JP7317003B2 - 別個の位相および振幅変調器を伴う接眼３ｄディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、接眼ディスプレイに関する。より具体的には、本発明は、接眼３次元（３Ｄ）ディスプレイに関する。

スマートフォンの出現以降、汎用コンピューティングおよびマルチメディア通信が可能な多用途かつ常時利用可能なデバイスを有することの大規模な有用性が、一般大衆によって実現されている。それにもかかわらず、スマートフォンの顕著な短所は、比較的に小画面サイズであることである。スマートフォンディスプレイ画面は、小型ラップトップコンピュータ画面のサイズのほんの一部分でしかない。

ここで、スマートフォンは、最終的に、とりわけ、ユーザに、業務目的であるかまたはエンターテインメント目的あるかにかかわらず、自由自在に、ユーザにアクセス可能な比較的に大視野３Ｄ画像出力システムを効果的に提供するであろう、拡張現実眼鏡によって、置換され得るかまたは不可欠的に補完され得ることが検討される。

単に、ラップトップによってもたらされる画面サイズを超えること以外に、ラップトップを搬送することの煩わしさを伴わずに、拡張現実眼鏡は、実世界および仮想コンテンツをシームレスに統合する、新しい複合現実用途を提供するであろう。これは、実世界とのユーザの関与を保ち、時として、スマートフォンの過剰な使用と関連付けられる、実世界相互作用からの離脱という社会的現象を防ぐだけではなく、また、例えば、自動的に認識された実世界オブジェクト上にオーバーレイされる、自動的に生成されたコンテキスト的に関連する情報、他の当事者に表示される各当事者の３Ｄアバタを通した、遠隔に位置する人物間の通信、および現実的に挙動する、例えば、実世界内の物理的オブジェクトの境界を尊重する、仮想コンテンツを含む、複合現実ゲーム等、物理的世界の新しいタイプの拡張を有効にする。

拡張現実眼鏡の一側面は、仮想コンテンツが、透明接眼レンズを介して表示されることである。１つのタイプの透明接眼レンズは、仮想画像を搬送する光の伝搬を制御するためのシースルー回折光学要素を含む、導波管に基づく。そのような導波管接眼レンズに関する１つの問題は、それを用いてそれらが仮想画像を搬送する光をユーザの眼に転送することが可能である、効率が低いことである。低効率は、より高い電力消費、したがって、より短いバッテリ寿命および関連付けられた熱管理要件につながる。

加えて、仮想コンテンツの現実性を向上させるために、コンテンツを異なる深度で表示することが望ましい。コンテンツをユーザからある距離で適切に表示することは、コンテンツの仮想画像を生成するために使用される光の波面を湾曲させることを要求する。曲率は、仮想画像距離に反比例する。導波管ベースの接眼レンズを使用するとき、複数の仮想画像距離を達成するために、それぞれ、異なる外部結合光学系を有する、導波管のスタックが、使用される。後者のアプローチは、実践的に、提供され得る仮想距離を、小さな有限の数、例えば、２つの選定された距離に限定する。

本明細書に説明される実施形態は、３Ｄ画像を光学列を通してユーザの眼に結合する効率を改良し、さらに、仮想画像の深度を制御することが可能であるという観点から、より多用途である。

本発明の実施形態は、画像毎強度変調光源から受け取られた光のビームを横断して空間的に変動される位相変調を付与し得る、空間位相変調器に結合される、画像毎強度変調光源を含む、接眼ディスプレイを含む、拡張現実眼鏡を提供する。空間位相変調器はさらに、眼結合光学系に結合される。画像毎振幅変調光源は、例えば、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）変調器またはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）変調器等の２Ｄピクセル化振幅変調器、または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイパネル等の発光型２Ｄディスプレイパネルに結合される、光源の形態をとることができる。空間位相変調器も同様に、ＬＣｏＳ変調器の形態をとることができる。眼結合光学系は、軸外体積ホログラフィック回折格子の形態をとることができ、これは、それが光をユーザの眼に向かって再指向する角度と比較して、比較的に高入射角で光を受け取り、それによって、接眼ディスプレイの一部がユーザの眼の側に位置付けられることを可能にする。いくつかの実施形態では、光源と眼結合光学系との間の光の経路は、空間位相変調器に到達する前に、振幅変調器に到達することができる。接眼ディスプレイはさらに、振幅変調器と空間位相変調器との間に配置される、ビームスプリッタを備えることができる。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
接眼ディスプレイシステムであって、
光源と、
空間振幅変調器と、
空間位相変調器と、
眼結合光学系であって、前記光源は、前記空間振幅変調器および前記空間位相変調器を通して、前記眼結合光学系に光学的に結合される、眼結合光学系と
を備える、接眼ディスプレイシステム。
（項目２）
前記光源から前記眼結合光学系までの光学経路をさらに備え、前記光学経路は、最初に、前記空間位相変調器に到達する前に、前記空間振幅変調器に到達する、項目１に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目３）
前記光源は、レーザダイオードを含む、項目１に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目４）
前記眼結合光学系は、回折格子を備える、項目１に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目５）
前記回折格子は、体積ホログラフィック格子を備える、項目４に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目６）
前記空間位相変調器は、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）変調器を備える、項目１に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目７）
前記空間振幅変調器は、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）変調器を備える、項目６に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目８）
前記空間振幅変調器は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を備える、項目１に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目９）
空間振幅変調器と前記空間位相変調器との間に配置されるプリズムをさらに備える、項目８に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目１０）
前記空間振幅変調器と前記空間位相変調器との間に位置するビームスプリッタをさらに備え、
前記光源から前記眼結合光学系までの光学経路が存在し、
前記ビームスプリッタによって反射される前記光学経路の反射部分は、前記光源から第１のコンポーネントまで延在し、
前記ビームスプリッタを通して透過される前記光学経路の透過部分は、前記第１のコンポーネントから第２のコンポーネントまで延在する、
項目１に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目１１）
前記第１のコンポーネントは、前記空間振幅変調器であり、前記第２のコンポーネントは、前記空間位相変調器である、項目１０に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目１２）
仮想コンテンツを生成する方法であって、
光源を介して光を生成することと、
空間振幅変調器を介して前記光の振幅を修正することであって、出力は、振幅変調光である、ことと、
空間位相変調器を介して前記振幅変調光の位相を修正することであって、出力は、振幅および位相変調光である、ことと、
眼結合光学系を介して前記振幅および位相変調光を眼に結合することと
を含む、方法。
（項目１３）
空間振幅変調器と前記空間位相変調器との間に配置される少なくとも１つのプリズムを通して前記光を反射させることをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
空間振幅変調器と前記空間位相変調器との間に配置される少なくとも１つのビームスプリッタを通して前記光を分割することをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
接眼ディスプレイシステムであって、
画像を生成するためのピクセル化された発光型光源と、
前記ピクセル化された発光型光源に光学的に結合される空間位相変調器と、
前記空間位相変調器に光学的に結合される眼結合光学系であって、前記空間位相変調器は、前記ピクセル化された発光型光源と前記眼結合光学系との間の光学経路に沿って位置付けられる、眼結合光学系と
を備える、接眼ディスプレイシステム。
（項目１６）
前記ピクセル化された発光型光源は、有機発光ダイオードパネルを備える、項目１５に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目１７）
前記ピクセル化された発光型光源は、マイクロ発光ダイオードパネルを備える、項目１６に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目１８）
接眼ディスプレイシステムであって、
画像毎振幅変調光源と、
前記画像毎振幅変調光源に光学的に結合される空間位相変調器と、
前記空間位相変調器に光学的に結合される眼結合光学系と
を備える、接眼ディスプレイシステム。
（項目１９）
前記空間位相変調器に結合される位相変調器ドライバをさらに備え、空間位相変調器ドライバは、回折レンズパターンを前記空間位相変調器上に生成するように構成される、項目１８に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２０）
前記位相変調器ドライバは、深度情報を受信し、前記深度情報に基づいて、前記回折レンズパターンを生成するように構成される、項目１９に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２１）
眼追跡カメラと、
前記画像毎振幅変調光源、前記空間位相変調器、および前記眼追跡カメラに結合される回路であって、前記回路は、
前記画像毎振幅変調光源を駆動し、複数の仮想オブジェクトを含む場面を表示することと、
前記眼追跡カメラから、ユーザが見ている前記複数の仮想オブジェクトの中の特定の仮想オブジェクトを示す情報を受信することと、
前記空間位相変調器を駆動し、前記眼追跡カメラからの情報に基づいて識別される前記複数の仮想オブジェクトの中の特定の仮想オブジェクトと関連付けられた距離に基づいて、光波面曲率を調節することと
を行うように構成される、回路と
をさらに備える、項目１９に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２２）
前記回路はさらに、空間位相変調器を駆動し、前記眼追跡カメラからの情報に基づいて偏移されるフレネルパターンを生成するように構成される、項目２１に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２３）
前記位相変調器ドライバは、回折レンズパターンのアレイを生成するように構成され、前記回折レンズパターンは、前記回折レンズパターンのアレイ内に含まれる、項目１９に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２４）
前記空間位相変調器に結合される位相変調器ドライバをさらに備え、空間位相変調器ドライバは、重畳回折レンズパターンを生成するように構成される、項目１８に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２５）
接眼ディスプレイシステムであって、
画像毎振幅変調光源と、
前記画像毎振幅変調光源からの光を受け取るように配列されるアクティブゾーンプレート変調器と、
前記アクティブゾーンプレート変調器からの光を受け取るように配列される眼結合光学系と
を備える、接眼ディスプレイシステム。
（項目２６）
前記アクティブゾーンプレート変調器は、シリコン上液晶光変調器を備える、項目２５に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２７）
前記アクティブゾーンプレート変調器は、デジタルマイクロミラーデバイス光変調器を備える、項目２５に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２８）
前記眼結合光学系は、体積ホログラフィック回折格子を備える、項目２５に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目２９）
眼追跡カメラと、
前記画像毎振幅変調光源、前記アクティブゾーンプレート変調器、および前記眼追跡カメラに結合される回路であって、前記回路は、
前記画像毎振幅変調光源を駆動し、複数の仮想オブジェクトを含む場面を表示することと、
前記眼追跡カメラからユーザが見ている前記複数の仮想オブジェクトの中の特定の仮想オブジェクトを示す情報を受信することと、
前記アクティブゾーンプレート変調器を駆動し、前記眼追跡カメラからの情報に基づいて識別される前記複数の仮想オブジェクトの中の特定の仮想オブジェクトと関連付けられた距離に基づいて、光波面曲率を調節することと
を行うように構成される、回路と
をさらに備える、項目２５に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目３０）
前記回路はさらに、前記アクティブゾーンプレート変調器を駆動し、前記眼追跡カメラからの情報に基づいて偏移されるゾーンプレートパターンを生成するように構成される、項目２９に記載の接眼ディスプレイシステム。
（項目３１）
接眼ディスプレイシステムであって、
光源と、
デジタルマイクロミラー変調器アレイと、
空間位相変調器と、
眼結合光学系であって、前記光源は、前記デジタルマイクロミラー変調器アレイおよび前記空間位相変調器を通して、前記眼結合光学系に光学的に結合される、眼結合光学系と
を備える、接眼ディスプレイシステム。

図面は、本発明の好ましい実施形態の設計および有用性を図示し、類似要素は、共通参照番号によって参照される。本発明の上記および他の利点および目的が取得される方法をより深く理解するために、上記に簡単に説明される本発明のより具体的説明が、付随の図面に図示される、その具体的実施形態を参照することによって与えられるであろう。

これらの図面は、本発明の典型的実施形態のみを描写し、したがって、その範囲の限定と見なされないことを理解した上で、本発明は、付随の図面の使用を通して、付加的具体性および詳細とともに説明および解説されるであろう。

図１は、本発明のいくつかの実施形態による、接眼ディスプレイのブロック図である。

図２は、本発明のいくつかの実施形態による、接眼ディスプレイのブロック図である。

図３は、本発明のいくつかの実施形態による、一対の拡張現実眼鏡を示す。

図４は、本発明のいくつかの実施形態による、透過性画像毎振幅変調器および透過性位相変調器を伴う、接眼ディスプレイの略図である

図５は、本発明のいくつかの実施形態による、反射性振幅変調器および反射性位相変調器を伴う、接眼ディスプレイの略図である。

図６は、本発明のいくつかの実施形態による、透過性振幅変調器および反射性位相変調器を伴う、接眼ディスプレイの略図である。

図７は、本発明のいくつかの実施形態による、反射性振幅変調器および透過性位相変調器を伴う、接眼ディスプレイの略図である。

図８は、本発明のいくつかの実施形態による、ＬＣｏＳ振幅変調器とＬＣｏＳ位相変調器との間のビームスプリッタを含む、接眼ディスプレイの略図である。

図９は、本発明のいくつかの実施形態による、ＤＭＤ光変調器とＬＣｏＳ位相変調器との間の一対のプリズムを含む、接眼ディスプレイの略図である。

図１０は、本発明のいくつかの実施形態による、ＯＬＥＤ画像毎振幅変調光源と位相変調器との間のビームスプリッタを含む、接眼ディスプレイの略図である。

図１１は、本発明のいくつかの実施形態による、接眼ディスプレイシステムのブロック図である。

図１２は、本発明のいくつかの実施形態による、空間位相変調器上に形成され得る、フレネルレンズの描写である。

図１３は、本発明のいくつかの実施形態による、空間位相変調器上に形成され得、光を経路に沿ってユーザの眼に偏向させるために、中心から横方向に偏移される、フレネルレンズの描写である。

図１４は、本発明のいくつかの実施形態による、図２に示されるディスプレイ内に含まれるアクティブゾーンプレート変調器上に形成され得る、ゾーンプレートレンズの描写である。

図１５は、本発明のいくつかの実施形態による、図２に示されるディスプレイ内に含まれるアクティブゾーンプレート変調器上に形成され得る、ゾーンプレートパターンのグリッドの描写である。

図１６は、本発明のいくつかの実施形態の動作の概略描写である。

図１は、本発明のいくつかの実施形態による、接眼ディスプレイ１００のブロック図である。図１を参照すると、接眼ディスプレイ１００は、画像毎振幅変調光源１０２を含む。示されるように、画像毎振幅変調光源１０２は、コヒーレント光源１０４（例えば、１つ以上のレーザダイオード（ＬＤ））と、画像毎振幅変調器１０６とを含む。画像毎振幅変調器１０６は、例えば、ＬＣｏＳ変調器、ＤＭＤ変調器、または透過性液晶変調器を備えることができる。図１に示されるものの代替として、画像毎振幅変調光源は、ＯＬＥＤディスプレイパネルまたはマイクロＬＥＤディスプレイパネル等のピクセル化された発光型ディスプレイパネルの形態をとることができる。

画像毎振幅変調光源１０２は、空間位相変調器１０８に光学的に結合される。本明細書では、用語「光学的に結合される」は、例えば、レンズ、ミラー、および光パイプ等の自由空間および／または１つ以上の光学要素を含み得る、光学経路に沿った伝搬を含むことができる。空間位相変調器１０８は、例えば、ゼロ捻転電気制御式複屈折液晶（ＺＴＥＣＢＬＣ）変調器を含むことができる。空間位相変調器１０８は、単一フレネルレンズ構成、フレネルレンズのグリッドを含む構成、または非グリッド構成における複数のフレネルレンズの重畳の中に構成されることができる。単一フレネルレンズ構成は、共通波面曲率を画像毎振幅変調光源１０２から受け取られた光の全てに付与するために使用されることができる。フレネルレンズのグリッドおよび非グリッドの複数のフレネルレンズ構成は、異なる波面曲率を画像毎振幅変調光源から受け取られた光の異なる領域に付与するために使用されることができる。いずれの場合も、波面曲率は、仮想画像距離の逆数である。波面曲率を仮想画像距離の逆数として設定することは、画像毎振幅変調器１０６によって出力されている仮想画像が、ユーザの位置に対する仮想画像距離にあることのより現実的印象を作成することに役立つ。

空間位相変調器１０８は、眼結合光学系に光学的に結合される。眼結合光学系は、例えば、ホログラフィック体積回折格子、または屈折および／または反射性表面を含む、鏡面接眼レンズの形態をとることができる。画像毎振幅変調光および空間位相変調光は、例えば、コンピュータ生成ホログラム等のホログラムの振幅および位相変調成分に対応し得る。

図２は、本発明のいくつかの実施形態による、接眼ディスプレイ２００のブロック図である。ディスプレイシステムは、画像毎振幅変調器２０６に光学的に結合される、光源２０４を含む、画像毎振幅変調光源２０２を含む。光源２０４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはＬＤを含むことができる。任意の他の好適な光源が、使用されてもよい。

画像毎振幅変調光源２０２は、アクティブゾーンプレート変調器２０８に光学的に結合される。アクティブゾーンプレート変調器２０８は、交互の明リングおよび暗リングを含む、ゾーンプレートパターンを提示することによって、可変焦点距離のゾーンプレートを再構成可能に形成することができる。アクティブゾーンプレート変調器２０８は、反射性光変調器または透過性光変調器であることができる。アクティブゾーンプレート変調器は、例えば、ＤＭＤ変調器、ＬＣｏＳ変調器、または透過性液晶（ＬＣ）変調器を使用して、実装されることができる。アクティブゾーンプレート変調器２０８は、単一ゾーンプレートパターン、複数のゾーンプレートパターンのグリッド、または非グリッドの重畳ゾーンプレートパターンを提示するために使用されることができる。単一ゾーンプレートパターンは、波面曲率を画像毎振幅変調光源２０２から受け取られた画像毎変調光に付与するために使用されることができる。他方では、複数のゾーンプレートパターンは、異なる波面曲率を画像毎変調光源２０２から受け取られた画像毎変調光の異なる部分に付与するために使用されることができる。いずれの場合も、波面曲率は、接眼ディスプレイ２００によって提示される仮想画像距離の逆数に対応する。接眼ディスプレイシステムによって提示される画像の深度知覚は、提示される画像内の仮想コンテンツ（例えば、生物および無生物オブジェクト）までの意図される距離に基づいて、画像を提示するために使用される光の波面を湾曲させることによって、向上される。複数のゾーンプレートパターンが実装される場合、第１の仮想オブジェクト（例えば、本）の画像を搬送する、画像毎変調光の第１の部分は、第１の仮想オブジェクトまでの第１の意図される距離の逆数に対応する第１の曲率を有するように、第１のゾーンプレートパターンによって発散されることができ、第２の仮想オブジェクト（例えば、アバタ）の画像を搬送する、画像毎変調光の第２の部分は、第２の仮想オブジェクトまでの第２の意図される距離の逆数に対応する第２の曲率を有するように、第２のゾーンプレートパターンによって発散されることができる。アクティブゾーンプレート変調器２０８は、眼結合光学系２１０に結合される。

図３は、本発明のある実施形態による、一対の拡張現実眼鏡３００を示す。拡張現実眼鏡３００は、正面フレーム部分３０６に接続される、左つる３０２と、右つる３０４とを含む。左体積ホログラフィック回折格子接眼レンズ３０８および右体積ホログラフィック回折格子接眼レンズ３１０が、正面フレーム部分３０６内に搭載される。左３Ｄ画像生成器３１２は、左つる３０２上に搭載され、右３Ｄ画像生成器３１４は、右つる３０４上に搭載される。左３Ｄ画像生成器３１２は、左保護光学ウィンドウ３１６を含み、右３Ｄ画像生成器３１４は、右保護光学ウィンドウ３１８を含む。ユーザの左眼位置３２０および右眼位置３２２は、図式的に図示される。左接眼レンズ３０８は、左３Ｄ画像生成器３１２からの光を左眼位置３２０に向かって反射させる（または別様に再指向する）ように構成され、右接眼レンズ３１０は、右３Ｄ画像生成器３１４からの光を右眼位置に反射させる（または別様に再指向する）ように構成される。左および右３Ｄ画像生成器３１２、３１４はそれぞれ、画像毎振幅変調光源１０２を、空間位相変調器１０８と組み合わせて具現化することができる、または画像毎振幅変調光源２０２を、アクティブゾーンプレート変調器２０８と組み合わせて具現化することができる。左および右体積ホログラフィック回折格子接眼レンズ３０８、３１０はそれぞれ、眼結合光学系１１０および眼結合光学系２１０の可能性として考えられる実施形態である。左眼追跡カメラ３２４および右眼追跡カメラ３２６は、正面フレーム部分３０６に搭載される。

左および右画像生成器３１２、３１４を使用して表示される、仮想コンテンツは、１つ以上の仮想オブジェクトを異なる深度に含むことができる。眼追跡カメラ３２４、３２６は、ユーザが見ている、特定の仮想オブジェクトを決定するために使用されることができる。ユーザが見ている特定の仮想オブジェクトの意図される深度に基づいて、空間位相変調器１０８またはアクティブゾーンプレート変調器２０８は、発散（ユーザに向かって凸面）波面曲率を画像毎振幅変調光源１０２または２０２から受け取られた光に付与する、負の屈折力レンズを形成するために使用されることができる。光の曲率半径は、好適には、眼追跡カメラ３２４、３２６によって決定されるように、ユーザが見ている特定の仮想オブジェクトの深度と等しく設定される。各特定の仮想オブジェクトの深度は、１つ以上のプログラム、例えば、仮想オブジェクトを生成する、拡張現実プログラムによって決定されることができる。さらに、空間位相変調器１０８またはアクティブゾーンプレート変調器２０８によって形成される負のレンズパターンは、接眼レンズ３０８、３１０によって再指向された後、光がユーザの瞳孔上に入射するであろうように、横方向に偏移され、光を偏向させることができる。

図１２を参照すると、ディスプレイ１００の空間位相変調器１０８によって形成され得る、回折フレネルレンズパターン１２００が、示される。回折フレネルレンズパターン１２００は、焦点距離によって説明される。回折フレネルレンズパターンは、眼追跡カメラ３２４、３２６を使用した、ユーザが、焦点距離と等しい深度（ユーザからの距離）に位置する、仮想コンテンツを見ていることの検出に応答して、生成されることができる。焦点距離は、必要に応じて、ユーザとユーザが見ている仮想コンテンツとの間の距離に応じて、変化されることができる。回折フレネルレンズパターンの焦点距離は、結果として生じる波面曲率が、ユーザが現在見ている仮想コンテンツと関連付けられた距離に対応するであろうように、ユーザがその視線の方向を変化させるにつれて、調節されることができる。

図１３を参照すると、第２のフレネルレンズパターン１３００が、示される。第２のレンズパターン１３００は、中心合わせされる、第１のフレネルレンズパターンに対して、横方向に偏移される。第２のフレネルレンズパターンは、ユーザによる適切な視認のため、光学経路（接眼レンズ３０８、３１０による再指向を含む）に沿って光を偏向させるために、眼追跡カメラ３２４、３２６によって決定されるように、ユーザの眼の位置における偏移に基づいて、横方向に偏移される。フレネルレンズパターン１３００は、ユーザの視線を追跡し、瞳孔を通して、ユーザの眼の中に結合するために、任意の方向に偏移されることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のフレネルレンズパターンの場所における偏移は、眼追跡カメラ３２４、３２６によって決定されるように、ユーザの視線の方向における偏移に対応し得る。

図１４を参照すると、負のゾーンプレートパターン１４００が、示される。負のゾーンプレートパターン１４００は、アクティブゾーンプレート変調器２０８上に形成されることができ、負の回折フレネルパターン１２００の代わりに、眼追跡カメラ３２４、３２６によって決定されるように、ユーザが見ている仮想オブジェクトまでの距離に基づく（例えば、それと等しい）曲率半径を有する曲率を画像毎振幅変調光源２０２から受け取られた光の波面に付与するために使用されることができる。負のゾーンプレートパターン１４００はまた、眼追跡カメラ３２４、３２６から取得されるユーザの瞳孔の場所に関する情報に基づいて、横方向に偏移され、光をユーザの瞳孔に偏向させることができる。

当業者は、本開示が、具体的実施形態では、ユーザの瞳孔の追跡を参照するが、別様に、他の解剖学的構造の眼結像または位置付けが、使用されてもよいことを理解されるであろう。例えば、網膜画像が、経時的に取得および集約され、網膜マップを提供してもよく、眼追跡カメラ３２４、３２６によって取得されるような所与の時間における任意の単一網膜画像は、眼の視線方向に対応する。すなわち、瞳孔が視線方向を変化させるにつれて、可変に位置付けられる開口を提供し、それを通して、眼追跡カメラ３２４、３２６は、網膜に関する画像データを受信し、可変位置は、新しい視線方向に対応する。

図１５を参照すると、左上ゾーンプレートパターン１５０２と、右上ゾーンプレートパターン１５０４と、左下ゾーンプレートパターン１５０６と、右下ゾーンプレートパターン１５０８とを含む、４つのゾーンプレートパターン１５００のグリッドが、示される。本例示的構成では、左上ゾーンプレートパターン１５０２および左下ゾーン１５０６は、同一であって、右上ゾーンプレートパターン１５０４および右下ゾーンプレートパターン１５０８は、異なる。４つのゾーンプレートパターン１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の各特定のゾーンプレートパターンは、特定のゾーンプレートパターン（例えば、１５０２、１５０４、１５０６、１５０８）上に入射する、画像毎変調光源１０２、２０２から発出する強度／振幅変調光内に提示される、特定の仮想オブジェクトまたは仮想場面の一部までの距離に関連する（例えば、それと等しい）、負の焦点距離を有する。したがって、例えば、仮想蜂の画像は、グリッド１５００内のゾーンプレートパターン１５０２、１５０４、１５０６、１５０８のうちの１つを通して、結合されることができ、仮想蝶の画像は、グリッド１５００内のゾーンプレートパターン１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の別のものを通して、結合されることができる。図１５には図示されないが、ゾーンプレートパターン１５０２、１５０４、１５０６、１５０８のそれぞれはまた、光をユーザの瞳孔の中に指向し、対応する仮想オブジェクトおよびゾーンプレートパターンが整合されることを確実にするために、フレネルレンズ１３００の場合のように、ユーザの瞳孔の移動に基づいて、偏移されることができる。

図１６は、本発明のある実施形態の動作の概略描写である。光振幅変調器１６０２は、光を画像毎に変調させ、３つの仮想オブジェクトを提示する。振幅変調光１６０４の第１の部分は、第１の仮想オブジェクトを提示するために使用され、振幅変調光１６０６の第２の部分は、第２の仮想オブジェクトを提示するために使用され、振幅変調光１６０８の第３の部分は、第３の仮想オブジェクトを提示するために使用される。振幅変調光１６０４、１６０６、１６０８の３つの部分はそれぞれ、限定された発散角度を有する。限定された発散角度は、光振幅変調器を照明する光（例えば、レーザ光）の高度なコリメーションと、これに対して光振幅変調器１６０２が光の発散を増加させる、限定された範囲とに起因し得る。光振幅変調器１６０２は、光の出射円錐を生産する、ピクセルを含むことができ、その発散は、入射照明の発散、回折、および／または反射性または透過性拡散光学材料の含有によって課される、上限および／または下限を有し得る。振幅変調光１６０４、１６０６、１６０８の第１、第２、および第３の部分は、それぞれ、位相変調器１６１６上に動的に形成され得る、第１のフレネルレンズパターン１６１０、第２のフレネルレンズパターン１６１２、および第３の１６１４フレネルレンズパターン上に入射する。動的に形成されるフレネルレンズパターン１６１０、１６１２、１６１４はそれぞれ、特定のライトフィールド曲率を振幅変調光１６０４、１６０６、１６０８の第１、第２、および第３の部分に付与するように選定される、焦点距離を有する。振幅変調光１６０４、１６０６、１６０８の一部の発散が、位相変調器１６１６に到達することに応じて、動的に形成されるフレネルレンズパターン１６１０、１６１２、１６１４は、正の焦点距離または負の焦点距離のいずれかを有することができる。しかしながら、概して、位相変調器１６１６と相互作用後、光は、仮想オブジェクト距離に関連する曲率半径を伴って、発散するであろう（収束とは対照的に）。いくつかの実施形態では、接眼レンズ３０８、３１０は、屈折力を有することができ、その場合、ユーザの眼位置３２０、３２２に到達する光の波面曲率は、接眼レンズ３０８、３１０の屈折力および動的に形成されるフレネルレンズパターン１６１０、１６１２、１６１４の屈折力の両方の関数であることに留意されたい。後者の場合、位相変調器１６１６から出射する光は、収束するであろうことが可能性として考えられる。図１６の右に示されるように、波面曲率制御される光１６１８の第１の部分は、第１の動的に形成されるフレネルレンズパターン１６１０の作用によって、振幅変調光１６０４の第１の部分から形成される。同様に、波面曲率制御される光１６２０の第２の部分は、第２の動的に形成されるフレネルレンズ１６１２の作用によって、振幅変調光１６０６の第２の部分から形成される。波面曲率制御される光１６２２の第３の部分は、第３の動的に形成されるフレネルレンズ１６１４の作用によって、振幅変調光１６０８の第３の部分から形成される。図３に示される実施形態の場合、波面曲率制御される光１６１８、１６２０、１６２２の３つの部分は、体積ホログラフィック回折格子接眼レンズを介して、ユーザの眼位置３２０、３２２に光学的に結合される。代替として、他のタイプの接眼レンズも、波面曲率制御される光１６１８、１６２０、１６２２の３つの部分をユーザの眼位置に結合するために使用されてもよい。図１６は、３つの仮想深度に表示される、３つの仮想オブジェクトを示すが、他の実施形態も、可能性として考えられる。例えば、１つ以上の仮想オブジェクトは、１つ以上の動的に形成されるフレネルレンズの作用によって形成される振幅変調光の１つ以上の部分を利用して、１つ以上の深度に表示されてもよい。いくつかの実施形態では、１つのフレネルレンズは、１つの仮想オブジェクトの深度または仮想コンテンツの１つの領域を決定するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、１つのフレネルレンズは、１つを上回る仮想オブジェクトの深度または仮想コンテンツの１つを上回る領域を決定するために使用されてもよい。

図４は、本発明のいくつかの実施形態による、透過性画像毎振幅変調器４０２および透過性位相変調器４０４を伴う、接眼ディスプレイ４００の略図である。ディスプレイ４００を通る光学経路４０１が、図面に示される。光源４０６は、透過性画像毎振幅変調器４０２に光学的に結合される。透過性画像毎振幅変調器４０２は、透過性位相変調器４０４に光学的に結合される。透過性位相変調器４０４は、光学経路折曲ミラー４０８または他の好適な光再指向装置を介して、ユーザの眼位置４１２の正面に位置付けられる、体積ホログラフィック回折格子接眼レンズ４１０に光学的に結合されてもよい。一実施形態によると、光源４０６、透過性画像毎振幅変調器４０２、および透過性位相変調器４０４は、左または右３Ｄ画像生成器３１２、３１４として使用される。図４に示される特定のレイアウトは、右画像生成器としての使用のために好適であろうことに留意されたい。代替実施形態によると、１つ以上のゾーンプレートパターンを形成するために使用され得る、第２の透過性振幅変調器が、透過性位相変調器４０４で代用されてもよい。いくつかの実施形態では、コリメートミラーまたはレンズ、プリズム、またはビームスプリッタ等の付加的光再指向装置コンポーネントが、光を眼位置の中に指向するために追加されてもよい。

図５は、本発明のある実施形態による、反射性振幅変調器５０２および反射性位相変調器５０４を伴う、接眼ディスプレイ５００の略図である。ディスプレイ５００を通る光学経路５０１が、示される。光源５０６は、反射性振幅変調器５０２に光学的に結合される。反射性振幅変調器５０２によって反射された振幅変調光は、反射性位相変調器５０４上に入射する。反射性位相変調器５０４によって再指向される、振幅および位相変調光は、光学経路折曲ミラー５０８または他の好適な光再指向装置を介して、光学経路折曲ミラー５０８から受け取られた光をユーザの眼位置５１２に再指向する、体積ホログラフィック回折格子接眼レンズ５１０に指向される。いくつかの実施形態では、コリメートミラーまたはレンズ、またはプリズム、またはビームスプリッタ、または偏光選択的フィルタ、または波長板等の付加的光再指向装置コンポーネントが、光が眼位置に指向されるにつれて、光学経路５０１に沿って配置されてもよい。

反射性振幅変調器５０２は、例えば、ＬＣｏＳ変調器またはＤＭＤ変調器であることができる。反射性位相変調器５０４は、例えば、ゼロ捻転電気制御式複屈折（ＺＴＥＣＢ）ＬＣｏＳ変調器であることができる。代替実施形態によると、図２に関連して上記に議論されるように、１つ以上のゾーンプレートパターンを形成するために使用される、第２の反射性振幅変調器が、反射性位相変調器５０４で代用される。

図６は、本発明のある実施形態による、透過性振幅変調器６０２および反射性位相変調器６０４を伴う、接眼ディスプレイ６００の略図である。ディスプレイ６００を通る光学経路６０１が、示される。光源６０６は、透過性振幅変調器６０２に光学的に結合される。透過性振幅変調器６０２を通して透過される過程において振幅変調される、光源６０６からの光は、反射性位相変調器６０４を覆うカバーウィンドウ６０８上に入射する。カバーウィンドウ６０８の外側表面６１０は、反射防止コーティング（図６では不可視）を提供されてもよい。空気を上回る屈折率を有する、カバーウィンドウ６０８は、反射性位相変調器６０４上の入射角を低減させるように機能し得る。反射性位相変調器６０４によってカバーウィンドウ６０８を通して反射された光は、体積ホログラフィック回折格子接眼レンズ６１２上に入射する。ホログラフィック回折格子接眼レンズ６１２は、眼位置６１４の正面に位置付けられてもよい。ホログラフィック回折格子接眼レンズ６１２は、透過性振幅変調器６０２によって振幅変調され、反射性位相変調器６０４によって位相変調された光を、眼位置６１４に向かって反射させるように機能し得る。いくつかの実施形態では、図４－５に関して前述で述べられたもの等の付加的光再指向装置コンポーネントが、光学経路に沿って、光を指向する、または偏光を制御するために追加されてもよい。透過性振幅変調器６０２は、例えば、液晶変調器であることができる。反射性位相変調器は、例えば、ＺＴＥＣＢ ＬＣｏＳ変調器であることができる。代替実施形態によると、図２に関連して上記に議論されるように、１つ以上のゾーンプレートパターンを形成するために使用される、反射性振幅変調器は、反射性位相変調器６１０で代用されてもよいことに留意されたい。

図７は、本発明のある実施形態による、反射性振幅変調器７０２および透過性位相変調器７０４を伴う、接眼ディスプレイ７００の略図である。ディスプレイ７００を通る光学経路７０１が、示される。光源７０６は、反射性振幅変調器７０２に光学的に結合される。カバーウィンドウ７１２が、反射性振幅変調器７０２にわたって提供される。カバーウィンドウ７１２は、１を上回る屈折率を有することによって、反射性振幅変調器上の入射角を低減させるように機能し得る。反射防止コーティング（図７では不可視）は、カバーウィンドウ７１２の外側表面７１４上に提供されることができる。反射性振幅変調器７０２によって振幅変調および反射される、光源７０６からの光は、透過性位相変調器７０４を通して、体積ホログラフィック回折格子接眼レンズ７０８に指向され、ホログラフィック回折格子接眼レンズ７０８によって、ユーザの眼位置７１０に向かって再指向される。いくつかの実施形態では、図４－６に関して前述で述べられたもの等の付加的光再指向装置コンポーネントが、光学経路に沿って、光を指向する、または偏光を制御するために追加されてもよい。

図８は、本発明の別の実施形態による、ＬＣｏＳ振幅変調器８３０とＬＣｏＳ位相変調器８３２との間のビームスプリッタ８２８を含む、接眼ディスプレイ８００の略図である。光エンジン８３４は、接眼ディスプレイ８００のための赤色－緑色－青色（ＲＧＢ）光源としての役割を果たすが、他の好適な光エンジン構成が、使用されてもよい。図８を参照すると、いくつかの実施形態では、赤色レーザダイオード８０２は、赤色レーザコリメートレンズ８０４を通して、赤色－緑色－青色（ＲＧＢ）ダイクロイックコンバイナ立方体８０８の赤色光入力面８０６の中に光学的に結合される。緑色レーザダイオード８１０は、緑色レーザコリメートレンズ８１２を通して、ＲＧＢダイクロイックコンバイナ立方体８０８の緑色光入力面８１４の中に光学的に結合される。同様に、青色レーザダイオード８１６は、青色レーザコリメートレンズ８１８を通して、ＲＧＢダイクロイックコンバイナ立方体８０８の青色光入力面８２０の中に光学的に結合される。ＲＧＢダイクロイックコンバイナ立方体８０８は、出力面８２２を有する。ＲＧＢダイクロイックコンバイナ立方体８０８は、赤色レーザダイオード８０２からの光を出力面８２２を通して反射させるように４５度に設定される、赤色反射ダイクロイックミラー（短波長通過ミラー）８２４を含む。ＲＧＢダイクロイックコンバイナ立方体８０８はまた、青色レーザダイオード８１６からの光を出力面８２２に反射させるように１３５度（赤色反射ダイクロイックミラー８２４と垂直）に設定される、青色反射ダイクロイックミラー（長波長通過）８２６を含む。緑色レーザダイオード８１０からの光は、赤色反射ダイクロイックミラー８２４および青色反射ダイクロイックミラー８２６を通して、出力面８２２に通過する（それによって透過される）。赤色反射ダイクロイックミラー８２４および青色反射ダイクロイックミラー８２６は、薄膜光学干渉フィルムとして実装されることができる。代替として、光エンジンは、レーザダイオード８０２、８１０、８１６からの光を組み合わせるために、ＲＧＢコンバイナ立方体８０８の代わりに、光子チップを利用することができる。

ＲＧＢコンバイナ立方体の出力面８２２から出射する光は、負のレンズ８３８後、コリメートされた光を出力するように、Ｇａｌｉｌｅａｎ望遠鏡構成内にあり得る、正のレンズ８４０を含み得る、随意のビームエクスパンダ８３６を通して通過することができる。代替として、負のレンズ８３８のみが、提供される。さらなる代替実施形態によると、ビームエクスパンダ８３６の代わりに、レーザビーム成形光学系が、提供されてもよい。例えば、１つ以上の実質的に均一の長方形断面ビームを生産するように構成される、レーザビーム成形光学系が、提供されてもよい。

ビームエクスパンダ８３６から出射する光、またはその不在の場合、光エンジン８３４から出射する光は、ビームスプリッタ８４４の入力面８４２に入射し、いくつかの実施形態では、４５度に配向される、ビームスプリッタ８４４内に内蔵される、部分反射体８４６に伝搬する。部分反射体８４６は、例えば、中立密度５０％反射体であることができる。光は、部分反射体８４６によって、ＬＣｏＳ振幅変調器８３０に反射される。光学経路８５０が、図８に示される。光学経路８５０の反射部分８５２は、光エンジン８３４からＬＣｏＳ振幅変調器８３０まで延在する。光学経路８５０の反射部分８５２は、部分反射体８４６において反射される。光は、ＬＣｏＳ振幅変調器８３０によって選択的に反射され、それによって、効果的に振幅変調される。ＬＣｏＳ振幅変調器８３０によって反射された光は、部分反射体８４６を交差し、光を部分反射体８４６に向かって戻るように反射させる過程において光を位相変調させる、ＬＣｏＳ位相変調器８３２に到達する、光学経路８５０の透過部分８５４を横断する。位相変調器８３２は、フレネルレンズの反射性類似物、フレネルレンズのグリッドアレイの反射性類似物、または複数のフレネルレンズの非グリッド重畳の反射性類似物として構成されることができる。位相変調器８３２は、大域的波面曲率または空間的に可変のローカル波面曲率を、ＬＣｏＳ振幅変調器８３０から受け取られた画像毎変調光に付与する役割を果たす。波面曲率または複数の曲率は、接眼ディスプレイ８００によって出力された画像のための１つ以上の効果的仮想画像距離を設定することができる。代替として、位相変調器によって形成されるフレネルレンズパターンの屈折力は、ユーザの眼位置８６６に到達する光が、接眼ディスプレイ８００によって出力された画像内に含まれる１つ以上の仮想オブジェクトに対応する、波面曲率または複数の曲率を有するように、光学経路８５０に沿った他の光学要素の屈折力を考慮して、設定されることができる。代替として、位相変調器の代わりに、第２の振幅変調器が、ゾーンプレートパターンを生成するために使用されてもよい。

ＬＣｏＳ位相変調器８３２によって反射された光は、部分反射体８４６によって、光学経路折曲ミラー８５８に向かって反射され、これは、光を、保護光学ウィンドウ８６０を通して、体積ホログラフィック接眼レンズ８６２に向かって反射させる。体積ホログラフィック接眼レンズ８６２は、光をユーザの眼位置８６６に向かって回折するように配向される、格子または他の光再指向特徴８６４を含む。接眼ディスプレイ８００は、図３に示される拡張現実眼鏡３００内で使用されることができる。

図９は、本発明のさらに別の実施形態による、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）光変調器９０６とＬＣｏＳ位相変調器９０８との間の一対のプリズム９０２、９０４を含む、接眼ディスプレイ９００の略図である。共通参照番号によって示されるように、接眼ディスプレイ９００のある要素は、図８に示される接眼ディスプレイ８００と共有され、その詳細に関しては、上記の説明を参照されたい。ビームエクスパンダ８３６から出射する光、またはビームエクスパンダ８３６が使用されない場合、ＲＧＢコンバイナ立方体８０８（または、例えば、光子チップに基づくもの等の代替光エンジン）から出射する光は、対のプリズム９０２、９０４の第１のプリズム９０２の入力面９１０に入射する。光は、次いで、第１のプリズム９０２の第２の角度付けられた表面９１２に到達し、角度表面９１２において第３の表面９１４にＴＩＲ反射される。光は、第３の表面から出射し、ＤＭＤ光変調器９０６に到達する。ＤＭＤ光変調器９０６は、マイクロミラーの２次元アレイ（図９には図示せず）を含み、これは、入力ビデオ信号の制御下、２つの配向のうちの１つに配向されることができる。「オフ状態」配向では、マイクロミラーは、光を（第３の表面９１４に再入射することに応じた屈折後）、第２の角度表面９１２における全内部反射（ＴＩＲ）のための臨界角を上回る角度で反射させる。他方、「オン状態」配向では、マイクロミラーは、光を（第３の表面９１４に再入射することに応じた屈折後）、第２の角度表面９１２における全内部反射（ＴＩＲ）のための臨界角を下回る角度で反射させる。グレースケール（例えば、８ビット、０～２５５光レベル）変調の効果を達成するために、各マイクロミラーがオン状態である、フレーム周期のパーセンテージが、制御される。第３の表面９１４を通して通過する、「オン状態」におけるマイクロミラーによって反射された光は、対のプリズム９０２、９０４の第２のプリズム９０４の第１の角度付けられた表面９１８への間隙９１６を横断し、第２のプリズム９０４に入射する。その後、光は、第２のプリズム９０４の第２の表面９２０に到達し、そこから出射し、ＬＣｏＳ位相変調器９０８に衝突する。ＬＣｏＳ位相変調器９０８は、光を位相変調し、第２のプリズムの第２の表面９２０を通して戻るように反射させる。光は、ＬＣｏＳ位相変調器９０８上に垂直に入射しないため、また、ある角度で反射され、入射および反射された光線方向間の差異は、光が第２のプリズムの第１の角度表面９１８に到達すると、光が、臨界角を上回り、したがって、第２のプリズム９０４の第３の出射表面９２２に向かって反射されるようなものである。第３の出射表面９２２から出射する光は、図８を参照して上記に説明されるように、眼位置８６６に伝搬される。

図１０は、本発明のなおもさらなる実施形態による、ＯＬＥＤ画像毎強度変調光源１００２と空間位相変調器１００４との間のビームスプリッタ８２８を含む、接眼ディスプレイ１０００の略図である。ＯＬＥＤマイクロディスプレイの形態をとり得る、ＯＬＥＤ画像毎強度変調光源１００２は、発光型ディスプレイであって、したがって、図８および図９に示されるコンポーネント、例えば、レーザダイオード、コリメートレンズ、ＲＧＢコンバイナ立方体は、図１０に示される接眼ディスプレイ１０００では利用されない。ＯＬＥＤ画像毎強度変調光源１００２からの光の一部は、ビームスプリッタ８２８を通して、空間位相変調器１００４に結合される。空間位相変調器１００４は、ＬＣｏＳ位相変調器の形態をとることができる。いくつかの実施形態では、ビームスプリッタは、ある割合（例えば、公称上、１／２）の入射光を反射させ、ある割合の入射光を透過させる、中立密度ビームスプリッタの形態をとることができる。空間位相変調器によって反射および位相変調された光の一部は、ビームスプリッタ８２８に内蔵される部分反射体８４６において、折曲ミラー８５８に向かって反射され、したがって、図８を参照して上記でより完全に説明される、光学経路を通して、ユーザ眼位置８６６に伝搬する。いくつかの実施形態では、図４－７に関して前述で述べられたもの等の他の好適な光再指向コンポーネントが、折曲ミラー８５８に加え、またはその代わりに、使用されてもよい。

図１１は、本発明のいくつかの実施形態による、接眼ディスプレイシステム１１００のブロック図である。システム１１００は、左眼追跡カメラ３２４、右眼追跡カメラ３２６に結合される、プロセッサ１１０２と、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）１１０４と、メモリ１１０６とを含む。メモリ１１０６は、例えば、プロセッサ１１０２、ＧＰＵ１１０４、およびメモリ１１０６の組み合わせが、より大きい電子回路を形成するように、トランジスタ回路を含むことができる。メモリ１１０６は、プロセッサ１１０２およびＧＰＵ１１０４によって実行される、ゲームエンジン１１０８を含んでもよい。ゲームエンジン１１０８は、３Ｄ場面データ１１１０を維持（例えば、記憶および更新）し、右眼仮想カメラ１１１２および左眼仮想カメラ１１１４を実装し、これは、３Ｄ場面データ１１１０が定義される、３Ｄ仮想環境内の座標オフセットによって相互に異なる。座標オフセットは、ヒトの眼の間隔に対応し、随意に、ユーザ毎に設定され得る。仮想カメラ１１１２、１１１４毎に、頭部配向方向に固定される錐台が、定義され、レンダリングするための３Ｄ場面データの一部を選択するために使用される。ＧＰＵ１１０４は、Ｚ－バッファ１１１６と、右フレームバッファ１１１８と、左フレームバッファ１１２０とを含む。右眼仮想カメラ１１１２は、右眼場面データを右フレームバッファ１１１８に結合および転送する。同様に、左眼仮想カメラ１１１４は、左眼場面データを左フレームバッファ１１２０に結合および提供する。ゲームエンジン１１０８はまた、３Ｄ場面データ１１１０内の点に関する深度座標情報をＧＰＵ１１０４のＺ－バッファ１１１６に提供する。

プロセッサ１１０２はさらに、左空間位相／ゾーンプレート変調器ドライバ１１２２と、右空間位相／ゾーンプレート変調器ドライバ１１２４とに結合される。ＧＰＵ１１０４は、右眼画像および左眼画像が、右フレームバッファ１１１８および左フレームバッファ１１２０から、それぞれ、左空間振幅変調器１１２６および右空間振幅変調器ドライバ１１２８に出力され得るように、左空間振幅変調器ドライバ１１２６と、右空間振幅変調器ドライバ１１２８とに結合される。各変調器ドライバが個別のプレート変調器を駆動（例えば、制御）するように、左空間位相／ゾーンプレート変調器１１２２は、左空間位相またはゾーンプレート変調器１０８Ｌ、２０８Ｌに結合され、右空間位相／ゾーンプレート変調器１１２４は、右空間位相またはゾーンプレート変調器１０８Ｒ、２０８Ｒに結合される。

１つの動作モードによると、プロセッサ１１０２は、眼追跡カメラ３２４、３２６から、ユーザが見ている方向を示す情報を受信する。プロセッサ１１０２は、Ｚ－バッファ１１１６から、ユーザが見ている方向に対応する、またはそれに最も近い、仮想コンテンツの深度を示す、情報にアクセスする。プロセッサ１１０２は、次いで、ユーザが見ている方向に対応する、またはそれに最も近い、仮想コンテンツの深度に基づく焦点距離を有する、フレネルレンズパターンまたはゾーンプレートパターンを、空間位相／ゾーンプレート変調器ドライバ１１２２、１１２４に伝送する。ドライバ１１２４、１１２４に伝送される、フレネルレンズまたはゾーンプレートパターンの焦点距離は、ユーザの眼に到達する光の波面の曲率が、ユーザが見ている方向と関連付けられた（それに対応する、またはそれに最も近い）、Ｚ－バッファからの値の逆数となるであろうように、空間振幅変調器１０６Ｌ、２０６Ｌ、１０８Ｒ、２０８Ｒとユーザの眼位置との間の経路内の任意の他の光学要素（例えば、接眼レンズ３０８、３１０）の屈折力を考慮して、設定される。さらに、空間位相／ゾーンプレート変調器ドライバに伝送される、フレネルレンズまたはゾーンプレートパターンは、いくつかの実施形態では、眼追跡カメラ３２４、３２６から取得されるユーザの瞬間瞳孔位置としての情報に基づいて、光をユーザの瞳孔に向かって操向するように偏移される（例えば、図１３に示されるように）。

代替実施形態によると、プロセッサ１１０２は、Ｚ－バッファから、複数の仮想オブジェクトの深度を示す、情報にアクセスする。プロセッサ１１０２は、次いで、フレネルレンズパターンまたはゾーンプレートパターンのグリッドを生成し、複数のフレネルレンズパターンまたはゾーンプレートパターンはそれぞれ、ユーザの眼位置に到達する光の曲率をＺ－バッファからアクセスされる情報に基づくような対応する仮想オブジェクトの距離に合致する値に設定するように選択される、焦点距離を有する。先行実施形態に関する変形例によると、複数のフレネルレンズパターンまたはゾーンプレートパターンは、非グリッド配列に位置付けられる。

本明細書の上記で参照される光学結合は、１つのコンポーネントから伝搬する光が、第２のコンポーネントによって受け取られるように相対的に位置付けられる、光学コンポーネント間の光の自由空間伝搬を通した結合を含むことができる。画像毎強度変調光、画像毎変調光、振幅変調光、画像毎振幅変調光、および画像毎変調光は、本願では、画像が経時的に変化するにつれて振幅（すなわち、所与の波長に関する強度）を変化させ得る、光内にエンコードされた画像データを示すために同義的に使用される。

Claims (14)

1. 接眼ディスプレイシステムであって、
   光源と、
   空間振幅変調器と、
   空間位相変調器であって、前記空間位相変調器は、波面曲率を前記光源から受け取られた光に付与するように構成され、前記波面曲率は、仮想画像距離の逆数である、空間位相変調器と、
   前記空間位相変調器に結合される位相変調器ドライバであって、前記位相変調器ドライバは、回折レンズパターンを前記空間位相変調器上に生成するように構成され、前記位相変調器ドライバは、深度情報を受信し、前記深度情報に基づいて、前記回折レンズパターンを生成するように構成される、位相変調器ドライバと、
   眼結合光学系であって、前記光源は、前記空間振幅変調器および前記空間位相変調器を通して、前記眼結合光学系に光学的に結合される、眼結合光学系と
   を備える、接眼ディスプレイシステム。
2. 前記光源から前記眼結合光学系までの光学経路をさらに備え、前記光学経路は、最初に、前記空間位相変調器に到達する前に、前記空間振幅変調器に到達する、請求項１に記載の接眼ディスプレイシステム。
3. 前記光源は、レーザダイオードを含む、請求項１に記載の接眼ディスプレイシステム。
4. 前記眼結合光学系は、回折格子を備える、請求項１に記載の接眼ディスプレイシステム。
5. 前記回折格子は、体積ホログラフィック格子を備える、請求項４に記載の接眼ディスプレイシステム。
6. 前記空間位相変調器は、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）変調器を備える、請求項１に記載の接眼ディスプレイシステム。
7. 前記空間振幅変調器は、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）変調器を備える、請求項６に記載の接眼ディスプレイシステム。
8. 前記空間振幅変調器は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を備える、請求項１に記載の接眼ディスプレイシステム。
9. 空間振幅変調器と前記空間位相変調器との間に配置されるプリズムをさらに備える、請求項８に記載の接眼ディスプレイシステム。
10. 前記空間振幅変調器と前記空間位相変調器との間に位置するビームスプリッタをさらに備え、
    前記光源から前記眼結合光学系までの光学経路が存在し、
    前記ビームスプリッタによって反射される前記光学経路の反射部分は、前記光源から第１のコンポーネントまで延在し、
    前記ビームスプリッタを通して透過される前記光学経路の透過部分は、前記第１のコンポーネントから第２のコンポーネントまで延在し、
    前記第１のコンポーネントは、前記空間振幅変調器であり、
    前記第２のコンポーネントは、前記空間位相変調器である、
    請求項１に記載の接眼ディスプレイシステム。
11. 仮想コンテンツを生成する方法であって、
    光源を介して光を生成することと、
    空間振幅変調器を介して前記光の振幅を修正することであって、出力は、振幅変調光である、ことと、
    空間位相変調器を介して前記振幅変調光の位相を修正することであって、前記空間位相変調器は、波面曲率を前記光源から受け取られた光に付与し、前記波面曲率は、仮想画像距離の逆数であり、出力は、振幅および位相変調光である、ことと、
    深度情報を受信することと、
    回折レンズパターンを空間位相変調器上に生成することであって、前記回折レンズパターンは、前記深度情報に基づく、ことと、
    眼結合光学系を介して前記振幅および位相変調光を眼に結合することと
    を含む、方法。
12. 空間振幅変調器と前記空間位相変調器との間に配置される少なくとも１つのプリズムを通して前記光を反射させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 空間振幅変調器と前記空間位相変調器との間に配置される少なくとも１つのビームスプリッタを通して前記光を分割することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 接眼ディスプレイシステムであって、
    光源と、
    デジタルマイクロミラー変調器アレイと、
    空間位相変調器であって、前記空間位相変調器は、波面曲率を前記光源から受け取られた光に付与するように構成され、前記波面曲率は、仮想画像距離の逆数である、空間位相変調器と、
    前記空間位相変調器に結合される位相変調器ドライバであって、前記位相変調器ドライバは、回折レンズパターンを前記空間位相変調器上に生成するように構成され、前記位相変調器ドライバは、深度情報を受信し、前記深度情報に基づいて、前記回折レンズパターンを生成するように構成される、位相変調器ドライバと、
    眼結合光学系であって、前記光源は、前記デジタルマイクロミラー変調器アレイおよび前記空間位相変調器を通して、前記眼結合光学系に光学的に結合される、眼結合光学系と
    を備える、接眼ディスプレイシステム。

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