JP2018054810A - 映像提示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも安価に広い視野を実現することができる映像提示技術を提供する。【解決手段】映像提示装置は、ユーザの右眼及び左眼の前面に表示部を備えた頭部装着型の映像提示装置であって、右眼４１と表示部１との間及び左眼４２と表示部１との間にそれぞれ配置された２枚の眼前レンズ２と、２枚の眼前レンズ２の周囲に配置された２枚の眼前レンズ２よりも焦点距離の短いレンズである周囲レンズ３と、を備えている。【選択図】図１

Description

この発明は、頭部に装着するディスプレイ装置の技術に関する。

近年、ヘッドマウントディスプレイ（head-mounted display,HMD）が注目を集めている。ヘッドマウントディスプレイの装着者であるユーザに高い没入感を提供するためには、広い視野を実現することが重要であることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

非特許文献１では、広い視野を実現するために、レンズの周りにLEDとディヒューザーで曖昧にイメージを表示することが提案されている。

Robert Xiao, Hrvoje Benko, "Augmenting the field-of-view of head-mounted displays with sparse peripheral displays", In Proc. of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (2016), P.1221-1232.

しかしながら、非特許文献１に記載された手法では、LEDやプロセッサなどのモジュールが必要であり、またLEDと映像を同期させる必要がある。このため、製造コストが高くなる可能性があるという問題があった。

この発明は、従来よりも安価に広い視野を実現する映像提示装置を提供することを目的とする。

この発明の一態様による映像提示装置は、ユーザの右眼及び左眼の前面に表示部を備えた頭部装着型の映像提示装置であって、右眼と表示部との間及び左眼と表示部との間にそれぞれ配置された２枚の眼前レンズと、２枚の眼前レンズの周囲に配置された２枚の眼前レンズよりも焦点距離の短いレンズである周囲レンズと、を備えている。

従来よりも安価に広い視野を実現することができる。

映像提示装置の例を上方向から見たときの模式図。 映像提示装置の例を正面から見たときの模式図。 図３（ａ）は、周囲レンズ３により周辺視野にぼやけた映像をユーザに提示したときのユーザの視界のイメージ図。図３（ｂ）は周囲レンズ３を備えていない従来のヘッドマウントディスプレイにより提供されるユーザの視界のイメージ図。 ユーザの顔に沿うように曲がっている周囲レンズの例を説明するための図。 焦点距離及び倍率が変化する周囲レンズ３の例を説明するための図。 眼前レンズ２及び周囲レンズ３が同一平面にないという変形例を説明するための図。 周囲レンズ３が多層構造になっている変形例を説明するための図。 従来のヘッドマウントディスプレイによる表示の例を示す図。 変形部による映像の変形の例を説明するための図。 ハードウェア構成の例を説明するための図。

以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。

映像提示装置は、頭部に装着するいわゆるヘッドマウントディスプレイである。

映像提示装置は、図１に示すように、映像が表示される表示部１を備えている。表示部１は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置である。表示部１は、１枚のディスプレイであってもよいし、それぞれ右眼及び左眼に対応した２枚のディスプレイであってもよい。映像提示装置の装着時に、表示部１は、映像提示装置の装着者であるユーザの右眼４１及び左眼４２の前面に配置される。

映像提示装置として、Google Cardboard等のスマートフォンを利用した組み立て式のヘッドマウントディスプレイである場合には、そのスマートフォンが表示部１となる。

表示部１は、映像提示装置に入力された映像情報に基づいた表示を行う。

映像提示装置は、図１に示すように、映像提示装置の装着時に、ユーザの右眼４１と表示部１との間及びユーザの左眼４２と表示部１との間にそれぞれ配置される２枚の眼前レンズ２を備えている。

２枚の眼前レンズ２は、例えば凸レンズである。２枚の眼前レンズ２は、凸メニスカスレンズであってもよい。

映像提示装置１は、２枚の眼前レンズ２の周囲に配置された２枚の眼前レンズ２よりも焦点距離の短いレンズである周囲レンズ３を備えている。周囲レンズ３として、例えばフレネルレンズを用いることができる。周囲レンズ３は、１枚のレンズであってもよいし、それぞれ右眼４１及び左眼４２に対応した２枚のレンズであってもよい。図２では、周囲レンズ３は、それぞれ右眼４１及び左眼４２に対応した２枚のレンズである。

周囲レンズ３により、周辺視野にぼやけた映像をユーザに提示することができる。これにより、広い視野を実現することができ、ユーザに高い没入感を提供することができる。これは、人間の周辺視野は中心視野に比べて曖昧にしか見えていないことを利用したものである。人間の周辺視野は中心視野に比べると曖昧にしか見えていないため、周辺視野に映す映像としてはぼやけた映像で足りるのである。

図３（ａ）は、周囲レンズ３により周辺視野にぼやけた映像をユーザに提示したときの、ユーザの視界のイメージ図である。一方、図３（ｂ）は、周囲レンズ３を備えていない従来のヘッドマウントディスプレイにより提供される、ユーザの視界のイメージ図である。これらの図を比較すると、周囲レンズ３により周辺視野にぼやけた映像をユーザに提示した図３（ａ）の方が、広い視野を実現することができ、ユーザに高い没入感を提供できていることがわかる。

また、周囲レンズ３は、一般に安価である。このため、周囲レンズ３を用いることにより、従来よりも安価に広い視野を実現することができる。

周囲レンズ３は、図４に示すように、ユーザの顔に沿うように曲がっていてもよい。これにより、より広い視野を実現することができる。

図４に示すように、ユーザの頭部を、長径ａ１、短径ｂ１の楕円と近似した場合には、周囲レンズ３を、長径ａ１＋Δｗ、短径ｂ１＋Δｈの楕円の周に沿うように曲げることにより、周囲レンズ３をユーザの顔に沿うように曲げることができる。なお、Δｈはユーザの頭部の正面の中央部から映像提示装置までの距離であり、Δｗはユーザの頭部の側面の中央部から映像提示装置までの距離である。Δｈ及びΔｗは、映像提示装置の設計時に適宜定められる。なお、図４では、表示部１を省略している。

眼前レンズ２からの距離に応じて周囲レンズ３の焦点距離は変化してもよい。例えば、外縁部に行くほど周囲レンズ３の焦点距離は短くなっていてもよい。これにより、表示部１が小さい場合であっても、広い視野をユーザに提供することができる。

周囲レンズ３の焦点距離の変化は、連続的であってもよいし、非連続的であってもよい。例えば、周囲レンズ３の焦点距離は、周囲レンズ３の中心部から距離に応じて３段階以上に変化してもよい。

例えば、図５に示すように、周囲レンズ３が、眼前レンズ２に隣接する第一周囲レンズ３１と、第一周囲レンズ３１の周囲に配置された第二周囲レンズ３２とから構成されているとして、眼前レンズ２の倍率≦第一周囲レンズ３１の倍率≦第二周囲レンズ３２の倍率となるように、これらのレンズの倍率、言い換えれば焦点距離を設定してもよい。

また、周囲レンズ３の焦点距離の変化率は、周囲レンズの中心部からの方向に応じて異なっていてもよい。例えば、周囲レンズ３の上方向における焦点距離の変化率と、周囲レンズ３の左右方向における焦点距離の変化率とは、異なっていてもよい。より具体的には、周囲レンズ３の上方向における焦点距離の変化は、周囲レンズ３の左右方向における焦点距離の変化よりも大きくてもよい。

一般に、表示部１の形状とユーザの視界の形状とは異なる。例えば、表示部１としてスマートフォンを用いた場合には、表示部１の縦／横の比率は、ユーザの視界の縦／横の比率よりも大きい。このような場合、周囲レンズ３の上方向における焦点距離の変化を周囲レンズ３の左右方向における焦点距離の変化よりも大きくすることにより、表示部１に表示された映像を、ユーザの視界の形状に合わせることができる。

ここで、上方向とはユーザが映像提示装置を装着したときの上方向であり、左右方向とはユーザが映像提示装置を装着したときの左右方向である。上方向とは図２の紙面に対する上方向Ａであり、左右方向とは図２の紙面に対する左右方向Ｂでもある。

周囲レンズ３の焦点距離の分布を、所定の２変数正規分布に従って定めてもよい。例えば、ユーザの右眼４１又は左眼４２に対応する眼前レンズ２の中心を原点とするxy座標系を考え、所定の２変数正規分布をf(x,y)とする。このとき、周囲レンズ３の座標x,yの位置における焦点距離がf(x,y)となるように周囲レンズ３の焦点距離の分布を定める。

図６に示すように、眼前レンズ２及び周囲レンズ３は、同一平面に配置されていなくてもよい。言い換えれば、映像提示装置の装着時における、２枚の眼前レンズ２とユーザの右眼４１及び左眼４２との距離ｈ２は、周囲レンズ３とユーザの右眼４１及び左眼４２との距離ｈ１と異なっていてもよい。例えば、図６に例示するように、２枚の眼前レンズ２とユーザの右眼４１及び左眼４２との距離ｈ２は、周囲レンズ３とユーザの右眼４１及び左眼４２との距離ｈ１よりも長くてもよい。

ユーザの右眼４１及び左眼４２と眼前レンズ２との距離を近づけるほど、画角を広げることができるが、ユーザの右眼４１及び左眼４２と眼前レンズ２とが接触する可能性がある。図６に例示するように、眼前レンズ２とユーザの右眼４１及び左眼４２との距離ｈ２を、周囲レンズ３とユーザの右眼４１及び上記左眼４２との距離ｈ１よりも長くすることにより、この接触を防ぐことができる。

図６に示すように、映像提示装置の右方向（図６の紙面に対する右方向）と、ユーザの右眼４１の中心から、周囲レンズ３に設けられた穴の縁部に向かう方向とが成す角度をθとする。このとき、例えば、眼前レンズ２の半径をｈ２／ｔａｎθ以上とする。これにより、ユーザの右眼４１及び左眼４２から、表示部１が直接見えないようにすることができ、より高い没入感をユーザに提供することができる。

このように、ユーザの右眼４１及び左眼４２から、表示部１が直接見えないように、眼前レンズ２の大きさ、周囲レンズ３に設けられた穴の大きさ、ｈ１、ｈ２及びθを設定してもよい。

この際、図７に例示するように、周囲レンズ３を多層構造としてもよい。これにより、周囲レンズ３が一層構造の場合よりも角度θを大きくすることができるため、眼前レンズ２の半径を小さくすることができる。図７では、周囲レンズ３が二層構造である場合の例を示している。

なお、眼前レンズ２と周囲レンズ３との距離を調整可能な調整部が設けられていてもよい。調整部は、例えばねじ機構により実現することができる。例えば、周囲レンズ３の位置は固定されており、眼前レンズ２の位置を調整可能となっていてもよい。言い換えれば、調整部により、眼前レンズ２の位置のみを調整可能であってもよい。眼前レンズ２の位置のみを調整することで、近視や遠視で焦点が画面上に併せられない人でも、周辺視野の画角をそのままにして、焦点を合わせることができる。

また、調整部は、眼前レンズ２及び周囲レンズ３の両方の位置を調整可能なものであってもよい。これによっても、近視や遠視で焦点が画面上に併せられない人でも焦点を合わせることが可能となる。

映像提示装置は、収差が小さくなるように、映像提示装置に入力された映像の一部変形する変形部を備えていていてもよい。例えば、眼前レンズ２の収差の応じて、予め映像を樽状に変形させる。その際、変形部は、表示部１の全面に映像が表示されるように、映像提示装置に入力された映像を変形してもよい。

従来のヘッドマウントディスプレイでは、通常の丸い凸レンズからは見えない領域については表示しないのが慣例であった。このため、図８に例示するように、表示部１の周縁部には映像が表示されていなかった。変形部により、表示部１の全面に映像が表示されるようにすることにより、より高い没入感をユーザに提供することができる。

例えば、通常よりも大きい映像を変形することで、表示部１の全面に映像を表示することができる。また、表示部１の画面淵に近い部分の映像を拡大して表示することにより、又は、画面淵に近い映像を繰り返して表示部１の端まで映像を表示することにより、表示部１の全面に映像を表示することができる。

以下、図９を参照して、通常よりも大きい映像を変形するための、変形部の処理の例について説明する。変形部は、変形させる映像の領域Ｒ２を、実際に表示部１で表示可能な領域Ｒ１よりも大きくする。具体的には、変形させる映像領域Ｒ２、言い換えればトリミングにより得られる映像領域Ｒ２の高さと幅を、それぞれ実際に表示部１で表示可能な領域Ｒ１の高さと幅で割った値をαとして、図９に例示するように、変形させる前の映像領域の端点Ｐ１が、変形後に表示部１によって表示可能な領域Ｒ１の端点Ｐ１’と可能な限り近づくようにαを設定する。

変形部は、実際に表示部１で表示可能な領域Ｒ１の高さと幅にαをかけた値を高さと幅とする大きさの映像をトリミングして、このトリミングした映像に対して収差が小さくなるようにするための変形を加える。

［ハードウェア構成及び変形例］
例えば、本発明の一実施の形態における映像提示装置は、コンピュータとして機能してもよい。図１０は、本発明の一実施の形態に係る映像提示装置のハードウェア構成の一例を示す図である。上述の映像提示装置は、物理的には、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、バス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。

なお、以下の説明では、「装置」という文言は、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。

映像提示装置１における各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることで、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信や、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し及び／又は書き込みを制御することで実現される。

プロセッサ１００１は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ１００１は、周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）で構成されてもよい。例えば、上述の情報処理部１１などは、プロセッサ１００１で実現されてもよい。

また、プロセッサ１００１は、プログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールやデータを、ストレージ１００３及び／又は通信装置１００４からメモリ１００２に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。プログラムとしては、上述の実施の形態で説明した動作の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラムが用いられる。例えば、映像提示装置の変形部は、メモリ１００２に格納され、プロセッサ１００１で動作する制御プログラムによって実現されてもよい。他の機能ブロックについても同様に実現されてもよい。上述の各種処理は、１つのプロセッサ１００１で実行される旨を説明してきたが、２以上のプロセッサ１００１により同時又は逐次に実行されてもよい。プロセッサ１００１は、１以上のチップで実装されてもよい。なお、プログラムは、電気通信回線を介してネットワークから送信されても良い。

メモリ１００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの少なくとも１つで構成されてもよい。メモリ１００２は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ（主記憶装置）などと呼ばれてもよい。メモリ１００２は、本発明の一実施の形態に係る映像提示装置の制御方法を実施するために実行可能なプログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールなどを保存することができる。

ストレージ１００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc ＲＯＭ）などの光ディスク、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク(例えば、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク)、スマートカード、フラッシュメモリ(例えば、カード、スティック、キードライブ)、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップなどの少なくとも１つで構成されてもよい。ストレージ１００３は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。上述の記憶媒体は、例えば、メモリ１００２及び／又はストレージ１００３を含むデータベース、サーバその他の適切な媒体であってもよい。

通信装置１００４は、有線及び／又は無線ネットワークを介してコンピュータ間の通信を行うためのハードウェア（送受信デバイス）であり、例えばネットワークデバイス、ネットワークコントローラ、ネットワークカード、通信モジュールなどともいう。

入力装置１００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタン、センサなど）である。出力装置１００６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカー、LEDランプなど）である。なお、入力装置１００５及び出力装置１００６は、一体となった構成（例えば、タッチパネル）であってもよい。

また、プロセッサ１００１やメモリ１００２などの各装置は、情報を通信するためのバス１００７で接続される。バス１００７は、単一のバスで構成されてもよいし、装置間で異なるバスで構成されてもよい。

また、映像提示装置１は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアを含んで構成されてもよく、当該ハードウェアにより、各機能ブロックの一部又は全てが実現されてもよい。例えば、プロセッサ１００１は、これらのハードウェアの少なくとも１つで実装されてもよい。

本明細書で説明した各態様／実施形態は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced）、ＳＵＰＥＲ ３Ｇ、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、４Ｇ、５Ｇ、ＦＲＡ（Future Radio Access）、Ｗ−ＣＤＭＡ（登録商標）、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ２０００、ＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）、ＩＥＥＥ ８０２．１１（Ｗｉ−Ｆｉ）、ＩＥＥＥ ８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、ＩＥＥＥ ８０２．２０、ＵＷＢ（Ultra-WideBand）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、その他の適切なシステムを利用するシステム及び／又はこれらに基づいて拡張された次世代システムに適用されてもよい。

映像情報等は、上位レイヤ(または下位レイヤ)から下位レイヤ(または上位レイヤ)へ出力され得る。複数のネットワークノードを介して入出力されてもよい。

入出力された情報等は特定の場所(例えば、メモリ)に保存されてもよいし、管理テーブルで管理してもよい。入出力される情報等は、上書き、更新、または追記され得る。出力された情報等は削除されてもよい。入力された情報等は他の装置へ送信されてもよい。

以上、本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

本明細書で説明した情報、信号などは、様々な異なる技術のいずれかを使用して表されてもよい。例えば、上記の説明全体に渡って言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、チップなどは、電圧、電流、電磁波、磁界若しくは磁性粒子、光場若しくは光子、又はこれらの任意の組み合わせによって表されてもよい。

なお、本明細書で説明した用語及び／又は本明細書の理解に必要な用語については、同一の又は類似する意味を有する用語と置き換えてもよい。

また、本明細書で説明した情報、パラメータなどは、絶対値で表されてもよいし、所定の値からの相対値で表されてもよいし、対応する別の情報で表されてもよい。例えば、無線リソースはインデックスで指示されるものであってもよい。

本明細書で使用する「第一」、「第二」などの呼称を使用した要素へのいかなる参照も、それらの要素の量または順序を全般的に限定するものではない。これらの呼称は、２つ以上の要素間を区別する便利な方法として本明細書で使用され得る。したがって、第１および第２の要素への参照は、２つの要素のみがそこで採用され得ること、または何らかの形で第１の要素が第２の要素に先行しなければならないことを意味しない。

「含む(ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ)」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、およびそれらの変形が、本明細書あるいは特許請求の範囲で使用されている限り、これら用語は、用語「備える」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本明細書あるいは特許請求の範囲において使用されている用語「または（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。

本開示の全体において、例えば、英語でのa, an, 及びtheのように、翻訳により冠詞が追加された場合、これらの冠詞は、文脈から明らかにそうではないことが示されていなければ、複数のものを含むものとする。

Claims (4)

1. ユーザの右眼及び左眼の前面に表示部を備えた頭部装着型の映像提示装置であって、
   上記右眼と上記表示部との間及び上記左眼と上記表示部との間にそれぞれ配置された２枚の眼前レンズと、
   上記２枚の眼前レンズの周囲に配置された上記２枚の眼前レンズよりも焦点距離の短いレンズである周囲レンズと、
   を含む映像提示装置。
2. 請求項１の映像提示装置であって、
   上記周囲レンズの中心部から外縁部に行くほど上記周囲レンズの焦点距離は短くなっており、上記周囲レンズの上方向における焦点距離の変化は上記周囲レンズの左右方向における焦点距離の変化よりも大きい、
   映像提示装置。
3. 請求項１又は２の映像提示装置であって、
   上記２枚の眼前レンズと上記右眼及び上記左眼との距離は、上記周囲レンズと上記右眼及び上記左眼との距離よりも長い、
   映像提示装置。
4. 請求項１から３の何れかの上記映像提示装置であって、
   上記表示部の全面に、映像が表示される、
   映像提示装置。