(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイパネルと、
接眼レンズと、
前記ディスプレイパネルから前記接眼レンズへの光路において前記ディスプレイパネルの前面に設置された光学ローパスフィルタとして作用する光学素子とを備え、
前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、前記ディスプレイパネルに表示される画像の中心部において前記光学ローパスフィルタとして作用し、前記ディスプレイパネルに表示される画像の周辺部において前記光学ローパスフィルタとして作用しないように構成されたことを特徴とするウェアラブルディスプレイ装置。
【請求項２】
ディスプレイパネルと、
接眼レンズと、
前記ディスプレイパネルから前記接眼レンズへの光路において前記ディスプレイパネルの前面に設置された光学ローパスフィルタとして作用する光学素子とを備え、
前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、前記ディスプレイパネルに表示される画像の中心部から周辺部に進むほど光学ローパスフィルタとしての効果が低減するように構成されたことを特徴とするウェアラブルディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、マイクロレンズアレイシート、アンチグレアシート、複屈折素子のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のウェアラブルディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、マイクロレンズアレイシートであり、
前記マイクロレンズアレイシートは、前記ディスプレイパネルの画素のサイズが大きいほど、前記マイクロレンズアレイシートの厚さが大きくなるようにまたはマイクロレンズの曲率が大きくなるように設計されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のウェアラブルディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、マイクロレンズアレイシートであり、
前記ディスプレイパネルの画素配列がもつ２次元的な空間周波数と、前記マイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズの配列パターンがもつ２次元的な空間周波数との干渉により生じるモアレを防止するために、前記マイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズ中心の２次元配列座標を、ハニカム格子からずらすことにより、マイクロレンズの配列パターンがもつ２次元的な空間周波数を調整して設計されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のウェアラブルディスプレイ装置。
【請求項６】
前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、マイクロレンズアレイシートであり、
前記ディスプレイパネルの画素配列がもつ２次元的な空間周波数とマイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズの配列パターンがもつ２次元的な空間周波との干渉により生じるモアレを防止するために、前記ディスプレイパネルの画素の並びとマイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズの並びとが所定の角度をなすようにマイクロレンズアレイシートが配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のウェアラブルディスプレイ装置。
【請求項７】
前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、マイクロレンズアレイシートであり、
前記ディスプレイパネルの画素配列がもつ２次元的な空間周波数とマイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズの配列パターンがもつ２次元的な空間周波数との干渉により生じるモアレを防止するために、マイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズの曲率または高さをランダムに異ならせて設計されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のウェアラブルディスプレイ装置。
【請求項８】
前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、マイクロレンズアレイシートであり、
前記ディスプレイパネルの画素配列がもつ２次元的な空間周波数とマイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズの配列パターンがもつ２次元的な空間周波数との干渉により生じるモアレを防止するために、前記ディスプレイパネルに表示させる画像データに、予めモアレの光強度分布を打ち消すような画像補正処理を加えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のウェアラブルディスプレイ装置。
【請求項９】
ディスプレイパネルと接眼レンズとを備えたウェアラブルディスプレイ装置において、前記ディスプレイパネルから前記接眼レンズへの光路において前記ディスプレイパネルの前面に光学ローパスフィルタとして作用する光学素子を設置して画像を表示し、前記光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、前記ディスプレイパネルに表示される画像の中心部において前記光学ローパスフィルタとして作用し、前記ディスプレイパネルに表示される画像の周辺部において前記光学ローパスフィルタとして作用しないように構成されたことを特徴とする画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウェアラブルディスプレイの画素格子の視認を防ぐ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ、また、眼鏡型のウェアラブルディスプレイは、虚像を応用した拡大光学系を採用し、ユーザの眼球の至近距離に映像を表示するディスプレイ装置である。特に、ヘッドマウントディスプレイは、小型軽量化を図る一方で、ユーザの眼前に視野角の広い映像を表示させるために曲率の高い光学レンズを採用し、ユーザがレンズを介してディスプレイパネルを覗き込む構成になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように眼前に広視野角の映像を表示させるために曲率の高いレンズを用いるヘッドマウントディスプレイでは、ディスプレイパネルの画素が拡大されて見えるため、画素格子が目立ってしまい、画素がドットの並びとして視認されて画質が低下するという問題がある。また、このようにヘッドマウントディスプレイに用いるレンズの倍率が高く、光学スポット最小径は小さくなることから、バックフォーカスの調整感度が高くなる傾向がある。その結果、ヘッドマウントディスプレイを組み立てる際のバックフォーカスの調整マージンが非常に狭くなり、製造上の歩留まりが悪くなるという問題がある。
【０００４】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヘッドマウントディスプレイのようにレンズを通してディスプレイパネルに表示された画像を観察するウェアラブルディスプレイ装置において、ディスプレイの画素格子の視認を防ぐ技術を提供することにある。また、さらなる目的は、ヘッドマウントディスプレイなどのウェアラブルディスプレイ装置において、光学系のバックフォーカスの調整感度を緩くする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のウェアラブルディスプレイ装置は、ディスプレイパネルと、接眼レンズと、前記ディスプレイパネルから前記接眼レンズへの光路に挿入された光学ローパスフィルタとして作用する光学素子とを備える。
【０００６】
本発明の別の態様は、画像表示方法である。この方法は、ディスプレイパネルと接眼レンズとを備えたウェアラブルディスプレイ装置において、前記ディスプレイパネルから前記接眼レンズへの光路に光学ローパスフィルタとして作用する光学素子を挿入して画像を表示する。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ディスプレイの画素格子の視認を防ぐことができる。また、光学系のバックフォーカスの調整感度を緩くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態のヘッドマウントディスプレイの外観図である。
【図２】図２（ａ）は、従来のヘッドマウントディスプレイの内部構成を示す図であり、図２（ｂ）は、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１００の内部構成を示す図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、図２（ｂ）のマイクロレンズアレイシートのローパスフィルタ効果を説明する図である。
【図４】ディスプレイパネルにマイクロレンズアレイシートを挿入して観察される画像の実例を示す図である。
【図５】ディスプレイパネルに対するマイクロレンズアレイシートの配置位置を説明する図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、マイクロレンズアレイシートの厚さを説明する図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、マイクロレンズアレイシートのマイクロレンズの曲率を説明する図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、ディスプレイパネルの画素とマイクロレンズアレイシートのマイクロレンズのアライメントのずれについて説明する図である。
【図９】マイクロレンズアレイとパネル画素の相対位置のうなりを説明する図である。
【図１０】マイクロレンズアレイシートのマイクロレンズの２次元配列パターンを説明する図である。
【図１１】画素の並びとマイクロレンズの並びとが所定の角度をなすようにディスプレイパネルに配置されたマイクロレンズアレイシートを説明する図である。
【図１２】実施例１に係る画像表示装置の構成を説明する図である。
【図１３】図１３（ａ）は、従来の画像表示装置の内部構成で得られるＰＳＦ特性を示す図であり、図１３（ｂ）は、実施例１に係る画像表示装置で得られるＰＳＦ特性を示す図である。
【図１４】実施例１に係る画像表示装置で観察される画像を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、実施例２に係る画像表示装置で観察される画像を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、実施例３に係る画像表示装置で観察される画像を示す図である。
【図１７】図１７（ａ１）〜図１７（ａ４）は、従来の画像表示装置の内部構成で観察される画像を示す図であり、図１７（ｂ１）〜図１７（ｂ４）は、実施例４に係る画像表示装置で観察される画像を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、実施例４に係る画像表示装置の構成を説明する図である。
【図１９】図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は、実施例５におけるマイクロレンズアレイシートのマイクロレンズの２次元配列パターンを説明する図である。
【図２０】図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は、実施例５に係る画像表示装置で観察されるモアレ画像を示す図である。
【図２１】図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は、実施例６に係る画像表示装置で観察されるモアレ画像を示す図である。
【図２２】図２２（ａ）〜図２２（ｄ）は、実施例７に係る画像表示装置で観察されるモアレ画像を示す図である。
【図２３】図２３（ａ１）および図２３（ａ２）は、従来の画像表示装置で観察される画像を示す図であり、図２３（ｂ１）および図２３（ｂ２）は、実施例８に係る画像表示装置で観察される画像を示す図である。
【図２４】図２４（ａ）および図２４（ｂ）は、虚像距離とバックフォーカスの関係を説明する図である。
【図２５】図２５（ａ）は、マイクロレンズアレイシートを用いない場合のバックフォーカス調整可能レンジを示す図であり、図２５（ｂ）は、マイクロレンズアレイシート２３０を用いた場合のバックフォーカス調整可能レンジを示す図である。
【図２６】マイクロレンズアレイシートを用いない場合の虚像距離とバックフォーカス距離の関係を示すグラフである。
【図２７】マイクロレンズアレイシートを用いた場合の虚像距離とバックフォーカス距離の関係を概念的に示すグラフである。
【図２８】像面におけるスポットサイズを説明する図である。
【図２９】図２９（ａ）は、マイクロレンズアレイシートを用いない場合のパネル中心部とパネル周辺部の解像度を示す図であり、図２９（ｂ）は、マイクロレンズアレイシートを用いた場合のパネル中心部とパネル周辺部の解像度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１００の外観図である。ヘッドマウントディスプレイ１００は、「ウェアラブルディスプレイ装置」の一例である。ヘッドマウントディスプレイ１００は、本体部１１０、前頭部接触部１２０、および側頭部接触部１３０を含む。
【００１１】
ヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザの頭部に装着してディスプレイに表示される静止画や動画などを鑑賞し、ヘッドホンから出力される音声や音楽などを聴くための表示装置である。
【００１２】
ヘッドマウントディスプレイ１００に内蔵または外付けされた姿勢センサによりヘッドマウントディスプレイ１００を装着したユーザの頭部の回転角や傾きといった姿勢情報を計測することができる。
【００１３】
ここでは、ヘッドマウントディスプレイ１００を例に挙げて本実施の形態の画像表示装置を説明するが、本実施の形態の画像表示装置は、狭義のヘッドマウントディスプレイ１００に限らず、めがね、めがね型ディスプレイ、めがね型カメラ、ヘッドフォン、ヘッドセット（マイクつきヘッドフォン）、イヤホン、イヤリング、耳かけカメラ、帽子、カメラつき帽子、ヘアバンドなどを装着したユーザに画像を表示する場合にも適用することができる。
【００１４】
図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１００の内部構成を説明する図である。
【００１５】
図２（ａ）は、比較のため、従来のヘッドマウントディスプレイの内部構成を示す。ヘッドマウントディスプレイは、ユーザの眼２２０が接眼レンズ２１０を介してディスプレイパネル２００に表示された画像を観察する構成である。ヘッドマウントディスプレイのディスプレイパネル２００は小型であるが、ディスプレイパネル２００が接眼レンズ２１０により拡大されて観察されるため、あたかも眼前に大型ディスプレイがあるかのようにユーザには見える。ディスプレイパネル２００の各画素が接眼レンズ２１０により拡大されるため、画素格子が目立つようになり、ドットの並びが強調されて視認される。
【００１６】
図２（ｂ）は、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１００の内部構成を示す。本実施の形態では、ディスプレイパネル２００から接眼レンズ２１０への光路に光学ローパスフィルタとして作用する光学素子の一例としてマイクロレンズアレイシート２３０を挿入する。
【００１７】
ディスプレイパネル２００から接眼レンズ２１０への光路にマイクロレンズアレイシート２３０を挿入する形態として、マイクロレンズアレイシート２３０はディスプレイパネル２００の製造後にマイクロレンズアレイシート２３０の前面に貼り付けたり、マイクロレンズアレイシート２３０の前に距離をあけて設置してもよい。あるいは、ディスプレイパネル２００の製造段階でマイクロレンズアレイシート２３０をディスプレイパネル２００に組み込んで一体化してもよい。これらの設置形態をすべて含む意味で「挿入」という用語がここでは用いられていることに留意する。
【００１８】
マイクロレンズアレイシート２３０を挿入すると、ディスプレイパネル２００が接眼レンズ２１０により拡大されて観察されるが、マイクロレンズアレイシート２３０のローパスフィルタ効果により、画像がぼけるため、ディスプレイパネル２００の画素格子は目立つことがなくなり、ドットの並びは視認されなくなる。
【００１９】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、図２（ｂ）のマイクロレンズアレイシート２３０のローパスフィルタ効果を説明する図である。図３（ａ）に示すように、ディスプレイパネル２００には赤画素２４０Ｒ、緑画素２４０Ｇ、青画素２４０Ｂ（これらを総称するときは「画素２４０」と呼ぶ）が配置されており、それらの画素２４０の間には黒い格子部２４２が存在する。マイクロレンズアレイシート２３０が挿入されていない状態では、接眼レンズ２１０によって拡大して画素２４０の並びを観察すると、黒い格子部２４２が目立つため、画素２４０がドットの並びとして視認される。
【００２０】
ところが、マイクロレンズアレイシート２３０が挿入されると、図３（ａ）に示すように、画素２４０Ｇからの光がマイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズを通り、符号２５０のように拡散されるため、画素２４０Ｇがぼけて見える。図３（ｂ）に示すように、画素２４０間の境界部分では、マイクロレンズの拡散効果によって、隣り合う異なる色の画素２４０からの光が符号２５１〜２５４のように拡散されて混色するため、隣り合う画素２４０間の黒い格子部２４２がぼけ、画素格子が目立たなくなる。このようにしてマイクロレンズアレイシート２３０をディスプレイパネル２００の前に挿入すると、マイクロレンズアレイシート２３０のローパスフィルタ効果により、ディスプレイパネル２００の画素格子の視認を防ぐことができる。
【００２１】
マイクロレンズアレイシートは一般に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどの前面に設置して光をセンサに集光するために用いるが、ここでは、ディスプレイパネル２００の前面に設置してパネルの画素からの光を拡散するために用いられていることに留意する。
【００２２】
図４は、ディスプレイパネル２００にマイクロレンズアレイシート２３０を挿入して観察される画像の実例を示す図である。比較のため、ディスプレイパネル２００の左半分にはマイクロレンズアレイシート２３０を挿入せず、右半分にのみマイクロレンズアレイシート２３０を挿入してディスプレイパネル２００に表示される画像を接眼レンズ２１０を通して観察した例を図４に示す。
【００２３】
図４の画像の左半分は、マイクロレンズアレイシート２３０が挿入されずに接眼レンズ２１０を通して拡大された画像であるため、ディスプレイパネル２００の画素格子が目立ち、ドットが強調されている。図４の画像の右半分は、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入して接眼レンズ２１０を通して拡大された画像であるため、拡散効果により、ディスプレイパネル２００の画素格子が目立たなくなり、ドットは強調されていない。
【００２４】
図５は、ディスプレイパネル２００に対するマイクロレンズアレイシート２３０の配置位置を説明する図である。
【００２５】
マイクロレンズアレイシート２３０はディスプレイパネル２００の全面を覆うように一様に配置してもよいが、ディスプレイパネル２００の中心部にのみ設置してもよい。
【００２６】
接眼レンズ２１０の結像性能はレンズの周辺部に比べて中心部が高く、周辺部では焦点が合わなくなるため、ディスプレイパネル２００の周辺部の像は中心部の像に比べてぼける。そのため、ディスプレイパネル２００の中心部にはマイクロレンズアレイシート２３０を設置して画素格子を目立たなくする必要があるが、ディスプレイパネル２００の周辺部はマイクロレンズアレイシート２３０を設置しなくても画素格子はもともと目立たない。
【００２７】
そこで、このようなレンズの結像性能を前提に、図５に示すように、ディスプレイパネル２００の中心部にマイクロレンズアレイシート２３０を設置し、ディスプレイパネル２００の周辺部はマイクロレンズアレイシート２３０を設置しないようにすることができる。図５ではマイクロレンズアレイシート２３０の形状は長方形であるが、マイクロレンズアレイシート２３０の形状をレンズの形状に合わせて円形にしてディスプレイパネル２００の中心に配置してもよい。
【００２８】
別の方法として、マイクロレンズアレイシート２３０の光学ローパスフィルタの作用がマイクロレンズアレイシート２３０の中心部から周辺部に向かうにつれて低減するようにマイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズの曲率やシートの厚さ、またはレンズ配置密度を変化させてもよい。このようなマイクロレンズアレイシート２３０をディスプレイパネル２００に設置すれば、ディスプレイパネル２００の中心から周辺に向かうにつれて画像をぼかす効果を低減させることができる。
【００２９】
マイクロレンズアレイシート２３０の光学ローパスフィルタの作用によりディスプレイパネル２００の画素格子が目立たない程度に画像をぼかす必要があるが、このローパスフィルタの作用が強すぎると、画像の高周波成分が落ちてしまい、画像そのものがぼけてしまう。
【００３０】
そこで、ディスプレイパネル２００の画素の大きさやＲＧＢ画素の配列パターンに応じて、マイクロレンズアレイシート２３０の厚さやマイクロレンズの曲率、マイクロレンズアレイのピッチなどを調整することで光学ローパスフィルタの強度を最適設計する必要がある。
【００３１】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、マイクロレンズアレイシート２３０の厚さを説明する図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すようにマイクロレンズアレイシート２３０の厚さｄ１、ｄ２を調整することで光学ローパスフィルタ効果を調整することができる。シートの厚さが大きいほど光学ローパスフィルタ効果が大きくなり、画像がぼける。
【００３２】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、マイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズの曲率を説明する図である。レンズの曲率Ｒは曲率半径ｒの逆数で与えられる。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すようにマイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズの曲率半径ｒ１、ｒ２を調整することで光学ローパスフィルタ効果を調整することができる。レンズの曲率半径が小さい、すなわち曲率が大きいほど光学ローパスフィルタ効果が大きくなり、画像がぼける。
【００３３】
ディスプレイパネル２００の画素の大きさに応じて、マイクロレンズアレイシート２３０の厚さまたはマイクロレンズの曲率、あるいはその両方を調整することで光学ローパスフィルタ効果の強度を調整して最適設計する。ディスプレイパネル２００の画素が大きいほどローパスフィルタ効果を大きくして、画像をぼかすようにする。また、ディスプレイパネル２００の画素の配列パターンに合わせてマイクロレンズアレイの配列やピッチを調整することもできる。
【００３４】
このようにマイクロレンズアレイシート２３０はシートの厚さ、マイクロレンズの曲率、マイクロレンズアレイのピッチなどを調整することで光学特性を容易に調整することができるため、ディスプレイパネル２００の画素サイズや画素配列に合わせて最適設計しやすいという利点がある。
【００３５】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、ディスプレイパネル２００の画素２４０とマイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズのアライメントのずれについて説明する図である。
【００３６】
図８（ｂ）では、マイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズの中心位置がディスプレイパネル２００に配置された画素２４０の中心位置３００と一致しており、画素中心とレンズ中心のずれΔＰは０である。
【００３７】
それに対して、図８（ｃ）では、マイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズの中心位置３１０がディスプレイパネル２００に配置された画素２４０の中心位置３００に対して右にずれており、画素中心とレンズ中心のずれΔＰは正である。
【００３８】
図８（ａ）では、マイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズの中心位置３１０がディスプレイパネル２００に配置された画素２４０の中心位置３００に対して左にずれており、画素中心とレンズ中心のずれΔＰは負である。
【００３９】
このようなマイクロレンズと画素の相対位置関係により、ディスプレイパネル２００のある点から発せられた信号光のうち、マイクロレンズアレイシート２３０を透過し、かつ、接眼レンズ２１０を介してユーザの眼２２０に到達する光の強度が決定される。この光強度をディスプレイパネル２００で発光している画素領域にわたって積算したとき、パネル画素がもつ２次元的な空間周波数ＧＰＸ（ｆｘ，ｆｙ）とマイクロレンズの配列パターンがもつ２次元的な空間周波数ＧＭＬＡ（ｆｘ，ｆｙ）との干渉により、光強度の分布に周期的なうなりが生じる。この光強度分布のうなりにより、マイクロレンズアレイシート２３０を介して観察される画像にはモアレが発生する。
【００４０】
図９は、マイクロレンズアレイとパネル画素の相対位置関係により生じる光強度分布のうなりを説明する図である。ディスプレイパネル２００に配列された赤画素２４０Ｒ、緑画素２４０Ｇ、青画素２４０Ｂがもつ２次元的な空間周波数ＧＰＸ（ｆｘ，ｆｙ）とマイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズの配列パターンがもつ２次元的な空間周波数ＧＭＬＡ（ｆｘ，ｆｙ）との干渉により、光強度に平均光強度ＩＡＶＥに対する光強度変化ΔＩが発生し、光強度変化ΔＩは符号４００に示すようにある特定の空間周波数ＧＭＯＩＲＥ（ｆｘ，ｆｙ）をもって周期的に変化する。この光強度分布のうなりによりモアレが発生する。このようなモアレ現象を回避する方法をいくつか説明する。
【００４１】
図１０は、マイクロレンズアレイシート２３０において、モアレの発生を防ぐために調整されたマイクロレンズの配列パターンを説明する図である。マイクロレンズの配列パターンが、マイクロレンズの基本ピッチＰＭＬＡ、前記ディスプレイパネルの画素サイズＰＰＸとしたとき、１０ｕｍ≦ＰＭＬＡ≦ＰＰＸを満たし、かつ、マイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズ中心の２次元配列座標（Ｘ，Ｙ）が、整数の組（Ｉ，Ｊ）を用いて、下記の条件式から決定されればよい。
【数１】
0006697849.tif 000002
上式において、座標Ｘを示す式の右辺にある３項のうちの第１項と第２項までと、座標Ｙを示す式の右辺にある２項のうちの第１項は、一般的なハニカム状の格子パターンを表しており、座標Ｘを示す式の右辺にあるＳを含む第３項と、座標Ｙを示す式の右辺にあるＴを含む第２項が、モアレの発生を防ぐために、パネル画素がもつ２次元的な空間周波数ＧＰＸ（ｆｘ，ｆｙ）に応じて調整される項となっている。
【００４２】
マイクロレンズアレイシート２３０において、マイクロレンズ中心が上記の２次元配列をとるとき、マイクロレンズの配列パターンは複数の周波数成分を含むことで周期性が崩れ、パネル画素がもつ周期性との干渉を弱めることができる。これにより、図９で説明した光強度分布のうなりが解消され、モアレの発生を防止することができる。すなわち、ＳおよびＴの値を、パネルの画素配列に応じて適切に選ぶことが、モアレ防止に効果的となる。
【００４３】
上記の条件式から決定されるマイクロレンズの２次元配列は、完全なランダム配列ではないため、マイクロレンズアレイシート２３０の面内で光学的な不均一を生じることなく、一様な光学ローパスフィルタ効果を得ることが可能である。
【００４４】
また、製造面においても、上記の条件式から決定されるマイクロレンズの２次元配列は定式化できるため、マイクロレンズアレイシートの成形に使用する金型を機械加工する際、ランダム配列に比べて動作プログラムの作成が煩雑とならず、加工効率を下げることなく有利である。
【００４５】
上記の説明では、モアレの発生を防ぐために、図１０に示されるようなマイクロレンズの配列パターン、つまり、（Ｘ，Ｙ）の各方向に対して、２×２個を繰り返しの最小単位とした配列パターンを例に挙げて説明したが、この配列パターンに限定されるものではない。ここで、繰り返しの最小単位をＮ×Ｍ個と表した場合、マイクロレンズの配列パターンがもつ周期性を崩す上で、加工に支障のない範囲内で、整数の組（Ｎ，Ｍ）の値を大きくとればよい。 
【００４６】
さらに別のモアレ防止方法として、図１１は、画素の並びとマイクロレンズの並びとが所定の角度をなすようにディスプレイパネル２００に配置されたマイクロレンズアレイシート２３０を説明する図である。マイクロレンズアレイシート２３０を回転させてディスプレイパネル２００に配置すると、図９で説明した光強度分布のうなりが解消され、モアレが消える角度が見つかる。この角度においてマイクロレンズアレイシート２３０をマイクロレンズアレイシート２３０に設置することでモアレを防止することができる。このとき、マイクロレンズの並びは図１０で説明した２次元配列をとることが好ましく、これらの方法の併用により、より高いモアレ防止効果を得ることができる。
【００４７】
さらに別のモアレ防止方法として、マイクロレンズアレイシート２３０におけるマイクロレンズの曲率または頂点の高さをランダムに異ならせて設計してもよい。曲率や頂点の高さをランダムにすることにより、図９で説明した光強度分布のうなりを低減してモアレの発生を防止することができる。このとき、マイクロレンズの並びは図１０で説明した２次元配列をとることが好ましく、これらの方法の併用により、より高いモアレ防止効果を得ることができる。
【００４８】
さらに別のモアレ防止方法として、前記ディスプレイパネルに表示させる画像データに、モアレを除去するための画像補正処理を加えることで、モアレの発生を防止することができる。前記画像補正処理としては、図９で説明した光強度分布のうなりを予め特定しておき、前記ディスプレイパネルに表示させる画像データに、その光強度分布を打ち消すような輝度補正データを合成させる処理を行えばよい。このとき、マイクロレンズの並びは図１０で説明した２次元配列をとることが好ましく、これらの方法の併用により、より高いモアレ防止効果を得ることができる。
【００４９】
上記の説明では、光学ローパスフィルタとして作用する光学素子としてマイクロレンズアレイシート２３０を例に挙げて説明したが、光学ローパスフィルタとして作用する任意の光学素子を用いることができる。たとえば、光学ローパスフィルタとして作用する光学素子は、アンチグレアシートや複屈折素子であってもよい。アンチグレアシートや複屈折素子は、光の拡散により、マイクロレンズアレイシート２３０と同様に、接眼レンズ２１０で拡大されたときのディスプレイパネル２００の画素格子を目立たなくさせることができる。
【００５０】
アンチグレアシートは、ディスプレイパネルの表面に貼り付けることでディスプレイ面の反射を下げるものであり、安価で軽量であるというメリットがあるが、光学特性の調整は難しく、ぼけが過大になり、色むらがあるというデメリットがある。
【００５１】
複屈折素子として水晶などの複屈折板がある。複屈折素子では偏光成分によって屈折角が異なるため、光線が二つに分離する。これを利用して、光を拡散することができるが、高コストで重いというデメリットがある。
【００５２】
本実施の形態によれば、ディスプレイパネル２００から接眼レンズ２１０への光路に光学ローパスフィルタとして作用する光学素子として、たとえば、マイクロレンズアレイシート、アンチグレアシート、複屈折素子などを挿入することにより、接眼レンズ２１０で拡大されたときのディスプレイパネル２００の画素格子を目立たなくさせ、画素のドットの並びが視認されるのを防止することができる。これにより、ヘッドマウントディスプレイ１００において光学レンズを用いて眼前に視野角の広い映像を表示させる場合でも画質を維持することができる。
【００５３】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５４】
そのような変形例を以下に説明する。上記の実施の形態では、マイクロレンズアレイシート、アンチグレアシート、複屈折素子などの光学ローパスフィルタとして作用する光学素子を挿入することで画像をぼかすことでディスプレイパネル２００の画素格子が目立たないようにしたが、これにより画像のエッジ成分が劣化して画像全体がぼけるという副作用もある。そこで、ディスプレイパネル２００に画像を表示する際にあらかじめ高周波成分を強調してくことにより、光学ローパスフィルタとして作用する光学素子を挿入しても画像の本来のエッジ成分が劣化しないようにすることもできる。このようにすればディスプレイの画素格子を目立たなくさせるとともに、画像の本来のエッジ成分が失われることを防止することができる。
【００５５】
上記の実施の形態では、ウェアラブルディスプレイ装置の一例として、ヘッドマウントディスプレイ１００を例に挙げて説明したが、眼鏡型のウェアラブルディスプレイなど任意のウェアラブルディスプレイにも同じ技術を適用することができる。また、本明細書でいう「ウェアラブルディスプレイ装置」は、ユーザの身体に装着する教義の意味でのウェアラブルディスプレイだけでなく、たとえばヘッドアップディスプレイのように直接ユーザの身体には装着しないが、ユーザの眼前に視野角の広い映像を表示させるディスプレイも広義の意味において含む趣旨であることに留意すべきである。なぜならそのようなユーザの眼前に視野角の広い映像を表示させる効果をもつディスプレイであれば、装着可能（ウェアラブル）であるかどうかに関係なく、本明細書で説明した技術を適用できるのであり、「ウェアラブル」という言葉を字義通りに解する必要はないからである。
【００５６】
以下に図面を参照しながら、上記の実施の形態に係る画像表示装置の実施例を詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、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。
【００５７】
［実施例１］
図１２は、実施例１の画像表示装置の内部構成を示す。実施例１では、ディスプレイパネル２００から接眼レンズ２１０への光路に光学ローパスフィルタとして作用する光学素子の一例としてマイクロレンズアレイシート２３０を挿入しており、このマイクロレンズアレイシート２３０はディスプレイパネル２００の表示側に密着して貼り合わされた構成となっている。
【００５８】
図１３（ｂ）は、図１２の構成において、ユーザの眼２２０の網膜上で得られるＰＳＦ（point spread function）（点拡がり関数）特性のシミュレーション結果であり、図１３（ａ）は比較のため、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入しない従来の構成におけるＰＳＦ特性のシミュレーション結果を示した。マイクロレンズアレイシート２３０には、曲率半径３０ｕｍのマイクロレンズが基本ピッチ２０ｕｍで、一般的なハニカム格子状に配列して形成されている。本実施例では、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入することにより、ＰＳＦが拡大していることが確認できるが、この光拡散効果により観察画像の空間周波数応答を低くし、光学ローパスフィルタとしての性能を実現させていることを表している。これにより、パネル画素のサンプリング・ノイズを低減し、画素格子の目立ちを防ぐことができる。
【００５９】
図１４は、実施例１の画像表示装置で観察される画像の実例を示す図である。比較のため、ディスプレイパネル２００の左半分にはマイクロレンズアレイシート２３０を挿入せず、右半分にのみマイクロレンズアレイシート２３０を挿入してディスプレイパネル２００に表示される画像を接眼レンズ２１０のみを介して観察した例を図１４に示す。
【００６０】
図１４の画像の左半分は、マイクロレンズアレイシート２３０が挿入されずに接眼レンズ２１０を通して拡大された画像であるため、ディスプレイパネル２００の画素格子が目立ち、ドットが強調されている。図１４の画像の右半分は、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入して接眼レンズ２１０を通して拡大された画像であるため、拡散効果により、ディスプレイパネル２００の画素格子が目立たなくなり、ドットは強調されておらず、良好な画質が得られる。
【００６１】
［実施例２］
以下、実施例２に係る画像表示装置について説明する。なお、本実施例に係る画像表示装置は、実施例１に係る画像表示装置の変形例であり、特に説明がない場合、実施例１に係る画像表示装置と同様であるものとする。
【００６２】
実施例２では、図６に示すようにマイクロレンズアレイシート２３０の厚さを選ぶことで、光学ローパスフィルタ効果を調整している。
【００６３】
図１５は、実施例２に係る画像表示装置で観察される画像の実例を示す図である。マイクロレンズアレイシート２３０の厚みは、それぞれ、図１５（ａ）が１００ｕｍ、図１５（ｂ）が２００ｕｍ、図１５（ｃ）が３００ｕｍとした。シートの厚さが大きいほど、光学ローパスフィルタの作用が大きくなり、画像が強くぼける効果が確認できる。
【００６４】
［実施例３］
以下、実施例３に係る画像表示装置について説明する。なお、本実施例に係る画像表示装置は、実施例１に係る画像表示装置の変形例であり、特に説明がない場合、実施例１に係る画像表示装置と同様であるものとする。
【００６５】
実施例３では、図７に示すようにマイクロレンズアレイシート２３０のマイクロレンズの曲率半径ｒを選ぶことで、光学ローパスフィルタ効果を調整している。
【００６６】
図１６は、実施例３に係る画像表示装置で観察される画像の実例を示す図である。マイクロレンズの曲率半径ｒは、それぞれ、図１６（ａ）が３０ｕｍ、図１６（ｂ）が４０ｕｍ、図１６（ｃ）が５０ｕｍとした。マイクロレンズの曲率半径ｒが小さいほど、すなわち、レンズの曲率Ｒが大きいほど、光学ローパスフィルタの作用が大きくなり、画像が強くぼける効果が確認できる。
【００６７】
［実施例４］
以下、実施例４に係る画像表示装置について説明する。なお、本実施例に係る画像表示装置は、実施例１に係る画像表示装置の変形例であり、特に説明がない場合、実施例１に係る画像表示装置と同様であるものとする。
【００６８】
実施例４では、マイクロレンズアレイシート２３０の光学ローパスフィルタの作用がマイクロレンズアレイシート２３０の中心部から周辺部に向かうにつれて徐々に低減するように設計されている。
【００６９】
図１７は、実施例１に係る画像表示装置で観察される画像の実例を示す図である。図１７（ｂ１）〜図１７（ｂ４）は、ディスプレイパネル２００の像高違いで観察される解像感を画像シミュレーションで求めた結果であり、それぞれ、図１７（ｂ１）が像高０％、図１７（ｂ２）が像高３０％、図１７（ｂ３）が像高５０％、図１７（ｂ４）が像高７０％とした。また、比較のため、図１７（ａ１）〜図１７（ａ４）は、従来の画像表示装置の内部構成として、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入せずに接眼レンズ２１０のみを介して観察される像高違いの解像感を画像シミュレーションで求めた結果を示しており、それぞれ、図１７（ａ１）が像高０％、図１７（ａ２）が像高３０％、図１７（ａ３）が像高５０％、図１７（ａ４）が像高７０％とした。これらの画像から、接眼レンズ２１０の結像性能はレンズの周辺部に比べて中心部が高く、周辺部では焦点が合わなくなるため、ディスプレイパネル２００の周辺部はマイクロレンズアレイシート２３０による光学ローパスフィルタ効果が小さくなっていることがわかる。
【００７０】
実施例４では、上記の結果を受けて、図１８に模式的に示されるように、マイクロレンズアレイシート２３０の中心部から周辺部に向かうにつれて、光学ローパスフィルタの作用が徐々に低減するように設計されており、図１８（ａ）はマイクロレンズの曲率半径ｒ、図１８（ｂ）はマイクロレンズアレイシートの厚さｄ、図１８（ｃ）はレンズ配置密度をそれぞれ調整したものである。
【００７１】
［実施例５］
以下、実施例５に係る画像表示装置について説明する。なお、本実施例に係る画像表示装置は、実施例１から４に係る画像表示装置の変形例であり、特に説明がない場合、実施例１から４に係る画像表示装置と同様であるものとする。
【００７２】
実施例５では、図９で説明される光強度分布のうなりにより生じるモアレを防ぐため、マイクロレンズアレイシート２３０におけるマイクロレンズの配列パターンを調整している。
【００７３】
モアレ発生を回避するため、実施の形態では、マイクロレンズアレイシート２３０におけるマイクロレンズの基本ピッチをＰＭＬＡ、ディスプレイパネル２００の画素サイズをＰＰＸとしたとき、１０ｕｍ≦ＰＭＬＡ≦ＰＰＸを満たし、かつ、マイクロレンズアレイシート２３０におけるマイクロレンズ中心の２次元配列座標（Ｘ，Ｙ）が、整数の組（Ｉ，Ｊ）を用いて、下記の条件式から決定されればよいことを提案した。
【数２】
0006697849.tif 000003
【００７４】
実施例５では、上記の条件式における（Ｓ，Ｔ）の組を選ぶことで、モアレの抑制効果を調整している。図１９は、（Ｓ，Ｔ）の組み合わせを選んだときに決定されるマイクロレンズの配列パターンを示しており、それぞれ、図１９（ｂ）が（Ｓ，Ｔ）＝（５．７，５．０）、図１９（ｃ）が（Ｓ，Ｔ）＝（１．０，３．０）を指定したときの配列パターンを示している。また、比較のため、図１９（ａ）には、一般的なハニカム格子状の配列パターンを示す。
【００７５】
図２０は、実施例５に係る画像表示装置で観察されるモアレを画像シミュレーションで求めた結果を示す図である。上記の条件式における（Ｓ，Ｔ）の組は、それぞれ、図２０（ｂ）が（Ｓ，Ｔ）＝（５．７，５．０）、図２０（ｃ）が（Ｓ，Ｔ）＝（１．０，３．０）とした。また、比較のため、図２０（ａ）は、マイクロレンズアレイシート２３０においてマイクロレンズが一般的なハニカム格子状に配列されたときに観察されるモアレを画像シミュレーションで求めた結果を示している。これらの結果から、モアレの強度は図２０（ａ）、図２０（ｂ）、図２０（ｃ）の順に低くなっており、上記の条件式における（Ｓ，Ｔ）の組み合わせを、パネル画素の並びに応じて適切に選ぶことで、モアレの発生を防止できることが確認できる。
【００７６】
［実施例６］
以下、実施例６に係る画像表示装置について説明する。なお、本実施例に係る画像表示装置は、実施例１から５に係る画像表示装置の変形例であり、特に説明がない場合、実施例１から５に係る画像表示装置と同様であるものとする。
【００７７】
実施例６では、図９で説明される光強度分布のうなりにより生じるモアレを防ぐため、マイクロレンズアレイシート２３０をディスプレイパネル２００に貼り合わせる際、画素の並びとマイクロレンズの並びとが所定の角度をなすように調整している。
【００７８】
図２１は、実施例６に係る画像表示装置で観察されるモアレを画像シミュレーションで求めた結果を示す図である。図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は、マイクロレンズアレイシート２３０においてマイクロレンズが一般的なハニカム格子状に配列されているときの結果を示しており、マイクロレンズアレイシート２３０における画素の並びとディスプレイパネル２００におけるマイクロレンズの並びがなす角度は、図２１（ａ）の状態を０度と規定した場合、それぞれ、図２１（ｂ）が１５度（ＣＷ方向）、図２１（ｃ）が３０度（ＣＷ方向）、図２１（ｄ）が４５度（ＣＷ方向）とした。これらの結果から、図２１（ｂ）、（ｃ）ではモアレが抑制されており、画素の並びとマイクロレンズの並びがなす角度を適切に選ぶことで、モアレの発生を防止できることが確認できる。
【００７９】
［実施例７］
以下、実施例７に係る画像表示装置について説明する。なお、本実施例に係る画像表示装置は、実施例１から５に係る画像表示装置の変形例であり、特に説明がない場合、実施例１から５に係る画像表示装置と同様であるものとする。
【００８０】
実施例７では、図９で説明される光強度分布のうなりにより生じるモアレを防ぐため、マイクロレンズアレイシート２３０におけるマイクロレンズ中心の２次元配列座標を、実施例５で説明した条件式における（Ｓ，Ｔ）の組を選んで決定し、かつ、マイクロレンズアレイシート２３０をディスプレイパネル２００に貼り合わせる際、図１１のように画素の並びとマイクロレンズの並びとが所定の角度をなすように調整している。
【００８１】
図２２は、実施例７に係る画像表示装置で観察されるモアレを画像シミュレーションで求めた結果を示す図である。図２２（ａ）〜図２２（ｄ）は、マイクロレンズアレイシート２３０におけるマイクロレンズ中心の２次元配列座標を、実施例５で説明した条件式で（Ｓ，Ｔ）＝（１．０，３．０）となるように決定したときの結果を示しており、マイクロレンズアレイシート２３０における画素の並びとディスプレイパネル２００におけるマイクロレンズの並びがなす角度は、図２２（ａ）の状態を０度と規定した場合、それぞれ、図２２（ｂ）が１５度（ＣＷ方向）、図２２（ｃ）が３０度（ＣＷ方向）、図２２（ｄ）が４５度（ＣＷ方向）とした。これらの結果から、図２２（ｂ）、（ｃ）ではモアレが抑制されており、マイクロレンズ中心の２次元配列座標を、実施例５で説明した条件式における（Ｓ，Ｔ）の組を選んで決定した場合でも、画素の並びとマイクロレンズの並びがなす角度を適切に選ぶことで、モアレの発生を防止できることが確認できる。
【００８２】
また、実施例５と実施例６で示される結果の比較から、図２２（ａ）〜図２２（ｄ）に示される画像は、図２１（ａ）〜図２２（ｄ）に示される画像と比べ、ディスプレイパネル２００における画素の並びとマイクロレンズアレイシート２３０におけるマイクロレンズの並びがなす角度が変化しても、全体的にモアレの強度が低くなっている。この結果は、実施の形態で提案した複数のモアレ防止方法を併用することにより、より高いモアレ防止効果を得られることを示している。
【００８３】
［実施例８］
以下、実施例８に係る画像表示装置について説明する。なお、本実施例に係る画像表示装置は、実施例１から５に係る画像表示装置の変形例であり、特に説明がない場合、実施例１から５に係る画像表示装置と同様であるものとする。
【００８４】
実施例８では、図９で説明される光強度分布のうなりにより生じるモアレを防ぐため、ディスプレイパネル２００に表示させる画像データに、画像補正処理を行うことで、モアレ防止効果を得るものである。マイクロレンズアレイシート２３０をディスプレイパネル２００に貼り合わせた後にモアレを撮影し、その画像からモアレの輝度分布を特定した。そして、表示させる画像データに、その輝度分布を打ち消すような輝度補正処理を行っている。
【００８５】
図２３は、実施例８に係る画像表示装置におけるモアレ対策の効果を説明する図である。図２３（ａ１）に示される画像は、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入せずに、ディスプレイパネル２００を観察した画像であり、図２３（ａ２）に示される画像は、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入して観察した結果である。また、図２３（ａ１）、図２３（ａ２）の結果は、何れのモアレ防止方法も採用しておらず、図２３（ａ２）においてモアレが生じているのが分かる。このモアレ画像から、予めモアレの輝度分布を特定するとともに、ディスプレイパネル２００に表示させる画像データに輝度補正処理を行った。図２３（ｂ１）に示される画像は、補正後の画像データを表示させたディスプレイパネル２００を、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入せずに観察した結果であり、図２３（ｂ２）に示される画像は、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入して観察した画像である。上記の結果から、図２３（ｂ２）においてモアレが抑制されており、ディスプレイパネル２００に表示させる画像データに、適切な画像補正処理を行うことにより、モアレの発生を防止できることが確認できる。
【００８６】
次に実施の形態の画像表示装置においてマイクロレンズアレイシート２３０を挿入することの作用効果について、図２４〜図２９を参照しながら、より詳しく説明する。
【００８７】
ヘッドマウントディスプレイ１００のように、虚像を応用した拡大光学系を採用し、眼前に広視野角の映像を表示させるために曲率の高いレンズを用いる場合、バックフォーカスの調整可能レンジが極端に狭くなるという課題があり、マイクロレンズアレイシート２３０を光路に挿入することでバックフォーカスの調整感度を緩めて、設計の自由度を高めることができる。このことを図２４〜図２７を参照して詳しく説明する。
【００８８】
図２４（ａ）および図２４（ｂ）は、虚像距離とバックフォーカスの関係を説明する図である。
【００８９】
図２４（ａ）は、接眼レンズ２１０、物体５００、および虚像５１０の位置関係を示す。Ｆ１は前側焦点、Ｆ２は後側焦点であり、ヘッドマウントディスプレイ１００では接眼レンズ２１０を通して虚像５１０を見ている。ヘッドマウントディスプレイ１００の光学系では、眼精疲労等健康衛生上の理由およびコンテンツの輻輳角設定の都合から、虚像距離をある一定の距離で管理する必要がある。ヘッドマウントディスプレイ１００において虚像距離設定が近すぎる場合、眼精疲労や酔いなどの原因となる可能性があるため、虚像距離設定幅をたとえば３．０ｍ以上５．０ｍ以下などとする必要がある。
【００９０】
一方、ヘッドマウントディスプレイ１００をコンパクトに設計したい、視野角を広くしたい、また高解像度にしたいといった様々な理由から、光学系に用いられるレンズの倍率は高く、光学スポット最小径は小さくなり、バックフォーカスの調整感度が高くなる傾向がある。その結果、図２４（ｂ）に示すように、製品組立て上のバックフォーカスの調整マージンが非常に狭くなってしまうという問題がある。たとえば、バックフォーカス調整レンジは±０．１ｍｍなどとなってしまう。ここでバックフォーカスとは、レンズ最後端から物体面までの距離のことである。
【００９１】
図２５（ａ）は、マイクロレンズアレイシートを用いない場合のバックフォーカス調整可能レンジを示す図であり、図２５（ｂ）は、マイクロレンズアレイシート２３０を用いた場合のバックフォーカス調整可能レンジを示す図である。
【００９２】
図２５（ａ）に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１００で曲率の高い接眼レンズ２１０を用いると、マイクロレンズアレイシート２３０がない場合、ＲＧＢ画素が見えてしまうほどスポットサイズが小さく、バックフォーカス調整可能レンジは極めて狭いものとなる。
【００９３】
一方、図２５（ｂ）に示すように、光路上の適正な位置にマイクロレンズアレイシート２３０を配置すると、光学スポット径を一定以下に収束できなくすることができ、スポットサイズが大きくなり、ＲＧＢ画素までが見えることはなくなり、バックフォーカス調整感度が緩くなる。
【００９４】
このようにマイクロレンズアレイシート２３０を挿入することにより、バックフォーカス調整感度を緩くすることができるため、組立て製造上の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。同時に、マイクロレンズアレイシート２３０の光学ローパスフィルタ効果により、画素サブピクセルを適度にぼかす効果を持たせることができるため、画質向上という効果にもつながる。
【００９５】
図２６は、マイクロレンズアレイシートを用いない場合の虚像距離とバックフォーカス距離の関係を示すグラフである。虚像距離設定幅を３．０ｍ以上５．０ｍ以下に設定すると、バックフォーカス調整レンジは±０．１ｍｍである。グラフから、虚像距離を大きくとるほど、バックフォーカス調整レンジが狭くなることがわかる。
【００９６】
図２７は、マイクロレンズアレイシートを用いた場合の虚像距離とバックフォーカス距離の関係を概念的に示すグラフである。マイクロレンズアレイシートを用いると、バックフォーカス調整感度が緩くなるため、概念的には図２６のマイクロレンズアレイシートなしのグラフが幅をもつことになるため、虚像距離設定幅を同じ３．０ｍ以上５．０ｍ以下に設定しても、バックフォーカス調整レンジは±０．３ｍｍにまで広がる。
【００９７】
次に、マイクロレンズアレイシート２３０の中心部と周辺部で光学ローパスフィルタの効果を異ならせることによる作用効果について図２８および図２９を参照して説明する。
【００９８】
図２８は、像面におけるスポットサイズを説明する図である。接眼レンズ２１０のベストフォーカスポイントは、符号５２０で示す曲面であるのに対して、ヘッドマウントディスプレイ１００のディスプレイパネルの表面（像面）は符号５３０に示すように平坦である。そのため、符号５４０で示すようにパネル中心に比べて、パネル周辺に行くほど像目におけるスポットサイズが大きくなる。このように広視野角のヘッドマウントディスプレイ１００の光学設計では像高の高い周辺部ほど解像度が悪くなる傾向がある。
【００９９】
そこで、マイクロレンズアレイシート２３０を挿入する際、中心部では光学ローパスフィルタ効果を大きくして拡散効果により画素格子が目立たないようにする一方、周辺部では光学ローパスフィルタ効果を低減させるか、逆に集光効果により解像度を高めることが考えられる。
【０１００】
図２９（ａ）は、マイクロレンズアレイシートを用いない場合のパネル中心部とパネル周辺部の解像度を示す図であり、図２９（ｂ）は、マイクロレンズアレイシートを用いた場合のパネル中心部とパネル周辺部の解像度を示す図である。
【０１０１】
図２９（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイシートを用いない場合、パネル中心部では焦点が合っており、解像度が最も高いが、パネル周辺部では焦点が合わなくなり、解像度が低下する。
【０１０２】
一方、図２９（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイシート２３０を用いた場合、パネル中心部では、符号２３０ａで示すように拡散効果をもたせるようにマイクロレンズアレイシート２３０を構成し、パネル周辺部では符号２３０ｂで示すように集光効果をもたせるようにマイクロレンズアレイシート２３０を構成する。これにより中心部では光学ローパス効果によりＲＧＢサブピクセルが見えにくくなる効果をもたせ、周辺部では逆に集光効果により解像度を改善する効果をもたせることができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  ヘッドマウントディスプレイ、  １１０  本体部、  １２０  前頭部接触部、  １３０  側頭部接触部、  ２００  ディスプレイパネル、  ２１０  接眼レンズ、  ２２０  眼、  ２３０  マイクロレンズアレイシート、  ２４０  画素。
【図１】
0006697849.tif 000004
【図２】
0006697849.tif 000005
【図３】
0006697849.tif 000006
【図４】
0006697849.tif 000007
【図５】
0006697849.tif 000008
【図６】
0006697849.tif 000009
【図７】
0006697849.tif 000010
【図８】
0006697849.tif 000011
【図９】
0006697849.tif 000012
【図１０】
0006697849.tif 000013
【図１１】
0006697849.tif 000014
【図１２】
0006697849.tif 000015
【図１３】
0006697849.tif 000016
【図１４】
0006697849.tif 000017
【図１５】
0006697849.tif 000018
【図１６】
0006697849.tif 000019
【図１７】
0006697849.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
0006697849.tif 000022
【図２０】
0006697849.tif 000023
【図２１】
0006697849.tif 000024
【図２２】
0006697849.tif 000025
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
0006697849.tif 000029
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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