(57)【要約】ヘッド・マウント・ディスプレイ（１０）は単一のＬＣＤ要素（１２）を備えて良い。ディスプレイエレメント（１２）は連続的に左右のイメージのペアを生成して良い。ビーム分割器  （１４）は、立体のイメージが単一のディスプレイエレメント（１２）から生成されるように、左目に連続的に最初のイメージを供給した後に右目に次のイメージを供給する事を繰り返すために利用されて良い。その結果、ヘッド・マウント・ディスプレイ（１０）の消費電力、コスト、サイズおよび重量が、幾つかの実施形態において低減され得る。
2006504979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のディスプレイからイメージを生成するステップと
ヘッド・マウント・ディスプレイからユーザの左目および右目に対して連続的に前記イメージを供給するステップと
を備える、方法。
【請求項２】
イメージを生成するステップが、第１時刻にビームを第１光路へと反射し、第２時刻に前記ビームを第２光路へと透過させるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
左目および右目に別々のイメージを供給するためにビームを分割するステップを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
異なる時刻に両眼のそれぞれに異なるイメージを供給するためにビームを分割するステップを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ビームを左のチャネルと右のチャネルに分割し、前記ユーザの目に対して各チャネルを選択的に表示するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ディスプレイからイメージを生成するステップと、
左目および右目用の２つのチャネルへイメージを含むビームを分割するステップと
を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
異なる目に各チャネルを透過させるステップを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２チャネル間の経路長の差を計算するステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１時刻において第１チャネル上にユーザの１つの目にイメージを表示するステップと、
第２時刻においてユーザの別の目に第２時刻にイメージを表示するステップと
を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
単一のディスプレイエレメントと、
前記ディスプレイエレメントから異なる時刻にユーザの左目および右目にイメージを供給する装置と
を備える、ヘッド・マウント・ディスプレイ。
【請求項１１】
前記装置がビーム分割器を備える、請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記装置が液晶シャッターを備える、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記装置が単一の液晶シャッターを備える、請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記装置が一対の液晶シャッターを備え、前記一対の液晶シャッターのそれぞれが、各目に対応している、請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記液晶シャッターがビーム分割器と一体化される、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記液晶シャッターおよび前記ビーム分割器が別々の装置である、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
前記ディスプレイエレメントと、ビーム分割器と、液晶シャッターを有する集積回路を備える、請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
前記ディスプレイエレメントから左目および右目までの異なる光経路長を調整するアダプタを備える、請求項１７に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
前記ビーム分割器によって前記左目および右目へと分割された光を透過させるための透過媒体を備える、請求項１８に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
前記透過媒体が反射表面を備える、請求項１９に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義にはユーザ前方に出現するイメージを表示するヘッド・マウント・ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザの前に浮かぶように見える仮想イメージを表示するために、ヘッド・マウント・ディスプレイは、ユーザの目に接近して位置するＬＣＤを使用し得る。ＬＣＤは非常に小型で有り得、従って比較的軽量であり、非常に携帯しやすいディスプレイシステムを可能にする。例えば、イメージがユーザの前方に出現し、ユーザはイメージを見ながら移動する事が出来る。これは、製品の組み立てのような比較的複雑な作業の遂行を容易にするという点で有用で有り得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
無論、ヘッド・マウント・ディスプレイを軽量に製作する事が可能になれば、ユーザが不快感を感じる事無くディスプレイによってイメージが生成される。ディスプレイの重量によってユーザの動作が妨げられると、ユーザがこれらの種類のディスプレイを使用したがらなくなる。
【０００４】
従来のヘッド・マウント・ディスプレイは、両目のそれぞれの前方にＬＣＤを備える。従って、立体、即ち三次元のイメージが生成され得る。
【０００５】
しかしながら、両目のそれぞれのために光学系およびディスプレイによって増加した重量によって、ヘッド・マウント・ディスプレイのユーザに対する負担が増加し得る。
【０００６】
立体のイメージをヘッド・マウント・ディスプレイに供給するためのよりよい方法の必要性が存在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１を参照して、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０はＬＣＤ１２を含んで良い。ＬＣＤ１２は、図示されていない適切な処理装置に接続されて良い。これらの装置が、ＬＣＤ１２上に表示するためのイメージを生成して良い。幾つかの場合において、処理装置はヘッド・マウント・ディスプレイの一部であってもよく、他の場合において、処理装置とヘッド・マウント・ディスプレイとは離れていても良い。
【０００８】
ＬＣＤ１２によって生成されたイメージは、ＬＣＤシャッター、ミラーおよびビーム分割器１４を通過する。ビーム分割器１４のＬＣＤシャッターは、或る時刻においてはイメージをビーム分割器１４内を通過させ、別の時刻においてはイメージを反射する。
【０００９】
従って、イメージが反射される場合、図１中のＲで示さるユーザの右目によって見られて良い。反対に、イメージが透過する場合、ユーザの左目（図１の中のＬ）によって見られるために、放物面鏡１６から反射されて良い。
【００１０】
ビーム分割器１４は、ビームを２つの別個のイメージへと分割し、ＬＣＤシャッターの操作によって異なった時間にこの分割を実行する。ＬＣＤシャッターは、ビーム分割器１４の透過率および（または）反射率の特性を変化させるための電子的に駆動される装置である。従って、ビーム分割器１４は、或る時刻においてはリフレクタとして動作し、別の時刻においては有効な透過装置として動作する。その結果、左右のイメージは、左および右の目に連続的に入射し得る。このイメージの連続的な交互移動が十分に高速に行われる場合、この交互移動はユーザによって認識され得ない。
【００１１】
ヘッド・マウント・ディスプレイ１０を図１で示されるように構成することによって、第２のＬＣＤ１２の必要性が無くなる。即ち、単一のＬＣＤ１２によって、異なる時刻に左目および右目に異なるイメージあるいはフレームを供給する事が出来る。その結果、視聴者は、持続的な立体の左右のイメージを見ていると考える。左右のイメージは、ビーム分割器１４の操作によって連続的かつ選択的に生成され、左目および右目に供給されて良い。
【００１２】
その結果、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の消費電力、重量およびサイズは、幾つかの実施形態において劇的に低減され得る。液晶シャッターは比較的軽量であるので、シャッターを追加してＬＣＤを省略することにより、重量がかなり低減される。さらに、液晶シャッターは追加のＬＣＤほど高価では無い。
【００１３】
図２を参照して、ディスプレイ１２は図１に示されたように操作されるが、ビーム分割器１４ａはビーム分割操作のみを行なう。この場合、液晶シャッター１８ａおよび１８ｂが、ユーザの左目（Ｌ）および右目（Ｒ）によって見られた左右のイメージのそれぞれに対して提供される。これによって、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０ａの重量およびサイズは多少増加するが、ビーム分割器１４の設計を単純化する事が出来る。
【００１４】
最後に図３を参照して、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０ｂはＬＣＤシャッター２０を備えて良い。この場合、ＬＣＤ１２によって生成されたイメージは、左および右の目に選択的かつ連続的に切り替える事が出来る。例えば、ディスプレイ１２のイメージは、最初に右目によって見る事が出来るようにビーム分割器２２によってミラー２６ａへと反射され、次の瞬間に左目によって見る事が出来るように透過した後にミラー２２によってミラー２６ｂへと反射されて良い。
【００１５】
イメージを左右両眼に提供するためのミラーが例証されたが、他の実施形態において、光ファイバー装置、グラス、ホログラフィー、あるいはこれらの装置の組合せを含む他の様々な種類の導波管が使用されて良い。
【００１６】
一実施形態において、左右両眼のために異なる光路程のイメージを、アダプタ２４によって調整しても良い。従って、ユーザから眺めた場合にイメージが同じ距離から来るように見えるように、アダプタ２２は、左右のイメージに対して異なる特性を有するレンズであって良い。本発明の一実施形態において、ディスプレイ１２、ビーム分割器２０、およびミラー２２の全てが、プロセッサのような他の要素を備え得る集積回路１４上で形成されて良い。さらに、要素１２、２０および２２は例えばマイクロ機械加工技術を使用して、集積回路１４のシリコン基板上で形成されて良い。この集積化によって、生産される製品のサイズを非常に小さくする事が出来る。
【００１７】
本発明は限られた数の実施形態に関して記載されたが、ここからの多数の修正変更を当業者は認めるであろう。本発明の真の精神および範囲内におけるこの種の修正変更の全てが添付の特許請求の範囲に包含される事が意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の概略図である。
【図２】本発明の他の実施形態の概略図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態の概略図である。
【図１】
2006504979.tif 000003
【図２】
2006504979.tif 000004
【図３】
2006504979.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月29日(2004.11.29)
【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】
単一のディスプレイからイメージを生成するステップと
ヘッド・マウント・ディスプレイからユーザの左目および右目に対して連続的に前記イメージを供給するステップと
を備える、方法。
【請求項２】
イメージを生成するステップが、第１時刻にビームを第１光路へと反射し、第２時刻に前記ビームを第２光路へと透過させるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
左目および右目に別々のイメージを供給するためにビームを分割するステップを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
異なる時刻に両眼のそれぞれに異なるイメージを供給するためにビームを分割するステップを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ビームを左のチャネルと右のチャネルに分割し、前記ユーザの目に対して各チャネルを選択的に表示するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ディスプレイからイメージを生成するステップと、
左目および右目用の２つのチャネルへイメージを含むビームを分割するステップと
を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
異なる目に各チャネルを透過させるステップを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２チャネル間の経路長の差を計算するステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１時刻において前記第１チャネルを介してユーザの１つの目にイメージを表示するステップと、
第２時刻において前記第２チャネル上を介してユーザの別の目にイメージを表示するステップと
を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
単一のディスプレイエレメントと、
前記ディスプレイエレメントから異なる時刻にユーザの左目および右目にイメージを供給する装置と
を備える、ヘッド・マウント・ディスプレイ。
【請求項１１】
前記装置がビーム分割器を備える、請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記装置が液晶シャッターを備える、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記装置が単一の液晶シャッターを備える、請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記装置が一対の液晶シャッターを備え、前記一対の液晶シャッターのそれぞれが、各目に対応している、請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記液晶シャッターがビーム分割器と一体化される、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記液晶シャッターおよび前記ビーム分割器が別々の装置である、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
前記ディスプレイエレメントと、ビーム分割器と、液晶シャッターを有する集積回路を備える、請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
前記ディスプレイエレメントから左目および右目までの異なる光経路長を調整するアダプタを備える、請求項１７に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
前記ビーム分割器によって前記左目および右目へと分割された光を透過させるための透過媒体を備える、請求項１８に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
前記透過媒体が反射表面を備える、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
イメージを供給するステップが、前記ヘッド・マウント・ディスプレイの一の液晶シャッターを通してユーザの左目および右目に対して連続的にイメージを供給するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ビーム分割器は、前記ディスプレイエレメントからのビームを異なる時刻に２つの異なるイメージに分割し、前記２つの異なるイメージをユーザの左目および右目に供給する、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項２３】
前記ビーム分割器は、第１時刻においてはリフレクタとして動作し、第２時刻においては透過装置として動作する、請求項２２に記載のディスプレイ。
【請求項２４】
前記ビーム分割器は、前記ビーム分割器の透過率または反射率の特性を変化させ、第１時刻においてイメージを反射させ、第２時刻においてイメージを通過させる液晶シャッターを有する、請求項２２に記載のディスプレイ。
【請求項２５】
前記アダプタは、ユーザから眺めた場合にイメージが右目および左目へ同じ距離から来るように見えるように調整する、請求項１８に記載のディスプレイ。
【請求項２６】
前記アダプタは、左右のイメージに対して異なる特性を有するレンズである、請求項２５に記載のディスプレイ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ユーザの前に浮かぶように見える仮想イメージを表示するために、ヘッド・マウント・ディスプレイは、ユーザの目に接近して位置するＬＣＤを使用し得る。ＬＣＤは非常に小型で有り得、従って比較的軽量であり、非常に携帯しやすいディスプレイシステムを可能にする。例えば、イメージがユーザの前方に出現し、ユーザはイメージを見ながら移動する事が出来る。これは、製品の組み立てのような比較的複雑な作業の遂行を容易にするという点で有用で有り得る。なお、本出願の国際調査、又は対応米国出願の米国での審査において、下記の文献が発見されている。
【特許文献１】国際公開第００／３９６２７号パンフレット
【特許文献２】欧州特許出願公開第５７９５０６号明細書
【特許文献３】米国特許第５４６７２０５号明細書
【特許文献４】米国特許第５５７２３４３号明細書
【特許文献５】米国特許第５６８２１７３号明細書
【特許文献６】米国特許第５７１２６４９号明細書
【特許文献７】米国特許第５７５１４９３号明細書
【特許文献８】米国特許第５９１２６５０号明細書
【特許文献９】米国特許第６０５５１０９号明細書
【特許文献１０】米国特許第６０９４３０９号明細書
【特許文献１１】米国特許第６２３９９０８号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００２／０１６３６００号明細書
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明は限られた数の実施形態に関して記載されたが、ここからの多数の修正変更を当業者は認めるであろう。本発明の真の精神および範囲内におけるこの種の修正変更の全てが添付の特許請求の範囲に包含される事が意図される。なお、本発明の第１の形態による方法は、単一のディスプレイからイメージを生成するステップと、ヘッド・マウント・ディスプレイからユーザの左目および右目に対して連続的に前記イメージを供給するステップとを備える。イメージを生成するステップが、第１時刻にビームを第１光路へと反射し、第２時刻に前記ビームを第２光路へと透過させるステップを備えてもよい。ビームを左のチャネルと右のチャネルに分割し、前記ユーザの目に対して各チャネルを選択的に表示するステップを備えてもよい。ディスプレイからイメージを生成するステップと、左目および右目用の２つのチャネルへイメージを含むビームを分割するステップとを備えてもよい。異なる目に各チャネルを透過させるステップを備えてもよい。第１および第２チャネル間の経路長の差を計算するステップを備えてもよい。第１時刻において第１チャネル上にユーザの１つの目にイメージを表示するステップと、第２時刻において第２チャネル上にユーザの別の目に第２時刻にイメージを表示するステップとを備えてもよい。また、本発明の第２の形態によるヘッド・マウント・ディスプレイは、単一のディスプレイエレメントと、前記ディスプレイエレメントから異なる時刻にユーザの左目および右目にイメージを供給する装置とを備える。装置が単一の液晶シャッターを備えてもよい。装置が一対の液晶シャッターを備え、前記一対の液晶シャッターのそれぞれが、各目に対応していてもよい。液晶シャッターがビーム分割器と一体化されてもよい。液晶シャッターおよびビーム分割器が別々の装置であってもよい。ディスプレイエレメントから左目および右目までの異なる光経路長を調整するアダプタを備えてもよい。ビーム分割器によって前記左目および右目へと分割された光を透過させるための透過媒体を備えてもよい。透過媒体が反射表面を備えてもよい。
【国際調査報告】
2006504979.tif 000006
2006504979.tif 000007