JP2011145607A - Head mount display - Google Patents

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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
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JP2010008190A
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Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Kumada
一郎 隈田
Original Assignee
Sony Corp
ソニー株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the problem of contradiction between convergence angle and focal distance of eyes causing a problem of a head mount display for performing three-dimensional moving image display, and to reduce the necessity for combined use of the head-mounted display and glasses and necessity for focal distance adjustment. <P>SOLUTION: In a head mount display, a shutter mechanism 3R has a plurality of optical local openings 3A between a display element 2 and a pupil assumption region having positions and size of the pupils of both eyes assumed during wearing. The positions of the local openings 3A are switched with time at a high speed. A synchronous display control section 5 changes the display position of a partial image 2A on the display surface of display element 2 synchronously with the position of the local opening 3A of the shutter mechanism 3R. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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 includes a display device, a head mounted display to the head mount is mounted on the head and ears so that the display device comes in front.

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。 In general a head mounted display (HMD), has a structure to see a display element through a static optical system such as a lens or a reflection mirror. 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 this configuration, an image by the display device appears to be present in a fixed distance point on the apparent determined by the optical system (virtual image position).

ピンホールカメラが知られている。 Pinhole camera is known.
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。 Image blur those displaced back and forth from the object in focus is captured in a camera using a normal lens. 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。 In contrast, in the camera using a pinhole and the distance of the object image in focus regardless of the distance between the pinhole and the film is known to be captured. このような性質はパンフォーカス(deep focus)と呼ばれている。 Such a property is referred to as a pan-focus (deep 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)。 Limiting the emission direction of the light rays emitted from the display device a number of pinholes in front of display elements arranged regularly in a plane, are known idea to provide the appropriate stereoscopic image according to the eye position ( For example, see Patent Document 1).
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。 Furthermore, the pinhole position described above, there is also a proposal to variable by using a liquid crystal element, but the purpose is for the 3D display to correspond to the eye position of the viewer in which a plurality or changes.

特許第3523605号 Patent No. 3523605

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。 In HMD performs 3D display, the left and right when the distance and the display position on the fixed distances sensed from the deviation of the image is shifted, a problem occurs concerns such as discomfort and focal length mismatch occurred eyestrain or headaches It is.
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。 In addition, wearing the glasses when the person you are regular glasses uses a HMD, to be able to mount the HMD from thereon, it is necessary to increase the HMD size. 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。 When mounting the HMD remove the glasses, you will see a blurred image.
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。 To problems caused by the focus of the do not match, addressed by pan-focusing with pinholes readily conceive, in which case the image is extremely dark, field of view becomes narrower.

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。 One using a plurality pinholes assumes a large display device from HMD as described in Patent Document 1 is easy to be the distance between the pupils and the pin holes are to the same extent the pinhole spacing and pixel pitch for long, the whole image can be displayed in moderate resolution.

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。 However, when the technique described in Patent Document 1 is directly applied to the HMD, the distance of the pinhole or the shutter mechanism and the eyes are close, light emitted from one point on the display device a pinhole interval too small will reach the eye via the plurality of pins holes, there would be no pan-focus effect.
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。 The case of greater than the pixel spacing of the display elements pinhole spacing say either become finely divided image displayed as viewed through the mesh over.

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 to no problem, or the head-mounted display that is alleviated above.

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。 Head-mounted display according to the present invention includes a display device, a shutter mechanism, and a display control unit.
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。 The shutter mechanism is for controlling the formation of a plurality of optical local opening. 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。 The shutter mechanism is interposed a plurality of optical local opening between the pupil assumed region and the display device having the position and size of the pupil of both eyes to be assumed at the time of mounting. 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。 Then, switching at a high speed position of the local opening over time.
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。 Wherein the display control unit switches the display position of the partial image on the display surface of the display element at a high speed in synchronism 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。 According to the above configuration, the distance between the local opening, increasing as a linear image light through two or more local opening simultaneously not reach the pupil, the local opening is separated by high-speed switching operation of the local site no unevenness such as intensity of the image light due to have. 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。 Further, the partial image display should pass a local opening in synchronization with the local opening is performed. 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。 The display range is narrow partial image, reach the pupil assumption region defining the pupil position only when passing through the corresponding one of the local opening. 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。 Even through other local opening, it does not affect the visibility of the image because there is no pupil to its destination.
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。 When the scan to display the display image in the image light of such local, the image light reaching the pupil only a short time is linear, visual images, to look as a set of such multiple linear image light , not a focus blurred images.

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, can reduce the problem of inconsistent vergence angle and the focal length in the HMD to perform 3D display, also the necessity and the focal length need fewer head-mounted display of the adjustment in combination glasses to provide new can.

第1の実施形態に関わるHMDの概略構成図(上面視)である。 It is a schematic diagram of the HMD according to the first embodiment (top view). 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。 It is a schematic view for illustrating the opening control method of the local opening of the shutter mechanism. シャッタ機構に設けられた複数の局部開口を通る光路を示す説明図である。 Is an explanatory view showing an optical path through the plurality of local openings in the shutter mechanism. 第2比較例の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である。 It is an explanatory view of a field size of 1 pinhole in a multi pinhole display system using a large display of the second comparative example. 第3比較例の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。 It is an explanatory view of a field size through one pinhole in the HMD of the third comparative example. 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。 It is a schematic view showing the opening shape of the local opening of the shutter mechanism in the second embodiment. 第3の実施形態に関わるHMDの概略構成図(上面視)である。 It is a schematic diagram of the HMD according to the third embodiment (top view).

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。 The embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings in the following order.
以下、次の順で説明を行う。 Below, it will be described in the following order.
1. 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。 First Embodiment: Embodiment of the single display device and the shutter mechanism is disposed in parallel.
2. 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。 Second Embodiment: Increase opening area of ​​the shutter mechanism as outer, embodiments equalized opening field area from the pupil position.
3. 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。 Third Embodiment: Embodiment of the single display device and the shutter mechanism has a shape with both surfaces.

<1. <1. 第1の実施の形態> The first embodiment of the present invention>
[装置構成] [Device configuration]
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。 1, a head-mounted display (HMD) according to the first embodiment, when mounted to come before the eyes to the display element in the human head, which is a schematic view from above.
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。 Is illustrated in Figure 1 HMD 1 is in goggles or glasses-shaped mounting frame member (not shown), composed by equipped with respective units shown. 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。 Mounting frame member (not shown) is made to allow each part of the positioning by fitting like face shape, ears and nose. 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。 For captive, the portion fixed to the head or, pressing the temples inward, or, has a mounting frame member structure mutually takes 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。 In the vicinity of the distal end surface of the mounting frame member (not shown), display device shown by numeral "2" is fixed.
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。 Size and weight of the display element 2 for a significant impact on the design and fit of the HMD, a liquid crystal or organic EL light weight and those of high-definition, such as desirable as a display element 2.

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。 At a position where the right and left pupils is assumed to come to assume a pupil assumption region having a size corresponding to the size of the pupil. 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。 Between the pupil assumption region and the display element 2, a shutter mechanism 3 as an optical component from the display device 2 side, two eyepieces 4R, and a 4L are disposed.

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。 Shutter mechanism 3, the optical modulation of the liquid crystal or the like (however, in this case light transmission, function only of the light blocking) performs shuttering by utilizing desirable. 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。 It is necessary to display the synchronous control at a high speed as will be described later, it is advantageous that a similar mechanism and the display device 2.
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。 Although details will be described later, the shutter mechanism 3 may serve to open the rather small plurality of local openings than the diameter of the pupil as a transmission window of the linear image light. しかも、高速で位置切り替えを行う必要がある。 In addition, it is necessary to carry out the position switch at a high speed. 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。 Therefore, physical although it is possible in principle in (mechanical) shutter mechanism which changes the optical properties of the material such as not changing is desirable in terms of high-speed switching.

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。 Eyepiece 4R, 4L, the present invention is similar to the HMD not applied, is used to show the image on the display device in the appropriate virtual image position. 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。 For Panning focus of the finite due to pinholes, eyepiece 4R, a 4L used with pinhole in order to facilitate fit more focus.
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。 Incidentally, not limited to the lens material, but such as plastic for weight reduction is desirable. 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。 It may also include a relative position adjustment mechanism of the lens in accordance with the both eyes 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。 Optical shutter shutter mechanism 3 is electrically controlled, for example, in the case of the liquid crystal shutter, it is necessary to electrically control the local opening. 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。 Also, is the position and size corresponding to the local opening, and to display the synchronized partial image on the display device 2, the need to switch them.
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。 In this example, a shutter control, a circuit for the display data generation control when displaying a partial image on the display device 2, it is desirable to provide a synchronous display control unit 5 to the HMD 1. 同期制御のための要件は後述する。 Requirements for synchronous control will be described later.

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。 Synchronous display control unit 5 may be a circuit of the compact HMD1 is embedded in the eyeglass type if the frame or the like, or may be a circuit mounted in a box attached to the slightly large if the viewer's head or the like . 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。 Usually, it is necessary power to drive the display device (and a shutter mechanism 3 if electrical control). 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。 It synchronous display control unit 5 may be deployed together close to the power, may be embedded in the outer frame portion of the HMD1 with power (e.g., battery).
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。 Incidentally, the synchronous display control unit 5, instead HMD 1, it is also possible to provide the external device. 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。 Another image supply side of the apparatus, for example, a personal computer (PC), may be provided to synchronize the display control unit 5 in the AV stationary device or mobile device. 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。 In this case, the HMD1 the converted data, wired from the external device, wireless, or may be configured to receive through the media such as a memory card.

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。 Synchronous display control unit 5, a wired input terminal, a wireless antenna, or an input unit of the image data such as a memory card interface.

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。 Image to be controlled is generated by the synchronous display control unit 5 may be either 2D and 3D images.
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。 Note that the local opening by the shutter mechanism 3, the synchronization control of the partial image by the display device 2, and performs image display as a set of linear image light through the local opening. 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。 Such linear images constructed image by light is not shifted etc. N focus 殆. 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。 Therefore, if sufficiently small pitch of the local opening range there is no interference of the linear image light is eyepieces 4R, even if 4L is unnecessary.

[シャッタ機構の局部開口の例] [Example of the local opening of the shutter mechanism]
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。 Figure 2 is a schematic view for illustrating the opening control method of the local opening of the shutter mechanism.
図2はシャッタ機構の一部分を示す。 Figure 2 shows a portion of a shutter mechanism. 1つの升目が1つの開口制御単位を表す。 One square represents one aperture control units. 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。 For example, a single opening control unit 9 as a group, to move the local opening to the time division in the order of numbers in the squares. 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。 Local opening of FIG. 2, the fifth opening control within the unit indicates the moment when open. 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。 The size of the opening control unit of the shutter mechanism is less than one opening control size (local opening size), a position change pitch of the local opening may be smaller than the size of the opening control unit. 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。 In this case, the local opening may be also open during eg the fifth and sixth digits squares.

[シャッタ機構の複数開口と表示画素の関係の例] Example of relationship between a plurality openings and the display pixels of the shutter mechanism]
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。 Figure 3 shows an optical path through a plurality of local openings 3A provided in the shutter mechanism 3 when viewed with the eyes and the display device 2 from above.
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。 It shows a ray reaching the pupil white radial figure via the local opening of the partial display and the shutter mechanism of the display element 2. 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。 Have out light is also a direction other than light rays shown from the display element 2, although some of some of which leaks to the outside via the local opening, not not enter the visual region so it deviates from the direction of the pupil . 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。 In FIG. 3, for example, light L2 shown by oblique lines, since the through different local opening 3A rays L1 reaching the pupil out of the same display position (partial image 2A), does not enter the pupil. 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。 Thus, there Looking at the time, light emitted from a certain one of the display position (partial image 2A) reaches the pupil only one other light including the light L2 is controlled so as not to reach the pupil it is desirable for the image do not interfere to.
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。 This so are met, and proper selection of the spacing of the pixel display and shutter local opening, unwanted light is prevented from entering 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。 However, the actual pupil position by the human, and also have variations if the mounting positioning of the mounting device is not sufficient. 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。 Accordingly, assuming such a variation is some there interference between the image light be such that there is no size and position of the pupil assumed area (simultaneous reaching the pupil) (virtual pupil region), the pixel display and shutter local opening it is desirable to define the interval. 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。 This virtual pupil region is not the actual size of the pupil (diameter 2 [mm] ~ up 6 [mm] to change the degree) larger than, that amount, a margin in consideration of the mounting accuracy of attachment.
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。 For example pupil assumption region, which is the maximum diameter of the pupil 6 [mm], a virtual circular area with a diameter obtained by adding the positional deviation margin width during mounting.

[同期表示制御の望ましい要件] [Desirable requirements of the synchronous display control]
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。 Presented in the following exactly describe or more desired requirements.
(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。 (1) It is assumed that a plurality of local openings 3A is required to be regularly surface arranged taking distance therebetween.
(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。 (2) as a requirement in this case, a minimum distance between local opening 3A is simultaneously more than one local pupil assumed area (virtual pupil region size position when wearing corresponding to the pupil of both eyes envisaged) linear image light from the aperture is defined without being incident value.

なお、HMD1に瞳位置合わせ機能を持たしてもよい。 It should be noted, it may be Motashi a pupil alignment function to HMD1. 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。 For example, it is also possible to mount the HMD1 squarely pupil to HMD1 when mounted and out one light beam through the local opening of the head-on it looks better position.

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。 In the above configuration, the speed of moving in synchronization with the display and the aperture by the synchronous display control unit 5 is too slow, can not be suppressed in the mesh of display unevenness becomes a problem when static is not performed movement control. これを防止するための要件は、以下のごとくである。 Requirements for preventing this is as follows.
(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。 (3) a shutter mechanism 3 and the synchronous display control unit 5, in viewing the image in the pupil assumed region, it is a strength of the image splitting and light local opening 3A are regularly spaced apart a minimum distance above the above-mentioned high afterimage effect as invisible become the image non-uniformity to be obtained. 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。 For this purpose, the high-speed, synchronously controls the position of the local opening 3A and partial images.

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。 The image itself is not look better when there is positional sync. 同期ずれのない要件としては、以下のごとくである。 The deviation with no requirement synchronization is as follows.
(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。 (4) partial image and a local opening in controlling synchronous, pupil from the center of the partial image 2A ahead direction passing through the center of the local opening 3A (e.g. center pole direction of a light ray L1 shown in FIG. 3) it is necessary to assume region is present. 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。 As this need is satisfied, the display element 2 and the synchronous display control unit 5, to control the relative positions of the partial images 2A and the local opening 3A for controlling synchronization.

[比較例との対比における効果] [Effect in Comparison with Comparative Example
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。 Next, described comparative example of HMD and pinholes image display, describe the effect of the present embodiment in comparison with them.

《第1比較例》 "First comparative example"
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。 Figure 4 is a diagram illustrative of a field size of 1 pinhole in a multi pinhole display method using a large display.
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。 The multi-pin hole in the large display from the front panel 30 to the display device 20 which is regularly multiple openings 0.5 [m], the viewing position from the front panel 30 to the (pupil position) is assumed to 2 [m].
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。 In this example, pixel range visible through one pinhole (diameter) are those of the pinhole diameter was added to about 6 × 0.5 / 2 ≒ 1.5 [mm]. 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。 Therefore, the interval of the multi-pinhole 2 to 3 [mm] is possible, it is possible to display in the horizontal direction at 500 to 1000 pixels of resolution by using the large-sized display device of the horizontal width 1 to 2 [m].

《第2比較例》 "The second comparative example"
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。 Figure 5 is an explanatory view of a field size through one pinhole in HMD. 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。 0.5 [m] in the first comparative example, 2 [m] and the distance is assumed to both 4 [cm].
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。 The second comparative example, in HMD1 the first embodiment corresponds to the case of not performing synchronization switching control of the local opening (corresponding to the pin holes).

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。 Pixel range visible through one pinhole in this example (in diameter) is about 6 [mm]. 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。 In a multi-pinhole pinhole spacing required about 3 [mm] or more.
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。 Meanwhile, one pixel wide if 1000 breadth 20 [cm] the number of pixels the number of horizontal pixels of the display element 20 becomes 0.2 [mm]. 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。 Therefore large pinhole pitch than the display pixel pitch, the pinhole position is reticulate display fixed.

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。 The comparative example described above, the following effects can be obtained in this embodiment.
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。 Pan-focus (in English deep focus) on the same principle as the pinhole camera can be close to. 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。 Therefore it can reduce the contradiction of congestion and the focal length of the 3D display by the head-mounted display, Heraseru eye strain, such as medical problems of long-term use at the time.
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。 Even those who need vision correction by glasses can see the image blur without glasses is small.

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。 Bright display image compared with one pinhole method since using a plurality of local openings (corresponding to the pin hole), the field of view is wide.

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。 For the third comparative example of a plurality of pinholes fixed position, to obtain the pan-focus effect is required to light from one display pixel is incident on the pupil via only one pinhole. 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。 Therefore it is necessary to separate to some extent an interval pinholes in consideration of the maximum diameter of the pupil to. 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 that case, the image through a plurality of pinholes is an image, such as looking into the mesh over not only display part of the image of the display device.

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。 Local opening 3A of the image by the afterimage effect since the position and the light emitting region of the display device 2 corresponding to (a pinhole or equivalent) to (partial image) going in faster switching for each of a plurality of local openings seam inconspicuous in merits you can see all of the display element 2 image.

<2. <2. 第2の実施の形態> The second embodiment of the present invention>
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。 Figure 6 is a schematic view showing the opening shape of the local opening of the shutter mechanism in the second embodiment.
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。 Each rectangular area shown in FIG. 6, like the squares of Figure 2 represents the opening control unit. 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。 The one opening control unit, one or a certain number of local opening is present. 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。 That is, the rectangular area shown in FIG. 6 represents the density of the local opening. 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。 Specifically, since a small rectangle area as the screen center its density (= number / area) is also high, the density becomes lower as on 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。 Thus the arrangement pitch of the local opening to that sparse enough outside is to be constant regardless of the viewing angle of the image or the local opening to expect from the eyeball to the surface position. 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。 That is, since the straight rays at image center enters the pupil, the aperture control unit of an area substantially shown. 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。 In contrast, the viewing area of ​​the opening control unit than the size shown it means that seen from obliquely about the outside (the area visible from the pupil) is narrowed. 結果として、視野面積は画面内で均一化される。 As a result, the viewing area is uniform in the screen.
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。 Incidentally, the local opening, since is also provided in the same number to which the opening control unit, increasing or decreasing the field of view area of ​​the opening control unit, as a decrease of the viewing area of ​​the local opening.

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。 In the second embodiment, there are differences 6 and 2, other configurations are the same as in the first embodiment.
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。 Therefore, effects described in the first embodiment is also obtained in this embodiment.
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 addition, in the second embodiment, an effect that causes reduce the number of control units of the number of pixels and a shutter mechanism of the display device by suppressing the resolution of unnecessary screen edges as necessary and sufficient.

<3. <3. 第3の実施の形態> Third Embodiment>
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。 Figure 7 is a view corresponding to FIG. 1 according to the third embodiment.
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。 Figure 7 is a first differs from FIG. 1, the display device 2B is its display surface is to have a curved surface curved in a direction in which a distance from the two eyes is uniform in the lateral direction of the stroke.
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。 The second difference is that eyepiece 4R, 4L is in correspondence with the curvature of the display surface, aspherical focal length in the central portion and the peripheral portion was continuously change the different multifocal structure or focal length of the lens it is to have a structure.
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。 The third difference is that the shutter mechanism 3B is in accordance with the lens surface, is that the distance from the eyeball is bent in a direction to equalize. 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。 Here, the homogenized the orientation is not necessarily bent to always uniform, sufficient if bent in a direction to equalize from Figure 1 a little. 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。 Such shutter mechanism 3B, the liquid crystal shutter or the like of the optical transmission system is suited.
その他の構成は、図7は図1と共通する。 Other configurations, Figure 7 is common to FIG. 1.

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。 According to this embodiment, in addition to the same effect as the first embodiment, there is an advantage that it corresponds to the viewing angle larger with a small area. 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。 Further, the transmittance of light becomes different between the central portion in the liquid crystal shutter and filter for the line of sight is oblique direction at the end of the shutter which is disposed on a plane. 本実施形態では、その光透過率の乖離を軽減できる。 In the present embodiment, it is possible to reduce the divergence of the light transmittance.

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 1 ... HMD, 2 and 2b ... display device, 2A ... partial image, 3, 3B ... shutter mechanism, 3A ... local opening, 4R, 4L ... eyepiece, 5 ... synchronous display controller

Claims (9)

  1. 表示素子と、 And the display element,
    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、 By interposing a plurality of optical local opening between the pupil assumed region with the position and size of the pupil of both eyes to be assumed at the time of mounting and the display device, a shutter for switching at high speed the position of the local opening with time and mechanism,
    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、 A display control unit to switch to a high speed in synchronization with the display position of the partial image on the display surface of the display device at the position of the local opening of the shutter mechanism,
    を有するヘッドマウントディスプレイ。 Head-mounted display with.
  2. 前記複数の局部開口は互いの距離をとって規則的に面状配置され、 Wherein the plurality of local openings are regularly planar arrangement taking mutual distance,
    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。 Minimum distance between local opening, the head mounted display according to claim 1, the linear image light from the same time more than one local opening in the pupil assumed region is defined not incident value.
  3. 前記シャッタ機構と前記表示制御部は、前記瞳想定領域における視認画像で、局部開口が前記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高速に、前記局部開口と前記部分的な画像の位置を同期制御する 請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The display control unit and the shutter mechanism, the at viewed image in the pupil assumed area, the local opening is located above the lowest distance apart more regularly becomes the image unevenness which is intensity of an image splitting and light speed so as to obtain a high residual image effect as invisible, head-mounted display of claim 2 synchronously controls the position of the partial image and the local opening.
  4. 前記表示素子および前記表示制御部は、前記部分的な画像と前記局部開口とを同期制御する際に、部分的な画像の中心から局部開口の中心を通る方向の先に前記瞳想定領域が存在するように、同期制御する部分的な画像と局部開口との相対位置を制御する 請求項3に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The display element and the display controller, when controlling synchronously and said partial image and the local opening, said pupil assumed area in the direction of the previously passing through the center of the local opening from the center of the partial image existing to way, a head mounted display according to claim 3 for controlling the relative positions of the partial images and the local opening to control synchronization.
  5. 前記瞳想定領域は、前記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 請求項4に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The pupil assumption region, the maximum in diameter 6 [mm] of the pupil, the head-mounted display of claim 4 which is a virtual circular area with a diameter obtained by adding the positional deviation margin width during mounting.
  6. 前記表示素子の画素ピッチ、前記シャッタ機構の前記局部開口の制御単位のピッチ、または、その両方のピッチが、中央部と周辺部で異なり、中央部より周辺部のピッチが大きくなっている 請求項4に記載のヘッドマウントディスプレイ Pixel pitch of the display device, the pitch of the control unit of the local opening of the shutter mechanism, or the pitch of both is different in the central portion and the peripheral portion, the claims pitch in the peripheral portion than the central portion is larger head-mounted display according to 4
  7. 前記表示素子の画素ピッチ、前記シャッタ機構の前記局部開口の制御単位のピッチ、または、その両方のピッチが、中央部と周辺部で異なり、中央部より周辺部のピッチが大きくなっている 請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ Pixel pitch of the display device, the pitch of the control unit of the local opening of the shutter mechanism, or the pitch of both is different in the central portion and the peripheral portion, the claims pitch in the peripheral portion than the central portion is larger head-mounted display according to 1
  8. 前記表示素子の表示面、前記シャッタ機構の局部開口の位置制御を行う面、または、その両方の面が、瞳から表示素子またはシャッタ機構への距離が平行な平面構成にくらべてより均等となる曲面である 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 device, the surface to control the position of the local opening of the shutter mechanism, or the surface of the both becomes more uniform than the distance parallel planar structure of the display device or shutter mechanism from the pupil head-mounted display according to claim 4 is a curved surface.
  9. 前記表示素子の表示面、前記シャッタ機構の局部開口の位置制御を行う面、または、その両方の面が、瞳から表示素子またはシャッタ機構への距離が平行な平面構成にくらべてより均等となる曲面である 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 device, the surface to control the position of the local opening of the shutter mechanism, or the surface of the both becomes more uniform than the distance parallel planar structure of the display device or shutter mechanism from the pupil head-mounted display according to claim 1 is a curved surface.
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