(57)【要約】【課題】観察者に快適な装着感と没入感とを提供可能にする。【解決手段】本開示の虚像表示装置は、観察者の視野における正面領域に第１の画像を出力する第１の画像形成素子と、観察者の視野における周辺領域に第１の画像とは異なる第２の画像を出力する第２の画像形成素子とを含み、第１の画像に対して、それぞれの少なくとも一部の画像領域が重複するように、第１および第２の画像を含む複数の画像を出力する複数の画像形成素子と、複数の画像形成素子のそれぞれに対応して設けられ、複数の画像から全体として１つの虚像を形成する複数の接眼光学系とを備える。【選択図】図５
2020076934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の視野における正面領域に第１の画像を出力する第１の画像形成素子と、前記観察者の視野における周辺領域に前記第１の画像とは異なる第２の画像を出力する第２の画像形成素子とを含み、前記第１の画像に対して、それぞれの少なくとも一部の画像領域が重複するように、前記第１および第２の画像を含む複数の画像を出力する複数の画像形成素子と、
前記複数の画像形成素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の画像から全体として１つの虚像を形成する複数の接眼光学系と
を備える
虚像表示装置。
【請求項２】
前記第１の画像は、前記第２の画像よりも解像度が高い
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記複数の接眼光学系は前記第１の画像形成素子に対応して設けられた第１の接眼光学系を含み、
前記第１の接眼光学系は、水平画角として６０°以上１２０°以下、垂直画角として４５°以上１００°以下の虚像を出力するように構成されている
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記第１の画像形成素子が２０００ｐｐｉ以上の解像度を有し、前記第２の画像形成素子が２０００ｐｐｉ未満の解像度を有する
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記複数の接眼光学系において、前記観察者の視線移動に関わらず、隣接する任意の２つの接眼光学系のそれぞれから出力される、隣接する任意の２つの虚像同士が、常に部分的に重複する領域を持ちながら隙間なく繋がるように、前記隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の位置設計がなされている
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記複数の接眼光学系において、隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の傾斜角度が、前記観察者の視線移動に対して、前記境界面の近傍を通過する光線束のケラレが抑制されるように設計されている
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記複数の接眼光学系は、前記観察者の視界を覆うように、全体として滑らかに湾曲した虚像面を形成するように、または、それぞれの接眼光学系は平坦な虚像面を形成しつつも、周辺に配置される接眼光学系ほど傾いた虚像面を形成することで、前記観察者の視界を覆うように、全体として離散的に湾曲した虚像面を形成するように構成されている
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記複数の接眼光学系のうち少なくとも１つの接眼光学系が、フレネルレンズを含む
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記複数の接眼光学系のうちの１つの接眼光学系は、
他の接眼光学系とは異なる光学方式によって構成されている
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記他の接眼光学系は、
自由曲面プリズム、もしくは、自由曲面ミラーを含む光学方式によって構成されている
請求項９に記載の虚像表示装置。
【請求項１１】
前記複数の接眼光学系において、少なくとも、最も前記観察者の眼側に位置する面が、それぞれの前記接眼光学系によって共有されるレンズ面とされている
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
前記複数の接眼光学系のそれぞれの構成要素の位置、または、前記複数の画像形成素子のそれぞれの位置を摺動させることで、前記観測者から前記複数の接眼光学系のそれぞれによる虚像面までの虚像距離を制御可能な摺動機構、をさらに備える
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項１３】
前記摺動機構は、前記虚像距離を前記観察者の手前２０ｍｍから無限遠まで制御可能である
請求項１２に記載の虚像表示装置。
【請求項１４】
複数の画像形成素子のそれぞれによって複数の画像を表示するステップと、
前記複数の画像形成素子のそれぞれに対応する複数の接眼光学系を介して、前記複数の画像を出力するステップと、
前記複数の接眼光学系の光学特性と、前記観察者の瞳孔位置および瞳孔径と前記接眼光学系における境界面の位置および傾斜角度から幾何的に決まる光線束特性と、前記複数の画像形成素子の発光特性との少なくとも１つの特性に基づき、前記複数の画像形成素子に表示する画像を、前記複数の接眼光学系を介して出力された画像が前記１つの虚像を形成するように補正するステップと
を含む
虚像表示方法。
【請求項１５】
前記光学特性は、前記複数の接眼光学系が持つ収差および周辺減光の特性を含み、
前記発光特性は、前記複数の画像形成素子が有する配光、色度、および分光の特性を含む
請求項１４に記載の虚像表示方法。
【請求項１６】
前記複数の画像形成素子に表示する画像に対する前記補正を、前記観察者の視線方向に応じて調整するステップ、をさらに含む
請求項１４に記載の虚像表示方法。
【請求項１７】
摺動機構によって、前記複数の接眼光学系のそれぞれの構成要素の位置、または、前記複数の画像形成素子のそれぞれの位置を摺動させることで、前記観察者の視線方向を検出しつつ、前記観察者の輻輳角に応じて、前記観測者から前記複数の接眼光学系のそれぞれによる虚像面までの虚像距離を制御するステップと、
前記摺動機構の動作と連動して、前記複数の画像形成素子に表示する画像を、前記複数の接眼光学系の倍率、および前記観測者の輻輳角に対応した表示位置に調整し、かつ、輻輳距離から外れた前記観察者が注視していない表示オブジェクトにはブラー処理がかかるように補正するステップと
をさらに含む
請求項１４に記載の虚像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
頭部装着型の虚像表示装置は、没入感を高めるために、高解像度と広視野角との両立が求められている。同時に、快適な装着感を得るためには、観察者が装着する装置の小型・軽量化も必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−５２２１号公報
【特許文献２】特表２０１６−５４１０３１号公報
【特許文献３】特開平１１−８４３０６号公報
【特許文献４】国際公開第２０１３／０７６９９４号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｐｈｉｌｉｐｐ  Ｗａｒｔｅｎｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｈｉｇｈ  Ｆｒａｍｅ−Ｒａｔｅ  １″  ＷＵＸＧＡ  ＯＬＥＤ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｆｒｅｅ−Ｆｏｒｍ  Ｏｐｔｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａ−Ｃｏｍｐａｃｔ  ＶＲ Ｈｅａｄｓｅｔｓ，ＳＩＤ  ２０１８  ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ．５１４−５１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、頭部装着型の虚像表示装置において、小型・軽量、かつ、製造コストを抑制しつつも高解像度と広視野角とを両立させることは困難である。
【０００６】
観察者に快適な装着感と没入感とを提供可能な頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る虚像表示装置は、観察者の視野における正面領域に第１の画像を出力する第１の画像形成素子と、観察者の視野における周辺領域に第１の画像とは異なる第２の画像を出力する第２の画像形成素子とを含み、第１の画像に対して、それぞれの少なくとも一部の画像領域が重複するように、第１および第２の画像を含む複数の画像を出力する複数の画像形成素子と、複数の画像形成素子のそれぞれに対応して設けられ、複数の画像から全体として１つの虚像を形成する複数の接眼光学系とを備える。
【０００８】
本開示の一実施の形態に係る虚像表示方法は、複数の画像形成素子のそれぞれによって複数の画像を表示するステップと、複数の画像形成素子のそれぞれに対応する複数の接眼光学系を介して、複数の画像を出力するステップと、複数の接眼光学系の光学特性と、観察者の瞳孔位置および瞳孔径と接眼光学系における境界面の位置および傾斜角度から幾何的に決まる光線束特性と、複数の画像形成素子の発光特性との少なくとも１つの特性に基づき、複数の画像形成素子に表示する画像を、複数の接眼光学系を介して出力された画像が１つの虚像を形成するように補正するステップとを含む。
【０００９】
本開示の一実施の形態に係る虚像表示装置では、複数の画像形成素子が、第１の画像に対して、それぞれの少なくとも一部の画像領域が重複するように、第１および第２の画像を含む複数の画像を出力する。また、複数の画像形成素子のそれぞれに対応して設けられた複数の接眼光学系によって、複数の画像から全体として１つの虚像を形成する。
【００１０】
本開示の一実施の形態に係る虚像表示方法では、複数の接眼光学系の光学特性と、観察者の瞳孔位置および瞳孔径と接眼光学系における境界面の位置および傾斜角度から幾何的に決まる光線束特性と、複数の画像形成素子の発光特性との少なくとも１つの特性に基づいて、複数の接眼光学系を介して出力された画像が１つの虚像を形成するように、複数の画像形成素子に表示する画像が補正される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼の光学ユニットに含まれる第１ないし第４の画像形成素子の配置例および構成例を示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、右眼と左眼のそれぞれの光学ユニットを構成する全ての画像形成素子が分割して表示する複数の画像のそれぞれの画角領域の一例を示した説明図である。
【図３】人間の眼が持つ視野特性の概要を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼の光学ユニットに含まれる第１ないし第４の接眼光学系の一構成例を光路と共に示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼の光学ユニットに含まれる第１ないし第４の接眼光学系の一構成例を示す斜視図である。
【図６】水平方向に隣接する２つの接眼光学系によって観察される画像の視認状態の一例を示す説明図である。
【図７】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、水平方向に隣接する２つの接眼光学系同士の境界面の位置を設計する手順の一例を示した説明図である。
【図８】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、第１および第２の接眼光学系により観察される虚像の画角範囲の一例を模式的に示す説明図である。
【図９】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、水平方向に隣接する２つの接眼光学系同士の境界面の傾斜角度を設計する手順の一例を示した説明図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における虚像面の設計例を示した説明図である。
【図１１】虚像距離が一定である頭部装着型の虚像表示装置における、輻輳距離と調節距離の不整合問題の概要を示す説明図である。
【図１２】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、虚像距離を制御するために必要な画像形成素子の移動量の一例を比較例と共に示す説明図である。
【図１３】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、視線方向を検出するための撮像デバイスの第１ないし第３の配置例を概略的に示す説明図である。
【図１４】第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置によって観察者が自然な奥行き感を得るための虚像表示方法を概略的に示す説明図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼の光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系の一構成例を光路と共に示す断面図である。
【図１６】第３の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼の光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系の一構成例を光路と共に示す断面図である。
【図１７】第４の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼の光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系の一構成例を光路と共に示す断面図である。
【図１８】第５の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼の光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系の一構成例を光路と共に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．概要
０．１  比較例
０．２  本開示の一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法の概要
１．第１の実施の形態（図１〜図１４）
１．１  構成および動作
１．２  効果
２．第２の実施の形態（図１５）
３．第３の実施の形態（図１６）
４．第４の実施の形態（図１７）
５．第５の実施の形態（図１８）
６．その他の実施の形態
【００１３】
＜０．概要＞
［０．１  比較例］
一般に、有限の画素数を持つ画像形成素子を接眼光学系で観察する場合、視野角に応じて角度あたりの画素数が決まるため、解像度と視野角にトレードオフの関係が存在する。画素密度を保ちながら画素数を増やすために、画像形成素子の面積を広げる手段もあるが、装置全体の大型化を招くため好適ではない。上記のトレードオフの関係を打開しつつ、装置の小型・軽量化を実現するために、複数の画像形成素子や接眼光学系を用いて、１つの虚像に繋ぎ合わせて観察する種々の技術が報告されている（特許文献１〜３、非特許文献１参照）。また、単一の画像形成素子と単一の接眼光学系とを用いて視野角を拡大する技術もある（特許文献４参照）。
【００１４】
例えば、虚像表示装置の大型化や重量増加を抑制しつつ視野角を広げるため、片眼あたり２つの画像形成素子を用いた技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
一方、高解像度を保ちながら視野角を広げるため、片眼あたり１つの画像形成素子を、自由曲面を含む複数の小型レンズに分割された接眼光学系で観察することで、コンパクトな光学設計を実現する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１６】
また、高解像度を保ちながら視野角を広げるため、片眼あたり２つの小型かつ高精細な画像形成素子を、自由曲面を含む２つの接眼光学系で観察することで、コンパクトな光学設計を実現する技術も知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１７】
また、高解像度かつ広視野角な虚像表示装置を得るため、第１の画像形成素子から出力された広い視野領域を持つ虚像の一部領域に、ハーフミラーを用いて第２の画像形成素子から出力された高解像度な虚像を重ねることで、観察者の注視点近傍のみ解像度を高める技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１８】
特許文献１に記載の技術では、片眼あたり２つの画像形成素子を用いているが、没入感を高めるためには観察者の正面に配置される接眼光学系は、少なくとも１００°程度の垂直画角が必要である。さらに、水平画角も９０°（鼻側に４５°）以上は必要となるため、フレネルレンズ等で構成される１つの接眼光学系でこの視野角を実現するには、数インチ以上の画像形成素子が必要である。近年では、数インチの画像形成装置として、画素密度の高い液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）ディスプレイの開発が進んでいるが、いずれを使用しても観察される虚像の角解像度は５〜６分である。これは、人間の眼が持つ角解像度１〜２分に及ばないため、十分な没入感を得ることは困難である。
【００１９】
特許文献２に記載の技術では、小型レンズに分割された接眼光学系により、人間の眼の特性に応じた光学設計が可能となるが、片眼あたり１つの画像形成素子しか備えていないため、広視野角を実現するには、数インチの画像形成装置が必要であり、やはり特許文献１と同じく解像度不足が課題となる。さらに、虚像の繋ぎ位置が観察者の視野における正面領域にかかる配置となっているため、画像の境界が視認されるリスクや、隣接する小型レンズ同士の物理的な境界が視認されるリスクが高い。
【００２０】
非特許文献１に記載の技術では、片眼あたり２つの小型かつ高精細な画像形成素子を備え、それらのサイズは価格競争力のある１インチとなっているが、片眼あたりの水平画角が９２°、垂直画角が７５°であり、十分な没入感を得ることは困難である。少なくとも１００°以上の視野角を達成するには、対称性を考慮すると片眼あたり４つ以上の画像形成素子が必要となり、製造コストが高くなる。
【００２１】
特許文献３に記載の技術では、ハーフミラーを用いて高解像度な虚像を重ねるため光路長が長い構成となっており、視野角を広げるにつれて接眼光学系の体積が極端に大きくなる。また、高解像度な出力が得られる画角領域が狭いため、観察者の視線方向を検出しつつ、表示領域をリアルタイムかつ動的に駆動させる必要がある。したがって、眼前に大掛かりな摺動機構を配置することとなり、虚像表示装置の小型・軽量化を達成する妨げとなる。
【００２２】
また、特許文献４には、中央部を平坦とし周辺部が湾曲した画像形成素子を備え、画面中央部に対して画面周辺部の画素サイズを大きくした構成の頭部装着型表示装置の技術が開示されている。特許文献４に記載の技術では、片眼あたり単一の画像形成素子と単一の画像形成素子とを用いて視野角を拡大している。特許文献４に記載の技術では、単一の画像形成素子に対して中央部と周辺部との画素サイズおよび平面形状を異ならせる必要があり、製造方法が特殊なものとなるため、製造コストの点で不利である。
【００２３】
以上のように、一般に、頭部装着型の虚像表示装置において、小型・軽量、かつ、製造コストを抑制しつつも高解像度と広視野角とを両立させることは困難である。
【００２４】
そこで、比較的小型・軽量、かつ、製造コストを抑制しつつも高解像度と広視野角とを両立させ、観察者に快適な装着感と没入感とを提供可能な頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法の開発が望まれる。
【００２５】
［０．２  本開示の一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法の概要］
本開示の一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置は、複数の画像を出力する複数の画像形成素子と、複数の画像形成素子のそれぞれに対応して設けられ、複数の画像から全体として１つの虚像を形成する複数の接眼光学系とを備える。複数の画像形成素子は、観察者の視野における正面領域に出力する画像を表示する高精細かつ小型な第１の画像形成素子と、観察者の視野における周辺領域に出力する画像を表示する第１の画像形成素子よりも解像度が低い第２ないし第Ｎ（Ｎは３以上の整数）の画像形成素子とを含む。複数の接眼光学系は、第１の画像形成素子に対応して設けられた第１の接眼光学系と、第２ないし第Ｎの画像形成素子に対応して設けられた第２ないし第Ｎの接眼光学系（他の接眼光学系）とを含む。一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置は、第１の画像形成素子が表示する第１の画像が、第２ないし第Ｎの画像形成素子が表示する第２ないし第Ｎのいずれの画像に対しても部分集合とならないことを特徴とする。一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置は、観察者が、第１ないし第Ｎの画像形成素子が表示する第１ないし第Ｎの画像を、それぞれに適した第１ないし第Ｎの接眼光学系を介して１つの虚像に繋ぎ合わさった状態で観察するように構成されている。
【００２６】
このような構成によれば、人間の視機能が優れた安定注視野には高精細な第１の画像形成素子を用いて解像度の高い虚像が出力され、情報識別能力が低い周辺視野には比較的製造コストの低い第２ないし第Ｎの画像形成素子を用いて第１の画像形成素子よりも解像度が低い虚像が出力される。そのため、虚像表示装置が不要にオーバースペックとなることを防ぎ、解像度と製造コストのバランスを最適化できる。
【００２７】
また、虚像表示装置に求められる視野角に応じて、第２ないし第Ｎの画像形成素子および第２ないし第Ｎの接眼光学系の配置や数を調整することで、比較的容易に広い視野角を実現できる。
【００２８】
また、観察者の正面に配置される第１の画像形成素子が小型で、かつ、虚像の画角も安定注視野に限定されるため、それに対応する第１の接眼光学系は比較的コンパクトな光学設計が可能となる。さらに、広視野角な光学設計を行うにあたり、単一の接眼光学系よりも複数に分割した方が、光学性能を確保しやすく、かつ、それぞれの接眼光学系を低背化できるため、結果として、虚像表示装置全体の小型・軽量化を実現できる。
【００２９】
一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置では、例えば、第１の接眼光学系が、水平画角として６０°以上１２０°以下、垂直画角として４５°以上１００°以下の虚像を出力する。その結果、第１の接眼光学系から出力される虚像と、第２ないし第Ｎの接眼光学系から出力される虚像とが、安定注視野から周辺視野へと遷移する領域で繋ぎ合わされることとなり、画像の境界が視認されるリスクを回避できる。さらに、このような構成によれば、第１の接眼光学系と、それに隣接する第２ないし第Ｎの接眼光学系同士の物理的な境界が視認されるリスクも軽減される。
【００３０】
一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置では、例えば、第１の画像形成素子が、２０００ｐｐｉ以上の解像度を有し、第２ないし第Ｎの画像形成素子が２０００ｐｐｉ未満の解像度を有する。これにより、少なくとも人間の視機能が優れた安定注視野には、角解像度２分以下で虚像を出力することができる。結果として、人間の眼が持つ角解像度１〜２分と同等以上の虚像を観察できるため、観察者は十分な解像感を得ることができる。
【００３１】
より望ましくは、第１ないし第Ｎの接眼光学系において、隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の位置は、安定注視野における観察者の視線移動に伴う眼球回転があっても、それぞれの接眼光学系から出力される隣接する任意の２つの虚像同士が、常に重複する領域を持ちながら繋がるように設計される（後述する第１の実施の形態、図７〜図８等参照）。結果として、観察者が視線を移動しても、隙間なく虚像を繋ぎ合わせることができるため、画像の境界が視認されるリスクを軽減できる。
【００３２】
より望ましくは、第１ないし第Ｎの接眼光学系において、隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の傾斜角度が、安定注視野における観察者の視線移動に伴う眼球回転があっても、境界面の近傍を通過する光線束のケラレが少なくなるように（抑制されるように）設計される（後述する第１の実施の形態、図９等参照）。結果として、観察者が視線を移動しても、隣接する任意の２つの虚像同士の繋ぎ位置で光量低下を抑制できるため、画像の境界が視認されるリスクを軽減できる。
【００３３】
第１ないし第Ｎの接眼光学系は、観察者の視界を覆うように、全体として滑らかに湾曲した虚像面を形成するように設計されてもよい。または、それぞれの接眼光学系は平坦な虚像面を形成しつつも、周辺に配置される接眼光学系ほど傾いた虚像面を形成することで、観察者の視界を覆うように、全体として離散的に湾曲した虚像面を形成するように設計されてもよい（後述する第１の実施の形態、図１０参照）。結果として、観察者は自身を取り巻くような映像体験により、さらなる没入感を得ることができる。
【００３４】
第１ないし第Ｎの接眼光学系のうち少なくとも１つの接眼光学系は、少なくとも１つのフレネルレンズを含む構成であってもよい（後述する第１〜第４の実施の形態、図４等参照）。このような構成によれば、フレネルレンズを用いることにより接眼光学系を低背化できるため、結果として、虚像表示装置全体の小型・軽量化を実現できる。
【００３５】
第２ないし第Ｎの接眼光学系は、第１の接眼光学系とは異なる光学方式の接眼光学系として設計されてもよい（後述する第２ないし第４の実施の形態、図１５〜図１７参照）。
【００３６】
例えば、第２ないし第Ｎの接眼光学系は、自由曲面プリズム、もしくは、自由曲面ミラーを含む光学方式の接眼光学系として設計されてもよい。このような構成によれば、周辺視野に必要な光学性能に応じて、最適な光学方式を選択できる。また、観察者が眼鏡を掛けたまま虚像表示装置を装着することを想定して眼前の空間（観察者の顔から最も眼に近い光学面までの空間）を十分に確保する対応や、筐体デザインからくる要求への対応など、自由度を持った光学設計が可能となる。
【００３７】
第１ないし第Ｎの接眼光学系は、少なくとも、最も観察者の眼側に位置する面が、第１ないし第Ｎの接眼光学系のそれぞれにおいて同一のレンズ面として共有されるように設計されてもよい（後述する第５の実施の形態、図１８参照）。一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置では、第１ないし第Ｎの接眼光学系によって形成される第１ないし第Ｎの虚像のうち隣接する任意の２つの虚像同士が重複する領域を持つ設計となっており、隣接する任意の２つの画像形成素子同士で同一の画像を表示させる重畳領域が一部存在する。このような構成によれば、その重畳領域を減らせるため、結果として、全ての画像形成素子が持つ画素の利用効率を高めることができる。さらに、眼側のレンズ面が共通化されることで、隣接する任意の２つの接眼光学系同士の物理的な境界が視認されるリスクも軽減される。
【００３８】
本開示の一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置は、観測者から複数の接眼光学系のそれぞれによる虚像面までの距離（虚像距離）を制御可能な摺動機構をさらに備えてもよい（後述する第１の実施の形態、図１２参照）。摺動機構は、第１ないし第Ｎの接眼光学系のそれぞれを構成するレンズおよびレンズ群等の構成要素の位置や、それぞれの接眼光学系に対応する画像形成素子の位置を摺動させることで、それぞれの接眼光学系による虚像距離を制御可能であってもよい。
【００３９】
例えば、第１ないし第Ｎの接眼光学系は、虚像距離が、観察者からの距離として手前２０ｍｍから無限遠まで制御されるように設計される。結果として、従来型の虚像観察装置における「輻輳距離と調節距離の不整合問題」（後述する第１の実施の形態、図１１参照）が解決され、観察時の酔い等の不快感が軽減される。
【００４０】
本開示の一実施の形態に係る虚像表示方法では、第１ないし第Ｎの接眼光学系が持つ収差や周辺減光等の光学特性や、観察者の瞳孔位置および瞳孔径と接眼光学系における境界面の位置および傾斜角度から幾何的に決まる光線束のケラレに起因した減光、さらに、第１ないし第Ｎの画像形成素子が有する配光、色度、分光等の発光特性等を考慮して、それぞれの画像形成素子に表示する画像に対して補正処理を行う（後述する第１の実施の形態、図１３等参照）。
【００４１】
このような方法によれば、第１ないし第Ｎの接眼光学系から出力される複数の虚像がシームレスに繋がり、複数の画像の境界が視認されるリスクを軽減できる。
【００４２】
より望ましくは、第１ないし第Ｎの画像形成素子に表示する画像に対する補正処理は、観察者の視線方向を検出しつつ、観察者の視線移動に伴う眼球回転に応じてリアルタイムに調整される。複数の虚像をシームレスに繋ぐ補正処理は、眼球回転の状態に応じて異なるため、このような方法によれば、観察者が視線を移動しても、複数の画像の境界が視認されるリスクを軽減できる。
【００４３】
また、一実施の形態に係る虚像表示方法では、摺動機構によって、第１ないし第Ｎの接眼光学系のそれぞれの構成要素の位置、または、第１ないし第Ｎの画像形成素子のそれぞれの位置を摺動させることで、観察者の視線方向を検出しつつ、観察者の輻輳角に応じて、観測者から第１ないし第Ｎの接眼光学系のそれぞれによる虚像面までの虚像距離を制御してもよい。また、摺動機構の動作と連動して、第１ないし第Ｎの画像形成素子に表示する画像を、第１ないし第Ｎの接眼光学系の倍率、および観測者の輻輳角に対応した表示位置に調整し、かつ、輻輳距離から外れた観察者が注視していない表示オブジェクトにはブラー処理がかかるように補正してもよい（後述する第１の実施の形態、図１４等参照）。
【００４４】
このような方法によれば、一般的な虚像表示装置における「輻輳距離と調節距離の不整合問題」が解決され、観察時の酔い等の不快感が軽減されるとともに、第１ないし第Ｎの接眼光学系から出力される第１ないし第Ｎの虚像がシームレスに繋ぎ合わされ、かつ、自然な奥行き感を持つ虚像を出力することができる。
【００４５】
以下、適宜図面を参照しつつ、以上で説明した本開示の一実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法の具体的な第１ないし第５の実施の形態を詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の部号を付することにより重複説明を省略する。
【００４６】
＜１．第１の実施の形態＞
［１．１  構成および動作］
（頭部装着型の虚像表示装置の概要）
第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置は、左眼３０Ｌの光学ユニットと、右眼３０Ｒの光学ユニットとを備える。第１の実施の形態および後述の第２ないし第５の実施の形態では、主として右眼３０Ｒの光学ユニットの構成を例に説明するが、左眼３０Ｌの光学ユニットと右眼３０Ｒの光学ユニットの構成は基本的に同じである。
【００４７】
第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、左眼３０Ｌの光学ユニットと右眼３０Ｒの光学ユニットはそれぞれ、第１ないし第４の画像形成素子１１〜１４（後述する図１等参照）を含む複数の画像形成素子と、第１ないし第４の画像形成素子１１〜１４に対応する第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４（後述する図４、図５等参照）を含む複数の接眼光学系とを備える。
【００４８】
（画像形成素子の構成例）
図１は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置について、右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１ないし第４の画像形成素子１１〜１４の配置例および構成例を示している。なお、図１では説明上、それぞれの画像形成素子が同一面内に配置されている状態で示しているが、実際には、それぞれの画像形成素子は同一面内には配置されず、３次元空間に適切な傾きを持って配置されている（後述する図５等参照）。
【００４９】
第１の画像形成素子１１は、高精細かつ小型な画像形成素子であり、観察者の視野における正面領域に出力する画像を表示する。第１の画像形成素子１１は例えば、画素ピッチが７．８μｍ、対角サイズが１インチ、画素数が水平２５００ピクセル、垂直２０８０ピクセルとなっている。第１の画像形成素子１１は、例えばＭ−ＯＬＥＤ（Micro Organic Light Emitting Diode ）である。
【００５０】
第２の画像形成素子１２は、第１の画像形成素子１１の右側に配置され、観察者の視野における右側の周辺領域に出力する画像を表示する。第２の画像形成素子１２の画素ピッチは第１の画像形成素子１１よりも大きく、例えば６５．２５μｍで、対角サイズは１．６５インチとなっている。また、第２の画像形成素子１２の画素数は例えば、水平３００ピクセル、垂直５５０ピクセルである。第２の画像形成素子１２は、例えばＬＴＰＳ（Low Temperature Polycrystalline Silicon）−ＯＬＥＤである。なお、左眼３０Ｌの光学ユニットの場合、第２の画像形成素子１２は、第１の画像形成素子１１の左側に配置され、観察者の視野における左側の周辺領域に出力する画像を表示する。
【００５１】
第３の画像形成素子１３は、第１の画像形成素子１１の上側に配置され、観察者の視野における上側の周辺領域に出力する画像を表示する。第４の画像形成素子１４は、第１の画像形成素子１１の下側に配置され、観察者の視野における下側の周辺領域に出力する画像を表示する。第３および第４の画像形成素子１３，１４の画素ピッチはいずれも第１の画像形成素子１１よりも大きく、例えば６５．２５μｍで、対角サイズはいずれも例えば１．５５インチであり、画素数はいずれも例えば水平５２５ピクセル、垂直２６０ピクセルである。第３および第４の画像形成素子１３，１４はそれぞれ、例えばＬＴＰＳ−ＯＬＥＤである。
【００５２】
図２は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置から出力される虚像全体に対して、右眼３０Ｒと左眼３０Ｌのそれぞれの光学ユニットを構成する全ての画像形成素子が分割して表示する複数の画像のそれぞれの画角領域の一例を示している。図２において（Ａ）には、右眼３０Ｒの光学ユニットによって表示される第１ないし第４の画像１１Ｒ，１２Ｒ，１３Ｒ，１４Ｒのそれぞれの画角領域を示す。図２において（Ｂ）には、右眼３０Ｒの光学ユニットによって表示される第１ないし第４の画像１１Ｒ，１２Ｒ，１３Ｒ，１４Ｒと、左眼３０Ｌの光学ユニットによって表示される第１ないし第４の画像１１Ｌ，１２Ｌ，１３Ｌ，１４Ｌとのそれぞれの画像の画角領域を示す。なお、図２において、右眼３０Ｒの光学ユニットおよび左眼３０Ｌの光学ユニットによって表示される画像全体の画角領域の中心位置を水平画角（Ｘ画角）０°、垂直画角（Ｙ画角）０°とする。また、水平画角については右側を＋方向、左側を−方向とする。また、垂直画角については上側を＋方向、下側を−方向とする。以降の他の図の説明においても同様である。
【００５３】
右眼３０Ｒの光学ユニットにおいて、第１の画像形成素子１１が表示する第１の画像１１Ｒの画角領域は、例えば、水平画角−４０°以上４０°以下の範囲、垂直画角−３０°以上３０°以下の範囲である。また、右眼３０Ｒの光学ユニットにおいて、第２の画像形成素子１２が表示する第２の画像１２Ｒの画角領域は、水平画角２５°以上７５°以下の範囲、垂直画角−５０°以上５０°以下の範囲である。また、右眼３０Ｒの光学ユニットにおいて、第３の画像形成素子１３が表示する第３の画像１３Ｒの画角領域は、水平画角−４０°以上５５°以下の範囲、垂直画角１５°以上５０°以下の範囲である。また、右眼３０Ｒの光学ユニットにおいて、第４の画像形成素子１４が表示する第４の画像１４Ｒの画角領域は、水平画角−４０°以上５５°以下の範囲、垂直画角−５０°以上−１５°以下の範囲である。
【００５４】
また、左眼３０Ｌの光学ユニットにおいて、第１の画像形成素子１１が表示する第１の画像１１Ｌの画角領域は、平画角−４０°以上４０°以下の範囲、垂直画角−３０°以上３０°以下の範囲であり、また、左眼３０Ｌの光学ユニットにおいて、第２の画像形成素子１２が表示する第２の画像１２Ｌの画角領域は、水平画角−７５°以上−２５°以下の範囲、垂直画角−５０°以上５０°以下の範囲である。また、左眼３０Ｌの光学ユニットにおいて、第３の画像形成素子１３が表示する第３の画像１３Ｌの画角領域は、水平画角−５５°以上４０°以下の範囲、垂直画角１５°以上５０°以下の範囲である。また、左眼３０Ｌの光学ユニットにおいて、第４の画像形成素子１４が表示する第４の画像１４Ｌの画角領域は、水平画角−４０°以上５５°以下の範囲、垂直画角−５０°以上−１５°以下の範囲である。
【００５５】
したがって、右眼３０Ｒの光学ユニットにおける第１の画像形成素子１１と、左眼３０Ｌの光学ユニットにおける第１の画像形成素子１１は、表示する画角領域が等しくなっている。また、左眼３０Ｌと右眼３０Ｒの光学ユニットで、水平−４０°以上４０°以下、垂直−５０°以上５０°以下の画角領域が重畳されるため、この画角領域は視差画像により観察者に奥行知覚を与える上で有用である。さらに、隣接する任意の２つの画像同士は、少なくとも画角１５°以上の重畳領域を持つように配置される。
【００５６】
図３は、人間の眼が持つ視野特性の概要を示している。一般に、人間は水平約２００°、垂直約１２５°の視野が見えると言われるが、この視野領域の全ての情報を同時に識別できるわけではなく、図３に示されるように、それぞれの視野領域に機能を分担させている。
【００５７】
視野の中心部、すなわち、視線方向には弁別視野と呼ばれる視機能が優れた領域が存在し、その角度領域は±２．５°の範囲である。また、水平±１５°、垂直−１２°以上８°以下の領域は有効視野と呼ばれ、眼球運動だけで瞬時に情報を識別できる。個人差があるが、有効視野の外側には、水平−４５°〜−３０°以上３０°〜４５°以下、垂直−４０°〜−２５°以上２０°〜３０°以下の領域は安定注視野と呼ばれ、眼球運動あるいは頭部運動による視線移動で効果的に情報を識別できる。さらに、安定注視野の外側に存在する周辺視野は、誘導視野および補助視野と呼ばれる領域からなり、いずれも情報識別能力は低くなっている。
【００５８】
図３に示される視野特性を踏まえると、それぞれの画像形成素子で分割表示された隣接する任意の２つの画像同士の繋ぎ位置を、安定注視野から外すことで、隣接する任意の２つの画像同士の境界が視認されるリスクを回避できる。例えば、個人差を考慮すると、一般には、隣接する任意の２つの画像同士の繋ぎ位置が水平画角で±４０°以上、垂直画角で±３０°以上の領域となるようにすることが好ましい。第１の実施の形態では、図２に示されるように、第１の画像形成素子１１の表示する画角領域が、水平画角−４０°以上４０°以下の範囲、垂直画角−３０°以上３０°以下の範囲であるため、個人差を考慮すると、一般には、繋ぎ位置が安定注視野から周辺視野へと遷移する領域に配置されているとみなせる。
【００５９】
（接眼光学系の構成例）
図４は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４の一構成例を光路と共に示している。図４において、（Ａ）は水平断面、（Ｂ）は垂直断面を示す。第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４は、それぞれに対応する画像形成素子が分割表示する画角領域を出力できるように設計され、右眼３０Ｒの光学ユニット全体として、水平画角−４０°以上７５°以下の範囲、垂直画角−５０°以上５０°以下の範囲となる虚像を出力する。
【００６０】
第１の接眼光学系２１は、第１のＬ１レンズＬ１１、および第１のＬ２レンズＬ１２から構成されている。第２の接眼光学系２２は、第２のＬ１レンズＬ２１、および第２のＬ２レンズＬ２２から構成されている。第３の接眼光学系２３は、第３のＬ１レンズＬ３１、および第３のＬ２レンズＬ３２から構成されている。第４の接眼光学系２４は、第４のＬ１レンズＬ４１、および第４のＬ２レンズＬ４２から構成されている。
【００６１】
第１の接眼光学系２１と第２の接眼光学系２２との間には、境界面７２が存在する。第１の接眼光学系２１と第３の接眼光学系２３との間には、境界面７３が存在する。第１の接眼光学系２１と第４の接眼光学系２２との間には、境界面７４が存在する。
【００６２】
なお、各レンズの有効径外の領域は、レンズの切り落とし領域６１〜６４であってもよい。
【００６３】
第１の実施の形態では、第１ないし第４のそれぞれの接眼光学系について、それぞれのＬ１レンズとＬ２レンズとの対向面同士が、いずれもフレネルレンズとして光学設計されている。これにより、標準的な球面レンズおよび非球面レンズのみ採用した光学設計よりも、光学ユニットひいては装置全体の低背化、軽量化を実現できる。
【００６４】
図５は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４の斜視構成例を示している。第１ないし第４の隣接する接眼光学系同士は、適切な境界面を持って配列されることでレンズ表面に稜線が形成される。第１の実施の形態では、図２に示されるように、隣接する任意の２つの画像同士の繋ぎ位置が安定注視野から周辺視野へと遷移する領域に配置されているため、稜線が視認されるリスクも軽減される。
【００６５】
図６に、水平方向に隣接する２つの接眼光学系によって観察される画像の視認状態の一例を示す。図６に示したように、水平方向に隣接する２つの接眼光学系によって形成されるそれぞれの虚像の繋ぎ位置７０では、観察される画像に抜けや光量低下が生じることで、画像の境界が視認されるおそれがある。このリスクを回避するためには、隣接する任意の２つの画像同士を十分な重畳領域を持たせながら繋ぎ合わせ、かつ、光線束のケラレが少なくなるように接眼光学系を設計する必要がある。以下、図７〜図９を参照しつつ、その設計の手順について詳細に説明する。
【００６６】
（隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の位置の設計例）
図７は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、水平方向に隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の位置を設計する手順の一例を示している。図７では、水平方向に隣接する任意の２つの接眼光学系として、右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系２１，２２を例に示す。
【００６７】
図７において（Ａ）は、観察者の瞳面から第１の接眼光学系２１までの距離が１５ｍｍ、かつ、瞳の直径が４ｍｍであるとき、観察者が正面を注視している場合（眼球の回転量が０°の場合）に観察される画角範囲を示している。図７の（Ａ）〜（Ｄ）の下段のグラフにおいて、縦軸は、瞳面の位置をＺ＝０と定義したときの境界面７２の延長線と光軸との交点Ｚを示しており、横軸はその交点Ｚで観察される画角範囲を示している。図７の（Ａ）〜（Ｄ）の下段のグラフにおいて、ω１ａは第１の接眼光学系２１における最大画角（設計値）、ω１ｂは第１の接眼光学系２１における最大画角（実効値）、ω２ａは第２の接眼光学系２２における最大画角（設計値）、ω２ｂは第２の接眼光学系２２における最大画角（実効値）を示す。図７の（Ａ）の下段のグラフにおいて、第１の接眼光学系２１における設計最大画角ω１ａの値は、光学設計で定義した画角上限値４０°であり、第２の接眼光学系２２における設計最大画角ω２ａは、第２の接眼光学系２２の光学設計で定義した画角下限値２５°であるため、それらの画角は１５°だけ重複している。また、第１の接眼光学系２１における実効最大画角ω１ｂは、境界面７２の位置に応じて光線束にケラレが生じることで決まる第１の接眼光学系２１の実効的な画角上限値であり、第２の接眼光学系２２における実効最大画角ω２ｂは、同様にして決まる第２の接眼光学系２２の実効的な画角下限値である。その結果、境界面７２の延長線と光軸との交点Ｚを−２７ｍｍより小さく選んだとき、グラフ内の塗りつぶされた画角領域は観察されず、虚像の繋ぎ位置で画像に抜けが生じる。図７において（Ｂ）〜（Ｄ）は、それぞれ眼球が水平方向に１０°、２０°、３０°で回転した場合に、第１および第２の接眼光学系２１，２２で観察される画角範囲を示している。図７の（Ｄ）において、交点Ｚを−１８ｍｍより大きく選んだとき、グラフ内の塗りつぶされた画角領域で画像に抜けが生じる。したがって、眼球回転があっても画像を抜けなく繋ぐには、交点Ｚを−２７ｍｍ以上−１８ｍｍ以下の範囲に選ぶ必要があり、第１の実施の形態の設計では交点Ｚ＝−２３ｍｍに対応する位置を境界面７２の位置としている。
【００６８】
なお、図７の設計では境界面７２を１つの平面としたが、光路に応じてレンズ毎に異なる境界面を設定してもよい。
【００６９】
図８は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、第１および第２の画像形成素子１１，１２が表示する第１および第２の画像１１Ｒ，１２Ｒの重畳領域８０に対応する、第１および第２の接眼光学系２１，２２で観察される虚像の画角範囲の一例を模式的に示している。図８において（Ｅ）は、第１および第２の画像形成素子１１，１２が表示する第１および第２の画像１１Ｒ，１２Ｒの画角範囲を模式的に示す。第１および第２の画像１１Ｒ，１２Ｒには、重畳領域８０がある。図８において（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ眼球が水平方向に０°、１０°、２０°、３０°で回転した場合に、第１および第２の接眼光学系２１，２２によって観察される虚像の画角範囲を示している。図８の（Ａ），（Ｂ）において、網掛けされた領域は、第１の接眼光学系２１のみによって観察される虚像の画角領域８１（第１の画像形成素子１１のみによる第１の画像１１Ｒ）を示し、網掛けのない領域は第１の接眼光学系２１と第２の接眼光学系２２とから出力される虚像が重畳されて観察される画角領域８０Ａを示している。図８の（Ｃ），（Ｄ）において、網掛けされた領域は、第２の接眼光学系２２のみによって観察される虚像の画角領域８２（第２の画像形成素子１２のみによる第２の画像１２Ｒ）を示し、網掛けのない領域は第１の接眼光学系２１と第２の接眼光学系２２とから出力される虚像が重畳されて観察される画角領域８０Ａを示している。このように、観察者の視線移動に関わらず（眼球回転があっても）、第１の接眼光学系２１と第２の接眼光学系２２とから出力される隣接する２つの虚像同士が、常に重複する領域を持ちながら隙間なく繋がるように、第１の接眼光学系２１と第２の接眼光学系２２との境界面７２の位置設計がなされている。
【００７０】
なお、ここまで図７および図８を用いて、水平方向の眼球回転を考慮した場合に、水平方向に隣接する２つの接眼光学系同士の境界面７２の位置の設計について説明してきたが、垂直方向の境界面についても同様の設計が可能である。
【００７１】
（隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の傾斜角度の設計例）
図９は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、水平方向に隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の傾斜角度を設計する手順の一例を示している。図９では、水平方向に隣接する任意の２つの接眼光学系として、右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系２１，２２を例に示す。
【００７２】
図９において（Ａ）〜（Ｄ）には、それぞれ眼球が水平方向に０°、１０°、２０°、３０°で回転した場合に、第１および第２の接眼光学系２１，２２の境界面７２の近傍を通る光線束を眼側（右眼３０Ｒ側）から逆追跡した光路を示す。図９の（Ａ）〜（Ｄ）に示した破線は、境界面７２を延長した直線であり、眼側から光線を辿ったとき、最も眼側のレンズ面に入射して屈折した後に、この境界面７２と交差する光線は迷光となるため、光線束のケラレによる光量低下が生じるため、繋ぎ位置の画像が暗くなる。さらに、図９の（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、眼球回転に応じて、境界面７２と瞳面との位置関係は変化するため、境界面７２の近傍を通る光線束の角度が変化し、境界面７２と交差する位置が変化する。したがって、眼球回転があっても境界面７２における光線束のケラレが少なくなるように、境界面７２の傾斜角度を選ぶ必要があり、第１の実施の形態の設計では境界面の傾斜角度を２２．５°としている。
【００７３】
なお、図９の設計では境界面７２を１つの平面としたが、光路に応じてレンズ毎に傾斜角度を異ならせた境界面を設定してもよい。
【００７４】
また、光線束のケラレを低減するにあたり、境界面７２に接するレンズ端面は表面積が少ないことが望ましく、第１の実施の形態のようにレンズを低背化しやすいフレネルレンズを用いた設計に優位性がある。
【００７５】
さらに、隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面は、個別に形成されたレンズが離れて把持されていても、接着固定されていてもよく、あるいはレンズ面に不連続形状を持ちながら一体形成されていてもよい。個別に形成されたレンズを使用する場合、迷光を防ぐために境界面のレンズ端面に砂擦り加工、墨塗り処理が施されてもよく、境界面に遮光シートの挿入や、効果的な位置に遮光マスクの追加があってもよい。一方、迷光が眼に入る経路を取らない場合は特に対策を講じなくてもよい。
【００７６】
なお、ここまで図９を用いて、水平方向の眼球回転を考慮した場合に、水平方向に隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の傾斜角度の設計について説明してきたが、垂直方向の境界面についても同様の設計が可能である。
【００７７】
（複数の接眼光学系によって形成される虚像面の設計例）
図１０は、頭部装着型の虚像表示装置から出力される虚像面の設計例を示している。図１０において（Ａ）は、虚像表示装置に含まれる複数の接眼光学系のそれぞれが出力する虚像面が単一な平坦面を形成する設計例であり、水平画角±７５°の範囲で虚像距離２．５ｍのとき、観察者３１は水平方向に１８．７ｍの幅を持つ虚像面１０１を観察する。図１０において（Ｂ）は、それぞれの接眼光学系が出力する虚像面が正面領域には平坦面を形成しつつも周辺領域には湾曲面を形成する設計例であり、観察者３１は視界を覆う滑らかな虚像面１０２を観察することで、さらなる没入感が得られる。図１０において（Ｃ）は、それぞれの接眼光学系から出力される虚像面は平坦面であるが、周辺に配置される接眼光学系ほど虚像面が傾いた設計例であり、観察者３１は視界を覆う離散的な虚像面１０３を観察する。第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置では、図１０において（Ｃ）に示される設計例に基づいてそれぞれの接眼光学系を設計しており、第２の接眼光学系２２から出力される虚像面は、第１の接眼光学系２１から出力される虚像面に対して水平方向に３０°だけ傾いている。
【００７８】
なお、ここまで図１０を用いて、水平方向における虚像面の設計について説明してきたが、垂直方向についても同様の設計が可能である。
【００７９】
（虚像距離の制御例）
図１１は、従来型の虚像距離が一定である頭部装着型の虚像表示装置における、「輻輳距離と調節距離の不整合問題」の概要を示している。図１１の（Ａ）には観察者の眼が遠距離の物体に合焦している状態を模式的に示す。図１１の（Ｂ）には観察者の眼が近距離の物体に合焦している状態を模式的に示す。図１１の（Ｃ）に示したように、右眼３０Ｒと左眼３０Ｌの画像形成素子に輻輳角に応じた視差画像を表示することで、観察者は輻輳距離が変化することにより奥行きを感じる。しかしながら、それぞれの接眼光学系から出力される虚像距離は一定であるため、眼の調節距離は変化せず、輻輳距離と調節距離とが一致しないことにより、観察時に酔い等の不快感が生じる。
【００８０】
第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置では、「輻輳距離と調節距離の不整合問題」を解消するため、観察者の正面領域に出力する画像の虚像距離を制御できるように、第１の画像形成素子１１を第１の接眼光学系２１の光軸方向に摺動させる摺動機構９０（後述する図１２の（Ｂ）参照）を有する。
【００８１】
図１２に、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、虚像距離を制御するために必要な画像形成素子の移動量の一例を比較例と共に示す。図１２の（Ｂ）には、一例として、第１の接眼光学系２１が出力する虚像距離を、観察者の手前２０ｍｍから無限遠まで制御するのに必要な、第１の画像形成素子１１の移動量を示す。図１２において（Ａ）は、比較例として、数インチの画像形成素子１１１を前提とした従来型の設計例であり、接眼光学系１２１の焦点距離は約４０ｍｍと長いため、画像形成素子１１１に必要な移動量は５．５ｍｍと大きく、摺動機構には比較的大型のアクチュエータが必要である。図１２において（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置の設計例であり、第１の接眼光学系２１の焦点距離は約２０ｍｍと短いため、第１の画像形成素子１１に必要な移動量は１．５ｍｍと小さく、摺動機構９０には圧電素子等を使った比較的小型かつ応答速度の速いアクチュエータを採用できる。その結果、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置は、比較的小型・軽量な構成で、虚像距離を制御できる。
【００８２】
なお、図１２の設計例では、第１の画像形成素子１１のみ摺動させる構成としたが、虚像距離の制御機構はこれに限定されず、第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４が、それぞれの接眼光学系を構成するレンズおよびレンズ群の位置や、それぞれの接眼光学系に対応する画像形成素子の位置を摺動させることで虚像距離を制御できるように設計されてもよい。このように、光学設計の自由度を高めることで、虚像距離を制御しつつも、画質への要求や筐体サイズへの要求に対応できる。
【００８３】
（虚像表示方法）
ここまで、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置の光学設計について説明してきたが、第１ないし第４の画像形成素子１１〜１４で分割表示された画像をシームレスに繋ぎ合わせるためには、適切な画像処理が必要である。第１の実施の形態に係る虚像表示方法は、それぞれの接眼光学系が持つ収差や周辺減光等の光学特性を考慮して、それぞれの画像形成素子に表示する画像に対して補正処理を行う。また、観察者の瞳孔位置および瞳孔径と接眼光学系における境界面の位置および傾斜角度から幾何的に決まる光線束のケラレに起因した減光等の光線束特性、さらには、第１ないし第４の画像形成素子１１〜１４が有する配光、色度、分光等の発光特性等を考慮して、それぞれの画像形成素子に表示する画像に対して補正処理を行う。第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置は、この補正処理を行う表示画像補正部４５を備えてもよい（後述する図１３参照）。
【００８４】
ここで、補正処理は、眼球回転の状態に応じて変化するため、観察者の視線方向を検出することでリアルタイムに調整されることが望ましい。観察者の視線方向を検出するには、観察に影響を与えないような赤外線光源を眼前に配置し、レンズ鏡筒と撮像素子からなる撮像デバイスにより光源の角膜反射像と瞳孔を同時に撮影することで、その相対的な位置関係から視線方向を特定すればよい（角膜反射法）。このとき、視線方向の検出精度を高めるためには、なるべく眼に正対した方向から撮影することが望ましいが、本実施の形態では第１の画像形成素子１１は小型であるため、第１の接眼光学系２１はレンズの体積密度が高く、撮像デバイスを配置可能なスペースが限られる。
【００８５】
図１３は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、視線方向を検出するための撮像デバイスの第１ないし第３の配置例を概略的に示している。図１３において（Ａ），（Ｂ）は、撮像デバイスを第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４の外側に配置した設計例である。図１３において（Ａ）（第１の配置例）は１つの撮像デバイス４０によって鼻側から観察者３１の眼を直に撮影する構成となっている。図１３において（Ｂ）（第２の配置例）は１つの撮像デバイス４０によって下方から観察者３１の眼を直に撮影する構成となっている。撮像デバイス４０の撮像結果は表示画像補正部４５に出力される。表示画像補正部４５は、撮像デバイス４０の撮像結果に基づいて、上述の補正処理を行う。
【００８６】
なお、図１３の（Ａ），（Ｂ）では、１つの撮像デバイス４０を配置した例を示しているが、２以上の撮像デバイスを配置した構成であってもよい。
【００８７】
一方、図１３において（Ｃ）（第３の配置例）の設計例では、第１ないし第４の画像形成素子１１〜１４と第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４との間において、第１の画像形成素子１１の周囲付近に４つの撮像デバイス４１〜４４を配置している。これにより、観察者３１の眼を第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４のいずれかを通して撮影する構成となっている。４つの撮像デバイス４１〜４４のうち、３つの撮像デバイス４２〜４４は、第１の画像形成素子１１と第２ないし第４の画像形成素子１２〜１４との間に配置されている。このような方法によれば、眼球回転の状態に応じて適切な補正処理を行うことができるため、観察者３１の視線移動があっても、複数の画像をシームレスに繋ぐことが可能となり、画像の境界が視認されるリスクを軽減できる。撮像デバイス４１〜４４の撮像結果は表示画像補正部４５に出力される。表示画像補正部４５は、撮像デバイス４１〜４４の撮像結果に基づいて、上述の補正処理を行う。
【００８８】
なお、図１３の（Ｃ）には、４つの撮像デバイス４１〜４４を配置した例を示しているが、第１ないし第４の画像形成素子１１〜１４と第１ないし第４の接眼光学系２１〜２４との間において、３以下、または５以上の撮像デバイスを配置した構成であってもよい。
【００８９】
また、外部の風景を撮像する撮像デバイスを備えてもよい。これにより、例えば、その撮像デバイスによって撮像された外部の風景を表示可能に構成してもよい。
【００９０】
図１４は、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、上述の虚像距離の制御動作と連動しつつ、観察者が自然な奥行き感を得るための虚像表示方法を概略的に示している。前述のように観察者の視線方向が検出されたとき、視線方向から求まる輻輳角に応じて適切な輻輳距離が決定される。図１４において（Ａ）は、観察者の輻輳距離Ｄａが手前にある球体の第１のオブジェクト５１に一致している場合である。このとき、虚像距離の制御機構（摺動機構９０）により、出力される虚像面の位置を移動させることで、眼の調節距離と輻輳角θａに応じた輻輳距離Ｄａとを整合させる。さらに、上述の表示画像補正部４５によって、輻輳距離Ｄａから外れた観察者が注視していない表示オブジェクトには、輻輳ズレに伴う視差画像処理やブラー処理をかける。図１４において（Ｂ）は、観察者の輻輳距離Ｄｂが奥にある立方体の第２のオブジェクト５２に一致している場合である。ここでも同様に、摺動機構９０によって、眼の調節距離と輻輳角θｂに応じた輻輳距離Ｄｂとを整合させるように虚像面の位置を移動させつつ、表示画像補正部４５によって、観察者が注視していない表示オブジェクトには視差画像処理やブラー処理をかける。
【００９１】
このような方法によれば、「輻輳距離と調節距離の不整合問題」が解決され、観察時の酔い等の不快感が軽減される。なお、虚像距離の制御機構では、単一の虚像面を前後にシフトすることとなり、実空間の３次元的な表面を出力することはできないが、本来、人間の眼は注視点にしか調節距離を持たないため、上記虚像表示方法でも問題にはならない。
【００９２】
［１．２  効果］
以上説明したように、第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法によれば、比較的小型・軽量、かつ、製造コストを抑制しつつも高解像度と広視野角とを両立させることによって、観察者に快適な装着感と没入感とを提供できる。
【００９３】
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。
【００９４】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法について説明する。なお、以下では、上記第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００９５】
図１５は、本開示の第２の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系２１，２２の一構成例を光路と共に示している。第２の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置において、右眼３０Ｒの光学ユニットは、第１および第２の画像形成素子１１，１２を備え、それぞれに表示された画像を１つの虚像に繋ぎ合わせて観察するための、第１および第２の接眼光学系２１，２２を備える。
【００９６】
第１の画像形成素子１１は、高精細かつ小型な画像形成素子であり、観察者の視野における正面領域に出力する画像を表示する。第２の実施の形態の場合、第１の画像形成素子１１の画素ピッチは１０．６μｍであり、画素数は水平２２６０ピクセル、垂直２５６０ピクセルである。第１の画像形成素子１１は、例えばＭ−ＯＬＥＤである。
【００９７】
第２の画像形成素子１２は、第１の画像形成素子１１の右側に配置され、観察者の視野における右側の周辺領域に出力する画像を表示する。第２の画像形成素子１２の画素ピッチは第１の画像形成素子１１よりも大きく６５．２５μｍで、画素数は水平４００ピクセル、垂直７５０ピクセルである。第２の画像形成素子１２は、例えばＬＴＰＳ−ＯＬＥＤである。
【００９８】
第１および第２の接眼光学系２１，２２は、第１および第２の画像形成素子１１，１２が分割表示する画角領域を出力できるように設計され、右眼３０Ｒの光学ユニット全体として、水平画角−５５°以上７５°以下の範囲となる虚像を出力する。
【００９９】
第１の接眼光学系２１は、第１のＬ１レンズＬ１１、第１のＬ２レンズＬ１２、および第１のＬ３レンズＬ１２から構成されている。かつ、第１のＬ１レンズＬ１１と第１のＬ２レンズＬ１２との対向面同士が、いずれもフレネルレンズとして光学設計されている。これにより、標準的な球面レンズおよび非球面レンズのみ採用した光学設計よりも、光学ユニットひいては装置全体の低背化、軽量化を実現できる。
【０１００】
右眼３０Ｒの光学ユニットにおいて、観察者の視野における周辺領域に虚像を出力する第２の接眼光学系２２は、第２のＬ１レンズＬ２１、および第２のＬ２レンズＬ２２から構成されている。かつ、第２のＬ２レンズＬ２２が１面反射タイプの自由曲面プリズムとして光学設計されている。
【０１０１】
このような構成により、観察者が眼鏡を掛けたまま虚像表示装置を装着することを想定し、装置全体が大型化することを防ぎつつ、眼前の空間（観察者の顔から最も眼に近いレンズ面までの空間）を十分に確保した設計が容易になる。
【０１０２】
その他の構成、動作および効果は、上記第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法と略同様であってもよい。
【０１０３】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法について説明する。なお、以下では、上記第１または第２の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１０４】
図１６は、本開示の第３の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系２１，２２の一構成例を光路と共に示している。右眼３０Ｒの光学ユニットは、第１および第２の画像形成素子１１，１２を備え、それぞれに表示された画像を１つの虚像に繋ぎ合わせて観察するための、第１および第２の接眼光学系２１，２２を備える。
【０１０５】
第１および第２の接眼光学系２１，２２は、第１および第２の画像形成素子１１，１２が分割表示する画角領域を出力できるように設計され、右眼３０Ｒの光学ユニット全体として、水平画角−４５°以上７０°以下の範囲となる虚像を出力する。
【０１０６】
第１の接眼光学系２１は、第１のＬ１レンズＬ１１、第１のＬ２レンズＬ１２、および第１のＬ３レンズＬ１３から構成されている。かつ、第１のＬ１レンズＬ１１と第１のＬ２レンズＬ１２との対向面同士が、いずれもフレネルレンズとして光学設計されている。これにより、標準的な球面レンズおよび非球面レンズのみ採用した光学設計よりも、光学ユニットひいては装置全体の低背化、軽量化を実現できる。
【０１０７】
右眼３０Ｒの光学ユニットにおいて、観察者の視野における周辺領域に虚像を出力する第２の接眼光学系２２は、２面反射タイプの自由曲面プリズムとして光学設計された第２のＬ１レンズＬ２１で構成されている。
【０１０８】
このような構成により、第２の画像形成素子１２およびその制御基板（図示せず）等の発熱が懸念される場合、観察者の顔から発熱部を遠ざける設計対応も可能となる。
【０１０９】
第３の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置では、第１の接眼光学系２１と第２の接眼光学系２２との間には境界面７２は存在しない。第１の接眼光学系２１における境界面７２に相当する位置はレンズカット面１６１となっている。第１の接眼光学系２１におけるレンズカット面１６１の位置および傾斜角度は、第１の実施の形態における第１および第２の接眼光学系２１，２２同士の境界面７２の位置および傾斜角度と同様の設計にすることが好ましい。
【０１１０】
その他の構成、動作および効果は、上記第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法と略同様であってもよい。
【０１１１】
＜４．第４の実施の形態＞
次に、本開示の第４の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法について説明する。なお、以下では、上記第１ないし第３のいずれかの実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１１２】
図１７は、本開示の第４の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系２１，２２の一構成例を光路と共に示している。右眼３０Ｒの光学ユニットは、第１および第２の画像形成素子１１，１２を備え、それぞれに表示された画像を１つの虚像に繋ぎ合わせて観察するための、第１および第２の接眼光学系２１，２２を備える。
【０１１３】
第１および第２の接眼光学系２１，２２は、第１および第２の画像形成素子１１，１２が分割表示する画角領域を出力できるように設計され、右眼３０Ｒの光学ユニット全体として、水平画角−４５°以上７０°以下の範囲となる虚像を出力する。
【０１１４】
第１の接眼光学系２１は、第１のＬ１レンズＬ１１、第１のＬ２レンズＬ１２、および第１のＬ３レンズＬ１３から構成されている。かつ、第１のＬ１レンズＬ１１と第１のＬ２レンズＬ１２との対向面同士が、いずれもフレネルレンズとして光学設計されている。これにより、標準的な球面レンズおよび非球面レンズのみ採用した光学設計よりも、光学ユニットひいては装置全体の低背化、軽量化を実現できる。
【０１１５】
右眼３０Ｒの光学ユニットにおいて、観察者の視野における周辺領域に虚像を出力する第２の接眼光学系２２は、比較的簡素な自由曲面ミラーとして光学設計された第２のＭ１ミラーＭ２１で構成されている。
【０１１６】
このような構成により、第２の画像形成素子１２およびその制御基板（図示せず）等の発熱が懸念される場合、観察者の顔から発熱部を遠ざける設計対応が可能となる。
【０１１７】
第４の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置では、第１の接眼光学系２１と第２の接眼光学系２２との間には境界面７２は存在しない。第１の接眼光学系２１における境界面７２に相当する位置はレンズカット面１６１となっている。第１の接眼光学系２１におけるレンズカット面１６１の位置および傾斜角度は、第１の実施の形態における第１および第２の接眼光学系２１，２２同士の境界面７２の位置および傾斜角度と同様の設計にすることが好ましい。
【０１１８】
その他の構成、動作および効果は、上記第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法と略同様であってもよい。
【０１１９】
＜５．第５の実施の形態＞
次に、本開示の第５の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法について説明する。なお、以下では、上記第１ないし第４のいずれかの実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１２０】
図１８は、本開示の第５の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置における右眼３０Ｒの光学ユニットに含まれる第１および第２の接眼光学系２１，２２の一構成例を光路と共に示している。右眼３０Ｒの光学ユニットは、第１および第２の画像形成素子１１，１２を備え、それぞれに表示された画像を１つの虚像に繋ぎ合わせて観察するための、第１および第２の接眼光学系２１，２２を備える。
【０１２１】
第１および第２の接眼光学系２１，２２は、第１および第２の画像形成素子１１，１２が分割表示する画角領域を出力できるように設計され、右眼３０Ｒの光学ユニット全体として、水平画角−５０°以上７５°以下の範囲となる虚像を出力する。
【０１２２】
第１の接眼光学系２１は、第１のＬ１レンズＬ１１、第１のＬ２レンズＬ１２、第１のＬ３レンズＬ１３、および第１のＬ４レンズＬ１４から構成されている。
【０１２３】
第２の接眼光学系２２は、第２のＬ１レンズＬ２１、第２のＬ２レンズＬ２２、および第２のＬ３レンズＬ２３から構成される。さらに、第１および第２の接眼光学系２１，２２において、それぞれのＬ１レンズ（第１のＬ１レンズＬ１１および第２のＬ１レンズＬ２１）は同一のレンズとして共有される光学設計となっている。
【０１２４】
一般に、眼から離れたレンズ面ほど、眼球回転に伴う光線高さの変化量が小さくなる。したがって、眼側から２番目以降のレンズ群を分割した方が、眼側から１番目のレンズから分割するよりも光線束のケラレが少なくなる。これにより、隣接する２つの画像同士に設定する重畳領域を減らすことができる。したがって、第１および第２の画像形成素子１１，１２が持つ画素の利用効率を高めることができる。
【０１２５】
さらに、第５の実施の形態に係る接眼光学系の構成では、第１および第２の接眼光学系２１，２２でＬ１レンズは共通であるためレンズ表面に稜線は形成されない。したがって、Ｌ１レンズについて、稜線が視認されるリスクも軽減される。
【０１２６】
第５の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置では、第１の接眼光学系２１と第２の接眼光学系２２との間には境界面７２は存在しない。第１の接眼光学系２１における境界面７２に相当する位置はレンズカット面１６１となっている。第１の接眼光学系２１におけるレンズカット面１６１の位置および傾斜角度は、第１の実施の形態における第１および第２の接眼光学系２１，２２同士の境界面７２の位置および傾斜角度と同様の設計にすることが好ましい。
【０１２７】
その他の構成、動作および効果は、上記第１の実施の形態に係る頭部装着型の虚像表示装置、および虚像表示方法と略同様であってもよい。
【０１２８】
＜６．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
【０１２９】
例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
以下の構成の本技術によれば、観察者に快適な装着感と没入感とを提供可能となる。
【０１３０】
（１）
観察者の視野における正面領域に第１の画像を出力する第１の画像形成素子と、前記観察者の視野における周辺領域に前記第１の画像とは異なる第２の画像を出力する第２の画像形成素子とを含み、前記第１の画像に対して、それぞれの少なくとも一部の画像領域が重複するように、前記第１および第２の画像を含む複数の画像を出力する複数の画像形成素子と、
前記複数の画像形成素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の画像から全体として１つの虚像を形成する複数の接眼光学系と
を備える
虚像表示装置。
（２）
前記第１の画像は、前記第２の画像よりも解像度が高い
上記（１）に記載の虚像表示装置。
（３）
前記複数の接眼光学系は前記第１の画像形成素子に対応して設けられた第１の接眼光学系を含み、
前記第１の接眼光学系は、水平画角として６０°以上１２０°以下、垂直画角として４５°以上１００°以下の虚像を出力するように構成されている
上記（１）または（２）に記載の虚像表示装置。
（４）
前記第１の画像形成素子が２０００ｐｐｉ以上の解像度を有し、前記第２の画像形成素子が２０００ｐｐｉ未満の解像度を有する
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
（５）
前記複数の接眼光学系において、前記観察者の視線移動に関わらず、隣接する任意の２つの接眼光学系のそれぞれから出力される、隣接する任意の２つの虚像同士が、常に部分的に重複する領域を持ちながら隙間なく繋がるように、前記隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の位置設計がなされている
上記（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
（６）
前記複数の接眼光学系において、隣接する任意の２つの接眼光学系同士の境界面の傾斜角度が、前記観察者の視線移動に対して、前記境界面の近傍を通過する光線束のケラレが抑制されるように設計されている
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
（７）
前記複数の接眼光学系は、前記観察者の視界を覆うように、全体として滑らかに湾曲した虚像面を形成するように、または、それぞれの接眼光学系は平坦な虚像面を形成しつつも、周辺に配置される接眼光学系ほど傾いた虚像面を形成することで、前記観察者の視界を覆うように、全体として離散的に湾曲した虚像面を形成するように構成されている
上記（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
（８）
前記複数の接眼光学系のうち少なくとも１つの接眼光学系が、フレネルレンズを含む
上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
（９）
前記複数の接眼光学系のうちの１つの接眼光学系は、
他の接眼光学系とは異なる光学方式によって構成されている
上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
（１０）
前記他の接眼光学系は、
自由曲面プリズム、もしくは、自由曲面ミラーを含む光学方式によって構成されている
上記（９）に記載の虚像表示装置。
（１１）
前記複数の接眼光学系において、少なくとも、最も前記観察者の眼側に位置する面が、それぞれの前記接眼光学系によって共有されるレンズ面とされている
上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
（１２）
前記複数の接眼光学系のそれぞれの構成要素の位置、または、前記複数の画像形成素子のそれぞれの位置を摺動させることで、前記観測者から前記複数の接眼光学系のそれぞれによる虚像面までの虚像距離を制御可能な摺動機構、をさらに備える
上記（１）ないし（１１）のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
（１３）
前記摺動機構は、前記虚像距離を前記観察者の手前２０ｍｍから無限遠まで制御可能である
上記（１２）に記載の虚像表示装置。
（１４）
複数の画像形成素子のそれぞれによって複数の画像を表示するステップと、
前記複数の画像形成素子のそれぞれに対応する複数の接眼光学系を介して、前記複数の画像を出力するステップと、
前記複数の接眼光学系の光学特性と、前記観察者の瞳孔位置および瞳孔径と前記接眼光学系における境界面の位置および傾斜角度から幾何的に決まる光線束特性と、前記複数の画像形成素子の発光特性との少なくとも１つの特性に基づき、前記複数の画像形成素子に表示する画像を、前記複数の接眼光学系を介して出力された画像が前記１つの虚像を形成するように補正するステップと
を含む
虚像表示方法。
（１５）
前記光学特性は、前記複数の接眼光学系が持つ収差および周辺減光の特性を含み、
前記発光特性は、前記複数の画像形成素子が有する配光、色度、および分光の特性を含む
上記（１４）に記載の虚像表示方法。
（１６）
前記複数の画像形成素子に表示する画像に対する前記補正を、前記観察者の視線方向に応じて調整するステップ、をさらに含む
上記（１４）または（１５）に記載の虚像表示方法。
（１７）
摺動機構によって、前記複数の接眼光学系のそれぞれの構成要素の位置、または、前記複数の画像形成素子のそれぞれの位置を摺動させることで、前記観察者の視線方向を検出しつつ、前記観察者の輻輳角に応じて、前記観測者から前記複数の接眼光学系のそれぞれによる虚像面までの虚像距離を制御するステップと、
前記摺動機構の動作と連動して、前記複数の画像形成素子に表示する画像を、前記複数の接眼光学系の倍率、および前記観測者の輻輳角に対応した表示位置に調整し、かつ、輻輳距離から外れた前記観察者が注視していない表示オブジェクトにはブラー処理がかかるように補正するステップと
をさらに含む
上記（１４）ないし（１６）のいずれか１つに記載の虚像表示方法。
【符号の説明】
【０１３１】
１１…第１の画像形成素子、１２…第２の画像形成素子、１３…第３の画像形成素子、１４…第４の画像形成素子、１１Ｒ，１１Ｌ…第１の画像、１２Ｒ，１２Ｌ…第２の画像、１３Ｒ，１３Ｌ…第３の画像、１４Ｒ，１４Ｌ…第４の画像、２１…第１の接眼光学系、２２…第２の接眼光学系、２３…第３の接眼光学系、２４…第４の接眼光学系、３０…眼、３０Ｒ…右眼、３０Ｌ…左眼、３１…観察者、４０…撮像デバイス、４１…撮像デバイス、４２…撮像デバイス、４３…撮像デバイス、４４…撮像デバイス、４５…表示画像補正部、５１…第１のオブジェクト、５２…第２のオブジェクト、６１…切り落とし領域、６２…切り落とし領域、６３…切り落とし領域、６４…切り落とし領域、７０…虚像の繋ぎ位置、７２…境界面、７３…境界面、７４…境界面、８０…第１および第２の画像の重畳領域、８０Ａ…虚像が重畳されて観察される画角領域、８１…第１の接眼光学系のみによって観察される虚像の画角領域、８２…第２の接眼光学系のみによって観察される虚像の画角領域、９０…摺動機構、１０１…虚像面（平坦面）、１０２…虚像面（部分湾曲面）、１０３…虚像面（部分傾斜面）、１１１…画像形成素子、１２１…接眼光学系、１６１…レンズカット面、Ｄａ…輻輳距離、Ｄｂ…輻輳距離、Ｌ１１…第１のＬ１レンズ、Ｌ１２…第１のＬ２レンズ、Ｌ１３…第１のＬ３レンズ、Ｌ１４…第１のＬ４レンズ、Ｌ２１…第２のＬ１レンズ、Ｌ２２…第２のＬ２レンズ、Ｌ２３…第２のＬ３レンズ、Ｌ３１…第３のＬ１レンズ、Ｌ３２…第３のＬ２レンズ、Ｌ４１…第３のＬ１レンズ、Ｌ４２…第３のＬ２レンズ、Ｍ２１…第２のＭ１ミラー、ω１ａ…第１の接眼光学系における設計最大画角、ω１ｂ…第１の接眼光学系における実効最大画角、ω２ａ…第２の接眼光学系における設計最大画角、ω２ｂ…第２の接眼光学系における実効最大画角、θａ…輻輳角、θｂ…輻輳角。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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