(57)【要約】      （修正有）【課題】ニアアイライトフィールド表示装置及びニアアイ表示装置を提供する。【解決手段】表示素子１５、マイクロレンズアレイ１３及び光学素子１１を含む。表示素子１５は、サブ映像光束ＬＳをそれぞれ提供する複数のマイクロ映像部１５１を有する。マイクロレンズアレイ１３は、表示素子１５の前方に配置され、複数のマイクロ映像部１５１にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズ１３１を有する。光学素子１１は、マイクロレンズアレイ１３の前方に配置され、複数のマイクロレンズ１３１からの複数のサブ映像光束ＬＳの伝達経路に位置し、マイクロレンズアレイ１３は光学素子１１と表示素子との間に位置し、各サブ映像光束ＬＳは対応するマイクロレンズ１３１を介して光学素子１１に投射される。マイクロレンズアレイ１３と光学素子１１のアッベ数及び屈折率は、所定の条件を満たす。本表示装置は、視野角が大きく、角度分解能が高い。【選択図】図１
2019066840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブ映像光束をそれぞれ提供する複数のマイクロ映像部を有する表示素子と、
前記表示素子の前方に配置され、前記複数のマイクロ映像部にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの前方に配置され、前記複数のマイクロレンズからの複数のサブ映像光束の伝達経路に位置する光学素子であって、前記マイクロレンズアレイは前記光学素子と前記表示素子との間に位置し、各サブ映像光束は対応する前記マイクロレンズを介して前記光学素子に投射される、光学素子と、を含み、
前記マイクロレンズアレイのアッベ数はＶｄＭＬＡであり、前記マイクロレンズアレイの屈折率はｎｄＭＬＡであり、前記光学素子のアッベ数はＶｄＯＥであり、前記光学素子の屈折率はｎｄＯＥであり、前記マイクロレンズアレイと前記光学素子は、ＶｄＯＥ＞ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＜ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たす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】
前記光学素子は第１表面及び第２表面を有し、
前記第１表面は前記マイクロレンズアレイに近接しており、前記第２表面は前記マイクロレンズアレイから離れており、
前記第１表面は凸面であり、前記第２表面は平面であり、
前記第１表面は球面又は非球面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】
前記光学素子は第１表面及び第２表面を有し、
前記第１表面は前記マイクロレンズアレイに近接しており、前記第２表面は前記マイクロレンズアレイから離れており、
前記第１表面は平面であり、前記第２表面は凸面であり、
前記第２表面は球面又は非球面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４】
前記光学素子は第１表面及び第２表面を有し、
前記第１表面は前記マイクロレンズアレイに近接しており、前記第２表面は前記マイクロレンズアレイから離れており、
前記第１表面は凸面を有し、前記第２表面は凹面を有し、
前記第１表面は球面又は非球面であり、前記第２表面は球面又は非球面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】
前記光学素子は第１表面及び第２表面を有し、
前記第１表面は前記マイクロレンズアレイに近接しており、前記第２表面は前記マイクロレンズアレイから離れており、
前記第１表面は回折光学素子表面であり、前記第２表面は凸面であり、
前記第２表面は球面又は非球面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】
前記光学素子は第１表面及び第２表面を有し、
前記第１表面は前記マイクロレンズアレイに近接しており、前記第２表面は前記マイクロレンズアレイから離れており、
前記第１表面は凸面であり、前記第２表面は回折光学素子表面であり、
前記第１表面は球面又は非球面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７】
前記光学素子は第１表面及び第２表面を有し、
前記第１表面は前記マイクロレンズアレイに近接しており、前記第２表面は前記マイクロレンズアレイから離れており、
前記第１表面はフレネルレンズ表面であり、前記第２表面は回折光学素子表面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８】
光方向変換素子をさらに含み、
前記複数のサブ映像光束は前記光学素子を通過した後に映像光束となり、
前記光方向変換素子は前記光学素子からの前記映像光束の伝達経路に位置す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９】
前記光方向変換素子は半透過反射素子であることを特徴とする請求項８に記載のニアアイライトフィールド表示装置。
【請求項１０】
前記複数のマイクロレンズの焦点距離は同一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１１】
前記複数のマイクロレンズの焦点距離は異な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１２】
前記マイクロレンズアレイは可変な焦点距離を有す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１３】
前記光学素子は可変な焦点距離を有す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１４】
サブ映像光束をそれぞれ提供する複数のマイクロ映像部を有する表示素子と、
前記表示素子の前方に配置され、前記複数のマイクロ映像部にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの前方に配置され、前記複数のマイクロレンズからの複数のサブ映像光束の伝達経路に位置する光学素子であって、前記マイクロレンズアレイは前記光学素子と前記表示素子との間に位置し、各サブ映像光束は対応する前記マイクロレンズを介して前記光学素子に投射される、光学素子と、を含み、
前記マイクロレンズアレイ及び前記光学素子の少なくとも１つは可変な焦点距離を有することを特徴とするニアアイ表示装置。
【請求項１５】
前記マイクロレンズアレイのアッベ数はＶｄＭＬＡであり、前記マイクロレンズアレイの屈折率はｎｄＭＬＡであり、前記光学素子のアッベ数はＶｄＯＥであり、前記光学素子の屈折率はｎｄＯＥであり、前記マイクロレンズアレイと前記光学素子は、ＶｄＯＥ＞ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＜ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たすことを特徴とする請求項１４に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１６】
前記マイクロレンズアレイのアッベ数はＶｄＭＬＡであり、前記マイクロレンズアレイの屈折率はｎｄＭＬＡであり、前記光学素子のアッベ数はＶｄＯＥであり、前記光学素子の屈折率はｎｄＯＥであり、前記マイクロレンズアレイと前記光学素子は、ＶｄＯＥ＜ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＞ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たすことを特徴とする請求項１４に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１７】
前記マイクロレンズアレイのアッベ数はＶｄＭＬＡであり、前記マイクロレンズアレイの屈折率はｎｄＭＬＡであり、前記光学素子のアッベ数はＶｄＯＥであり、前記光学素子の屈折率はｎｄＯＥであり、前記マイクロレンズアレイと前記光学素子は、ＶｄＯＥ＝ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＝ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たすことを特徴とする請求項１４に記載のニアアイ表示装置。
【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】
ニアアイライトフィールド表示装置（Ｎｅａｒ−Ｅｙｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）は、ライトフィールド表示技術を用いて視学的立体映像を生成する表示装置であり、ライトフィールド映像はマイクロレンズアレイを介して結像面に実像を生成するため、観察者は遠いところから奥行き感を有するライトフィールド映像を見える。
【０００３】
しかし、従来のニアアイライトフィールド表示装置は一般的に自由曲面プリズム（Ｆｒｅｅｆｏｒｍ  ｐｒｉｓｍ）又は多数枚式の対眼レンズを用いて結像を行うため、従来のニアアイライトフィールド表示装置は厚く、且つ重く、長期間の使用に適しない。また、自由曲面プリズムは通常プラスチック材料を用い、その光学材料のアッベ数（Ａｂｂｅ  ｎｕｍｂｅｒ）が高く、分散が大きい。また、ニアアイライトフィールド表示装置の視野角（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）を向上すると、自由曲面プリズム又は多数枚式の対眼レンズの厚さ及び重さも増加するため、従来のニアアイライトフィールド表示装置の視野角は限られている。従って、厚さ及び重さを低減させると共に、視野角を向上するニアアイライトフィールド表示装置が求められている。
【０００４】
「背景技術」段落の内容は本発明の内容の理解を助けるためのものであり、「背景技術」段落に記載される内容は、当技術分野の常用知識を持っている者が把握していること以外の従来技術も含むことができる。「背景技術」段落に記載される内容について、「背景技術」の内容又は本発明の一個又は複数個の実施例が解決しようとする問題を代表するものは、本発明の出願前に当技術分野の常用知識を持っている者が既に把握又は承知しているものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ニアアイライトフィールド表示装置の厚さ及び重さを低減できると共に、視野角を向上できるニアアイライトフィールド表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明は、ニアアイ表示装置の厚さ及び重さを低減できると共に、視野角を向上でき、さらに被写界深度を調整できるニアアイ表示装置をさらに提供することを目的とする。
【０００７】
なお、本発明の他の目的及び利点は、本発明に開示されている手段から更に分かる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的の一つ、一部若しくは全部、又は他の目的を達成するため、本発明の１つの実施例は、サブ映像光束をそれぞれ提供する複数のマイクロ映像部を有する表示素子と、前記表示素子の前方に配置され、前記複数のマイクロ映像部にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの前方に配置され、前記複数のマイクロレンズからの複数のサブ映像光束の伝達経路に位置する光学素子であって、前記マイクロレンズアレイは前記光学素子と前記表示素子との間に位置し、各サブ映像光束は対応する前記マイクロレンズを介して前記光学素子に投射される、光学素子と、を含み、前記マイクロレンズアレイのアッベ数はＶｄＭＬＡであり、前記マイクロレンズアレイの屈折率はｎｄＭＬＡであり、前記光学素子のアッベ数はＶｄＯＥであり、前記光学素子の屈折率はｎｄＯＥであり、前記マイクロレンズアレイと前記光学素子は、ＶｄＯＥ＞ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＜ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たすことを特徴とするニアアイライトフィールド表示装置を提供する。
【０００９】
上記の目的の一つ、一部若しくは全部、又は他の目的を達成するため、本発明のもう１つの実施例は、サブ映像光束をそれぞれ提供する複数のマイクロ映像部を有する表示素子と、前記表示素子の前方に配置され、前記複数のマイクロ映像部にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの前方に配置され、前記複数のマイクロレンズからの複数のサブ映像光束の伝達経路に位置する光学素子であって、前記マイクロレンズアレイは前記光学素子と前記表示素子との間に位置し、各サブ映像光束は対応する前記マイクロレンズを介して前記光学素子に投射される、光学素子と、を含み、前記マイクロレンズアレイ及び前記光学素子の少なくとも１つは可変な焦点距離を有することを特徴とするニアアイ表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上述したように、本発明の実施例のニアアイライトフィールド表示装置は、光学素子をマイクロレンズアレイの前方に配置し、マイクロレンズアレイと前記光学素子がＶｄＯＥ＞ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＜ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たすようにすることで、ニアアイライトフィールド表示装置の厚さ及び重さを低減できると共に、視野角を向上できる。また、本発明の実施例のニアアイ表示装置は、マイクロレンズアレイ及び光学素子の少なくとも１つが可変な焦点距離を有するため、焦点距離調整の機能を有し、視野角及び角度分解能を向上できる。
【００１１】
本発明の上述した特徴及び利点をより明確に分かるように、図面を参照しながら、下記実施例に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。
【図２Ａ】図１に示す実施例のニアアイライトフィールド表示装置の表示素子の複数のマイクロ映像部によりそれぞれ表示された複数のサブ映像（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｉｍａｇｅ）を示す図である。
【図２Ｂ】使用者の目で図１に示す実施例のニアアイライトフィールド表示装置を介して見た映像を示す図である。
【図３】図１に示す実施例のニアアイライトフィールド表示装置のマイクロレンズアレイを示す図である。
【図４Ａ】本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。
【図４Ｂ】非球面の径方向の高さを示す図である。
【図５Ａ】図４Ａにおけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離を有する場合に生成された変調伝達関数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＦ）を示す図である。
【図５Ｂ】図４Ａにおけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図６】本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。
【図７Ａ】図６におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図７Ｂ】図６におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図８】本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。
【図９Ａ】図８におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図９Ｂ】図８におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図１０】本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。
【図１１Ａ】図１０におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図１１Ｂ】図１０におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図１２】本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。
【図１３Ａ】図１２におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図１３Ｂ】図１２におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図１４】本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。
【図１５Ａ】図１４におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図１５Ｂ】図１４におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【図１６】本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａ及び図１７Ｂは異なる焦点距離の状態における本発明の１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａ及び図１７Ｂは異なる焦点距離の状態における本発明の１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａ及び図１８Ｂは異なる焦点距離の状態における本発明のもう１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａ及び図１８Ｂは異なる焦点距離の状態における本発明のもう１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａ及び図１９Ｂは異なる焦点距離の状態における本発明のもう１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａ及び図１９Ｂは異なる焦点距離の状態における本発明のもう１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述した本発明に係る技術的内容、特徴及び効果は、以下の図面を参照しながら、好適な実施形態の詳細な説明に示されるように、明らかである。以下実施形態に言及される「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等の方向の用語は、単なる図面を参照する際に、単なる方向を参考する説明用の用語であり、本発明は方向の用語に示されるものに限定されない。
【００１４】
図１は本発明の１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。図１に示すように、本実施例のニアアイライトフィールド表示装置１０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ１３及び光学素子１１を含む。表示素子１５は、複数のマイクロ映像部１５１を有し、各マイクロ映像部１５１はサブ映像光束ＬＳ（図１では、上側エッジに位置するマイクロ映像部１５１により発せられたサブ映像光束ＬＳの上側境界及び下側エッジに位置するマイクロ映像部１５１により発せられたサブ映像光束ＬＳの下側境界で示される）を提供する。マイクロレンズアレイ１３は、表示素子１５の前方に配置され、表示素子１５の複数のマイクロ映像部１５１にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズ１３１を有する。光学素子１１は、マイクロレンズアレイ１３の前方に配置され、複数のマイクロレンズ１３１からの複数のサブ映像光束ＬＳの伝達経路に位置する。マイクロレンズアレイ１３は光学素子１１と表示素子１５との間に位置し、各サブ映像光束ＬＳは対応するマイクロレンズ１３１を介して光学素子１１に投射される。
【００１５】
マイクロレンズアレイ１３のアッベ数（Ａｂｂｅ  ｎｕｍｂｅｒ）はＶｄＭＬＡであり、マイクロレンズアレイ１３の屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）はｎｄＭＬＡであり、光学素子１１のアッベ数はＶｄＯＥであり、光学素子１１の屈折率はｎｄＯＥである。本実施例では、各マイクロレンズ１３１の材料は例えば同一のものであるため、各マイクロレンズ１３１のアッベ数は例えばマイクロレンズアレイ１３のアッベ数に等しく、各マイクロレンズ１３１の屈折率は例えばマイクロレンズアレイ１３の屈折率に等しい。本実施例では、マイクロレンズアレイ１３と光学素子１１は、ＶｄＯＥ＞ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＜ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たす。これによって、光学素子１１及びマイクロレンズアレイ１３を異なる材料で構成することで、色収差を除去できるため、より鮮明な映像品質を得ることができる。
【００１６】
図１に示すように、本実施例では、光学素子１１は例えば両凸レンズであるが、本発明はこれに限定されない。本実施例では、表示素子１５の各マイクロ映像部１５１は、例えばサブ映像光束ＬＳを提供するための複数の画素（図示せず）を含む。各映像光束ＬＳは、対応するマイクロレンズ１３１を介して光学素子１１に投射される。本実施例では、光学素子１１は、これらのマイクロレンズ１３１により投射されたサブ映像光束ＬＳを収集し、サブ映像光束ＬＳを使用者の目ＥＹに伝達する。本実施例では、使用者の目ＥＹは遠いところでライトフィールド虚像（ｖｉｒｔｕａｌ  ｉｍａｇｅ）Ｓ０として融合されるため、使用者は奥行き感を有するライトフィールド映像を見えることができる。
【００１７】
図２Ａは図１に示す実施例のニアアイライトフィールド表示装置の表示素子の複数のマイクロ映像部によりそれぞれ表示された複数のサブ映像（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｉｍａｇｅ）を示す図であり、図２Ｂは使用者の目で図１に示す実施例のニアアイライトフィールド表示装置を介して見た映像を示す図である。図２Ａに示すサブ映像ＥＩＯ、ＥＩは、表示素子１５の複数のマイクロ映像部１５１により提供された複数のサブ映像光束ＬＳの一例である。図２Ａに示すように、本実施例では、複数のマイクロ映像部１５１は１つのサブ映像ＥＩＯ及び複数のサブ映像ＥＩを表示し、ここで、サブ映像ＥＩＯは中心サブ映像であり、複数のサブ映像ＥＩは中心サブ映像（即ちサブ映像ＥＩＯ）を囲む。本実施例では、各サブ映像ＥＩＯ、ＥＩは、対応するマイクロレンズ１３１を介して光学素子１１に投射され、光学素子１１を介して使用者の目ＥＹに投射されることで、使用者は図２Ｂに示す映像を見えることができる。これによって、本実施例のニアアイライトフィールド表示装置１０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ１３及び光学素子１１を設けることで、使用者が奥行き感を有するライトフィールド映像を見えることができる。なお、図２Ａに示す表示素子１５により生成されたサブ映像ＥＩＯ、ＥＩは単なる一例であり、本発明はこれに限定されない。
【００１８】
図３は図１に示す実施例のニアアイライトフィールド表示装置のマイクロレンズアレイを示す図である。図３に示すように、本実施例では、マイクロレンズアレイ１３の複数のマイクロレンズ１３１が行列状に配列されることを一例にして説明するが、本発明はこれに限定されない。１つの態様では、複数のマイクロレンズ１３１の焦点距離は例えば同一である。もう１つの態様では、複数のマイクロレンズ１３１の焦点距離は異なってもよい。例えば、図３に示すように、マイクロレンズアレイ１３の中心のマイクロレンズ１３１を通過する水平線（即ち一行（ｒｏｗ）全体）又は鉛直線（即ち一列（ｃｏｌｕｍｎ）全体）における複数のマイクロレンズ１３１では、焦点距離の変化は中心のマイクロレンズ１３１から左右両側又は上下両側へ徐々に変化してもよい。１つの態様では、焦点距離の変化は中心のマイクロレンズ１３１から左右両側又は上下両側へ徐々に大きくなるように変化してもよいが、本発明はこれに限定されない。もう１つの態様では、焦点距離の変化は中心のマイクロレンズ１３１から左右両側又は上下両側へ徐々に大きくなってから、小さくなるように変化してもよいが、本発明はこれに限定されない。なお、焦点距離の変化は、設計の要求に応じて異なる変化方式を有してもよい。各マイクロレンズ１３１が異なる焦点距離を有する態様では、映像の投射を微調整してもよく、これによって、より鮮明な映像品質を得ることができる。
【００１９】
図１の実施例では、光学素子１１はサブ映像光束ＬＳを大きな角度で転向させてもよいため、マイクロレンズアレイ１３の複数のマイクロレンズ１３１は傾斜の光学面の特殊な設計を採用する必要がない。即ち、傾斜の光学面を有しない一般的なマイクロレンズアレイを用いることで、製造／プロセスの利便性及び良品率を向上でき、隣接するマイクロレンズの光学面間の段差を回避できる。また、本実施例のニアアイライトフィールド表示装置１０は、光学面に段差のあるマイクロレンズアレイを採用することによってマイクロレンズの有効面積が縮小し（或いは有効穴径が縮小し）、入射光の入光量が低減するという従来のニアアイライトフィールド表示装置の問題を改善、解決できるため、映像品質を向上できる。さらに、本実施例では、光学素子１１を用いてサブ映像光束ＬＳを大きな角度で転向させることで、使用者の目ＥＹに入る入射角θ１がサブ映像光束ＬＳのマイクロ映像部１５１から出射する際の出射角θ２よりも遥かに大きいため、ニアアイライトフィールド表示装置１０の全体的な厚さを厚くする必要がなく、大きな視野角を達成できる。
【００２０】
なお、本発明の光学素子は図１の構成に限定されず、以下は異なる光学素子を採用するニアアイライトフィールド表示装置の他の実施例を説明するが、本発明は後述する他の実施例にも限定されない。
【００２１】
図４Ａは本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。図４Ａに示すように、ニアアイライトフィールド表示装置２０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ２３及び光学素子２１を含む。本実施例のニアアイライトフィールド表示装置２０は、図１に示すニアアイライトフィールド表示装置１０と類似の構成及び機能を有するが、本実施例と図１に示す実施例との相違点として、光学素子２１は第１表面Ｓ３及び第２表面Ｓ２を有し、第１表面Ｓ３はマイクロレンズアレイ２３に近接しており、第２表面Ｓ２はマイクロレンズアレイ２３から離れており、第１表面Ｓ３は第２表面Ｓ２とマイクロレンズアレイ２３との間に位置し、第１表面Ｓ３は凸面であり、第２表面Ｓ２は平面である。即ち、本実施例の光学素子２１は平凸レンズであり、凸面（第１表面Ｓ３）は平面（第２表面Ｓ２）とマイクロレンズアレイ２３との間に位置する。本実施例では、第１表面Ｓ３は球面又は非球面であってもよいが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例のマイクロレンズアレイ２３の構成は、図３と類似し、焦点距離が同一、或いは異なる複数のマイクロレンズ２３１により構成されたマイクロレンズアレイ２３であってもよい。
【００２２】
例えば、マイクロレンズアレイ２３の各マイクロレンズ２３１の焦点距離が同一であり、且つ焦点距離の値が例えば３．３９２ミリメートル（ｍｍ）であることを一例にして、他のパラメータは下記の表１、表２に示す。なお、表１、表２及び後述する表に示すデータ情報は本発明を限定するものではなく、当業者が本発明を参照して適切に変更したものも本発明の範囲に属する。
【００２３】
【表１】
2019066840.tif 000003
図４Ａに示すように、表１における間隔は、２つの隣接する表面のニアアイライトフィールド表示装置２０の光軸における直線距離である。例えば、本実施例では、表面Ｓ１の間隔は表面Ｓ１と表面２との光軸における直線距離である。また、図４Ａに示すように、本実施例では、表面Ｓ０の間隔が−１０００ｍｍであることは、ライトフィールド虚像が瞳の前方の１０００ｍｍの位置にあることを意味する。また、本実施例では、曲率半径の正の値は該表面が左側に向かって曲がることを意味し、曲率半径の負の値は該表面が右側に向かって曲がることを意味する。
【００２４】
本実施例では、表面Ｓ３、Ｓ４及びＳ５は例えば非球面であり、下記の式を満たす。
【００２５】
【数１】
2019066840.tif 000004
上記の式において、図４Ｂに示す非球面ＳＡから分かるように、Ｚは光軸Ａｘ方向の座標値であり、ｋは二次曲面定数（ｃｏｎｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり、Ｒは曲率半径であり、Ｙは光軸Ａｘ方向に直交する座標値であり、即ち非球面ＳＡの径方向の高さ（ｒａｄｉａｌ  ｈｅｉｇｈｔ）であり、ここで、Ｙは図面の上方を正方向とし、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは非球面係数（ａｓｐｈｅｉｒｃ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。表１及び表２の実施例では、非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも例えば０であるため、表示を省略するが、非球面のマイクロレンズ２３１の関連パラメータは下記の表２に示す。
【００２６】
【表２】
2019066840.tif 000005
上述したように、図５Ａは図４Ａにおけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離（例えば３．３９２ｍｍ）を有する場合に生成された変調伝達関数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＦ）を示す図であり、ここで、横軸はサブ映像ＥＩとサブ映像ＥＩＯ（即ち中心サブ映像）との距離（単位はｍｍ）であり、縦軸はＭＴＦ値であり、実線で示す曲線は矢状（ｓａｇｉｔｔａｌ）方向におけるＭＴＦ曲線であり、破線で示す曲線は接線（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）方向におけるＭＴＦ曲線である。
【００２７】
なお、他の態様では、図４Ａのニアアイライトフィールド表示装置２０のマイクロレンズアレイ２３の複数のマイクロレンズ２３１は異なる焦点距離を有してもよい。下記の表３、表４、表５における関連パラメータ、及び図５Ｂを参照し、図５Ｂは図４Ａにおけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離（例えば表５における有効焦点距離（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｆｏｃａｌ  ｌｅｎｇｔｈ：ＥＦＬ））を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。
【００２８】
【表３】
2019066840.tif 000006
【００２９】
【表４】
2019066840.tif 000007
【００３０】
【表５】
2019066840.tif 000008
表３〜表５の実施例では、非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも例えば０であるため、表示を省略する。また、表３におけるマイクロレンズアレイ２３の表面Ｓ５の曲率半径はマイクロレンズアレイ２３の中心の曲率半径で表される。また、表５における距離はマイクロレンズ２３１の中心とマイクロレンズアレイ２３との中心との距離であり、図５Ｂにおける横軸で示されるサブ映像ＥＩとサブ映像ＥＩＯ（即ち中心サブ映像）との距離に対応し、有効焦点距離はマイクロレンズ２３１の焦点距離である。
【００３１】
図６は本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。図６に示すように、ニアアイライトフィールド表示装置３０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ３３及び光学素子３１を含む。本実施例のニアアイライトフィールド表示装置３０は、図１に示すニアアイライトフィールド表示装置１０と類似の構成及び機能を有するが、本実施例と図１に示す実施例との相違点として、光学素子３１は第１表面Ｓ３及び第２表面Ｓ２を有し、第１表面Ｓ３はマイクロレンズアレイ３３に近接しており、第２表面Ｓ２はマイクロレンズアレイ３３から離れており、第１表面Ｓ３は第２表面Ｓ２とマイクロレンズアレイ３３との間に位置し、第１表面Ｓ３は平面であり、第２表面Ｓ２は凸面である。即ち、本実施例の光学素子３１は平凸レンズであり、平面（第１表面Ｓ３）は凸面（第２表面Ｓ２）とマイクロレンズアレイ３３との間に位置する。本実施例では、第２表面Ｓ２は球面又は非球面であってもよいが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例のマイクロレンズアレイ３３の構成は、図３と類似し、焦点距離が同一、或いは異なる複数のマイクロレンズ３３１により構成されたマイクロレンズアレイ３３であってもよい。
【００３２】
例えば、マイクロレンズアレイ３３の各マイクロレンズ３３１の焦点距離が同一であり、且つ焦点距離の値が例えば３．３０４ミリメートル（ｍｍ）であることを一例にして、他のパラメータは下記の表６、表７の１、表７の２に示す。なお、表６、表７の１、表７の２及び後述する表に示すデータ情報は本発明を限定するものではなく、当業者が本発明を参照して適切に変更したものも本発明の範囲に属する。
【００３３】
【表６】
2019066840.tif 000009
【００３４】
【表７】
2019066840.tif 000010
【００３５】
【表８】
2019066840.tif 000011
上述したように、図７Ａは図６におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離（例えば３．３０４ｍｍ）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。なお、他の態様では、図６のニアアイライトフィールド表示装置３０のマイクロレンズアレイ３３の複数のマイクロレンズ３３１は異なる焦点距離を有してもよい。下記の表８、表９の１、表９の２、表１０における関連パラメータ、及び図７Ｂを参照し、図７Ｂは図６におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離（例えば表１０における有効焦点距離）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。また、下記の表９の１における非球面係数Ｂは例えば０であり、表１０における非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも例えば０であるため、表示を省略する。また、表８におけるマイクロレンズアレイ３３の表面Ｓ５の曲率半径はマイクロレンズアレイ３３の中心の曲率半径で表される。
【００３６】
【表９】
2019066840.tif 000012
【００３７】
【表１０】
2019066840.tif 000013
【００３８】
【表１１】
2019066840.tif 000014
【００３９】
【表１２】
2019066840.tif 000015
図８は本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。図８に示すように、ニアアイライトフィールド表示装置４０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ４３及び光学素子４１を含む。本実施例のニアアイライトフィールド表示装置４０は、図１に示すニアアイライトフィールド表示装置１０と類似の構成及び機能を有するが、本実施例と図１に示す実施例との相違点として、光学素子４１は第１表面Ｓ３及び第２表面Ｓ２を有し、第１表面Ｓ３はマイクロレンズアレイ４３に近接しており、第２表面Ｓ２はマイクロレンズアレイ４３から離れており、第１表面Ｓ３は第２表面Ｓ２とマイクロレンズアレイ４３との間に位置し、第１表面Ｓ３は凸面であり、第２表面Ｓ２は凹面である。即ち、本実施例の光学素子３１は両面曲率を有するレンズである。本実施例では、第１表面Ｓ３は球面又は非球面であってもよく、第２表面Ｓ２は球面又は非球面であってもよいが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例のマイクロレンズアレイ４３の構成は、図３と類似し、焦点距離が同一、或いは異なる複数のマイクロレンズ４３１により構成されたマイクロレンズアレイ４３であってもよい。
【００４０】
例えば、マイクロレンズアレイ４３の各マイクロレンズ４３１の焦点距離が同一であり、且つ焦点距離の値が例えば３．３３３ミリメートル（ｍｍ）であることを一例にして、他のパラメータは下記の表１１、表１２に示す。また、表１１及び表１２に示す実施例では、非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも０であるため、表示を省略する。
【００４１】
【表１３】
2019066840.tif 000016
【００４２】
【表１４】
2019066840.tif 000017
上述したように、図９Ａは図８におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離（例えば３．３３３ｍｍ）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。なお、他の態様では、図８のニアアイライトフィールド表示装置４０のマイクロレンズアレイ４３の複数のマイクロレンズ４３１は異なる焦点距離を有してもよい。下記の表１３、表１４、表１５における関連パラメータ、及び図９Ｂを参照し、図９Ｂは図８におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離（例えば表１５における有効焦点距離）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。また、表１５〜表１５における非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも例えば０であるため、表示を省略する。また、表１３におけるマイクロレンズアレイ４３の表面Ｓ５の曲率半径はマイクロレンズアレイ４３の中心の曲率半径で表される。
【００４３】
【表１５】
2019066840.tif 000018
【００４４】
【表１６】
2019066840.tif 000019
【００４５】
【表１７】
2019066840.tif 000020
図１０は本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。図１０に示すように、ニアアイライトフィールド表示装置５０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ５３及び光学素子５１を含む。本実施例のニアアイライトフィールド表示装置５０は、図１に示すニアアイライトフィールド表示装置１０と類似の構成及び機能を有するが、本実施例と図１に示す実施例との相違点として、光学素子５１は第１表面Ｓ３及び第２表面Ｓ２を有し、第１表面Ｓ３はマイクロレンズアレイ５３に近接しており、第２表面Ｓ２はマイクロレンズアレイ５３から離れており、第１表面Ｓ３は第２表面Ｓ２とマイクロレンズアレイ５３との間に位置し、第１表面Ｓ３は回折光学素子（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）表面であり、第２表面Ｓ２は凸面である。本実施例では、回折光学素子表面（第１表面Ｓ３）は色収差を効果的に除去できる。本実施例では、第２表面Ｓ２は球面又は非球面であってもよいが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例のマイクロレンズアレイ５３の構成は、図３と類似し、焦点距離が同一、或いは異なる複数のマイクロレンズ５３１により構成されたマイクロレンズアレイ５３であってもよい。
【００４６】
例えば、マイクロレンズアレイ５３の各マイクロレンズ５３１の焦点距離が同一であり、且つ焦点距離の値が例えば３．２４１ミリメートル（ｍｍ）であることを一例にして、他のパラメータは下記の表１６〜表１８の２に示す。また、表１７では、非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも０であるため、表示を省略する。また、表１８の１及び表１８の２は位相素子（回折光学素子表面）の係数であり、その位相の展開式は以下の通りです。
【００４７】
【数２】
2019066840.tif 000021
ここで、ｈは位相素子（回折光学素子表面）の径方向の高さ（ｒａｄｉａｌ  ｈｅｉｇｈｔ）である。
【００４８】
【表１８】
2019066840.tif 000022
【００４９】
【表１９】
2019066840.tif 000023
【００５０】
【表２０】
2019066840.tif 000024
【００５１】
【表２１】
2019066840.tif 000025
上述したように、図１１Ａは図１０におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離（例えば３．２４１ｍｍ）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。なお、他の態様では、図１０のニアアイライトフィールド表示装置５０のマイクロレンズアレイ５３の複数のマイクロレンズ５３１は異なる焦点距離を有してもよい。下記の表１９、表２０」表２１の１、表２１の２、表２２における関連パラメータ、及び図１１Ｂを参照し、図１１Ｂは図１０におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離（例えば表１０における有効焦点距離）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。また、下記の表９の１における非球面係数Ｂは例えば０であり、表２０及び表２２における非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも例えば０であるため、表示を省略する。また、表１９におけるマイクロレンズアレイ５３の表面Ｓ５の曲率半径はマイクロレンズアレイ５３の中心の曲率半径で表される。
【００５２】
【表２２】
2019066840.tif 000026
【００５３】
【表２３】
2019066840.tif 000027
【００５４】
【表２４】
2019066840.tif 000028
【００５５】
【表２５】
2019066840.tif 000029
【００５６】
【表２６】
2019066840.tif 000030
図１２は本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。図１２に示すように、ニアアイライトフィールド表示装置６０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ６３及び光学素子６１を含む。本実施例のニアアイライトフィールド表示装置６０は、図１に示すニアアイライトフィールド表示装置１０と類似の構成及び機能を有するが、本実施例と図１に示す実施例との相違点として、光学素子６１は第１表面Ｓ３及び第２表面Ｓ２を有し、第１表面Ｓ３はマイクロレンズアレイ６３に近接しており、第２表面Ｓ２はマイクロレンズアレイ６３から離れており、第１表面Ｓ３は第２表面Ｓ２とマイクロレンズアレイ６３との間に位置し、第１表面Ｓ３は凸面であり、第２表面Ｓ２は回折光学素子表面である。本実施例では、回折光学素子表面（第２表面Ｓ２）は色収差を効果的に除去できる。本実施例では、第１表面Ｓ３は球面又は非球面であってもよいが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例のマイクロレンズアレイ６３の構成は、図３と類似し、焦点距離が同一、或いは異なる複数のマイクロレンズ６３１により構成されたマイクロレンズアレイ６３であってもよい。
【００５７】
例えば、マイクロレンズアレイ６３の各マイクロレンズ６３１の焦点距離が同一であり、且つ焦点距離の値が例えば３．２８７ミリメートル（ｍｍ）であることを一例にして、他のパラメータは下記の表２３〜表２５に示す。また、表２４では、非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも０であるため、表示を省略する。
【００５８】
【表２７】
2019066840.tif 000031
【００５９】
【表２８】
2019066840.tif 000032
【００６０】
【表２９】
2019066840.tif 000033
上述したように、図１３Ａは図１２におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離（例えば３．２８７ｍｍ）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。なお、他の態様では、図１２のニアアイライトフィールド表示装置６０のマイクロレンズアレイ６３の複数のマイクロレンズ６３１は異なる焦点距離を有してもよい。下記の表２６、表２７、表２８、表２９における関連パラメータ、及び図１３Ｂを参照し、図１３Ｂは図１２におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離（例えば表２９における有効焦点距離）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。また、下記の表２７及び表２９における非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも例えば０であるため、表示を省略する。また、表２６におけるマイクロレンズアレイ６３の表面Ｓ５の曲率半径はマイクロレンズアレイ６３の中心の曲率半径で表される。
【００６１】
【表３０】
2019066840.tif 000034
【００６２】
【表３１】
2019066840.tif 000035
【００６３】
【表３２】
2019066840.tif 000036
【００６４】
【表３３】
2019066840.tif 000037
図１４は本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。図１４に示すように、ニアアイライトフィールド表示装置７０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ７３及び光学素子７１を含む。本実施例のニアアイライトフィールド表示装置７０は、図１に示すニアアイライトフィールド表示装置１０と類似の構成及び機能を有するが、本実施例と図１に示す実施例との相違点として、光学素子７１は第１表面Ｓ３及び第２表面Ｓ２を有し、第１表面Ｓ３はマイクロレンズアレイ７３に近接しており、第２表面Ｓ２はマイクロレンズアレイ７３から離れており、第１表面Ｓ３は第２表面Ｓ２とマイクロレンズアレイ７３との間に位置し、第１表面Ｓ３はフレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）レンズ表面であり、第２表面Ｓ２は回折光学素子表面である。本実施例では、フレネルレンズ表面（第１表面Ｓ３）はレンズの厚さを効果的に除去でき、回折光学素子表面（第２表面Ｓ２）は色収差を効果的に除去できる。また、本実施例のマイクロレンズアレイ７３の構成は、図３と類似し、焦点距離が同一、或いは異なる複数のマイクロレンズ７３１により構成されたマイクロレンズアレイ７３であってもよい。
【００６５】
例えば、マイクロレンズアレイ７３の各マイクロレンズ７３１の焦点距離が同一であり、且つ焦点距離の値が例えば３．３０２ミリメートル（ｍｍ）であることを一例にして、他のパラメータは下記の表３０〜表３２に示す。また、表３１では、非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも０であるため、表示を省略する。
【００６６】
【表３４】
2019066840.tif 000038
【００６７】
【表３５】
2019066840.tif 000039
【００６８】
【表３６】
2019066840.tif 000040
上述したように、図１５Ａは図１４におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが同一の焦点距離（例えば３．３０２ｍｍ）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。なお、他の態様では、図１４のニアアイライトフィールド表示装置７０のマイクロレンズアレイ７３の複数のマイクロレンズ７３１は異なる焦点距離を有してもよい。下記の表３３〜表３６における関連パラメータ、及び図１５Ｂを参照し、図１５Ｂは図１４におけるニアアイライトフィールド表示装置を用い、且つマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが異なる焦点距離（例えば表３６における有効焦点距離）を有する場合に生成されたＭＴＦを示す図である。また、下記の表３４における非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは例えば０であり、表３６における非球面係数Ｂ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋは何れも例えば０であるため、表示を省略する。また、表３３におけるマイクロレンズアレイ７３の表面Ｓ５の曲率半径はマイクロレンズアレイ７３の中心の曲率半径で表される。
【００６９】
【表３７】
2019066840.tif 000041
【００７０】
【表３８】
2019066840.tif 000042
【００７１】
【表３９】
2019066840.tif 000043
【００７２】
【表４０】
2019066840.tif 000044
図１６は本発明のもう１つの実施例のニアアイライトフィールド表示装置を示す図である。図１６に示すように、ニアアイライトフィールド表示装置８０は、表示素子１５、マイクロレンズアレイ１３、光学素子１１及び光方向変換素子８１を含む。本実施例のニアアイライトフィールド表示装置８０は、図１に示すニアアイライトフィールド表示装置１０と類似の構成及び機能を有するが、本実施例と図１に示す実施例との相違点として、ニアアイライトフィールド表示装置８０は光方向変換素子８１をさらに含み、複数のサブ映像光束（図示せず）は光学素子１１を通過した後に映像光束Ｌ１となり、光方向変換素子８１は光学素子１１からの映像光束Ｌ１の伝達経路に位置し、光学素子１１のマイクロレンズアレイ１３から離れた側に配置される。本実施例では、光学素子１１は、光方向変換素子８１とマイクロレンズアレイ１３との間に位置する。本実施例では、光方向変換素子８１は、使用者の目ＥＹに向かう映像光束Ｌ２となるように映像光束Ｌ１を反射する。
【００７３】
本実施例では、光方向変換素子８１は半透過反射素子であってもよい。従って、外部の環境光ＬＡは光方向変換素子８１を透過して使用者の目ＥＹに至ることができることで、本実施例のニアアイライトフィールド表示装置８０を例えばバーチャルリアリティ等に適用できる。
【００７４】
また、以下の例で説明するように、上記の実施例におけるマイクロレンズアレイ及び光学素子の少なくとも１つは可変な焦点距離を有してもよい。図１７Ａ及び図１７Ｂは、異なる焦点距離の状態における本発明の１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、本実施例のニアアイ表示装置９０は表示素子９５、マイクロレンズアレイ９３及び光学素子９１を含み、ここで、ニアアイ表示装置９０は例えばニアアイライトフィールド表示装置である。表示素子９５は複数のマイクロ映像部９５１を有し、各マイクロ映像部９５１はサブ映像光束ＬＳ（図１７Ａ及び図１７Ｂでは、上側エッジに位置するマイクロ映像部９５１により発せられたサブ映像光束ＬＳの上側境界及び下側エッジに位置するマイクロ映像部９５１により発せられたサブ映像光束ＬＳの下側境界で示される）を提供する。マイクロレンズアレイ９３は、表示素子９５の前方に配置され、複数のマイクロ映像部９５１にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズ９３１を有する。光学素子９１は、マイクロレンズアレイ９３の前方に配置され、複数のマイクロレンズ９３１からの複数のサブ映像光束ＬＳの伝達経路に位置する。マイクロレンズアレイ９３は光学素子９１と表示素子９５との間に位置し、各サブ映像光束ＬＳは対応するマイクロレンズ９３１を介して光学素子９１に投射される。また、本実施例では、光学素子９１は可変な焦点距離を有する。
【００７５】
上記の表示素子９５及びマイクロレンズアレイ９３は、図１の表示素子１５及びマイクロレンズアレイ１３と類似するため、ここでその説明を省略する。本実施例の光学素子９１は、例えば液体レンズ（ｌｉｑｕｉｄ  ｌｅｎｓ）、液晶レンズ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｌｅｎｓ）又は他の焦点距離可変な光学素子である。
【００７６】
図１の実施例と同様に、図１７Ａ及び図１７Ｂの実施例では、光学素子９１を用いてサブ映像光束ＬＳを大きな角度で転向させることで、使用者の目／瞳（即ち図１７Ａ及び図１７Ｂにおける表面Ｓ１のところ）に入る入射角θ３がサブ映像光束ＬＳのマイクロ映像部９５１から出射する際の出射角θ４よりも遥かに大きいため、ニアアイ表示装置９０の全体的な厚さを厚くする必要がなく、大きな視野角を達成できる。
【００７７】
本実施例では、光学素子９１は可変な焦点距離を有するため、ニアアイ表示装置９０はフォーカス調整（ｆｏｃｕｓ  ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）の機能を有し、光学素子９１の焦点距離を調整することで視野角及び角度分解能（ａｎｇｕｌａｒ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を変更することができる。例えば、図１７Ａにおける光学素子９１の焦点距離は図１７Ｂにおける光学素子９１の焦点距離よりも大きいため、図１７Ａのライトフィールド虚像Ｓ０の視野角は図１７Ｂのライトフィールド虚像Ｓ０の視野角よりも小さく、図１７Ａにおける出射角θ４は図１７Ｂにおける出射角θ４よりも大きい。なお、図１７Ａ及び図１７Ｂの実施例では、光学素子９１の形状の変更は、焦点距離の変更を簡単に説明するためのものであり、光学素子９１の具体的な形状を限定するものではない。
【００７８】
図１８Ａ及び図１８Ｂは異なる焦点距離の状態における本発明のもう１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、本実施例のニアアイ表示装置１００は、表示素子９５、マイクロレンズアレイ１０３及び光学素子１０１を含む。本実施例のニアアイ表示装置１００は、上記のニアアイ表示装置９０と類似の構成及び機能を有するが、相違点として、本実施例のマイクロレンズアレイ１０３は可変な焦点距離を有し、即ち本実施例のマイクロレンズアレイ１０３の各マイクロレンズ１０３１は可変な焦点距離を有する。マイクロレンズアレイ１０３の焦点距離の調整は、これらのマイクロレンズ１０３１の焦点距離の調整を意味する。本実施例では、各マイクロレンズ１０３１は、例えば液体レンズ、液晶レンズ又は他の焦点距離可変な光学素子である。
【００７９】
図１８Ａ及び図１８Ｂの実施例では、マイクロレンズアレイ１０３及び光学素子１０１は何れも可変な焦点距離を有するため、マイクロレンズアレイ１０３及び／又は光学素子１０１の焦点距離を選択的に調整することで視野角及び角度分解能を変更でき、ニアアイ表示装置１００はより広い調整範囲を有する。具体的には、本実施例では、ニアアイ表示装置１００は、ニアアイライトフィールド表示装置を含んでもよいし、ライトフィールド表示機能を有しないニアアイ表示装置を含んでもよい。例えば、図１８Ａの実施例では、マイクロレンズアレイ１０３は屈折力（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ）を有し、ニアアイ表示装置１００は被写界深度を有するライトフィールド虚像Ｓ０を形成できる。図１８Ｂの実施例では、マイクロレンズアレイ１０３の焦点距離は例えば無限大（即ち、屈折力を有しない）に調整され、ニアアイ表示装置１００により形成された虚像Ｓ０１は被写界深度を有しない。これによって、ニアアイ表示装置１００は、焦点距離を調整することで、ニアアイライトフィールド表示装置とライトフィールド表示機能を有しないニアアイ表示装置との間に切り替えることができ、使用上の汎用性及び利便性を向上できる。
【００８０】
図１９Ａ及び図１９Ｂは異なる焦点距離の状態における本発明のもう１つの実施例のニアアイ表示装置を示す図である。図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、本実施例のニアアイ表示装置１１０は、表示素子９５、マイクロレンズアレイ１１３及び光学素子１１１を含む。本実施例のニアアイ表示装置１１０は、上記のニアアイ表示装置１００と類似の構成及び機能を有するが、相違点として、本実施例の光学素子１１１は可変な焦点距離を有しない。本実施例では、マイクロレンズアレイ１１３は可変な焦点距離を有し、即ちマイクロレンズアレイ１１３の各マイクロレンズ１１３１は可変な焦点距離を有する。各マイクロレンズ１１３１は、例えば液体レンズ、液晶レンズ又は他の焦点距離可変な光学素子である。
【００８１】
図１９Ａ及び図１９Ｂの実施例では、マイクロレンズアレイ１０３の焦点距離を調整することで視野角及び角度分解能を変更できる。図１９Ａの実施例では、マイクロレンズアレイ１１３は屈折力を有し、ニアアイ表示装置１００は被写界深度を有するライトフィールド虚像Ｓ０を形成できる。図１９Ｂの実施例では、マイクロレンズアレイ１１３の焦点距離は例えば無限大（即ち、屈折力を有しない）に調整され、ニアアイ表示装置１００により形成された虚像Ｓ０１は被写界深度を有しない。これによって、ニアアイ表示装置１１０は、焦点距離を調整することで、ニアアイライトフィールド表示装置とライトフィールド表示機能を有しないニアアイ表示装置との間に切り替えることができ、使用上の汎用性及び利便性を向上できる。同様に、本実施例では、マイクロレンズアレイ１１３は可変な焦点距離を有するため、図１９Ａにおけるマイクロレンズアレイ１１３の焦点距離は図１９Ｂにおけるマイクロレンズアレイ１１３の焦点距離よりも小さいため、図１９Ａにおける出射角θ４は図１９Ｂにおける出射角θ４よりも小さい。なお、図１９Ａ及び図１９Ｂの実施例では、マイクロレンズアレイ１１３の形状の変更は、焦点距離の変更を簡単に説明するためのものであり、マイクロレンズアレイ１１３の具体的な形状を限定するものではない。
【００８２】
また、上記のマイクロレンズアレイ９３、１０３、１１３のアッベ数はＶｄＭＬＡであり、マイクロレンズアレイ９３、１０３、１１３の屈折率はｎｄＭＬＡであり、光学素子９１、１０１、１１１のアッベ数はＶｄＯＥであり、光学素子９１、１０１、１１１の屈折率はｎｄＯＥである。ここで、ＶｄＭＬＡとＶｄＯＥとの大小関係及びｎｄＭＬＡとｎｄＯＥとの大小関係は、異なる設計に応じて調整されてもよい。１つの態様では、マイクロレンズアレイ９３、１０３、１１３と光学素子９１、１０１、１１１は、ＶｄＯＥ＞ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＜ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たす。もう１つの態様では、マイクロレンズアレイ９３、１０３、１１３と光学素子９１、１０１、１１１は、ＶｄＯＥ＜ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＞ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たす。もう１つの態様では、マイクロレンズアレイ９３、１０３、１１３と光学素子９１、１０１、１１１は、ＶｄＯＥ＝ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＝ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たす。
【００８３】
以上から、本発明の実施例のニアアイライトフィールド表示装置は、光学素子をマイクロレンズアレイの前方に配置し、マイクロレンズアレイと前記光学素子がＶｄＯＥ＞ＶｄＭＬＡ及びｎｄＯＥ＜ｎｄＭＬＡの少なくとも１つを満たすようにすることで、ニアアイライトフィールド表示装置の厚さ及び重さを低減できると共に、視野角を向上できる。また、本発明の実施例のニアアイ表示装置は、マイクロレンズアレイ及び光学素子の少なくとも１つが可変な焦点距離を有するため、焦点距離調整の機能を有し、視野角及び角度分解能を向上できる。
【００８４】
上記の説明は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の実施の範囲がこれらに限定されず、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいて、当業者によって何れの変更及び修飾が可能であり、本発明の保護範囲は特許請求の範囲を基準とする。また、本発明の実施例又は特許請求の範囲は何れも本発明により開示された目的又は利点又は特徴の全てを必ずしも実現する必要はない。また、要約部分と発明の名称は単に特許文献のサーチ作業を補助するためのものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。また、本明細書又は特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の用語は単なる素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を命名する或いは異なる実施例又は範囲を区別するためのものであり、部材の数の上限又は下限を限定するものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０    ニアアイライトフィールド表示装置
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、９１、１０１、１１１    光学素子
１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、９３、１０３、１１３    マイクロレンズアレイ
１３１、２３１、３３１、４３１、５４１、６３１、７３１、９３１、１０３１、１１３１    マイクロレンズ
１５、９５    表示素子
１５１、９５１    マイクロ映像部
２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１    第１表面
２１３、３１３、４１３、５１３、６１３、７１３    第２表面
８１    光方向変換素子
Ａｘ    光軸
ＥＹ    目
ＬＡ    環境光
ＬＳ    サブ映像光束
Ｌ１、Ｌ２    映像光束
ＳＡ    非球面
Ｓ０    ライトフィールド虚像
Ｓ０１    虚像
Ｓ１〜Ｓ６    表面
Ｙ    径方向の高さ
θ１、θ３    入射角
θ２、θ４    出射角
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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