JP2019500633A - 複数のセグメントディスプレイおよび光学素子を備えたヘッドマウントディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置は、正中面を中心にして横方向に配置された第１ディスプレイパネルと第２ディスプレイパネルとを備える。第１湾曲ディスプレイパネルと第２湾曲ディスプレイパネルとの各々は、第１側方区画および隣接する第２側方区画を含む。第１側方区画は、正中面に隣接し、第１半径を有する曲率を有する。第２側方区画は、正中面から離れる。ＨＭＤは、正中面を中心にして配置された第１光学部品と第２光学部品とを含む光学組立品をさらに備える。第１光学部品と第２光学部品との各々は、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとのうち対応するディスプレイパネルの第１側方区画と交差する光軸を有する第１光学素子と、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとのうち対応するディスプレイパネルの第２側方区画と交差する光軸を有する第２光学素子とを含む。

Description

背景
開示の分野
本開示は、一般的にはディスプレイ装置に関し、より具体的には、ヘッドマウントディスプレイ装置に関する。

関連技術の説明
没入型仮想現実（ＶＲ）システムおよび拡張現実（ＡＲ）システムは、通常、立体画像をユーザに提示することによって、３次元（３Ｄ）場面に存在する感覚をユーザに与えるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置を利用している。従来のＨＭＤ装置の殆どは、ユーザの左目および右目に各々対応する２つの独立の表示領域に分けられた単一の平面ディスプレイまたはユーザの目に各々対応する一対の独立の平面ディスプレイを実装する。このような装置は、一般的には、ディスプレイ上の画像の全体をユーザの目に結像するために、各目に対応する単一レンズを含む。しかしながら、各目に対応する平面ディスプレイおよび単一レンズを使用する場合、しばしば大きなＨＭＤ形状因子をもたらし、その結果、使用時に大きな慣性モーメントを与える。また、平面ディスプレイおよびレンズは、多くの場合、横方向の全視野を１１０度以下に制限する。これらの従来のＨＭＤ装置の大きなサイズおよび限られた視界は、表示された画像内に存在するというユーザの感覚に不利な影響を与え、提示されたシーンに没頭する感覚を妨げる可能性がある。

これらの欠点に対処するために、様々な解決法が提案されている。いくつかの方法において、ディスプレイシステムを一組の別個のディスプレイパネルに分けて、これらのディスプレイパネルを並べて配置することによって、より大きな視野を得る。しかしながら、この方法によって、光学素子の間およびディスプレイパネルの間に物理的な縫い目がしばしば目立つようになり、ユーザの体験を損なう。また、各ディスプレイパネルの特性が異なる可能性があるため、全視野に亘って均一な色彩および輝度を達成することが困難である。さらに、このようなシステムの設計および製造が複雑になり、費用がかかりすぎる可能性がある。

当業者なら、添付の図面を参照することによって、本開示をよりよく理解することができ、本開示の多くの特徴および利点を分かるであろう。異なる図面に使用された同一の参照番号は、類似するまたは同一の項目を表す。

本開示の少なくとも１つの実施形態に従って、論理的なタイル張りおよび対応するレンズ組立品を備えたディスプレイパネルを利用するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置を示す背面斜視図である。 いくつかの実施形態に従って、図１のＨＭＤ装置の一実施形態を示す断面図である。 いくつかの実施形態に従って、図２の断面図の左側をより詳細に示す断面図である。 いくつかの実施形態に従って、図１のＨＭＤ装置の別の実施形態の左側を示す断面図である。 いくつかの実施形態に従って、図１のＨＭＤ装置の別の実施形態の左側を示す断面図である。 いくつかの実施形態に従って、図１のＨＭＤ装置の電子ディスプレイシステムを示す図である。 いくつかの実施形態に従って、図１のＨＭＤ装置のディスプレイパネルに表示するために生成された画像の歪み前処理を示す図である。

詳細な説明
図１〜７は、ＨＭＤ装置の例を示している。ＨＭＤ装置は、小さい形状因子およびより広い視野を可能にするために、目に各々対応する２つのディスプレイパネル、および対応する１組の光学素子部品を備える。少なくとも１つの実施形態において、ＨＭＤ装置は、ユーザの目に各々対応する一対の横方向に湾曲したディスプレイパネルと、ディスプレイパネルに各々対応する２つの光学部品を含む光学組立品とを備える。ＡＲシーンまたはＶＲシーンの立体視図または３Ｄ視図を提示するため、各々のディスプレイパネルは、別々のディスプレイコントローラによって別々に駆動されてもよく、ディスプレイパネルの両方は、共に駆動されてもよい。各ディスプレイパネルは、中央視野（ＦＯＶ：Field of View）区画と隣接する周辺視野（ＦＯＶ）区画とを含む２つ以上の側方区画（lateral section）に論理的に分割される。中央視野（ＦＯＶ）区画は、湾曲されもよく、実質的に平坦であってもよい。同様に、周辺視野（ＦＯＶ）区画は、湾曲されもよく、実質的に平坦であってもよい。各光学部品は、少なくとも２つのレンズまたは他の光学素子を含む。少なくとも２つのレンズまたは他の光学素子は、中央ＦＯＶ区画に合焦する（すなわち、中央ＦＯＶ区画と交差する光軸を有する）光学素子と、周辺ＦＯＶ区画上に合焦する（すなわち、周辺ＦＯＶ区画と交差する光軸を有する）別の光学素子とを含む。各光学素子は、単一の光学レンズまたは複数の光学レンズ（例えば、マイクロレンズアレイまたは他のレンズ群）を含むことができる。中央ＦＯＶ区画と周辺ＦＯＶ区画とが同一のディスプレイパネルの論理的な分割部分であるため、中央ＦＯＶ区画と周辺ＦＯＶ区画とは、直接的に隣接する。したがって、少なくとも１つの実施形態において、２つの光学素子の間の継ぎ目を減少または最小化すると共に、両方の光学素子のよりコンパクトな配置を可能にするために、周辺ＦＯＶに合焦する光学素子は、横の位置で切り取られた（すなわち、回転方向または軸方向に非対称である）光学素子であってもよい。異なる曲率および角度を有する複数の区画を含む単一のディスプレイパネルを使用すると、１つ以上の平面ディスプレイパネルを利用する従来のＨＭＤ装置に比べて、ユーザの頭部により密接に適合する形状因子を有するＨＭＤ装置を実現できる。それと共に、光学的にまたは機械的に配列された複数の別個のディスプレイパネルを利用する従来のＨＭＤ装置に比べて、全視野に亘ってより均一な色彩および輝度、並びにより簡単な構造のディスプレイおよび光学組立品を提供することができる。

図１は、本開示の少なくとも１つの実施形態に従って、ＨＭＤ装置１００の実現例を示す背面斜視図である。図示の例において、ＨＭＤ装置１００は、「眼鏡」形状因子を有する。この「眼鏡」形状因子に従って、ＨＭＤ装置１００は、テンプル１０２および１０３を介してユーザの顔面に装着される。ＨＭＤ装置がユーザに装着されたときに、テンプル１０２および１０３は、ユーザの耳の後に位置する。しかしながら、他の実施形態において、ＨＭＤ装置１００は、「マスク」形状因子を有するように実装されてもよい。この「マスク」形状因子に従って、ＨＭＤ装置１００は、１つ以上のストラップまたは他の取り付け素子を介してユーザの顔面に装着される。また、説明を容易にするために省略されているが、ＨＭＤ装置１００は、周辺光の侵入を防ぐために、ユーザの顔面に対してシールするための１つ以上の顔面ガスケットを含んでもよい。

ＨＭＤ装置１００は、フレーム１０６に取り付けられた一対のディスプレイパネル１０４および１０５を含む。ＨＭＤ装置１００は、（例えば、フレーム１０６のブリッジを介して）フレーム１０６に取り付けられた光学組立品１０８をさらに含む。光学組立品１０８は、ユーザの目に各々対応する一対の光学部品１１０および１１１を含む。光学組立品１０８は、フレーム１０６の後面から延在し、光学部品１１０をディスプレイパネル１０４の面からずらしかつ光学部品１１１をディスプレイパネル１０５の面からずらすためのスタンドオフ構造を備えたブリッジ構造１１２をさらに含む。このスタンドオフ構造は、例えば、（図１に示すように）フレーム１０６のブリッジから延在する垂直構造、またはフレームの水平トップバーから延在する水平構造を実装してもよい。

図１に示すように、ディスプレイパネル１０４および１０５の各々は、異なる曲率（または実質的に曲率を有しない）、異なる向き、またはそれらの組み合わせを有する異なる側方区画を有する連続的なディスプレイパネルを含む。各側方区画は、ディスプレイパネルの別個の論理部分または「タイル」を表す。すなわち、各ディスプレイパネルが、ディスプレイパネルの横方向範囲の全体（例えば、ディスプレイパネル１０４の横方向範囲１１４）に亘って延在しかつ同一の表示ドライバハードウェアによって駆動される一組の画素行を含む場合、このディスプレイパネルは、区画内のディスプレイパネルの曲率の変化に基づいてまたはユーザの対応する目に対する区画の向きに基づいて、隣接する側方区画の組として論理的に編成されてもよい。湾曲したディスプレイパネル１０４および１０５は、曲率または向きが変化する構成を有するディスプレイパネル、例えば、所望の曲率および区画の向きに曲げられかつ支持フレームを介してそのように保持される可撓性薄膜有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）系ディスプレイのようなディスプレイパネルを提供することができる様々なディスプレイ技術のうちのいずれかを用いて、実装することができる。また、光学部品１１０および１１１の各々は、複数の光学素子を備え、各光学素子は、関連するディスプレイパネルの対応する区画に合焦する１つ以上のレンズを含む。すなわち、各光学素子の光軸（光学素子が複数のレンズを含む場合、複数の光軸）は、対応するディスプレイパネル区画（以下、「ディスプレイパネルタイル」という）の面と交差する。いくつかの実施形態において、光軸は、対応するディスプレイパネルの面に対して垂直である。

図示の実施形態において、ディスプレイパネル１０４は、２つの側方区画、すなわち、左側の中央視野（ＦＯＶ）区画１１６と、左側の周辺ＦＯＶ区画１１７とを含み、光学部品１１０は、２つのレンズ、すなわち、左側の中央ＦＯＶ区画１１６に合焦する左側の中央レンズ１１８と、左側の周辺ＦＯＶ区画１１７に合焦する左側の周辺レンズ１１９とを用いて実装される。同様に、図示された実施形態において、ディスプレイパネル１０５は、２つの側方区画、すなわち、右側の中央視野（ＦＯＶ）区画１２０と、右側の周辺ＦＯＶ区画１２１とを含み、光学部品１１１は、２つのレンズ、すなわち、右側の中央ＦＯＶ区画１２０に合焦する右側の中央レンズ１２２と、右側の周辺ＦＯＶ区画１２１に合焦する右側の周辺レンズ１２３とを用いて実装される。レンズ１１８、１１９、１２２および１２３は、実質的に円形の凸レンズとして示されている。しかしながら、これらのレンズは、様々な適切な形状を有するレンズ、例えば、回転対称または非回転対称（例えば、ドーナツ形状または自由形状の）レンズ、フレネルレンズなどに実装されてもよい。一実施形態において、レンズ１１８、１１９、１２２および１２３の各々は、より大きな単一レンズであるが、他の実施形態において、レンズ１１８、１１９、１２２および１２３の１つ以上は、複数のレンズとして実装されてもよい。これらのレンズは、横方向に湾曲するレンズの製造に適する様々な材料、例えば、プラスチック、ガラスおよびクリスタル、またはこれらの材料の組み合わせから製造されてもよい。

したがって、ＨＭＤ装置１００は、ユーザの目に対して異なる曲率および／または向きを有するディスプレイパネル区画と、別個のディスプレイパネル区画に各々合焦する別個のレンズ要素を含む光学部品とを使用することによって、装置の大きさをユーザの頭部により近づくように維持する形状因子を有するＨＭＤ装置１００を製造することができる。これによって、ＨＭＤ装置１００の慣性モーメントを低減することができ、より広い横方向視野およびより美的な外観を提供することができる。また、各ディスプレイパネル区画が別々のディスプレイパネルではなく、より大きなディスプレイパネルの論理的な区画であるため、ディスプレイパネル区画間の色彩および輝度をより均一に保つことができる。

明瞭性のために図１に示されていないが、ＨＭＤ装置１００のＶＲまたはＡＲ機能性をサポートするために、ＨＭＤ装置１００は、様々な撮像センサおよび非撮像センサを含むことができる。例えば、ＨＭＤ装置１００は、ＨＭＤ装置１００の姿勢検出をサポートするために、ジャイロスコープ、磁力計および加速度計のうち１つ以上を備える慣性管理ユニット（ＩＭＵ）を含んでもよく、ＡＲ機能または視覚測定機能をサポートするために、画像を捕捉する１つ以上の撮像センサを含んでもよく、視覚測定機能などをサポートするために、赤外線深度センサを含んでもよい。また、ＨＭＤ装置１００は、１つ以上の有線または無線インターフェイス（図示せず）を含むことができる。これによって、有線または無線接続を介して、ＨＭＤ装置１００を外部のコンピューティングシステムに接続することによって、ＨＭＤ装置１００は、情報の送受信、例えば、姿勢情報をコンピューティングシステムに送信し、姿勢情報に基づいて表示するための立体ＶＲ画像を受信することができる。これらのＨＭＤセンサの構成例は、（２０１５年５月４日に提出された）米国特許出願第６２／１５６８１５号に詳細に記載されており、当該出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。また、（以下に説明するように）図６は、ＨＭＤ装置１００の電子ディスプレイシステムの構成例を示している。

図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態に従って、図１の線Ａ−Ａに沿って切断したＨＭＤ装置１００の一実施形態の断面図を示している。図示のように、ＨＭＤ装置１００は、正中面２０２を中心にして実質的に対称である。この正中面は、ＨＭＤ装置１００を装着しているユーザの正中矢状面に対応する。すなわち、ディスプレイパネル１０４、１０５および光学部品１１０、１１１は、正中面２０２を中心にして実質的に対称に配置される。ディスプレイパネル１０４および１０５は、ブリッジ構造１１２を介してフレーム１０６に接続される。これによって、ディスプレイパネル１０４の右側縁は、正中面２０２の左側に近接し、ディスプレイパネル１０５の左側縁は、正中面２０２の右側に近接する。同様に、図示の例において、ブリッジ構造１１２は、光学組立品１０８の光学部品１１０および１１１をフレーム１０６に取り付ける役割を果たす。説明を容易にするために図示されていないが、目の疲れを低減するため、フレーム１０６は、光学組立品１０８をユーザの目２０４と目２０５との間の特定の瞳孔距離（ＩＰＤ）に合わせるように、光学部品１１０および１１１の横方向位置を調整するための様々な周知の機構を含んでもよい。

上述したように、ディスプレイパネル１０４は、ＨＭＤ装置１００の正中面２０２の左側に取り付けられるかまたは配置される。これによって、ディスプレイパネル１０４の面は、左側の中央ＦＯＶ区画１１６および左側の周辺ＦＯＶ区画１１７を形成する。同様に、ディスプレイパネル１０５は、ＨＭＤ装置１００の正中面２０２の右側に取り付けられるかまたは配置される。これによって、ディスプレイパネル１０５の面は、右側の中央ＦＯＶ区画１２０および右側の周辺ＦＯＶ区画１２１を形成する。また、図２の断面図は、光学組立品１０８をより詳細に示している。具体的に、レンズ１１８、１１９は、ディスプレイパネル１０５のＦＯＶ区画１１６、１１７に各々合焦し、ディスプレイパネル１０４に表示された画像をユーザの左目２０４に結像するように機能する。レンズ１２２、１２３は、ディスプレイパネル１０５のＦＯＶ区画１２０、１２１に各々合焦し、ディスプレイパネル１０５に表示された画像をユーザの右目２０５に結像するように機能する。少なくとも１つの実施形態において、中央ＦＯＶ区画１１６、１２０の曲率により、中央ＦＯＶ区画１１６、１２０を対応する拡大レンズ１１８、１２２の像面湾曲（field curvature）に一致させることができるため、より短い焦点距離を有すると共に、より広い視野およびより高い画質のレンズの設計を容易にすることができる。さらに、この湾曲構成を採用することによって、９０°以上の中央側方ＦＯＶを提供することができる。

図３〜図５は、ディスプレイパネル１０４および光学部品１１０の異なる実現例を示している。これらの場合、ディスプレイパネル１０５および光学部品１１０は、同様に構成される。これらの実現例の各々において、ディスプレイパネル１０４が２つの側方区画を形成するように取り付けられるまたは配置されるように図示され、光学部品１１０が２つの対応するレンズを有するように図示されているが、本開示は、このような実現例に限定されず、異なる曲率または相対向きまたは両方を有する３つ以上の側方区画を形成するように配置されたディスプレイパネル、および対応する光学部品に相応する数の光学素子を備え、各光学素子が単一レンズまたはレンズ群を含むことができる。

図３の実現例において、ディスプレイパネル１０４は、中央ＦＯＶ区画３１６（中央ＦＯＶ区画１１６の一例）および周辺ＦＯＶ区画３１７（周辺ＦＯＶ区画１１７の一例）を形成するようにＨＭＤ装置１００に取り付けられる。この例において、中央ＦＯＶ区画３１６は、半径Ｒ１によって規定された実質的に一定の横方向曲率を有し、周辺ＦＯＶ区画３１７は、実質的に平面または平坦である。また、図示の例において、光学部品１１０は、中央ＦＯＶ区画３１６の対向面に垂直な光軸３０２を有する凸レンズ３１８（光学素子１１８の一例）と、周辺ＦＯＶ区画３１７の対向面に垂直な光軸３０４を有する凸レンズ３１９（光学素子１１９の一例）とを含む。さらに、いくつかの実施形態において、レンズ３１８は、レンズ３１９の焦点距離ＦＬ２と実質的に等しい（すなわち、±１０％以内、好ましくは±５％以内、より好ましくは±３％以内）焦点距離ＦＬ１を有する。これによって、ＦＯＶ区画３１６および３１７の間の移行境界３０８において、画素密度が同様であるため、ユーザの目に対して優しい移行を提供することができる。しかしながら、他の実施形態において、レンズは、異なるまたは等しくない焦点距離を有してもよい。

ディスプレイパネル１０４のＦＯＶ区画３１６および３１７の寸法および向きにより、レンズ３１８および３１９の両方を軸対称または回転対称（即ち、「完全」対称）凸レンズにすることは、実用的ではない。したがって、いくつかの実施形態において、よりコンパクトなレンズ部品を容易に構成するように、レンズ３１８および３１９の一方または両方を横の位置で切り取ってもよい（すなわち、回転または軸方向に非対称である）。したがって、図３に示すように、レンズ３１８の近位側の材料を研磨または除去することによって、レンズ３１８を横方向に非対称に形成し、接触する領域３０６におけるレンズ３１８の曲率と一致するように、レンズ３１９の近位側を切り取り、成形する。その後、この構成のレンズ３１８および３１９を互いに接合することによって、モノリシックレンズまたは光学素子を形成してもよく、または使用中に機械的な構造を使用して、レンズ３１８および３１９を各々の位置に維持してもよい。レンズ３１９を横の位置で切り取ることによって、レンズ３１８および３１９の中心を互いに接近させることができ、よりコンパクトなレンズ部品を作ることができる。

図４の実現例を参照する。この例において、ディスプレイパネル１０４は、中央ＦＯＶ区画４１６（中央ＦＯＶ区画１１６の一例）および周辺ＦＯＶ区画４１７（周辺ＦＯＶ区画１１７の一例）を形成するようにＨＭＤ装置１００に取り付けられる。この例において、中央ＦＯＶ区画４１６は、半径Ｒ２によって規定された実質的に一定の横方向曲率を有し、周辺ＦＯＶ区画４１７は、実質的に平面または平坦である。また、図４の例は、図３の例とは異なり、（図３に示すように）中央ＦＯＶ区画と周辺ＦＯＶ区画との間に比較的に平滑な移行を有するのではなく、ディスプレイパネル１０４は、中央ＦＯＶ区画４１６と周辺ＦＯＶ区画４１７との間の移行部４０８において鋭い曲げ部または径方向曲げ部４０７を有するように取り付けられ、配置される。

この構成に応じて、光学部品１１０は、中央ＦＯＶ区画４１６の対向面に垂直な光軸４０２を有する凸レンズ４１８（光学素子１１８の一例）と、周辺ＦＯＶ区画４１７の対向面に垂直な光軸４０４を有する凸レンズ４１９（光学素子１１９の一例）とを含む。図３の実現例と同様に、レンズ４１８および４１９の両方を横方向に対称な凸レンズにすることは、実用的ではない。したがって、よりコンパクトなレンズ部品を容易に構成するように、レンズ４１８および４１９の一方または両方を横の位置で切り取ってもよい。例示として、接触する領域４０６におけるレンズ４１８の曲率と一致するように、レンズ４１９の近位側を切り取り、成形する。その後、両者を接合する、または機械的な組立を用いて両者の位置を固定する。

図５に示す実現例において、ディスプレイパネル１０４は、中央ＦＯＶ区画５１６（中央ＦＯＶ区画１１６の一例）および周辺ＦＯＶ区画５１７（周辺ＦＯＶ区画１１６の一例）を形成するようにＨＭＤ装置１００に取り付けられる。中央ＦＯＶ区画５１６は、半径Ｒ３によって規定された実質的に一定の横方向曲率を有し、同様に、周辺ＦＯＶ区画５１７は、半径Ｒ４によって規定された実質的に一定の曲率を有する。図示の実施形態において、半径Ｒ３は、半径Ｒ４よりも大きい（Ｒ３＞Ｒ４）。これらの２つの湾曲の間の移行部、したがってＦＯＶ区画５１６、５１７の間の移行部は、境界５０８である。

この構成に応じて、光学部品１１０は、中央ＦＯＶ区画５１６の対向面に垂直な光軸５０２を有する凸レンズ５１８（光学素子１１８の一例）と、周辺ＦＯＶ区画５１７の対向面に垂直な光軸５０４を有する凸レンズ５１９（光学素子１１９の一例）とを含む。よりコンパクトなレンズ部品を容易に構成するように、レンズ５１８および５１９の一方または両方を横の位置で切り取ってもよい。例示として、接触する領域５０６におけるレンズ５１８の曲率と一致するように、レンズ５１９の近位側を切り取り、成形する。その後、両者を接合する、または機械的な組立装置を用いて両者の位置を固定する。

図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態に従って、ＨＭＤ装置１００の電子ディスプレイシステム６００の例示的なハードウェア構成を示している。上述したように、ＨＭＤ装置１００は、ＶＲまたはＡＲアプリケーション（本明細書では「ＶＲ／ＡＲアプリケーション６０２」と呼ぶ）の実行に関連して使用され、ユーザの頭部またはＨＭＤ装置１００の現在姿勢からのシーンを表す立体的なＶＲまたはＡＲコンテンツを形成する。ＶＲまたはＡＲコンテンツは、各目用の一連のテクスチャを含む。

図示の例において、電子ディスプレイシステム６００は、アプリケーションプロセッサ６０４、システムメモリ６０６、センサハブ６０８、および慣性管理ユニット６１０を含む。いくつかの実施形態において、視覚定位または視覚測定を行うために、またはＡＲ機能をサポートするように撮影したローカル環境の画像をリアルタイムで表示するために、画像の撮影をＨＭＤ装置１００に組み入れてもよい。このような実施形態において、電子ディスプレイシステム６００は、例えば、１つ以上の画像センサ６１２および６１４、立体照明または飛行時間（ＴｏＦ）深度センサ６１６をさらに含むことができる。

また、電子ディスプレイシステム６００は、合成器６２４、左目用ディスプレイパネル１０４、右目用ディスプレイパネル１０５、およびディスプレイメモリ６２６を含むディスプレイハードウェア６２２をさらに含む。合成器６２４は、例えば、ＡＳＩＣ、プログラマブルロジック、またはそれらの組み合わせとして実装され得るハードウェア装置であって、左目用ディスプレイパネル１０４を駆動するための左側ディスプレイコントローラ６２８と、右目用ディスプレイパネル１０５を駆動するための右側ディスプレイコントローラ６３０とを含む。

動作中、アプリケーションプロセッサ６０４は、（例えば、システムメモリ６０６に格納されている）ＶＲ／ＡＲアプリケーション６０２を実行して、ユーザにＶＲ／ＡＲ機能を提供する。このプロセスの一部として、ＶＲ／ＡＲアプリケーション６０２は、アプリケーションプロセッサ６０４を利用して、レンダリングレートＸで、各目のために、一連のテクスチャ（または画像）をレンダリングする。各テクスチャは、完全にコンピュータによって生成された画像、（撮像センサ６１２、６１４を介して）捕捉された画像とコンピュータによって生成された画像とのオーバーレイである視覚コンテンツを含む。各テクスチャの視覚コンテンツは、テクスチャを決定した時点におけるユーザの頭部の対応する姿勢（またはＨＭＤ装置１００の姿勢）からのシーンを表す。

光学レンズ、例えば、光学組立品１０８の光学レンズは、通常、何らかの空間歪み、例えば、バレル歪み、糸巻型歪み、または複雑な歪み（「口ひげ歪み」とも呼ばれる）をもたらす。従来では、ディスプレイシステムは、各バッファ画像に対して１つ以上の歪み変換を実行して、各バッファ画像に存在する空間歪みまたは対眼鏡のレンズを介してバッファ画像を眺める時に生じる空間歪みを補償することによって、これらの空間歪みを少なくとも部分的に補正することができる。

したがって、いくつかの実施形態において、電子ディスプレイシステム６００は、テクスチャを表示する時に、動作して、これらのテクスチャに相補的な空間歪みを導入する（すなわち、テクスチャに「歪み前処理」を実行する）ことによって、光学組立品１０８のレンズによってもたらした空間歪みを補正または補償することができる。これによって、ユーザの目に提示された画像は、実質的に直線的であるように知覚される。いくつかの実施形態において、合成器６２４は、（左側および右側のテクスチャの各々に対して別々の歪み前処理を実行することによって）歪み前処理プロセスを実施することができる。他の実施形態において、この歪み前処理プロセスは、ＶＲ／ＡＲアプリケーション６０２のレンダリングアルゴリズムによって実施されてもよい。ディスプレイパネル１０４および１０５の各々が２つ以上の異なる「区画」を実装し、光学組立品１０８が各区画に対応する異なる光学素子を実装するため、少なくとも１つの実施形態において、電子ディスプレイシステム６００は、ディスプレイパネルの各側方区画に応じて、異なる空間歪みマップを実現するように構成されている。このプロセスは、以下の図７を参照してより詳細に説明される。

図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態に従って、図６の電子ディスプレイシステム６００によって実施された例示的な歪み前処理プロセス７００を示している。まず、ＶＲ／ＡＲアプリケーション６０２は、ディスプレイパネル１０４および１０５のうち一方に表示される原画像７０２をレンダリングする。原画像７０２は、２つの側方区画７０４、７０５（両者の境界が破線７０６によって示される）に跨る複数行の画素を含む。ディスプレイパネル１０４上に表示するために原画像７０２を生成すると仮定する場合、側方区画７０４は、中央ＦＯＶ区画分１１６に表示される画像コンテンツを表し、側方区画７０５は、周辺ＦＯＶ区画分１１７に表示される画像コンテンツを表す。

原画像７０２を生成すると、電子ディスプレイシステム６００は、原画像７０２を予め変形することによって、レンズ１１８を介して画像を表示する時および眺める時にレンズ１１８および１１９によってもたらされる相補的な歪みを補償する。しかしながら、レンズ１１８および１１９は、一般的に同様の構成を有しないため、一般的に同様の空間歪みをもたらさない。例示として、レンズ１１８および１１９は、異なる倍率または処方値もしくは異なる焦点距離などを有してもよい。したがって、各レンズによってもたらした歪みの度合および種類が異なる可能性がある。また、上述したように、レンズ１１８および１１９のよりコンパクトな組立を可能にするために、横の位置で、レンズ１１８および１１９の一方または両方を切り取る（すなわち、回転非対称または軸非対称にする）ことができる。この切り取られたレンズ構成は、対応する画像コンテンツに適用される特定の歪み前処理の要因となる可能性がある。

したがって、少なくとも１つの実施形態において、電子ディスプレイシステム６００は、各区画に対して異なる空間歪みマップを使用する。各空間歪みマップは、側方のディスプレイパネル区画およびレンズの特定の配置に対応して構成される。側方区画７０４に対して、電子ディスプレイシステム６００は、中央ＦＯＶ区画分１１６の曲率、倍率およびレンズ１１８によってもたらした歪み期待値などに基づいて構成された空間歪みマップ７１４を使用する。例示として、レンズ１１８が糸巻型歪み（pin-cushion distortion）をもたらすと予測した場合、空間歪みマップ７１４は、レンズ１１８および中央ＦＯＶ区画１１６などのパラメータに基づいて決定された相補的なたる型歪み（barrel distortion）を導入することができる。同様に、側方区画７０５に対して、電子ディスプレイシステム６００は、周辺ＦＯＶ区画分１１７の曲率（または曲率がないこと）、倍率およびレンズ１１９によってもたらされた歪み期待値などに基づいて構成された異なる空間歪みマップ７１５を使用する。例示として、レンズ１１９が横の位置で切り取られたレンズまたは横方向に非対称なレンズであるため、側方区画７０５に対応して構成された空間歪みマップ７１５は、同様に切り取られてもよく、または非対称であってもよい。

電子ディスプレイシステム６００は、空間歪みマップ７１４、７１５を原画像７０２の側方区画７０４、７０５に各々適用することによって、歪み前処理した画像７０６を生成する。次に、左側ディスプレイコントローラ６２８は、歪み前処理した画像７０６を利用して、左側ディスプレイパネル１０４を駆動し、歪み前処理した画像７０６をディスプレイパネル１０４に表示する。この場合、歪み前処理した画像７０６の側方区画７０８の画像コンテンツが中央ＦＯＶ区画１１６によって表される領域に表示され、歪み前処理した画像７０６の側方区画７０９の画像コンテンツが周辺ＦＯＶ区画１１７によって表される領域に表示される。このように歪み前処理した画像７０６を表示させると、ユーザがＨＭＤ１００の対応する光学素子を介して画像を眺める時にＨＭＤ１００の光学素子によってもたらした空間歪みは、空間歪みマップ７１４、７１５によって表示画像７０６に導入された空間歪みによって部分的にまたは完全に相殺または補償される。これによって、連続的な歪みがなく、実質的に直線的な画像をユーザの目に提示することができる。

上述した本発明の機能および原理の多くは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）などの集積回路（ＩＣ）を用いて実装することに適しており、またはそのようなＩＣに実装することに適している。例えば、利用可能な時間、現在の技術および経済的考慮事項によって動機付けられた多大な努力および多くの設計選択にも関わらず、当業者は、本明細書に開示された概念および原理によって導かれる場合、最小限の実験でそのなＩＣを製造することができる。したがって、簡潔のためおよび本開示に係る原理および概念を不明瞭化するリスクを最小限にするために、そのようなソフトウェアおよびＩＣの更なる議論は、好ましい実施態様内の原則および概念に関する本質的事項に限定される。

一般的な記載において説明した動作または要素の全てが必ずしも必要ではなく、特定の動作または装置の一部が必要されてもよく、または、上述したものに加えて、１つ以上の動作をさらに実行してもよく、追加の要素を含んでもよい。また、動作を説明する順序は、必ずしもこれらの動作を実行する順序とは限らない。また、特定の実施形態を参照して、いくつかの概念を説明したが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に記載された本開示の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を行うことができる。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味でみなされるべきであり、全ての変更例が本開示の範囲内に含まれることを意図している。

利益、他の利点および問題に対する解決策は、特定の実施形態に関して上記で説明されている。しかしながら、利益、利点または解決策を引き起こすまたは顕在化する可能性のある利益、利点、問題の解決策および任意の特徴は、任意の請求項または全ての請求項の重要な、必要なまたは不可欠な特徴として解釈されるべきではない。また、開示された特定の実施形態は、例示に過ぎない。明らかに、当業者なら、本明細書の教示に従って、同等の異なる方法で開示された主題を変更または実施することができる。以下の特許請求の範囲に記載されているもの以外、記載された構成または設計の詳細に制限を加えることを意図していない。したがって、明らかに、上記に開示された特定の実施形態を変更または修正することができ、全ての変形例は、開示された主題の範囲内にあると考えられる。したがって、保護を求めている主題は、以下の特許請求の範囲に記載される。

Claims (17)

1. ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置（１００）であって、
   正中面（２０２）を中心にして横方向に配置された第１ディスプレイパネル（１０４）と第２ディスプレイパネル（１０５）とを備え、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとの各々は、第１側方区画（１１６、１２０）および隣接する第２側方区画（１１７、１２１）を含み、前記第１側方区画は、前記正中面に隣接し、前記第２側方区画は、前記正中面から離れており、
   前記正中面を中心にして配置された第１光学部品（１１０）と第２光学部品（１１１）とを含む光学組立品（１０８）を備え、前記第１光学部品と前記第２光学部品との各々は、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとのうち対応するディスプレイパネルの前記第１側方区画と交差する光軸（３０２、４０２、５０２）を有する第１光学素子（１１８、１２２）と、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとのうち対応するディスプレイパネルの前記第２側方区画と交差する光軸（３０４、４０４、５０４）を有する第２光学素子（１１９、１２３）とを含む、ＨＭＤ装置。
2. 前記第１側方区画は、第１半径を有する曲率を有し、
   前記第２側方区画は、前記第１半径とは異なる第２半径を有する曲率を有する、請求項１に記載のＨＭＤ装置。
3. 前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとの各々は、前記第１側方区画と前記第２側方区画との間に径方向曲げ部（４０７）を含む、請求項２に記載のＨＭＤ装置。
4. 前記第１側方区画は、横方向の曲率を有し、
   前記第２側方区画は、実質的に平坦である、請求項１に記載のＨＭＤ装置。
5. 前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとの各々は、前記第１側方区画と前記第２側方区画との間に径方向曲げ部（４０７）を含む、請求項４に記載のＨＭＤ装置。
6. 前記第１光学素子の前記光軸は、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとのうち対応するディスプレイパネルの前記第１側方区画の対向面に垂直である、請求項１に記載のＨＭＤ装置。
7. 前記第２光学素子の前記光軸は、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとのうち対応するディスプレイパネルの前記第２側方区画の対向面に垂直である、請求項６に記載のＨＭＤ装置。
8. 前記第１光学素子は、回転対称であり、
   前記第２光学素子は、回転非対称である、請求項１に記載のＨＭＤ装置。
9. 前記第１光学素子と前記第２光学素子とは、実質的に等しい焦点距離を有する、請求項８に記載のＨＭＤ装置。
10. 前記第１光学素子と前記第２光学素子とは、モノリシック光学素子を形成する、請求項８に記載のＨＭＤ装置。
11. 前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとは、立体仮想現実画像を提示するように動作する、請求項１に記載のＨＭＤ装置。
12. 方法であって、
    ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置（１００）を提供するステップを含み、
    前記ヘッドマウントディスプレイは、正中面（２０２）を中心にして横方向に配置された第１ディスプレイパネル（１０４）および第２ディスプレイパネル（１０５）と、前記正中面を中心にして配置された第１光学部品（１１０）および第２光学部品（１１１）を含む光学組立品（１０８）とを備え、
    前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとの各々は、第１側方区画（１１６、１２０）および隣接する第２側方区画（１１７、１２１）を含み、前記第１側方区画は、前記正中面に隣接し、前記第２側方区画は、前記正中面から離れており、
    前記第１光学部品と前記第２光学部品との各々は、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとのうち対応するディスプレイパネルの前記第１側方区画と交差する光軸（３０２、４０２、５０２）を有する第１光学素子（１１８、１２２）と、前記第１ディスプレイパネルと前記第２ディスプレイパネルとのうち対応するディスプレイパネルの前記第２側方区画と交差する光軸（３０４、４０４、５０４）を有する第２光学素子（１１９、１２３）とを含み、
    前記第１ディスプレイパネルに第１画像を表示するステップと、
    前記第２ディスプレイパネルに第２画像を表示するステップとを含む、方法。
13. 前記ＨＭＤ装置を提供するステップは、前記第１側方区画が第１半径を有する曲率を有し、前記第２側方区画が前記第１半径とは異なる第２半径を有する曲率を有するように、前記ＨＭＤ装置を提供することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ＨＭＤ装置を提供するステップは、前記第１側方区画が曲率を有し、前記第２側方区画が実質的に平面であるように、前記ＨＭＤ装置を提供することを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記ＨＭＤ装置を提供するステップは、第１光学素子が回転対称であり、第２光学素子が回転非対称であるように、前記ＨＭＤ装置を提供することを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 前記第１ディスプレイパネルに第１画像を表示するステップは、
    直線状原画像（７０２）を生成するステップと、
    歪み前処理した直線状画像（７０６）を生成するように、前記直線状原画像に対して歪み前処理を実行するステップと、
    前記歪み前処理した直線状画像を前記第１ディスプレイパネルに表示するステップとを含み、前記歪み前処理した直線状画像は、前記第１ディスプレイパネルの前記第１側方区画および第２側方区画の両方に跨る、請求項１２に記載の方法。
17. 前記直線状原画像を歪み前処理を実行するステップは、
    第１歪みマップ（７１４）を用いて、前記第１側方区画に表示される前記直線状原画像の一部（７０４）を空間的に変形することによって、前記歪み前処理した直線状画像の第１部分を生成することと、
    前記第１歪みマップとは異なる第２歪みマップ（７１５）を用いて、前記第２側方区画に表示される前記直線状原画像の一部（７０５）を空間的に変形することによって、前記歪み前処理した直線状画像の第２部分を生成することとを含む、請求項１６に記載の方法。

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