべき画像のコンテンツに基づいて、
ぼやけと、
ピクセルサイズの変化と
のうちの1つ以上のものを前記画像に導入するように構成されている、ディスプレイシステム。 - 前記ディスプレイは、導波管のスタックを備え、前記導波管のスタックは、
第1の複数の導波管であって、各々は、第1の色に対応する光を出力することによって、成分色画像を生成するように構成されている、第1の複数の導波管と、
第2の複数の導波管であって、各々は、前記第1の色と異なる第2の色に対応する光を出力することによって、成分色画像を生成するように構成されている、第2の複数の導波管と
を備えている、請求項67に記載のディスプレイシステム。 - ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイシステムは、
瞳孔サイズを決定するためのカメラと、
光を出力し、複数の成分色画像を表示するように構成されているディスプレイであって、前記成分色画像は、複数の深度平面に対応する、ディスプレイと、
前記決定された瞳孔サイズに基づいて、前記出力される光の特性を変動させるように構成されているコントローラと
を備えている、ディスプレイシステム。 - 前記ディスプレイは、
第1の複数の導波管であって、各々は、第1の色に対応する光を出力することによって成分画像を生成するように構成されている、第1の複数の導波管と、
第2の複数の導波管であって、各々は、前記第1の色と異なる第2の色に対応する光を出力することによって成分画像を生成するように構成されている、第2の複数の導波管と
を備えている、請求項69に記載のディスプレイシステム。
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