(57)【要約】投写ディスプレイ（１００）は、撮像素子（１１０）のサブ領域（１１５）の二次元配列にサブ画像を表示するための撮像素子（１１０）と、投写光学的素子（１２５）の二次元配列（１２２）を有する投写光学系アレイ（１２０）とを備える。投写光学系アレイ（１２０）は、画像平面（１４０）においてペアをなすサブ画像の投写（１３５）の相互領域重複（１３９）が、全てのペア（１３７）に対して０．１と０．８の間になるよう、画像平面（１４０）における全体画像（１５０）にサブ画像の投写（１３５）を重畳させるように構成される。ここでは、投写ディスプレイ（１００）は、全体画像（１５０）が仮想の全体画像となるように実装される。【選択図】図１ａ
2015518575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投写ディスプレイ（１００）は、
撮像素子（１１０）のサブ領域（１１５）の二次元配列にサブ画像を表示するための前記撮像素子（１１０）と、
画像平面（１４０）においてペアをなす前記サブ画像の投写（１３５）の相互領域重複（１３５）が全てのペア（１３７）に対して０．１と０．８の間になるよう、前記画像平面（１４０）における全体画像（１５０）への前記サブ画像の投写（１３５）を重畳するように実装される投写光学的素子（１２５）の二次元配列（１２２）を有する投写光学系アレイ（１２０）とを備え、
前記投写ディスプレイ（１００）は、前記全体画像（１５０）が仮想の全体画像であるように実装される、投写ディスプレイ（１００）。
【請求項２】
前記投写光学系アレイ（１２０）は、ペアの投写（１３７）の相互領域重複（１３９）の配列の中心傾向が０．２と０．８の間になるよう、前記画像平面（１４０）における前記全体画像（１５０）に前記サブ画像の投写（１３５）を重畳するように実装される、請求項１に記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項３】
前記画像平面（１４０）における前記投写（１３５）の重複は、また、前記投写光学的素子（１２５）における互いの隣接でもある、請求項１または請求項２に記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項４】
前記投写光学的素子（１２５）は、前記撮像素子（１１０）の前記サブ領域（１１５）にそれぞれ割り当てられ、そこでは、前記投写光学的素子（１２５）のピッチ（１２７）は、前記投写光学的素子（１２５）に割り当てられる前記撮像素子（１１０）の前記サブ領域（１１５）のピッチ（１１７）と等しい、請求項１から請求項３のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項５】
前記投写光学系アレイ（１２０）は、前記投写ディスプレイ（１００）の使用者の瞳孔（１０３）に前記サブ画像の投写（１３５）を導くために、投写方向（１１１）における前記投写光学的素子（１２５）の二次元配列（１２２）の下流に視野レンズ（１３０）をさらに備え、そうすると、前記画像平面（１４０）は仮想の画像平面であり、前記撮像素子（１１０）および前記投写光学的素子（１２５）の二次元配列（１２２）が前記画像平面（１４０）と前記視野レンズ（１３０）との間に配置される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項６】
前記視野レンズ（１３０）はフレネル・レンズである、請求項５に記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項７】
前記投写光学的素子（１２５）は前記撮像素子（１１０）のサブ領域（１１５）にそれぞれ割り当てられ、前記撮像素子（１１０）は、前記投写光学的素子（１２５）に割り当てられる前記撮像素子（１１０）の前記サブ領域（１１５）における前記投写光学系アレイ（１２０）の光軸（１０１）への距離が大きくなるにともない、前記撮像素子（１１０）に出力されて表示されるためのますます偏心される全体画像の一部であるサブ画像（２１５）を表示するために実装され、そこでは、前記光軸（１０１）が前記撮像素子（１１０）のサブ領域（１１５）の二次元配列の中心を通る、請求項１から請求項６のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項８】
前記投写光学的素子（１２５）の二次元配列（１２２）は、複数の平凸または両凸の投写レンズを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項９】
前記投写光学系アレイ（１２０）は、前記投写方向（１１１）において互いの上に積み重ねられる投写光学的素子の複数の二次元配列を備え、そこでは、前記投写光学的素子の複数の二次元配列が前記投写光学系アレイ（１２０）の収差を補正するように実装される、請求項１から請求項８のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項１０】
前記撮像素子（１１０）は、前記サブ画像（２１５）の縁（２１８）に向かって連続的に低下する画像輝度を有する前記サブ画像（２１５）のそれぞれを表示するように実装され、その結果、前記画像平面（１４０）の投写（１３５）の重複領域（１３９）における人為現象が抑制または防止される、請求項１から請求項９のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項１１】
前記投写光学的素子（１２２）の二次元配列（１２５）は、複数のレンズ断片（４２５）を備え、前記複数のレンズ断片（４２５）は、それらの隙間に関して異なって偏心され、そこでは、前記複数のレンズ断片（４２５）が前記投写ディスプレイ（１００）の使用者の瞳孔（１０３）に前記サブ画像の投写を導くように実装される、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項１２】
前記撮像素子（１１０）は、投写距離を調節するため、前記サブ画像（２１５）の中心（２０１）の間の距離を拡大または縮小させるように実装される、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項１３】
前記撮像素子（１１０）は、全てのサブ画像（２１５）を前記撮像素子（１１０）の前記サブ領域（１１５）の二次元配列の側面拡張の方向（２１２）において均一に変位させるように実装され、そこでは、前記サブ画像（２１５）の均一な変位が、前記投写光学系アレイ（１２０）の光軸（１０１）に関して、使用者の眼球の被測定部位に依存して調節可能である、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項１４】
前記撮像素子（１１０）は透過型または反射型の撮像素子である、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の投写ディスプレイ（１００）。
【請求項１５】
投写ディスプレイ（１００）を用いて全体画像（１５０）を投写する方法は、
撮像素子（１１０）のサブ領域（１１５）の二次元配列における撮像素子（１１０）を用いてサブ画像を表示するステップと、
画像平面（１４０）においてペアをなすサブ画像の投写（１３５）の相互領域重複（１３９）が全てのペア（１３７）に対して０．１と０．８の間になるよう、投写光学的素子（１２５）の二次元配列（１２２）を有する投写光学系アレイ（１２０）によって、画像平面（１４０）における全体画像（１５０）にサブ画像の投写（１３５）を重畳するステップとを備え、
そこでは、前記投写ディスプレイ（１００）は、前記全体画像（１５０）が仮想の全体画像となるように実装される、全体画像を投写する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、投写ディスプレイおよび全体画像を投写する方法に関する。本発明のさらなる実施形態は、多チャンネル光学系を用いて仮想の画像を得るための投写ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）は、一般に、明視距離と無限遠との間の視覚化に適した距離にマイクロ・ディスプレイをマップする接眼レンズ光学系（ｏｃｕｌａｒ  ｏｐｔｉｃｓ）に関連するＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣｏＳ（登録商標）（シリコン基板上の液晶）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）を用いるマイクロ・ディスプレイなどのマイクロ・ディスプレイを用いて実現される。接眼レンズの焦点距離ｆOkが、マイクロ・ディスプレイの対角線Ｄと共に、ヘッドマウント・ディスプレイの視野（ＦＯＶ）を決定する。
【０００３】
2015518575.tif 000003
【０００４】
２／３の模範的な対角線スクリーンと共に既存のマイクロ撮像素子（ｍｉｃｒｏ  ｉｍａｇｅｒｓ）を有する４０°〜６０°の範囲のヘッドマウント・ディスプレイの一般的な視野を得るため、１５ｍｍ〜２３ｍｍの間の範囲の接眼レンズの焦点長さが要求される。ここで、接眼レンズの瞳孔直径Ｄpupilが、見る人の眼が動作可能な範囲（眼球運動ボックス、ＥＭＢ）の寸法を決定する。瞳孔寸法またはＥＭＢは、焦点幅ｆOkと接眼レンズのＦ値ｆ／＃との比から得られる。
【０００５】
2015518575.tif 000004
【０００６】
約ｆ／２．８の範囲内の模範的なＦ値に対して、５ｍｍ〜８ｍｍの大きさ順のＥＭＢが得られる。ここで、二つの主な問題が生じる。一方では、比較的大きい必要な接眼レンズの焦点長さが大きいシステム寸法となり、ヘッドマウント・ディスプレイの付け心地を悪くする。他方では、大きいＦＯＶと共に大きいＥＭＢに対して必要な小さいＦ値は、マッピング誤りの補正をより難しくし、且つその寸法および質量が故に、接眼レンズ光学系の複雑さをさらに増大させる。
【０００７】
与えられる焦点長さで光学的素子の寸法を小さくするため、従来技術では、例えば、非特許文献１における「キャノン・ビデオ・シースルー」システムなどの数回折り重ねられる光学的パス、または非特許文献２などにおける眼の中へのミラーニングのための後述する画像ガイドの側面部分の方向における接眼レンズ光学系の変位などが用いられる。これら既知の光学系機構の主な欠点は、結果として、比較的に大きいシステム寸法および質量になることのみならず、非特許文献１などにおける従来技術による収差補正のために必要な複雑な自由形式の光学系、または非特許文献２などにおける非常に複雑な製造の画像ガイド構成要素になることである。
【０００８】
従来技術に記載されている代わりとなる光学的な手法は、レンズ・アレイ（レンズ格子）光学系を用いている。そこでは、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４に記載されているように、一つの小型レンズ（レンズ要素）は、マイクロ撮像素子それぞれの１ピクセルに割り当てられる。この既知の代わりとなる光学系機構は、光学系の非常に小さい構造長さを約束する一方で、それは、非常に少ない表示可能なピクセル数および非常に低い透過のみを許す。結果として、ネットワークから独立する装置にとって、低い画像輝度および短い電池の実行時間になる。
【０００９】
さらなる既知の手法は、特許文献５に記載されているように、アレイ・プロジェクタまたはラスタ・プロジェクタの使用法である。この手法を用いて、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４に記載されているアレイ光学系またはラスタ光学系と比較して、明らかにより高い画像輝度を得ることができる。しかしながら、多チャンネル投写に基づいた既知のアレイ・プロジェクタは、例えば、非特許文献１および非特許文献２などにおけるような１チャンネル光学系よりも表示可能なピクセル数がさらに劣るという欠点を有する。
【００１０】
特許文献６は、大きい光学系ディスプレイを記載する。この大きい光学系ディスプレイは、より小さいディスプレイ装置のアレイが協働して完全な画像を表示するように、（それぞれが表示される画像の一部を表す、）より小さいディスプレイ装置またはモジュールのアレイを備える。ディスプレイ装置は、重複するサブ画像を生成するために、狭い縁を有さず、且つ隣接しないディスプレイ要素を用いることができる。「インターフェイス」そうでなければギャップである画像ピクセルは、重複するサブ画像の重複する領域などにおいて、画像データによって生成され、且つ表示される画像の中で正しい位置および輝度で表示される。
【００１１】
特許文献７は、少なくとも一つの光源と、サブ領域の二次元配列に個々の画像を表示するように実装される少なくとも一つの反射型撮像素子と、（個々の画像のマッピングが画像平面における全体画像に重複するために、一つの画像レベルそれぞれに対して少なくとも一つの撮像素子の割り当てられるサブ領域をマップするように実装される、）投写光学的素子の二次元配列を有する投写光学系アレイ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ  ａｒｒａｙ）と、一方では少なくとも一つの反射型撮像素子と投写光学的素子の二次元アレイとの間の光路において、他方では少なくとも一つの光源と少なくとも一つの反射型撮像素子との間の光路において配置される少なくとも一つのビーム・スプリッタ（ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）とを有する投写ディスプレイを記載する。
【００１２】
特許文献１は、画像ディスプレイ器具（例えば、使用者の眼の網膜に対して正しいピッチでピクセルを投写することにより、高解像度の画像を複写することが可能な眼鏡型の画像ディスプレイ器具）を記載する。画像ディスプレイ器具は、マイクロレンズアレイを備える。マイクロレンズアレイの代わりに、フレネル・ゾーン・プレート・アレイ（Ｆｒｅｓｎｅｌ  ｚｏｎｅ  ｐｌａｔｅ  ａｒｒａｙ）を用いることもできる。
【００１３】
特許文献１に記載される投写システムの欠点は、一つのマイクロレンズそれぞれに対して、ただ一つの（シングルの）ディスプレイ・ピクセル（例えば、非常に少ないＬＥＤチップまたはＬＣＤピクセル）の割り当てである。このように、この既知の手法は、結果として、大きい側面の光学的素子寸法を有すると同時に、より少ない表示可能なピクセル数になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国第５，４９９，１３８号明細書
【特許文献２】米国第５，５６１，５３８号明細書
【特許文献３】米国第６，８１６，３１３Ｂ２号明細書
【特許文献４】米国第２００８／０２０４７３Ａ１号明細書
【特許文献５】国際公開第２０１０／１４５７８４Ａ１号
【特許文献６】米国第６，６１１，２４１Ｂ１号明細書
【特許文献７】国際公開第２０１１／１５７６３２Ａ１号
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】A. Takagi, S. Yamazaki, Y. Saito, and N. Taniguchi "Development of a stereo video see-through HMD for AT systems", in Int. Symp. On Augmented Reality, Munich, Germany, Oct. 5-6 2000
【非特許文献２】Ichiro Kasai Yasushi, Yasushi Tanijiri, Takeshi Endo, Hiroaki Ueda "A Forgettable Near Eye Display", Proc. 4th Int. Symp. on Wearable Computers, ISWC 2000, Atlanta
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
それ故、より多い表示可能なピクセル数のための多チャンネル投写に、投写ディスプレイの小さい構造長さを併せ持つ従来技術のコンセプトが存在しないことが基本的な問題である。
【００１７】
それ故、本発明の目的は、投写ディスプレイのより小さい構造長さと同時に、より多い表示可能なピクセル数を有する多チャンネル投写を可能とするコンセプトを提供することである。
【００１８】
この目的は、請求項１に係る投写ディスプレイおよび請求項１５に係る方法により解決される。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の実施形態は、撮像素子のサブ領域の二次元配列におけるサブ画像を表示するための撮像素子と、投写光学的素子の二次元配列を有する投写光学系アレイとを備える投写ディスプレイを提供する。投写光学系アレイは、画像平面においてペアをなすサブ画像の投写の相互領域重複が、結果として全てのペアに対して０．１と０．８の間になるよう、画像平面における全体画像へのサブ画像の投写を重畳するように実装される。ここで、投写ディスプレイは、全体画像が仮想の全体画像であるように実装される。
【発明の効果】
【００２０】
そこでは、投写ディスプレイが、全体画像が仮想の全体画像であるように実装され、画像平面においてペアをなすサブ画像の投写の相互領域重複が結果として、全てのペアに対して０．１と０．８の間になるように、撮像素子のサブ領域の二次元配列における撮像素子にサブ画像が表示されるとき、および投写光学的素子の二次元配列を有する投写光学系アレイによりサブ画像の投写が画像平面において全体画像に重畳されるとき、上述したように、投写ディスプレイのより小さい構造長さと同時に、多チャンネル投写のより多い表示可能なピクセル数を得られることが、本発明の核心的な発想である。このように、一方では、多チャンネル投写のより多い表示可能なピクセル数（つまり、より高い画質）が得られ、他方では、同時に、投写ディスプレイのより小さい構造長さが実現され得る。ここで、サブ画像を表示することが用いられ得、且つ（仮想の）全体画像への画像平面におけるサブ画像の投写の特別な重複が用いられ得る。
【００２１】
本発明の実施形態において、投写光学系アレイは、投写ディスプレイの使用者の瞳孔にサブ画像の投写を導くために、投写方向における投写光学的素子の二次元配列の下流に視野レンズ（ｆｉｅｌｄ  ｌｅｎｓ）をさらに備える。このようにして、画像平面は仮想の画像平面であり得、そこにおいて、撮像素子および投写光学的素子の二次元配列は、画像平面（ｔｈｅ  ｓａｍｅ）と視野レンズとの間に配置される。
【００２２】
本発明の実施形態において、撮像素子は、サブ画像の縁に向かって連続的に低下する画像輝度を有するサブ画像のそれぞれを表示するように実装される。このように、画像平面の投写の重複領域における人為現象は、抑制または防止され得る。
【００２３】
本発明の実施形態において、撮像素子は、撮像素子のサブ領域の二次元配列の側面拡張の方向に均一にサブ画像を変位させるように実装される。ここで、サブ画像の均一な変位は、投写光学系アレイの光軸に関する使用者の眼球の被測定部位に依存して調節し得る。このようにして、投写光学系アレイの光軸に関する使用者の眼球の分散（ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ）の補償が得られ得る。この分散を補償することによって、ゴースト画像の認識が抑制され得または防止され得る。
【００２４】
本発明の実施形態は、同じ（ｓａｍｅ）または等しい（ｅｑｕａｌ）要素が同じ参照番号で示される添付図面に関する以下においてより詳細に記述されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１ａ】本発明の一実施の形態に係る投写ディスプレイの側面図である。
【図１ｂ】創意に富んだ画像平面のサブ画像の投写の相互領域重複を示す概略図である。
【図２ａ】創意に富んだ画像平面の全体画像を示す概略図である。
【図２ｂ】本発明の一実施の形態に係る撮像素子のサブ領域の二次元配列のサブ画像を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る撮像素子のサブ領域の二次元配列のサブ画像を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る投写光学的素子の二次元配列の側面図である。
【図５ａ】本発明に係るサブ画像の変位を表すための撮像素子の側面図である。
【図５ｂ】本発明に係るサブ画像の変位を表すための撮像素子の側面図である。
【図６ａ】表示可能な全体のピクセル数を得るための創意に富んだ数式を導くためのＦＯＶの光路および分解の概略図である。
【図６ｂ】表示可能な全体のピクセル数を得るための創意に富んだ数式を導くためのＦＯＶの光路および分解の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を図面に基づいてより詳細に後述する前に、以下の実施形態において、図面において同じ構成要素または機能的に等しい構成要素は、同じ参照番号を備えていることを留意されたい。このように、同じ参照番号を有する構成要素の説明は、異なる実施形態において相互に交換可能および／または適用可能である。
【００２７】
図１ａは、本発明の一実施の形態に係る投写ディスプレイ１００の側面図を示す。図１ａに示すように、投写ディスプレイ１００は、撮像素子（ｉｍａｇｅｒ）１１０のサブ領域１１５の二次元配列にサブ画像を表示するための撮像素子１１０を備える。さらに、図１ａの投写ディスプレイ１００は、投写光学的素子１２５の二次元配列１２２を有する投写光学系アレイ１２０を備える。図１ｂは、創意に富んだ画像平面におけるサブ画像の投写の相互領域重複を示す概略図である。図１ａおよび図１ｂに関して、投写ディスプレイ１００の投写光学系アレイ１２０は、画像平面１４０においてペアをなすサブ画像の投写１３５の相互領域重複１３９が結果として、全てのペア１３７に対して０．１と０．８の間になるよう、画像平面１４０における全体画像１５０へのサブ画像の投写１３５を重畳するように実装される。ここで、投写ディスプレイ１００は、全体画像１５０が仮想の全体画像となるように実装される。全てのペアに対して０．１と０．８の間の相互領域重複を提供することによって、投写ディスプレイのより小さい構造長さと同時に、高い画質を有する多チャンネル投写が得られ得る。
【００２８】
特に、投写ディスプレイ１００は、全体画像１５０が（投写）スクリーンを必要としない仮想の全体画像であるように実装される。
【００２９】
実施形態において、ペア１３７は、ペアをなして重複する投写１３５によって形成され得、且つペア１３７（ｔｈｅ  ｓａｍｅ）（それらの全て）は、０．１と０．８の間である相互領域重複１３９を備える。ここで、図１ｂも参照して、ここでは、画像平面１４０において重複し得る全ての（隣接する）ペア１３７が模範的に示される。
【００３０】
さらに、図６ａおよび図６ｂを参照する。図６ａおよび図６ｂは、角度空間（ａｎｇｕｌａｒ  ｓｐａｃｅ）において隣接する投写光学的素子１２５（またはマイクロレンズ）によって投写される視野（ＦＯＶ）の一部の重複に基づいて記載される。実施形態において、直接に隣接するだけでなく、「次の後」の隣同士（つまり、二次元配列１２２において直接に並んで配置されない投写光学的素子１２５の投写１３５）が重複することが可能である。これは、図３の文字「Ｂ」の投写において、さらに模範的に示される。
【００３１】
このように、実施形態において、次の後またはさらにもっと遠くに離れた投写（または、隣接するサブ画像）の重複（つまり「ペアリング」）が実現され得る。言い換えると、直接に隣接しない投写光学的素子１２５（つまり「小型レンズ」）によって引き起こされるＦＯＶの一部の投写または表示される重複が可能となる。
【００３２】
相互領域重複は、基本的に、図６ａおよび図６ｂに基づいて模範的に導き出される創意に富んだ数式６のパラメータσに対応することを留意されたい。ここで、σ＝０は重複が存在しないという場合を記載する。一方で、σ＝１は完全な重複が存在するという場合を記載する。実施形態において、相互領域重複は、０より大きく且つ１より小さい。これは、完全ではなく部分的な重複があることを意味する。
【００３３】
実施形態において、マイクロレンズの焦点距離ｆおよび視野レンズのＦの選択によって一意的にまたは明確に決定される、創意に富んだ数式６に従う個々の画像コンテンツの重複は、特に有利である。
【００３４】
図１ａおよび図１ｂによる実施形態において、投写光学系アレイ１２０は、ペア１３７の投写の相互領域重複１３９の配列の中心的傾向が０．２と０．８の間となるよう、画像平面１４０における全体画像１５０へのサブ画像の投写１３５を重畳するように実装され得る。相互領域重複の配列の中心的傾向は、例えば、０．５の値を有し得る。概して、この値は、画像平面における全体画像の表示に高い画質を与える。
【００３５】
図１ａおよび図１ｂによる実施形態において、画像平面１４０において重複する投写１３５は、また、投写光学的素子１２５における互いの隣接である。言い換えると、相互領域重複１３９を形成する図１ｂに示されるペア１３７の投写は、図１ａに示される投写光学系アレイ１２０の２つの隣接する投写光学的素子１２５に割り当てられる。
【００３６】
実施形態において、投写光学的素子１２５は、撮像素子１１０（図１ａを参照）のサブ領域１１５にそれぞれ割り当てられる。ここで、投写光学的素子１２５のピッチ１２７は、投写光学的素子１２５に割り当てられる撮像素子１１０のサブ領域１１５のピッチ１１７に等しい。投写光学的素子および割り当てられるサブ領域の等しいピッチを用いることにより、撮像素子１１０の割り当てられるサブ領域１１５によって提供される個々のサブ画像が、無限遠にマップされ得る。ここで、撮像素子１１０のサブ領域１１５の二次元配列から投写光学的素子１２５の二次元配列１２２の距離は、例えば、結果として、焦点距離ｆを有する投写光学的素子１２５の屈折力の追加と、焦点距離Ｆを有する視野レンズ１３０の屈折力とからなる焦点距離Ｆresに対応する。
【００３７】
図１ａおよび図１ｂによる実施形態において、投写光学系アレイ１２０は、さらに、投写ディスプレイ１００の使用者の瞳孔１０３にサブ画像の投写１３５を導くために、投写方向１１１における投写光学的素子１２５の二次元配列１２２の下流に視野レンズ１３０を備える。このように、画像平面１４０は、仮想の画像平面であり得、そこでは、撮像素子１１０および投写光学的素子１２５の二次元配列１２２が、画像平面１４０（ｔｈｅ  ｓａｍｅ）と視野レンズ１３０との間に配置される。使用者の眼１０５が図１ａにおいて模式的に示される。
【００３８】
図１ａに模範的に示されるように、視野レンズ１３０は、光学的チャンネルが使用者の眼１０５へと瞳孔１０３を通り抜けるように、投写光学系アレイ１２０の光軸１０１の方向に関して、光学的チャンネルの角度１０２を変更するように実装され得る。好ましくは、視野レンズの焦点は、眼球の回転中心に近い。ここで、光学的チャンネルそれぞれは、投写方向１１１において個々の投写光学的素子１２５を通る光路を備える。画像平面上のサブ画像の投写に対していくつかの光学的チャンネルを用いることによって、多チャンネル投写が基本的に得られ得る。
【００３９】
図１ａに示される視野レンズ１３０は、例えば、フレネル・レンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ  ｌｅｎｓ）であり得る。概して、フレネル・レンズは比較的薄い。それ故、視野レンズとしてフレネル・レンズを用いることにより、投写ディスプレイの構造長さがさらに小さくされ得る。
【００４０】
このように、図１ａは、投写ディスプレイ１００の光学系機構の概略図を模範的に示す。図１ａに示される実施形態の基本的な構造は、以下の通り要約され得る。透過される全ての画像コンテンツのサブ画像は、撮像素子１１０またはマイクロ撮像素子のアレイ（二次元の格子）のようにサブ領域１１５にそれぞれ表される。これらのサブ画像のそれぞれは、二次元配列１２２（レンズ・アレイ）の投写光学的素子１２５（例えば、マイクロレンズ）に割り当てられることによってマップされる。投写方向１１１における下流または次の視野レンズ１３０は、見る人の眼１０５への重複される方法において全てのサブ画像をマップする。図１ａによるこのアレイによって、画像平面１４０において、使用者または見る人にとって、隣接する仮想の全体画像となる。
【００４１】
図２ａは、画像平面における創意に富んだ全体画像を示すための概略図を示す。図２ａは、投写される仮想の全体画像１５０を模範的に示す。図２ａの投写される仮想の全体画像１５０は、図１ａに示される投写ディスプレイ１００の画像平面１４０の中にある。画像平面１４０の中の全体画像１５０は、画像コンテンツ２０５を備える。例えば、全体画像１５０の画像コンテンツ２０５は、シンボル「ＡＢＣ」（完全な画像コンテンツ）を表す。
【００４２】
図２ｂは、本発明の一実施形態に係る撮像素子のサブ領域の二次元配列におけるサブ画像を表すための概略図を示す。図２ｂは、撮像素子１１０またはマイクロ・ディスプレイ上の一部またはサブ画像２１５を模範的に示す。図２ｂに示されるように、サブ画像２１５は、撮像素子１１０のサブ領域１１５の二次元配列における撮像素子１１０によって表示される。撮像素子１１０のサブ領域１１５の二次元配列に出力されるサブ画像２１５は、画像コンテンツ２０５を有する図２ａにおいて示される全体画像１５０の一部を表す。さらに、図１ａに示される投写光学的素子１２５は、図２ｂに示される撮像素子１１０のサブ領域１１５にそれぞれ割り当てられる。さらに、図２ｂの概略図は、投写光学系アレイ１２０の光軸１０１を示す。図２ｂに示される光軸１０１は、基本的に、撮像素子１１０のサブ領域１１５の二次元配列の中心を通る。
【００４３】
図２ｂに示される実施の形態において、サブ画像２１５（ｔｈｅ  ｓａｍｅ）が撮像素子１１０に出力されて表示されるためのますます偏心される全体画像の一部であるように、撮像素子１１０が、投写光学系アレイ１２０の光軸１０１からの距離が大きくなるにともない、投写光学的素子１２５に割り当てられる撮像素子１１０のサブ領域１１５におけるサブ画像２１５を表示するために実装される。撮像素子１１０に出力されて表示される全体画像は、基本的に画像平面１４０に画像コンテンツ２０５を有する、投写される仮想の全体画像１５０に対応する。
【００４４】
実施形態において、光軸１０１は、自ら（ｔｈｅ  ｓａｍｅ）が撮像素子１１０のサブ領域１１５の二次元配列の中心を基本的に通り抜けるように定められる。
【００４５】
図２ｂにおいて、光軸１０１に対して最も小さい距離を有する撮像素子１１０のサブ領域に表されるサブ画像２１３と比較して、光軸１０１までより大きい距離を有する撮像素子１１０のサブ領域で表されるサブ画像２１７−１、２１７−２は、撮像素子１１０に表示および出力される全体画像の一部がより偏心される。サブ画像２１３は、例えば、投写される全体画像１５０の画像コンテンツにとっての比較的中央の一部（例えば、シンボル「Ｂ」）を表す。一方で、サブ画像２１７−１、２１７−２は、投写される全体画像１５０の画像コンテンツ２０５にとってのより偏心された一部（例えば、シンボル「Ａ」または「Ｃ」）を表す。いくつかの光学的チャンネルにわたる多チャンネル投写によって、サブ画像２１５、または撮像素子１１０に表示および出力されるますますより偏心された全体画像の一部は、画像平面１４０における全体画像１５０に重畳され得る。このように、画像平面１４０において、完全な画像コンテンツ（例えば、「ＡＢＣ」）を有する投写される仮想の全体画像１５０になる。
【００４６】
図３は、本発明の一実施形態に係る撮像素子のサブ領域の二次元配列におけるサブ画像を表すための概略図を示す。図３は、投写される仮想の全体画像における人為現象（ａｒｔｅｆａｃｔｓ）を抑制するための撮像素子の縁の上のサブ画像の画像輝度の連続的な縁低下を模範的に示す。図３の実施形態は、サブ画像２１５が撮像素子１１０のサブ領域１１５の二次元配列において表されることについて、撮像素子１１０を再び示す。図３において示されるサブ画像２１５は、例えば、図２ｂの実施形態に基づいて述べられたように、全体画像の一部が撮像素子１１０に出力され、それが表示されるように、ますます偏心され得る。
【００４７】
図３による実施形態において、撮像素子１１０は、サブ画像２１５の縁２１８の方へ連続的に低下する画像輝度を有するサブ画像２１５のそれぞれを表示するように実装され得る。このことにより、画像平面の投写の重複する領域における人為現象は、抑制または防止され得る。
【００４８】
撮像素子１１０の上のサブ画像それぞれの画像輝度は、例えば、中心領域を囲む縁領域（縁２１８）よりも、サブ画像２１５の中心領域のほうがより高いように調節され得る。同時に、画像輝度は、自ら（ｔｈｅ  ｓａｍｅ）が最大値から最小値まで単調に低くなるように調節され得る。これは、画像輝度の連続的な縁低下を模範的に記述する。図３の実施形態において、模範的に画像輝度が連続的に低下することを用いることによって人為現象が抑制または防止される重複する領域は、図１ｂに示される画像平面１４０におけるサブ画像１３５の投写１３５の相互領域重複１３９に対応する。
【００４９】
言い換えると、図３に示される実施形態において、撮像素子は、重畳される全体画像における輝度上昇を抑制するために、撮像素子の上のサブ画像の縁で画像輝度が連続的に低下するように実装され得る。
【００５０】
図４は、本発明の一実施形態に係る投写光学的素子の二次元配列の側面図を示す。図４の側面図は、サブ領域１１５の二次元配列を有する撮像素子１１０、および投写ディスプレイ１００の投写光学的素子１２５の二次元配列１２２と共に撮像素子１１０を示す。図４に示される実施形態において、投写光学的素子１２５は、撮像素子１１０のサブ領域１１５にそれぞれ割り当てられる。図１ａによる実施形態と同様に、図４に示される実施形態における投写光学的素子１２５のピッチ１２７は、投写光学的素子１２５に割り当てられる撮像素子１１０のサブ領域１１５のピッチ１１７と等しい。
【００５１】
実施形態において、投写光学的素子１２５の二次元配列１２２は、これらの隙間（ａｐｅｒｔｕｒｅ）に関して異なって偏心される複数のレンズ断片（ｌｅｎｓ  ｓｅｇｍｅｎｔｓ）４２５からなる。ここで、複数のレンズ断片４２５は、図４に模範的に示されるように、投写ディスプレイ１００の使用者の瞳孔１０３にサブ画像の投写を導くように実装される。いくつかの異なって偏心されるレンズ断片４２５を用いることによって、撮像素子１１０のサブ領域１１５によって出力されるサブ画像の投写は、投写方向１１１における下流に視野レンズ（例えば、図１の視野レンズ１３０）を必要とすることなく、使用者の瞳孔１０３に直接的に導かれ得る。このような下流の視野レンズの機能は、例えば、異なって偏心されるレンズ断片４２５の全部によって備えられ得る。
【００５２】
円４０１の中に、隙間に関して異なって偏心されるレンズ断片４２５が、拡大方式で示される。円４０１の中において、拡大方式で示されるレンズ断片４２５は、レンズ断片それぞれの隙間とは異なる偏心を有するレンズ頂点４２７からなる。レンズ頂点４２７の異なる偏心を備えることによって、投写方向１１１における下流に視野レンズ１３０と共に投写光学的素子１２５の二次元配列１２２を有するのと同じ効果が、単に複数のレンズ断片４２５によって得ることができる。
【００５３】
言い換えると、図４に示される実施形態において、異なって偏心されるレンズ断片からなる小型レンズを含むレンズ・アレイを用いることによって、視野レンズの光学的な機能は、レンズ・アレイにまとめることができる。したがって、独立した視野レンズは、もはや必要ではない。
【００５４】
図５ａおよび図５ｂは、本発明の実施形態に係るサブ画像の変位を表すための撮像素子の平面図を示す。図５ａに示される実施形態において、撮像素子１１０は、投写距離を調節するために、サブ画像２１５の中心２０１の間の距離を拡大まはた縮小させるように実装される。図５ａは、二つの異なる設定で撮像素子１１０に表されるサブ画像２１５を示す。さらに、図５ａは、サブ画像２１５が表されることに関する投写光学系アレイ１２０の光軸１０１を示す。撮像素子１１０の上の光軸１０１に関するサブ画像２１５の二つの異なる設定は、基本的に、画像平面に投写される仮想の全体画像にとっての二つの異なる投写距離に対応する。第一の設定において、サブ画像２１５は破線によって示される。一方で、第２の設定において、サブ画像２１５は実線によって示される。さらに、サブ画像２１５の中心２０１は、第一の設置において×印によって示される。一方で、これらは第二の設定において点によって示される。
【００５５】
撮像素子１１０の第一および第二の設定を切り替えるとき、サブ画像２１５の中心２０１は、例えば、光軸１０１（変位ベクトル２１１）に関して、放射相称方式（ｒａｄｉａｌ  ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ  ｍａｎｎｅｒ）で変位され得る。光軸１０１に関するサブ画像２１５の中心２０１の放射相称変位によって、サブ画像２１５の中心２０１の間の距離は、設定それぞれにおいて変わる。サブ画像２１５の中心２０１の間の距離は、例えば、第一の設定から第二の設定までの変位ベクトル２１１に沿う変位によって拡大または縮小され得る。これは、投写される仮想の全体画像の位置を調節すること、つまり投写距離を拡大もしくは縮小させることを可能とする。
【００５６】
図５ａによる実施形態において、撮像素子の上の互いのサブ画像の距離をソフトウェア制御で変更することによって、見る人に対する仮想の画像の異なる距離は、したがって、弱い視力であっても使用可能なことを補償するために調節され得る。
【００５７】
図５ｂは、図５ａに示される実施形態と同様に、撮像素子１１０の二つの異なる設定に対する中心２０１を有するサブ画像２１５を示す。第一の設定においてサブ画像２１５は実線によって、且つこれらの中心２０１は点によって示される。一方で、第二の設定においてサブ画像２１５は破線によって、且つこれらの中心２０１は×印によって示される。さらに、また、投写光学系アレイ１２０の光軸１０１が示される。
【００５８】
図５ｂの実施形態において、撮像素子１１０は、撮像素子１１０のサブ領域の二次元配列の側面拡張の方向（変位ベクトル２１２の方向２１２）に均一に全てのサブ画像２１５を変位するように実装される。ここで、サブ画像２１５の均一な変位（つまり、同じ量による変位ベクトルの方向に対する全てのサブ画像２１５の中心２０１の変位）は、投写光学系アレイ１２０の光軸１０１に関する使用者の眼球の測定される視線方向に依存して設定され得る。使用者の眼球の測定される視線方向に依存するサブ画像２１５の均一な変位のために、投写光学系アレイ１２０の光軸１０１に関して使用者が目を細めることが補償され得る。これによって、再びゴースト画像の認識が抑制または防止され得、それは多チャンネル投写の画質をさらに向上させ得る。
【００５９】
このように、図５ｂによる実施形態において、異なる斜視角度およびそれ故の投写ディスプレイの光軸に対する見る人の眼の偏心は、撮像素子におけるサブ画像の均一な変位をソフトウェア制御することによって補償され得る。
【００６０】
さらに、図５ｂによる実施形態において、投写ディスプレイの光軸に関する眼球の位置は、また、視漂追跡センサー（ｅｙｅ−ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｓｅｎｓｏｒ）によっても決定され得る。センサーによって提供される測定量から、撮像素子の上のサブ画像の偏心または均一な変位に対する設定値が導かれ得る。
【００６１】
実施形態において、投写光学的素子１２５の二次元配列１２２は、複数の平凸または両凸の投写レンズからなる。図１ａにおいて、投写光学的素子１２５は、複数の両凸投写レンズによって模範的に示される。
【００６２】
実施形態において、投写光学系アレイ１２０は、投写方向１１１において互いの上に積み重ねられる複数の投写光学的素子の二次元配列からなる（図示せず）。ここで、複数の投写光学的素子の二次元配列は、投写光学系アレイ１２０の正しい収差に実装され得る。複数（スタック）の投写光学的素子の二次元配列を備えることによって、個々の投写光学的素子による投写間のマッピング誤りの補正が得られ得る。
【００６３】
実施形態において、撮像素子１１０は、透過または反射する撮像素子である。
【００６４】
図６ａおよび図６ｂは、表示可能な全体のピクセル数を得るための創意に富んだ数式を導くための光路と、視野つまりＦＯＶの分解との概略図を示す。図６ａは、無限遠にマッピングするための光路を模範的に示す。光路を示すために、以下に示す無限遠に仮想のマッピングをする場合は、投写光学的素子１２５の二次元配列１２２（レンズ・アレイ）と視野レンズ１３０との間の距離を無視することによって、模範的にみなされる。ここで、ディスプレイまたは撮像素子１１０は、例えば、焦点長さｆを有するアレイの個々の小型レンズ（つまり、個々の投写光学的素子１２５）と、焦点長さＦを有する視野レンズ１３０とからなるシステムの焦点面の中にある。さらに、見る人の眼１０５は、例えば、距離Ｆで、視野レンズ１３０の焦点面の中にある。
【００６５】
アレイの小型レンズによって透過される視野ＦＯＶlocalの一部は、サブ画像の拡張ｄと、結果として生じる全体の焦点長さＦres＝ｆ＊Ｆ／（ｆ＋Ｆ）との商から、無限遠に仮想の画像の投写に対する近軸近似が得られる。さらに、η＝ｄ／ａで得られる撮像素子におけるサブ画像の一次元の充填率（ｌｉｎｅａｒ  ｆｉｌｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）（ここでのａは図６ａに示される小型レンズの拡張）と、小型レンズのＦ値のｆ／＃＝ｆ／ａとが挿入される場合、次の式で得られる。
【００６６】
2015518575.tif 000005
【００６７】
視野レンズは、視野の包括的な要素を生成する。
【００６８】
2015518575.tif 000006
【００６９】
ここでのＤは、図６ａのいくつかのサブ画像２１５の全体的な拡張である。
【００７０】
結果として生じる視野は、二つの要素の和から得られる。
【００７１】
2015518575.tif 000007
【００７２】
可能な限り同質である隣接して投写されるサブ画像の間（つまり、画像平面１４０におけるサブ画像の投写１３５の間）の連結を得るために、投写される視野角（またはサブ画像の投写１３５）それぞれの部分的な重複が有利である。画像平面１４０におけるサブ画像の投写１３５の一次元の重複が算出される。
【００７３】
2015518575.tif 000008
【００７４】
隣接するサブ画像の正確な連結は、σ＝０（すなわち、少しも重複しない）に対応する。一方で、まったく正反対の完全な重複（同じサブ画像の多様な投写または多チャンネル投写の場合を記載する）は、σ＝１に対応する。
【００７５】
この光学系機構による一次元に表示可能なピクセル数が推定される場合、以下の連結が結果として生じる。１チャンネルのピクセル数は、撮像素子のピクセル・ピッチ（つまり、ピクセルの中心間距離）ｐと、サブ画像の寸法ｄとから算出される。
【００７６】
2015518575.tif 000009
【００７７】
一次元で表示される全体のピクセル数は、そこから得られる。
【００７８】
2015518575.tif 000010
【００７９】
上記の数式の評価は、撮像素子のピクセル数Ｄ／ｐと比較して、非常により少ないピクセル数のみが実際に表示可能である。このように、かね合い（ｔｒａｄｅｏｆｆ）が、多いピクセル数に対する要求と、上記した隣接して投写されるサブ画像の（よい画像連結を得るために可能な限り大きい）要求との間で見つけ出される。σ＝１／２〜３／４の重複は、二つの要求の間の良好なかね合いを可能とする。図２ｂは、σ＝０．５の模範的に特殊な場合と、η＝５０％のサブ画像２１５の模範的な領域フィル・ファクター（ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ）とに対する、撮像素子１１０またはマイクロ撮像素子の上のサブ画像２１５の配置を示す。
【００８０】
ＦＯＶの近軸部分に対して、プロジェクタの眼球運動ボックスは、同様の軸に対して平行な光線に沿って屈折させられるため、視野レンズの上に必要なアレイ要素の局所的な（ｌｏｃａｌ）ＦＯＶと等しい入射角を有する光線の高さに対応する。
【００８１】
2015518575.tif 000011
【００８２】
しかしながら、この数式は、眼球運動ボックスがサブ画像２１５の全体的な拡張Ｄを超えない限り、適用されるだけである。これがもはや局所的なＦＯＶlocalσの大きい重複に対して与えられない限り、ＥＭＢの寸法はＤに対応する。いずれにせよ、ＥＭＢは、個々の小型レンズの隙間よりもより大きい。
【００８３】
ＦＯＶの軸から離間する部分に対して、眼球運動ボックスの寸法は小さくされ得る。これは、より少ない小型レンズがマッピングに貢献し得るためである。これらのＦＯＶの軸から離間する部分に焦点を合わせる際の眼球の引き運動（ｄｕｃｔｉｏｎ）は、虹彩（ｉｒｉｓ）の偏心を引き起こす。視野レンズの焦点が虹彩の後ろに位置する場合（例えば、眼の回転の中心で）、この偏心の方向付けは、ＦＯＶのこれらの部分を正確に投写する小型レンズから生じる光線の位置に対応する。この状況は、ＦＯＶの軸から離間する部分に対するＥＭＢの寸法の縮小を、少なくともある程度補償する。
【００８４】
実施形態において、記載されるアレイは、ＬＥＤバックライト付きの透過ＬＣＤマイクロ撮像素子、または自己発光性のＯＬＥＤマイクロ・ディスプレイによって、または代わりとして、ミラー・アレイを偏向する反射型ＬＣｏＳ（登録商標）またはＤＬＰ（「デジタル光処理」）を用いて、有利に実現され得る。
【００８５】
実施形態において、１ミリメートルの範囲の模範的なレンズ・ピッチ（投写光学的素子の中心間距離）を有する平凸または両凸レンズ・アレイ１２２、および平凸または両凸視野レンズ１２０は、光学的素子をマッピングすることに役立ち得、または投写光学系アレイ１２０によって構成され得る。視野レンズ１３０の焦点長さＦは、見る人の眼と十分な距離（アイ・クリアランス、ＥＣ）を得るために、ここでは、２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲で選択され得る。眼に対する光学的素子の距離は、例えば、個々の小型レンズのサブ光線（つまり、投写光学的素子１２５を通る光路）が交わるところである視野レンズ１３０の焦点面が、見る人の眼球の角膜と回転の中心との間の領域に位置するように選択され得る。
【００８６】
レンズ・アレイ１２２の改良された収差補正を得るために、上記したように、いくつかの積み重ねられるレンズ・アレイによる単純な平面または両凸レンズ・アレイ１２２の変位が有利である。
【００８７】
さらに、実施形態において、視野レンズ１３０としてフレネル・レンズを用いることによって、光学的素子の省スペースの実現、または投写ディスプレイ１００の小さい構造長さを得ることができる。
【００８８】
できる限り良好な、画像平面における個々の投写サブ画像の連結を得るために、図１ａおよび図１ｂに示される実施形態に基づいて述べられたように、視野の部分的な重複または隣接するサブ画像の投写が実現され得る。投写ディスプレイ１００によって投写可能なピクセル数の限定と、上記した画像平面にある全体画像１５０の縁での画像輝度の低下とを避けるために、投写される仮想の全体画像１５０におけるサブ画像の投写それぞれの間の変わり目（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ）の考えられる人為現象は、撮像素子１１０の上のサブ画像それぞれの縁での画像輝度の連続的な低下によって軽減され得る。これは、すでに図３に示される実施形態に基づいて説明された。
【００８９】
図５ａの実施形態に関して、個々の投写されるサブ画像の重複である仮想の画像平面の位置は、マイクロ・ディスプレイまたは撮像素子１１０におけるサブ画像２１５の中心２０１それぞれの間の距離を拡大まはた縮小させることによって、動かされ得る。このように、単にソフトウェア技術の見る人の考えられる不完全な視野への適応は、機械的に動作可能な部品なしで可能である。互いに画像中心の距離を拡大させることによって、例えば、見る人に対する仮想の画像平面の距離、または投写距離が拡大され得る。
【００９０】
投写ディスプレイ１００の光軸１０１に関する見る人の眼の偏心は、結果として、割り当てられるのを通してではなく、隣接する小型レンズまたは投写光学的素子のサブ画像を通して撮像素子のサブ画像を見ることによるゴースト画像の投写になる（クロストーク、光クロストーク）。画像の前処理ソフトウェアによって制御される撮像素子の上の全てのサブ画像の均一な側面の変位または高さの変位は、特定の範囲の中のこのような偏心の補償を得ることを可能とする（図５ｂの実施形態を参照）。投写ディスプレイが、視漂追跡（ｅｙｅ  ｔｒａｃｋｉｎｇ）センサーによって補填される場合、サブ画像の偏心のための画像の前処理ソフトウェアに対するセット信号が、センサーによって得られる眼球の位置情報から導かれ得る。
【００９１】
実施形態において、フルカラー・ディスプレイは、好ましくは主要な色ＲＧＢでサブ画像の時系列の切替えを通すことによって、得られる。あるいは、ＲＧＢピクセル・トリプルが、しかしながら、与えられるピクセル・サイズに対する表示可能なピクセル数の減少で、用いられる。仮想の画像における横の色収差は、例えば、主要なカラー画像の色に依存する予歪（ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）に対する適切な画像前処理によって、事前に補償され得る。
【００９２】
実施形態において、フルカラー・ディスプレイは、照明の色を切り替え且つ主要な色に対する画像コンテンツの同期変更それぞれによる色系列ディスプレイを用いることによって、可能となり得る。
【００９３】
実施形態において、光学的素子または投写光学的素子アレイのマッピングの横の色収差は、撮像素子を用いる画像コンテンツの適切な適応によって、補償され得る。
【００９４】
類似して、アレイの小型レンズと、視野レンズの作用とによって引き起こされる歪曲誤りの補償は、サブ画像コンテンツを予歪することによって可能である。
【００９５】
要約すると、実施形態は、マイクロ・ディスプレイを有する投写ディスプレイと、投写光学的素子の均一な二次元アレイと、画像の割り当てられるサブ領域のマッピングそれぞれと、見る人の平面における光学的パスを重畳するための視野レンズとを提供する。そこでは、アレイ軸に対する小型レンズそれぞれの距離を有する状態で、撮像素子ディスプレイのサブ領域の画像コンテンツが全体画像の一部にますます偏心される。平凸または両凸レンズ・アレイが、例えば、投写光学的素子アレイとして、用いられ得る。さらに、改良された収差補正を得るためのいくつかの積み重ねられるレンズ・アレイが、投写光学的素子アレイとして用いられ得る。
【００９６】
実施形態において、撮像素子の上の隣接するサブ画像のコンテンツは、画像平面における多チャンネル投写の後、部分的に重複し得る。
【００９７】
実施形態において、左右に異なる画像コンテンツを有する二つ眼のシステムは、三次元シーンの立体的な表示のために用いることができる。
【００９８】
本発明の実施形態は、全体画像１５０を投写するための方法を提供する。その方法は、例えば、次のステップを含む。サブ画像が、撮像素子１１０のサブ領域１１５の二次元配列における撮像素子１１０によって表示される。さらに、サブ画像の投写１３５は、画像平面１４０においてペアをなすサブ画像の投写１３５の相互領域重複１３９が全てのペア１３７に対して０．１と０．８の間になるよう、画像平面１４０における投写光学的素子１２５の二次元配列１２２を有する投写光学系アレイ１２０によって、全体画像１５０に重畳される。ここで、投写ディスプレイ１００は、全体画像１５０が仮想の全体画像となるように実装される。
【００９９】
上記の実施形態は、単に本発明のコンセプトの具体例のみを示す。本願明細書において記載されているアレイおよび詳細の修正変更が他の当業者とって自明であることは、明らかである。それ故、本発明は、単に以下の請求項の範囲によって限定され、実施形態の記述および議論または説明に基づいた本願明細書において示される具体的な詳細によっては限定されない。
【０１００】
本発明の実施形態は、眼の近くに配置される撮像素子またはマイクロ・ディスプレイおよび小型化された光学的素子または投写光学系アレイを備える投写ディスプレイを用いて仮想の画像を投写するための光学的なコンセプトを提供する。投写光学系アレイは、例えば、投写光学的素子の二次元配列（レンズ・アレイ）および視野レンズを備える。そこでは、アレイの投写光学的素子または小型レンズのそれぞれは、全体のＦＯＶのサブ領域をマップする。創意に富んだ光学系機構は自ら（ｔｈｅ  ｓａｍｅ）が、従来技術に係る既知のアレイ・プロジェクタによって表示可能なピクセル数の限定を解決できるという利点を有する。同時に、短い構造長さの利点は、創意に富んだ光学系機構を用いて維持される。
【０１０１】
本発明の実施形態は、簡単な光学系を提供する。創意に富んだ光学系は、非常に簡潔な（ｓｈｏｒｔ）ヘッドマウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）という点を特徴とし、画像距離の電気的調節および偏心の電気的補償が実現され得る。
【０１０２】
本発明は、以下の利点を示す。視野（ＦＯＶ）の重複およびこれ故のピクセル数と眼球運動ボックス（ＥＭＢ）との間のより良好なかね合いが得られる。さらに、アレイの人為現象は、もはや見えない（望遠鏡を用いるときと同じ、かぎ穴のコンセプトまたは効果）またはＦＯＶ分割（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）の非常に弱い人為現象のみ残存する。
【０１０３】
このように、本発明の実施形態は、電気的な焦点合わせ、偏心の電気的な補償と同様に、横の色収差の電気的な補償を可能とする。
【０１０４】
創意に富んだ投写ディスプレイは、例えば、ヘッドマウント・ディスプレイ（例えば、データ・ディスプレイ・グラスまたはスマート・グラス）に対して必要とされているような眼の近くに配置される小型化された光学的素子を用いて、動的および静的な仮想の画像を表示するために役立つ。
【図１ａ】
2015518575.tif 000012
【図１ｂ】
2015518575.tif 000013
【図２ａ】
2015518575.tif 000014
【図２ｂ】
2015518575.tif 000015
【図３】
2015518575.tif 000016
【図４】
2015518575.tif 000017
【図５ａ】
2015518575.tif 000018
【図５ｂ】
2015518575.tif 000019
【図６ａ】
2015518575.tif 000020
【図６ｂ】
2015518575.tif 000021
【国際調査報告】
2015518575.tif 000022
2015518575.tif 000023
2015518575.tif 000024
2015518575.tif 000025
2015518575.tif 000026
2015518575.tif 000027