JP2018018054A

JP2018018054A - ヘッドマウントディスプレイ装置及び関連する内部ディスプレイ並びに表示方法

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Publication number: JP2018018054A
Application number: JP2017016387A
Authority: JP
Inventors: 冠旭范姜; Chiang Kuan-Hsu Fan; 炳昇 ▲呉▼; Biing-Seng Wu
Original assignee: Himax Display Inc
Current assignee: Himax Display Inc
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2037-02-01
Also published as: KR20180012182A; EP3276397A1; TW201816465A; US10151925B2; US20180031837A1; JP6382365B2; KR101886292B1; TWI639853B; CN107656369A

Abstract

【課題】ヘッドマウントディスプレイ装置のサイズを小さくし、重さを軽くする。【解決手段】ヘッドマウントディスプレイ装置は、ディスプレイと、結合入力光学モジュールと、結合出力光学モジュールと、を含む。そのディスプレイは、少なくとも画像を表示するようにアレンジされる。その結合入力光学モジュールは、そのディスプレイからその画像を受けて、受けたその画像を他の方向に指向するようにアレンジされる。その結合出力光学モジュールは、その結合入力光学モジュールから指向されたその画像を受けて、ユーザがこのヘッドマウントディスプレイ装置を着用したときに、直接人間の目に届く出力画像を生成するようにアレンジされる。追加的に、そのディスプレイから生成されたその画像のアスペクト比は、その出力画像のアスペクト比と異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイ装置に関する。より詳細には、そのヘッドマウントディスプレイ装置内にある内部ディスプレイ及び光学モジュール設計に関する。

従来のヘッドマウントディスプレイは、概して、射出表示瞳のサイズを大きくする射出瞳拡大器（ＥＰＥ）を含み、その射出瞳拡大器は、マイクロプリズム合成器、カスケードコートミラー合成器（cascaded coated mirror combiner）、ボリュームホログラフィー合成器（volume holographic combiner）又は他の好適な光学素子によって実装されることができる。概して、ＥＰＥは水平視界（field of view：ＦＯＶ）を拡大することのみが許容されるので、ヘッドマウントディスプレイ装置は、画像の正しいアスペクト比を維持するため、垂直ＦＯＶ拡大する別のレンズ又はレンズモジュールを必要とする。しかし、レンズ又はレンズモジュールは、ヘッドマウントディスプレイ全体の体積を大きくし、かつ重さを重くし、ユーザには不便を生じさせる。

このため、本発明の目的は、ヘッドマウントディスプレイ装置であって、それの内部ディスプレイが、特別なアスペクト比を有する画像を生成することができ、レンズがない又はより少ないレンズが垂直方向のＦＯＶを拡大するのに用いられて、上記問題を解決するヘッドマウントディスプレイ装置を提供する。

本発明の一つの実施形態によれば、ヘッドマウントディスプレイ装置は、ディスプレイと、結合入力光学モジュールと、結合出力光学モジュールと、を含む。前記ディスプレイは、少なくとも画像を表示するようにアレンジされる。前記結合入力光学モジュールは、前記ディスプレイから前記画像を受けて、受けた前記画像を他の方向に指向するようにアレンジされる。前記結合出力光学モジュールは、前記結合入力光学モジュールから指向された前記画像を受けて、ユーザが当該ヘッドマウントディスプレイ装置を着用したときに、直接人間の目に届く出力画像を生成するようにアレンジされる。追加的に、前記ディスプレイから生成された前記画像のアスペクト比は、前記出力画像のアスペクト比と異なる。

本発明の一つの実施形態によれば、ヘッドマウントディスプレイ装置内に適用されたディスプレイが開示される。当該ディスプレイは、画像を表示する複数の画素を含み、前記ヘッドマウントディスプレイは、画像を受けて出力画像を生成する光学モジュールを含み、当該ディスプレイの各画素のアスペクト比は、前記出力画像内の画素のアスペクト比とは異なる。

本発明の一つの実施形態によれば、ヘッドマウントディスプレイ装置内に出力画像を表示する方法が開示される。当該方法は、前記ヘッドマウントディスプレイ装置内に位置決めされたディスプレイ内にある画像を該ディスプレイから受ける工程と、受けた前記画像を他の方向に指向する工程と、指向された前記画像を拡大して、ユーザが当該ヘッドマウントディスプレイ装置を着用したときに、直接人間の目に届く出力画像を生成する工程と、を含み、前記ディスプレイから生成された前記画像のアスペクト比は、前記出力画像のアスペクト比と異なる。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、種々の図面（figures and drawings）に示される好ましい実施形態についての次の発明の実施するための形態を読むことにより、当業者には疑いなく明らかとなるものである。

図１は、本発明の一つの実施形態に従う、ヘッドマウントディスプレイ装置を示す図である。図２は、本発明の一つの実施形態に従う、結合入力光学モジュール及び結合出力光学モジュールを通過する前の画像と、結合入力光学モジュール及び結合出力光学モジュールを通過した後の画像を示す図である。図３は、本発明の他の実施形態に従う、結合入力光学モジュール及び結合出力光学モジュールを通過する前の画像と、結合入力光学モジュール及び結合出力光学モジュールを通過した後の画像を示す図である。図４は、本発明の他の実施形態に従う、結合入力光学モジュール及び結合出力光学モジュールを通過する前の画像と、結合入力光学モジュール及び結合出力光学モジュールを通過した後の画像を示す図である。図５は、本発明の一つの実施形態に従う、ヘッドマウントディスプレイ装置内に出力画像を表示する方法のフローである。

図１を参照されたい。図１は、本発明の一つの実施形態に従う、ヘッドマウントディスプレイ装置１００を示す図である。図１に示されるように、ヘッドマウントディスプレイ装置１００は、ディスプレイ１１０と、結合入力光学モジュール１２０と、結合出力光学モジュール１３０と、を含む。ディスプレイ１１０は、ヘッドマウントディスプレイ装置１００内に位置決めされることのできる任意のタイプのマイクロディスプレイであることができ、例えば、ディスプレイ１１０は、リクイッドクリスタルオンシリコン（ＬＣＯＳ）ディスプレイ、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）ディスプレイ又は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイであってあることができる。結合入力光学モジュール１２０は、ディスプレイからの画像を受けて、受けたその画像を他の方向に指向する一つ以上の光学要素を有してよく、例えば、結合入力光学モジュール１２０は、一つ以上の反射器を有することができる。結合出力光学モジュール１３０は、マイクロプリズム合成器、カスケードコートミラー合成器、ボリュームホログラフィー合成器によって実装されることができるＥＰＥとして働き、結合入力光学モジュール１２０から指向された画像を受けて、ユーザがヘッドマウントディスプレイ装置１００を着用したときに、直接人間の目に届く出力画像を生成する（結合出力光学モジュール１３０は人間の目の前にある）。

この実施形態においては、結合入力光学モジュール１２０は、特定の方向にのみＦＯＶを拡大するレンズ又はレンズモジュールを有していないため、ヘッドマウントディスプレイ装置１００の重さを軽くし、ヘッドマウントディスプレイ装置１００のサイズを小さくする。つまり、ディスプレイ１１０によって生成された画像のアスペクト比（又は、画像内の画素若しくはサブ画素のアスペクト比）は、結合入力光学モジュール１２０により生成され、指向された画像のアスペクト比（又は、指向された画像内の画素若しくはサブ画素のアスペクト比）と同じである。しかし、背景技術の節で述べたように、ＥＰＥ(つまり、結合出力光学モジュール１３０)は、水平ＦＯＶのみを拡大することが許容される。つまり、出力画像のアスペクト比（又は、出力画像内の画素若しくはサブ画素のアスペクト比）は、結合入力光学モジュール１２０に生成され、指向された画像のアスペクト比（又は、指向された画像内の画素若しくはサブ画素のアスペクト比）とは異なる。このため、１６：９、４：３等の指定されたアスペクト比を有する画像をユーザが見ることができるようにするため、ディスプレイ１１０は、画像／画素のアスペクト比を指定されたアスペクト比とは大きく異ならせる特別な設計を有する。

例えば、出力画像の指定されたアスペクト比が１６：９であり、結合入力光学モジュール１２０が画像の水平ＦＯＶ又はアスペクト比を変更しない一方で、結合出力光学モジュール１３０が指向された画像の水平ＦＯＶのみを二倍にする（つまり、指向された画像内の各画素のアスペクト比が二倍にされる）場合、ディスプレイ１１０によって生成される画像は８：９のアスペクト比を有するように設計されることができる。

上述の実施形態において、結合入力光学モジュール１２０は、画像／画素のアスペクト比を変更するレンズ又はレンズモジュールを有していない。しかし、他の実施形態においては、結合入力光学モジュール１２０は、垂直ＦＯＶの部分を拡大する少ない数の光学要素を有することができる。例えば、出力画像の指定されたアスペクト比が１６：９であり、結合入力光学モジュール１２０が画像の垂直ＦＯＶのみを二倍にする一方で、結合出力光学モジュール１３０が指向された画像の水平ＦＯＶのみを三倍にする場合、ディスプレイ１１０は、８：９のアスペクト比を有する画像を生成するように設計されることができる。

上述の観点から、結合入力光学モジュール１２０及び結合出力光学モジュール１３０の組み合わせにより、ディスプレイ１１０により生成された画像を非対称な（asymmetric manner）やり方で拡大して、結合入力光学モジュール１２０内のレンズの使用を避ける、又はレンズの量を減らし、ディスプレイによって生成される画像のアスペクト比が、指定されたアスペクト比及び光学モジュールの拡大率に従って決定される。このため、本発明の実施形態は、出力画像が指定されたアスペクト比を有することができるようにしつつ、ヘッドマウントディスプレイ装置１００のサイズを小さくし、かつ重さを軽くすることができる。

図２を参照されたい。図２は、本発明の一つの実施形態に従う、結合入力光学モジュール１２０及び結合出力光学モジュール１３０を通過する前の画像と、結合入力光学モジュール１２０及び結合出力光学モジュール１３０通過した後の画像（出力画像）を示す図である。図２に示されるように、画像内の画素は、水平方向に位置決めされた赤色のサブ画素（Ｒ）と、緑色のサブ画素（Ｇ）と、青色のサブ画素（Ｂ）と、を有し、画像（つまり、ディスプレイ１１０によって生成された画像又は、結合入力光学モジュール１２０によって生成され、指向された画像）が結合出力光学モジュール１３０を通過する前は、画素又はサブ画素はより狭い水平幅を有し、例えば、サブ画素のサイズは、２μｍ×７μｍであることができる。その後、画像が結合出力光学モジュール１３０を通過した後は、各画素は水平方向で拡大され、出力画像が１６：９等の指定されたアスペクト比を有するようにする。

図３を参照されたい。図３は、本発明の他の実施形態に従う、結合入力光学モジュール１２０及び結合出力光学モジュール１３０を通過する前の画像と、結合入力光学モジュール１２０及び結合出力光学モジュール１３０通過した後の画像（出力画像）を示す図である。図３に示されるように、画像内の画素は、垂直方向に位置決めされた赤色のサブ画素（Ｒ）と、緑色のサブ画素（Ｇ）と、青色のサブ画素（Ｂ）と、を有し、画像（つまり、ディスプレイ１１０によって生成された画像又は、結合入力光学モジュール１２０によって生成され、指向された画像）が結合出力光学モジュール１３０を通過する前は、画素又はサブ画素はより狭い水平幅を有する。その後、画像が結合出力光学モジュール１３０を通過した後は、各画素は水平方向で拡大され、出力画像が１６：９等の指定されたアスペクト比を有するようにする。

図４を参照されたい。図４は、本発明の他の実施形態に従う、結合入力光学モジュール１２０及び結合出力光学モジュール１３０を通過する前の画像と、結合入力光学モジュール１２０及び結合出力光学モジュール１３０通過した後の画像（出力画像）を示す図である。図４に示されるように、画像内の画素は、モザイク状（mosaic manner）に赤色のサブ画素（Ｒ）と、緑色のサブ画素（Ｇ）と、青色のサブ画素（Ｂ）と、を有し、画像（つまり、ディスプレイ１１０によって生成された画像又は、結合入力光学モジュール１２０によって生成され、指向された画像）が結合出力光学モジュール１３０を通過する前は、画素又はサブ画素はより狭い水平幅を有する。その後、画像が結合出力光学モジュール１３０を通過した後は、各画素は水平方向で拡大され、出力画像が１６：９等の指定されたアスペクト比を有するようにする。

図５は、本発明の一つの実施形態に従う、ヘッドマウントディスプレイ装置内に出力画像を表示する方法のフローである。図１から図５をまとめて参照し、フローは次のように記述される。

ステップ５００：フローが開始する。

ステップ５０２：ヘッドマウントディスプレイ装置内に位置決めされたディスプレイから画像を生成する。

ステップ５０４：結合入力光学モジュールを用いてその画像を受けて、受けたその画像を他の方向に指向する。

ステップ５０６：指向されたその画像の水平幅を拡大して、直接人間の目に届く出力画像を生成する。ここで、ディスプレイから生成された画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比は異なる。

簡潔にまとめると、本発明のヘッドマウントディスプレイ装置においては、画像／画素が特別なアスペクト比を有するディスプレイを用いることによって、光学モジュールは非対称なやり方でディスプレイによって生成された画像を拡大し、光学モジュール内のレンズの使用を避ける、又はレンズの量を減らすことができる。このため、本発明の実施形態は、出力画像が指定されたアスペクト比を有することができるようにしつつ、ヘッドマウントディスプレイ装置のサイズを小さくし、かつ重さを軽くすることができる。

当業者であれば、本装置及び本方法の多様な修正物及び代替物が、発明の教示を保持しつつなされることができることに容易に気づくだろう。したがって、上記の開示は、添付の特許請求の範囲の境界によってのみ制限されるものとして解釈されるべきである。

Claims

ヘッドマウントディスプレイ装置であって、
少なくとも画像を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから前記画像を受けて、受けた前記画像を他の方向に指向する結合入力光学モジュールと、
前記結合入力光学モジュールから指向された前記画像を受けて、ユーザが当該ヘッドマウントディスプレイ装置を着用したときに、直接人間の目に届く出力画像を生成する結合出力光学モジュールと、を含み、
前記ディスプレイから生成された前記画像のアスペクト比は、前記出力画像のアスペクト比と異なる、ヘッドマウントディスプレイ装置。
前記結合入力光学モジュールにより生成され、指向された前記画像のアスペクト比は、前記ディスプレイにより表示された前記画像のアスペクト比と同じである、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
前記結合出力光学モジュールは、指向された前記画像の第一方向の視界（ＦＯＶ）のみを拡大し、
前記結合入力光学モジュールは、前記画像の第二方向のＦＯＶを拡大せず、
前記第二方向は前記第一方向とは異なる、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
前記結合出力光学モジュールは、指向された前記画像の水平方向のＦＯＶのみを拡大し、
前記結合入力光学モジュールは、前記画像の垂直方向のＦＯＶを拡大しない、請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
前記結合入力光学モジュールは、前記画像のアスペクト比を変更するレンズ又はレンズモジュールを有していない、請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
前記結合入力光学モジュールにより生成され、指向された前記画像のアスペクト比は、前記ディスプレイにより表示された前記画像のアスペクト比と同じである、請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
前記出力画像のアスペクト比は１６：９又は４：３である、請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
ヘッドマウントディスプレイ装置内に適用されたディスプレイであって、
当該ディスプレイは、画像を表示する複数の画素を含み、
前記ヘッドマウントディスプレイ装置は、画像を受けて出力画像を生成する光学モジュールを含み、
当該ディスプレイの各画素のアスペクト比は、前記出力画像内の画素のアスペクト比とは異なる、ディスプレイ。
前記出力画像は指定されたアスペクト比を有し、
前記光学モジュールは、非対称なやり方で、前記画像を拡大して前記出力画像を生成し、
前記ディスプレイの各画素のアスペクト比は、指定された前記アスペクト比及び前記光学モジュールの拡大率に従って決定される、請求項８に記載のディスプレイ。
前記画像の第一方向に対応する拡大率は前記画像の第二方向に対応する拡大率とは異なり、
前記第二方向は前記第一方向とは異なる、請求項９に記載のディスプレイ。
前記第二方向は前記第一方向に対して垂直である、請求項１０に記載のディスプレイ。
指定された前記アスペクト比は１６：９又は４：３である、請求項９に記載のディスプレイ。
ヘッドマウントディスプレイ装置内に出力画像を表示する方法であって、
前記ヘッドマウントディスプレイ装置内に位置決めされたディスプレイ内にある画像を該ディスプレイから受ける工程と、
受けた前記画像を他の方向に指向する工程と、
指向された前記画像を拡大して、ユーザが当該ヘッドマウントディスプレイ装置を着用したときに、直接人間の目に届く出力画像を生成する工程と、を含み、
前記ディスプレイから生成された前記画像のアスペクト比は、前記出力画像のアスペクト比と異なる、方法。
指向された前記画像のアスペクト比は、前記ディスプレイに表示された前記画像のアスペクト比と同じである、請求項１３に記載の方法。
指向された前記画像を拡大して前記出力画像を生成する工程は、指向された前記画像の第一方向の視界（ＦＯＶ）のみを拡大する工程を含み、
受けた前記画像を他の方向に指向する工程は、前記画像の第二方向のＦＯＶを拡大しない工程を含み、
前記第二方向は前記第一方向とは異なる、請求項１３に記載の方法。
指向された前記画像を拡大して前記出力画像を生成する工程は、指向された前記画像の水平方向のＦＯＶのみを拡大する工程を含み、
受けた前記画像を他の方向に指向する工程は、前記画像の水平方向のＦＯＶを拡大しない工程を含む、請求項１５に記載の方法。
受けた前記画像を他の方向に指向する工程は、結合入力光学モジュールによって行われ、
前記結合入力光学モジュールは、前記画像のアスペクト比を変更するレンズ又はレンズモジュールを有していない、請求項１５に記載の方法。
指向された前記画像のアスペクト比は、前記ディスプレイにより表示された前記画像のアスペクト比と同じである、請求項１５に記載の方法。
前記出力画像のアスペクト比は１６：９又は４：３である、請求項１５に記載の方法。