特許 7482020 ニアアイライトフィールド表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-01

(45)【発行日】2024-05-13

(54)【発明の名称】ニアアイライトフィールド表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20240502BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20240502BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20240502BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20240502BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

G02B3/00 A

G02B5/00 B

G02B27/02 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020215980

(22)【出願日】2020-12-25

(65)【公開番号】P2022048065

(43)【公開日】2022-03-25

【審査請求日】2023-05-17

(31)【優先権主張番号】202010959076.2

(32)【優先日】2020-09-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】500093133

【氏名又は名称】中強光電股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 瑞翊

(72)【発明者】

【氏名】簡 宏達

【審査官】堀井 康司

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２２５４８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０６１０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１４１９０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００－１７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２－２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００－２５／０４

Ｇ０２Ｂ ３／００

Ｇ０２Ｂ ５／００

Ｇ０２Ｂ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニアアイライトフィールド表示装置であって、
前記ニアアイライトフィールド表示装置は表示素子、マイクロレンズアレイ、第一遮光素子及び第二遮光素子を含み、
前記表示素子が画像光束を提供し、
前記マイクロレンズアレイが前記画像光束の伝達経路上に位置し、前記マイクロレンズアレイが繋がった複数のマイクロレンズを有し、
前記第一遮光素子が前記表示素子と前記マイクロレンズアレイとの間に位置し、前記第一遮光素子が複数の第一遮光エリアを含み、
前記第二遮光素子が複数の第二遮光エリアを含み、前記マイクロレンズアレイが前記第一遮光素子と前記第二遮光素子との間に位置し、
前記複数の第一遮光エリア及び前記複数の第二遮光エリアはそれぞれ前記マイクロレンズアレイの前記複数のマイクロレンズの交差部の位置に対応し、かつ、各前記複数のマイクロレンズの直径と前記複数のマイクロレンズのレンズ間隔の比率が０．８より小さいことを特徴とする、ニアアイライトフィールド表示装置。

【請求項2】

前記第一遮光素子及び前記第二遮光素子が透光シートであることを特徴とする、請求項１に記載のニアアイライトフィールド表示装置。

【請求項3】

前記複数の第一遮光エリア及び前記複数の第二遮光エリアが透光シート中の非透光領域であることを特徴とする、請求項２に記載のニアアイライトフィールド表示装置。

【請求項4】

前記第一遮光素子及び前記第二遮光素子が前記マイクロレンズアレイの表面上の光学コーティング層であることを特徴とする、請求項１に記載のニアアイライトフィールド表示装置。

【請求項5】

前記複数の第一遮光エリア及び前記複数の第二遮光エリアが不透光コーティング層であることを特徴とする、請求項１に記載のニアアイライトフィールド表示装置。

【請求項6】

前記複数のマイクロレンズの直径が０．５ｍｍから１．５ｍｍの間にあることを特徴とする、請求項１に記載のニアアイライトフィールド表示装置。

【請求項7】

前記複数の第一遮光エリアが前記ニアアイライトフィールド表示装置の光軸に垂直な面積は、前記複数の第二遮光エリアが前記光軸に垂直な面積より小さいことを特徴とする、請求項１に記載のニアアイライトフィールド表示装置。

【請求項8】

前記ニアアイライトフィールド表示装置はさらに二つのレンズ素子を含み、
前記マイクロレンズアレイ、前記第一遮光素子及び前記第二遮光素子が前記二つのレンズ素子の間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のニアアイライトフィールド表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は表示装置に関し、特にニアアイライトフィールド表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

表示技術の進歩に伴い、及びハイテクノロジーが人々に望まれる中、ニアアイディスプレイ（Ｎｅａｒ Ｅｙｅ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＮＥＤ）及びヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ-ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＨＭＤ）は今や非常に発展潜在力のある製品とされている。ニアアイ表示技術はその関連応用において、拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＡＲ）技術及び仮想現実（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＶＲ）技術に分類されている。ここで、ライトフィールドニアアイディスプレイ（Ｌｉｇｈｔ ｆｉｅｌｄ ｎｅａｒ ｅｙｅ ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＦＮＥＤ）はリアルタイムのライトフィールド情報を有するため、適合的眼球離反運動の不一致（Ｖｅｒｇｅｎｃｅ Ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｌｉｃｔ、ＶＡＣ）問題を解決し、かつ、奥行のある画像情報を提供することができるため、ニアアイ表示技術の拡張現実技術及び仮想現実技術に応用される。

【0003】

一般的に、ライトフィールドディスプレイは空間多重式及び時間多重式の二種類に分けられている。時間多重式のライトフィールドディスプレイは、マイクロ機械電気素子（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を用いて虚像の位置を変更し、前景後景の明瞭度を調整するものである。一方、空間多重式のライトフィールドディスプレイは、マイクロ発光ダイオードディスプレイ（Ｍｉｃｒｏ―ＬＥＤ）、マイクロ有機発光ダイオードディスプレイ（Ｍｉｃｒｏ―ＯＬＥＤ）及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの表示素子を用いて、ライトフィールドサブ画像を例えばマイクロレンズアレイ（Ｍｉｒｏ-Ｌｅｎｓ Ａｒｒａｙ）といった光学素子より透過させ、視差画像を網膜上に重ねることで、ユーザに奥行のあるライトフィールド画像を見せるものである。

【0004】

ライトフィールド表示画像における単一のサブ画像は人の目の位置（人目位置）において人目移動範囲を形成することができるが、同じサブ画像が非適正なマイクロレンズアレイを通った場合、異なる人目移動範囲が形成され、この画像がノイズ画像となる。具体的に言うと、マイクロレンズアレイはその自身のレンズサイズが原因で周辺光線（ｍａｒｇｉｎａｌ ｒａｙ）が発生することがあり、比較的に大きい人目移動範囲が形成される。これによって、人目移動範囲の干渉現象が発生し、システムの使用可能な人目移動範囲が減少することになる。つまり、人目の瞳孔の位置がライトフィールドディスプレイの人目移動範囲の周縁部分に位置するが人目移動範囲を超えていない場合、実験シミュレーションからわかったのは、依然としてゴースト（ｇｈｏｓｔ）が発生し、かつ、干渉状態において人目の移動範囲が縮小される。

【0005】

「背景技術」は本発明内容に関する理解を促すことのみが目的であり、「背景技術」の記載内容には当業者が既知の従来技術以外の構成が含まれている可能性がある。「背景技術」に記載された内容は、当該内容または本発明の一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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、人目移動範囲が主画像とゴーストの間における干渉問題を軽減し、かつ光学画像の奥行を深めることができるニアアイライトフィールド表示装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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より一層理解を深めることができる。

【0008】

前記目的の一つ、一部またはすべて、またはその他の目的を実現するために、本発明は表示素子、マイクロレンズアレイ、第一遮光素子及び第二遮光素子を含むニアアイライトフィールド表示装置を提供する。表示素子は画像光束を提供する。マイクロレンズアレイは画像光束の伝達経路上に位置する。マイクロレンズアレイは繋がった複数のマイクロレンズを有する。第一遮光素子は表示素子とマイクロレンズアレイとの間に位置し、第一遮光素子は複数の第一遮光エリアを含む。マイクロレンズアレイは第一遮光素子と第二遮光素子との間に位置し、第二遮光素子は複数の第二遮光エリアを含み、第一遮光エリア及び第二遮光エリアは画像光束がマイクロレンズの交差部を通過する伝達経路上に位置し、かつ、マイクロレンズの直径とマイクロレンズのレンズ間隔の比率が０．８より小さい。

【0009】

以上により、本発明の実施例は少なくとも以下の利点または効果の一つを有する。本発明のニアアイライトフィールド表示装置において、ニアアイライトフィールド表示装置は、マイクロレンズアレイ、及びマイクロレンズアレイの前後に配置された第一遮光素子と第二遮光素子を含む。なお、第一遮光素子と第二遮光素子はそれぞれマイクロレンズの交差部の位置に対応する複数の第一遮光エリア及び第二遮光エリアを含む。従って、表示素子の複数のサブ表示ユニットが複数のサブ画像光束を対応するマイクロレンズまで提供する時に、第一遮光エリア及び第二遮光エリアの遮光効果によってピンホールのような効果が得られるため、人目移動範囲が主画像とゴーストの間における干渉問題を軽減することができる。また、第一遮光エリア及び第二遮光エリアによって絞り値を高めることができ、光学奥行範囲を広げて、より良い深さ表示効果が得られる。

【0010】

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

【発明の効果】

【0011】

本発明は、人目移動範囲が主画像とゴーストの間における干渉問題を軽減し、かつ光学画像の奥行を深めることができるニアアイライトフィールド表示装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例のニアアイライトフィールド表示装置の概略図。

【図2A】実施例のニアアイライトフィールド表示装置の人目位置における光強度分布図。

【図2B】異なる実施例のニアアイライトフィールド表示装置が人目位置における光強度分布図。

【図3】図１の領域Ａに比較される別の実施例の概略図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の前記及びその他の技術内容、特徴と効果を明確に示すべく、以下は図面を参照しながらその好ましい実施例を詳しく説明する。以下の実施例において言及される方向用語、例えば、上、下、左、右、前及び後などは、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を目的とするものであり、本発明を制限するものではない。

【0014】

図１は本発明の一実施例のニアアイライトフィールド表示装置の概略図である。図１を参照すると、本実施例が提供するニアアイライトフィールド表示装置１００はユーザの少なくとも一つの目ＥＹの前方に配置される。ニアアイライトフィールド表示装置１００は表示素子１１０、マイクロレンズアレイ１２０、第一遮光素子１３０及び第二遮光素子１４０を含む。

【0015】

表示素子１１０は画像光束ＩＬをマイクロレンズアレイ１２０、第一遮光素子１３０及び第二遮光素子１４０に提供する。本実施例において、表示素子１１０はライトフィールドディスプレイであり、かつ、マイクロ発光ダイオードディスプレイ（Ｍｉｃｒｏ―ＬＥＤ）、マイクロ有機発光ダイオードディスプレイ（Ｍｉｃｒｏ―ＯＬＥＤ）及び液晶型ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイであってもよいが、本発明はこれに限定されない。

【0016】

マイクロレンズアレイ１２０は画像光束ＩＬが目ＥＹまで伝達される経路上に位置する。マイクロレンズアレイ１２０は互いに繋がった複数のマイクロレンズ１２２を有する。具体的に言うと、図１が示すように、本実施例において、表示素子１１０は複数のサブ表示ユニット（図示せず）を含み、それぞれが画像光束ＩＬ中の複数のサブ画像光束ＳＬを提供し、サブ画像光束ＳＬがそれぞれ異なるマイクロレンズ１２２に伝達されて通過し、ライトフィールド情報を生成する。従って、複数のサブ画像光束ＳＬから、ライトフィールド情報を有する画像光束ＩＬが形成され、立体空間において多焦点平面（ｍｕｌｔｉｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅｓ）を形成する効果が得られ、これにより深さを有する画像情報を提供し、光学効果によってユーザの網膜に重なって視差画像を形成し、ユーザに深さを有するライトフィールド画像ＩＭを見せることができるが、本発明はこれに限定されない。本実施例において、複数のマイクロレンズ１２２の直径Ｃが０．５ｍｍから１．５ｍｍの間にある。

【0017】

第一遮光素子１３０は表示素子１１０とマイクロレンズアレイ１２０との間に位置し、第二遮光素子１４０はマイクロレンズアレイ１２０とユーザの目ＥＹとの間に位置する。言い換えれば、マイクロレンズアレイ１２０は第一遮光素子１３０と第二遮光素子１４０との間に位置する。第一遮光素子１３０は複数の第一遮光エリアＭ１を含み、かつ第二遮光素子１４０は複数の第二遮光エリアＭ２を含む。また、複数の第一遮光エリアＭ１及び複数の第二遮光エリアＭ２は、画像光束ＩＬが複数のマイクロレンズ１２２の交差部Ｆを通過する伝達経路上に位置し、かつ、各マイクロレンズ１２２の直径Ｃと各マイクロレンズ１２２のレンズ間隔Ｄとの比率が０．８より小さい。

【0018】

例を挙げると、本実施例において、第一遮光素子１３０及び第二遮光素子１４０が透光シートであり、かつ、第一遮光エリアＭ１及び第二遮光エリアＭ２が透光シートにおける非透光領域であり、例えば黒色材料または吸光材料である。また、本実施例において、第一遮光エリアＭ１がニアアイライトフィールド表示装置１００の光軸Ｉに垂直な面積は第二遮光エリアＭ２が光軸Ｉに垂直な面積より小さい。従って、複数のサブ画像光束ＳＬがそれぞれ異なるマイクロレンズ１２２に伝達されて通過する時に、第一遮光エリアＭ１及び第二遮光エリアＭ２の遮光効果によって、人目移動範囲が主画像とゴーストの間における干渉問題を軽減することができる。また、本実施例は第一遮光エリアＭ１及び第二遮光エリアＭ２によって絞り値を高めることができるため、光学奥行範囲をさらに広げて、ピンホールのような機能を実現し、より良い深さ表示効果が得られる。

【0019】

本実施例において、ニアアイライトフィールド表示装置１００はさらに二つのレンズ素子１５０を含む。マイクロレンズアレイ１２０、第一遮光素子１３０及び第二遮光素子１４０が二つのレンズ素子１５０の間に配置される。二つのレンズ素子１５０が平凸レンズまたは両凸レンズであっても、または非球面レンズであってもよいが、本発明はこれに限定されない。本実施例において、ニアアイライトフィールド表示装置１００が異なる光学素子の関連光学パラメータを調整することで、画像差をさらに低減させ、かつ、ライトフィールド画像の結像品質を高めることができる。

【0020】

図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ異なる実施例のニアアイライトフィールド表示装置の人目位置における光強度分布図である。図１、図２Ａ及図２Ｂを参照する。図２Ａは従来のニアアイライトフィールド表示装置に対応し、図１が示すような第一遮光素子１３０及び第二遮光素子１４０が配置されていない。図２Ｂは図１が示すニアアイライトフィールド表示装置１００に対応する。曲線２０１、２０３はそれぞれ異なる実施例中の適正な経路の光線が人目の異なる移動範囲における光強度を示し、曲線２０２、２０４はそれぞれ異なる実施例中の非適正な経路の光線（即ち、迷光、ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ）が人目の異なる移動範囲における光強度を示す。なお、図２Ａの実施例において、マイクロレンズ１２２の直径Ｃが比較的に大きいため、周辺光線の人目移動範囲Ｒｍと主光線の人目移動範囲Ｒｃの差が過大になり、比較的に大きい人目干渉範囲Ｂが発生する。一方、図２Ｂの実施例では、マイクロレンズ１２２の直径Ｃが０．５ｍｍから１．５ｍｍの間にある。これにより、周辺光線の人目移動範囲Ｒｍと主光線の人目移動範囲Ｒｃの差が縮小され、人目干渉範囲Ｂが縮小される。

【0021】

図３は図１の領域Ａに比較された別の実施例のニアアイライトフィールド表示装置の一部の概略図である。本実施例で示されたニアアイライトフィールド表示装置１００Ａの一部は図１のニアアイライトフィールド表示装置１００に類似している。両者の相違点は、本実施例において、第一遮光素子１３０Ａ及び第二遮光素子１４０Ａが図１の第一遮光素子１３０及び第二遮光素子１４０と異なる。詳しく言うと、本実施例のおける第一遮光素子１３０Ａ及び第二遮光素子１４０Ａがマイクロレンズアレイ１２０の表面上の不透光コーティング層として設計され、例えば、吹き付け染料またはフォトレジストを用いて製作される。これにより、余分の光学素子を配置する必要がなく、かつ異なる光学素子を配置した時に発生する光学誤差を回避できる。従って、複数のサブ画像光束ＳＬがそれぞれ異なるマイクロレンズ１２２に伝達されて通過する時に、第一遮光エリアＭ１及び第二遮光エリアＭ２の遮光効果によって、ピンホールのような機能を実現し、人目移動範囲が主画像とゴーストの間における干渉問題を軽減することができる。また、本実施例は第一遮光エリアＭ１及び第二遮光エリアＭ２によって絞り値を高めることができるため、光学奥行範囲をさらに広げて、より良い深さ表示効果が得られる。

【0022】

以上を纏めると、本発明のニアアイライトフィールド表示装置において、ニアアイライトフィールド表示装置はマイクロレンズアレイ、及びマイクロレンズアレイの前後に配置された第一遮光素子と第二遮光素子を含む。なお、第一遮光素子と第二遮光素子はそれぞれマイクロレンズの交差部の位置に対応する複数の第一遮光エリア及び第二遮光エリアを含む。従って、表示素子の複数のサブ表示ユニットがそれぞれ複数のサブ画像光束を対応するマイクロレンズまで提供する時に、第一遮光エリア及び第二遮光エリアの遮光効果により、人目移動範囲が主画像とゴーストとの間における干渉問題を軽減することができる。また、第一遮光エリア及び第二遮光エリアにより、絞り値をさらに高め、ピンホールのような効果が得られ、光学奥行範囲をさらに広げて、より良い深さ表示効果が得られる。

【0023】

以上は本発明の好ましい実施例のみであり、本発明の実施範囲がこれに限定されず、本発明の請求の範囲及び発明内容に基づいて行われた簡単、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、必ずしも本発明のすべての目的または利点または特徴を達成するものとは限らない。また、要約書と発明の名称は特許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、明細書で言及される「第一」、「第二」等の用語は素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を示しものであり、素子の数の上限または下限を制限するものではない。

【符号の説明】

【0024】

１００、１００Ａ ニアアイライトフィールド表示装置
１１０ 表示素子
１２０ マイクロレンズアレイ
１２２ マイクロレンズ
１３０、１３０Ａ 第一遮光素子
１４０、１４０Ａ 第二遮光素子
１５０ レンズ素子
２０１、２０２、２０３、２０４ 曲線
Ｂ 人目干渉範囲
Ｃ 直径
Ｄ レンズ間隔
ＥＹ 目
Ｉ 光軸
ＩＬ 画像光束
ＩＭ ライトフィールド画像
Ｍ１ 第一遮光エリア
Ｍ２ 第二遮光エリア
Ｒｃ 主光線の人目移動範囲
Ｒｍ 周辺光線の人目移動範囲
ＳＬ サブ画像光束

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】