JP6952123B2 - 拡張された調節範囲の調整を有するニアアイディスプレイ - Google Patents
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Description
3次元(3D)グラフィクスの実行的なディスプレイを提供するために、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)および他のニアアイディスプレイシステムは、一体型ライトフィールドディスプレイまたは他のコンピュータ計算ディスプレイを利用することができる。一般に、一体型ライトフィールドディスプレイは、1つまたは複数のディスプレイパネルと、当該1つまたは複数のディスプレイパネルに重畳する、小型レンズ、ピンホール、または、他の光学系機構のアレイを用いる。レンダリングシステムは、要素画像のアレイをレンダリングし、各要素画像は、対応する視点または仮想カメラ位置からの対象物またはシーンの画像またはビューを表す。そのような一体型ライトフィールドディスプレイは、解像度が小型レンズの密度に比例するため、典型的に解像度と調節範囲との間のトレードオフを呈する。このため、満足のゆく解像度を提供するために、一体型ライトフィールドディスプレイを用いる従来のニアアイディスプレイシステムは、典型的に表示解像度を制限する低い密度の大きなサイズの小型レンズを有し、または調節範囲を制限する高い密度のより小さいサイズの小型レンズを有する。
本開示は、添付の図面を参照することによって、よりよく理解されることができ、その多数の特徴および利点は、当業者に明らかとなるであろう。異なる図面における同じ参照符号の使用は、類似のまたは同一の項目を示す。
図1〜図6は、ニアアイディスプレイシステム内のユーザの眼の姿勢に基づく動的焦点距離および調節範囲調整のための例示的方法およびシステムを示す。少なくとも1つの実施形態では、ユーザに没入型の仮想現実(VR)または拡張現実(AR)エクスペリエンスを提供するために、ニアアイディスプレイシステムは、ユーザに対してイメージの一体型ライトフィールドフレームを表示するためのコンピュータ計算ディスプレイを用いる。各一体型ライトフィールドフレームは、要素画像のアレイで構成され、各要素画像は、異なる対応する視点からの対象物またはシーンのビューを表す。小型レンズのアレイは、ディスプレイパネルに重畳し、要素画像のアレイをユーザに単一のオートステレオスコピック画像として提示するために動作する。
Claims (17)
- ニアアイディスプレイシステム(100)における方法であって、前記方法は、
前記ニアアイディスプレイシステム(100)のアイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用してユーザの眼(132)の第1の姿勢を決定することと、
前記ユーザの眼の前記第1の姿勢に基づき一体型ライトフィールドフレーム(120)を形成する要素画像のアレイ(122)のための所望の焦点を決定することと、
決定された前記所望の焦点に基づき小型レンズアレイ(124)から投影される光の焦点距離を変化させることと、
前記要素画像のアレイ(122)を前記一体型ライトフィールドフレーム(120)内の位置にレンダリングすることと、
前記一体型ライトフィールドフレームを前記ニアアイディスプレイシステム(100)のディスプレイパネル(118)に表示することとを備え、
前記焦点距離を変化させることは、電圧を前記ディスプレイパネル(118)と前記小型レンズアレイ(124)との間に配置された可変屈折率材料(158)を構成する複数の領域の各々に個別に印加して、前記可変屈折率材料(158)の屈折率に変化を誘発することを備え、前記屈折率の前記変化は、前記小型レンズアレイ(124)に出入りする光の入射角を変化させる、方法。 - ニアアイディスプレイシステム(100)における方法であって、前記方法は、
前記ニアアイディスプレイシステム(100)のアイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用してユーザの眼(132)の第1の姿勢を決定することと、
前記ユーザの眼の前記第1の姿勢に基づき一体型ライトフィールドフレーム(120)を形成する要素画像のアレイ(122)のための所望の焦点を決定することと、
決定された前記所望の焦点に基づき小型レンズアレイ(124)から投影される光の焦点距離を変化させることと、
前記要素画像のアレイ(122)を前記一体型ライトフィールドフレーム(120)内の位置にレンダリングすることと、
前記一体型ライトフィールドフレームを前記ニアアイディスプレイシステム(100)のディスプレイパネル(118)に表示することとを備え、
前記焦点距離を変化させることは、電圧を、可変屈折率材料を備える前記小型レンズアレイ(124)内の複数の小型レンズ(126)の各々に個別に印加して、前記複数の小型レンズ(126)の屈折率の変化を誘発することを備え、前記屈折率の前記変化は、前記小型レンズアレイ(124)に出入りする光の出射角を変化させる、方法。 - ニアアイディスプレイシステム(100)における方法であって、前記方法は、
前記ニアアイディスプレイシステム(100)のアイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用してユーザの眼(132)の第1の姿勢を決定することと、
前記ユーザの眼の前記第1の姿勢に基づき一体型ライトフィールドフレーム(120)を形成する要素画像のアレイ(122)のための所望の焦点を決定することと、
決定された前記所望の焦点に基づき小型レンズアレイ(124)から投影される光の焦点距離を変化させることと、
前記要素画像のアレイ(122)を前記一体型ライトフィールドフレーム(120)内の位置にレンダリングすることと、
前記一体型ライトフィールドフレームを前記ニアアイディスプレイシステム(100)のディスプレイパネル(118)に表示することとを備え、
前記焦点距離を変化させることは、電圧を前記小型レンズアレイ(124)の第1の部分に備え付けられた可変屈折率材料を構成する複数の領域の各々に個別に印加して、前記可変屈折率材料の屈折率の変化を誘発することを備え、前記小型レンズアレイ(124)の前記第1の部分は、前記小型レンズアレイの第2の部分に対して独立にアドレス指定可能であり、さらに前記屈折率の前記変化は、前記小型レンズアレイの前記第2の部分に出入りする光の出射角を変化させることなく、前記第1の部分に出入りする光の出射角を変化させる、方法。 - 前記ユーザの眼の前記第1の姿勢を決定することは、
前記ディスプレイパネル(118)と前記ディスプレイパネルに重畳する前記小型レンズアレイ(124)との間に配置された撮像カメラを使用して前記ユーザの眼(132)のイメージを捕捉することを備える、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 - 前記要素画像のアレイのための前記所望の焦点を決定することは、
前記ユーザの眼(132)内の既存の屈折異常に基づくシフトを含むように、前記所望の焦点(222)を決定することを備える、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記要素画像のアレイのための前記所望の焦点を決定することは、
前記ユーザの眼の前記第1の姿勢によって焦点を合わせられた対象物体(502)の仮想深度を、前記一体型ライトフィールドフレーム内の他の物体(504)の前記仮想深度に対して識別することを備える、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。 - ニアアイディスプレイシステムにおける方法であって、
第1に、前記ニアアイディスプレイシステム(100)のアイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用して前記ニアアイディスプレイシステム(100)のディスプレイパネル(118)に対するユーザの眼(132)の第1の姿勢を決定することと、
要素画像のアレイ(122)を備える一体型ライトフィールドフレーム(120)をレンダリングすることと、
前記ユーザの眼の前記第1の姿勢に基づき、小型レンズアレイ(124)における前記眼(132)の焦点が合う範囲を、第1の調節範囲(506)に調節することと、
前記小型レンズアレイ(124)を使用して表示のための前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を提示することとを備え、さらに、
第2に、前記アイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用して前記ディスプレイパネルに対する前記ユーザの眼(132)の第2の姿勢を決定することとを備え、前記第2の姿勢は、前記第1の姿勢とは異なり、前記方法はさらに、
前記ユーザの眼の前記第2の姿勢に基づき前記小型レンズアレイの前記第1の調節範囲(506)を第2の調節範囲(512)へと調整し、前記小型レンズアレイ(124)を使用して表示のための前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を提示することとを備え、前記第2の調節範囲(512)は、前記第1の調節範囲(506)とは異なり、
前記第1の調節範囲を前記第2の調節範囲に調整することは、電圧を前記ディスプレイパネル(118)と前記小型レンズアレイ(124)との間に配置された可変屈折率材料(158)を構成する複数の領域の各々に個別に印加して、前記可変屈折率材料(158)の屈折率の変化を誘発することを備え、前記屈折率の前記変化は、前記小型レンズアレイ(124)に出入りする光の入射角を変化させる、方法。 - ニアアイディスプレイシステムにおける方法であって、
第1に、前記ニアアイディスプレイシステム(100)のアイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用して前記ニアアイディスプレイシステム(100)のディスプレイパネル(118)に対するユーザの眼(132)の第1の姿勢を決定することと、
要素画像のアレイ(122)を備える一体型ライトフィールドフレーム(120)をレンダリングすることと、
前記ユーザの眼の前記第1の姿勢に基づき、小型レンズアレイ(124)における前記眼(132)の焦点が合う範囲を、第1の調節範囲(506)に調節することと、
前記小型レンズアレイ(124)を使用して表示のための前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を提示することとを備え、さらに、
第2に、前記アイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用して前記ディスプレイパネルに対する前記ユーザの眼(132)の第2の姿勢を決定することとを備え、前記第2の姿勢は、前記第1の姿勢とは異なり、前記方法はさらに、
前記ユーザの眼の前記第2の姿勢に基づき前記小型レンズアレイの前記第1の調節範囲(506)を第2の調節範囲(512)へと調整し、前記小型レンズアレイ(124)を使用して表示のための前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を提示することとを備え、前記第2の調節範囲(512)は、前記第1の調節範囲(506)とは異なり、
前記第1の調節範囲を前記第2の調節範囲に調整することは、電圧を、可変屈折率材料を備える前記小型レンズアレイ(124)内の複数の小型レンズ(126)の各々に個別に印加して、前記複数の小型レンズの屈折率の変化を誘発することを備え、前記屈折率の前記変化は、前記小型レンズアレイ(124)に出入りする光の出射角を変化させる、方法。 - ニアアイディスプレイシステムにおける方法であって、
第1に、前記ニアアイディスプレイシステム(100)のアイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用して前記ニアアイディスプレイシステム(100)のディスプレイパネル(118)に対するユーザの眼(132)の第1の姿勢を決定することと、
要素画像のアレイ(122)を備える一体型ライトフィールドフレーム(120)をレンダリングすることと、
前記ユーザの眼の前記第1の姿勢に基づき、小型レンズアレイ(124)における前記眼(132)の焦点が合う範囲を、第1の調節範囲(506)に調節することと、
前記小型レンズアレイ(124)を使用して表示のための前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を提示することとを備え、さらに、
第2に、前記アイトラッキングコンポーネント(106,108)を使用して前記ディスプレイパネルに対する前記ユーザの眼(132)の第2の姿勢を決定することとを備え、前記第2の姿勢は、前記第1の姿勢とは異なり、前記方法はさらに、
前記ユーザの眼の前記第2の姿勢に基づき前記小型レンズアレイの前記第1の調節範囲(506)を第2の調節範囲(512)へと調整し、前記小型レンズアレイ(124)を使用して表示のための前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を提示することとを備え、前記第2の調節範囲(512)は、前記第1の調節範囲(506)とは異なり、
前記第1の調節範囲を前記第2の調節範囲に調整することは、電圧を前記小型レンズアレイ(124)の第1の部分に備え付けられた可変屈折率材料を構成する複数の領域の各々に個別に印加して前記可変屈折率材料の屈折率の変化を誘発することを備え、前記小型レンズアレイの前記第1の部分は、前記小型レンズアレイの第2の部分(124)に対して独立にアドレス指定可能であり、さらに前記屈折率の前記変化は、前記小型レンズアレイの前記第2の部分(124)に出入りする光の出射角を変化させることなく、前記第1の部分に出入りする光の出射角を変化させる、方法。 - 前記ユーザの眼の前記第1の姿勢によって焦点を合わせられた物体(502)の仮想深度を前記一体型ライトフィールドフレーム内の他の物体(504)の前記仮想深度に対して識別することと、
前記小型レンズアレイ(124)の屈折率が、前記第1の調節範囲内の仮想深度における他の物体に焦点を合わせて提示するように、前記第1の調節範囲(506)を計算することをさらに備える、請求項7から9のいずれか1項に記載の方法。 - 前記ユーザの眼の前記第1の姿勢によって焦点を合わせられた対象物体(502)の仮想深度を、前記一体型ライトフィールドフレーム内の他の物体(504)の前記仮想深度に対して識別することと、
前記ユーザの眼の視線が前記対象物体(502)に焦点を合わせたときに、前記小型レンズアレイ(124)の屈折率が、前記第1の調節範囲内の仮想深度における他の物体を焦点を外して提示するように前記第1の調節範囲(506)を計算することとをさらに備える、請求項7から9のいずれか1項に記載の方法。 - ニアアイディスプレイシステムであって、
要素画像のアレイ(122)を備える一体型ライトフィールドフレーム(120)を表示するためのディスプレイパネル(118)と、
ユーザの眼(132)の姿勢を追跡するためのアイトラッキングコンポーネント(106,108)と、
前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を前記ユーザの眼(132)に提示するための小型レンズアレイ(124)と、
小型レンズアレイ(124)から投影される光の焦点距離を変化させることにより、前記一体型ライトフィールドフレーム(120)内の前記要素画像のアレイのための焦点を調節するためのレンダリングコンポーネント(104)とを備え、
前記レンダリングコンポーネントは、
前記ユーザの眼の前記姿勢によって焦点を合わせられた対象物体(502)の仮想深度を前記一体型ライトフィールドフレーム内の他の物体(504)の前記仮想深度に対して識別することと、
電圧を前記小型レンズアレイ(124)に備え付けられた可変屈折率材料を構成する複数の領域の各々に個別に印加して、前記可変屈折率材料の前記屈折率の変化を誘発し、前記小型レンズアレイ(124)に出入りする光の出射角を変化させることによって、前記要素画像のアレイのための前記焦点を調節するためのものである、ニアアイディスプレイシステム。 - ニアアイディスプレイシステムであって、
要素画像のアレイ(122)を備える一体型ライトフィールドフレーム(120)を表示するためのディスプレイパネル(118)と、
ユーザの眼(132)の姿勢を追跡するためのアイトラッキングコンポーネント(106,108)と、
前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を前記ユーザの眼(132)に提示するための小型レンズアレイ(124)と、
小型レンズアレイ(124)から投影される光の焦点距離を変化させることにより、前記一体型ライトフィールドフレーム(120)内の前記要素画像のアレイのための焦点を調節するためのレンダリングコンポーネント(104)とを備え、
前記小型レンズアレイは、可変屈折率材料を備え、さらに前記レンダリングコンポーネントは、電圧を前記小型レンズアレイ(124)内の複数の小型レンズ(126)の各々に独立して印加して、前記複数の小型レンズ(126)の前記屈折率の変化を誘発し、前記小型レンズアレイ(124)に出入りする光の出射角を変化させることによって、前記要素画像のアレイのための前記焦点を調節するためのものである、ニアアイディスプレイシステム。 - ニアアイディスプレイシステムであって、
要素画像のアレイ(122)を備える一体型ライトフィールドフレーム(120)を表示するためのディスプレイパネル(118)と、
ユーザの眼(132)の姿勢を追跡するためのアイトラッキングコンポーネント(106,108)と、
前記一体型ライトフィールドフレーム(120)を前記ユーザの眼(132)に提示するための小型レンズアレイ(124)と、
小型レンズアレイ(124)から投影される光の焦点距離を変化させることにより、前記一体型ライトフィールドフレーム(120)内の前記要素画像のアレイのための焦点を調節するためのレンダリングコンポーネント(104)とを備え、
前記ディスプレイパネル(118)と前記小型レンズアレイ(124)との間に配置された可変屈折率材料(158)をさらに備え、
前記可変屈折率材料(158)は、複数の領域により構成され、前記複数の領域の各々に個別に印加することにより、前記可変屈折率材料の前記屈折率の変化を誘発し、前記小型レンズアレイ(124)に出入りする光の入射角を変化させる、ニアアイディスプレイシステム。 - 前記アイトラッキングコンポーネントは、
光を前記ユーザの眼上へと投影するための1つまたは複数の赤外(IR)照明器の組と、
前記小型レンズアレイ(124)と前記ディスプレイパネル(118)との間に配置され、前記小型レンズアレイ(124)を通して前記ユーザの眼(132)に向かって配向された撮像カメラとを備える、請求項12から14のいずれか1項に記載のニアアイディスプレイシステム。 - レンダリングシステムであって、
少なくとも1つのプロセッサ(136,138,140)と、
アイトラッキングコンポーネント(106,108)からのデータを受信するための入力とを備え、前記データは、ニアアイディスプレイパネル(118)に対するユーザの眼の姿勢を表し、前記レンダリングシステムはさらに、
実行可能な命令の組を格納するためのストレージコンポーネント(142)を備え、実行可能な命令の前記組は、前記少なくとも1つのプロセッサ(136,138,140)を操作して、要素画像のアレイ(122)を備える一体型ライトフィールドフレーム(120)をレンダリングさせるように構成され、実行可能な命令の前記組は、前記少なくとも1つのプロセッサ(136,138,140)を操作して、前記ユーザの眼(132)の前記姿勢に基づき前記一体型ライトフィールドフレーム(120)内の前記要素画像のアレイのための焦点を調節させるように構成され、
実行可能な命令の前記組は、前記少なくとも1つのプロセッサを操作して、
前記ユーザの眼(132)の前記姿勢によって焦点を合わせられた対象物体(502)の仮想深度を前記一体型ライトフィールドフレーム内の他の物体(504)の前記仮想深度に対して識別することと、
小型レンズアレイに備え付けられた可変屈折率材料を構成する複数の領域の各々に個別に印加されるべき電圧を計算し、前記可変屈折率材料の前記屈折率の変化を誘発して、前記小型レンズアレイ(124)に出入りする光の出射角を変化させることによって前記焦点を調節させることとにより構成される、レンダリングシステム。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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