JP2020501191A - 光学システム及び視度調整方法 - Google Patents

Abstract

【要約書】第１光軸に沿って順に配置された接眼レンズ、ハーフミラー及びディスプレイスクリーンと、ディスプレイスクリーンに接続された第１ステッピングモータと、イメージセンサと、ディスプレイスクリーン、第１ステッピングモータ及びイメージセンサに接続された画像解析システムとを含む視度調整が正確になり得る光学システム及び視度調整方法を提供する。ハーフミラー、イメージセンサは、第２光軸に沿って順に配置され、第１ステッピングモータは、ディスプレイスクリーンを第１光軸に沿って前後に移動させるように制御できる。ディスプレイスクリーンからの光は、ハーフミラー、接眼レンズを介して眼に入射して反射された後に接眼レンズ、ハーフミラーを介してイメージセンサに入射する。画像解析システムは、イメージセンサにより光信号から変換された眼底画像に応じて第１ステッピングモータを制御してディスプレイスクリーンからハーフミラーまでの距離を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学システム分野に関し、特に、光学システム及び視度調整方法に関する。

現在、市販のバーチャルリアリティ（virtual reality，VR）メガネの視度調整は、主に機械的方法を採用している。例えば、ノブ構造では、視力の異なるユーザに適応するために、ノブを回すことによりディスプレイスクリーンと接眼レンズとの間の間隔を変える。例えば、HiSpot、Royole-x，Royole-moonなどの製品は、いずれも機械的な焦点調節により視度を調整するものである。視度を手動で調整する操作は、完全にユーザの主観的な感覚に依存するため、調整精度の正確な測定が難しい。

本発明の目的は、視度を正確に調整するための光学システム及び視度調整方法を提供することにある。

第１の態様において、本発明の実施形態は、
接眼レンズと、ハーフミラーと、ディスプレイスクリーンと、前記ディスプレイスクリーンに接続された第１ステッピングモータと、イメージセンサと、画像解析システムとを含み、
前記画像解析システムは、前記ディスプレイスクリーン、前記第１ステッピングモータ、及び前記イメージセンサに接続されており、
前記接眼レンズ、前記ハーフミラー及び前記ディスプレイスクリーンは、第１光軸に沿って順に配置されており、前記ハーフミラー及び前記イメージセンサは、第２光軸に沿って順に配置されており、前記第１ステッピングモータは、前記ディスプレイスクリーンを前記第１光軸に沿って前後に移動させるように制御可能であり、
前記ディスプレイスクリーンから発せられた光が前記ハーフミラー及び前記接眼レンズを介して眼に入射し、眼で反射された光が前記接眼レンズ及び前記ハーフミラーを介して前記イメージセンサに入射し、前記イメージセンサが光信号を眼底画像に変換してかつ前記眼底画像を前記画像解析システムに提供し、前記画像解析システムが前記眼底画像に応じて前記第１ステッピングモータを制御して前記ディスプレイスクリーンから前記ハーフミラーまでの距離を調整する光学システムを提供する。

第２の態様において、本発明の実施形態は、第１の態様に係る光学システムに適用する視度調整方法であって、
イメージセンサを制御して眼底画像を収集することと、
前記眼底画像に応じて第１ステッピングモータを制御してディスプレイスクリーンからハーフミラーまでの距離を調整することと、を含む視度調整方法を提供する。

第３の態様において、本発明の実施形態は、第１の態様に係る光学システムを備えるヘッドマウントディスプレイを提供する。

本発明に係る技術案は、イメージセンサによって取得された眼底画像に応じてディスプレイスクリーンからハーフミラーまでの距離を調整することにより、視度調整の目的を達成する。このことから分かるように、本発明に係る技術案は、手動で視度を調整する必要なく、操作が便利であり、視度の調整がより正確になる。

本発明のこれらの態様又は他の態様は、以下の実施形態の説明により簡潔かつ明確になるであろう。

以下、本発明の実施形態又は従来技術における技術的構成をより明確に説明するために、実施形態又は従来技術の説明に必要な図面について簡単に述べる。下記の説明に係る図面は、本発明のいくつかの実施形態に過ぎず、当業者にとって、創造的な努力なしにこれらの図面により他の図面を得ることは明らかである。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学システムの概略構造図である。 図２は、本発明の別の実施形態に係る光学システムの概略構造図である。 図３は、本発明の実施形態に係る視度調整方法を示す概略フローチャートである。 図４は、本発明の実施形態に係る白色環状パターンが含まれたピクチャの概略図である。

以下、当業者が本発明の技術的構成をよりよく理解するために、本発明の実施形態に係る図面を参照しながら、本発明の実施形態における技術的構成を明確かつ完全に説明する。下記に説明した実施形態は、本発明のいくつかの実施形態に過ぎず、すべての実施形態ではないことが明らかである。当業者が創造的な努力なしに本発明の実施形態により得られた全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲に属するものである。

以下、それぞれ詳細に説明する。

本発明の明細書、特許請求の範囲、及び添付図面における用語「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などは、異なる対象物を区別するためのものに過ぎず、特定の順序を説明するためのものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学システムの概略構造図である。図１を参照すると、当該光学システムは、接眼レンズ１０と、ハーフミラー２０と、ディスプレイスクリーン３０と、ディスプレイスクリーン３０に接続された第１ステッピングモータ４０と、イメージセンサ５０と、画像解析システム６０とを含む。画像解析システム６０は、ディスプレイスクリーン３０、第１ステッピングモータ４０、及びイメージセンサ５０に接続されている。接眼レンズ１０、ハーフミラー２０、及びディスプレイスクリーン３０は、第１光軸７０に沿って順に配置されている。ハーフミラー２０及びイメージセンサ５０は、第２光軸８０に沿って順に配置されている。第１ステッピングモータ４０は、ディスプレイスクリーン３０を第１光軸７０に沿って前後に移動させるように制御することができる。ディスプレイスクリーン３０から発せられた光は、ハーフミラー２０及び接眼レンズ１０を介して眼に入射する。眼で反射された光は、接眼レンズ１０及びハーフミラー２０を介してイメージセンサ５０に入射する。イメージセンサは、光信号を眼底画像に変換し、かつ眼底画像を画像解析システム６０に提供する。画像解析システム６０は、眼底画像に応じて第１ステッピングモータ４０を制御してディスプレイスクリーン３０からハーフミラー２０までの距離を調整することにより、視度調整の目的を達成する。このことから分かるように、本発明に係る技術案は、イメージセンサによって取得された眼底画像に応じてディスプレイスクリーンからハーフミラーまでの距離を調整することにより、視度調整の目的を達成するため、手動で視度を調整する必要なく、操作が便利であり、視度の調整がより正確になる。

ここで、屈折現象とは、光が光学濃度の異なる物質において伝播するときに偏向する現象であり、屈折現象の大きさを表す単位は、通常「視度」と呼ばれる。

一実施形態では、当該光学システムは、イメージセンサ５０に接続された第２ステッピングモータ９０をさらに含む。画像解析システム６０は、第２ステッピングモータ９０に接続されている。第２ステッピングモータ９０は、イメージセンサ５０を第２光軸８０に沿って前後に移動させるように制御することができる。イメージセンサ５０を第２光軸８０に沿って前後に移動させることは、イメージセンサ５０をハーフミラー２０に対して接近又は離間する方向に移動させることを指す。

一実施形態では、ハーフミラー３０は、ビームスプリッタプレート又はビームスプリッタプリズムを含む。ここで、ビームスプリッタプリズムは、図１に示すように、斜面に多層光学フィルム構造がコーティングされた２つの直角プリズムを１つの立方体構造になるように接合することによって形成される。ビームスプリッタプレートは、図２に示される。

一実施形態では、第１光軸７０は第２光軸８０に対して垂直である。

以下、図１及び図２に示す光学システムを参照しながら本発明の実施形態に係る視度調整方法を詳細に説明する。

図３は、本発明の実施形態に係る視度調整方法を示す概略フローチャートである。以下、図３を参照して画像解析システム６０を実行主体の例として説明すると、視度調整方法は、以下のステップＳ３０１〜Ｓ３０２を含む。

Ｓ３０１：イメージセンサ５０を制御して眼底画像を収集する。

一実施形態では、Ｓ３０１において、以下のようにイメージセンサ５０によりステップ眼底画像を収集する。具体的には、第２ステッピングモータ９０を制御してイメージセンサ５０を順次Ｎ個の位置に位置させ、かつイメージセンサ５０を制御してＮ個の位置毎に１枚の眼底画像をそれぞれ収集することにより、Ｎ枚の眼底画像を取得する。ここで、上記Ｎ個の位置は、上記イメージセンサ５０から上記ハーフミラー２０までのＮ個の距離に対応する。上記Ｎは、１以上の整数であり、第１の距離は、第Ｎ個の距離よりも上記ハーフミラー２０に近い。

具体的には、視度を調整する前に、画像解析システム６０は、第２ステッピングモータ９０を制御してイメージセンサ５０を初期位置に位置させ、かつ第１ステッピングモータ４０を制御してディスプレイスクリーン３０を初期位置に位置させる。図１に示すように、ディスプレイスクリーン３０の初期位置は、ディスプレイスクリーン３０からハーフミラー２０の右側面までの距離が距離ｄであるときの位置であり、イメージセンサ５０の初期位置は、イメージセンサ５０からハーフミラー２０の上表面までの距離が距離ｄであるときの位置である。この距離ｄは、当該光学システムを設計するときに決定されており、当該光学システムの後側焦点距離に等しい。ディスプレイスクリーン３０が初期位置にあるときに視度は０Ｄである。ここで、Ｄは１ジオプターを表し、１Ｄ＝１００度である。収集された眼底画像のシリアル番号はＮで表される。具体的には、１枚目の眼底画像がＮ＝１に対応し、イメージセンサ５０が第１位置に位置し、第１位置に対応するイメージセンサ５０からハーフミラー２０までの第１距離ｓ１＝ｄｍｍである。２枚目の眼底画像がＮ＝２に対応し、イメージセンサ５０が第２位置に位置し、第２位置に対応するイメージセンサ５０からハーフミラー２０までの第２距離ｓ２＝ｄ＋ｆ×ｆ／２０００ｍｍである。３枚目の眼底画像がＮ＝３に対応し、イメージセンサ５０が第３位置に位置し、第３位置に対応するイメージセンサ５０からハーフミラー２０までの第３距離ｓ３＝ｄ＋２×ｆ×ｆ／２０００ｍｍである。以下同様にして、Ｎ枚目の眼底画像に対応するイメージセンサ５０からハーフミラー２０までの第Ｎ距離ｓＮ＝ｄ＋（Ｎ−１）×ｆ×ｆ／２０００ｍｍである。なお、初期位置からハーフミラー２０に向かう方向を負の方向とし、初期位置がハーフミラー２０から離れる方向を正の方向とする。ここで、第２ステッピングモータ９０は、第１ステッピングモータ４０と同期して動作することにより、イメージセンサ５０からハーフミラー２０までの距離がディスプレイスクリーン３０からハーフミラー２０までの距離と等しくなる。

Ｓ３０２：上記眼底画像に応じて第１ステッピングモータ４０を制御してディスプレイスクリーン３０からハーフミラー２０までの距離を調整する。

一実施形態では、ステップＳ３０２において、以下のように上記眼底画像に応じて第１ステッピングモータ４０を制御して上記ディスプレイスクリーンから上記ハーフミラーまでの距離を調整する。具体的には、上記Ｎ枚の眼底画像を解析することにより上記Ｎ枚の眼底画像の解像度を取得し、上記Ｎ枚の眼底画像から最も解像度の高い眼底画像を目標眼底画像として取得する。上記目標眼底画像を取集したときに上記イメージセンサ５０からハーフミラー２０までの距離を目標距離として取得し、ディスプレイスクリーン３０とハーフミラー２０との間の距離を上記目標距離に調整する。

具体的には、光線が被検眼の眼底に投射されると、屈折系を通過した眼底画像の焦点位置は被検眼の屈折状態によって異なる。ディスプレイスクリーン３０から接眼レンズ１０までの距離が一定である場合、イメージセンサ５０により異なる位置で収集された眼底画像の解像度が異なるため、眼底画像の解像度によってユーザの視度に合った視度を確定することができる。例えば、Ｎ＝３の場合、３枚の眼底画像、すなわち第１画像、第２画像及び第３画像を取集する。第１画像は、イメージセンサから上記ハーフミラーまでの距離が第１距離であるときに収集されるものである。第２画像は、イメージセンサから上記ハーフミラーまでの距離が第２距離であるときに収集されるものである。第３画像は、イメージセンサから上記ハーフミラーまでの距離が第３距離であるときに収集されるものである。第１画像の解像度が第２画像よりも高く、第２画像の解像度が第３画像よりも高い。このことから分かるように、イメージセンサ３０が上記ハーフミラーから第１距離にある位置に配置されるときの視度は、ユーザの視度に最もよく一致する。すると、ディスプレイスクリーン３０とハーフミラー２０との間の距離が第１距離に調整されたときに、接眼レンズを通してユーザの目に見たディスプレイスクリーン３０に表示される内容は最も鮮明である。つまり、上記画像解析システム６０は、取得した最も解像度の高い眼底画像に応じて上記第１ステッピングモータを制御して上記ディスプレイスクリーン３０から上記ハーフミラー２０までの距離を調整する。

一実施形態では、上記Ｎ個の距離のうちの任意の２つの隣接した距離は、ｆ×ｆ／２０００ｍｍだけ異なる。ここで、上記ｆは、上記光学システムの焦点距離である。

一実施形態では、上記イメージセンサにより眼底画像を取集する前に、上記方法は、視度を調整するためのピクチャを上記ディスプレイスクリーン３０に表示することを含み、
上記視度を調整するためのピクチャには、白色環状パターンが含まれる。

人間の目の角膜の反射率が人間の目の他の部分よりもはるかに高いので、このような反射率の違いにより、眼底画像を収集するときに大量の迷光を引き起こし、ひいては眼底画像の品質に影響を及ぼす可能性がある。本発明では、ディスプレイスクリーン３０を光源として使用するときに上記した問題を避けるために、眼底画像を収集する前に、図４に示すように、環状光源を形成するための白色環状パターンが含まれたピクチャをディスプレイスクリーン３０に表示する。また、図４に示すピクチャは、白色環状パターン以外の部分は黒色であり、白色環状パターンが当該ピクチャの中間位置に位置している。

一実施形態では、非散瞳状態における人間の目の調整範囲が４ｍｍ〜７ｍｍであるため、上記白色環状パターンの内径は３ｍｍ〜５ｍｍであり、上記白色環状パターンの外径は７ｍｍ以上である。

本発明の実施形態は、ヘッドマウントディスプレイをさらに提供する。ここで、当該ヘッドマウントディスプレイは、上記光学システムの実施形態で説明したいずれかの光学システムの構成の一部又は全部を備える。

本発明の実施形態は、コンピュータ記憶媒体をさらに提供する。ここで、当該コンピュータ記憶媒体は、プログラムを格納可能である。当該プログラムが実行されるときに、上記方法の実施形態で説明したいずれかの視度調整方法におけるステップの一部又は全部を含む。

上記した実施形態は、本発明の技術的構成を説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。上記の実施形態を参照しながら本発明を詳細に説明したが、当業者は、上記の実施形態により記載された技術的構成の修正、又はそのうち一部の技術的特徴の均等交換が可能であると理解されるべきである。これらの修正又は交換に対応する技術的構成の本質は、本発明における各実施形態の技術的構成の範囲を逸脱しない。

Claims (10)

1. 接眼レンズと、ハーフミラーと、ディスプレイスクリーンと、前記ディスプレイスクリーンに接続された第１ステッピングモータと、イメージセンサと、画像解析システムとを含み、
   前記画像解析システムは、前記ディスプレイスクリーン、前記第１ステッピングモータ、及び前記イメージセンサに接続されており、
   前記接眼レンズ、前記ハーフミラー及び前記ディスプレイスクリーンは、第１光軸に沿って順に配置されており、前記ハーフミラー及び前記イメージセンサは、第２光軸に沿って順に配置されており、前記第１ステッピングモータは、前記ディスプレイスクリーンを前記第１光軸に沿って前後に移動させるように制御可能であり、
   前記ディスプレイスクリーンから発せられた光が前記ハーフミラー及び前記接眼レンズを介して眼に入射し、眼で反射された光が前記接眼レンズ及び前記ハーフミラーを介して前記イメージセンサに入射し、前記イメージセンサが光信号を眼底画像に変換してかつ前記眼底画像を前記画像解析システムに提供し、前記画像解析システムが前記眼底画像に応じて前記第１ステッピングモータを制御して前記ディスプレイスクリーンから前記ハーフミラーまでの距離を調整することを特徴とする光学システム。
2. 前記イメージセンサに接続された第２ステッピングモータをさらに含み、
   前記画像解析システムは、前記第２ステッピングモータに接続されており、前記第２ステッピングモータは、前記イメージセンサを前記第２光軸に沿って前後に移動させるように制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
3. 前記ハーフミラーは、ビームスプリッタプレート又はビームスプリッタプリズムを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
4. 前記第１光軸は、前記第２光軸に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学システムに適用する視度調整方法であって、
   イメージセンサを制御して眼底画像を収集することと、
   前記眼底画像に応じて第１ステッピングモータを制御してディスプレイスクリーンからハーフミラーまでの距離を調整することと、を含むことを特徴とする視度調整方法。
6. 前記イメージセンサを制御して眼底画像を収集することは、
   第２ステッピングモータを制御してイメージセンサを順次Ｎ個の位置に位置させ、かつＮ個の位置毎に１枚の眼底画像をそれぞれ収集するようにイメージセンサを制御することにより、Ｎ枚の眼底画像を取得することを含み、
   前記Ｎ個の位置は、前記イメージセンサから前記ハーフミラーまでのＮ個の距離に対応し、前記Ｎは、１以上の整数であることを特徴とする請求項５に記載の視度調整方法。
7. 前記眼底画像に応じて第１ステッピングモータを制御してディスプレイスクリーンからハーフミラーまでの距離を調整することは、
   前記Ｎ枚の眼底画像を解析することにより前記Ｎ枚の眼底画像の解像度を取得することと、
   前記Ｎ枚の眼底画像から最も解像度の高い眼底画像を目標眼底画像として取得することと、
   前記目標眼底画像を収集したときに前記イメージセンサから前記ハーフミラーまでの距離を目標距離として取得することと、
   ディスプレイスクリーンと前記ハーフミラーとの間の距離を前記目標距離に調整することを特徴とする請求項６に記載の視度調整方法。
8. 前記Ｎ個の距離のうちの任意の２つの隣接した距離は、ｆ×ｆ／２０００ｍｍだけ異なり、
   前記ｆは、前記光学システムの焦点距離であることを特徴とする請求項６又は７に記載の視度調整方法。
9. イメージセンサを制御して眼底画像を収集する前に、
   視度を調整するためのピクチャを前記ディスプレイスクリーンに表示することをさらに含み、
   前記視度を調整するためのピクチャには、白色環状パターンが含まれることを特徴とする請求項５に記載の視度調整方法。
10. 前記白色環状パターンは、内径が３ｍｍ〜５ｍｍであり、外径が７ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載の視度調整方法。