特開 2024-125976 斜視矯正機能付きＶＲヘッドマウントディスプレイ及びその運用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125976

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】斜視矯正機能付きＶＲヘッドマウントディスプレイ及びその運用方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 3/08 20060101AFI20240911BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

A61B3/08

G02B27/02 Z

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066667

(22)【出願日】2023-04-14

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-09-10

(31)【優先権主張番号】112107179

(32)【優先日】2023-02-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】504117165

【氏名又は名称】逢甲大學

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】蔡 明翰

(72)【発明者】

【氏名】呂 瑞邦

(72)【発明者】

【氏名】林 慧茹

【テーマコード（参考）】

2H199

4C316

【Ｆターム（参考）】

2H199CA04

2H199CA48

2H199CA77

2H199CA91

2H199CA92

2H199CA96

2H199CA97

4C316AA16

4C316AB16

4C316FA01

4C316FC12

4C316FZ01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】斜視矯正機能付きＶＲヘッドマウントディスプレイ及びその運用方法を提供する。
【解決手段】本発明は、斜視矯正機能付きのＶＲヘッドマウントディスプレイ１０及びその運用方法であり、ヘッドマウントディスプレイを介して使用者の眼球運動を検出することで、斜視に必要な補償角度を得、処理モジュール３００は補償角度に基づいて補償画像を生成して使用者に観視させる。プリズムディオプターレンズシミュレーションシステムを組み込んだヘッドマウントディスプレイは、斜視矯正中で常用のプリズムディオプターレンズの効果をシミュレートすることができる。仮想デバイスの使用時に、使用者の眼球移動方向を自動的に検出し、プリズムディオプターレンズの矯正効果を増減させ、長期間の使用により、使用者の斜視の程度を軽減させ、視力矯正及び治療の目的を達成できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

使用者の検査用のテスト画面を表示するための表示ユニットと、
前記使用者が前記テスト画面を観視する時、前記使用者の眼球の偏角を検出する検出素子と、
前記表示ユニット及び前記検出素子に接続される処理モジュールと、
前記表示ユニット及び前記処理モジュールに接続される光学シミュレーション素子と
を含む斜視矯正機能付きのヘッドマウントディスプレイであって、
前記光学シミュレーション素子及び前記処理モジュールは、分析のため前記偏角を取得し、分析結果に基づき補償画像を前記表示ユニットに出力するヘッドマウントディスプレイ。

【請求項2】

前記テスト画面には、テストパターンが含まれる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項3】

前記分析結果は、前記検出素子は前記偏角が０度であることを検出した時、前記光学シミュレーション素子及び前記処理モジュールによって得られた補償角度である請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項4】

前記偏角が０度を超える場合、前記光学シミュレーション素子は前記偏角に基づいてシミュレートして、少なくとも１つの調整後のテスト画面を前記表示ユニットに出力し、前記使用者の再度テストのために提供され、前記検出素子は眼球運動の前記偏角が０度であることを検出すると、検査が完了したことになる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項5】

前記処理モジュールは、前記使用者が必要とする前記補償角度に基づいて光学シミュレーションを行って前記補償画像を得、前記使用者に観視させるため、前記表示ユニットに表示する請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項6】

前記光学シミュレーション素子には、プリズム屈折方法又はカメラ回転方法が含まれる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項7】

前記処理モジュールは、中央演算処理装置、グラフィックスプロセッサ又はその組み合わせである請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項8】

前記表示ユニットには、能動型発光ディスプレイ、受動型発光ディスプレイ或いは３Ｄ表示ディスプレイが含まれる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項9】

前記検出素子は、アイトラッカーである請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項10】

請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイを用意するステップＳ１、
使用者の検査用のテスト画面を表示するステップＳ２、
前記使用者が前記テスト画面を観視する時、前記使用者の眼球の偏角を検出するステップＳ３、
前記偏角に基づきシミュレートして少なくとも１つの調整後のテスト画面を得るステップＳ４、
前記調整後のテスト画面を前記使用者の再度テストのために提供し、ステップＳ３内で検出された前記偏角が０度になり、前記処理モジュールは前記使用者が必要とする補償角度を得るまでステップＳ２～Ｓ５を繰り返すステップＳ５、及び
前記処理モジュールは前記補償角度に基づき前記使用者に観視させるための補償画像を生成するステップＳ６
を含む斜視矯正機能付きのヘッドマウントディスプレイの運用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、斜視矯正機能付きＶＲ（Virtual reality、仮想現実）ヘッドマウントディスプレイに関し、特に、プリズムディオプター（Ｐｒｉｓｍ Ｄｉｏｐｔｅｒ、ＰＤ）レンズシミュレーションシステムを組み込んだヘッドマウントデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

目は魂の窓であり、目を通じて外的現実を見ることができるが、目も多くの人間の臓器と同様に、先天性か後天性かにかかわらず、異常が発生して視力低下につながることがあり、例えば焦点ぼけ（近視又は遠視など）或いは散乱（斜視又は乱視など）などの屈折異常である。

【0003】

大部分の観視の条件において、健康な両目の視線はそろい、視軸が平行である。斜視は、眼位ずれの視覚障害であり、主な治療目標は、注視する全ての距離と方向において快適で単一視であってかつ明瞭で正常な両眼視の獲得である。通常、眼鏡と手術を組み合わせて治療している。

【0004】

斜視の検出には、主に瞳孔対光反射検査（Ｈｉｒｓｃｈｂｅｒｇ ｔｅｓｔ）、遮閉試験（ｃｏｖｅｒ－ｕｎｃｏｖｅｒ ｔｅｓｔ）、プリズム遮蔽試験が含まれる。瞳孔対光反射検査は、被験者が遠方の一点を固視し、各瞳孔の対光反射の位置が対称であれば両眼は平行であり、逆に非対称であれば斜視となる可能性があり、斜視角は適切な強度のプリズムによる反射の対称性によって測定できる。２番目の試験方法は、遮閉試験（ｃｏｖｅｒ－ｕｎｃｏｖｅｒ ｔｅｓｔ）で、患者が近く又は遠くの対象物を見る時片眼を遮閉して、医師は遮閉されていない他眼の動きを観察し、さまざまな強度のプリズムと方向で試験を繰り返し、斜視角を測定する。最後はプリズム遮蔽試験で、目の偏移の程度により、プリズムロッド又はプリズムレンズを介して遮閉されていない眼の眼球運動に伴うバランスをとって眼球偏位の程度を求め、かつ水平斜視と垂直斜視を別々に実施する必要があり、試験過程は煩雑で患者の十分な協力の必要がある。なお、遮閉試験及びプリズム遮蔽試験は、試験段階中に患者の眼球が動いたかどうかを判断するため、専門家の主観的な判断が必要である。上記の試験方法はステップの煩雑以外に、測定に影響を与える多くの要因があるため、測定結果が正確ではない可能性があり、専門家が実施する必要がある。

【0005】

また、市場における仮想現実（Ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ、ＶＲ）デジタル画像装置の台頭により、ＶＲヘッドマウントディスプレイは視力の弱い人々に適する表示画面を提供しない。如何にして斜視患者向けのヘッドマウントディスプレイを提供するかも現在、市場における喫緊の課題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、表示ユニットと、検出素子と、処理モジュールと、光学シミュレーション素子とを含む、斜視矯正機能付きヘッドマウントディスプレイを提供する。表示ユニットは、使用者の検査用のテスト画面を表示するために用いられる。前記使用者が前記テスト画面を観視する時、検出素子は、前記使用者の眼球の偏角を検出する。処理モジュールは、前記表示ユニット及び前記検出素子に接続される。光学シミュレーション素子は、前記表示ユニット及び前記処理モジュールに接続される。前記光学シミュレーション素子及び前記処理モジュールは、分析のため前記偏角を取得し、分析結果に基づき補償画像を前記表示ユニットに出力する。

【0007】

本発明の実施形態におけるヘッドマウントディスプレイの運用方法は、斜視矯正機能付きのヘッドマウントディスプレイを用意するステップＳ１、使用者の検査用のテスト画面を表示するステップＳ２、前記使用者が前記テスト画面を観視する時、前記使用者の眼球の偏角を検出するステップＳ３、前記偏角に基づきシミュレートして少なくとも１つの調整後のテスト画面を得るステップＳ４、前記調整後のテスト画面を前記使用者の再度テストのために提供し、ステップＳ３内で検出された前記偏角が０度になり、前記処理モジュールは前記使用者が必要とする補償角度を得るまでステップＳ２～Ｓ５を繰り返すステップＳ５、及び前記処理モジュールは前記補償角度に基づき前記使用者に観視させるための補償画像を生成するステップＳ６を含む。

【0008】

以上の本発明に対する略述は、本発明の幾つか態様及び技術的特徴に対し基本的な説明を行うことを目的とする。発明の略述は、本発明に対する詳細な記述ではないため、その目的は特別に本発明のキーとなる或いは重要要素を挙げることなく、本発明の範囲を特定するために用いられることはなく、簡明な方式でのみ本発明の数種概念を開示する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態におけるヘッドマウントディスプレイの構成要素を示す概略図である。

【図2】使用者の眼球が本発明の実施形態におけるヘッドマウントディスプレイによって追跡されている様子を示す概略図である。

【図3】本発明の実施形態におけるヘッドマウントディスプレイの運用方法を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の技術的特徴及び実用効果を理解し、明細書の内容に基づいて実施できるため、更に図面に示す好ましい実施形態で次の通り詳細に説明する。

【0011】

本発明は、人の目の視力低下を検出することによって補償画面を用いて目の視力を矯正するものである。図１は、本発明の斜視矯正機能付きヘッドマウントディスプレイの構成要素を示す概略図である。

【0012】

図１に示すように、本発明は、表示ユニット１００と、検出素子２００と、処理モジュール３００と、光学シミュレーション素子４００とを含む、斜視矯正機能付きヘッドマウントディスプレイ１０を提供する。表示ユニット１００は、使用者ＵＥの検査用のテスト画面110を表示するために用いられる。前記使用者ＵＥが前記テスト画面110を観視する時、検出素子２００は、前記使用者ＵＥの眼球の偏角を検出する。処理モジュール３００は、前記表示ユニット１００及び前記検出素子２００に接続される。光学シミュレーション素子４００は、前記表示ユニット１００及び前記処理モジュール３００に接続される。前記光学シミュレーション素子４００及び前記処理モジュール３００は、分析のため前記偏角を取得し、分析結果に基づき補償画像を前記表示ユニット１００に出力する。

【0013】

さらに説明すると、図２に示すように、使用者ＵＥがヘッドマウントディスプレイ１０を装着した後、両目は全過程を通してテスト画面１１０内の円形のテストパターンを凝視し、実施形態では円で示され、テストパターンは形状や色を限定するものではなく、主な特徴が明確で、構造が単純であり、患者が理解できるように記述及び説明しやすいだけでよい。図２の検出素子２００は、左右の目を撮影する高速度カメラであるアイトラッカーであり、使用者ＵＥの両目の動きを捉える。

【0014】

図３は、本発明の実施形態におけるヘッドマウントディスプレイの運用方法を示す概略図である。図３に示すように、検出素子２００は、偏角が０度であることを検出すると、斜視検査が完了したことになる。１回目のテスト後に得られた使用者ＵＥの偏角が０度の場合、使用者ＵＥには斜視がないことを意味する。対照的に検出素子２００は、使用者ＵＥの偏角が０度より大きいことを検出した場合、光学シミュレーション素子４００は検出された偏角に応じてシミュレーションプリズム法或いはカメラ回転法で斜視をシミュレートし、調整後のテスト画面を表示ユニット１００に出力して、検出素子２００が眼球運動の偏角が０度になるまで使用者ＵＥの再度テストのために提供され、この時斜視を持つ使用者が必要とする補償角度を得て、検査が完了する。

【0015】

さらに説明すると、テストの最終段階において、使用者ＵＥのテスト結果、偏角が０度の場合、処理モジュール３００は補償角度を取得する。処理モジュール３００には中央演算処理装置及びグラフィックスプロセッサが含まれ、中央演算処理装置及びグラフィックスプロセッサを併用して補償角度で演算し、使用者ＵＥに適した補償画像、すなわち斜視矯正画像を得る。左右の目用の補償画像がヘッドマウントディスプレイ１０にそれぞれ表示されることで、使用者ＵＥが最良の視覚体験を得ることができるようにする。なお、ヘッドマウントディスプレイ１０は、測定された補償角度に基づいて画像の回転角度及び偏向角度を調整し、プリズムディオプターレンズシミュレーションシステムを組み込んだヘッドマウントディスプレイ１０は、斜視矯正中で常用のプリズムディオプターレンズの効果をシミュレートすることができる。仮想デバイスの使用時に、使用者ＵＥの眼球移動方向を自動的に検出し、プリズムディオプターレンズの矯正効果を増減させ、長期間の使用により、使用者の斜視の程度を軽減させ、視力矯正及び治療の目的を達成できる。

【0016】

なお、使用者ＵＥのユーザーエクスペリエンス又はゲーム過程に伴い、検出素子２００が使用者ＵＥの頭或いは目に大幅な移動があることを検出した時、処理モジュール３００はプリズムディオプター（Ｐｒｉｓｍ Ｄｉｏｐｔｅｒ、ＰＤ）を調整する。プリズムディオプターは目から6メートルの距離に物を置き、使用者ＵＥの左目が前記物を見る時（視野の真ん中）、右目が凝視する場所は真ん中に比べて数センチずれる程度のシミュレーション度数が低いレンズであると定義される。使用者のＵＥの頭又は目の移動が特定の振幅よりも大きい場合、使用者ＵＥはシナリオの微小な変化を気付くことができないため、プリズムディオプターの調整は、使用者ＵＥに気付くことが容易ではなく、長期間使用した後使用者ＵＥは斜視度数が低い環境に適応することで、視力矯正の効果を奏する。

【0017】

以上に説明するものは、本発明の好ましい実施形態であって、本発明の実施範囲は、そのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいて行われる簡単な変化と潤色は、本発明にカバーされる範囲内に属する。

【符号の説明】

【0018】

１００ 表示ユニット
１０ ヘッドマウントディスプレイ
１１０ テスト画面
２００ 検出素子
３００ 処理モジュール
４００ 光学シミュレーション素子
ＵＥ 使用者

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

使用者の検査用のテスト画面を表示するための表示ユニットと、
前記使用者が前記テスト画面を観視する時、前記使用者の眼球の偏角を検出する検出素子と、
前記表示ユニット及び前記検出素子に接続される処理モジュールと、
前記表示ユニット及び前記処理モジュールに接続される光学シミュレーション素子とを含む斜視矯正機能付きのヘッドマウントディスプレイであって、 前記光学シミュレーション素子及び前記処理モジュールは、前記検出素子が前記使用者の頭或いは目に大幅な移動があることを検出した時、分析のため前記偏角を取得し、分析結果に基づき補償画像を前記表示ユニットに出力するヘッドマウントディスプレイ。

【請求項2】

前記テスト画面には、テストパターンが含まれる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項3】

前記分析結果は、前記検出素子は前記偏角が０度であることを検出した時、前記光学シミュレーション素子及び前記処理モジュールによって得られた補償角度である請求項１に 記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項4】

前記偏角が０度を超える場合、前記光学シミュレーション素子は前記偏角に基づいてシミュレートして、少なくとも１つの調整後のテスト画面を前記表示ユニットに出力し、前記使用者の再度テストのために提供され、前記検出素子は眼球運動の前記偏角が０度であることを検出すると、検査が完了したことになる請求項１に記載のヘッドマウントディスレイ。

【請求項5】

前記処理モジュールは、前記使用者が必要とする前記補償角度に基づいて光学シミュレ ーションを行って前記補償画像を得、前記使用者に観視させるため、前記表示ユニットに 表示する請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項6】

前記光学シミュレーション素子には、プリズム屈折方法又はカメラ回転方法が含まれる 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項7】

前記処理モジュールは、中央演算処理装置、グラフィックスプロセッサ又はその組み合わせである請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項8】

前記表示ユニットには、能動型発光ディスプレイ、受動型発光ディスプレイ或いは３Ｄ 表示ディスプレイが含まれる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項9】

前記検出素子は、アイトラッカーである請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ 。

【手続補正書】

【提出日】2024-07-08

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

使用者の検査用のテスト画面を表示するための表示ユニットと、
前記使用者が前記テスト画面を観視する時、前記使用者の眼球の偏角を検出する検出素子と、
前記表示ユニット及び前記検出素子に接続される処理モジュールと、
前記表示ユニット及び前記処理モジュールに接続される光学シミュレーション素子とを含む斜視矯正機能付きのヘッドマウントディスプレイであって、前記光学シミュレーション素子及び前記処理モジュールは、前記検出素子が前記使用者の前記偏角が０度を超えることを検出した時、分析のため前記偏角を取得し、前記処理モジュールは分析結果に基づき、プリズムディオプター（Ｐｒｉｓｍ Ｄｉｏｐｔｅｒ、ＰＤ）を調整し、補償画像を前記表示ユニットに出力するヘッドマウントディスプレイ。

【請求項2】

前記テスト画面には、テストパターンが含まれる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項3】

前記分析結果は、前記検出素子は前記偏角が０度であることを検出した時、前記光学シミュレーション素子及び前記処理モジュールによって得られた補償角度である請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項4】

前記偏角が０度を超える場合、前記光学シミュレーション素子は前記偏角に基づいてシミュレートして、少なくとも１つの調整後のテスト画面を前記表示ユニットに出力し、前記使用者の再度テストのために提供され、前記検出素子は眼球運動の前記偏角が０度であることを検出すると、検査が完了したことになる請求項１に記載のヘッドマウントディスレイ。

【請求項5】

前記処理モジュールは、前記使用者が必要とする前記補償角度に基づいて光学シミュレーションを行って前記補償画像を得、前記使用者に観視させるため、前記表示ユニットに表示する請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項6】

前記光学シミュレーション素子には、プリズム屈折方法又はカメラ回転方法が含まれる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項7】

前記処理モジュールは、中央演算処理装置、グラフィックスプロセッサ又はその組み合わせである請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項8】

前記表示ユニットには、能動型発光ディスプレイ、受動型発光ディスプレイ或いは３Ｄ表示ディスプレイが含まれる請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項9】

前記検出素子は、アイトラッカーである請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。