(57)【要約】ユーザーに対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置が開示される。本装置は、画像投影手段と、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構と、制御機構と、少なくとも１つの光学デバイスと、を備える。画像投影手段は、３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを投影する。少なくとも１つの光学ディスプレイ機構は、複数の光学素子を備える。複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である。制御機構は、第１の光学状態から第２の光学状態に各光学素子を別々に切り換えるように、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構を制御し、第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを投影するように、画像投影手段を制御するように動作可能である。少なくとも１つの光学デバイスは、ユーザーの各眼に対して３次元画像を表示できるようにする。【選択図】図１Ａ
2021516781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーの眼（１０２Ａ、１０２Ｂ）に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置（１００）であって、
前記３次元画像に対応する、第１のセットの画像（１０６Ａ、１２２Ａ、１２０Ａ）および第２のセットの画像（１０６Ｂ、１２２Ｂ、１２０Ｂ）を投影するための画像投影手段（１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ、３０４、４０４）であって、前記第１のセットの画像および前記第２のセットの画像の対応画像が、前記３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している、画像投影手段と、
複数の光学素子（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆ）を備える、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構（１０８）であって、前記複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構と、
前記画像投影手段および前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構の各々に動作可能に接続された制御機構（１１２）であって、
・  前記第１の光学状態から前記第２の光学状態に前記複数の光学素子の各光学素子を別々に切り換えるように、前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構を制御し、
・  前記ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示するために、前記第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを投影するように、前記画像投影手段を制御するように動作可能である、
制御機構と、
前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構と前記ユーザーの前記眼との間に配置されており、前記ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示できるようにする、少なくとも１つの光学デバイス（１１４Ａ、１１４Ｂ、１１６Ａ、１１６Ｂ、１１８Ａ、１１８Ｂ、２０６）と、を備える、
ニアアイディスプレイ装置（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構および前記制御機構の各々に動作可能に接続された電圧源をさらに備え、
前記制御機構がさらに、
・  前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構に電圧を印加して、前記第２の光学状態から前記第１の光学状態に各光学素子を切り換えるように、または
・  前記印加された電圧を除去して、前記第１の光学状態から前記第２の光学状態に前記光学素子を切り換えるように、
前記電圧源を制御するように動作可能である、請求項１に記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１の光学状態は、光学的に透明な状態であり、
前記第２の光学状態は、光学的に不透明な状態である、請求項１または２に記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項４】
前記制御機構に接続されたデータ記憶媒体をさらに備え、
前記データ記憶媒体が、前記３次元画像に対応する、前記第１のセットの画像および前記第２のセットの画像を記憶するように動作可能である、請求項１から３のいずれかに記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項５】
前記データ記憶媒体が、高スループット有線通信ネットワークまたは高スループット無線通信ネットワークのうちの少なくとも１つを使用して、前記制御機構に接続されている、請求項４に記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項６】
前記３次元画像は、仮想現実（Virtual Reality：ＶＲ）環境および拡張現実（Augmented Reality：ＡＲ）環境のうちの少なくとも１つに関連している、請求項１から５のいずれかに記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光学デバイスが、光コンバイナとして実装されており、
前記光コンバイナは、コンピュータ生成画像のビューと現実世界の環境のビューを組み合わせて、前記ユーザーの前記眼に対して前記ＡＲ環境を表示するように動作可能である、請求項６に記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項８】
前記光コンバイナは、部分的に透明なミラー、プリズム、導波管、ホログラフィック光学素子、レンズ、切り換え可能なガラスのうちの少なくとも１つとして実装されている、請求項７に記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項９】
前記制御機構に動作可能に接続された画像捕捉デバイスをさらに備え、
前記現実世界の環境の前記ビューが、前記画像捕捉デバイスを使用して生成される、請求項７または８に記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記画像投影手段と前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構との間に配置された少なくとも１つの第２の光学デバイスをさらに備え、
前記少なくとも１つの第２の光学デバイスが、前記複数の光学素子上に画像の前記ペアを投影できるように動作可能である、請求項１から９のいずれかに記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記複数の光学素子が、モノリシック構造を形成している、請求項１から１０のいずれかに記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項１２】
複数の光学素子の各々が、
・  互いに等距離であるか、または
・  互いに異なる距離で配置されている、
請求項１から１０のいずれかに記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項１３】
複数の光学素子の各々の間の前記距離が、０．２ミリメートル以上である、請求項１２に記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記複数の光学素子の各々の能動物質が、液晶を含む、請求項１から１３のいずれかに記載のニアアイディスプレイ装置。
【請求項１５】
ニアアイディスプレイ装置を使用して３次元画像を表示する方法であって、
前記ニアアイディスプレイ装置は、複数の光学素子を備え、
前記複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能であり、
前記３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を投影するステップであって、前記第１のセットの画像および前記第２のセットの画像の対応画像が、前記３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している、ステップと、
前記第１の光学状態から前記第２の光学状態に前記複数の光学素子の各光学素子を別々に切り換えるステップと、
前記第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを提供することによって、ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示するステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
電圧を印加して、前記第２の光学状態から前記第１の光学状態に各光学素子を切り換えるステップと、
前記印加された電圧を除去して、前記第１の光学状態から前記第２の光学状態に前記光学素子を切り換えるステップと、をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の光学状態は、光学的に透明な状態であり、
前記第２の光学状態は、光学的に不透明な状態である、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の光学素子が、連続的な方式、インターレース方式、任意の方式、または内容に応じた方式で、前記第１の光学状態と前記第２の光学状態との間で切り換えられる、請求項１５から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記３次元画像に対応する、前記第１のセットの画像および前記第２のセットの画像を記憶するステップをさらに含む、請求項１５から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記３次元画像は、仮想現実（Virtual Reality：ＶＲ）環境および拡張現実（Augmented Reality：ＡＲ）環境のうちの少なくとも１つに関連している、請求項１５または１９に記載の方法。
【請求項２１】
現実世界の環境のビューを捕捉して、前記ＡＲ環境を生成するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法は、輻輳角に基づいて、前記形成された画像のペアの各々についての視差値を調整するステップを含み、
前記輻輳角は、それぞれの焦点調節の光学平面に対応付けられている、請求項１５から２１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的にディスプレイシステムに関し、より具体的には、３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置に関する。
【背景】
【０００２】
一般的に、非常に長い期間にわたって、様々な形態で映像メディアが人々に提示されてきた。例えば、ビデオ（または画像）の形態での映像メディアが、娯楽、科学、防衛、医療目的等の様々な目的で観者に対して提示されてきた。最近、映像メディアの表示および利用の両方が、次第に複雑な形態を取りつつある。例えば、観者に対してより多くの情報および利用品質が向上した内容を提供できるように、ビデオが、次第に３次元フォーマットで提示されるようになっている。
【０００３】
従来から、３次元ビデオは、観者に対して、立体視のような技術を使用することによって、コンピュータスクリーンまたはシネマスクリーン等の２次元平面上に提示されている。さらに、様々なソフトウェアベースの技術が、３次元ビデオに追加の情報を組み込むために採用され得る。例えば、線遠近法、シェーディング、オクルージョン、テクスチャー等の技術が、観者に対して３次元ビデオ内の奥行の手がかりを表示できるようにするために採用され得る。しかしながら、そのような従来の表示技術は、多数の問題を伴っている。
【０００４】
３次元ビデオの従来の表示技術は、観者に対して、奥行の表示の錯視を提供しているだけである。さらに、そのような表示技術によって、観者は、３次元ビデオで提示される物体の実際の奥行に対応付けられている場合がある必須の情報を知覚することを制限される。例えば、観者は、コンピュータ支援設計（Computer-Aided Design：ＣＡＤ）ソフトウェアアプリケーションを使用して設計されるコンピュータ生成の物体の異なる平面に対応する情報を正しく知覚することができない。さらに、そのような従来の表示技術は、適合的眼球離反運動の不一致を伴う。提示された３次元ビデオ内の異なる見かけの距離に配置される画像の異なる部分に焦点を合わせようとすると、観者の眼が揺れ動く。そのような適合的眼球離反運動の不一致は、眼の疲労、頭痛等により、観者にとって不快な体験につながる。それによって、３次元ビデオの利用が、患者にとって親しみにくいものになる。さらに、そのような従来の表示技術は、通常、ニアアイディスプレイ等で観者の眼から近い距離で３次元画像を十分に提示することができていない。
【０００５】
したがって、前述の考察を鑑み、観者に対する３次元映像メディアの表示の従来の技術に伴う前述の問題点を克服する必要がある。
【摘要】
【０００６】
本開示は、ユーザーの眼に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置を提供することを追求する。本開示はまた、ニアアイディスプレイ装置を使用して３次元画像を表示する方法を提供することを追求する。本開示は、観者に対する３次元映像メディアの表示の従来の技術に伴う既存の問題の解決法を提供することを追求する。本開示の目的は、先行技術で遭遇する問題を少なくとも部分的に克服し、観者に対して３次元画像を表示するニアアイディスプレイ装置および方法を提供する解決法を提供することである。一態様では、本開示の実施形態は、ユーザーの眼に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置を提供する。当該装置は、
前記３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を投影するための画像投影手段であって、前記第１のセットの画像および前記第２のセットの画像の対応画像が、前記３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している、画像投影手段と、
複数の光学素子を備える、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構であって、前記複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構と、
前記画像投影手段および前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構の各々に動作可能に接続された制御機構であって、
・  前記第１の光学状態から前記第２の光学状態に前記複数の光学素子の各光学素子を別々に切り換えるように、前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構を制御し、
・  前記ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示するために、前記第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを投影するように、前記画像投影手段を制御するように動作可能である、
制御機構と、
前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構と前記ユーザーの前記眼との間に配置されており、前記ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示できるようにする、少なくとも１つの光学デバイスと、
を備える。
【０００７】
別の態様では、本開示の実施形態は、ニアアイディスプレイ装置を使用して３次元画像を表示する方法を提供する。
前記ニアアイディスプレイ装置は、複数の光学素子を備え、
前記複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である。当該方法は、
前記３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を投影するステップであって、前記第１のセットの画像および前記第２のセットの画像の対応画像が、前記３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している、ステップと、
前記第１の光学状態から前記第２の光学状態に前記複数の光学素子の各光学素子を別々に切り換えるステップと、
前記第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを提供することによって、ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示するステップと、
を含む。
【０００８】
本開示の実施形態は、先行技術の前述の問題を実質的に解消するか、または少なくとも部分的に対処し、観者に対して３次元映像メディアの効果的な表示を可能にする。
【０００９】
本開示の追加の態様、利点、特徴、および対象は、添付の特許請求の範囲と共に解釈される例示的な実施形態の図面および詳細な説明から明確になるであろう。
【００１０】
本開示の特徴は、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、様々な組み合わせで組み合わせ可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
上記摘要および例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むと、より十分に理解される。本開示を示す目的で、本開示の例示的な構成が図面で示される。しかしながら、本開示は、本明細書で開示される特定の方法および手段に限定されない。さらに、当業者は、図面が縮尺どおりでないことを理解するであろう。可能な限り、同様の要素が、同一の番号で示されている。
【００１２】
ここで、本開示の実施形態は、以下の図を参照して、例示としてのみ説明される。
【図１Ａ】本開示の様々な実施形態による、ユーザーの眼に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置の概略図である。
【図１Ｂ】本開示の様々な実施形態による、ユーザーの眼に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置の概略図である。
【図１Ｃ】本開示の様々な実施形態による、ユーザーの眼に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置の概略図である。
【図１Ｄ】本開示の様々な実施形態による、ユーザーの眼に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置の概略図である。
【図２Ａ】本開示の実施形態による、ユーザーの眼に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置の概略図である。
【図２Ｂ】本開示の実施形態による、図２Ａのニアアイディスプレイ装置の例示的な使用の概略図である。
【図３】本開示の実施形態による、ＶＲヘッドセットに実装されている、（図１Ａのニアアイディスプレイ装置等の）ニアアイディスプレイ装置の概略図である。
【図４Ａ】本開示の様々な実施形態による、ＡＲヘッドセットに実装されている、（図１Ａのニアアイディスプレイ装置等の）ニアアイディスプレイ装置の概略図である。
【図４Ｂ】本開示の様々な実施形態による、ＡＲヘッドセットに実装されている、（図１Ａのニアアイディスプレイ装置等の）ニアアイディスプレイ装置の概略図である。
【図５】本開示の実施形態による、ニアアイディスプレイ装置を使用して３次元画像を表示する方法のステップの図である。
【００１３】
添付図面では、下線付き番号は、下線付き番号が配置されている部材、または下線付き番号が隣接している部材を表すために使用される。下線無しの番号は、下線無しの番号を部材につなぐ線によって識別される部材に関する。番号が下線無しであり、対応付けられた矢印を伴うとき、下線無しの番号は、矢印が指す全体的な部材を識別するために使用される。
【実施形態の詳細説明】
【００１４】
以下の詳細説明は、本開示の実施形態および実施形態が実装され得る方法を示す。本開示を実行するモードの一部が開示されているが、当業者は、本開示を実行または実施するための他の実施形態もまた可能であることを認識するであろう。
【００１５】
一態様では、本開示の実施形態は、ユーザーの眼に対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置を提供する。当該装置は、
前記３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を投影するための画像投影手段であって、前記第１のセットの画像および前記第２のセットの画像の対応画像が、前記３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している、画像投影手段と、
複数の光学素子を備える、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構であって、前記複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構と、
前記画像投影手段および前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構の各々に動作可能に接続された制御機構であって、
・  前記第１の光学状態から前記第２の光学状態に前記複数の光学素子の各光学素子を別々に切り換えるように、前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構を制御し、
・  前記ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示するために、前記第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを投影するように、前記画像投影手段を制御するように動作可能である、
制御機構と、
前記少なくとも１つの光学ディスプレイ機構と前記ユーザーの前記眼との間に配置されており、前記ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示できるようにする、少なくとも１つの光学デバイスと、
を備える。
【００１６】
別の態様では、本開示の実施形態は、ニアアイディスプレイ装置を使用して３次元画像を表示する方法を提供する。
前記ニアアイディスプレイ装置は、複数の光学素子を備え、
前記複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である。当該方法は、
前記３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を投影するステップであって、前記第１のセットの画像および前記第２のセットの画像の対応画像が、前記３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している、ステップと、
前記第１の光学状態から前記第２の光学状態に前記複数の光学素子の各光学素子を別々に切り換えるステップと、
前記第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを提供することによって、ユーザーの各眼に対して前記３次元画像を表示するステップと、
を含む。
【００１７】
本開示は、ニアアイディスプレイ装置を提供する。このニアアイディスプレイ装置は、画像投影手段と、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構と、制御機構と、少なくとも１つの光学デバイスと、を備える。少なくとも１つの光学ディスプレイ機構は、複数の光学素子を備える。複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である。さらに、３次元画像に対応する画像の別々のペアが、第２の光学状態にある複数の光学素子のうちのある光学素子上に投影される。その後、投影された３次元画像がユーザーの各眼に対して表示される。このような複数の光学素子を使用する３次元画像の表示により、３次元画像に対応付けられたユーザーの奥行の知覚を向上させることができる。さらに、全体の３次元画像を構成する画像の別々のペアが、３次元空間に配置された複数の光学素子に対応する異なる物理的な層で提示される。それによって、ユーザーの眼が、３次元画像に対応付けられた、知覚される物理的な異なる奥行（眼からの距離）で適切に焦点を合わせることができる。言い換えると、ユーザーからより遠くの３次元画像の断面は、ユーザーの眼により近い３次元画像の当該断面よりも、ユーザーの眼からより遠くの光学素子上でレンダリングされる。これにより、ユーザーは、３Ｄ画像を眺めるときに異なる奥行距離に焦点を合わせることができる。したがって、このニアアイディスプレイ装置および本方法は、３次元映像メディアを表示するための従来の技術に伴う適合的眼球離反運動の不一致の問題を実質的に克服する。その結果、適合的眼球離反運動の不一致の問題のそのような克服によって、ユーザーの視聴体験を確実に快適にする。さらに、ニアアイディスプレイ装置は、仮想現実（Virtual Reality：ＶＲ）および拡張現実（Augmented Reality：ＡＲ）ヘッドセットに実装すること等によって、ユーザーの眼の近くで３次元映像メディアを提示するために使用され得る。
【００１８】
本開示の全体を通じて、本明細書で使用される「ニアアイディスプレイ装置」という用語は、ニアアイディスプレイ装置のユーザーの眼の近くに配置され得るデバイスに関する。デバイスは、ユーザーの頭にニアアイディスプレイ装置を（取り付けることによって）ユーザーが着用できるようにすること等によって、ユーザーの眼の近くに配置され得る。さらに、そのようなニアアイディスプレイ装置によって、ユーザーの眼に対して画像および／またはビデオを表示することができる。そのようなニアアイディスプレイ装置の例としては、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display：ＨＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display：ＨＵＤ）、ＶＲディスプレイデバイス、ＡＲディスプレイデバイス等が挙げられるが、これらに限定されない。一例では、ニアアイディスプレイ装置は、ユーザーに対して、３次元（または３Ｄ）物体に対応付けられた画像またはビデオを提示することができる。そのような画像またはビデオは、コンピュータ生成の（または仮想の）物体、現実の物体等に対応し得る。３次元画像は、現実世界の物体、または物体の３次元モデル等のコンピュータレンダリングの物体の３次元表示を指し得る。３次元画像は、複数の異なる物体を有する、風景または空間の画像を指し得る。
【００１９】
一例では、ニアアイディスプレイ装置上に表示される複数の画像（またはビデオ）は、同じ３次元画像に対応する。そのような複数の画像（またはビデオ）は、３次元画像の異なる断面を表す部分（またはスライス）であり得る。例えば、３次元画像は、コンピュータ生成の（球等の）球形の物体であり得る。そのような例では、複数の画像は、１２の画像を含む。複数の画像の各々は、球形の物体の異なる断面に対応し得る。さらに、複数の画像の最初および最後はそれぞれ、球形の物体の（最小の直径を有する）前方および後方の円形平面に対応し得る。一方、第６の画像は、球形の物体の（最大の直径を有する）中央の円形平面に対応し得る。
【００２０】
本装置は、画像投影手段を備える。この画像投影手段は、３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を投影する。第１のセットの画像および第２のセットの画像の対応画像は、３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している。本開示の全体を通じて、本明細書で使用される「画像投影手段」という用語は、画像および／またはビデオを投影することができるデバイスに関する。そのような画像投影手段は、（スクリーン等の）表面上に画像および／またはビデオを投影することができるプロジェクタとして実装され得る。
【００２１】
第１のセットの画像および第２のセットの画像は、３次元画像の異なる断面に対応する部分（またはスライス）である。さらに、第１のセットの画像および第２のセットの画像の対応画像は、３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している。一例では、３次元画像は、長方形ボックスに対応する。この長方形ボックスは、１４の画像に対応付けられている。各画像は、長方形ボックスの異なる断面に対応する。そのような例では、第１のセットおよび第２のセットの画像の各々の第１の画像は、長方形ボックスの正面に対応する（第１のセットおよび第２のセットの当該第１の画像は、同じ画像であり得る）。第１のセットおよび第２のセットの画像の各々の第１４の画像は、長方形ボックスの背面に対応する。そのような例では、第１のセットおよび第２のセットの各々の対応画像が、３次元画像の同じ断面に対応し、したがって、そのような対応画像が、画像のペアを形成していることが理解されるであろう。前述の例では、第１のセットおよび第２のセットの画像の各々の第１の画像は、画像の第１のペアを形成している。第１のセットおよび第２のセットの画像の各々の第２の画像は、画像の第２のペアを形成している。以降も同様である。あるいは、第１のセットおよび第２のセットの画像の対応画像は、異なる画像、例えば、３次元画像の特定の断面の少しシフトした視点を表す画像であり得る。さらに、第１のセットの画像および第２のセットの画像はそれぞれ、ニアアイディスプレイ装置のユーザーの左眼および右眼のために表示される画像（またはビデオのフレーム）に対応してもよい。例えば、第１のセットの画像は、ユーザーの左眼のために表示され得る。第２のセットの画像は、ユーザーの右眼のために表示され得る。
【００２２】
画像投影手段は、多くの数の当該画像（またはビデオのフレーム）を毎秒投影することができ得る。そのような毎秒の数多くの投影画像は、本開示の全体を通じて、画像投影手段の「ボリュメトリックリフレッシュレート」（または「Ｖｐｓ」と略される「１秒当たりのボリューム」）と呼ばれている。画像投影手段のボリュメトリックリフレッシュレートは、第１のセットおよび／または第２のセットの画像の各画像（または画像の各ペア）が画像投影手段によって毎秒投影される回数に対応し得る。例えば、第１のセットおよび第２のセットの画像が１０（または例えば４〜８）の画像を含み、画像投影手段が５０Ｖｐｓのボリュメトリックリフレッシュレートを有するとき、画像投影手段は、１０×５０の画像（すなわち５００の画像）を毎秒投影することができる。一実施形態では、画像投影手段は、５０Ｖｐｓを超えるボリュメトリックリフレッシュレートを有する。任意で、画像投影手段は、少なくとも１００Ｖｐｓのボリュメトリックリフレッシュレートを有する。そのようなボリュメトリックリフレッシュレートは、米国テキサス州ダラスのＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．によって開発されたＤＬＰ（登録商標）技術を採用することによって達成され得る。また、高速強誘電性ＬＣＯＳ、例えば、Ｆｏｒｔｈ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ＬＣＯＳ（登録商標）が使用され得る。
【００２３】
一実施形態では、画像投影手段は、第１のセットの画像および第２のセットの画像の両方を同時に投影することができる単一のプロジェクタを備える。例えば、画像投影手段は、第１のセットおよび第２のセットの画像が予め定められた物理的なギャップで分離されるように、第１のセットおよび第２のセットの画像を投影することができる。別の実施形態では、画像投影手段は、２つの別々のプロジェクタを備え得る。２つのプロジェクタの各々は、個々に、第１のセットの画像および第２のセットの画像をそれぞれ投影することができる。さらに別の実施形態では、画像投影手段は、単一の画像プロジェクタを備える。この単一の画像プロジェクタは、ユーザーの両眼のために３次元画像に対応する単一のセットの画像を投影することができる。
【００２４】
本装置は、複数の光学素子を備える少なくとも１つの光学ディスプレイ機構を備える。本開示の全体を通じて使用される「光学ディスプレイ機構」という用語は、３次元画像に対応する投影画像を表示するための装置に配置されている光学ディスプレイデバイスに関する。さらに、光学ディスプレイ機構は、画像を表示するための複数の光学素子を備える。本明細書で使用される「光学素子」という用語は、スクリーン上に投影画像を表示することができるスクリーンに関する。一例では、光学素子は、光ディフューザであり得る。別の例では、光学ディスプレイ機構は、複数の光ディフューザを備えるボリュメトリックディスプレイ機構として実装され得る。
【００２５】
さらに、複数の光学素子の各々が、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である。複数の光学素子の各々のそのような光学状態は、光学素子の１つ以上の特性を修正することによって変更され得る。一実施形態では、複数の光学素子は、能動物質を含む。例えば、複数の光学素子の各々の能動物質は、コレステリック液晶ベースの材料、ポリマーフリー液晶（ＰＦＬＣ）等の液晶、または、例えばポリマー分散型およびポリマー安定化液晶を含み得る。さらに、ＰＦＬＣは、低粘性液晶およびキラルドーパントの混合であり得る。そのような例では、能動物質の液晶の分子の配置は、第１の光学状態から第２の光学状態に（および第２の光学状態から第１の光学状態に）光学素子の各々を切り換えるように修正され得る。さらに、分子のそのような配置は、光学素子に電圧を印加することによって修正され得る。したがって、光学素子は、２つの光学状態の間で、電気的に切り換えられ得る。
【００２６】
一実施形態では、第１の光学状態は、光学的に透明な状態であり、第２の光学状態は、光学的に不透明な状態である。例えば、光学的に透明な状態では、光学素子は、画像投影手段によって投影される画像に対応付けられている光が光学素子を実質的に通過することを可能にする。その結果、画像は、光学素子が光学的に透明な状態で、光学素子上に表示されない。さらに、光学的に不透明な状態では、光学素子は、画像投影手段によって投影される画像に対応付けられている光を遮り／散乱する。その結果、画像は、光学素子上で表示され得る。一般的に、光学的に不透明な状態という用語は、本開示では、画像が投影され得るスクリーンとして光学素子が機能する光学状態を指す。さらに、本開示では、光学的に不透明な状態および不透明という用語は、本開示における半透明、光散乱、または光拡散状態を指す。さらに、光学的に不透明な状態の光学素子に投影される画像を、光学素子の両側から見ることができる。一例として、プロジェクタは使用時に、光学素子の、ユーザーの眼とは反対側にある。
【００２７】
一実施形態では、光学素子の能動物質は、支持基板の間で囲まれている。例えば、支持基板は、ソーダ石灰ガラス等の透明な誘電材料の薄いシートを使用して実装され得る。さらに、支持基板は、光学的に透明なスペーサーを使用して分離され得る。この例としては、能動物質と実質的に同様の屈折率（９５〜１００％以内まで等）を有する材料で作られる球等が挙げられる。例えば、光学的に透明なスペーサーは、ガラス、（ポリカーボネートまたはポリ（メチルメタクリレート）等の）ハードプラスチック材料を使用して製造され得る。さらに、能動物質に面する支持基板の各々の表面は、透明な導電性材料（または透明な電極）のコーティングを含み得る。このコーティングとしては、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、（マグネシウムドープ、アルミニウムドープ、またはクロムドープ酸化亜鉛等の）金属ドープ酸化亜鉛、シルバーナノワイヤメッシュ、グラフェン層、導電性ポリマーフィルム等が挙げられるが、これらに限定されない。任意で、能動物質から離れる方向に向く支持基板の各々の表面は、反射防止材料のコーティングを含み得る。このコーティングとしては、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２、ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５等の層状構造が挙げられるが、これらに限定されない。能動物質のそのような配置、透明な導電性材料、光学的に透明なスペーサー等は、支持基板の周囲に沿ってポリマーシールを施すことによって支持基板の間でシールされ得る。
【００２８】
一実施形態では、複数の光学素子は、モノリシック構造を形成している。例えば、複数の光学素子は、光学ディスプレイ機構が光学素子の単一のブロックを形成するように配置され得る。そのような例では、光学ディスプレイ機構を形成している複数の光学素子の各々の間に、ギャップがあってもなくてもよい。さらに、複数の光学素子は、光学接着剤を採用する等によって貼り合わされて、モノリシック構造を有する光学ディスプレイ機構を形成し得る。別の実施形態では、複数の光学素子の各々は、互いに等距離に配置されているか、または互いに異なる距離で配置されている。例えば、複数の光学素子の各々は、互いに所定の距離で配置されている。一実施形態によると、複数の光学素子の各々の間の距離は、０．２ミリメートル以上（１ミリメートル等）である。一実施形態によると、複数の光学素子の各々の間の距離は、０．２ミリメートル〜４ミリメートル、０．２ミリメートル〜２ミリメートル、または０．２ミリメートル〜１ミリメートルである。あるいは、複数の光学素子の各々は、互いに異なる距離（増加していくかまたは減少していく距離等）で配置されている。例えば、連続する光学素子の間の距離は、対数または指数関数に基づく。例えば、光学ディスプレイ機構の第１の光学素子と第２の光学素子との間の距離は、０．２ミリメートルであり、第２の光学素子と第３の光学素子との間の距離は、０．４ミリメートルであり、第３の光学素子と第４の光学素子との間の距離は、０．８ミリメートルであり、以降も同様である。
【００２９】
本装置は、画像投影手段および少なくとも１つの光学ディスプレイ機構の各々に動作可能に接続された制御機構を備える。制御機構は、有線または無線接続を使用して、画像投影手段および少なくとも１つの光学ディスプレイ機構に動作可能に接続され得る。さらに、制御機構は、画像投影手段および少なくとも１つの光学ディスプレイ機構の動作を制御するように動作可能である。制御機構は、第１の光学状態から第２の光学状態に複数の光学素子の各光学素子を別々に切り換えるように、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構を制御するように動作可能である。例えば、制御機構は、（光学的に透明な状態等の）第１の光学状態から（光学的に不透明な状態等の）第２の光学状態に複数の光学素子を１つずつ連続的に切り換え、予め定められた期間（その期間中、光学的に不透明な状態にある光学素子に画像が投影される）の後、第２の光学状態から第１の光学状態に戻すように動作可能である。そのような例では、制御機構は、第１の光学状態から第２の光学状態に複数の光学素子の第１の光学素子を切り換えることができる。その後、制御機構は、第２の光学状態から第１の光学状態に戻すように第１の光学素子を切り換えることができる。同時に、制御機構は、第１の光学状態から第２の光学状態に複数の光学素子の第２の光学素子を切り換えることができる。一実施形態では、所与の瞬間に第２の光学状態にある光学素子は、画像のための投影スクリーンとして使用される。この光学素子は、光学素子がユーザーの眼から異なる光学的奥行で配置されているため、画像奥行平面と呼ばれている。スタック内の残りの光学素子は、第１の光学状態にある。
【００３０】
一実施形態では、複数の光学素子は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で、連続的な方式またはインターレース方式で切り換えられる。例えば、本明細書で上述したように、制御機構は、第１の光学状態から第２の光学状態に第１の光学素子を切り換えるように動作可能である。その後、第１の光学素子が第１の光学状態に戻るように切り換えられるとき、制御機構は、第２の光学状態に第２の光学素子を切り換えるように動作可能である。同様に、すべての光学素子が、第２の光学状態に連続的に切り換えられる。前のフレームで画像を投影するために使用された光学素子が、第１の光学状態に戻るように切り換えられる。複数の光学素子のすべての他の光学素子が、第１の光学状態に維持される。あるいは、複数の光学素子は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で、インターレース方式で切り換えられる。例えば、（第２の位置、第４の位置、第６の位置等の）偶数位置に配置された光学素子が、第１の光学状態から第２の光学状態に連続的に切り換えられる。その後、（第１の位置、第３の位置、第５の位置等の）奇数位置に配置された光学素子が、第１の光学状態から第２の光学状態に連続的に切り換えられる。インターレース方式は、画像を表示するための見かけのフレームレートをより高速にすることができるため、有益である。代替の実施形態では、複数の光学素子が、所定の任意の順序で第１の光学状態から第２の光学状態に変えられる。上記画像奥行平面に画像を投影した後、対応する光学素子が、第１の光学状態に切り換えられる。実施形態によると、一般的に、第２の光学状態に前に切り換えられた光学素子は、第１の光学状態に戻るように切り換えられる。次いで、別の光学素子が、第２の光学状態に切り換えられる。（画像の層を投影した後、第１の光学状態に戻るように切り換えられる）。さらに代替の実施形態では、複数の光学素子が、内容に基づいて第１の光学状態から第２の光学状態に変えられる。一例として、３Ｄ画像がユーザーから第１の距離（第１の奥行平面）および第２の距離（第２の奥行平面）にのみ素子を有する場合、第１および第２の距離についての対応付けられた光学素子は、順繰りに使用される。
【００３１】
一実施形態では、本装置は、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構および制御機構の各々に動作可能に接続されている電圧源をさらに備える。制御機構は、さらに、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構に電圧を印加して、第２の光学状態から第１の光学状態に各光学素子を切り換えるように、または、印加された電圧を除去して、第１の光学状態から第２の光学状態に光学素子を切り換えるように、電圧源を制御するように動作可能である。電圧源は、制御機構に動作可能に接続され得る。または任意で、電圧源は、制御機構と共に制御モジュールに組み込まれ得る。さらに、電圧源は、複数の光学素子の各々に取り付けられる、はんだまたは銅ベースのバスバー等を使用して、光学ディスプレイ機構に動作可能に接続され得る。一例では、制御機構は、電圧源に命令を与えて、複数の光学素子のうちのある光学素子に予め定められた電圧を印加するように動作可能である。印加された電圧に応じて、光学素子は、第２の光学状態から第１の光学状態に切り換えられる。その後、所定の期間の後、制御機構は、電圧源に命令を与えて、印加された電圧を除去するように動作可能である。印加された電圧のそのような除去に応じて、光学素子は、第１の光学状態から第２の光学状態に戻るように切り換えられる。
【００３２】
制御機構は、画像投影手段を制御するように動作可能である。制御機構は、ユーザーの各眼に対して３次元画像を表示するために、第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを投影するように、画像投影手段を制御する。制御機構は、画像投影手段に命令を与えて、第２の光学状態にある各光学素子上に、３次元画像に対応する画像の別々のペアを投影するように動作可能である。例えば、３次元画像は、１０ペアの画像（第１のセットおよび第２のセットの画像の各々が１０の画像を含む）に対応付けられている。複数の光学素子は、１０個の光学素子を備える。そのような例では、第１の光学素子が第２の光学状態にあるとき、制御機構は、画像投影手段を制御して、第１の光学素子上に画像の第１のペアを投影するように動作可能である。その後、第１の光学素子が第１の光学状態に戻るように切り換えられて第２の光学素子が第２の光学状態にあるとき、制御機構は、画像投影手段を制御して、第２の光学素子上に画像の第２のペアを投影するように動作可能である。同様に、制御機構は、複数の光学素子の各々を第２の光学状態に切り換えることで、画像の異なるペアの投影を同期するように動作可能である。その結果、画像の各ペアは、高ボリュメトリックリフレッシュレート（好ましくは、５０Ｖｐｓよりも高く、任意で、少なくとも９０Ｖｐｓ）で光学ディスプレイ機構上に表示される。高ボリュメトリックリフレッシュレートでの画像のペアのそのような表示により、ニアアイディスプレイ装置のユーザーが、（残像等により）３次元画像に対応付けられた、向上した奥行の知覚を体験することができる。さらに、（適合的眼球離反運動の不一致等の）３次元画像の従来の表示技術に伴う問題を実質的に克服する。
【００３３】
一実施形態では、本装置は、制御機構に接続されたデータ記憶媒体をさらに備える。このデータ記憶媒体は、３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を記憶するように動作可能である。本明細書で使用される「データ記憶媒体」という用語は、３次元画像に対応付けられた（第１のセットの画像および第２のセットの画像等の）画像、ビデオ、ファイル等を記憶する記憶デバイスに関する。そのような例では、データ記憶媒体は、記憶された画像（またはビデオ）を制御機構に提供するように動作可能である。任意で、制御機構は、画像投影手段での投影のために画像投影手段に画像を提供する前に、画像処理を実行するように動作可能である。データ記憶媒体は、制御機構に通信可能に接続され得る。または、データ記憶媒体は、制御モジュール内に組み込まれ得る。
【００３４】
一実施形態では、データ記憶媒体は、高スループット有線通信ネットワークまたは高スループット無線通信ネットワークのうちの少なくとも１つを使用して、制御機構に接続されている。例えば、データ記憶媒体は、高スループットディスプレイポート接続、高精細度マルチメディアインターフェイスもしくはＨＤＭＩ（登録商標）接続、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＤ（もしくはＵｌｔｒａＧｉｇ）接続、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｇｉｇａｂｉｔ  Ａｌｌｉａｎｃｅ（ＷｉＧｉｇ）接続、または（６０ＧＨｚを超える等）極高周波数範囲で動作する任意の他の接続の少なくとも１つを使用して、制御機構に接続され得る。高スループット有線または無線通信ネットワークを使用するそのような接続により、データ記憶媒体は、制御機構に大量のデータを毎秒送信することができ、ニアアイディスプレイ装置が高ボリュメトリックリフレッシュレートを達成することができる。
【００３５】
本装置は、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構とユーザーの眼との間に配置された少なくとも１つの光学デバイスを備える。この少なくとも１つの光学デバイスにより、ユーザーの各眼に対して３次元画像を表示することができる。少なくとも１つの光学デバイスは、ユーザーの各眼のためにニアアイディスプレイ装置内に配置されたアイピースとして実装され得る。アイピースにより、光学ディスプレイ機構上に表示される画像の拡大を適切なものにすることができる。画像のそのような拡大により、表示された３次元画像に対応付けられたユーザーの奥行の知覚を向上させることができる。一例では、少なくとも１つの光学デバイスは、左側アイピースと、右側アイピースと、を備える。左側アイピースは、光学ディスプレイ機構とユーザーの左眼との間の光路に配置され、右側アイピースは、光学ディスプレイ機構とユーザーの右眼との間の光路に配置されている。左側アイピースにより、ユーザーの左眼に第１のセットの画像を表示することができる。一方、右側アイピースにより、ユーザーの右眼に第２のセットの画像を表示することができる。一例では、少なくとも１つの光学デバイスは、光学レンズ、フレネルレンズ、ホログラフィック光学素子、曲面ミラー、自由曲面ミラー、プリズム等のうちの少なくとも１つとして実装されている。一例では、少なくとも１つの光学デバイスは、ユーザーの左眼のための第１のセットの画像を拡大し、ユーザーの右眼のための第２のセットの画像を拡大するように配置されている。拡大は、各々他方に対して仮想の画像奥行平面を拡大するように整えられる。これにより、快適な方式で３次元画像を見ることができる。
【００３６】
任意で、少なくとも１つの光学デバイスにより、画像が異なる見かけの距離で（または異なる距離に配置された画像平面で）表示されるように、光学ディスプレイ機構上に表示される画像を拡大することができる。例えば、光学ディスプレイ機構は、互いに等距離に配置された１０個の光学素子を備える。そのような例では、少なくとも１つの光学デバイスにより、（第１のセットおよび第２のセットの画像に対応する）画像のペアを、異なる画像平面に対応する異なる距離で表示することができる。例えば、第２の光学素子に対応する画像のペアを、第１の光学素子から第２の光学素子の第１の距離で表示することができる。さらに、第３の光学素子に対応する画像のペアを、第２の光学素子から第３の光学素子の第２の距離で表示することができる。ここで、第２の距離は、第１の距離よりも大きい。同様に、連続する光学素子に対応する画像のペアを、前の画像平面に関して、画像平面の増加した（または減少した）距離で表示することができる。異なる距離での画像のペアのそのような表示により、ユーザーの眼の焦点調節および輻輳を向上させることができることが理解されるであろう。ユーザーの近くの画像平面は、より近くに配置されることにより、ユーザーの眼は、当該画像平面上に表示される画像のペアを知覚するように共に輻輳して速やかに焦点調節すること等によって、快適に焦点をシフトすることができる。さらに、ユーザーから遠い画像平面は、互いにより離れて配置されることにより、ユーザーの眼は、当該画像平面上に表示される画像のペアを知覚するように離れて徐々に焦点調節することができる。したがって、少なくとも１つの光学デバイスによる画像の拡大により、ユーザーは、３次元画像に対応付けられた奥行をよりよく知覚することができる。それによって、３次元画像の表示の従来の技術に伴う適合的眼球離反運動の不一致の問題を実質的に克服する。
【００３７】
一実施形態では、本装置は、画像投影手段と少なくとも１つの光学ディスプレイ機構との間に配置されている少なくとも１つの第２の光学デバイスをさらに備える。この少なくとも１つの光学デバイスは、複数の光学素子上に画像のペアを投影できるように動作可能である。そのような少なくとも１つの第２の光学デバイスにより、画像投影手段によって投影される画像のペアの拡大および焦点調整を適切なものにすることができる。したがって、光学ディスプレイ機構上への画像の投影を適切なものにすることができる。一例では、少なくとも１つの第２の光学デバイスは、光学レンズ、フレネルレンズ、ホログラフィック光学素子、曲面ミラー、自由曲面ミラー、プリズム等のうちの少なくとも１つとして実装されている。
【００３８】
一実施形態では、３次元画像は、ＶＲ環境またはＡＲ環境のうちの少なくとも１つに関連している。例えば、ニアアイディスプレイ装置は、ＶＲヘッドセットとして実装されている。この場合、ＶＲヘッドセットは、ユーザーにＶＲ環境を提示するように動作可能である。そのような例では、３次元画像は、仮想環境を形成している１つ以上のコンピュータ生成の物体に対応付けられている。あるいは、ニアアイディスプレイ装置は、ＡＲヘッドセットとして実装されている。この場合、ＡＲヘッドセットは、ユーザーにＡＲ環境を提示するように動作可能である。そのような例では、３次元画像は、現実世界の環境の一部として提示される１つ以上のコンピュータ生成の物体に対応付けられている。１つ以上のコンピュータ生成の物体および現実世界の環境によって、ＡＲ環境が形成される。
【００３９】
一実施形態では、少なくとも１つの光学デバイスは、光コンバイナとして実装されている。この光コンバイナは、コンピュータ生成画像のビューと現実世界の環境のビューを組み合わせて、ユーザーの眼に対してＡＲ環境を表示するように動作可能である。本明細書で使用される「光コンバイナ」という用語は、ユーザーの眼に入る、現実世界の環境に対応付けられた周囲の光線と、画像投影手段によって投影される３次元画像に対応付けられた画像のペアを（重畳等によって）組み合わせる光学デバイスに関する。そのような組み合わせにより、ユーザーの眼に対して、ユーザーの現実世界の環境の一部として３次元画像を表示することができる。任意で、光コンバイナは、部分的に透明なミラー、プリズム、導波管、ホログラフィック光学素子、レンズ、切り換え可能なガラスのうちの少なくとも１つとして実装されている。例えば、光コンバイナは、フォトクロミックガラスまたはエレクトロクロミック材料等の切り換え可能なガラスを備え得る。そのような例では、現実世界の環境から入る周囲の光が高強度に対応付けられているときに（現実世界の環境が明るい屋外環境に対応しているとき等に）、光コンバイナは、（光コンバイナで暗くすることによって）入ってくる周囲の光の強度を制御して、それによってユーザーの視聴体験を向上させるように動作可能である。
【００４０】
一実施形態では、本装置は、制御機構に動作可能に接続されている画像捕捉デバイスをさらに備える。現実世界の環境のビューが、この画像捕捉デバイスを使用して生成される。例えば、画像捕捉デバイスは、高解像度カメラ、ビデオレコーダー、奥行データ捕捉部、３次元カメラ（すなわち、互いに距離を置いて配置されて３次元画像／立体画像ペアを形成する２つのカメラ）等として実装されている。画像捕捉デバイスは、ニアアイディスプレイ装置上に取り付けられ、制御機構に通信可能に接続され得る。さらに、画像捕捉デバイスは、ユーザーの現実世界の環境の１つ以上の画像（またはビデオ）を捕捉するように動作可能である。その後、現実世界の環境のそのような捕捉された１つ以上の画像（またはビデオ）は、制御機構に提供される。そのような例では、制御機構は、３次元画像に対応付けられた画像のペアと、現実世界の環境の１つ以上の画像（またはビデオ）をリアルタイムに組み合わせて、ユーザーにＡＲ環境を表示するように動作可能である。
【００４１】
さらなる実施形態に基づいて、本装置は、輻輳角に基づいて、形成された画像のペアの各々についての視差値を調整するように構成されている。ここで輻輳角は、それぞれの焦点調節の光学平面に対応付けられている。焦点調節の光学平面は、第２の光学状態（不透明な状態）にあるそれぞれの光学素子である。一例として、風景である３次元画像について検討する。この風景には、ユーザーに近い第１の物体と、ユーザーから遠い第２の物体とが含まれている。第１の物体に対応付けられた第１の画像ペアは、第２の物体に対応付けられた第２の画像ペアと異なる視差値を有する。このように、焦点調節の平面（画像ペアが投影される平面）のそれぞれに対応付けられた輻輳角は、３次元画像をレンダリングするときに考慮され得る。すなわち、実際には、焦点調節の光学平面は、画像ペアが投影されるそれぞれの平面に対応する。
【００４２】
本説明はまた、上述したような方法に関する。上で開示された様々な実施形態および変形例も、本方法に同様に適用される。
【００４３】
本方法は、複数の光学素子を備えるニアアイディスプレイ装置を使用して３次元画像を表示する。この複数の光学素子の各々は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられるように動作可能である。本方法は、３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を投影するステップと、第１の光学状態から第２の光学状態に複数の光学素子の各光学素子を別々に切り換えるステップと、第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを提供することによって、ユーザーの各眼に対して３次元画像を表示するステップと、を含む。第１のセットの画像および第２のセットの画像の対応画像は、３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している。
【００４４】
任意で、本方法は、電圧を印加して、第２の光学状態から第１の光学状態に各光学素子を切り換えるステップと、印加された電圧を除去して、第１の光学状態から第２の光学状態に光学素子を切り換えるステップと、をさらに含む。
【００４５】
任意で、複数の光学素子は、連続的な方式、インターレース方式、任意の方式、または内容に応じた方式で、第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換えられる。切り換えの順序は、内容および視聴条件を考慮するように、動作中に変更され得る。例えば、ある瞬間に画像が実質的に２次元である場合、単一の光学素子が、その瞬間に画像を投影するために（すなわち、不透明な状態で）使用され得る。さらに、切り換えの組み合わせは、例えば、連続的およびインターレース方式を組み合わせて使用され得る。
【００４６】
任意で、本方法は、３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を記憶するステップをさらに含む。
【００４７】
任意で、３次元画像は、ＶＲ環境またはＡＲ環境のうちの少なくとも１つに関連している。
【００４８】
任意で、本方法は、現実世界の環境のビューを捕捉して、ＡＲ環境を生成するステップをさらに含む。
【００４９】
任意でまたは代替的に、本方法は、輻輳角に基づいて、形成された画像のペアの各々についての視差値を調整するステップをさらに含む。ここで輻輳角は、それぞれの焦点調節の光学平面に対応付けられている。焦点調節の光学平面は、第２の光学状態（不透明な、すなわち、本開示で定義されるような半透明、光散乱、または光拡散状態）にあるそれぞれの光学素子である。一例として、風景である３次元画像について検討する。この風景には、ユーザーに近い第１の物体と、ユーザーから遠い第２の物体とが含まれている。第１の物体に対応付けられた第１の画像ペアは、第２の物体に対応付けられた第２の画像ペアと異なる視差値を有する。このように、焦点調節の平面（画像ペアが投影されるかまたは投影されているように見える平面）の各々に対応付けられた輻輳角は、３次元画像をレンダリングするときに考慮され得る。したがって、この例では、輻輳角がそれぞれの画像ペアの生成（３Ｄ画像またはシーンの再生成）のために考慮されるときに、全範囲の輻輳角を焦点調節の特定の平面（光ディフューザ素子）に対応付けられたサブセットに分割することは、適合的眼球離反運動の不一致に関連する不利な効果を実質的に軽減する。いくつかの実施形態では、１、２、３、４、または５以上のペア等の形成された画像ペアのサブセットについて、形成された画像ペアの視差を調整すれば十分であり得る。
【図面の詳細な説明】
【００５０】
図１Ａを参照すると、本開示の実施形態による、ユーザーの眼１０２Ａ〜１０２Ｂに対して３次元画像を表示するためのニアアイディスプレイ装置１００の概略図が示されている。ニアアイディスプレイ装置１００は、３次元画像（図示せず）に対応する、第１のセットの画像１０６Ａおよび第２のセットの画像１０６Ｂを投影する画像投影手段１０４を備える。さらに、ニアアイディスプレイ装置１００は、複数の光学素子１１０Ａ〜１１０Ｆを備える少なくとも１つの光学ディスプレイ機構１０８を備える。さらに、ニアアイディスプレイ装置１００は、画像投影手段１０４および少なくとも１つの光学ディスプレイ機構１０８の各々に動作可能に接続されている制御機構１１２を備える。図示するように、ニアアイディスプレイ装置１００は、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構１０８とユーザーの眼１０２Ａ〜１０２Ｂとの間に配置されている少なくとも１つの光学デバイス１１４Ａ〜１１４Ｂを備える。
【００５１】
図１Ｂを参照すると、本開示の別の実施形態による、図１Ａのニアアイディスプレイ装置１００の概略図が示されている。図示するように、画像投影手段１０４は、第１の画像投影手段１０４Ａおよび第２の画像投影手段１０４Ｂを使用して実装されている。第１の画像投影手段１０４Ａは、３次元画像に対応する第１のセットの画像１０６Ａを投影する。第２の画像投影手段１０４Ｂは、３次元画像に対応する第２のセットの画像１０６Ｂを投影する。さらに、光学ディスプレイ機構１０８は、第１の光学ディスプレイ機構１０８Ａおよび第２の光学ディスプレイ機構１０８Ｂを使用して実装されている。第１の光学ディスプレイ機構１０８Ａは、その上に第１のセットの画像１０６Ａを表示する。第２の光学ディスプレイ機構１０８Ｂは、その上に第２のセットの画像１０６Ｂを表示する。さらに、ニアアイディスプレイ装置１００は、それぞれ少なくとも１つの光学ディスプレイ機構１０８Ａ〜１０８Ｂとユーザーの眼１０２Ａ〜１０２Ｂとの間に配置されている少なくとも１つの光学デバイス１１６Ａ〜１１６Ｂを備える。
【００５２】
図１Ｃを参照すると、本開示のさらに別の実施形態による、図１Ａのニアアイディスプレイ装置１００の概略図が示されている。図示するように、画像投影手段１０４は、３次元画像（図示せず）に対応する単一のセットの画像１０６を投影する。ニアアイディスプレイ装置１００は、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構１０８とユーザーの眼１０２Ａ〜１０２Ｂとの間に配置されている光学デバイス１１８Ａ〜１１８Ｂを備える。図示するように、光学デバイス１１８Ａ〜１１８Ｂは、光学ディスプレイ機構１０８とユーザーの眼１０２Ａ〜１０２Ｂとの間の光路に関して少し回転して、ユーザーの各眼１０２Ａ〜１０２Ｂに、３次元画像の少し異なる映像視点を提供する。
【００５３】
図１Ｄを参照すると、本開示のさらに別の実施形態による、図１Ａのニアアイディスプレイ装置１００の概略図が示されている。図示するように、画像投影手段１０４は、少なくとも１つの光学ディスプレイ機構１０８上に、第１のセットの画像および第２のセットの画像を投影する。第１および第２のセットの画像は、第１の３次元画像１２０Ａ〜１２０Ｂおよび第２の３次元画像１２２Ａ〜１２２Ｂに対応する。さらに、第１の３次元画像１２０Ａ〜１２０Ｂおよび第２の３次元画像１２２Ａ〜１２２Ｂは、光学ディスプレイ機構１０８の複数の光学素子上に、互いに物理的に分離して投影される。そのような投影により、ユーザーの眼１０２Ａ〜１０２Ｂは、第１の３次元画像１２０Ａ〜１２０Ｂと第２の３次元画像１２２Ａ〜１２２Ｂとの間の物理的な分離に対応付けられた視差（立体画像ペア）により、表示された３次元画像に対応付けられた奥行を知覚することができる。また、両方の眼について、現実のボリュメトリック画像１０６Ａおよび１０６Ｂがあるため、ユーザーは、画像内の関連する距離に眼の焦点を合わせることができる。
【００５４】
図２Ａを参照すると、本開示の実施形態による、ユーザーの眼２０２に対して３次元画像（図示せず）を表示するためのニアアイディスプレイ装置２００の概略図が示されている。図示するように、光学ディスプレイ機構２０４は、ユーザーの眼２０２と、少なくとも１つの光学デバイス２０６との間の光路上で（例えば、光路よりも上または光路に垂直に）示されるように配置されている。さらに、３次元画像に対応する画像のペアが、光学ディスプレイ機構２０４上に投影される。投影された３次元画像は、ユーザーの眼２０２に表示される。ユーザーは、光学ディスプレイ機構２０４の見かけの位置２０４'に配置される３次元画像を知覚する。
【００５５】
図２Ｂを参照すると、本開示の実施形態による、図２Ａのニアアイディスプレイ装置２００の例示的なユーザーシナリオの概略図が示されている。３次元画像に対応する画像のペアは、ユーザーが光学ディスプレイ機構２０４の見かけの位置２０４'に配置される３次元画像を知覚するように、光学ディスプレイ機構２０４上に投影される。さらに、ユーザーの眼２０２は、ユーザーの眼２０２の輻輳角θにわたり３次元画像を知覚することができる。図示するように、輻輳角θは、輻輳角θ１〜θ６にさらに分割される。光学ディスプレイ機構２０４の各光学素子は、輻輳角θ１〜θ６に対応付けられている（各光学素子の周囲で網掛け領域として図示される）画像奥行平面に対応する３次元画像の一部を表示する。そのような例では、少なくとも１つの光学デバイス２０６により、各光学素子上に表示される画像のペアを、ユーザーの眼２０２が輻輳角θにわたり３次元画像に対応付けられた奥行を知覚するように、光学素子の間の分離ギャップにおいて外挿することができる。この例では、視差値（すなわち、画像のペアが、眼に関して互いに距離を置いて、ユーザーのために見かけの３Ｄ画像体験を形成している）は、奥行の値および輻輳角に応じて、画像の異なるペアについて異なっている。
【００５６】
図３を参照すると、本開示の実施形態による、ＶＲヘッドセット（図示せず）に実装されている、（図１Ａのニアアイディスプレイ装置１００等の）ニアアイディスプレイ装置３００の概略図が示されている。ニアアイディスプレイ装置３００は、（コンピュータ生成の物体等の）３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを投影するための画像投影手段３０４を備える。さらに、ニアアイディスプレイ装置３００は、投影された画像のペアを表示するための複数の光学素子を備える少なくとも１つの光学ディスプレイ機構３０６を備える。さらに、ニアアイディスプレイ装置３００は、少なくとも１つの光学デバイス３０８と、少なくとも１つの第２の光学デバイス３１０と、を備える。少なくとも１つの光学デバイス３０８は、光学ディスプレイ機構３０６とユーザーの眼３０２との間に配置されている。少なくとも１つの第２の光学デバイス３１０は、画像投影手段３０４と少なくとも１つの光学ディスプレイ機構３０６との間に配置されている。図示するように、ニアアイディスプレイ装置３００は、画像投影手段３０４および少なくとも１つの光学ディスプレイ機構３０６の各々に動作可能に接続されている制御機構３１２を備える。制御機構３１２は、電圧源３１４およびデータ記憶媒体３１６にさらに接続されている。
【００５７】
図４Ａを参照すると、本開示の実施形態による、ＡＲヘッドセット（図示せず）に実装されている、（図１Ａのニアアイディスプレイ装置１００等の）ニアアイディスプレイ装置４００の概略図が示されている。ニアアイディスプレイ装置４００は、（コンピュータ生成の物体等の）３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを投影するための画像投影手段４０４を備える。さらに、ニアアイディスプレイ装置４００は、投影された画像のペアを表示するための複数の光学素子を備える少なくとも１つの光学ディスプレイ機構４０６を備える。さらに、ニアアイディスプレイ装置４００は、少なくとも１つの光学デバイス４０８と、少なくとも１つの第２の光学デバイス４１０と、を備える。少なくとも１つの光学デバイス４０８は、光学ディスプレイ機構４０６とユーザーの眼６０２との間に配置されている。少なくとも１つの第２の光学デバイス４１０は、画像投影手段４０４と少なくとも１つの光学ディスプレイ機構４０６との間に配置されている。図示するように、ニアアイディスプレイ装置４００は、光コンバイナ４１２をさらに備える。この光コンバイナは、（光Ｘ−Ｙに対応付けられている）３次元画像のビューと、（周囲の光Ａ−Ｂに対応付けられている）現実世界の環境のビューを組み合わせるように動作可能である。さらに、ニアアイディスプレイ装置４００は、画像投影手段４０４および少なくとも１つの光学ディスプレイ機構４０６の各々に動作可能に接続されている制御機構４１４を備える。制御機構４１４は、電圧源４１６およびデータ記憶媒体４１８にさらに接続されている。
【００５８】
図４Ｂを参照すると、本開示の別の実施形態による、ＡＲヘッドセット（図示せず）に実装されている、図４Ａのニアアイディスプレイ装置４００の概略図が示されている。図示するように、ニアアイディスプレイ装置４００は、（図４Ａに図示する）光コンバイナ４１２を備えていない。ニアアイディスプレイ装置４００は、制御機構４１４に動作可能に接続されている画像捕捉デバイス４２０をさらに備える。（木４３０Ａおよび家４３０Ｂ等の３Ｄ物体を含む）現実世界の環境のビューは、この画像捕捉デバイス４２０を使用して生成される。
【００５９】
図５を参照すると、本開示の実施形態による、ニアアイディスプレイ装置を使用して３次元画像を表示する方法５００のステップが示されている。ステップ５０２で、３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像が投影される。第１のセットの画像および第２のセットの画像の対応画像が、３次元画像の異なる断面に対応付けられている画像のペアを形成している。ステップ５０４で、複数の光学素子の各光学素子が、第１の光学状態から第２の光学状態に別々に切り換えられる。ステップ５０６で、第２の光学状態にある各光学素子上に画像の別々のペアを提供することによって、３次元画像が、ユーザーの各眼に対して表示される。
【００６０】
ステップ５０２からステップ５０６は、単なる例示であって、他の代替物も提供され得る。ここで、本明細書の特許請求の範囲から逸脱することなく、１つ以上のステップが、異なる順序で、追加、省略、または提供される。一例では、方法５００は、電圧を印加して、第２の光学状態から第１の光学状態に各光学素子を切り換えるステップと、印加された電圧を除去して、第１の光学状態から第２の光学状態に光学素子を切り換えるステップと、をさらに含む。別の例では、第１の光学状態は、光学的に透明な状態である。第２の光学状態は、光学的に不透明な状態である。さらに別の例では、複数の光学素子は、第１の光学状態と第２の光学状態との間で、連続的な方式またはインターレース方式で切り換えられる。
【００６１】
一例では、方法５００は、３次元画像に対応する、第１のセットの画像および第２のセットの画像を記憶するステップをさらに含む。別の例では、３次元画像は、ＶＲ環境またはＡＲ環境のうちの少なくとも１つに関連している。さらに別の例では、方法５００は、現実世界の環境のビューを捕捉して、ＡＲ環境を生成するステップをさらに含む。
【００６２】
添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、前述の開示で説明される本開示の実施形態に対する修正が可能である。本開示を説明および請求するために使用される、「含む」、「備える」、「組み込む」、「有する」、「である」等の表現は、非排他的な方式で解釈されることが意図され、すなわち、存在することも明示的に説明されていない、部材、構成要素、または要素が可能である。単一のものに対する参照も、複数のものに関すると解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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