JP2022176110A - ライトフィールドニアアイ表示装置及びライトフィールドニアアイ表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はライトフィールドニアアイ表示装置及びライトフィールドニアアイ表示方法を提供する。【解決手段】ライトフィールドニアアイ表示装置はプロセッサ、表示パネル及びレンズモジュールを含む。プロセッサは視力データに基づいて予設定のアイボックスを調整し、調整後アイボックスを取得し、かつ、調整後アイボックスに基づいて予設定の画像データを調整し、調整後画像データを生成する。表示パネルはプロセッサにカップリングされ、かつ、調整後画像データに基づいて画像光束を射出する。レンズモジュールはマイクロレンズアレイを含み、かつ、表示パネルと瞳孔との間に設置される。画像光束はレンズモジュールを経由して瞳孔に入射し、かつ、ライトフィールド画像を表示する。本発明のライトフィールドニアアイ表示装置及びライトフィールドニアアイ表示方法は、ユーザに優れた画像品質を有するライトフィールド画像を見せることができる。【選択図】図２

Description

本発明は表示技術に関し、特にライトフィールドニアアイ表示装置及びライトフィールドニアアイ表示方法に関する。

ライトフィールドニアアイディスプレイ（Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄ Ｎｅａｒ－Ｅｙｅ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＦＮＥＤ）は、適合的眼球離反運動の不一致（Ｖｅｒｇｅｎｃｅ－Ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｌｉｃｔ，ＶＡＣ）問題を解決できる表示技術の一つであり、その構造により空間分割多重及び時間分割多重の２種類に分類される。時間分割多重は、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ，ＭＥＭＳ）素子を用いて虚像位置を変更し、前後画像の明瞭程度を調整する。空間分割多重は、レンズアレイを用いてパネル上の対応する視差画像を投射し、例えば、レンズアレイを有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＯＬＥＤ）ディスプレイに設置してライトフィールド画像を生成する。

ライトフィールドニアアイディスプレイにとって、ライトフィールドニアアイディスプレイは両眼視差の方式を採用して立体画像を形成するため、ユーザが非正常な視力を有する場合、従来のライトフィールドニアアイディスプレイのほとんどは受動式の視力矯正方式または主動式の視力矯正方式を用いてライトフィールド画像をユーザの瞳孔の合焦範囲内に表示する。

受動式の視力矯正方式は、付加の視力矯正レンズ（即ち、受動レンズ）を使用し、かつそれを原設計システムと目との間に配置する。しかし、受動レンズは数種類の固定された屈折度（ｄｉｏｐｔｅｒ）の調整しかできず、かつ、球面収差（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）の矯正しかできない。乱視度数（Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｐｏｗｅｒ）及び乱視軸（Ａｘｉｓ ａｎｇｌｅ）等の視力パラメータの矯正が必要な場合、別途作製したレンズが必要になる。しかし、レンズを作製する費用は高額であり、かつ、各々のユーザに直接適用することができない。

主動式の視力矯正方式は、システムに動態素子を加える必要がある。動態素子、例えば液晶レンズまたは液体レンズであり、かつ、動態素子は屈折度の調整、及び球面収差（ＳＰＨ）、乱視度数（ＣＹＬ）及び乱視軸（ＡＸＩＳ）等の視力情報の矯正を行うことができる。しかし、動態素子を採用した方式は主動式調整を実現できるが、装置全体として動態素子を整合する必要があるため、素子自体の特性を考慮しながら整合する必要がある。また、ニアアイディスプレイは動態素子を利用した場合、通常屈折度の矯正不足、有效口径の大きさが不十分、画像品質低下及びシステム体積の増加等の問題がある。

「背景技術」部分は発明内容の理解を促すことのみを目的とし、「背景技術」が開示した内容に当業者が既知の従来技術以外の一部構成が含まれている可能性がある。「背景技術」が開示した内容は、当該内容または本発明の１つ若しくは複数の実施例が解決しようとする課題が本発明の出願前に既に当業者に把握または認識されていたことを意味するものではない。

本発明は、ユーザに優れた画像品質を有するライトフィールド画像を見せることができるライトフィールドニアアイ表示装置及びライトフィールドニアアイ表示方法を提供する。

本発明のその他の目的と利点について、本発明が開示する技術特徴からさらに理解を深めることができる。

前記一つ、一部若しくはすべての目的、またはその他の目的を実現するために、本発明の一実施例は、プロセッサ、表示パネル及びレンズモジュールを含むライトフィールドニアアイ表示装置を提供する。プロセッサは視力データに基づいて予設定のアイボックスを調整し、調整後アイボックスを取得し、かつ、調整後アイボックスに基づいて予設定の画像データを調整し、調整後画像データを生成する。表示パネルはプロセッサにカップリングされ、かつ、調整後画像データに基づいて画像光束を射出する。レンズモジュールはマイクロレンズアレイを含み、かつ、表示パネルと瞳孔との間に設置される。画像光束はレンズモジュールを経由して瞳孔に入射し、かつ、ライトフィールド画像を表示する。

前記一つ、一部若しくはすべての目的、またはその他の目的を実現するために、本発明の実施例は以下のステップを含むライトフィールドニアアイ表示方法を提供する。視力データに基づいて予設定のアイボックスを調整し、調整後アイボックスを取得するステップ。調整後アイボックスに基づいて予設定の画像データを調整し、調整後画像データを生成するステップ。表示パネルにより、調整後画像データに基づいて画像光束を射出するステップ。及び、画像光束がマイクロレンズアレイを含むレンズモジュールを経由して瞳孔に入射し、かつライトフィールド画像を表示するステップ。

以上によれば、本発明のライトフィールドニアアイ表示装置及びライトフィールドニアアイ表示方法は、自動的に視力データに基づいて画像データを調整することができ、表示パネルに調整後画像データに基づいて対応する画像光束を射出させて、優れた画像品質を有するライトフィールド画像を提供することができる。

本発明の前記特徴と利点をより明確、分かりやすく示すために、以下は実施例を挙げて、かつ図面を参照しながら詳しく説明する。

本発明の一実施例のライトフィールドニアアイ表示装置のブロック図。 本発明の一実施例のライトフィールドニアアイ表示装置の構造の概略図。 本発明の一実施例のライトフィールドニアアイ表示方法のフローチャート。 本発明の一実施例の異なる射出瞳距離の光路の概略図。 本発明の第１実施例のアイボックスの調整の概略図。 本発明の第２実施例のアイボックスの調整の概略図。 本発明の第３実施例のアイボックスの調整の概略図。 本発明の一実施例の不規則乱視の折率分布の概略図。 本発明の第４実施例のアイボックスの調整の概略図。

本発明の前記及びその他の技術内容、特徴及び効果を明確に示すべく、以下は図面を参照しながら好ましい実施例を詳しく説明する。以下の実施例で言及される方向用語（例えば上、下、左、右、前または後など）は図面を参照する方向のみである。従って、これらの方向用語は説明目的に用いられたものであり、本発明を制限するものではない。

図１は本発明の一実施例に基づくライトフィールドニアアイ表示装置のブロック図である。図１を参照すると、ライトフィールドニアアイ表示装置１００はプロセッサ１１０、表示パネル１２０及び記憶装置１３０を含む。プロセッサ１１０は表示パネル１２０及び記憶装置１３０にカップリングされる。本実施例において、プロセッサ１１０は原始画像データ、システムパラメータに基づいて、例えば、予設定の両目瞳孔距離、予設定のアイボックス、予設定の射出瞳距離、予設定の光線追跡データ等の関連データに基づいて、画像データを生成する。プロセッサ１１０は、画像データに基づいて表示パネル１２０を駆動し、表示パネル１２０に画像コンテンツを表示させることで対応する画像光束をユーザの瞳孔まで発射し、ライトフィールド画像を表示する。本実施例において、ライトフィールドニアアイ表示装置１００は例えばヘッドマウント式ディスプレイ（Ｈｅａｄ－Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＨＭＤ）であるが、本発明はこれに制限されない。

本実施例において、プロセッサ１１０は制御機能、駆動機能及び画像データ演算機能に関連する中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ，ＣＰＵ）、またはその他のプログラマブルな汎用若しくは専用のマイクロプロセッサ（Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、デジタルシグナルプロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＤＳＰ）、イメージプロセッサ（Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ，ＩＰＵ）、グラフィックスプロセッサ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ，ＧＰＵ）、プログラマブルコントローラー、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ，ＰＬＤ）、その他の類似する制御装置、または前記装置の組み合わせを含んでもよい。本実施例において、記憶装置１３０はメモリー（Ｍｅｍｏｒｙ）であり、関連する画像データ、システムパラメータ、画像処理モジュール、及びパラメータ演算に関連するアルゴリズム等を記憶し、プロセッサ１１０によるアクセスと実行に提供することができる。

本実施例において、表示パネル１２０は液晶表示（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）パネル、有機発光ダイオード表示パネル、マイクロ発光ダイオード表示パネル、またはその他の適切なディスプレイであり、かつ、プロセッサ１１０は画像データに基づいて表示パネル１２０を駆動し、対応する画像画面を表示する。また、表示パネル１２０は対応する画像画面を表示することで対応する画像光束を発射し、ライトフィールド画像を表示する。本実施例において、プロセッサ１１０は現在のユーザの視力データに基づいて、予設定のアイボックスを即時に調整して画像データを変更し、表示パネル１２０が表示する画像コンテンツを調整した後、ライトフィールド画像をユーザの瞳孔の合焦範囲（ｆｏｃｕｓ ｒａｎｇｅ）内に表示することができる。

図２は本発明の一実施例に基づくライトフィールドニアアイ表示装置の構造の概略図である。図１及び図２を参照すると、本実施例において、ライトフィールドニアアイ表示装置１００はユーザの視野前方に設置することができる。ライトフィールドニアアイ表示装置１００はレンズモジュール１４０を含んでもよい。ユーザの目（瞳孔２０１）は方向Ｚに沿って表示パネル１２０及びレンズモジュール１４０に面している。表示パネル１２０の表示面及びレンズモジュール１４０の入光面及び出光面は、例えば、方向Ｘ及び方向Ｙがそれぞれ延伸して形成する平面に対し平行である。レンズモジュール１４０はマイクロレンズアレイ１４１を含み、マイクロレンズアレイ１４１はアレイ状に配列された複数のマイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎを含むことができ、かつ、Ｎが正の整数である。マイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎは方向Ｘ及び方向Ｙへそれぞれ延伸して配列されてもよい。マイクロレンズアレイ１４１と予設定のアイボックス２０２との間に射出瞳距離Ｄｉを有する。レンズモジュール１４０はさらにその他のレンズ素子を含むことも可能であり、本実施例において、第１レンズ１４２及び第２レンズ１４３を例にしているが、別の実施例では、ライトフィールドニアアイ表示装置１００が達成しようとする画像品質と効果に応じて、その他のレンズ素子の数または形態を調整してもよい。

本実施例において、レンズモジュール１４０は表示パネル１２０と瞳孔２０１の間に設置され、表示パネル１２０が生成した画像光束はレンズモジュール１４０を経由して瞳孔２０１に入射し、ライトフィールド画像を表示する。なお、ユーザの瞳孔２０１に映るライトフィールド画像の結果（ユーザの網膜における結像結果）は、遠方の虚像形成平面Ｓ１上に等価結像された虚像のようであり、かつ、その画像光束の等価光路が図２の示す通りである。

ユーザが正常な視力を有する例の場合、ユーザの瞳孔２０１は予設定のアイボックス２０２内において、マイクロレンズ１４１＿１を通して、表示パネル１２０の対応するサブ画像コンテンツ１２１＿１のサブ表示領域が発した画像光束を受けて、遠方の仮想結像平面Ｓ１において等価結像されたようなサブ虚像１５１＿１を観察することができる。同様に、ユーザの瞳孔２０１は予設定のアイボックス２０２内において、マイクロレンズ１４１＿２、１４１＿３を通して、それぞれ表示パネル１２０の対応するサブ画像コンテンツ１２１＿２、１２１＿３のサブ表示領域が発した画像光束を受けて、遠方の仮想結像平面Ｓ１において等価結像されたようなサブ虚像１５１＿２、１５１＿３を観察することができる。これに対し、本実施例の表示パネル１２０が表示する複数のサブ画像コンテンツは、光線追跡データに基づいてその位置及び重畳関係を決定し、ユーザに立体物の画像を有するライトフィールド画像を見せることができる。本実施例において、前記光線追跡データは予設定のアイボックス２０２内の複数の射出瞳位置座標、及びマイクロレンズアレイ１４１のマイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎのそれぞれから予設定のアイボックス２０２内の複数の射出瞳位置座標までの複数の光線ベクトルを含んでもよい。

なお、アイボックスはユーザの視力条件に整合する必要がある。図２が示した画像光束がユーザの瞳孔２０１、マイクロレンズアレイ１４１及び表示パネル１２０の間における等価光路関係からわかるように、ユーザが非正常な視力条件を有することで現在のアイボックスと予設定のアイボックスが異なる場合、表示パネル１２０から発した複数の画像光束がマイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎを経由して瞳孔２０１に入射した複数の光線ベクトル（光線軌跡）に対応する現在のアイボックスにおける複数の射出瞳位置が変わり、さらにユーザの瞳孔２０１において表示されるライトフィールド画像の画像コンテンツを影響することになる。例えば、ライトフィールド画像が瞳孔２０１の合焦範囲内に表示されない可能性がある。従って、本実施例において、プロセッサ１１０は現在の視力条件に基づいて、表示パネル１２０が表示する対応する複数のサブ画像コンテンツを自動的に調整して、ユーザの瞳孔２０１まで照射した複数の画像光束によって表示されるライトフィールド画像を瞳孔２０１の合焦範囲内に表示することができる。

図３は本発明の一実施例に基づくライトフィールドニアアイ表示方法のフローチャートである。図１から図３を参照すると、本実施例のライトフィールドニアアイ表示装置１００は以下のステップＳ３１０～Ｓ３４０を含むライトフィールドニアアイ表示方法を実行することで、優れたライトフィールド画像表示効果を提供できる。なお、本実施例において、ライトフィールドニアアイ表示装置１００の記憶装置１３０は出荷前から予設定のアイボックス２０２の複数の予設定の射出瞳位置データを予め記憶してもよい。ユーザがライトフィールドニアアイ表示装置１００を使用したい場合、ライトフィールドニアアイ表示装置１００はユーザがライトフィールドニアアイ表示装置１００の入力装置を介してプロセッサ１１０に入力した視力データを受けることができる。入力装置はプロセッサ１１０にカップリングされ、かつ、例えばライトフィールドニアアイ表示装置１００に設置された実体ボタンまたはライトフィールドニアアイ表示装置１００の通信インタフェースであってもよい。

ステップＳ３１０において、プロセッサ１１０は視力データに基づいて予設定のアイボックス２０２を調整し、調整後アイボックスを取得することができる。プロセッサ１１０は調整後アイボックス中の複数の射出瞳位置データを取得することができる。ステップＳ３２０において、プロセッサ１１０は調整後アイボックスに基づいて予設定の画像データを調整し、調整後画像データを生成することができる。ステップＳ３３０において、プロセッサ１１０は表示パネル１２０によって、調整後画像データに基づいて画像光束を射出することができる。ステップＳ３４０において、画像光束はマイクロレンズアレイ１４１を含むレンズモジュール１４０を経由して、瞳孔２０１に入射し、かつライトフィールド画像を表示することができる。従って、本実施例のライトフィールドニアアイ表示装置１００、及びライトフィールドニアアイ表示装置１００が実行する本実施例のライトフィールドニアアイ表示方法は、現在の視力データに基づいて画像データを自動的に調整し、調整後アイボックスに適したライトフィールド画像を表示することができる。かつ、ステップＳ３１０で新しい光線追跡データを算出する方式について、以下の図４から図７の実施例において詳しく説明する。

図４は本発明の一実施例に基づく視力補正の演算モデルの概略図である。図１、図２及び図４を参照すると、プロセッサ１１０は図４が示す視力補正の演算モデルを用いて予設定のアイボックス２０２を調整することで、ライトフィールドニアアイ表示装置１００内の虚像の深さ（奥行）を調整することができる。なお、本実施例では近視補正の例を説明する。本実施例において、予設定のアイボックス２０２が方向Ｙにおける範囲は例えば予設定の範囲長さＷ１である（予設定のアイボックス２０２が方向Ｘにおける範囲が例えば予設定の範囲長さＷ１であってもよい）。虚像はマイクロレンズアレイ１４１の他方側の仮想結像平面（Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｄｅｐｔｈ Ｐｌａｎｅ，ＲＤＰ）ＲＤＰ１に結像されてもよく、仮想結像平面ＲＤＰ１とマイクロレンズアレイ１４１との間に標準（予設定の）結像距離Ｄ１を有する。しかし、ユーザの視力条件（近視）に適応するよう、プロセッサ１１０は予設定のアイボックス２０２を調整して、ユーザの瞳孔とマイクロレンズアレイ１４１との間に一つの仮想矯正負レンズ４０１を等価に設置することで、虚像を仮想結像平面ＲＤＰ２に結像させ、仮想結像平面ＲＤＰ２とマイクロレンズアレイ１４１との間に第１現在の結像距離Ｄ２（未知パラメータ）を有する。調整後アイボックスの方向Ｙにおける範囲は例えば調整後範囲長さＷ２である（調整後アイボックスが方向Ｘにおける範囲が例えば調整後範囲長さＷ２であってもよい）（未知パラメータ）。また、マイクロレンズアレイ１４１とユーザの瞳孔との間に射出瞳距離Ｄｉを有する。本実施例において、プロセッサ１１０が第１現在の結像距離Ｄ２に基づいて調整後アイボックスと予設定のアイボックス２０２との間の拡大縮小率（ｓｃａｌｅ ｒａｔｉｏ）を算出するができるため、プロセッサ１１０が先に第１現在の結像距離Ｄ２を算出するとしてもよい。

詳しく言うと、標準結像距離Ｄ１及び第１現在の結像距離Ｄ２が射出瞳距離Ｄｉより遥かに大きいため、本実施例の視力補正の演算モデル中の各パラメータは以下の公式（１）及び公式（２）の関係にあり、マイクロレンズアレイ１４１が方向Ｙ及び方向ＸにおいてそれぞれＭ個のマイクロレンズを有し、かつ、Ｍ個のマイクロレンズ間にそれぞれ間隔距離ＷＬを有する。なお、公式（１）と公式（２）を除算した後、以下の公式（３）が得られる。公式（３）において、拡大縮小率Ｓは調整後範囲長さＷ２を予設定の範囲長さＷ１で除算したものである。本実施例において、プロセッサ１１０は以下の公式（４）（結像公式）に基づいて第１現在の結像距離Ｄ２を算出することができる。なお、プロセッサ１１０は視力度数Ｄ及び標準結像距離Ｄ１に基づいて第１現在の結像距離Ｄ２を算出することができる。続いて、プロセッサ１１０は第１現在の結像距離Ｄ２を公式（３）に代入し、拡大縮小率Ｓを得る。

従って、以上に説明した通り、プロセッサ１１０は第１現在の結像距離Ｄ２、標準結像距離Ｄ１及び射出瞳距離Ｄｉに基づいて拡大縮小率Ｓを算出し、かつ、拡大縮小率Ｓに基づいて予設定のアイボックス２０２を調整し、調整後アイボックスを取得する。これにより、プロセッサ１１０は調整後アイボックス中の複数の射出瞳位置座標に基づいて、マイクロレンズアレイ１４１の複数のマイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎのそれぞれから調整後アイボックスまでの複数の光線ベクトルを算出することができ、かつ、プロセッサ１１０は複数の射出瞳位置座標及び複数の光線ベクトルに基づいて予設定の画像データを調整することができる。

図５Ａは本発明の第１実施例に基づくアイボックス調整の概略図である。図１、図２及び図５Ａを参照すると、予設定のアイボックス２０２は例えば図５Ａが示す範囲の大きさであって、かつ、予設定のアイボックス２０２中の各射出瞳位置座標をＰ（ｘ、ｙ、ｚ）と示すことができる。プロセッサ１１０が図４の実施例のように、視力度数に関連する算出を行うことで拡大縮小率Ｓを取得した後、プロセッサ１１０は予設定のアイボックス２０２を調整後アイボックス５０１または調整後アイボックス５０２に調整し、調整後アイボックス５０１及び調整後アイボックス５０２中の各点の射出瞳位置座標Ｐ´（ｘ、ｙｚ）を以下の公式（５）で示すことができる。

なお、アイボックス２０２は方向Ｘ及び方向Ｙにおいてそれぞれ範囲長さＷ１である。ユーザが遠視である場合、調整後アイボックス５０１が方向Ｘ及び方向Ｙにおける範囲長さはそれぞれ範囲長さＷ２に拡大される。または、ユーザが近視である場合、調整後アイボックス５０２が方向Ｘ及び方向Ｙにおける範囲長さはそれぞれ範囲長さＷ２′に縮小される。

次に、プロセッサ１１０はマイクロレンズアレイ１４１のマイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎの各レンズの中心位置座標（Ｐｍ（ｘ、ｙ、ｚ））からそれぞれ調整後アイボックス５０１または調整後アイボックス５０２中の各点の射出瞳位置までの複数の（正規化後）光線ベクトル

を改めて算出し、光線ベクトル

を以下の公式（６）で示すことができる。これにより、プロセッサ１１０は調整後アイボックス５０１または調整後アイボックス５０２中の各点の射出瞳位置座標及び対応する複数の光線ベクトルに基づいて、予設定の画像データを調整し、表示パネル１２０が調整後画像データに基づいて画像光束を射出することで、ライトフィールド画像を瞳孔２０１の合焦範囲内に表示することができる。

図５Ｂは本発明の第２実施例に基づくアイボックスの調整概略図である。図１、図２、図５Ｂを参照すると、乱視軸が０度の正乱視の例では、プロセッサ１１０に入力された視力データは乱視度数及び乱視軸を含む。プロセッサ１１０は乱視度数及び標準結像距離に基づいて、現在の結像距離を算出することができる。前記図４の構造と同じように、本実施例において、標準結像距離Ｄ１及び第２現在の結像距離Ｄ２′が射出瞳距離Ｄｉより遥かに大きいため、演算モデル中の各パラメータが以下の公式（７）及び公式（８）の関係を有し、マイクロレンズアレイ１４１が方向ＹにおいてＭ個のマイクロレンズを有し、かつ、Ｍ個のマイクロレンズ間にそれぞれ間隔距離ＷＬを有する。なお、公式（７）及び公式（８）を除算した後、以下の公式（９）の拡大縮小率Ｓ′の結果が得られる。公式（９）において、拡大縮小率Ｓ′は調整後範囲長さＷ３を予設定のアイボックス２０２が方向Ｙにおける予設定の範囲長さＷ１で除算した結果である。本実施例において、プロセッサ１１０は以下の公式（１０）（結像公式）に基づいて第２現在の結像距離Ｄ２′を算出することができる。また、プロセッサ１１０は乱視度数Ｄ′及び標準結像距離Ｄ１に基づいて第２現在の結像距離Ｄ２′を算出することができる。続いて、プロセッサ１１０は第２現在の結像距離Ｄ２′を公式（９）に代入し、拡大縮小率Ｓ′を得る。

図５Ｂが示すように、予設定のアイボックス２０２中の各点の射出瞳位置座標をＰ（ｘ、ｙ、ｚ）と示すことができる。プロセッサ１１０は以下の公式（１１）を実行して、予設定のアイボックス２０２の各点の射出瞳位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）を角度（θ）回転させた後、拡大縮小率Ｓ′の調整を行って、射出瞳位置座標Ｐｔ（ｘ、ｙ、ｚ）を取得する。続いて、プロセッサ１１０は以下の公式（１２）を実行して、縮小拡大調整後の各点の射出瞳位置座標Ｐｔ（ｘ、ｙ、ｚ）を角度（－θ）回転させた後、調整後アイボックス５０３中の各点の射出瞳位置座標Ｐ′′（ｘ、ｙ、ｚ）を取得する。

続いて、プロセッサ１１０はマイクロレンズアレイ１４１のマイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎの各レンズ中心の位置座標（Ｐｍ（ｘ、ｙ、ｚ））からそれぞれ調整後アイボックス５０３中の各点の射出瞳位置までの複数の（正規化後）光線ベクトル

を改めて算出し、以下の公式（１３）で示すことができる。従って、プロセッサ１１０は調整後アイボックス５０３中の各点の射出瞳位置座標Ｐ′′（ｘ、ｙ、ｚ）及び対応する複数の光線ベクトルに基づいて、予設定の画像データを調整し、表示パネル１２０は調整後画像データに基づいて画像光束を射出し、ライトフィールド画像を瞳孔２０１の合焦範囲内に表示することができる。

図１、図２及び図５Ｃを参照すると、前記図５Ｂと同じように、本実施例は乱視軸が４５度の正乱視を例とする。プロセッサ１１０は前記公式（７）～公式（１０）に基づいて拡大縮小率Ｓ′を算出し、かつ前記公式（１１）及公式（１２）に類似する算出を行って、調整後アイボックス５０４中の各点の射出瞳位置座標を取得する。続いて、プロセッサ１１０はマイクロレンズアレイ１４１のマイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎの各レンズ中心の位置座標（Ｐｍ（ｘ、ｙ、ｚ））からそれぞれ調整後アイボックス５０４中の各点の射出瞳位置までの複数の（正規化後）光線ベクトルを改めて算出することができる。従って、プロセッサ１１０は調整後アイボックス５０４中の各点の射出瞳位置座標及び対応する複数の光線ベクトルに基づいて、予設定の画像データを調整し、表示パネル１２０が調整後画像データに基づいて画像光束を射出し、ライトフィールド画像を瞳孔２０１の合焦範囲内に表示できるようにする。

図６は本発明の一実施例に基づく不正乱視の屈折度分布の概略図である。図７は本発明の第４実施例に基づくアイボックスの調整の概略図である。図１、図２、図６及び図７を参照すると、本実施例において、ライトフィールドニアアイ表示装置１００の記憶装置１３０は予め光学シミュレーションモジュールを記憶することができる。不正乱視を例にすると、人の角膜における不正乱視の屈折度分布は図６が示すような屈折度分布６００であり、異なるグレースケール領域が屈折度の変化を意味する。これに対し、プロセッサ１１０は屈折度分布６００における屈折度の変化に基づいて、対応する複数の乱視度数及び複数の乱視軸を取得する。本実施例において、プロセッサ１１０は人の角膜に対応する複数の乱視度数及び複数の乱視軸を光学シミュレーションモジュールに入力してもよい。

本実施例において、予設定のアイボックス７０１は例えば複数の格子点Ａ１～Ａ２５によって形成される複数の格子範囲を有する。プロセッサ１１０は複数の乱視度数及び複数の乱視軸を光学シミュレーションモジュールに入力し、光学シミュレーションモジュールが複数の乱視度数及び複数の乱視軸に基づいて、予設定のアイボックス７０１の複数の格子範囲を調整できるようにする。具体的には、予設定のアイボックス７０１中の各格子がそれぞれ特定の乱視度数及び特定の乱視軸に対応する。プロセッサ１１０は予設定のアイボックス７０１中の各格子に対しそれぞれ前記図５Ｂまたは図５Ｃの算出を行うことで、各格子の範囲を個別に調整することができる。例えば、プロセッサ１１０は、予設定のアイボックス７０１中の各格子の四隅位置に対し、調整後範囲が対応する複数の射出瞳位置座標及び複数の光線ベクトルをそれぞれ算出することができる。従って、予設定のアイボックス７０１の格子点Ａ１～Ａ２５の位置は、複数の乱視度数及び複数の乱視軸に基づいてその位置を対応させて調整し、複数の格子範囲を変えて、図７が示すような調整後アイボックス７０２を形成する。なお、調整後アイボックス７０２中の複数の格子点間の距離は同幅の長さに限らない。

従って、本実施例において、プロセッサ１１０は調整後アイボックス７０２の複数の調整後格子範囲中の複数の射出瞳位置座標それぞれに基づいて、マイクロレンズアレイ１４１の複数のマイクロレンズ１４１＿１～１４１＿Ｎからそれぞれ調整後アイボックス７０２のこれらの調整後格子範囲までの複数の光線ベクトルを算出し、かつ、プロセッサ１１０はこれらの射出瞳位置座標及びこれらの光線ベクトルに基づいて、予設定の画像データを調整し、表示パネル１２０が調整後画像データに基づいて画像光束を射出し、ライトフィールド画像を瞳孔２０１の合焦範囲内に表示できるようにする。

以上を纏めると、本発明のライトフィールドニアアイ表示装置及びライトフィールドニアアイ表示方法は、ユーザの現在の視力データに基づいて、画像データを自動的に調整し、表示パネルに調整後画像データに基づいて対応する画像光束を射出させ、さらに、画像光束をユーザの瞳孔に正確に入射し、かつ、ライトフィールド画像を瞳孔の合焦範囲内に表示することができ、ユーザに優れた画像品質を有するライトフィールド画像を見せることができる。

以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、これを以って本発明の実施範囲を制限すべきではない。即ち、本発明の請求の範囲及び明細書を基に行った簡単かつ等価な変更と修正はすべて本発明の範囲内に属する。また、本発明の任意の実施例または請求項は必ずしも本発明で開示されたすべての目的、利点または特徴を備えるとは限らない。また、要約書と発明の名称は特許文献検索に利用されるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、明細書または請求の範囲で言及される「第１」、「第２」等の用語は素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を示し、または異なる実施例や範囲を区別するものであり、素子の数の上限または下限を制限するものではない。

１００ ライトフィールドニアアイ表示装置
１１０ プロセッサ
１２０ 表示パネル
１２１＿１、１２１＿２、１２１＿３：サブ画像コンテンツ
１３０ 記憶装置
１４０ レンズモジュール
１４１ マイクロレンズアレイ
１４１＿１～１４１＿Ｎ マイクロレンズ
１４２ 第１レンズ
１４３ 第２レンズ
１５１＿１、１５１＿２、１５１＿３ サブ虚像
２０１ 瞳孔
２０２、７０１ 予設定のアイボックス
４０１ 仮想矯正負レンズ
５０１、５０２、５０３、５０４、７０２ 調整後アイボックス
６００ 屈折度分布
Ａ１～Ａ２５ 格子点
Ｄｉ 射出瞳距離
Ｄ１ 標準結像距離
Ｄ２ 第１現在の結像距離
Ｄ２′ 第２現在の結像距離
Ｓ１、ＲＤＰ１、ＲＤＰ２ 仮想結像平面
Ｘ、Ｙ、Ｚ 方向
Ｓ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０ ステップ
Ｗ１ 予設定の範囲長さ
Ｗ２、Ｗ２′、Ｗ３ 調整後範囲長さ
ＷＬ 間隔距離

Claims (20)

1. ライトフィールドニアアイ表示装置であって、
   前記ライトフィールドニアアイ表示装置はプロセッサ、表示パネル及びレンズモジュールを含み、
   前記プロセッサは視力データに基づいて予設定のアイボックスを調整し、調整後アイボックスを取得し、かつ、前記調整後アイボックスに基づいて予設定の画像データを調整し、調整後画像データを生成し、
   前記表示パネルは前記プロセッサにカップリングされ、かつ前記調整後画像データに基づいて画像光束を射出し、
   前記レンズモジュールはマイクロレンズアレイを含み、かつ前記表示パネルと瞳孔との間に設置され、
   前記画像光束は前記レンズモジュールを経由して前記瞳孔に入射し、かつライトフィールド画像を表示することを特徴とする、ライトフィールドニアアイ表示装置。
2. 前記視力データは視力度数を含み、
   前記プロセッサは前記視力度数及び標準結像距離に基づいて、第１現在の結像距離を算出し、
   前記プロセッサは前記第１現在の結像距離に基づいて前記調整後アイボックスと前記予設定のアイボックスとの間の拡大縮小率を算出し、前記拡大縮小率に基づいて前記予設定のアイボックスを調整し、前記調整後アイボックスを取得することを特徴とする、請求項１に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
3. 前記プロセッサは前記第１現在の結像距離、前記標準結像距離及び射出瞳距離に基づいて、前記拡大縮小率を算出することを特徴とする、請求項２に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
4. 前記拡大縮小率は、前記予設定のアイボックスの予設定の範囲長さを前記調整後アイボックスの調整後範囲長さで除算した結果であり、
   前記プロセッサは前記調整後範囲長さに基づいて前記調整後アイボックスを決定することを特徴とする、請求項２に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
5. 前記プロセッサは前記調整後アイボックス中の複数の射出瞳位置座標に基づいて、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズのそれぞれから前記調整後アイボックスまでの複数の光線ベクトルを算出し、
   前記プロセッサは前記複数の射出瞳位置座標及び前記複数の光線ベクトルに基づいて、前記予設定の画像データを調整することを特徴とする、請求項２に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
6. 前記視力データは乱視度数及び乱視軸を含み、
   前記プロセッサは前記乱視度数及び標準結像距離に基づいて、第２現在の結像距離を算出し、
   前記プロセッサは前記乱視軸に基づいて回転角度を算出し、
   前記プロセッサは前記第２現在の結像距離に基づいて、前記調整後アイボックスと前記予設定のアイボックスの間で少なくとも一軸度における第２拡大縮小率を算出し、かつ、前記第２拡大縮小率及び前記回転角度に基づいて前記調整後アイボックスを決定することを特徴とする、請求項１に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
7. 前記プロセッサは前記調整後アイボックス中の複数の射出瞳位置座標に基づいて、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズのそれぞれから前記調整後アイボックスまでの複数の光線ベクトルを算出し、
   前記プロセッサは前記複数の射出瞳位置座標及び前記複数の光線ベクトルに基づいて、前記予設定の画像データを調整することを特徴とする、請求項６に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
8. 前記視力データは複数の乱視度数及び複数の乱視軸を含み、
   前記プロセッサは前記複数の乱視度数及び前記複数の乱視軸を光学シミュレーションモジュールに入力して、前記調整後アイボックスの複数の調整後格子範囲を生成することを特徴とする、請求項１に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
9. 前記プロセッサは前記調整後アイボックスの前記複数の調整後格子範囲中の複数の射出瞳位置座標のそれぞれに基づいて、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズのそれぞれから前記調整後アイボックスの前記複数の調整後格子範囲までの複数の光線ベクトルを算出し、
   前記プロセッサは前記複数の射出瞳位置座標及び前記複数の光線ベクトルに基づいて、前記予設定の画像データを調整することを特徴とする、請求項８に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
10. 前記ライトフィールド画像は前記瞳孔の合焦範囲内に表示されることを特徴とする、請求項１に記載のライトフィールドニアアイ表示装置。
11. ライトフィールドニアアイ表示方法であって、
    視力データに基づいて予設定のアイボックスを調整し、調整後アイボックスを取得するステップと、
    前記調整後アイボックスに基づいて予設定の画像データを調整し、調整後画像データを生成するステップと、
    表示パネルによって、前記調整後画像データに基づいて画像光束を射出するステップと、
    前記画像光束がマイクロレンズアレイを含むレンズモジュールを経由して瞳孔に入射し、かつライトフィールド画像を表示するステップとを含むライトフィールドニアアイ表示方法。
12. 前記視力データは視力度数を含み、
    前記調整後アイボックスを取得するステップは、
    前記視力度数及び標準結像距離に基づいて、第１現在の結像距離を算出するステップと、
    前記第１現在の結像距離に基づいて、前記調整後アイボックスと前記予設定のアイボックスとの間の拡大縮小率を調整するステップと、
    前記拡大縮小率に基づいて前記予設定のアイボックスを調整し、前記調整後アイボックスを取得するステップとを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。
13. 前記拡大縮小率を算出するステップは、
    前記第１現在の結像距離、前記標準結像距離及び射出瞳距離に基づいて、前記拡大縮小率を算出するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。
14. 前記調整後アイボックスを取得するステップは、
    調整後範囲長さに基づいて前記調整後アイボックスを決定するステップを含み、
    前記拡大縮小率は、前記予設定のアイボックスの予設定の範囲長さを前記調整後アイボックスの前記調整後範囲長さで除算した結果であることを特徴とする、請求項１２に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。
15. 前記調整後画像データを生成するステップは、
    前記調整後アイボックス中の複数の射出瞳位置座標に基づいて、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズのそれぞれから前記調整後アイボックスまでの複数の光線ベクトルを算出するステップと、
    前記複数の射出瞳位置座標及び前記複数の光線ベクトルに基づいて、前記予設定の画像データを調整するステップとを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。
16. 前記視力データは乱視度数及び乱視軸を含み、
    前記調整後アイボックスを取得するステップは、
    前記乱視度数及び標準結像距離に基づいて第２現在の結像距離を算出するステップと、
    前記乱視軸に基づいて回転角度を算出するステップと、
    前記第２現在の結像距離に基づいて、前記調整後アイボックスと前記予設定のアイボックスの間で少なくとも一軸度における第２拡大縮小率を算出するステップと、
    前記第２拡大縮小率及び前記回転角度に基づいて、前記調整後アイボックスを決定するステップとを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。
17. 前記調整後画像データを生成するステップは、
    前記調整後アイボックス中の複数の射出瞳位置座標に基づいて、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズのそれぞれから前記調整後アイボックスまでの複数の光線ベクトルを算出するステップと、
    前記複数の射出瞳位置座標及び前記複数の光線ベクトルに基づいて、前記予設定の画像データを調整するステップとを含むことを特徴とする、請求項１６に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。
18. 前記視力データは複数の乱視度数及び複数の乱視軸を含み、
    前記調整後アイボックスを取得するステップは、
    前記複数の乱視度数及び前記複数の乱視軸を光学シミュレーションモジュールに入力して、前記調整後アイボックスの複数の調整後格子範囲を生成するステップを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。
19. 前記調整後画像データを生成するステップは、
    前記調整後アイボックスの前記複数の調整後格子範囲中の複数の射出瞳位置座標のそれぞれに基づいて、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズのそれぞれから前記調整後アイボックスの前記複数の調整後格子範囲までの複数の光線ベクトルを算出するステップと、
    前記複数の射出瞳位置座標及び前記複数の光線ベクトルに基づいて、前記予設定の画像データを調整するステップとを含むことを特徴とする、請求項１８に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。
20. 前記ライトフィールド画像は前記瞳孔の合焦範囲内に表示されることを特徴とする、請求項１１に記載のライトフィールドニアアイ表示方法。

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