(57)【要約】【課題】  小型化が可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】  原画像に関する画像を表示する画像表示素子（１）を備えた画像表示装置であって、画像表示素子は、複数の画素をそれぞれ含む複数の画素領域（１−１）と、各画素領域内の複数の画素からの光を観察者の眼に導くレンズ部（１−２）とを有している。複数の画素領域のうち第１及び第２の画素領域は、互いに異なる強度の光を射出して、原画像の同一部分を表示する画素をそれぞれ含むことを特徴とする。【選択図】  図７
2007003984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画像に関する画像を表示する画像表示素子を備えた画像表示装置であって、
前記画像表示素子は、複数の画素をそれぞれ含む複数の画素領域と、各画素領域内の複数の画素からの光を観察者の眼に導くレンズ部とを有しており、
前記複数の画素領域のうち第１及び第２の画素領域は、互いに異なる強度の光を射出して、前記原画像の同一部分を表示する画素をそれぞれ含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の画素領域内における、前記原画像の同一部分を表示する画素の位置が、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記各画素領域内の各画素からの光は、観察者の黒目可動領域内の異なる位置に入射することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記画像表示素子と観察者の眼との間隔が、該観察者の明視距離よりも短いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記複数の画素領域のうち少なくとも１つの画素領域内の１つの画素が、前記原画像の一部を表示す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画像表示装置。
【請求項６】
前記レンズ部は、前記各画素領域に対応した複数のマイクロレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記マイクロレンズは、前記各画素領域内の各画素からの光を略平行光に変換することを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記画素領域は、前記複数の画素からなる少なくとも１つの画素列を有し、回転動作によって前記画素列内の各画素からの光を走査しており、
前記画素領域の回転位置に応じて、前記画素列内の各画素における表示状態を変化させる制御部をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれかにに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記原画像が、２次元平面内で形成される、仮想物体を示す画像であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の画像表示装置と、
該画像表示装置に対して前記原画像の情報を供給する画像情報供給装置とを備えたことを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイといった、観察者の眼に比較的近い位置で使用される画像表示装置及び画像表示システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと称す）では、画像表示素子と観察者の眼との間に接眼光学系が配置されるようになっている。そして、画像表示素子の各画素からの表示光（発散光束）を接眼光学系によって略平行光束に変換して観察者の眼に導いている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１８４７７３号公報（段落番号００２８〜００３２、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のＨＭＤでは、画像表示素子に比べてサイズの大きな接眼光学系が設けられており、この接眼光学系によってＨＭＤが大型化してしまう。また、重量の大きな接眼光学系や画像表示素子は、観察者の眼から離れた位置に配置されるようになっているため、ＨＭＤの重量バランスが悪くなっている。このため、ＨＭＤを観察者の頭部に装着させておくために、ＨＭＤのうち観察者の頭部に装着される部分となる装着具の構造が複雑になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、原画像に関する画像を表示する画像表示素子を備えた画像表示装置であって、前記画像表示素子は、複数の画素をそれぞれ含む複数の画素領域と、各画素領域内の複数の画素からの光を観察者の眼に導くレンズ部とを有しており、前記複数の画素領域のうち第１及び第２の画素領域は、互いに異なる強度の光を射出して、前記原画像の同一部分を表示する画素をそれぞれ含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、従来の画像表示装置における接眼光学系から射出する光に対応した光を、各微小画素領域内の複数の画素から射出させることができる。これにより、接眼光学系を用いなくても、原画像を観察者に視認させることができ、接眼光学系が不要となることで画像表示装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の実施例１であるＨＭＤの概略図である。図１において、ディスプレイ（画像表示素子）１は、複数の画素で構成された微小画素領域を複数有し、各微小画素領域からは複数の方向に向けて強度の異なる光が発せられる。ここで、本実施例における微小画素領域については後述する。
【０００８】
ディスプレイ１は、観察者の右眼及び左眼のそれぞれに対応して設けられている。そして、右眼用のディスプレイ１からの光束（画像光）は右眼に入射し、左眼用のディスプレイ１からの光束（画像光）は左眼に入射するようになっている。
【０００９】
画像変換回路２には、パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオ、ＤＶＤプレーヤ等の画像情報供給装置４から２次元（３次元でもよい）の画像データが供給される。画像変換回路２は、画像情報供給装置４から供給された画像データに基づいて、ディスプレイ１を駆動する。具体的には、供給された画像データに基づいて、ディスプレイ１の各微小画素領域から照射され、所定方向に向かう光の強度（各微小画素領域内の各画素での発光強度）を算出し、この強度となるようにディスプレイ１を駆動する。
【００１０】
左眼用及び右眼用のディスプレイ１の各微小画素領域から照射された複数の光はそれぞれ、観察者の左右の眼３に入射する。これにより、観察者は、ディスプレイ１で表示された画像を２次元の画像として視認することができる。
【００１１】
次に、従来のＨＭＤの構成を簡単に説明しながら、本実施例のＨＭＤの表示原理について説明する。
【００１２】
図２は、従来のＨＭＤの構成を模式的に示す図である。図２では、接眼光学系１０２として、この主平面だけを示しているが、実際には曲面等で構成される。
【００１３】
ディスプレイ１０１の各画素からの発散光束（表示光束）は、接眼光学系１０２によって略平行な光束に変換され、観察者の眼３に入射する。ディスプレイ１０１における各画素からの表示光束の主光線は、ディスプレイ１０１の表示面に対して略垂直となる所謂テレセントリックな配置になっている。また、この表示光束は、観察者の眼３に入射する際に略平行な光束になっている。
【００１４】
実際の表示光束は、観察者の眼に入射する際に、数メートル先からの発散光束となっている場合が多いが、図２に示すスケールにおいては略平行な光束と見なすことができる。そこで、本実施例では説明の簡略化のために、観察者の眼に入射する表示光束を平行光束とするが、この簡略化は、以下の説明の本質を変えるものではない。
【００１５】
ディスプレイ１０１の各画素からの主光線は眼３に収束するとともに、各画素からの表示光束は接眼光学系１０２によって略平行な光束（平行光束）となった状態で眼３に入射する。このことから、ディスプレイ１０１及び接眼光学系１０２の間隔と、接眼光学系１０２及び眼３の間隔は、接眼光学系１０２の焦点距離ｆとなる。そして、ディスプレイ１０１および眼３はそれぞれ、接眼光学系１０２の後ろ側焦点位置と前側焦点位置に配置されることになる。
【００１６】
ディスプレイ１０１の各画素からの表示光束は、接眼光学系１０２に対して所定の広がりをもった状態で入射する。そして、この表示光束は、接眼光学系１０２によって所定の広がりを持った状態で照射方向を変えられ、接眼光学系１０２から射出する。
【００１７】
言い換えると、接眼光学系１０２上の任意の点では、図３に示すように、ディスプレイ１０１における複数の画素からの光線（表示光束の一部）が入射して射出していることになる。図３は、従来のＨＭＤの概略図であって、接眼光学系上の２点に入射して射出する光線を示す図である。
【００１８】
ここで、眼３の黒目３ａが移動可能な領域（以下、黒目可動領域とする）をＥとする。この場合、接眼光学系１０２の点Ａ、Ｂから射出し、黒目可動領域Ｅ内に入射する光線群が、画像表示に有効に用いられる光線群となる。また、点Ａ、Ｂを通過する複数の光線は、互いに異なる強度を有している。
【００１９】
上述したようにディスプレイ１０１及び眼３は、接眼光学系１０２に対して該接眼光学系１０２の焦点距離ｆの分だけ離れた位置に配置されている。このため、ディスプレイ１０１のうち黒目可動領域Ｅに相当する領域内に位置する複数の画素から照射される光線群が、画像表示に有効に用いられる光線群となる。
【００２０】
図４に示すように、接眼光学系１０２及び観察者の眼３との関係に注目すると、接眼光学系１０２上の各点から複数の方向に射出し、眼３の黒目可動領域Ｅ内に入射する光線群によって画像表示が行われていることになる。
【００２１】
したがって、接眼光学系１０２の各点に対応した位置に後述する微小画素領域を設け、眼３の黒目可動領域Ｅ内に入射する複数の光を各微小画素領域内の複数の画素から射出すれば、接眼光学系１０２を用いずに従来のＨＭＤと同様の表示を行うことができる。
【００２２】
例えば、図３の接眼光学系１０２における点Ａに相当する部分が、本実施例における微小画素領域となり、この微小画素領域は後述するように所定数の画素で構成されている。また、点Ａに隣接する点に相当する部分にも所定数の画素で構成された微小画素領域が配置されるようになっている。
【００２３】
ここで、図２に示したように、ディスプレイ１０１の各画素からの光は、発散光となって接眼光学系１０２に入射しているため、ディスプレイ１０１の１つの画素からの発散光を構成する複数の光線（互いに強度の異なる光線）のうち、１つの光線が接眼光学系１０２の点Ａを通過するとともに、他の光線が点Ａ以外の点を通過することになる。
【００２４】
このため、本実施例におけるディスプレイ１では、複数の微小画素領域内の所定画素からは、原画の同一点を示し（ディスプレイ１の１つの画素での表示と同じ表示）、かつ、互いに異なる強度を持つ光が照射されるようになっている。
【００２５】
ここで、上述した所定画素を有する微小画素領域は、ディスプレイ１のうち、図２に示す接眼光学系１０２の発散光束が通過する領域に対応した領域内に位置することになる。また、各微小画素領域内における上記所定画素の位置は、同じこともあるし、互いに異なることもある。
【００２６】
図５は、本実施例であるＨＭＤの構成を示す概略図である。本実施例のＨＭＤでは、上述したようにディスプレイ１の各微小画素領域から照射される複数の光束を、観察者の眼３の黒目可動領域Ｅ内に入射させている。
【００２７】
本実施例のディスプレイ１では、上述したように接眼光学系１０２の任意の点（例えば、図３の点Ａ、Ｂ）に相当する部分に微小画素領域を設けた構成としている。このため、１つの微小画素領域は、従来のディスプレイ１０１の１つの画素よりも小さくなっている。しかも、各微小画素領域内に設けられる各画素は、さらに小さいものとなる。なお、ディスプレイ１の各微小画素領域は、実際上十分細かく、観察者に点として見なされれば、有限の大きさを持つものであってよい。
【００２８】
ここで、近年では微細加工の技術が進んでおり、ディスプレイの解像度を向上させることができ、ディスプレイの各画素を小型化することができる。したがって、この技術を用いれば、本実施例のディスプレイ１０１を製造することは可能である。
【００２９】
図６は、本実施例のＨＭＤに用いられるディスプレイ１の構成を示す図である。
【００３０】
ディスプレイ１は、ベースディスプレイ１−１とマイクロレンズアレイ１−２から構成される。ベースディスプレイ１−１としては、ＬＣＤなどのディスプレイを用いることができる。なお、ディスプレイ１として、ＤＭＤのような光反射マイクロディスプレイを用いることもできる。
【００３１】
ベースディスプレイ１−１は複数の画素を有しており、これらの画素は微小画素領域毎に仕切られている。ここで、複数の微小画素領域は、同数の画素を含んでいる。マイクロレンズアレイ１−２は、微小画素領域の数と同数のマイクロレンズを有しており、各マイクロレンズは各微小画素領域に対応して設けられている。
【００３２】
なお、図６では１２個の微小画素領域を示しているが、実際には、後述するように例えば数万個の微小画素領域が存在する。
【００３３】
図７は、本実施例におけるディスプレイの断面図である。具体的には、ディスプレイ１の表示面に直交し、図６の直線Ｌを含む面でディスプレイ１を切断したときの図である。
【００３４】
図７に示すように、各微小画素領域１−ａ、１−ｂ、１−ｃを構成する複数の画素のうち各画素からの発散光束は、各微小画素領域に対応するマイクロレンズ１−２ａ、１−２ｂ、１−２ｃによって略平行な光束に変換される。
【００３５】
微小画素領域１−ｂの中心に位置する画素１−１ｂからの発散光束が観察者の眼の中心に入射するように構成した場合には、ディスプレイ１を正面から見たときに、マイクロレンズ１−２ｂの中心（最も凸の部分）は、微小画素領域１−ｂの中心と一致している。そして、マイクロレンズ１−２ｂの表面（射出面）のうち、上記中心に対して図７の左右の領域は、同じ曲率を有している。
【００３６】
また、マイクロレンズ１−２ａ、１−２ｃの形状（射出面の形状）は、微小画素領域１−ａ、１−ｃの中心に位置する画素１−１ａ、１−１ｃからの光束が、観察者の眼の中心に向かうように形成されている。
【００３７】
すなわち、ディスプレイ１を正面から見たときに、微小画素領域１−ａ、１−ｃの中心位置と、マイクロレンズ１−２ａ、１−２ｃの中心（最も凸の部分）とがずれている。そして、マイクロレンズ１−２ａ、１−２ｃの射出面のうち、該中心に対して図７の左右の領域は、互いに異なる曲率を有している。
【００３８】
次に、本実施例のディスプレイ１における各微小画素領域内の画素数について説明する。
【００３９】
図３に示す従来のＨＭＤでの表示と実質的に等しい表示を行う場合において、図３に示す構成における接眼光学系１０２の位置に本実施例のディスプレイ１を配置すると、ディスプレイ１の各微小画素領域が接眼光学系１０２の一点に相当する。
【００４０】
図３において、例えば、接眼光学系１０２の点Ａを通過する光線群は、ディスプレイ１０１のうち黒目可動領域Ｅに相当する領域内の画素からの光線群となる。このため、ディスプレイ１０１のうち黒目可動領域Ｅに相当する領域内の画素数と同数の画素が、本実施例におけるディスプレイ１の各微小画素領域内に存在すれば、従来のＨＭＤと同様な表示を行うことができる。
【００４１】
従来のＨＭＤでは、縦横比が３：４のディスプレイ１０１を用いることが多い。接眼光学系１０２の焦点距離をｆ、表示画角を水平全角Ｔとすると、ディスプレイ１０１の水平方向（横方向）の幅Ｈ及び垂直方向（縦方向）の幅Ｖは、下記式（１）、（２）で表される。
【００４２】
Ｈ＝ｆ×ｔａｎ（Ｔ／２）×２  ・・・（１）
Ｖ＝ｆ×ｔａｎ（Ｔ／２）×３／２  ・・・（２）
通常のＨＭＤの接眼光学系では、焦点距離ｆを２０ｍｍ程度に設定することが多いため、この数値を上記式（１）、（２）に当てはめると、ディスプレイ１０１の水平幅Ｈが略１８．７ｍｍ、垂直幅Ｖが略１４ｍｍとなる。
【００４３】
また、上述した焦点距離ｆの設定において、本実施例では、接眼光学系の位置にディスプレイ１を配置するため、ディスプレイ１及び観察者の眼３の間隔が２０ｍｍとなり、この距離は観察者の明視距離（約２５ｃｍ）よりも短くなる。
【００４４】
ディスプレイとしてＶＧＡ（６４０ｘ４８０画素＝約３０万画素）を用いた従来のＨＭＤと同様の表示を行う場合において、１つの微小画素領域内における必要な画素数Ｐは、黒目可動領域Ｅの幅（ここでは、黒目可動領域を円としたときの直径）を６ｍｍとすると、以下のようになる。
【００４５】
Ｐ＝３×３×π／（１８．７×１４）×３０万＝約３万
そして、各微小画素領域が略１ｍｍ平方とすると、１画素のピッチは、約６μｍ（＝√（１／３００００））となる。
【００４６】
この大きさは現在の加工技術の範囲内であり、実現可能である。つまり、画素数として７．３Ｍ（≒１８．７×１４×（１／０．００６）＾２）のディスプレイを用いれば、上述した表示原理により、接眼光学系を用いずにＶＧＡ表示のＨＭＤと同様の表示を行うことができる。
【００４７】
本実施例のＨＭＤでは、上述した構成によって接眼光学系が不要となり、ＨＭＤの軽量化及び小型化が可能となる。しかも、接眼光学系を備えた従来のＨＭＤに比べてＨＭＤの重量バランスが良くなるため、本実施例のＨＭＤにおける装着具を簡単な構造とすることができる。例えば、装着具として眼鏡用のものが使用できる。
【実施例２】
【００４８】
本発明の実施例２であるＨＭＤは、実施例１のＨＭＤの構成に対して、ディスプレイの構造が異なっており、他の構成は同様である。以下、本実施例におけるディスプレイの構造について説明する。
【００４９】
図８は、本実施例におけるディスプレイ中の各微小画素領域を構成する微小画素ユニットを示す外観斜視図である。
【００５０】
１０は、微小画素領域の径方向に並べられ、複数の画素からなる画素列であり、円盤状の保持体１３に配置されている。１１はマイクロレンズであり、画素列１０のうち異なる位置の画素からの発散光を、それぞれ異なる方向に向かう平行光束に変換する。
【００５１】
画素列１０は、回転軸１２を中心に保持体１３とともに回転する。ここで、実施例１では、各微小画素領域内の全領域に複数の画素を配置しているが、本実施例では、画素列１０を回転させることによって、各微小画素領域内の全領域を画素で占めるようにしている。この場合には、画素列１０の回転位置に応じて、画素列１０の各画素における発光強度を変化させることにより、各微小画素領域に対応した表示を行わせる。この制御は、画像変換回路２（図１参照）によって行われる。
【００５２】
画素列１０が１回転することによって、微小画素領域から発せられる複数の平行光束（画素列１０に対応した平行光束）が、所定の立体角を埋めるようになっている。
【００５３】
すなわち、マイクロレンズ１１は、実施例１におけるマイクロレンズ１−２ａ等（図７参照）と同様の機能を有している。なお、ディスプレイ内の微小画素ユニットの位置に応じて、該微小画素ユニットによって形成される上記立体角は異なる。
【００５４】
図９は、本実施例におけるディスプレイの構成を示す図であり、図８に示す微小画素ユニット１００がマトリクス状に配置されている。各微小画素ユニット１００は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造することができる。
【００５５】
図１０は、本実施例のディスプレイを構成する各微小画素ユニットの変形例を示す図である。また、図１１（Ａ）、（Ｂ）は、図１０に示す微小画素ユニットにおける回転部材の構成を示す部分断面図であって、回転軸周りにおける異なる位置での断面図を示す。
【００５６】
本変形例において、各微小画素ユニット１００ａは、微小画素領域を形成する円盤状の回転部材１５と、回転部材１５を回転可能に支持する軸部材１２とで構成されている。回転部材１５は、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、発光部１０と、発光部１０に対して積層されたピッチの細かなマイクロレンズアレイ１１とプリズム体１４とで構成されている。
【００５７】
この微小画素ユニット１００ａを、図１２に示すようにマトリクス状に配置することで、本変形例におけるディスプレイが構成される。
【００５８】
図１０に示すように、円盤状の回転部材１５は、この中心（回転軸）から放射方向（径方向）に伸びる複数の分割線ＤＬによって仕切られて、複数の分割領域で構成されている。そして、これらの分割領域は、軸部材１２を中心に回転する。
【００５９】
上述した微小画素ユニット１００ａの構成において、発光部１０の各点から発せられた光束は、発光部１０の各点に対応したマイクロレンズアレイ１１のマイクロレンズ１１ａによって、平行光束に変換される。マイクロレンズ１１ａを通過した光束は、プリズム体１４によって偏向される。ここで、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プリズム体１４は、上述した分割領域の位置に応じて、射出面１４ａの傾き角度（発光部１０の発光面に対する傾き角度）が異なっており、発光部１０からの平行光束は、射出面１４ａの傾き角度に応じて偏向される。
【００６０】
微小画素ユニット１００ａにおける複数の分割領域では、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各々異なった方向に平行光束が射出し、回転部材が１回転することによって、各微小画素ユニット１００ａから発せられる複数の光束が、所定の立体角を埋めるようになっている。
【実施例３】
【００６１】
上述した実施例１、２では、２次元画像を表示するＨＭＤについて説明したが、本発明の実施例３であるＨＭＤは、３次元画像を表示するものである。以下、本実施例のＨＭＤの構成について説明する。
【００６２】
図１３は、３次元画像を表示させる構成を示す概念図である。ここで、実施例１で説明した部材と同じ部材については同一符号を用いる。
【００６３】
２０、２１は、本実施例のＨＭＤで表示される仮想３次元物体であり、点Ｐ、Ｑはそれぞれ、仮想３次元物体２０、２１上における任意の点である。また、点Ｐ、Ｑからディスプレイ１の１つの微小画素領域１−１を通り、瞳３に入射する光線を各々Ｌｐ、Ｌｑとする。
【００６４】
仮想３次元物体２０上の点Ｐを表示するためには、微小画素領域１−１内の所定画素から発せられる光線Ｌｐに沿う細い光束を、光線Ｌｐが向かう方向に対応した強度に設定すればよい。また、仮想３次元物体２１上の点Ｑを表示するためには、微小画素領域１−１内の所定画素（点Ｐを表示する画素とは異なる画素）から発せられる光線Ｌｑに沿う細い光束を、光線Ｌｑが向かう方向に対応した強度に設定すればよい。
【００６５】
また、ディスプレイ１上の他の微小画素領域において、この微小画素領域と各点Ｐ、Ｑを結ぶ直線が、予め設定された瞳３の領域（黒目可動領域Ｅ）内に到達する場合には、この直線に沿って進む光束の強度を、この直線が向かう方向に対応した強度に設定すればよい。これにより、ディスプレイ１の各微小画素領域において点Ｐ、Ｑの表示を行うことができる。
【００６６】
そして、上述した設定を、仮想３次元物体２０、２１上のすべての点に対応させて行うことにより、仮想３次元物体２０、２１を表示することができる。
【００６７】
実際には、画像情報供給装置４から３次元画像データの供給を受けた画像変換回路２が、供給された３次元画像データに基づいて、各微小画素領域内の各画素での発光強度を設定してディスプレイ１を駆動する。
【実施例４】
【００６８】
実施例１〜３では、１つの微小画素領域内の複数の画素によって、図３の接眼光学系１０２上の１点、例えば、点Ａを通過する複数の光束を形成している。この構成では、原画を観察者に視認させるために、ディスプレイ上の画素数が増加してしまう。
【００６９】
そこで、本発明の実施例４では、ディスプレイの画素数を過度に増加させる必要のない構成を提供するものである。
【００７０】
図１４及び図１５はそれぞれ、本実施例のＨＭＤの構成を示す水平断面図及び垂直断面図である。ここで、図１４及び図１５では、観察者の片眼に対応した構成だけを示している。
【００７１】
複数の画素から構成されるディスプレイ１の前面（観察者側）には、複数のマイクロレンズで構成されたマイクロレンズアレイ２０２が配置されている。マイクロレンズアレイ２０２は、各マイクロレンズの焦点がディスプレイ１の面上となるように配置されており、各マイクロレンズによってディスプレイ１の各画素からの光束を平行光束に変換する。
【００７２】
図１４に示すように、本実施例のＨＭＤの水平方向において隣接する３つの画素（微小画素領域を構成する）に対して、マイクロレンズアレイ２０２の１つのマイクロレンズが対応している。例えば、ディスプレイ１の３つの画素１−１−ａ、１−１−ｂ、１−１−ｃからのそれぞれの光は、マイクロレンズアレイ２０２のマイクロレンズ２０２−１に入射するようになっている。
【００７３】
また、図１５に示すように、本実施例のＨＭＤの垂直方向において隣接する３つの画素（微小画素領域を構成する）に対して、マイクロレンズアレイ２０２の１つのマイクロレンズが対応している。例えば、ディスプレイ１の３つの画素１−１−ｂ、１−１−ｅ、１−１−ｈからのそれぞれの光は、マイクロレンズアレイ２０２のマイクロレンズ２０２−１に入射するようになっている。
【００７４】
図１４において、ディスプレイ１の水平方向における画素ピッチをｐｈｄとし、マイクロレンズアレイ２０２の水平方向におけるピッチをｐｈＬとする。マイクロレンズアレイ２０２から観察者の眼３までの距離をｆとし、マイクロレンズアレイ２０２を構成する各マイクロレンズの焦点距離をｆｍとする。ｆｍは、マイクロレンズアレイ２０２及びディスプレイ１の光学的間隔でもある。
【００７５】
このとき水平方向における瞳可動領域の幅（径）Ｅｈに対して、以下の条件式（３）を満たすようにｐｈｄ、ｆ、ｆｍを設定する。
【００７６】
Ｅｈ／３：ｐｈｄ＝ｆ：ｆｍ  ・・・（３）
これにより、図１４に示すように、例えば、各画素１−１―ａ、１−１−ｂ、１−１−ｃからの光束を黒目可動領域内の点３−ａ、３−ｂ、３−ｃにそれぞれ導くことができる。この場合、画素１−１―ａ、１−１−ｂ、１−１−ｃには、観察者の瞳で対応する位置３−ａ、３−ｂ、３−ｃの位置に対する視差画像をそれぞれ表示すればいい。
【００７７】
また、図１５において、ディスプレイ１の垂直方向における画素ピッチをｐｖｄとし、マイクロレンズアレイ２０２の垂直方向におけるピッチをｐｖＬとする。このとき、垂直方向における黒目可動領域の幅Ｅｖに対して、以下の条件式（４）を満たすようにｐｖｄ、ｆ、ｆｍを設定する。
【００７８】
Ｅｖ／３：ｐｖｄ＝ｆ：ｆｍ  ・・・（４）
ここで、ｆ、ｆｍは、上記の条件式（３）における値と同じである。
【００７９】
これにより、図１５に示すように、例えば、各画素１−１−ｂ、１−１−ｅ、１−１−ｈからの光束を黒目可動領域内の点３−ｂ、３−ｅ、３−ｈにそれぞれ導くことができる。
【００８０】
観察者が瞳を動かしても３つの光束のうち少なくとも１つの光束が常に観察者の瞳３ａに入射するように、水平方向における黒目可動領域の幅Ｅｈを設定することが可能である。すなわち、少なくとも１つの光束（視差画像情報を有する光束）が観察者の瞳３ａに入射することにより、観察者の瞳３ａが動いても観察者は画像を認識することができる。
【００８１】
この場合、画素１−１―ｂ、１−１−ｅ、１−１−ｈには、観察者の瞳で対応する位置３−ｂ、３−ｅ、３−ｈの位置に対する視差画像をそれぞれ表示すればいい。
【００８２】
本実施例では、上述した構成において、図１６に示すように観察者の瞳内の９個の点、すなわち、互いに異なる位置に対して、各点に対応した視差画像情報をもつ光束を入射させている。
【００８３】
図１７は、図１６に示す９個の視点に対応する視差画像を表示する、ディスプレイ１の画素配列を示す図である。図１７中のａ〜ｉに対応した各画素は、図１６の観察者の瞳内の視点３−ａ〜３−ｉに対応する視差画像を表示する画素であることを示している。
【００８４】
本実施例においては、通常のＨＭＤに使用するディスプレイの９倍の画素が必要になるだけとなり、必要画素数は実施例１〜３のＨＭＤで用いられるディスプレイの画素数よりも大幅に減らすことができる。
【００８５】
本実施例においても、上述した実施例１〜３と同様に、観察者の明視の距離よりも近い位置にディスプレイを配置でき、接眼光学系が不要な構成となる。これにより、ＨＭＤを小型化及び軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施例１であるＨＭＤの構成を示す概略図である。
【図２】従来のＨＭＤの構成を示す概略図である。
【図３】従来のＨＭＤにおいて、接眼光学系の一点に入射する光線群を示す図である。
【図４】従来のＨＭＤにおいて、接眼光学系及び観察者の眼の位置関係を示す図である。
【図５】実施例１のＨＭＤにおいて、ディスプレイ及び観察者の眼の位置関係を示す図である。
【図６】実施例１におけるディスプレイの一部の構成を示す図である。
【図７】実施例１におけるディスプレイの断面図である。
【図８】本発明の実施例２におけるディスプレイを構成する微小画素ユニットを示す斜視図である。
【図９】実施例２におけるディスプレイを示す概略図である。
【図１０】実施例２の変形例における微小画素ユニットを示す斜視図である。
【図１１】実施例２の変形例における微小画素ユニットの断面図（Ａ、Ｂ）である。
【図１２】実施例２の変形例におけるディスプレイを示す概略図である。
【図１３】本発明の実施例３であるＨＭＤにおいて、仮想３次元物体の表示原理を説明する図である。
【図１４】本発明の実施例４であるＨＭＤにおいて、ディスプレイ及び観察者の眼の位置関係を示す水平方向断面図である。
【図１５】実施例４であるＨＭＤにおいて、ディスプレイ及び観察者の眼の位置関係を示す垂直方向断面図である。
【図１６】実施例４において、観察者の眼に入射する光束の位置を示す図である。
【図１７】実施例４におけるディスプレイの画素配列構造を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１：ディスプレイ
１−１：ベースディスプレイ
１−２：マイクロレンズアレイ
１−ａ〜１−ｃ：微小画素領域
２：画像変換回路
３：観察者の眼
４：画像情報供給装置
【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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