JP2011145607A - Head mount display - Google Patents
Head mount display Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011145607A JP2011145607A JP2010008190A JP2010008190A JP2011145607A JP 2011145607 A JP2011145607 A JP 2011145607A JP 2010008190 A JP2010008190 A JP 2010008190A JP 2010008190 A JP2010008190 A JP 2010008190A JP 2011145607 A JP2011145607 A JP 2011145607A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- display
- local
- display element
- pupil
- shutter mechanism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、表示素子を有し、表示素子が眼前にくるように頭や耳に装着してヘッドマウントするヘッドマウントディスプレイに関する。 The present invention relates to a head-mounted display that has a display element and is mounted on a head or ear so that the display element comes in front of the eyes.
一般的なヘッドマウントディスプレイ(HMD)では、表示素子をレンズや反射鏡などの静的な光学系を通して見る構成になっている。この構成では、表示素子による画像は光学系で決まる見かけ上の固定距離地点(虚像位置)に存在するように見える。 In a general head mounted display (HMD), the display element is viewed through a static optical system such as a lens or a reflecting mirror. In this configuration, the image by the display element appears to exist at an apparent fixed distance point (virtual image position) determined by the optical system.
ピンホールカメラが知られている。
通常のレンズを用いたカメラではピントを合わせた対象物より前後にずれた物はぼけた画像が撮影される。これに対し、ピンホールを用いたカメラでは対象物の距離や、ピンホールとフィルムの距離によらずピントのあった画像が撮影できることが知られている。このような性質はパンフォーカス(deep focus)と呼ばれている。
A pinhole camera is known.
With a camera using a normal lens, a blurred image is taken of an object that is shifted back and forth from the focused object. On the other hand, it is known that a camera using a pinhole can capture a focused image regardless of the distance between the object and the distance between the pinhole and the film. This property is called pan focus.
ディスプレイ素子の手前に多数のピンホールを平面状に規則的に並べてディスプレイ素子から出た光線の射出方向を制限し、目の位置に応じて適切な立体画像を提供するアイデアが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、上記のピンホール位置を、液晶素子などを用いて可変とする案もあるが、その目的は複数または変化する視聴者の目の位置に対応して3D表示をするためのものである。
An idea is known in which a large number of pinholes are regularly arranged in front of a display element to limit the emission direction of light emitted from the display element and provide an appropriate stereoscopic image according to the position of the eye ( For example, see Patent Document 1).
In addition, there is a proposal to change the pinhole position by using a liquid crystal element or the like, but the purpose is to perform 3D display corresponding to a plurality or changing positions of the viewer's eyes.
3D表示を行うHMDでは、左右の画像のずれから感知される距離と上記の固定距離上の表示位置がずれると、違和感や焦点距離の不一致が起きて眼精疲労や頭痛などの不具合発生が懸念される。
また、メガネを常用している人がHMDを使うときメガネを着用し、その上からHMDを装着できるようにするには、HMDサイズを大きくする必要がある。メガネを外してHMDを装着すると、ぼやけた画像を見ることになる。
上記の焦点が合わないことで生じる問題に対し、ピンホールを用いたパンフォーカス化による対処は容易に考え付くが、その場合は画像が極端に暗くなり、視野も狭まってしまう。
In the HMD that performs 3D display, if the distance perceived from the shift of the left and right images and the display position on the fixed distance are shifted, there is a concern that discomfort or disagreement of the focal distance may occur, causing problems such as eye strain or headache. Is done.
In addition, when a person who regularly uses glasses wears the glasses when using the HMD and is able to wear the HMD from the top, it is necessary to increase the HMD size. If you remove the glasses and wear the HMD, you will see a blurred image.
To deal with the above-mentioned problem caused by being out of focus, it is easily conceivable to deal with pan-focus using a pinhole, but in this case, the image becomes extremely dark and the field of view is narrowed.
特許文献1のようにHMDより大型の表示装置を想定し複数ピンホールを用いたものでは、瞳とピンホール間の距離が長いためピンホール間隔と画素ピッチを同程度にすることが容易で、画像全体をそれなりの解像度で表示できる。
As shown in
ところが、上記特許文献1に記載の技術をHMDにそのまま適用した場合は、ピンホールまたはシャッタ機構と目の距離が近いため、ピンホール間隔をあまり小さくすると表示素子上の1点から出た光が複数のピンホール経由で目に届いてしまい、パンフォーカス効果が無くなってしまう。
かといってピンホール間隔を表示素子の画素間隔より大きくした場合は、網目越しに覗いたような細かく分割された画像表示になってしまう。
However, when the technique described in
However, when the pinhole interval is made larger than the pixel interval of the display element, the image display is finely divided as if viewed through a mesh.
本発明は、上記した問題がない、あるいは軽減されたヘッドマウントディスプレイを新たに提供するものである。 The present invention newly provides a head-mounted display that does not have the above-described problems or is reduced.
本発明に関わるヘッドマウントディスプレイは、表示素子と、シャッタ機構と、表示制御部とを有する。
前記シャッタ機構は、複数の光学的な局部開口の形成を制御するものである。シャッタ機構は、装着時に想定される両眼の瞳の位置と大きさをもつ瞳想定領域と前記表示素子との間に複数の光学的な局部開口を介在させる。そして、当該局部開口の位置を時間とともに高速で切り換える。
前記表示制御部は、前記表示素子の表示面における部分的な画像の表示位置を前記シャッタ機構の前記局部開口の位置に同期して高速に切り替える。
The head mounted display according to the present invention includes a display element, a shutter mechanism, and a display control unit.
The shutter mechanism controls the formation of a plurality of optical local openings. The shutter mechanism interposes a plurality of optical local openings between an assumed pupil region having the position and size of pupils of both eyes assumed at the time of wearing and the display element. Then, the position of the local opening is switched at a high speed with time.
The display control unit switches the display position of a partial image on the display surface of the display element at high speed in synchronization with the position of the local opening of the shutter mechanism.
以上の構成によれば、局部開口同士の距離を、同時に2以上の局部開口を通した線状画像光が瞳に届かないように大きくしても、局部位置の高速切り替え動作によって局部開口が離れていることによる画像光の強弱等のムラがない。また、局部開口に同期して局部開口を通すべき部分的な画像表示が行われる。この表示範囲が狭い部分的な画像は、対応する1つの局部開口を通ったときだけ瞳位置を規定する瞳想定領域に届く。他の局部開口を通っても、その先には瞳がないため画像の視認には影響しない。
このような局部の画像光で表示画像をスキャン表示させると、ある短い時間だけ瞳に届く各画像光は線状であり、視認画像は、このような多数の線状画像光の集合として見えるため、ピントがぼけた画像とならない。
According to the above configuration, even if the distance between the local openings is increased so that the linear image light passing through the two or more local openings does not reach the pupil, the local openings are separated by the high-speed switching operation of the local positions. Therefore, there is no unevenness such as intensity of image light. In addition, partial image display that should pass through the local opening is performed in synchronization with the local opening. This partial image with a narrow display range reaches the assumed pupil region that defines the pupil position only when it passes through one corresponding local opening. Even if it passes through another local opening, since there is no pupil beyond that, it does not affect the visual recognition of the image.
When a display image is scanned and displayed with such local image light, each image light that reaches the pupil for a short period of time is linear, and a visually recognized image appears as a collection of such many linear image lights. , The image is not out of focus.
本発明によれば、3D表示を行うHMDにおける輻輳角と焦点距離の矛盾による問題を軽減でき、またメガネを併用する必要性や焦点距離調整の必要性が少ないヘッドマウントディスプレイを新たに提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce a problem caused by a contradiction between a convergence angle and a focal length in an HMD that performs 3D display, and to newly provide a head-mounted display that requires less spectacles and focal length adjustment. Can do.
本発明の実施形態を、図面を参照して以下の順に説明する。
以下、次の順で説明を行う。
1.第1の実施の形態:単一表示素子とシャッタ機構が平行配置された実施形態。
2.第2の実施の形態:シャッタ機構の開口面積を外側ほど大きくして、瞳位置からの開口視野面積を均一化した実施形態。
3.第3の実施の形態:単一表示素子とシャッタ機構が共に曲面をもつ形状を有する実施形態。
Embodiments of the present invention will be described in the following order with reference to the drawings.
Hereinafter, description will be given in the following order.
1. First embodiment: an embodiment in which a single display element and a shutter mechanism are arranged in parallel.
2. Second Embodiment: An embodiment in which the aperture area of the shutter mechanism is increased toward the outside, and the aperture visual field area from the pupil position is made uniform.
3. Third Embodiment: An embodiment in which both the single display element and the shutter mechanism have a curved surface.
<1.第1の実施の形態>
[装置構成]
図1は、第1の実施形態に関わるヘッドマウントディスプレイ(HMD)を、人のヘッドに眼前に表示素子がくるように装着したときの、上方から見た概略構成図である。
図1に図解するHMD1は、不図示のゴーグルやメガネ状の装着枠部材に、図示した各部を装備させて構成される。不図示の装着枠部材は顔形状、耳や鼻などにフィットすることで各部の位置出しができるようになっている。脱落防止のためには、ヘッドに固定する部分、あるいは、こめかみを内側に押さえ、または、耳等に掛かりあう装着枠部材構造となっている。
<1. First Embodiment>
[Device configuration]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram viewed from above when a head mounted display (HMD) according to the first embodiment is mounted on a human head so that a display element comes in front of eyes.
The HMD 1 illustrated in FIG. 1 is configured by mounting each part shown in a goggle or glasses-like mounting frame member (not shown). A mounting frame member (not shown) can be positioned by fitting the face shape, ears, nose, and the like. In order to prevent the dropout, the mounting frame member structure is such that the portion fixed to the head, or the temple is pressed inward, or is engaged with the ear or the like.
不図示の装着枠部材の先端面付近には、符号“2”により示す表示素子が固定されている。
表示素子2のサイズや重量はHMDのデザインや装着感に大きく影響するため、表示素子2としては液晶や有機ELなどの軽量かつ高精細なものが望ましい。
A display element indicated by reference numeral “2” is fixed near the front end surface of the mounting frame member (not shown).
Since the size and weight of the
左右の瞳がくると想定される位置で、瞳の大きさに対応した大きさの瞳想定領域を想定する。この瞳想定領域と表示素子2との間には、表示素子2側から光学部品としてのシャッタ機構3と、2つの接眼レンズ4R,4Lとが配設されている。
Assume an assumed pupil area having a size corresponding to the size of the pupil at the position where the left and right pupils are expected to come. Between the assumed pupil region and the
シャッタ機構3は、液晶等の光変調(但し、この場合は光透過、光遮断の機能のみ)を利用してシャッタリングを行うものが望ましい。後述するように高速で表示と同期制御する必要があるため、表示素子2と同じような機構であることが有利である。
詳細は後述するが、シャッタ機構3は、瞳の径にくらべかなり小さい複数の局所開口を線状画像光の透過窓として開ける役目がある。しかも、高速で位置切り替えを行う必要がある。したがって、物理的(機構的)なシャッタでも原理的には可能であるが、機構は変えないでその材料等の光学的性質を変化させるものが高速切り換えの点で望ましい。
The
Although details will be described later, the
接眼レンズ4R,4Lは、本発明が非適用のHMDと同様に、表示素子上の画像を適切な虚像位置に見せるために使われる。ピンホールによるパンフォーカス化の効果は有限なため、よりピントを合いやすくするために接眼レンズ4R,4Lをピンホールと併用する。
なお、レンズ材料に限定はないが軽量化のためにはプラスチック等が望ましい。また、両眼距離に合わせてレンズの相対位置調整機構を備えてもよい。
The
The lens material is not limited, but plastic is desirable for weight reduction. Further, a lens relative position adjusting mechanism may be provided in accordance with the binocular distance.
シャッタ機構3が電気的に制御される光学シャッタ、例えば液晶シャッタの場合、その局部開口を電気的に制御する必要がある。また、局部開口に対応した位置と大きさで、かつ同期した部分的な画像を表示素子2に表示させ、これを切り替える必要もある。
本例では、このシャッタ制御と、表示素子2に部分画像を表示するときの表示データ生成制御のための回路として、同期表示制御部5をHMD1に備えることが望ましい。同期制御のための要件は後述する。
In the case of an optical shutter in which the
In this example, it is desirable that the
同期表示制御部5は、HMD1がメガネタイプならフレーム等に埋め込まれた小型の回路であってもよいし、少し大型なら鑑賞者の頭等に取り付けるボックス内に実装された回路であってもよい。通常、表示素子(および電気的制御ならシャッタ機構3)を駆動する電源が必要である。同期表示制御部5は電源の近くにまとめて配備されるようにしてもよいし、電源(例えば電池)とともにHMD1の外枠部分に埋め込むようにしてもよい。
なお、同期表示制御部5は、HMD1ではなく、外部の機器に設けることも可能である。別の画像供給側の装置、例えばパーソナルコンピュータ(PC)、AV据え置き機器あるいはモバイル機器に同期表示制御部5を設けてもよい。この場合、変換されたデータをHMD1が、この外部の機器から有線、無線、または、メモリカード等のメディアを介して受け取る構成とするとよい。
The synchronous
The synchronous
同期表示制御部5は、有線の入力端子、ワイヤレスアンテナ、または、メモリカードインターフェイス等の画像データの入力部を備える。
The synchronous
同期表示制御部5により生成されて制御される画像は、2D画像と3D画像のどちらでもよい。
なお、シャッタ機構3による局部開口と、表示素子2による部分的画像の同期制御は、局部開口を通す線状画像光の集合として画像表示を行うものである。このような線状画像光により構成された画像はピントが殆んどずれない。そのため、局部開口のピッチを線状画像光の干渉がない範囲で十分小さくできる場合は、接眼レンズ4R,4Lが不要な場合もある。
The image generated and controlled by the synchronous
Note that the synchronous control of the local opening by the
[シャッタ機構の局部開口の例]
図2は、シャッタ機構の局部開口の開口制御法を例示するための模式図である。
図2はシャッタ機構の一部分を示す。1つの升目が1つの開口制御単位を表す。例えば、開口制御単位9つを1グループとし、升目中の数字の順序で時分割に局部開口を移動させる。図2では5番目の開口制御単位内の局部開口が開いた瞬間を示している。なお、シャッタ機構の開口制御単位のサイズが、1つの開口制御サイズ(局部開口サイズ)よりも小さい場合は、局部開口の位置変更ピッチを開口制御単位のサイズより小さくしてもよい。この場合、例えば数字の5番と6番の升目の間に局部開口が開く場合もあり得る。
[Example of local opening of shutter mechanism]
FIG. 2 is a schematic diagram for illustrating an opening control method of a local opening of the shutter mechanism.
FIG. 2 shows a part of the shutter mechanism. One grid represents one opening control unit. For example, nine aperture control units are grouped into one group, and the local aperture is moved in a time division manner in the order of the numbers in the grid. FIG. 2 shows the moment when the local opening in the fifth opening control unit is opened. When the size of the opening control unit of the shutter mechanism is smaller than one opening control size (local opening size), the position changing pitch of the local opening may be made smaller than the size of the opening control unit. In this case, for example, a local opening may be opened between the
[シャッタ機構の複数開口と表示画素の関係の例]
図3に、眼と表示素子2とを上から見たときのシャッタ機構3に設けられた複数の局部開口3Aを通る光路を示している。
白い放射状の図形が表示素子2の部分表示とシャッタ機構の局所開口を経由して瞳に到達する光線を示している。表示素子2からは図示された光線以外の方向へも光が出ていて、その一部は局部開口経由で外へ漏れるものもあるが、瞳の方向からは外れるので視覚領域には入ってこない。例えば図3において、斜線で示す光線L2は、同じ表示位置(部分的な画像2A)から出て瞳に到達する光線L1と異なる局部開口3Aを通っているため、瞳に入らない。このように、ある時間でみると、ある1つの表示位置(部分的な画像2A)から出た光線が1本だけ瞳に到達し、光線L2を含むその他の光線は瞳に到達しないように制御することが、画像が干渉しないために望まれる。
このことが満たされるように、画素表示及びシャッタ局部開口の間隔を適切に選択し、不要な光線は瞳に入らないようにする。
[Example of relationship between multiple openings of shutter mechanism and display pixels]
FIG. 3 shows an optical path passing through a plurality of
White radial figures indicate light rays that reach the pupil via the partial display of the
In order to satisfy this, the interval between the pixel display and the shutter local aperture is appropriately selected so that unnecessary rays do not enter the pupil.
但し、実際の瞳位置は人により、また、装着具の取り付け位置出しが十分でない場合にもバラツキをもつ。したがって、このようなバラツキが多少あっても画像光同士の干渉(瞳への同時到達)がないような大きさと位置の瞳想定領域(仮想瞳領域)を想定して、画素表示及びシャッタ局部開口の間隔を規定することが望ましい。この仮想瞳領域は実際の瞳の大きさ(直径が2[mm]〜最大6[mm]程度に変化)より大きく、その分、装着具の取り付け精度等を考慮した余裕を持たせている。
例えば瞳想定領域は、瞳の最大直径である6[mm]に、装着時の位置ずれマージン幅を加えた直径をもつ仮想円形領域である。
However, the actual pupil position varies depending on the person and when the mounting position of the wearing tool is not sufficient. Therefore, the pixel display and the shutter local aperture are assumed on the assumption of a pupil assumed region (virtual pupil region) having a size and position so that there is no interference between image lights (simultaneous arrival at the pupil) even if there is some variation. It is desirable to define the interval of. This virtual pupil region is larger than the actual size of the pupil (the diameter changes from 2 [mm] to a maximum of 6 [mm]), and accordingly, a margin is given in consideration of the mounting accuracy of the wearing tool.
For example, the assumed pupil area is a virtual circular area having a diameter obtained by adding a positional deviation margin width at the time of wearing to 6 [mm] which is the maximum diameter of the pupil.
[同期表示制御の望ましい要件]
以上の望ましい要件を正確に述べると以下のごとくである。
(1)前提として、複数の局部開口3Aは互いの距離をとって規則的に面状配置されることが必要である。
(2)この場合の要件として、局部開口3A間の最低距離が、瞳想定領域(装着時に位置が想定される両眼の瞳に対応した大きさの仮想瞳領域)に同時に2つ以上の局部開口からの線状画像光が入射されない値に規定される。
[Preferred requirements for synchronous display control]
The above desirable requirements are precisely as follows.
(1) As a premise, the plurality of
(2) As a requirement in this case, the minimum distance between the
なお、HMD1に瞳位置合わせ機能を持たしてもよい。たとえば、HMD1装着時に瞳の真正面から真正面の局所開口を通して1本の光線が出ており、それが良く見える位置にHMD1を装着するようにしてもよい。
The
以上の構成では、同期表示制御部5による表示と開口を同期して移動させる速度が余りに遅いと、移動制御を行わないスタティックな場合に問題となる網目状の表示ムラの抑制ができない。これを防止するための要件は、以下のごとくである。
(3)シャッタ機構3と同期表示制御部5は、瞳想定領域における視認画像で、局部開口3Aが上記した最低距離以上離れて規則的に配置されていることが画像分割や光の強弱である画像ムラとなって見えないほど高い残像効果が得られるようにする。このためには、高速に、局部開口3Aと部分的な画像の位置を同期制御する。
In the above configuration, if the display by the synchronous
(3) The
また、位置的な同期ずれがあると画像そのものがきれいに見えない。同期ずれのない要件としては、以下のごとくである。
(4)部分的な画像と局部開口とを同期制御する際に、部分的な画像2Aの中心から局部開口3Aの中心を通る方向(例えば図3に示す光線L1の中軸方向)の先に瞳想定領域が存在する必要がある。この必要が満たされるように、表示素子2および同期表示制御部5は、同期制御する部分的な画像2Aと局部開口3Aとの相対位置を制御する。
Also, if there is a positional synchronization shift, the image itself does not look beautiful. The requirements for no synchronization loss are as follows.
(4) When synchronously controlling the partial image and the local aperture, the pupil is ahead of the direction passing through the center of the
[比較例との対比における効果]
次に、HMDやピンホール画像表示に関する比較例を説明し、それらとの対比において本実施形態の効果を述べる。
[Effect in comparison with comparative example]
Next, comparative examples relating to HMD and pinhole image display will be described, and the effects of the present embodiment will be described in comparison with them.
《第1比較例》
図4に、大型ディスプレイを用いたマルチピンホール表示方式における1ピンホールの視野サイズの説明図を示す。
この大型ディスプレイではマルチピンホールを規則的に多数開口したフロントパネル30から表示素子20までは0.5[m]、フロントパネル30から視認位置(瞳位置)までは2[m]を想定する。
この例において、1つのピンホール経由で見える画素範囲(直径)は約6×0.5/2≒1.5[mm]にピンホール径を加えたものである。よって、マルチピンホールの間隔は2〜3[mm]は可能で、横幅1〜2[m]の大型表示素子を用いれば水平方向で500〜1000画素の解像度で表示が可能である。
<< First Comparative Example >>
FIG. 4 is an explanatory diagram of the visual field size of one pinhole in the multi-pinhole display system using a large display.
This large display assumes 0.5 [m] from the
In this example, the pixel range (diameter) that can be seen through one pinhole is obtained by adding the pinhole diameter to about 6 × 0.5 / 2≈1.5 [mm]. Therefore, the interval between the multi-pinholes can be 2 to 3 [mm], and if a large display element having a lateral width of 1 to 2 [m] is used, display can be performed with a resolution of 500 to 1000 pixels in the horizontal direction.
《第2比較例》
図5は、HMDにおいて1つのピンホールを通した視野サイズの説明図である。第1比較例で0.5[m]、2[m]とした距離は、共に4[cm]を想定する。
第2比較例は、第1の実施形態のHMD1において、局所開口(ピンホールに相当)の同期切り替え制御を行わない場合に該当する。
<< Second Comparative Example >>
FIG. 5 is an explanatory diagram of the visual field size through one pinhole in the HMD. In the first comparative example, both distances of 0.5 [m] and 2 [m] are assumed to be 4 [cm].
The second comparative example corresponds to a case where the synchronous switching control of the local opening (corresponding to a pinhole) is not performed in the
この例において1つのピンホール経由で見える画素範囲(直径)は約6[mm]である。マルチピンホールにする場合はピンホール間隔が約3[mm]以上必要となる。
一方、表示素子20の横幅が20[cm]で画素数が水平画素数を1000とすれば1画素幅は0.2[mm]となる。よって表示画素ピッチよりもピンホールピッチが大きく、ピンホール位置が固定では網目状の表示となる。
In this example, the pixel range (diameter) seen through one pinhole is about 6 [mm]. In the case of a multi-pinhole, the pinhole interval needs to be about 3 [mm] or more.
On the other hand, when the horizontal width of the
以上の比較例に対して、本実施形態では以下の効果が得られる。
ピンホールカメラと同じ原理でパンフォーカス(英語ではdeep focus)に近づけることができる。そのためヘッドマウントディスプレイによる3D表示での輻輳と焦点距離の矛盾を軽減でき、長時間使用時の眼精疲労等医学的な問題を減らせる。
メガネによる視力補正を必要とする人でもメガネなしでボケが少ない映像を見ることができる。
In contrast to the comparative example described above, the present embodiment provides the following effects.
It can be brought close to pan focus (in English, deep focus) using the same principle as a pinhole camera. Therefore, the contradiction between the convergence and the focal length in 3D display by the head mounted display can be reduced, and medical problems such as eye strain when used for a long time can be reduced.
Even people who need eyesight correction with glasses can see images with little blur without glasses.
複数の局部開口(ピンホールに相当)を用いるので1ピンホール方式に比べて表示画像が明るく、視野も広い。 Since a plurality of local apertures (corresponding to pinholes) are used, the display image is brighter and the field of view is wider than that of the 1-pinhole method.
複数のピンホールが固定位置の前記第3比較例の場合、パンフォーカス効果を得るには1つの表示画素からの光線が1つのピンホールのみを経由して瞳に入射する必要がある。そのためにはピンホールの間隔を瞳の最大径を考慮してある程度離す必要がある。その場合、複数のピンホール経由の画像は表示素子の画像の一部しか表示できず網目越しに覗いているような画像となる。 In the case of the third comparative example in which a plurality of pinholes are fixed positions, in order to obtain a pan focus effect, it is necessary that light rays from one display pixel enter the pupil via only one pinhole. For this purpose, it is necessary to separate the pinhole intervals to some extent in consideration of the maximum pupil diameter. In that case, an image via a plurality of pinholes can be displayed as only a part of the image of the display element, and looks as if looking through the mesh.
本案では局部開口3A(ピンホールに相当)の位置と対応した表示素子2の発光領域(部分的な画像)を高速に切り替えて行くので残像効果により複数の局部開口ごとに画像のつなぎ目が目立たず表示素子2の画像すべてを見ることができる。
In this proposal, since the light emitting area (partial image) of the
<2.第2の実施の形態>
図6は、第2の実施形態におけるシャッタ機構の局部開口の開口形状を示す模式図である。
図6に示す各矩形領域は、図2の升目と同様に開口制御単位を表す。1つの開口制御単位に、1つまたは一定数の局部開口が存在する。つまり、図6に示す矩形領域は、局部開口の密度を表している。具体的には、画面中心ほど矩形領域面積が小さいのでその密度(=個数/面積)も高く、外側になるほど密度が低くなる。
<2. Second Embodiment>
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an opening shape of a local opening of the shutter mechanism according to the second embodiment.
Each rectangular area shown in FIG. 6 represents an opening control unit in the same manner as the grid in FIG. There is one or a fixed number of local openings in one opening control unit. That is, the rectangular area shown in FIG. 6 represents the density of local openings. Specifically, since the area of the rectangular region is smaller toward the center of the screen, the density (= number / area) is higher, and the density is lower toward the outside.
このように局部開口の配置ピッチを外側ほど疎にしたのは、眼球から見込む画像または局部開口の視野角を面位置によらず一定とするためである。つまり、画像中心では真っ直ぐに光線が瞳に入るため、ほぼ図示した面積の開口制御単位となる。これに対し、外側ほど斜めから見ることになるので図示の大きさより開口制御単位の視野面積(瞳から見える面積)が狭くなる。結果として、視野面積は画面内で均一化される。
なお、局部開口は、どの開口制御単位にも同じ数で設けられているため、開口制御単位の視野面積の増減は、そのまま局部開口の視野面積の増減となる。
The reason why the arrangement pitch of the local openings is made sparse toward the outside in this way is to make the image viewed from the eyeball or the viewing angle of the local openings constant regardless of the surface position. In other words, since the light ray enters the pupil straight at the center of the image, it becomes an aperture control unit having a substantially illustrated area. On the other hand, since the outer side is viewed from an oblique direction, the visual field area (area seen from the pupil) of the aperture control unit is narrower than the illustrated size. As a result, the visual field area is made uniform in the screen.
Since the same number of local apertures are provided in any aperture control unit, the increase / decrease in the visual field area of the aperture control unit is directly the increase / decrease in the visual field area of the local aperture.
第2の実施形態では、図6と図2の違いがあるが、その他の構成は第1の実施形態と同様である。
したがって、第1の実施形態で述べた効果が、本実施形態でも得られる。
加えて、第2の実施形態では、不必要な画面端の解像度を必要十分に抑えることで表示素子の画素数やシャッタ機構の制御単位数を減らせるという効果がある。
In the second embodiment, there is a difference between FIG. 6 and FIG. 2, but the other configurations are the same as those of the first embodiment.
Therefore, the effects described in the first embodiment can also be obtained in this embodiment.
In addition, the second embodiment has an effect that the number of pixels of the display element and the number of control units of the shutter mechanism can be reduced by sufficiently suppressing the resolution of the unnecessary screen edge.
<3.第3の実施の形態>
図7は、第3の実施形態に関わる図1に対応した図である。
図7が図1と異なる点の第1は、表示素子2Bが、その表示面が両眼からの距離が横方向の行程で均一化される向きに曲がった曲面形状を有することである。
相違点の第2は、接眼レンズ4R,4Lが、表示面の曲がりに対応して、レンズの中央部と周辺部で焦点距離が異なる多焦点構造または焦点距離を連続的に変化させた非球面構造を有することである。
相違点の第3は、シャッタ機構3Bが、レンズ面に合わせて、眼球からの距離が均一化する向きに曲げられていることである。ここで均一化される向きとは、必ず均一化するまで曲げられているとは限らず、少しでも図1より均一化する向きに曲げられていれば足りる。このようなシャッタ機構3Bは、光透過方式の液晶シャッタ等が好適である。
その他の構成は、図7は図1と共通する。
<3. Third Embodiment>
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 1 according to the third embodiment.
7 is different from FIG. 1 in that the
The second difference is that the
A third difference is that the
In other configurations, FIG. 7 is common to FIG.
本実施形態によれば、第1の実施形態と同じ効果に加え、少ない面積で大きい視野角に対応できるという効果が得られる。また、平面上に配置されたシャッタの端では視線が斜め方向となるため液晶シャッタやフィルタでは光の透過率が中央部と異なってしまう。本実施形態では、その光透過率の乖離を軽減できる。 According to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, an effect that a large viewing angle can be handled with a small area can be obtained. Further, since the line of sight is inclined at the end of the shutter arranged on the plane, the light transmittance of the liquid crystal shutter and the filter differs from the central portion. In this embodiment, the deviation of the light transmittance can be reduced.
1…HMD、2,2B…表示素子、2A…部分的な画像、3,3B…シャッタ機構、3A…局所開口、4R,4L…接眼レンズ、5…同期表示制御部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
装着時に想定される両眼の瞳の位置と大きさをもつ瞳想定領域と前記表示素子との間に複数の光学的な局部開口を介在させ、当該局部開口の位置を時間とともに高速で切り換えるシャッタ機構と、
前記表示素子の表示面における部分的な画像の表示位置を前記シャッタ機構の前記局部開口の位置に同期して高速に切り替える表示制御部と、
を有するヘッドマウントディスプレイ。 A display element;
A shutter that interposes a plurality of optical local openings between the display element and a pupil assumed area having the position and size of the eyes of both eyes assumed at the time of wearing, and switches the position of the local openings with time. Mechanism,
A display control unit that switches a partial image display position on the display surface of the display element at high speed in synchronization with the position of the local opening of the shutter mechanism;
A head mounted display.
局部開口間の最低距離が、前記瞳想定領域に同時に2つ以上の局部開口からの線状画像光が入射されない値に規定される
請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The plurality of local openings are regularly arranged in a plane at a distance from each other,
The head-mounted display according to claim 1, wherein a minimum distance between local openings is defined as a value at which linear image light from two or more local openings is not simultaneously incident on the assumed pupil region.
請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The shutter mechanism and the display control unit are visually recognized images in the assumed pupil region, and image irregularities in which local openings are regularly arranged at a distance of the minimum distance or more are image division and light intensity. The head mounted display according to claim 2, wherein the position of the local opening and the partial image is synchronously controlled at high speed so as to obtain an afterimage effect that is so high that it cannot be seen.
請求項3に記載のヘッドマウントディスプレイ。 When the display element and the display control unit synchronously control the partial image and the local aperture, the assumed pupil region exists in the direction from the center of the partial image to the center of the local aperture. The head mounted display according to claim 3, wherein the relative position between the partial image to be synchronously controlled and the local opening is controlled.
請求項4に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The head-mounted display according to claim 4, wherein the assumed pupil area is a virtual circular area having a diameter obtained by adding a positional deviation margin width at the time of wearing to 6 [mm] which is the maximum diameter of the pupil.
請求項4に記載のヘッドマウントディスプレイ The pixel pitch of the display element, the pitch of the control unit of the local opening of the shutter mechanism, or both pitches are different between the central part and the peripheral part, and the peripheral part pitch is larger than the central part. 4. Head mounted display according to
請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ The pixel pitch of the display element, the pitch of the control unit of the local opening of the shutter mechanism, or both pitches are different between the central part and the peripheral part, and the peripheral part pitch is larger than the central part. The head mounted display according to 1
請求項4に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The display surface of the display element, the surface for controlling the position of the local opening of the shutter mechanism, or both surfaces are more uniform than the planar configuration in which the distance from the pupil to the display element or the shutter mechanism is parallel. The head mounted display according to claim 4 which is a curved surface.
請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The display surface of the display element, the surface for controlling the position of the local opening of the shutter mechanism, or both surfaces are more uniform than the planar configuration in which the distance from the pupil to the display element or the shutter mechanism is parallel. The head mounted display according to claim 1 which is a curved surface.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010008190A JP2011145607A (en) | 2010-01-18 | 2010-01-18 | Head mount display |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010008190A JP2011145607A (en) | 2010-01-18 | 2010-01-18 | Head mount display |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011145607A true JP2011145607A (en) | 2011-07-28 |
Family
ID=44460486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010008190A Pending JP2011145607A (en) | 2010-01-18 | 2010-01-18 | Head mount display |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011145607A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014130218A (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Japan Display Inc | Display device |
WO2014113455A1 (en) * | 2013-01-15 | 2014-07-24 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Methods, systems, and computer readable media for generating an augmented scene display |
US20150177514A1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | Nvidia Corporation | System, method, and computer program product for a pinlight see-through near-eye display |
US9519144B2 (en) | 2013-05-17 | 2016-12-13 | Nvidia Corporation | System, method, and computer program product to produce images for a near-eye light field display having a defect |
JP2017500605A (en) * | 2013-11-27 | 2017-01-05 | マジック リープ, インコーポレイテッド | Virtual and augmented reality systems and methods |
US9582922B2 (en) | 2013-05-17 | 2017-02-28 | Nvidia Corporation | System, method, and computer program product to produce images for a near-eye light field display |
US9983412B1 (en) | 2017-02-02 | 2018-05-29 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Wide field of view augmented reality see through head mountable display with distance accommodation |
US10274731B2 (en) | 2013-12-19 | 2019-04-30 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Optical see-through near-eye display using point light source backlight |
JP2021521494A (en) * | 2018-03-01 | 2021-08-26 | ヒーズ アイピー ホールディングス エルエルシー | Near-eye display display method that enables multiple depths of the field image |
-
2010
- 2010-01-18 JP JP2010008190A patent/JP2011145607A/en active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014130218A (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Japan Display Inc | Display device |
WO2014113455A1 (en) * | 2013-01-15 | 2014-07-24 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Methods, systems, and computer readable media for generating an augmented scene display |
US9858721B2 (en) | 2013-01-15 | 2018-01-02 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Methods, systems, and computer readable media for generating an augmented scene display |
US9519144B2 (en) | 2013-05-17 | 2016-12-13 | Nvidia Corporation | System, method, and computer program product to produce images for a near-eye light field display having a defect |
US9582922B2 (en) | 2013-05-17 | 2017-02-28 | Nvidia Corporation | System, method, and computer program product to produce images for a near-eye light field display |
JP2017500605A (en) * | 2013-11-27 | 2017-01-05 | マジック リープ, インコーポレイテッド | Virtual and augmented reality systems and methods |
US9594247B2 (en) * | 2013-12-19 | 2017-03-14 | Nvidia Corporation | System, method, and computer program product for a pinlight see-through near-eye display |
US20150177514A1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | Nvidia Corporation | System, method, and computer program product for a pinlight see-through near-eye display |
US10274731B2 (en) | 2013-12-19 | 2019-04-30 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Optical see-through near-eye display using point light source backlight |
US9983412B1 (en) | 2017-02-02 | 2018-05-29 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Wide field of view augmented reality see through head mountable display with distance accommodation |
JP2021521494A (en) * | 2018-03-01 | 2021-08-26 | ヒーズ アイピー ホールディングス エルエルシー | Near-eye display display method that enables multiple depths of the field image |
JP7195653B2 (en) | 2018-03-01 | 2022-12-26 | ヒーズ アイピー ホールディングス エルエルシー | A near-eye display method that enables multiple depths of field images |
US11927871B2 (en) | 2018-03-01 | 2024-03-12 | Hes Ip Holdings, Llc | Near-eye displaying method capable of multiple depths of field imaging |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2011145607A (en) | Head mount display | |
KR102139268B1 (en) | Eye projection system | |
CN108375840B (en) | Light field display unit based on small array image source and three-dimensional near-to-eye display device using light field display unit | |
US8246170B2 (en) | Display apparatus | |
US9030737B2 (en) | 3D display device and method | |
US20130021226A1 (en) | Wearable display devices | |
JP2011059444A (en) | Spectacles-type image display device | |
US20100214635A1 (en) | Display device, display method and head-up display | |
WO2014057274A1 (en) | Head-mountable display with extended field of view | |
JP2010145718A (en) | Head mount image display | |
JP2011145488A (en) | Head mount display | |
JP2012063638A (en) | Head-mounted image display device | |
US20170357092A1 (en) | Display system | |
JP2016126134A (en) | Display device and wearable device | |
BR102022011880A2 (en) | DISPLAY DEVICE FOR GLASSES FOR DISPLAYING A VIRTUAL IMAGE IN A USER'S FIELD OF VIEW, DISPLAY DEVICE FOR GLASSES OF AUGMENTED REALITY | |
CN106291945B (en) | A kind of display panel and display device | |
CN114365027A (en) | System and method for displaying object with depth of field | |
KR20220010358A (en) | Apparatus of displaying augmented reality | |
US10775617B2 (en) | Eye tracked lens for increased screen resolution | |
KR20200061043A (en) | Head Mounted Display | |
CN106371209B (en) | Virtual reality shows helmet and optical module | |
JP2003043409A (en) | Image display device | |
JP2016071374A (en) | Picture display device | |
JP5363390B2 (en) | Head-mounted image display device | |
JP2017158131A (en) | Head-mounted display device |