JP2018517159A

JP2018517159A - アクティブシャッターヘッドマウントディスプレイ

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Publication number: JP2018517159A
Application number: JP2017550753A
Authority: JP
Inventors: スタイン，マーフィ
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2018-06-28
Also published as: EP3304175A1; US9936194B2; WO2016195971A1; CN107430287A; CN107430287B; KR101947666B1; KR20170122249A; US20160353098A1

Abstract

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置は、フレームに連結された筐体と、筐体内に配置されたディスプレイとを備え得る。筐体内に、第１光軸に沿って第１レンズおよび第１アクティブシャッターが配置され得、筐体内に、第２光軸に沿って第２レンズおよび第２アクティブシャッターが配置され得る。コントローラが、ディスプレイ、第１アクティブシャッター、および第２アクティブシャッターを第１モードと第２モードとの間で交互に切り替え得る。第１モードでは、第１アクティブシャッターがオンにされ得、第２アクティブシャッターがオフにされ得る。第２モードでは、第１アクティブシャッターがオフにされ得、第２アクティブシャッターがオンにされ得る。

Description

本願は、２０１５年５月２９日に出願され、「ＡＣＴＩＶＥＳＨＵＴＴＥＲＨＥＡＤＭＯＵＮＴＥＤＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国通常特許出願第１４／７２５，６０７号に基づく優先権を主張し、かつその継続出願であり、そのすべての開示内容を、引用により本明細書に援用する。

分野
本明細書は、全体的に、ヘッドマウントディスプレイ装置に関する。

背景
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置は、携帯電子装置の一種であり、ユーザは、たとえば、ＨＭＤを自身の頭部に装着し、ＨＭＤのディスプレイに表示されたりＨＭＤの音声出力装置によって出力されたりするコンテンツを見たり当該コンテンツとやりとりすることができる。ＨＭＤは、仮想現実（ＶＲ）システムおよび／または拡張現実（ＡＲ）システムに連結されて操作されて、ＨＭＤを介してユーザが体験する、没入型環境を作り出すことができる。没入型環境は、ＨＭＤによって生成されたコンテンツの３次元（３Ｄ）表示を含み得る。

概要
１つの態様において、ヘッドマウントディスプレイは、フレームと、フレームに連結された筐体と、筐体内に配置されたディスプレイと、筐体内に、第１光軸に沿って取り付けられた第１レンズと、筐体内に、第２光軸に沿って取り付けられた第２レンズと、筐体内に、第１レンズに隣接して取り付けられた第１アクティブシャッターと、筐体内に、第２レンズに隣接して取り付けられた第２アクティブシャッターと、ディスプレイ、第１アクティブシャッター、および第２アクティブシャッターを第１モードと第２モードとの間で交互に切り替えるように構成されたコントローラとを備えてもよく、第１モードでは、第１アクティブシャッターがオン、第２アクティブシャッターがオフにされ、第２モードでは、第１アクティブシャッターがオフ、第２アクティブシャッターがオンにされる。

別の態様において、ＨＭＤの動作方法は、ＨＭＤのディスプレイをオンにしてディスプレイに画像を表示するステップを含んでもよく、ディスプレイに表示される画像は、第１光軸に沿って位置合わせされた第１アクティブシャッターおよび第１レンズを通して、および第２光軸に沿って位置合わせされた第２アクティブシャッターおよび第２レンズを通して選択的に可視化され、動作方法は、さらに、第１アクティブシャッターおよび第２アクティブシャッターを、ディスプレイに表示される画像に基づいて、第１モードと第２モードとの間で自動的に切り替えるステップを含んでもよい。第１モードと第２モードとの間を自動的に切り替えるステップは、画像がディスプレイに表示されると、第１モードで第１アクティブシャッターをオンおよび第２アクティブシャッターをオフにするステップと、画像がディスプレイに表示されると、第２モードで第１アクティブシャッターをオフおよび第２アクティブシャッターをオンにするステップとを含む。

１つ以上の実装形態の詳細を、添付の図面および以下の説明において記載する。その他の特徴は、本明細書および図面から、ならびに請求の範囲から明らかになるだろう。

本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤの実装例を示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤの実装例を示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤの実装例を示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、例示的なＨＭＤのブロック図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤに含まれる光学部品の配置を示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤに含まれる光学部品の配置を示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤの左目用ビューと右目用ビューとのタイミングおよび同期を示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、右目用ビューを示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、左目用ビューを示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤのディスプレイ上の合成ビューを示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤのディスプレイの右目の視野角を示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤのディスプレイの左目の視野角を示す図である。本明細書に広く記載の実施形態に係る、ＨＭＤの動作方法のフローチャートである。

詳細な説明
ＨＭＤは、画像出力装置またはディスプレイと、音声出力装置とを含み、没入型仮想体験を作り出すことができる。没入型仮想体験は、ユーザの右目と左目のそれぞれに専用の別々のディスプレイまたはディスプレイの別々の部分にユーザの右目と左目とに対して別々に表示される２次元（２Ｄ）画像に基づいて、ＨＭＤに含まれるディスプレイおよびさまざまな光学素子の設定に基づき、３次元（３Ｄ）画像またはユーザが見たときに３Ｄであると知覚される画像を生成および表示することを含み得る。３Ｄ視認体験は、画像出力装置によってもたらされる視野を広げて、ユーザがディスプレイのほぼ全体を両目で見ることができるようにすることにより、高めることができる。具体的には、３Ｄ視認体験は、画像出力装置によってもたらされる視野を広げて、両目とも１つのディスプレイの大きさを利用できるよう、ユーザが１つのディスプレイの全体（または、ほぼ全体）を交互に片目で見ることができるようにすることにより、高めることができる。言い換えると、片目ずつに専用のディスプレイ（合計で２つのディスプレイ）を設けるのではなく、１つのディスプレイが両目に広がることができる。

図１Ａおよび図１Ｂは、斜視図である。図１Ｃは、ユーザが装着できる、没入型仮想体験を作り出すための例示的なＨＭＤの側面図である。例示的なＨＭＤ１００は、光学部品を収容できる筐体１１０を備え得る。筐体１１０は、フレーム１２０に連結され得る。たとえば、筐体１１０は、ヒンジシャフト１２５によってフレーム１２０に回転可能に連結され、ユーザの頭部に筐体１１０を取り付ける、またはユーザが筐体１１０を装着できるようになり、または、図１Ｃに示すように、ユーザの視野から外れるように筐体１１０をはずす、またはヒンジシャフト１２５を中心に筐体１１０を回転させることができる。また、フレーム１２０に音声出力装置１３０も連結され得る。音声出力装置１３０は、たとえば、ヘッドホンに内蔵されてフレーム１２０に連結される複数のスピーカーを備え得る。

図１Ｂにおいて、筐体１１０の前面１１０ａは、筐体１００に収容されるＨＭＤ１００の内蔵コンポーネントのうちのいくつかが見えるように、筐体１１０のベース部分１１０ｂから動かされている。いくつかの実施形態において、筐体１１０の前面１１０ａは、ヒンジ１１０ｃまたはその他の回転構造によって、筐体１１０のベース部分１１０ｂに回転可能に連結されてもよい。いくつかの実施形態において、筐体１１０の前面１１０ａは、クリップまたはその他の連結構造を用いたスナップ嵌合によって、筐体１１０のベース部分１１０ｂに取り外し可能に連結されてもよい。いくつかの実施形態において、筐体１１０の前面１１０ａは、筐体１１０のベース部分１１０ｂに据え付けられていてもよい。ディスプレイ１４０は、筐体１１０の前面１１０ａに装備されてもよい。いくつかの実施形態において、ディスプレイ１４０は、連結装置（複数の連結装置）１１０ｄによって筐体１１０の前面１１０ａに取り外し可能に連結されるスマートフォン、または表示画面を備えたその他の携帯電子装置に含まれてもよい。いくつかの実施形態において、ディスプレイ１４０は、ＨＭＤ１００の筐体１１０に固定されたままでもよい。

前面１１０ａが筐体１１０のベース部分１１０ｂに対して閉位置のときのディスプレイ１４０とユーザの目との間の筐体１１０内に、レンズ１５０、たとえば、ユーザの左目と位置合わせされた左目用レンズと、ユーザの右目と位置合わせされた右目用レンズとが取り付けられ得る。図１Ｂに示すように、ディスプレイ１４０は、両方のレンズ１５０に広がる１つのディスプレイである。言い換えると、レンズ１５０の各々（またはレンズ系）に専用のディスプレイ（たとえば、横に並んだ複数のディスプレイ）を設けるのではなく、ディスプレイ１４０が両方のレンズ１５０に広がっている。ディスプレイ１４０によってできる限り広い視野が視聴者にもたらされるように、ディスプレイ１４０の幅は視聴者の瞳孔間距離（ＩＰＤ）よりも大きくなり得、ＨＭＤ１００によって作り出される没入型体験が高められる。いくつかの実施形態において、レンズ１５０がユーザの両目のそれぞれの光軸と位置合わせされて比較的広い視野および比較的短い焦点距離を提供するように、レンズ１５０は、調整装置１５８によってレンズ１５０の位置が自動または手動のいずれかによって調整された状態で、筐体１１０内の調整可能な取り付け構造１５５に取り付けられてもよい。

いくつかの実施形態において、アクティブシャッター１５２がレンズ１５０の各々に隣接して位置して、それぞれのレンズ１５０を通したユーザの視野を制御してもよい。たとえば、左目用シャッター１５２Ｌが左目用レンズ１５０に隣接して位置してもよく、右目用シャッター１５２Ｒが右目用レンズ１５０に隣接して位置してもよい。たとえば、いくつかの実施形態において、各アクティブシャッター１５２は、図３Ａに示すように、ユーザの目とレンズ１５０との間に位置（たとえば、配置）されてもよい。いくつかの実施形態において、各アクティブシャッター１５２は、図３Ｂに示すように、レンズ１５０とディスプレイ１４０との間に位置（たとえば、配置）されてもよい。いくつかの実施形態において、ユーザの右目と位置合わせされたアクティブシャッター１５２Ｒおよびレンズ１５０の配置は、ユーザの左目と位置合わせされたアクティブシャッター１５２Ｌおよびレンズ１５０の配置と同じであってもよい。いくつかの実施形態において、ユーザの左目と位置合わせされたアクティブシャッター１５２およびレンズ１５０の配置は、ユーザの右目と位置合わせされたアクティブシャッター１５２およびレンズ１５０の配置と異なってもよい。

図３Ａおよび図３Ｂに示す構成要素の配置および個々の構成要素の大きさは例示にすぎず、縮尺通りではない。構成要素は、分かりやすくするために、および説明を容易にするために示されている。アクティブシャッター１５２およびレンズ１５０を通したディスプレイ１４０に対する目の視野をアクティブシャッター１５２がほぼ完全に遮断できるように、アクティブシャッター１５２の大きさまたは寸法、たとえば、直径は、ユーザの目の視円錐（ｖｉｅｗｉｎｇｃｏｎｅ）以上の大きさであり得る。したがって、アクティブシャッター１５２の大きさは、たとえば、レンズ１５０の大きさ、アクティブシャッター１５２／レンズ１５０と視聴者の目との間の（ユーザの視円錐を考慮した）距離など数多くの要因およびその他のこのような要因に基づき得る。したがって、いくつかの実施形態において、アクティブシャッター１５２の大きさ、たとえば、直径は、対応するレンズ１５０の対応する大きさ、たとえば、直径以上であってもよい。いくつかの実施形態において、アクティブシャッター１５２の大きさは、対応するレンズ１５０の対応する大きさよりも小さくてもよい。

いくつかの実施形態において、ＨＭＤ１００は、各種センサ１６２〜１６４を含む検知システム１６０、および各種制御システム装置またはモジュール１７１〜１７６を含む制御システム１７０を備え、ＨＭＤ１００の自動制御およびユーザによる手動制御を容易にしてもよい。また、制御システム１７０は、プロセッサ１９０を備え、手動または自動で操作された際の制御システム１７０のコンポーネント、また、制御システム１７０が受信した命令に応答して検知システム１６０が検出／検知した状況に応答して操作された際の制御システム１７０のコンポーネントの動作を制御してもよい。

いくつかの実施形態において、ＨＭＤ１００は、カメラ１８０を備えてもよい。カメラ１８０は、ＨＭＤ１００によって作り出された仮想没入型環境の外部の周囲環境の静止画像および動画を撮影し、ユーザに対して、周囲環境のこれらの画像を、ＨＭＤ１００の透過（ｐａｓｓｔｈｒｏｕｇｈ）モードでディスプレイ１４０上に表示し得る。透過モードでは、ユーザは、ＨＭＤ１００をはずしたり、たとえば、筐体１１０をユーザの視線からはずすなど、ＨＭＤ１００の物理的構成を変更したりすることなく、ＨＭＤ１００によって作り出された仮想没入型体験を出て、一時的に現実世界に戻ることができる。いくつかの実施形態において、ディスプレイ１４０は、透明ディスプレイであってもよく、ユーザが、いくつかの動作モードでディスプレイ１４０を通して、現実世界の周囲の状況を見ることができるようになる。

左目が第１ディスプレイ／第１セクション上の画像のみを見て右目が第２ディスプレイ／第２セクション上の画像のみを見るように、別々のオフセット２Ｄ画像がユーザの左目と右目とに対して別々に提示されてもよい。これらの分離された２Ｄ画像は、ユーザが気づかないうちに脳によって処理、合成され、３Ｄの奥行き知覚が合成画像にもたらされてもよい。いくつかの実装形態において、ＨＭＤは、複数のディスプレイ、たとえば、２つのディスプレイを備えてもよく、または、左目にのみ見える画像を表示する第１セクションまたは画素のサブセットと右目にのみ画像を表示する専用の第２セクションまたは画素のサブセットとに分離された１つのディスプレイを備えてもよく、あるいは、左目だけが見える画像と右目だけが見える画像とを交互に表示してもよい。いくつかの実装形態において、２つのディスプレイ／セクションのうち、第１ディスプレイ／第１セクションがユーザの左目によってのみ見られ、第２ディスプレイ／第２セクションがユーザの右目によってのみ見られるように、左目用の光学部品と右目用の光学部品との間にパネルが位置してもよい。したがって、パネルは、各々の目がそれぞれのディスプレイまたはセクションのみを見ることができるという効果を有し得、特定の状況下において、ユーザにとってより快適な視聴になるだろう。いくつかの実装形態において、ディスプレイは、左円偏光画像のみが左目によって見られるようにパッシブ型左円偏光フィルムを左目用レンズに設け、右円偏光画像のみが右目によって見られるようにパッシブ型右円偏光フィルムを右目用レンズに設けて、左円偏光のみと右円偏光のみとを交互に表示してもよい。

これらのオフセット２Ｄ画像がどのように生成されてどのように見られても、このように生成された知覚３Ｄ画像を見ているユーザは、ディスプレイの分離、および／またはＨＭＤに含まれる左目用光学部品と右目用光学部品との間の物理的バリアによって、比較的限定された視野を有するだろう。これに加えて、ディスプレイが左偏光画像と右偏光画像とを交互に表示する場合、ディスプレイの一部の画素または一部分は、左偏光画像のみを表示する専用になり、ディスプレイの残りの画素または部分は、右偏光画像のみを表示する専用になり、ディスプレイによって表示された画像の解像度を、事実上、実質的に半減してしまう。

図１Ａおよび図１Ｂに示す例示的なＨＭＤ１００は、１つのディスプレイ１４０を備え、ディスプレイ１４０の特定の部分または異なる表示に対する可視性を排除または限定するであろう物理的バリアをレンズ１５０同士の間に設けない。言い換えると、ディスプレイの特定の部分のみに限定しないで、ユーザの左目と右目とに画像を提示するために使用できる１つのディスプレイを提供する。物理的バリアおよび／または別々のディスプレイによって分割される場合には比較的限定された視野しか利用できないのとは対照的に、ディスプレイ１４０に表示される画像と一致してアクティブシャッター１５２を図１Ａおよび図１Ｂに示す配置において正確に制御することによって、表示解像度を犠牲にせずに、没入型体験における３Ｄの奥行き知覚を依然作り出しつつ、各画像を表示したディスプレイ１４０のフル解像度でディスプレイ１４０の実質的に表示領域全体を利用しつつ、比較的広い、没入型視野を可能にできるだろう。

図２は、本明細書に広く記載の実施形態に係る、アクティブシャッター系を備える例示的なＨＭＤ２００のブロック図である。ＨＭＤ２００は、検知システム２６０と制御システム２７０とを備え得、これらは、図１Ａおよび図１Ｂに示すＨＭＤ１００に含まれる検知システム１６０および制御システム１７０と同様であり得る。図２に示すように、検知システム２６０は、たとえば、光センサ２６２、イメージセンサ２６３、および音声センサ２６４などの複数のセンサを備え得る。いくつかの実施形態において、光センサ２６２、イメージセンサ２６３、および音声センサ２６４は、たとえば、図１Ａおよび図１Ｂに示すＨＭＤ１００に含まれるカメラ１８０などのカメラなど、１つのコンポーネントに含まれてもよい。制御システム２７０は、たとえば、電源制御モジュール２７１と、音声制御モジュール２７２と、映像制御モジュール２７３と、光学制御モジュール２７４と、変化制御モジュール２７６とを備え得る。いくつかの実施形態において、特定の実装形態によっては、検知システム２６０および／または制御システム２７０は、より多くのまたはより少ないデバイスおよび／またはモジュールを備えてもよい。検知システム２６０および／または制御システム２７０に含まれる構成要素は、たとえば、図１Ａおよび図１Ｂに示すＨＭＤ１００以外のＨＭＤ内で、異なる物理的配置（たとえば、異なる物理的位置）を有していてもよい。

制御システム２７０は、ＨＭＤに含まれる各種オーディオ要素およびビデオ要素の制御を調整し得る。たとえば、いくつかの実施形態において、所望の３Ｄ効果が実現され得るように、制御システム２７０の光学制御モジュール２７４は、図４Ａに示すように、左目によってのみ見られるためにディスプレイに表示される画像が所定の時間に左目によってのみ見られ、図４Ｂに示すように、右目によってのみ見られるためにディスプレイ１４０に表示される画像が所定の時間に右目によって見られるように、映像制御モジュール２７３と協調して動いてもよい。いくつかの実施形態において、これは、所定の時間に片目だけがディスプレイ１４０を見られるように、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、たとえば、左目用シャッター１５２と右目用シャッター１５２とを交互にオンにして、一方の目と他方の目とを交互に高速でブロックすることによって実現され得る。

いくつかの実施形態において、（左目の光軸に沿って位置合わせされた）左目用アクティブシャッター１５２Ｌおよび（右目の光軸に沿って位置合わせされた）右目用アクティブシャッター１５２Ｒは、いずれも、たとえば、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）材料など、非透過状態と透過状態との間を変化できる材料から作られてもよい。この種類の材料は、電源がオフになると非透過状態になる場合がある。光によって活性化されると、材料内に拡散した液晶液滴がこの材料を透過し、材料を非透過状態から、透き通った状態または透過状態に変化させてもよい。いくつかの実施形態において、左目用および右目用アクティブシャッター１５２は、たとえば、非活性化されると透過状態になり、電圧が加えられて活性化されると非透過状態になる液晶層を備えてもよい。この、左目用および右目用アクティブシャッター１５２を交互にオンにすることは、たとえば、制御システムの映像制御モジュールによって制御されるディスプレイ１４０のリフレッシュレートと同期して光学制御モジュールによって生成されたタイミング信号によって制御されてもよい。

ディスプレイ１４０およびアクティブシャッター１５２のタイミングおよび同期の例が、図４に示されている。たとえば、上述した制御システムの映像制御モジュールにおいて動作されるディスプレイドライバは、左目によって見られるためのフレームを読み込み、ディスプレイ１４０に表示される出力を駆動し得る。ディスプレイ１４０が、左目によって見られるためのコンテンツで完全に照らし出された後、左目用アクティブシャッター１５２Ｌは透過状態になり、ディスプレイ１４０上の画像が左目で見られるようになり得る。この時点で、右目用アクティブシャッター１５２Ｒは、非透過状態であり、ディスプレイ１４０上の画像は、右目には見えない。その後、右目用に処理を繰り返すように、ディスプレイドライバは、右目によって見られるための次のフレームを読み込み、左目用アクティブシャッター１５２Ｌは非透過状態になり、右目用アクティブシャッター１５２Ｒは透過状態になるだろう。いくつかの状況において、各シャッターが交互に透過状態になる期間が、ディスプレイ１４０に表示される画像によって構成されるシーンにおけるモーションブラーに影響を与え得る。いくつかの実施形態において、アクティブシャッターの各々が約１〜２ミリ秒の間、透過状態になると、モーションブラーは軽減され得る。

左目用シャッター１５２Ｌが透過状態であって、右目用シャッター１５２Ｒが非透過状態またはブロックされている場合に、左目によって見られる画像の例が図５Ａに示されている。右目用シャッター１５２Ｒが透過状態であって、左目用シャッター１５２Ｌが非透過状態またはブロックされている場合に、右目によって見られる画像の例が図５Ｂに示されている。左目によって見られる画像と右目によって見られる画像との再合成が図５Ｃに示されている。左目用シャッター１５２と右目用シャッター１５２の交互のオン・オフは、たとえば、約１２０Ｈｚ以上の速さなど、人間の目には知覚できない速度で行われるので、左目によって見られる画像および右目によって見られる画像は、ユーザが気づかないうちに脳によってすばやく再合成され、ディスプレイ１４０の実質的に表示領域全体にわたる、ディスプレイ１４０の実質的にほぼフル解像度での３Ｄ画像の知覚が実現され得る。つまり、ディスプレイ１４０に表示される画像の制御に同期して左目用アクティブシャッター１５２と右目用アクティブシャッター１５２とをこのように交互に制御することによって、どちらの目で画像が見られるかに関係なく、ユーザに対して各画像を表示したディスプレイ１４０のフル解像度も利用しつつ、ＨＭＤ１００の所定のディスプレイ１４０にとってできる限り広い視野をユーザに提供できる。

一般的に、ユーザが見るディスプレイとユーザの目との間の離隔距離が小さくなるにつれて、ディスプレイの最も左側部分および最も右側部分の視野角は、より鋭くなる。これらの外側視野角が鋭くなるにつれて、たとえば、レンズ、またはディスプレイに表示される画像の制御による、ディスプレイによって生成される光線と目が受ける光線との間の光路の調整は、減衰の影響をより多く受けることになり、補正するのが難しくなる。

図１Ａ〜図１Ｃに示す、ディスプレイ１４０がＨＭＤ１００内に実装された実装例において、ディスプレイ１４０とユーザの目との間の離隔距離ｄは、比較的近い可能性があり、ディスプレイ１４０に表示される画像がクリアに知覚できる最小距離に近い。レンズ１５０およびアクティブシャッター１５２がユーザの目とディスプレイ１４０との間に位置する状態でディスプレイ１４０がユーザの目に非常に近い場合のＨＭＤ１００において、レンズ１５０とディスプレイ１４０との間の距離は、たとえば、ＨＭＤ１００全体の大きさ、レンズの大きさ、間隔、および光学特性などの数多くの要因およびその他のこのような要因によっては、たとえば、約２５ｍｍ未満であり得る。幅Ｗを有するディスプレイ１４０の表示領域は、レンズ１５０とディスプレイ１４０との間の公称離隔距離ｄがディスプレイ１４０の表示領域の幅Ｗよりも小さい場合であっても、ユーザに実質的に完全に可視化され得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイ１４０の表示領域は、視聴者に面したディスプレイ１４０の表面積全体と実質的に等しくてもよい。

図６Ａに示すように、この種類のＨＭＤの配置において、ディスプレイ１４０の最も左側部分を右目で見る角度αＲ１は、ディスプレイ１４０の最も右側部分を右目で見る角度αＲ２と比べて、比較的鋭角である。つまり、ディスプレイ１４０の最も左側部分においてディスプレイ１４０によって生成された光線は、（たとえば、ディスプレイ１４０に対して）比較的鋭い角度で経路を右目に向かって進む。この角度は、光線がディスプレイ１４０の最も左側部分から右目の光軸Ｏ_Ｒに向かって移動する際に、鈍くなっていく。同様に、図６Ｂに示すように、ディスプレイ１４０の最も右側部分を左目で見る角度αＬ１、またはディスプレイ１４０の最も右側部分によって生成された光線が左目に向かって進む角度は、ディスプレイ１４０の最も左側部分を左目で見る角度αＬ２と比べて、比較的鋭角である。この角度は、光線がディスプレイ１４０の最も右側部分から左目の光軸Ｏ_Ｌに向かって移動する際に、鈍くなっていく。ディスプレイ１４０によって生成された光線のこの広範囲の角度（配置によっては、画像補正への障害となり得る）は、比較的幅の広い視円錐または視野を有する左目用および右目用アクティブシャッター１５２を使用することによって対処される。左目用および右目用アクティブシャッター１５２の比較的広い視円錐によって、アクティブシャッター１５２およびレンズ１５０を通してディスプレイ１４０の表示領域のほぼ全てが捕えられ、ユーザに見えるようになり得る。たとえば、いくつかの実施形態において、アクティブシャッター１５２の視円錐は、約１６０度程度でもよい。いくつかの実施形態において、アクティブシャッター１５２の視円錐は、１６０度よりも大きくてもよい。単に図をわかりやすくするために、左目用レンズ１５０、左目用アクティブシャッター１５２、右目用レンズ１５０、および右目用アクティブシャッター１５２は図６Ａおよび図６Ｂに示す図に示されていないが、比較的広い視円錐または視野のアクティブシャッター１５２によって、アクティブシャッター１５２とレンズ１５０の対のそれぞれを通して、ディスプレイ１４０の実質的に表示領域のすべてを見ることができる。

たとえば、図１Ａ〜図１Ｃに示すＨＭＤ１００など、本明細書において具体化され、広く記載のＨＭＤの動作方法が、図７に示されている。まず、ブロック６１０およびブロック６２０において、ＨＭＤ１００が起動され得、たとえば、単独またはオーディオ体験と連結された３Ｄ映像体験を含む、３Ｄ没入型体験などの体験が開始され得る。次に、ブロック６３０およびブロック６４０において、第１アクティブシャッターおよび第２アクティブシャッターが交互にオン・オフされることにより、ディスプレイの表示領域が、交互に、第２レンズがブロックされた状態で第１アクティブシャッターおよび第１レンズを通して見られ、次に第１レンズがブロックされた状態で第２アクティブシャッターおよび第２レンズを通して見られるようにしてもよい。

たとえば、第１アクティブシャッターがオンにされて透過状態であり、第２アクティブシャッターがオフにされて非透過状態である第１モード（ブロック６３０）では、ディスプレイの表示領域が第１アクティブシャッターおよび第１レンズを通してユーザの第１の目によってのみ見える一方、第２アクティブシャッターがディスプレイのユーザの第２の目の視野をブロックするように、ＨＭＤが制御され得る。ブロック６３５での所定期間の経過後、ブロック６４０にて、ＨＭＤが第２モードで制御され得る。所定期間は、たとえば、ディスプレイの表示領域によって表示されるコンテンツと同期した期間であって、第１の目または第２の目のいずれかを対象とした期間に対応し得る。第２アクティブシャッターがオンにされて透過状態であり、第１アクティブシャッターがオフにされて非透過状態である第２モード（ブロック６４０）では、ディスプレイの表示領域が第２アクティブシャッターおよび第２レンズを通してユーザの第２の目によってのみ見える一方、第１アクティブシャッターがディスプレイのユーザの第１の目の視野をブロックする。

体験が終了されたとブロック６５０において判断されるまで、第１モード（ブロック６３０）と第２モード（ブロック６４０）との間で動作が連続的に切り替えられる。

例示的な実施形態によると、フレームに連結された筐体と、筐体内に配置されたディスプレイとを備え得るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置が提供される。第１レンズおよび第１アクティブシャッターが第１光軸に沿って筐体に配置され得、第２レンズおよび第２アクティブシャッターが第２光軸に沿って筐体に配置され得る。コントローラが、ディスプレイ、第１アクティブシャッター、および第２アクティブシャッターを、第１モードと第２モードとの間で交互に切り替え得る。第１モードでは、第１アクティブシャッターがオンにされ得、第２アクティブシャッターがオフにされ得る。第２モードでは、第１アクティブシャッターがオフにされ得、第２アクティブシャッターがオンにされ得る。

本明細書に記載のさまざまな技法の実装形態は、デジタル電子回路、またはコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせによって実装されてもよい。実装形態は、プログラマブルプロセッサ、１つのコンピュータ、または複数のコンピュータなど、データ処理装置によって処理されるために、または、このようなデータ処理装置の動作を制御するために、コンピュータプログラムプロダクト、つまり、機械読み取り可能な記憶装置（コンピュータ読み取り可能な媒体）など、情報担体に有形に具体化されたコンピュータプログラムとして実装されてもよい。したがって、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、実行されるとプロセッサ（たとえば、ホスト装置におけるプロセッサ、クライアント装置におけるプロセッサ）に処理を行わせる命令を格納するように構成され得る。

上述のコンピュータプログラム（複数のコンピュータプログラム）など、コンピュータプログラムは、コンパイラ言語またはインタプリタ言語など、いかなる形式のプログラミング言語によっても書くことができ、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはコンピューティング環境において使用するのに適したその他の構成単位としてなど、いかなる形態にもデプロイできる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ、または１か所あるいは複数の場所にまたがって分散され、通信ネットワークによって相互に接続された複数のコンピュータ上で処理されるためにデプロイされ得る。

入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行するコンピュータプログラムを１つ以上のプログラマブルプロセッサが実行することによって、方法ステップが実行されてもよい。また、方法ステップは、たとえば、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）といった専用論理回路によって実行されてもよく、装置がこのような専用論理回路として実装されてもよい。

コンピュータプログラムの処理に適したプロセッサは、一例として、汎用マイクロプロセッサと専用マイクロプロセッサの両方、およびデジタル計算機のあらゆる種類の任意の１つ以上のプロセッサが挙げられる。一般的に、プロセッサは、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、またはその両方から命令およびデータを受信することになる。コンピュータの構成要素は、命令を実行するための少なくとも１つのプロセッサ、ならびに命令およびデータを格納するための１つ以上のメモリ素子を含み得る。また、一般的に、コンピュータは、磁気ディスク、光磁気ディスク、または光ディスクなど、データを格納するための１つ以上の大容量記憶デバイスを備え得、またはデータを送受信するためにこのような１つ以上の大容量記憶デバイスに動作可能に連結され得る。コンピュータプログラムの命令およびデータを具体化するのに適した情報担体は、すべての形式の不揮発性メモリを含み、一例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリ素子、内蔵ハードディスク、リムーバルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、およびＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭディスクが挙げられる。プロセッサおよびメモリは、専用論理回路によって補われてもよく、専用論理回路に内蔵されてもよい。

ユーザとのやりとりを提供するために、実装形態は、ブラウン管（ＣＲＴ）モニタ、発光ダイオード（ＬＥＤ）モニタ、または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニタなど、ユーザに情報を表示するための表示装置と、ユーザがコンピュータに入力を行えるキーボードと、マウスまたはトラックボールなどのポインティングディバイスとを備えたコンピュータ上に実装されてもよい。その他の種類のデバイスを使ってユーザとのやりとりを提供することもでき、たとえば、ユーザに提供されるフィードバックは、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、触覚フィードバックなど、あらゆる形式の感覚フィードバックとすることができ、ユーザからの入力は、音響入力、音声入力、触覚入力など、あらゆる形式で受信され得る。

実装形態は、たとえば、データサーバなど、バックエンド・コンポーネントを備えるコンピュータシステム、アプリケーションサーバなど、ミドルウェア・コンポーネントを備えるコンピュータシステム、ユーザが実装形態とやりとりができるグラフィカルユーザーインターフェースまたはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータなど、フロントエンド・コンポーネントを備えるコンピュータシステム、またはこのようなバックエンド・コンポーネント、ミドルウェア・コンポーネント、フロントエンド・コンポーネントの任意の組み合わせを備えるコンピュータシステムとして実装されてもよい。コンポーネントは、通信ネットワークなど、デジタルデータ通信のあらゆる形式または媒体によって相互接続されてもよい。たとえば、通信ネットワークには、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、およびワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、たとえば、インターネットなどがある。

本明細書に記載したように、上述の実装形態の特定の特徴が例示されたが、当業者であれば、多くの変形例、代替例、変更例、および均等物に想到するだろう。そのため、当然ながら、特許請求の範囲は、実装形態の範囲に含まれるこのような変形例および変更例のすべてを包含するものとする。これらは、ほんの一例として提示されたものであり、限定ではなく、形式および詳細についてさまざまな変更がなされ得ることを理解されたい。本明細書に記載の装置および／または方法のいずれの部分も、相互に排他的な組み合わせを除く、あらゆる組み合わせに組み合わされ得る。本明細書に記載の実装形態は、記載された異なる実装形態の機能、構成要素、および／または特徴のさまざまな組み合わせおよび／または部分的な組み合わせを含み得る。

Claims

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置であって、
フレームと、
前記フレームに連結された筐体と、
筐体内に配置された１つのディスプレイと、
前記筐体内に、第１光軸に沿って取り付けられた第１レンズと、
前記筐体内に、第２光軸に沿って取り付けられた第２レンズと、
前記筐体内に配置され、前記第１光軸に沿って位置合わせされた第１アクティブシャッターと、
前記筐体内に配置された第２アクティブシャッターと、
前記ディスプレイ、前記第１アクティブシャッター、および前記第２アクティブシャッターを第１モードと第２モードとの間で交互に切り替えるように構成されたコントローラとを備え、前記第１モードでは、前記第１アクティブシャッターをオンおよび前記第２アクティブシャッターをオフにし、前記第２モードでは、前記第１アクティブシャッターをオフおよび前記第２アクティブシャッターをオンにする、装置。
前記第１モードでは、前記第１アクティブシャッターは透過状態であって、前記ディスプレイの表示領域は、前記第１レンズおよび前記第１アクティブシャッターを通して完全に可視化され、前記第２レンズを通した前記表示領域の可視性を前記第２アクティブシャッターがブロックしている、請求項１に記載の装置。
前記第２モードでは、前記第２アクティブシャッターは透過状態であって、前記ディスプレイの前記表示領域は、前記第２レンズおよび前記第２アクティブシャッターを通して完全に可視化され、前記第１レンズおよび前記第１アクティブシャッターを通した前記表示領域の可視性を前記第１アクティブシャッターがブロックしている、請求項２に記載の装置。
前記表示領域は、前記ディスプレイの左端部分から当該ディスプレイの右端部分まで、かつ前記ディスプレイの上端部分から当該ディスプレイの下端部分まで、連続的に延在する、請求項３に記載の装置。
前記第１モードで前記ディスプレイに表示される画像の解像度レベルは、前記ディスプレイのフル解像度レベルとほぼ等しく、前記第２モードで前記ディスプレイに表示される画像の解像度レベルは、前記ディスプレイの前記フル解像度レベルとほぼ等しい、請求項４に記載の装置。
前記第１モードと前記第２モードとの間を交互に切り替える際、前記コントローラは、ディスプレイ上の画像の表示が、前記第１アクティブシャッターと前記第２アクティブシャッターとを交互にオンすることと同期するように前記ディスプレイ上の前記画像の表示を制御するように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
前記第１アクティブシャッターはオフ状態の場合非透過状態であり、かつ前記第２アクティブシャッターはオフ状態の場合非透過状態であるように、前記第１アクティブシャッターおよび前記第２アクティブシャッターは、各々、高分子分散型液晶材料を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
前記第１アクティブシャッターは、前記第１アクティブシャッターに含まれる前記高分子分散型液晶材料が活性化されるのに応答して透過状態に変化し、前記第２アクティブシャッターは、前記第２アクティブシャッターに含まれる前記高分子分散型液晶材料が活性化されるのに応答して透過状態に変化する、請求項７に記載の装置。
前記第１アクティブシャッターはオフ状態の場合透過状態であり、かつ前記第２アクティブシャッターはオフ状態の場合透過状態であるように、前記第１アクティブシャッターおよび前記第２アクティブシャッターは、各々、液晶層を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
前記第１アクティブシャッターは、前記第１アクティブシャッターの前記液晶層に印加された電気信号によってオンにされることに応答して非透過状態に変化し、前記第２アクティブシャッターは、前記第２アクティブシャッターの前記液晶層に印加された電気信号によってオンにされることに応答して非透過状態に変化する、請求項９に記載の装置。
前記第１レンズおよび前記第１アクティブシャッターは、前記第１光軸に沿って位置合わせされ、前記第２レンズおよび前記第２アクティブシャッターは、前記第２光軸に沿って位置合わせされ、前記ディスプレイは、前記第１光軸および前記第２光軸の両方と位置合わせされている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
前記第１レンズは、前記第１アクティブシャッターと前記ディスプレイとの間に位置し、前記第２レンズは、前記第２アクティブシャッターと前記ディスプレイとの間に位置する、請求項１１に記載の装置。
前記第１アクティブシャッターは、前記第１レンズと前記ディスプレイとの間に位置し、前記第２アクティブシャッターは、前記第２レンズと前記ディスプレイとの間に位置する、請求項１１に記載の装置。
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置の動作方法であって、
前記ＨＭＤのディスプレイを起動して前記ディスプレイに画像を表示するステップを含み、前記ディスプレイに表示される前記画像は、第１光軸に沿って位置合わせされた第１アクティブシャッターおよび第１レンズを含む、アクティブシャッター系およびレンズ系を通して、および第２光軸に沿って位置合わせされた第２アクティブシャッターおよび第２レンズを通して選択的に可視化され、
前記動作方法は、さらに、
前記ディスプレイに表示される前記画像に基づいて前記アクティブシャッター系を第１モードと第２モードとの間で切り替えるステップを含み、前記切り替えるステップは、
前記画像が前記ディスプレイに表示されると、前記第１モードで、前記第１アクティブシャッターをオンおよび前記第２アクティブシャッターをオフにするステップと、
前記画像が前記ディスプレイに表示されると、前記第２モードで、前記第１アクティブシャッターをオフおよび前記第２アクティブシャッターをオンにするステップとを含む、動作方法。
前記ディスプレイに表示される前記画像に基づいて前記アクティブシャッター系を第１モードと第２モードとの間で切り替えるステップは、さらに、
前記第１モードと前記第２モードとを、所定の動作期間が経過するまで、交互に、連続的に切り替えるステップを含む、請求項１４に記載の動作方法。
前記ディスプレイに表示される前記画像に基づいて前記アクティブシャッター系を第１モードと第２モードとの間で切り替えるステップは、さらに、
前記第１モードと前記第２モードとの間の切り替えを、前記ディスプレイに表示される前記画像と同期させるステップを含む、請求項１４または１５に記載の動作方法。
前記第１モードで前記第１アクティブシャッターをオンおよび前記第２アクティブシャッターをオフにするステップは、
前記第１アクティブシャッターをオンにするために前記第１アクティブシャッターに信号を印加して、前記第１アクティブシャッターを非透過状態に変更するステップと、
前記第２アクティブシャッターをオフにするために前記第２アクティブシャッターへの信号の印加を終了して、前記第２アクティブシャッターを透過状態に変更するステップとを含む、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の動作方法。
前記第２モードで前記第１アクティブシャッターをオフおよび前記第２アクティブシャッターをオンにするステップは、
前記第２アクティブシャッターをオンにするために前記第２アクティブシャッターに信号を印加して、前記第２アクティブシャッターを非透過状態に変更するステップと、
前記第１アクティブシャッターをオフにするために前記第１アクティブシャッターへの信号の印加を終了して、前記第１アクティブシャッターを透過状態に変更するステップとを含む、請求項１７に記載の動作方法。
前記第１モードでは、前記ディスプレイの表示領域は前記第２レンズを通して完全に可視化され、前記第１レンズを通した前記表示領域の可視性は、前記第１アクティブシャッターによってブロックされ、前記第２モードでは、前記ディスプレイの表示領域は、前記第１レンズを通して完全に可視化され、前記第２レンズを通した前記表示領域の可視性は、前記第２アクティブシャッターによってブロックされる、請求項１８に記載の動作方法。
前記ディスプレイに画像を表示するステップは、前記ディスプレイのフル解像度レベルとほぼ等しい解像度レベルで前記ディスプレイに画像を前記第１モードで表示し、前記ディスプレイの前記フル解像度レベルとほぼ等しい前記解像度レベルで前記ディスプレイに画像を表示するステップとを含む、請求項１９に記載の動作方法。
プロセッサ上で実行されると請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の動作方法を実行するプログラムコードを含む、コンピュータプログラム。