Abstract

Accommodation and convergence play critical roles in the natural viewing of three-dimensional (3D) scenes, and these must be accurately matched to avoid visual fatigue. However, conventional stereoscopic head-mounted displays lack the ability to adjust accommodation cues. This is because they only have a single, fixed image plane, but the 3D virtual objects generated by a pair of stereoscopic images are displayed at different depths, either in front or behind the focal plane. Therefore, in order to view objects clearly, the eyes are forced to converge on those objects while maintaining accommodation fixed on the image plane. By employing freeform optical surfaces, we design a lightweight and wearable spatial-multiplexed dual focal-plane head-mounted display. This display can adjust the accommodation cue in accordance with the convergence cue as well as generate the retinal blur cue. The system has great potential applications in both scientific research and commercial market.

© 2013 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. F. L. Kooi and A. Toet, Displays 25, 99 (2004).
  2. S. J. Watt, K. Akeley, M. O. Ernst, and M. S. Banks, J. Vis. 5, 834 (2005).
  3. D. M. Hoffman, A. R. Girshick, K. Akeley, and M. S. Banks, J. Vis. 8, 1 (2008).
  4. G. Nehmetallah, P. P. Banerjee, D. Ferree, R. Kephart, and S. Praharaj, Chin. Opt. Lett. 9, 120004 (2011).
  5. T. Yamaguchi and H. Yoshikawa, Chin. Opt. Lett. 9, 120006 (2011).
  6. M. Lambooij, W. IJsselsteijn, M. Fortuin, and I. Heynderickx, J. Imag. Sci. Technol. 53, 30201 (2009).
  7. J. P. Rolland, M. W. Krueger, and A. Goon, Appl. Opt. 39, 3209 (2000).
  8. K. Akeley, S. J. Watt, A. R. Girshick, and M. S. Banks, ACM Trans. Graph. 23, 804 (2004).
  9. K. J. MacKenzie, R. A. Dickson, and S. J. Watt, Proc. SPIE 7863, 78631 (2011).
  10. K. J. MacKenzie, D. M. Hoffman, and S. J. Watt, J. Vis. 10, 1 (2010).
  11. S. Ravikumar, K. Akeley, and M. S. Banks, Opt. Express 19, 20940 (2011).
  12. K. Akeley, "Achieving near-correct focus cues using multiple image planes", PhD. Thesis (Stanford University, 2004).
  13. S. Liu and H. Hua, Opt. Express 18, 11562 (2010).
  14. S. Shiwa, K. Omura, and F. Kishino, Journal of the SID 4, 255 (1996).
  15. T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).
  16. S. Suyama, M. Date, and H. Takada, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 480 (2000).
  17. S. Liu and H. Hua, Opt. Lett. 34, 1642 (2009).
  18. S. Liu, H. Hua, and D. Cheng, IEEE Trans. Visual. Comput. Graph. 16, 381 (2010).
  19. G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).
  20. S. C. McQuaide, E. J. Seibel, J. P. Kelly, B. T. Schowengerdt, and T. A. Furness, Displays 24, 65 (2003).
  21. B. T. Schowengerdt, M. Murari, and E. J. Seibel, Journal of the SID 41, 653 (2010).
  22. D. Cheng, Y. Wang, H. Hua, and J. Sasian, Opt. Lett. 36, 2098 (2011).

2011 (5)

2010 (4)

B. T. Schowengerdt, M. Murari, and E. J. Seibel, Journal of the SID 41, 653 (2010).

S. Liu and H. Hua, Opt. Express 18, 11562 (2010).

K. J. MacKenzie, D. M. Hoffman, and S. J. Watt, J. Vis. 10, 1 (2010).

S. Liu, H. Hua, and D. Cheng, IEEE Trans. Visual. Comput. Graph. 16, 381 (2010).

2009 (3)

G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).

M. Lambooij, W. IJsselsteijn, M. Fortuin, and I. Heynderickx, J. Imag. Sci. Technol. 53, 30201 (2009).

S. Liu and H. Hua, Opt. Lett. 34, 1642 (2009).

2008 (1)

D. M. Hoffman, A. R. Girshick, K. Akeley, and M. S. Banks, J. Vis. 8, 1 (2008).

2005 (2)

S. J. Watt, K. Akeley, M. O. Ernst, and M. S. Banks, J. Vis. 5, 834 (2005).

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

2004 (2)

F. L. Kooi and A. Toet, Displays 25, 99 (2004).

K. Akeley, S. J. Watt, A. R. Girshick, and M. S. Banks, ACM Trans. Graph. 23, 804 (2004).

2003 (1)

S. C. McQuaide, E. J. Seibel, J. P. Kelly, B. T. Schowengerdt, and T. A. Furness, Displays 24, 65 (2003).

2000 (2)

S. Suyama, M. Date, and H. Takada, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 480 (2000).

J. P. Rolland, M. W. Krueger, and A. Goon, Appl. Opt. 39, 3209 (2000).

1996 (1)

S. Shiwa, K. Omura, and F. Kishino, Journal of the SID 4, 255 (1996).

Akeley, K.

S. Ravikumar, K. Akeley, and M. S. Banks, Opt. Express 19, 20940 (2011).

D. M. Hoffman, A. R. Girshick, K. Akeley, and M. S. Banks, J. Vis. 8, 1 (2008).

S. J. Watt, K. Akeley, M. O. Ernst, and M. S. Banks, J. Vis. 5, 834 (2005).

K. Akeley, S. J. Watt, A. R. Girshick, and M. S. Banks, ACM Trans. Graph. 23, 804 (2004).

Banerjee, P. P.

Banks, M. S.

S. Ravikumar, K. Akeley, and M. S. Banks, Opt. Express 19, 20940 (2011).

G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).

D. M. Hoffman, A. R. Girshick, K. Akeley, and M. S. Banks, J. Vis. 8, 1 (2008).

S. J. Watt, K. Akeley, M. O. Ernst, and M. S. Banks, J. Vis. 5, 834 (2005).

K. Akeley, S. J. Watt, A. R. Girshick, and M. S. Banks, ACM Trans. Graph. 23, 804 (2004).

Cheng, D.

D. Cheng, Y. Wang, H. Hua, and J. Sasian, Opt. Lett. 36, 2098 (2011).

S. Liu, H. Hua, and D. Cheng, IEEE Trans. Visual. Comput. Graph. 16, 381 (2010).

Date, M.

S. Suyama, M. Date, and H. Takada, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 480 (2000).

Dickson, R. A.

K. J. MacKenzie, R. A. Dickson, and S. J. Watt, Proc. SPIE 7863, 78631 (2011).

Ernst, M. O.

S. J. Watt, K. Akeley, M. O. Ernst, and M. S. Banks, J. Vis. 5, 834 (2005).

Ferree, D.

Fortuin, M.

M. Lambooij, W. IJsselsteijn, M. Fortuin, and I. Heynderickx, J. Imag. Sci. Technol. 53, 30201 (2009).

Furness, T. A.

S. C. McQuaide, E. J. Seibel, J. P. Kelly, B. T. Schowengerdt, and T. A. Furness, Displays 24, 65 (2003).

Gao, J.

G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).

Girshick, A. R.

D. M. Hoffman, A. R. Girshick, K. Akeley, and M. S. Banks, J. Vis. 8, 1 (2008).

K. Akeley, S. J. Watt, A. R. Girshick, and M. S. Banks, ACM Trans. Graph. 23, 804 (2004).

Goon, A.

Hands, P. J. W.

G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).

Heynderickx, I.

M. Lambooij, W. IJsselsteijn, M. Fortuin, and I. Heynderickx, J. Imag. Sci. Technol. 53, 30201 (2009).

Hoffman, D. M.

K. J. MacKenzie, D. M. Hoffman, and S. J. Watt, J. Vis. 10, 1 (2010).

G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).

D. M. Hoffman, A. R. Girshick, K. Akeley, and M. S. Banks, J. Vis. 8, 1 (2008).

Hua, H.

IJsselsteijn, W.

M. Lambooij, W. IJsselsteijn, M. Fortuin, and I. Heynderickx, J. Imag. Sci. Technol. 53, 30201 (2009).

Iwasaki, T.

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

Kawai, T.

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

Kelly, J. P.

S. C. McQuaide, E. J. Seibel, J. P. Kelly, B. T. Schowengerdt, and T. A. Furness, Displays 24, 65 (2003).

Kephart, R.

Kirby, A. K.

G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).

Kishino, F.

S. Shiwa, K. Omura, and F. Kishino, Journal of the SID 4, 255 (1996).

Kooi, F. L.

F. L. Kooi and A. Toet, Displays 25, 99 (2004).

Krueger, M. W.

Lambooij, M.

M. Lambooij, W. IJsselsteijn, M. Fortuin, and I. Heynderickx, J. Imag. Sci. Technol. 53, 30201 (2009).

Liu, S.

S. Liu and H. Hua, Opt. Express 18, 11562 (2010).

S. Liu, H. Hua, and D. Cheng, IEEE Trans. Visual. Comput. Graph. 16, 381 (2010).

S. Liu and H. Hua, Opt. Lett. 34, 1642 (2009).

Love, G. D.

G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).

MacKenzie, K. J.

K. J. MacKenzie, R. A. Dickson, and S. J. Watt, Proc. SPIE 7863, 78631 (2011).

K. J. MacKenzie, D. M. Hoffman, and S. J. Watt, J. Vis. 10, 1 (2010).

McQuaide, S. C.

S. C. McQuaide, E. J. Seibel, J. P. Kelly, B. T. Schowengerdt, and T. A. Furness, Displays 24, 65 (2003).

Miyake, N.

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

Murari, M.

B. T. Schowengerdt, M. Murari, and E. J. Seibel, Journal of the SID 41, 653 (2010).

Nehmetallah, G.

Ohta, K.

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

Omura, K.

S. Shiwa, K. Omura, and F. Kishino, Journal of the SID 4, 255 (1996).

Otsuki, M.

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

Praharaj, S.

Ravikumar, S.

Rolland, J. P.

Sasian, J.

Schowengerdt, B. T.

B. T. Schowengerdt, M. Murari, and E. J. Seibel, Journal of the SID 41, 653 (2010).

S. C. McQuaide, E. J. Seibel, J. P. Kelly, B. T. Schowengerdt, and T. A. Furness, Displays 24, 65 (2003).

Seibel, E. J.

B. T. Schowengerdt, M. Murari, and E. J. Seibel, Journal of the SID 41, 653 (2010).

S. C. McQuaide, E. J. Seibel, J. P. Kelly, B. T. Schowengerdt, and T. A. Furness, Displays 24, 65 (2003).

Shibata, T.

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

Shiwa, S.

S. Shiwa, K. Omura, and F. Kishino, Journal of the SID 4, 255 (1996).

Suyama, S.

S. Suyama, M. Date, and H. Takada, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 480 (2000).

Takada, H.

S. Suyama, M. Date, and H. Takada, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 480 (2000).

Toet, A.

F. L. Kooi and A. Toet, Displays 25, 99 (2004).

Wang, Y.

Watt, S. J.

K. J. MacKenzie, R. A. Dickson, and S. J. Watt, Proc. SPIE 7863, 78631 (2011).

K. J. MacKenzie, D. M. Hoffman, and S. J. Watt, J. Vis. 10, 1 (2010).

S. J. Watt, K. Akeley, M. O. Ernst, and M. S. Banks, J. Vis. 5, 834 (2005).

K. Akeley, S. J. Watt, A. R. Girshick, and M. S. Banks, ACM Trans. Graph. 23, 804 (2004).

Yamaguchi, T.

Yoshihara, Y.

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

Yoshikawa, H.

ACM Trans. Graph. (1)

K. Akeley, S. J. Watt, A. R. Girshick, and M. S. Banks, ACM Trans. Graph. 23, 804 (2004).

Appl. Opt. (1)

Chin. Opt. Lett. (2)

Displays (2)

F. L. Kooi and A. Toet, Displays 25, 99 (2004).

S. C. McQuaide, E. J. Seibel, J. P. Kelly, B. T. Schowengerdt, and T. A. Furness, Displays 24, 65 (2003).

IEEE Trans. Visual. Comput. Graph. (1)

S. Liu, H. Hua, and D. Cheng, IEEE Trans. Visual. Comput. Graph. 16, 381 (2010).

J. Imag. Sci. Technol. (1)

M. Lambooij, W. IJsselsteijn, M. Fortuin, and I. Heynderickx, J. Imag. Sci. Technol. 53, 30201 (2009).

J. Vis. (3)

S. J. Watt, K. Akeley, M. O. Ernst, and M. S. Banks, J. Vis. 5, 834 (2005).

D. M. Hoffman, A. R. Girshick, K. Akeley, and M. S. Banks, J. Vis. 8, 1 (2008).

K. J. MacKenzie, D. M. Hoffman, and S. J. Watt, J. Vis. 10, 1 (2010).

Journal of the SID (3)

S. Shiwa, K. Omura, and F. Kishino, Journal of the SID 4, 255 (1996).

T. Shibata, T. Kawai, K. Ohta, M. Otsuki, N. Miyake, Y. Yoshihara, and T. Iwasaki, Journal of the SID 13, 665 (2005).

B. T. Schowengerdt, M. Murari, and E. J. Seibel, Journal of the SID 41, 653 (2010).

Jpn. J. Appl. Phys. (1)

S. Suyama, M. Date, and H. Takada, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 480 (2000).

Opt. Express (3)

G. D. Love, D. M. Hoffman, P. J. W. Hands, J. Gao, A. K. Kirby, and M. S. Banks, Opt. Express 17, 1716 (2009).

S. Liu and H. Hua, Opt. Express 18, 11562 (2010).

S. Ravikumar, K. Akeley, and M. S. Banks, Opt. Express 19, 20940 (2011).

Opt. Lett. (2)

Proc. SPIE (1)

K. J. MacKenzie, R. A. Dickson, and S. J. Watt, Proc. SPIE 7863, 78631 (2011).

Other (1)

K. Akeley, "Achieving near-correct focus cues using multiple image planes", PhD. Thesis (Stanford University, 2004).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.