JP6768046B2 - 相互遮蔽および不透明度制御能力を有する光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイのための装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2012年4月5日に出願された米国仮出願第61/620,574号、および2012年4月5日に出願された米国仮出願第61/620,581号に対して優先権を主張する。上記文献の開示内容は、その全体として参照することによって本願明細書において援用される。
本発明は、一部、米軍によって与えられるSBIR契約番号W91CRB−12−C−0002の下に政府支援でなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。
本発明は、概して、ヘッドマウントディスプレイに関し、より具体的には、排他的ではないが、実物体が、正面に位置するコンピュータでレンダリングされた仮想物体によって遮蔽され得る、またはその逆も然りである、不透明度制御および相互遮蔽能力を伴う、光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイに関する。
過去数十年にわたって、拡張現実(AR)技術が、医療および軍事訓練、エンジニアリング設計およびプロトタイピング、遠隔操作およびテレプレゼンス、ならびにパーソナルエンターテイメントシステム等、多くの用途分野に適用されている。シースルー型ヘッドマウントディスプレイ(ST−HMD)は、仮想ビューと物理的景色をマージするための拡張現実システムの実施可能技術の1つである。2つのタイプのST−HMD、すなわち、光学およびビデオがある(J. Rolland and H. Fuchs, “Optical versus video see−through head mounted displays,” In Fundamentals of Wearable Computers and Augmented Reality, pp.113−157,2001.)。ビデオシースルーアプローチの主要な短所として、シースルービューの画質の劣化、着信ビデオストリームの処理による像遅延、ハードウェア/ソフトウェア故障によるシースルービューの潜在的損失が挙げられる。対照的に、光学式シースルーHMD(OST−HMD)は、ビームスプリッタを通して、実世界の直接ビューを提供し、したがって、実世界のビューに最小限の影響を及ぼす。これは、ライブ環境へのユーザの認知が最重要である、要求水準が高い用途では、非常に好ましい。
本発明は、不透明度制御および相互遮蔽能力を伴う、光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイ(OST−HMD)デバイスに関する。ディスプレイシステムは、典型的には、表示される仮想像を視認するための仮想ビューパスと、実世界における外部景色を視認するためのシースルーパスとから成る。本発明では、仮想ビューパスは、仮想像コンテンツを供給するための小型像ディスプレイユニットと、それを通してユーザが拡大された仮想像を視認する接眼レンズとを含む。シースルーパスは、直接、外部景色からの光を捕捉し、少なくとも1つの中間像を形成するための対物光学系と、シースルーパス内の中間像面またはその近傍に設置され、シースルービューの不透明度を制御および変調させるための空間光変調器(SLM)と、それを通して変調されたシースルービューが視認者によって見られる、接眼レンズ光学系とから成る。シースルーパス内では、対物光学系および接眼レンズはともに、実世界から視認者の眼に光を通過させるための中継光学系として作用する。コンパクトな形状因子を達成し、視点オフセットを低減させるために、シースルーパスは、いくつかの反射表面を通して、外部景色からの入射光を受け取る正面層と、正面層によって捕捉される光を視認者の眼の中に結合する背面層との2つの層に折り返される。シースルーパスは、同一の接眼レンズが、表示される仮想コンテンツおよび変調されたシースルー像を視認するために、両パスによって共有されるように、ビームスプリッタによって、仮想像パスとマージされる。マイクロディスプレイおよびSLMは、ビームスプリッタを通して、相互に光学的に共役し、ピクセルレベルの遮蔽操作を可能にする。本発明では、接眼レンズ、対物光学系、または両方は、回転対称レンズまたは非回転対称自由曲面光学系であってもよい。その有意な側面の1つでは、本発明は、接眼レンズ光学系、対物光学系、または両方において、自由曲面光学技術を利用し、コンパクトなかつ軽量のOCOST−HMD設計を達成し得る。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
シースルーパス(207)の不透明度が、変調されことができ、仮想ビューが、シースルービューの一部を遮蔽するように、かつその逆も然りであるように、前記シースルーパスと仮想ビューパス(205)を組み合わせることが可能であるコンパクトな光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイ(200)であって、前記ディスプレイは、
a.ユーザによって視認される像を生成するためのマイクロディスプレイ(250)であって、前記マイクロディスプレイは、それと関連付けられた仮想ビューパス(205)を有する、マイクロディスプレイと、
b.実世界内の外部景色からの光を修正し、遮蔽されることになる前記シースルービューの一部分を遮断するための空間光変調器(240)であって、前記空間光変調器は、それと関連付けられたシースルーパス(207)を有する、空間光変調器と、
c.前記外部景色からの入射光を受光し、前記光を前記空間光変調器(240)上に集束させるように構成される、対物光学系(220)と、
d.組み合わせられた像を生産する、マイクロディスプレイ(250)からの仮想像および空間光変調器を通過した外部景色の変調されたシースルー像をマージするように構成される、ビームスプリッタ(230)と、
e.前記組み合わせられた像を拡大するように構成される、接眼レンズ(210)と、
f.前記接眼レンズに面するように構成される、射出瞳(202)であって、前記ユーザは、前記仮想ビューが前記シースルービューの一部分を遮蔽する、前記仮想およびシースルービューの組み合わせられたビューを観察する、射出瞳と、
g.前記仮想ビューパス(205)および前記シースルーパス(207)を2つの層に折り返すように構成される、複数の反射表面と
を備え、
第1の反射表面(M1)は、前記ディスプレイの正面層上に配置され、前記外部景色から光を反射させるように配向され、前記対物光学系(220)は、前記ディスプレイの正面層上に配置され、第2の反射表面(M2)は、前記ディスプレイの正面層上に配置され、光を前記空間光変調器内に反射させるように配向され、前記空間光変調器(240)は、前記シースルーパス(207)の中間像面またはその近傍に配置され、前記ビームスプリッタ(230)を通して、前記シースルーパス(207)に沿って、前記対物光学系(220)および前記接眼レンズ(210)と光学連通し、前記マイクロディスプレイ(250)は、前記仮想ビューパス(205)に沿って、前記接眼レンズ(210)の焦点面に配置され、前記ビームスプリッタ(230)を通して、前記接眼レンズ(210)と光学連通し、前記ビームスプリッタ(230)は、前記シースルーパス(207)が、前記仮想ビューパス(205)とマージされ、前記シースルーパスおよび前記仮想ビューパスの両方からの光が、前記接眼レンズ(210)に指向されるように配置され、前記接眼レンズ(210)は、前記ディスプレイの背面層上に配置され、第3の反射表面(M3)は、前記ディスプレイの背面層上に配置され、前記接眼レンズから前記射出瞳(202)内に光を反射させるように配向され、
前記対物光学系(220)は、前記外部景色の光を受光し、前記対物光学系(220)は、前記外部景色の光を集束させ、シースルー像を前記空間光変調器(240)上に形成し、前記空間光変調器(240)は、前記シースルー像を修正し、遮蔽されることになる前記像の一部分を除去し、前記マイクロディスプレイ(250)は、仮想像を前記ビームスプリッタ(230)に投影し、前記空間光変調器(240)は、前記変調されたシースルー像を前記ビームスプリッタ(230)に伝送し、前記ビームスプリッタ(230)は、組み合わせられた像を生産する前記2つの像をマージし、前記仮想像が、前記シースルー像の一部分を遮蔽し、前記ビームスプリッタ(230)は、前記組み合わせられた像を前記接眼レンズ(210)に投影し、前記接眼レンズは、前記組み合わせられた像を前記射出瞳(202)に投影し、前記ユーザは、前記仮想像が前記外部景色の一部分を遮蔽する、前記組み合わせられた像を観察する、ディスプレイ。
(項目2)
前記空間光変調器は、伝送式空間光変調器であり、前記空間光変調器は、前記ビームスプリッタの正面に配置され、前記対物光学系からの光は、前記ビームスプリッタに到達する前に、前記空間光変調器を通して通過し、前記空間光変調器の不透明度は、前記外部景色の一部分からの光を遮断するように制御される、項目1に記載のディスプレイ。
(項目3)
前記空間光変調器は、反射式空間光変調器であり、前記空間光変調器は、前記ビームスプリッタの背後に配置され、前記対物光学系からの光は、前記ビームスプリッタを通して通過し、前記空間光変調器から前記ビームスプリッタに反射され、前記空間光変調器の反射率は、遮蔽されることにならない前記外部景色の一部からの光のみ反射させるように制御される、項目1に記載のディスプレイ。
(項目4)
中間像は、前記シースルーパス内の1つ以上の点で形成され、前記空間光変調器は、前記中間像面のうちの1つまたはその近傍に配置される、項目1に記載のディスプレイ。
(項目5)
前記反射表面(M1〜M3)のうちの1つ以上は、前記光学パスを折り返し、前記光を集束させるための屈折力を伴う、独立表面である、項目1に記載のディスプレイ。
(項目6)
前記反射表面(M1〜M3)のうちの1つ以上は、自由曲面表面である、項目1に記載のディスプレイ。
(項目7)
前記正面層内の前記第1および/または第2の反射表面は、前記対物光学系内に含有される、項目1に記載のディスプレイ。
(項目8)
前記背面層内の前記反射表面(M3)は、前記接眼レンズ内に含有される、項目1に記載のディスプレイ。
(項目9)
前記対物光学系は、複数の反射および屈折表面によって形成され、前記外部景色を前記空間光変調器内に結像させる、自由曲面プリズムである、項目1に記載のディスプレイ。
(項目10)
前記接眼レンズは、複数の反射および屈折表面によって形成され、前記仮想像および前記変調されたシースルー像を拡大させる、自由曲面プリズムである、項目1に記載のディスプレイ。
(項目11)
前記正面層内の前記第1および/または前記第2の反射表面(M1、M2)は、前記対物光学系内に含有される、項目9に記載のディスプレイ。
(項目12)
前記背面層内の前記第3の反射表面(M3)は、前記接眼レンズ内に含有される、項目10に記載のディスプレイ。
(項目13)
偶数の中間像は、前記シースルーパスに沿って形成され、前記視認者に提示される前記外部景色と前記シースルービューとの間のパリティを維持するように前記シースルービューを反転させる、項目1に記載のディスプレイ。
(項目14)
前記反射表面のうちの1つは、前記視認者に提示される前記外部景色と前記シースルービューとの間のパリティを維持するように前記シースルービューを逆転させるために、ルーフミラーによって置換される、項目1に記載のディスプレイ。
(項目15)
前記接眼レンズおよび前記対物光学系は両方とも、同じ光学構造を有する、項目1に記載のディスプレイ。
(項目16)
前記接眼レンズおよび前記対物光学系は両方とも、同じ形状の自由曲面プリズムである、項目15に記載のディスプレイ。
(項目17)
前記ビームスプリッタは、前記正面層上に配置される、項目1に記載のディスプレイ。
(項目18)
1つ以上の回折光学要素(DOE)プレートは、光学パス内に設置され、色収差を補正する、項目1に記載のディスプレイ。
(項目19)
前記対物光学系は、3つの光学表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、および屈折表面S6を備える1反射プリズムであり、前記接眼レンズは、3つの光学表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、および屈折表面S3を備える1反射プリズムであり、前記第2の反射表面(M2)は、前記対物光学系内に含有され、前記第3の反射表面(M3)は、前記接眼レンズ内に含有され、ルーフミラーが、前記第1の反射表面(M1)に取って代わり、前記シースルービューを反転させ、反射式空間光変調器が、前記外部景色からの光を変調するために使用される、項目1または3あるいは6〜12のいずれかもしくは14に記載のディスプレイ。
(項目20)
前記ミラー(325)によって反射される外部景色からの入射光は、前記屈折表面S4を通して、前記対物光学系(320)に入射し、次いで、前記反射表面S5によって反射され、前記屈折表面S6を通して、前記対物光学系(320)から出射し、前記空間光変調器(340)上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器(340)は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記遮蔽されることになる光を遮断し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ(330)内に反射させ、前記マイクロディスプレイ(350)からの光は、前記ビームスプリッタ(330)に入射し、前記ビームスプリッタ(330)は、前記シースルーパス(307)内の変調された光と前記仮想ビューパス内の光(305)をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(310)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタ(330)からの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(310)に入射し、次いで、前記反射表面S2によって反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(310)から出射し、前記射出瞳(302)に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、項目19に記載のディスプレイ。
(項目21)
前記対物光学系は、6つの光学表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、S4’、S5’、およびS6、ならびに屈折表面S7を備える4反射自由曲面プリズムであり、前記接眼レンズは、4つの光学表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、反射表面S1’および屈折表面S3を備える2反射プリズムであり、前記第1の反射表面(M1)および前記第2の反射表面(M2)は、前記対物光学系内に含有され、前記第3の反射表面(M3)は、前記接眼レンズ内に含有される、前記対物光学系は、前記対物光学系の内側に中間像(460)を形成し、偶数の中間像が、前記シースルーパスに沿って形成され、前記シースルービューを反転させ、反射式空間光変調器が、前記外部景色からの光を変調するために使用される、項目1または3あるいは6〜13のいずれかに記載のディスプレイ。
(項目22)
外部景色からの入射光が、前記屈折表面S4を通して、対物光学系(420)に入射し、次いで、前記反射表面S5、S4’、S5’およびS6によって、連続して反射され、前記屈折表面S7を通して、前記対物光学系(420)から出射し、前記入射光は、前記空間光変調器(440)上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記遮蔽されることになる光を遮断し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ(430)内に反射させ、前記マイクロディスプレイ(450)からの光は、前記ビームスプリッタ(430)に入射し、前記ビームスプリッタ(430)は、前記シースルーパス(407)内の変調された光と前記仮想ビューパス(405)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(410)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(410)に入射し、次いで、前記反射表面S1’およびS2によって、連続して反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(410)から出射し、前記射出瞳(402)に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、項目21に記載のディスプレイ。
(項目23)
前記屈折表面S4および反射表面S4’は、同一の物理的表面であり、同一の一式の表面処方を保有する、項目21に記載のディスプレイ。
(項目24)
前記対物光学系は、3つの光学表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、および屈折表面S6を備える1反射プリズムであり、前記接眼レンズは、4つの光学表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、反射表面S1’、および屈折表面S3を備える2反射プリズムであり、前記第1の反射表面(M1)は、前記対物光学系内に含有され、前記第3の反射表面(M3)は、前記接眼レンズ内に含有され、ルーフミラー(527)が、前記第2の反射表面(M2)に取って代わり、前記シースルービューを反転させ、伝送式空間光変調器が、前記外部景色からの光を変調するために使用される、項目1または3あるいは6〜12のいずれかもしくは14に記載のディスプレイ。
(項目25)
外部景色からの入射光は、前記屈折表面S4を通して、前記対物光学系(520)に入射し、次いで、前記反射表面S5によって反射され、前記屈折表面S6を通して、前記対物光学系(520)から出射し、前記ミラー(527)によって、前記背面層(517)に向かって折り返され、前記空間光変調器(540)上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器(540)は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記遮蔽されることになる光を遮断し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ(530)内に伝送し、前記マイクロディスプレイ(550)からの光は、前記ビームスプリッタ(530)に入射し、前記ビームスプリッタ(530)は、前記シースルーパス(507)内の変調された光と前記仮想ビューパス(505)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(510)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(510)に入射し、次いで、反射表面S1’およびS2によって、連続して反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(510)から出射し、射出瞳502に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、項目24に記載のディスプレイ。
(項目26)
表面S1および反射表面S1’は、同一の物理的表面であり、同一の一式の表面処方を保有する、項目24に記載のシステム。
(項目27)
前記対物光学系は、5つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、S4’およびS6、ならびに屈折表面S7を備える3反射プリズムであり、前記接眼レンズは、4つの光学表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、反射表面S1’、および屈折表面S3を備える2反射プリズムであり、前記第1の反射表面(M1)および前記第2の反射表面(M2)は、前記対物光学系内に含有され、前記第3の反射表面(M3)は、前記接眼レンズ内に含有され、前記対物光学系は、前記対物光学系の内側に中間像(660)を形成し、偶数の中間像が、前記シースルーパスに沿って形成され、前記シースルービューを反転させ、伝送式空間光変調器が、前記外部景色からの光を変調するために使用される、項目1または2あるいは6〜13のいずれかに記載のディスプレイ。
(項目28)
外部景色からの入射光は、前記屈折表面S4を通して、対物光学系(620)に入射し、反射表面S5、S4’、およびS6によって、連続して反射され、前記屈折表面S7を通して、前記対物光学系(620)から出射し、前記入射光は、前記空間光変調器(640)上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記遮蔽されることになる光を遮断し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ(630)内に伝送し、前記マイクロディスプレイ(650)からの光は、前記ビームスプリッタ(630)に入射し、前記ビームスプリッタ(630)は、前記シースルーパス(607)内の変調された光と前記仮想ビューパス(605)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(610)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(610)に入射し、次いで、前記反射表面S1’およびS2によって、連続して反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(610)から出射し、前記射出瞳(602)に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、項目27に記載のディスプレイ。
(項目29)
前記屈折表面S1および前記反射表面S1’は、同一の物理的表面であり得、同一の一式の表面処方を保有する、項目27に記載のシステム。
(項目30)
前記屈折表面S4および前記反射表面S4’は、同一の物理的表面であり、同一の一式の表面処方を保有する、項目27に記載のシステム。
(項目31)
前記対物光学系は、4つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、反射表面S4’、および屈折表面S6を備える2反射プリズムであり、前記接眼レンズは、4つの光学表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、反射表面S1’、および屈折表面S3を備える2反射プリズムであり、前記第1の反射表面(M1)は、前記対物光学系内に含有され、前記第3の反射表面(M3)は、前記接眼レンズ内に含有され、前記第2の反射表面(M1)は、ミラー(790)として、第1のビームスプリッタ(780)および中継レンズ(770)とともに、前記シースルーパスを折り返し、二次中間像を作成するように構成され、偶数の中間像が、前記シースルーパスに沿って形成され、前記シースルービューを反転させ、反射式空間光変調器が、前記外部景色からの光を変調するために使用される、項目1または3あるいは6〜13のいずれかに記載のディスプレイ。
(項目32)
外部景色からの入射光は、屈折表面S4を通して、前記対物光学系(720)に入射し、前記反射表面S5、S4’によって連続して反射され、前記屈折表面S6を通して、前記対物光学系(720)から出射し、前記入射光は、前記第1のビームスプリッタ(780)によって、前記ミラー(790)上に反射され、中間像を形成し、前記ミラー(790)は、前記正面層からの光を前記中継レンズ(770)上に反射させ、前記中継レンズ(770)は、別の中間像を前記空間光変調器(740)上に形成し、前記空間光変調器は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記遮蔽されることになる光を遮断し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記第2のビームスプリッタ(730)内に反射させ、前記マイクロディスプレイ(750)からの光は、前記第2のビームスプリッタ(730)に入射し、前記第2のビームスプリッタ(730)は、前記シースルーパス(707)内の変調された光と前記仮想ビューパス(705)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(710)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(710)に入射し、次いで、前記反射表面S1’およびS2によって、連続して反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(710)から出射し、射出瞳(702)に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、項目31に記載のディスプレイ。
(項目33)
前記ミラー(790)および前記空間光変調器(740)の位置は、交換可能である、項目31に記載のディスプレイ。
(項目34)
前記対物光学系の光学表面のうちの1つ以上は、回転対象を伴う、または伴わない、非球面表面である、項目19〜32のいずれかに記載のディスプレイ。
(項目35)
前記接眼レンズプリズムの光学表面のうちの1つ以上は、回転対象を伴う、または伴わない、非球面表面である、項目19〜32のいずれかに記載のディスプレイ。
(項目36)
前記ビームスプリッタ(130)は、立方体またはプレートの形態であり、非偏光ビームスプリッタまたは偏光ビームスプリッタであり得る、項目1に記載のディスプレイ。
(項目37)
前記コンパクトな光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイは、単眼および双眼のうちの1つである、項目1〜36のいずれかに記載のディスプレイ。
(項目38)
シースルーパス(307)の不透明度が、変調されことができ、仮想ビューが、シースルービューの一部を遮蔽するように、かつその逆も然りであるように、前記シースルーパスと仮想ビューパス(305)を組み合わせることが可能であるコンパクトな光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイ(300)であって、前記ディスプレイは、
a.ユーザによって視認される像を生成するためのマイクロディスプレイ(350)であって、前記マイクロディスプレイは、それと関連付けられた仮想ビューパス(305)を有する、マイクロディスプレイと、
b.実世界内の外部景色からの光を修正し、遮蔽されることになる前記シースルービューの一部分を遮断するための反射式空間光変調器(340)であって、前記空間光変調器は、それと関連付けられたシースルーパス(307)を有する、空間光変調器と、
c.前記外部景色からの入射光を受光し、前記光を前記空間光変調器(340)上に集束させるように構成される、外部景色に面した対物光学系(320)であって、前記対物光学系は、3つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、および屈折表面S6を備える1反射自由曲面プリズムである、対物光学系と、
d.組み合わせられた像を生産する、デジタル的に生成されたマイクロディスプレイ(350)からの仮想像および空間光変調器を通過した外部景色の変調されたシースルー像をマージする、ビームスプリッタ(330)と、
e.前記組み合わせられた像を拡大するように構成される、接眼レンズ(310)であって、前記接眼レンズは、3つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、および屈折表面S3を備える1反射自由曲面プリズムである、接眼レンズと、
f.前記接眼レンズに面するように構成される、射出瞳(302)であって、前記ユーザは、前記仮想ビューが前記シースルービューの一部分を遮蔽する、前記仮想およびシースルービューの組み合わせられたビューを観察する、射出瞳と、
g.前記外部景色からの光を前記対物光学系内に反射させるように構成される、ルーフミラー(325)であって、前記視認者に提示される前記外部景色と前記シースルービューとの間のパリティを維持するように、付加的反射を追加し、前記シースルービューを逆転させる、ルーフミラーと
を備え、
前記ミラー(325)は、前記ディスプレイの正面層(315)上に配置され、前記対物光学系(320)は、前記ディスプレイの正面層(315)上に配置され、前記空間光変調器(340)は、前記ビームスプリッタ(330)のある側に面した前記シースルーパスの中間像面またはその近傍の前記ディスプレイの背面層(317)上に配置され、前記マイクロディスプレイ(350)は、前記ビームスプリッタ(330)の異なる側に面した前記ディスプレイの背面層(317)上に配置され、前記ビームスプリッタ(330)は、前記シースルーパス(307)が、前記仮想ビューパス(305)とマージされ、マージされたパスからの光が、前記接眼レンズ(310)に指向されるように配置され、前記接眼レンズ(210)は、前記ディスプレイの背面層(317)上に配置され、
前記ミラー(325)によって反射される外部景色からの入射光は、前記屈折表面S4を通して、前記対物光学系(320)に入射し、次いで、前記反射表面S5によって反射され、前記屈折表面S6を通して、対物プリズム(320)から出射し、前記空間光変調器(340)上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器(340)は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記シースルービューの一部分を遮蔽し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ(330)内に反射させ、前記マイクロディスプレイ(350)からの光は、前記ビームスプリッタ(330)に入射し、前記ビームスプリッタ(330)は、前記シースルーパス(307)内の変調された光と前記仮想ビューパス(305)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(310)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(310)に入射し、次いで、前記反射表面S2によって反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(310)から出射し、前記射出瞳(302)に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、ディスプレイ。
(項目39)
シースルーパス(407)の不透明度が、変調されことができ、仮想ビューが、シースルービューの一部を遮蔽するように、かつその逆も然りであるように、前記シースルーパスと仮想ビューパス(405)を組み合わせることが可能であるコンパクトな光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイ(400)であって、前記ディスプレイは、
a.ユーザによって視認される像を生成するためのマイクロディスプレイ(450)であって、前記マイクロディスプレイは、それと関連付けられた仮想ビューパス(405)を有する、マイクロディスプレイと、
b.外部景色からの光を修正し、遮蔽されることになる前記シースルービューの一部分を遮断するための反射式空間光変調器(440)であって、前記空間光変調器は、それと関連付けられたシースルーパス(407)を有する、空間光変調器と、
c.前記外部景色からの入射光を受光し、前記光を前記空間光変調器(440)上に集束させるように構成される、外部景色に面した対物光学系(420)であって、前記対物光学系(420)は、6つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、S4’、S5’、およびS6、ならびに屈折表面S7を備える4反射自由曲面プリズムであり、前記対物光学系は、前記対物光学系の内側に中間像を形成するように構成される、対物光学系と、
d.組み合わせられた像を生産する、デジタル的に生成されたマイクロディスプレイ(450)からの仮想像および空間光変調器(440)を通過した外部景色の変調されたシースルー像をマージするように構成される、ビームスプリッタ(430)と、
e.前記組み合わせられた像を拡大するように構成される、接眼レンズ(410)であって、前記接眼レンズ(410)は、4つの光学自由曲面表面、屈折表面S1、反射表面S2、反射表面S1’、および屈折表面S3を備える2反射自由曲面プリズムである、接眼レンズと、
f.前記接眼レンズに面するように構成される、射出瞳(402)であって、前記ユーザは、前記仮想ビューが前記シースルービューの一部分を遮蔽する、前記仮想およびシースルービューの組み合わせられたビューを観察する、射出瞳と
を備え、
前記対物光学系(420)は、前記ディスプレイの正面層(415)上に配置され、前記空間光変調器(440)は、前記ビームスプリッタ(430)のある側に面した前記シースルーパスの中間像面またはその近傍の前記ディスプレイの背面層(417)上に配置され、前記マイクロディスプレイ(450)は、前記ビームスプリッタ(430)の異なる側に面した前記ディスプレイの背面層(415)上に配置され、前記ビームスプリッタ(430)は、前記シースルーパス(407)が、前記仮想ビューパス(405)とマージされ、マージされたパスからの光が、前記接眼レンズ(410)に指向されるように配置され、前記接眼レンズ(410)は、前記ディスプレイの背面層(417)上に配置され、
前記外部景色からの入射光は、前記屈折表面S4を通して、前記対物光学系(420)に入射し、次いで、前記反射表面S5、S4’、S5’、およびS6によって、連続して反射され、前記屈折表面S7を通して、対物プリズム(420)から出射し、前記入射光は、前記空間光変調器(440)上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記シースルービューの一部分を遮蔽し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ(430)内に反射させ、前記マイクロディスプレイ(450)からの光は、前記ビームスプリッタ(430)に入射し、前記ビームスプリッタ(430)は、前記シースルーパス(407)内の変調された光と前記仮想ビューパス(405)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(410)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(410)に入射し、次いで、前記反射表面S1’およびS2によって、連続して反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(410)から出射し、前記射出瞳(402)に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、ディスプレイ。
(項目40)
前記屈折表面S4および前記反射表面S4’は、同一の物理的表面であり、同一の一式の表面処方を保有する、項目39に記載のシステム。
(項目41)
シースルーパス(507)の不透明度が、変調されことができ、仮想ビューが、シースルービューの一部を遮蔽するように、かつその逆も然りであるように、前記シースルーパスと仮想ビューパス(505)を組み合わせることが可能であるコンパクトな光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイ(500)であって、前記ディスプレイは、
a.ユーザによって視認される像を生成するためのマイクロディスプレイ(550)であって、前記マイクロディスプレイは、それと関連付けられた仮想ビューパス(505)を有する、マイクロディスプレイと、
b.外部景色からの光を修正し、遮蔽されることになる前記シースルービューの一部分を遮断するための伝送式空間光変調器(540)であって、前記空間光変調器は、それと関連付けられたシースルーパス(507)を有する、空間光変調器と、
c.前記外部景色からの入射光を受光し、前記光を前記空間光変調器(540)上に集束させるように構成される、外部景色に面した対物光学系(520)であって、前記対物光学系は、3つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、および屈折表面S6を備える1反射自由曲面プリズムである、対物光学系と、
d.組み合わせられた像を生産する、デジタル的に生成されたマイクロディスプレイ(550)からの仮想像および空間光変調器を通過した外部景色の変調されたシースルー像をマージするように構成される、ビームスプリッタ(530)と、
e.前記組み合わせられた像を拡大するように構成される、接眼レンズ(510)であって、前記接眼レンズは、3つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、反射表面S1’、および屈折表面S3を備える2反射自由曲面プリズムである、接眼レンズと、
f.前記接眼レンズに面するように構成される、射出瞳(502)であって、前記ユーザは、前記仮想ビューが前記シースルービューの一部分を遮蔽する、前記仮想およびシースルービューの組み合わせられたビューを観察する、射出瞳と、
g.前記対物光学系からの光を前記空間光変調器内に反射させるように構成される、ルーフミラー(527)であって、前記ルーフミラーは、前記視認者に提示される前記外部景色と前記シースルービューとの間のパリティを維持するように、前記シースルーパスに付加的反射を追加し、前記シースルービューを逆転させる、ルーフミラーと
を備え、
前記対物光学系(520)は、前記ディスプレイの正面層(515)上に配置され、前記ミラー(525)は、前記ディスプレイの正面層(515)上に配置され、前記空間光変調器(540)は、前記ミラー(527)と前記ビームスプリッタ(530)との間の前記シースルーパスの中間像面またはその近傍の前記ディスプレイの背面層(517)上に配置され、前記マイクロディスプレイ(550)は、前記ビームスプリッタ(530)の異なる側に面した前記ディスプレイの背面層上に配置され、前記ビームスプリッタ(530)は、前記シースルーパス(507)が、前記仮想ビューパス(505)とマージされ、マージされたパスからの光が、前記接眼レンズ(510)に指向されるように配置され、前記接眼レンズ(510)は、前記ディスプレイの背面層上に配置され、
前記外部景色からの入射光は、前記屈折表面S4を通して、前記対物光学系(520)に入射し、次いで、前記反射表面S5によって反射され、前記屈折表面S6を通して、前記対物光学系(520)から出射し、前記ミラー(527)によって、前記背面層(517)に向かって折り返され、前記空間光変調器(540)上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器(540)は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記シースルービューの一部分を遮蔽し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ(530)内に伝送し、前記マイクロディスプレイ(550)からの光は、前記ビームスプリッタ(530)に入射し、前記ビームスプリッタ(530)は、前記シースルーパス(507)内の変調された光と前記仮想ビューパス(505)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(310)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(510)に入射し、次いで、前記反射表面S1’およびS2によって、連続して反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(510)から出射し、射出瞳502に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、ディスプレイ。
(項目42)
前記屈折表面S1および前記反射表面S1’は、同一の物理的表面であり、同一の一式の表面処方を保有する、項目41に記載のシステム。
(項目43)
シースルーパス(607)の不透明度が、変調されことができ、仮想ビューが、シースルービューの一部を遮蔽するように、かつその逆も然りであるように、前記シースルーパスと仮想ビューパス(605)を組み合わせることが可能であるコンパクトな光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイ(600)であって、前記ディスプレイは、
a.ユーザによって視認される像を生成するためのマイクロディスプレイ(650)であって、前記マイクロディスプレイは、それと関連付けられた仮想ビューパス(605)を有する、マイクロディスプレイと、
b.外部景色からの光を修正し、遮蔽されることになる前記シースルービューの一部分を遮断するための伝送式空間光変調器(640)であって、前記空間光変調器は、それと関連付けられたシースルーパス(607)を有する、空間光変調器と、
c.前記外部景色からの入射光を受光し、前記光を前記空間光変調器(640)上に集束させるように構成される、外部景色に面した対物光学系(620)であって、前記対物光学系(620)は、5つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、S4’、およびS6、ならびに屈折表面S7を備える3反射自由曲面プリズムであり、前記対物光学系は、前記対物光学系の内側に中間像を形成するように構成される、対物光学系と、
d.組み合わせられた像を生産する、デジタル的に生成されたマイクロディスプレイ(650)からの仮想像および空間光変調器(640)を通過した外部景色の変調されたシースルー像をマージするように構成される、ビームスプリッタ(630)と、
e.前記組み合わせられた像を拡大するように構成される、接眼レンズ(610)であって、前記接眼レンズ(610)は、4つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、反射表面S1’、および屈折表面S3を備える2反射自由曲面プリズムである、接眼レンズと、
f.前記接眼レンズに面するように構成される、射出瞳(602)であって、前記ユーザは、前記仮想ビューが前記シースルービューの一部分を遮蔽する、前記仮想およびシースルービューの組み合わせられたビューを観察する、射出瞳と
を備え、
前記対物光学系(620)は、前記ディスプレイの正面層(615)上に配置され、前記空間光変調器(640)は、前記ビームスプリッタ(630)のある側に面した前記シースルーパスの中間像面またはその近傍の前記ディスプレイの背面層(617)上に配置され、前記マイクロディスプレイ(650)は、前記ビームスプリッタ(630)の異なる側に面した前記ディスプレイの背面層上に配置され、前記ビームスプリッタ(630)は、前記シースルーパス(607)が、前記仮想ビューパス(605)とマージされ、マージされたパスからの光が、前記接眼レンズ(610)に指向されるように配置され、前記接眼レンズ(610)は、前記ディスプレイの背面層上に配置され、
前記外部景色からの入射光は、前記屈折表面S4を通して、前記対物光学系(620)に入射し、前記反射表面S5、S4’、およびS6によって、連続して反射され、前記屈折表面S7を通して、前記対物光学系(620)から出射し、前記入射光は、前記空間光変調器(640)上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器は、前記シースルーパス内の光を変調し、前記シースルービューの一部分を遮蔽し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ(630)内に伝送し、前記マイクロディスプレイ(650)からの光は、前記ビームスプリッタ(630)に入射し、前記ビームスプリッタ(630)は、前記シースルーパス(607)内の変調された光と前記仮想ビューパス(605)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(610)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(610)に入射し、次いで、前記反射表面S1’およびS2によって、連続して反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(610)から出射し、前記射出瞳(602)に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、ディスプレイ。
(項目44)
前記屈折表面S1および前記反射表面S1’は、同一の物理的表面および同一の一式の表面処方を保有する、項目43に記載のシステム。
(項目45)
前記屈折表面S4および前記反射表面S4’は、同一の物理的表面であり、同一の一式の表面処方を保有する、項目43に記載のシステム。
(項目46)
シースルーパス(707)の不透明度が、変調されことができ、仮想ビューが、シースルービューの一部を遮蔽するように、かつその逆も然りであるように、前記シースルーパスと仮想ビューパス(705)を組み合わせることが可能であるコンパクトな光学式シースルー型ヘッドマウントディスプレイ(700)であって、前記ディスプレイは、
a.ユーザによって視認される像を生成するためのマイクロディスプレイ(750)であって、前記マイクロディスプレイは、それと関連付けられた仮想ビューパス(705)を有する、マイクロディスプレイと、
b.外部景色からの光を修正し、遮蔽されることになる前記シースルービューの一部分を遮断するための反射式空間光変調器(740)であって、前記空間光変調器は、それと関連付けられたシースルーパス(707)を有する、空間光変調器と、
c.前記外部景色からの入射光を受光し、前記光を前記空間光変調器(740)上に集束させるように構成される、外部景色に面した対物光学系(720)であって、前記対物光学系(720)は、4つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S4、反射表面S5、S4’、および屈折表面S6を備える2反射自由曲面プリズムである、対物光学系と、
d.前記シースルーパスをミラー(790)上に反射させるように構成される、第1のビームスプリッタ(780)と、
e.前記空間光変調器(740)上に別の中間像を生成するように構成される、中継レンズ(770)と、
f.組み合わせられた像を生産する、マイクロディスプレイ(750)からの仮想像および空間光変調器(740)を通過した外部景色の変調されたシースルー像をマージするように構成される、第2のビームスプリッタ(730)と、
g.前記組み合わせられた像を拡大するように構成される、接眼レンズ(710)であって、前記接眼レンズ(710)は、4つの光学自由曲面表面、すなわち、屈折表面S1、反射表面S2、反射表面S1’、および屈折表面S3を備える2反射自由曲面プリズムである、接眼レンズと、
h.前記接眼レンズに面するように構成される、射出瞳(702)であって、前記ユーザは、前記仮想ビューが前記シースルービューの一部分を遮蔽する、前記仮想およびシースルービューの組み合わせられたビューを観察する、射出瞳と、
i.前記シースルーパスを折り返す、ミラー(790)と
を備え、
前記対物光学系(720)は、前記ディスプレイの正面層(715)上に配置され、前記第1のビームスプリッタ(780)は、前記ディスプレイの正面層上に配置され、前記ミラー(790)は、前記空間光変調器に面した前記対物光学系(720)の焦点面において、前記ディスプレイの正面層上に配置され、前記空間光変調器(740)は、前記第2のビームスプリッタ(730)に面した前記ディスプレイの背面層(717)上に配置され、前記中継は、前記第1および第2のビームスプリッタ間に配置され、前記マイクロディスプレイ(750)は、前記第2のビームスプリッタ(730)に面した前記ディスプレイの背面層上に配置され、前記第2のビームスプリッタ(730)は、前記ビームスプリッタからの光伝送の方向が、前記接眼レンズ(710)に面するように配置され、前記接眼レンズ(710)は、前記ディスプレイの背面層上に配置され、
前記外部景色からの入射光は、前記屈折表面S4を通して、対物プリズム(720)に入射し、前記反射表面S5、S4’によって連続して反射され、前記屈折表面S6を通して、対物プリズム(720)から出射し、前記入射光は、前記第1のビームスプリッタ(780)によって、前記ミラー(790)上に反射され、中間像を形成し、前記ミラーは、前記正面層からの光を前記中継レンズ(770)上に反射させ、前記中継レンズ(770)は、前記空間光変調器(740)上に別の中間像を形成し、前記空間光変調器は、前記シースルーパス内の光を変調し、遮蔽されることになる前記光を除去し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記第2のビームスプリッタ(730)内に反射させ、前記マイクロディスプレイ(750)からの光は、前記第2のビームスプリッタ(730)に入射し、前記第2のビームスプリッタ(730)は、前記シースルーパス(707)内の変調された光と前記仮想ビューパス(705)内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズ(710)に向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記屈折表面S3を通して、前記接眼レンズ(710)に入射し、次いで、前記反射表面S1’およびS2によって、連続して反射され、前記屈折表面S1を通して、前記接眼レンズ(710)から出射し、前記射出瞳(702)に到達し、前記視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、ディスプレイ。
本発明による実施形態は、添付の図面に関して完全に説明される。説明は、本発明の理解を提供するために記載される。しかしながら、本発明は、これらの詳細を伴わずに実践されることができることが明白であろう。さらに、本発明は、種々の形態で実装されてもよい。しかしながら、以下に説明される本発明の実施形態は、本明細書に記載される実施形態に限定されるように構築されるものではない。むしろ、これらの実施形態、図面、および実施例は、例証であり、本発明を曖昧にすることを回避することを意図する。
a.ユーザによって視認される像を生成するためのマイクロディスプレイ250であって、マイクロディスプレイは、それと関連付けられた仮想ビューパス205を有する、マイクロディスプレイと、
b.実世界内の外部景色からの光を修正し、遮蔽されることになるシースルービューの一部分を遮断するための空間光変調器240であって、空間光変調器は、それと関連付けられたシースルーパス207を有する、空間光変調器と、
c.外部景色からの入射光を受光し、光を空間光変調器240上に集束させるように構成される、対物光学系220と、
d.組み合わせられた像を生産する、マイクロディスプレイからの仮想像250および空間光変調器を通過した外部景色の変調されたシースルー像をマージするように構成される、ビームスプリッタ230と、
e.組み合わせられた像を拡大するように構成される、接眼レンズ210と、
f.接眼レンズに面するように構成される、射出瞳202であって、ユーザは、仮想ビューがシースルービューの一部分を遮蔽する、仮想およびシースルービューの組み合わせられたビューを観察する、射出瞳と、
g.仮想ビューパス205およびシースルーパス207を2つの層に折り返すように構成される、複数の反射表面と
を備える。
式中、zは、局所x、y、z座標系のz−軸に沿って測定された自由曲面表面の球欠高さであり、cxおよびCyは、それぞれ、xおよびy軸における、頂点曲率であり、Kxおよびyは、それぞれ、xおよびy軸における、円錐定数であり、AR、BR、CR、およびDRは、円錐からの4次、6次、8次、および10次変形の回転対称部分であり、AP、BP、CP、およびDPは、円錐からの4次、6次、8次、および10次変形の非回転対称成分である。
表1:接眼レンズプリズムの表面1の光学表面処方(図13参照)
表2:接眼レンズプリズムの表面2の光学表面処方(図14参照)
表3:接眼レンズプリズムの表面3の光学表面処方(図15参照)
表4:接眼レンズプリズムの位置および配向パラメータ(図16参照)
表5:対物レンズプリズムの表面4の光学表面処方(図17参照)
表6:対物レンズプリズムの表面5の光学表面処方(図18参照)
表7:対物レンズプリズムの表面6の光学表面処方(図19参照)
表8:対物レンズプリズムの位置および配向パラメータ(図20参照)
表9:DOEプレート882および884のための表面パラメータ(図21参照)
式中、zは、局所x、y、z座標系のz−軸に沿って測定される表面の球欠高さであり、cは、頂点曲率であり、kは、円錐定数であり、AからJは、それぞれ、4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次、18次、および20次変形係数である。
表11:自由曲面プリズムの表面2の光学表面処方(図23参照)。
表12:自由曲面プリズムの表面3の光学表面処方(図24参照)。
表13:接眼レンズとしての自由曲面プリズムの位置および配向パラメータ(図25参照)。
Claims (20)
- ヘッドマウント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、
a.ユーザによって視認される仮想像を仮想ビューパス上に生成するためのマイクロディスプレイと、
b.対物光学系であって、前記対物光学系は、シースルーパス上に外部景色からの光を受光し、かつ折り返すことと、前記対物光学系の後側焦点面距離における空間光変調器上に、前記外部景色からの光を中間像として集束させることとを行うように構成されている、対物光学系と、
c.前記空間光変調器であって、前記空間光変調器は、前記外部景色からの光を修正し、遮蔽されることになる前記シースルーパスの一部分を遮断する、前記空間光変調器と、
d.ビームスプリッタであって、前記ビームスプリッタは、前記仮想ビューパスおよび前記遮蔽されたシースルーパスをマージするように構成され、前記外部景色からの光の前記遮蔽された一部分中に、前記マイクロディスプレイからの仮想像の組み合わせられた像を生産して、シースルービューの不透明度が変調されて前記シースルーパスの一部分を遮蔽することができるように、前記シースルーパスを前記仮想ビューパスと組み合わせる、ビームスプリッタと、
e.前記組み合わせられた像を拡大するように構成された接眼レンズ光学系と、
f.前記接眼レンズ光学系に面するように構成された射出瞳であって、前記ユーザは、前記射出瞳を通して前記組み合わせられた像を観察する、射出瞳と、
g.前記仮想ビューパスおよび前記シースルーパスを前記射出瞳へと折り返すように構成された複数の反射表面と
を備え、
前記マイクロディスプレイおよび前記空間光変調器は、前記空間光変調器が、前記ビームスプリッタからの前記マイクロディスプレイの距離と実質的に等しい前記ビームスプリッタからの距離に配置されるように、光学的に共役である、ディスプレイシステム。 - 前記空間光変調器は、伝送式空間光変調器であり、前記空間光変調器は、前記ビームスプリッタの正面に配置され、前記対物光学系からの光は、前記ビームスプリッタに到達する前に、前記空間光変調器を通して通過し、前記空間光変調器の不透明度は、前記外部景色の一部分からの光を遮断するように制御される、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記空間光変調器は、反射式空間光変調器であり、前記空間光変調器は、前記ビームスプリッタの背後に配置され、前記対物光学系からの光は、前記ビームスプリッタを通して通過し、前記空間光変調器から前記ビームスプリッタに反射され、前記空間光変調器の反射率は、遮蔽されることにならない前記外部景色の一部からの光のみ反射させるように制御される、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 中間像は、前記シースルーパス内の1つ以上の点で形成され、前記空間光変調器は、前記中間像面のうちの1つに配置されるかまたは前記中間像面のうちの1つの近傍に配置される、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記複数の反射表面のうちの1つ以上は、前記シースルーおよび仮想ビューパスを折り返し、前記光を集束させるための屈折力を伴う、独立表面である、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記複数の反射表面のうちの1つ以上は、自由曲面表面である、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記正面層内の前記複数の反射表面のうちの少なくとも1つは、前記対物光学系内に含有される、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記背面層内の前記複数の反射表面のうちの1つは、前記接眼レンズ内に含有される、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記対物光学系は、前記複数の反射表面および複数の屈折表面によって形成されて前記外部景色を前記空間光変調器内に結像させる自由曲面プリズムである、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記接眼レンズは、前記複数の反射表面および複数の屈折表面によって形成されて前記仮想像および前記変調されたシースルー像を拡大させる自由曲面プリズムである、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記正面層内の前記複数の反射表面のうちの少なくとも1つは、前記対物光学系内に含有される、請求項9に記載のディスプレイシステム。
- 前記背面層内の前記複数の反射表面のうちの1つは、前記接眼レンズ内に含有される、請求項10に記載のディスプレイシステム。
- 偶数の中間像は、前記シースルーパスに沿って形成されて、視認者に提示される前記外部景色と前記シースルービューとの間のパリティを維持するように前記シースルービューを反転させる、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記複数の反射表面のうちの1つは、視認者に提示される前記外部景色と前記シースルービューとの間のパリティを維持するように前記シースルービューを逆転させるために、ルーフミラーによって置換される、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記接眼レンズおよび前記対物光学系は両方とも、同じ光学構造を有する、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記接眼レンズおよび前記対物光学系は両方とも、同じ形状の自由曲面プリズムである、請求項15に記載のディスプレイシステム。
- 前記ビームスプリッタは、前記正面層上に配置される、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 1つ以上の回折光学要素プレートは、光学パス内に設置されて色収差を補正する、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記対物光学系は、第1の屈折表面、前記複数の反射表面のうちの第1の反射表面、および第2の屈折表面という3つの光学表面を備える1反射プリズムであり、前記接眼レンズは、第3の屈折表面、前記複数の反射表面のうちの第2の反射表面、および第4の屈折表面という3つの光学表面を備える1反射プリズムであり、前記複数の反射表面のうちの前記第1の反射表面は、前記対物光学系内に含有され、前記複数の反射表面のうちの前記第2の反射表面は、前記接眼レンズ内に含有され、ルーフミラーが、前記第1の反射表面に取って代わって前記シースルービューを反転させ、反射式空間光変調器が、前記外部景色からの光を変調するために使用される、請求項1に記載のディスプレイシステム。
- 前記ルーフミラーによって反射される外部景色からの入射光は、前記第1の屈折表面を通して、前記対物光学系に入射し、次いで、前記複数の反射表面のうちの前記第1の反射表面によって反射され、前記第2の屈折表面を通して、前記対物光学系から出射し、前記空間光変調器上の焦点面に中間像を形成し、前記空間光変調器は、前記シースルーパス内の光を変調して、前記遮蔽されることになる光を遮断し、前記空間光変調器は、前記変調された光を前記ビームスプリッタ内に反射させ、前記マイクロディスプレイからの光は、前記ビームスプリッタに入射し、前記ビームスプリッタは、前記シースルーパス内の変調された光と前記仮想ビューパス内の光をマージし、視認するために、前記接眼レンズに向かって折り返し、前記ビームスプリッタからの光は、前記第4の屈折表面を通して、前記接眼レンズに入射し、それは、前記複数の反射表面のうちの前記第2の反射表面によって反射され、前記第3の屈折表面を通して、前記接眼レンズから出射し、前記射出瞳に到達し、視認者の眼は、仮想ビューおよび変調されたシースルービューの組み合わせられたビューが見えるように整合される、請求項19に記載のディスプレイシステム。
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