JP2020514811A - インテグラルイメージングおよび導波路プリズムを用いたヘッドマウント・ライトフィールド・ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年3月9日付で出願された米国仮特許出願第62/469,100号明細書の優先権の利益を主張し、その出願の全内容は、この参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、NSFによる認可を受けた登録番号1422653の下で政府の支援を受けて行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
uvfe=[(1−zxpφe)−(zxp+(1−zxpφe)t3)φ2]およびhvfe=[(1−zxpφe)−(zxp+(1−zxpφe)t3)φ2]−[(zxp+(1−zxpφe)t3)φ2+((1−zxpφe)−(zxp+(1−zxpφe)t3)φ2)]t2
をさらに定義する。
Claims (23)
- 選択されたポイントに配置されたライトフィールドをイメージングするための自由曲面導波路型プリズムであって、
前記ライトフィールドから光を受け取り、前記受け取った光を前記プリズムの本体部内に屈折させるように配置された第1の自由曲面光学表面と、
前記第1の自由曲面光学表面から前記屈折された光を受け取り、前記プリズムの前記本体部内に前記屈折された光を反射させるように配置された第2の自由曲面光学表面であって、これにより、前記プリズムの前記本体部内の選択された位置において前記ライトフィールドの中間像が提供されるものである、前記第2の自由曲面光学表面と、
前記中間像からの光を受け取り、前記プリズムの前記本体部内に当該中間像からの光を内部全反射させるように配置された第3の自由曲面光学表面と、
前記第3の自由曲面光学表面から前記反射された光を受け取り、前記反射された光が前記プリズムから射出されることが可能となる所定の角度で前記第3の自由曲面に対して反射し返すように配置された第4の自由曲面光学表面と
を有し、
前記第1〜第4の自由曲面光学表面は、前記第3の自由曲面を通して前記プリズムから射出された光が、前記プリズムの外部の選択された位置において前記ライトフィールドの像を生成するように協働するものである、
自由曲面導波路型プリズム。 - 請求項1記載の自由曲面導波路型プリズムにおいて、前記第2の自由曲面光学表面は、前記プリズムの前記本体部内に前記光を内部全反射させるように構成されているものである、自由曲面導波路型プリズム。
- 請求項1記載の自由曲面導波路型プリズムにおいて、前記第2の自由曲面光学表面は、前記プリズムの前記本体部内に前記光を反射させるように鏡面になっているものである、自由曲面導波路プリズム。
- 請求項1〜3のいずれか1つに記載の自由曲面導波路型プリズムにおいて、前記第3の自由曲面光学表面は、前記プリズムの前記本体部内に前記第2の自由曲面光学表面からの前記光を内部全反射させるように構成されているものである、自由曲面導波路型プリズム。
- 請求項1〜4のいずれか1つに記載の自由曲面導波路型プリズムにおいて、前記第4の自由曲面光学表面は鏡面になっているものである、自由曲面導波路型プリズム。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の自由曲面導波路型プリズムにおいて、前記第4の自由曲面光学表面は、ビーム分割コーティングを含むものである、自由曲面導波路型プリズム。
- 請求項1〜6のいずれか1つに記載の自由曲面導波路型プリズムにおいて、直交するX−Y−Z座標系について、Z軸は視線方向に沿っており、Y軸はユーザの左右の瞳孔を結ぶ方向と位置合わせされた水平方向に平行であり、X軸は前記ユーザの頭の向きと位置合わせされた垂直方向に沿っているものである、自由曲面導波路型プリズム。
- 請求項7記載の自由曲面導波路型プリズムにおいて、水平(Y−Z)面に関して対称である、自由曲面導波路型プリズム。
- 請求項7または8記載の自由曲面導波路型プリズムにおいて、前記第1〜第4の自由曲面光学表面は、前記水平なY軸に沿って非共軸であり、且つ前記垂直なX軸を中心として回転されるものである、自由曲面導波路型プリズム。
- ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムであって、
当該システムの光軸に沿った選択された位置において、選択された3D場面のライトフィールドを生成するように構成された超小型InIユニット(マイクロInI)と、
リレーユニットであって、その内部に配置された可変焦点要素(VFE)を有し、前記光軸上において前記選択された位置が光学的に共役となる位置に配置され、前記超小型InIユニットによって生成された前記ライトフィールドを受け取るように構成されているものである、前記リレーユニットと、
前記リレーユニットから光を受け取るための請求項1〜10のいずれか1つに記載の自由曲面導波路型プリズムであって、前記システムの射出瞳において前記ヘッドマウント・ディスプレイ・システムのユーザによって観視される前記3D場面の像を提供するものである、前記自由曲面導波路型プリズムと
を有し、
前記可変焦点要素(VFE)は、前記プリズムの前記本体部内の前記中間像の位置を調整するように構成されているものである、
ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。 - 請求項10記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記超小型InIユニット(マイクロInI)は、制約された視野ゾーンを有する3D場面の全方向視差ライトフィールドを再現するように構成されているものである、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項1〜12のいずれか1つに記載の自由曲面導波路型プリズムまたは請求項11または12記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記自由曲面導波路型プリズムと光学的に連通して、前記自由曲面導波路型プリズムに実世界視野を透過するシースルーユニットを有するものである、自由曲面導波路型プリズムまたはヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項11〜13のいずれか1つに記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記リレーユニットは、第1のレンズ群を有し、前記可変焦点要素(VFE)は、前記第1のレンズ群の後側焦点距離に位置するものである、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項11〜14のいずれか1つに記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記システムの視野は、前記可変焦点要素(VFE)のオプティカルパワーとは独立しているものである、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項11〜15のいずれか1つに記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記可変焦点要素(VFE)は、前記光軸上において、前記リレーユニットの複合オプティカルパワーが前記可変焦点要素(VFE)のオプティカルパワーから独立して一定に維持される位置に配置されるものである、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項11〜16のいずれか1つに記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記超小型InIユニットは、マイクロディスプレイを含み、前記自由曲面導波路型プリズムを通した前記マイクロディスプレイの対する画角は、前記可変焦点要素(VFE)の前記オプティカルパワーから独立して一定に維持されるものである、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項11〜17のいずれか1つに記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記リレーユニットは、接眼レンズを通して再構築された3D仮想場面の位置における前記光軸に沿った位置を最大で5ディオプトリまで調整するように構成されているものである、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項11〜18のいずれか1つに記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記可変焦点要素(VFE)の焦点距離は、75〜100mmである、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項1〜19のいずれか1つに記載の自由曲面導波路型プリズムまたは請求項11〜19記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記自由曲面導波路型プリズムの焦点距離は、27.5mmである、自由曲面導波路型プリズムまたはヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項11〜20のいずれか1つに記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、前記システムの対角視野は35°である、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
- 請求項11〜21のいずれか1つに記載のヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システムにおいて、1つの画素あたり2分(角度)の高さの光分解能を有するものである、ヘッドマウント・ディスプレイ・インテグラル・イメージング(InI)システム。
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